全 文 ：第 35 卷第 5 期
2015年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.5
Mar.,2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(31060083, 41205113)
收稿日期:2013鄄05鄄08; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄04鄄17
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: Liyuan03@ aliyun.com
DOI: 10.5846 / stxb201305080981
徐渭渭, 何永美, 湛方栋, 祖艳群, 李元.UV鄄B辐射增强对元阳哈尼梯田稻田 CH4排放规律的影响.生态学报,2015,35(5):1329鄄1336.
Xu W W, He Y M, Zhan F D, Zu Y Q, Li Y.Effect of enhanced UV鄄B radiation on CH4 emission from paddy field in Yuanyang Hani Terraces.Acta
Ecologica Sinica,2015,35(5):1329鄄1336.
UV鄄B辐射增强对元阳哈尼梯田稻田 CH4 排放规律的
影响
徐渭渭, 何永美, 湛方栋, 祖艳群, 李摇 元*
云南农业大学资源与环境学院, 昆明摇 650201
摘要:在大田条件下,原位种植传统水稻品种白脚老粳,采用静态箱鄄气相色谱法研究了 UV鄄B(ultraviolet鄄B)辐射增强(7.5 kJ
m-2 d-1)对元阳哈尼梯田海拔 1600 m处稻田 CH4排放量的影响,同时观测 UV鄄B辐射增强对水稻生长的影响。 结果表明:(1)
UV鄄B辐射增强显著降低了水稻植株分蘖末期、拔节孕穗期、抽穗扬花期、成熟期地上部和地下部生物量(P<0.05)。 (2)UV鄄B
辐射改变了稻田 CH4的季节和日排放(成熟期)规律:对照组在拔节孕穗期出现 1 个排放峰,处理组在拔节孕穗期和成熟期出
现 2 个排放峰;与对照相比,UV鄄B辐射增强改变了水稻成熟期 CH4日排放第 2个峰值出现的时间。 (3)处理组 CH4的季节排放
通量与箱内温度的季节变化有显著的正相关性(R= 0.789,P<0.05)。 (4)UV鄄B 辐射增强在分蘖末期、拔节孕穗期、成熟期都极
显著提高了 CH4的累计排放量(P<0.01),分别提高了 47.2%,293.8%和 74.4%。 总之,UV鄄B辐射增强促进了元阳哈尼梯田传统
水稻田 CH4的排放。
关键词:UV鄄B辐射; 元阳哈尼梯田; 稻田; CH4排放
Effect of enhanced UV鄄B radiation on CH4 emission from paddy field in
Yuanyang Hani Terraces
XU Weiwei, HE Yongmei, ZHAN Fangdong, ZU Yanqun, LI Yuan*
College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China
Abstract: The destruction of ozonosphere and the global warming have been widely concerned by governments and peoples
all over the world. Increase of UV鄄B (ultraviolet鄄B) radiation on Earth忆s surface due to ozone layer depletion can decrease
the growth and alter the chemical composition of litter fall of plant, and consequently change the microbial community
composition, structure and activity in soil. Methane is an important greenhouse gas and has a global warming potential of 25
compared to CO2 over a 100鄄year period. Its rank is second only to CO2 in the atmosphere and its concentration in the Earth忆
s atmosphere in 2010 was 1.808伊10鄄6 滋L / L, up from 0.7 伊 10鄄6 滋L / L in 1750. In addition to abiogenic production of
methane, there are biogenic methane as well. Biogenic methane produced by the process of methanogenesis usually occurred
under highly anaerobic conditions, for example, in the guts of humans and other animals, especially ruminants, and in
landfill, artificial and natural wetlands, etc. As a kind of wetland, flooded paddy can generate a lot of methane during plant
growth and are considered to be one of the major anthropogenic sources of methane, especially the year鄄round flooded paddy
field. Up to now, quite a few researches demonstrated that methane can be largely produced from plant tissues under the
influence of UV (ultraviolet) radiation due to the generation of ROS (reactive oxygen species) . ROS was suggested to be a
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potential free鄄radical mechanism which can produce CH4 from plant polysaccharides under aerobic condition. Though the
significant effects of UV鄄B radiation on methane emission from rice paddy field have been studied, the effects of UV鄄B
radiation on the methane emission from year鄄round flooded paddy field are rarely studied. In this paper, Yuanyang Hani
Terraces which is a typical year鄄round flooded paddy field in Yunnan, Southwestern China, was chosen to investigate the
dynamics of methane emission under enhanced UV鄄B radiation. Field experiment was conducted to investigate methane
emission as affected by enhanced UV鄄B radiation (7.5 kJ m-2 d-1 ) in Yuanyang Hani Terraces where planted the rice
traditional cultivar named Baijiaolaojing at the altitude of 1600 m. The CH4 emission flux was measured by static chamber鄄
gas chromatograph method with an interval of 10 days during the rice growing season. The results showed that: (1) The
straw weight and root weight decreased significantly under enhanced UV鄄B radiation at different stages including late
tillering stage, jointing to booting stage, heading to flowering stage and mature stage (P<0.05). (2) The seasonal and
daily patterns of CH4 emission were changed by the enhanced UV鄄B radiation. Only one emission peak during the whole
growing season was observed at jointing to booting stage under the control, while two peaks were observed under enhanced
UV鄄B radiation at jointing to booting stage and mature stage, respectively. Of the daily CH4 emission, the second emission
peak under enhanced UV鄄B radiation appeared in advance, compared with the control at mature stage. (3) There was a
significant positive correlation between CH4 seasonal emission flux and the temperature in chamber as a result of enhanced
UV鄄B radiation (R = 0.789,P<0.05). (4) The total amount of CH4 emission were increased by 47.2%, 293.8% and
74郾 4% significantly as compared with that of control at late tillering stage, jointing to booting stage and mature stage,
respectively (P<0.01). The results suggest that enhanced UV鄄B radiation can stimulate CH4 emission from rice paddy field
cultivated with traditional rice cultivar.
Key Words: UV鄄B radiation; Yuanyang Hani Terraces; rice paddy field; methane emission
臭氧层损耗导致的地表紫外辐射增强和温室气体持续排放导致的全球变暖是当今重要的全球性环境问
题。 研究人员不但关注 UV鄄B辐射增强对农作物的影响[1鄄2],而且还关注 UV鄄B 辐射增强对农田温室气体排
放的影响[3鄄4]。 有研究表明,在室外盆栽或大田条件下,UV鄄B 辐射增强通过改变植株生理代谢过程,影响植
株的根系生长和根系分泌物的分泌情况,进而改变根际土壤微生物活性及组分,最终影响冬小麦、大豆等农田
N2O与 CO2等温室气体的排放状况,显著降低了这些气体的排放量[5鄄9],也降低了稻田 CH4的平均排放通量,
下降幅度为 15.84%,但不显著[10]。 另有学者研究发现 UV鄄B 辐射处理能通过刺激植物使其释放更多的
CH4 [11鄄14],并且 CH4排放速率与 UV鄄B辐射强度呈线性相关[13],认为是辐射胁迫促使植物组织产生活性氧自
由基 ROS(reactive oxygen species),与细胞壁中的果胶物质发生作用从而产生大量 CH4 [14]。 娄运生等人[15]通
过大田试验发现在水稻生长期内进行 UV鄄B辐射增强处理能显著提高稻田 CH4的排放通量和累计排放量。
稻田是大气 CH4的重要排放源,其排放的 CH4量约占全球总排放的 5%—19%[16]。 稻田 CH4排放是稻田
CH4产生、氧化和传输 3个过程综合作用的结果。 中国是世界上最大的水稻生产国,其水稻种植面积约为 3.3
伊107 hm2,约占世界稻作面积的 22%[17]。 冬水田是一类特殊的稻田,一年四季淹水,土壤氧化还原电位低,广
泛分布于我国西南山地丘陵区,其总面积在 2.7伊106—4.0伊106 hm2,占我国水稻种植面积的 8%—12%,但 CH4
排放量却高达全国稻田 CH4排放总量的 60%[18],是世界上 CH4排放量最大的一类稻田[19]。 然而,UV鄄B 辐射
增强对冬水田 CH4排放规律影响的研究报道还很少。
元阳哈尼梯田于 2013年入选世界文化遗产,具有重大的研究价值。 元阳哈尼梯田作为我国西南地区典
型的冬水田,以此为研究对象,人工模拟 UV鄄B辐射增强,采用静态箱鄄气相色谱法,测定水稻不同生育期稻田
CH4的排放通量,研究元阳梯田稻田 CH4排放的季节变化和日变化规律,分析 UV鄄B辐射增强对元阳梯田稻田
CH4排放通量的影响,为臭氧层变薄、全球气候变化背景下农田温室气体的排放趋势提供依据。
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1摇 材料与方法
1.1摇 试验地概况
大田试验地位于云南省元阳县新街镇箐口村,属于元阳哈尼梯田核心区。 该地地处滇南低纬度哀牢山山
脉南部,属山地季风气候,多雨湿润,干湿季分明,年平均温度 15 益,年均降水量 1397.6 mm,山顶为旱冬瓜和
杉树林等自然植被覆盖,在平缓的坡面上形成 3000 多级、面积近 1.33伊104 hm2的梯田,其历史长达 1500 多
年[20]。 元阳梯田全年淹水,仅在每年 4 月份至 11 月份种植水稻,冬季泡田休闲,水稻秸秆还田[21],是我国西
南山地丘陵区典型的冬水田。 本试验在海拔 1600 m,23毅7忆 N,102毅44忆 E,坡度 26毅,坡向 NE 25毅处进行。 供试
水稻土壤类型为人为水耕土,其理化性质为:土壤 pH值 5.32,有机质含量为 26.8 g / kg,全 N为 1.76 g / kg,全 P
为 0.45 g / kg,全 K为 16.20 g / kg,碱解 N为 78.44 mg / kg,速效 K为 16.52 mg / kg,速效 P 为 15.26 mg / kg。
1.2摇 试验设计与稻田管理
供试水稻为元阳哈尼梯田的农家水稻品种白脚老粳,适合种植于海拔 1200—1600 m 的梯田,一年一熟,
是一种温性高杆农家水稻品种。 水稻于 2012 年 3 月 19 日进行播种育苗,5 月 10 日移栽水稻苗至试验小区
内。 试验点共有 6个小区,每个小区面积为 3.0 m伊1.5 m,小区间的过道宽 0.5 m。 每个小区种植 15 行,每行
11 丛水稻,每丛 1 株秧苗,最外一圈水稻作为小区间的保护行,株距 15 cm,行距 30 cm。 在整个水稻生长期内
进行常规田间管理,不施用化肥和农药,稻田水深全年一般维持在 10 cm左右。
试验采用完全区组设计,设自然光照和 UV鄄B 辐射处理(7.5 kJ m-2 d-1)2 个水平,相当于箐口梯田海拔
1600 m处夏日晴天 0和 30%的臭氧层衰减造成的 UV鄄B增量,该地的 UV鄄B 辐射背景值为 10 kJ m-2 d-1。 紫
外辐射处理于 6月 9日进行,9月 27日水稻收获后停止试验。
UV鄄B辐射增强采用可升降灯架,在每一行水稻正上方挂一盏 40 W UV鄄B灯管(光谱为 280—320 nm),共
9行,通过改变灯管高度来调节紫外辐照强度(以植株上部计),用 UV鄄B辐射测定仪(北京师范大学光电仪器
厂)测定辐射强度,每天 9:00—17:00为处理时间,阴雨天除外,直到水稻成熟收获为止[10]。 处理期间随着水
稻生长不断调整灯管高度,从而保证植株接受 7.5 kJ m-2 d-1强度的 UV鄄B辐射。 自然光照组植株上方只挂没
有紫外灯的灯架,以保证处理组和对照组的自然光照条件一致。 每个处理设 3个重复。
1.3摇 测定方法
1.3.1摇 生物量测定
在每个水稻生长时期末期晴朗的一天,于 16:00左右随机选取每个小区 3 株水稻植株,拔出后洗净,分离
地上部和地下部,经 75 益烘干后测定各部分干重。
1.3.2摇 CH4采样方法
参照娄运生等方法[15]采用静态箱鄄气相色谱法收集田间气体样品。 采样箱用 PVC材料制成,是一个底面
半径为 30 cm、高度可随水稻生长情况自由调节的圆筒,用箍连接,最后盖上盖子,盖子上装有温度计和采气
阀,连接处涂上凡士林以保证箱体的气密性。 为减少采样过程中对周围环境的扰动,在观测点周围搭设栈桥。
CH4季节排放的采样方法参照娄运生等方法[15]:在水稻生育期内,每 10 d 采样 1 次,时间为 10:00—
12:00;采样时先将箱体罩于水稻上,通过稻田淹水层液封保证静态箱气密性,盖上盖子后立即用双链球手动
将箱内气体泵入到 500 mL的真空铝箔气体袋中,每隔 10 min收集 1 次,在 30 min内共收集 4 次,收集气体同
时记录箱温、气温及 5 cm稻田土壤温度。
CH4日排放的采样方法参照马静等方法[22]:在水稻成熟期进行采样,从 8:00 开始采样,每隔 2 h 采集
1 次,到 18:00结束。 具体收集方法同上。
1.3.3摇 CH4的检测方法
参照 Nayak等方法[23],略加改进后,用带有氢火焰离子检测器(FID)的气相色谱仪(Angelient 7890A)检
测 CH4浓度。 进样仪为 1 mL的进口气密针,分离柱为毛细管柱。 检测器 FID参数设置为:加热器 210 益,H2
1331摇 5期 摇 摇 摇 徐渭渭摇 等:UV鄄B辐射增强对元阳哈尼梯田稻田 CH4排放规律的影响 摇
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流量 40 mL / min,空气流量 400 mL / min,尾吹气流量(N2)20.871 mL / min,柱箱温度 50 益;色谱柱流量为 2.500
mL / min。 CH4排放通量计算公式为[24]:
F= 60伊16伊P伊H伊dc / dt / (273+t) / 8.314
式中,F为 CH4排放通量(mg m
-2 h-1);60 为时间换算率;16 为 CH4摩尔质量(g / mol);P 为当地采样点气压
0郾 9058伊105 Pa,这边代入值 0.9058;H为采样箱箱顶至水面的有效高度(cm);t为采样时箱内平均温度(益);
dc / dt为箱内气体浓度随时间变化的回归曲线斜率。 CH4标准气体由昆明梅塞尔气体公司提供。 通过积分计
算水稻不同生育期 CH4的累积排放量。
1.4摇 数据统计分析
数据用 Excel 2010进行整理与绘图,用统计软件 SPSS17.0通过独立样本 t检验进行处理间差异显著性检
验,并将 CH4排放通量与各温度,CH4各时期累积排放量与各时期地上及地下部分生物量进行多元逐步回归
及双变量相关分析。
2摇 结果与分析
图 1摇 UV鄄B辐射增强对水稻地上及地下部分干重的影响
摇 Fig. 1 摇 Effect of enhanced UV鄄B ( ultraviolet鄄B) radiation on
shoot and root dry weight of rice
地上部干重只是茎和叶的干重,没有包括穗重;X轴上方的为地上
部分干重,X轴下方的为地下部分干重;* 表示达到显著水平(P
<0.05),** 表示达到极显著水平(P<0.01)
2.1摇 UV鄄B辐射增强对水稻生物量的影响
UV鄄B辐射增强对白脚老粳整个生育时期地上部
和地下部的生物量有一定影响(图 1)。 在不同生育时
期,UV鄄B辐射增强均显著降低了水稻地上部和地下部
生物量。 其中地上部分生物量在 UV鄄B 辐射增强处理
下,相对于自然光照处理,显著降低了 20郾 3%—30.1%
(P<0.05),地下部分生物量经 UV鄄B辐射处理后显著降
低了 15.9%—24.6%(P<0.05)。
2.2摇 UV鄄B辐射增强对 CH4 排放规律的影响
2.2.1 摇 UV鄄B 辐射增强对 CH4 排放通量季节变化的
影响
由图 2可知,自然光照处理组的稻田 CH4排放通量
在整个观测期内出现了一个峰值,即在第 90 天拔节孕
穗期时,其峰值为 74.59 mg m-2 h-1,随后排放通量缓慢
下降,持续至移栽后第 117 天,又迅速下降至 21.12 mg m-2 h-1,存在低鄄高鄄低的一个排放单峰型。 经 UV鄄B 辐
射处理后,稻田 CH4排放通量在观测期内出现了两个明显的排放峰,第一个排放峰出现的时间与对照组一致,
即在水稻移栽后第 90 天(拔节孕穗期)时出现,其峰值为 132.52 mg m-2 h-1,随后逐渐下降,在距水稻移栽的
第 127 天(成熟期)又出现第 2个排放峰 80.62 mg m-2 h-1,大小为第 1个排放峰的 61.0%,然后再逐渐降低至
22.57 mg m-2 h-1,排放趋势呈现低鄄高鄄低鄄高鄄低的双峰型。 说明 UV鄄B 辐射处理改变了 CH4的季节排放规律,
由原先的单峰型在经辐射处理之后变成了双峰型。 另外,经 UV鄄B辐射增强处理后,CH4排放通量总体上都极
显著高于自然光照处理组(P<0.01),只有在距水稻移栽后第 107 天、117 天和第 142 天的 CH4排放通量,两处
理之间没有显著差异。
通过对 CH4的季节排放通量与地下 5 cm土壤温度、大气温度和箱内温度进行多元回归及相关分析,结果
表明:自然光照处理组的 CH4排放通量与各温度没有相关性,UV鄄B辐射处理组的 CH4排放通量与大气温度和
5 cm深处的土壤温度没有相关性,而与箱内温度存在显著的线性正相关,其回归表达式为:
F= 鄄112.723+6.041T箱 摇 摇 (R= 0.789,P= 0.02)
式中,F为经 UV鄄B辐射处理的 CH4排放通量(mg m
-2 h-1),T箱为试验过程中静态采样箱内的平均温度(益)。
2.2.2摇 UV鄄B辐射增强对 CH4 排放通量的日变化影响
2331 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 35卷摇
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自然光照处理组在该天出现了一个排放峰,即 10:00的时候,随后其排放通量缓慢下降直至 16:00,后又
逐渐升高,因该试验只观测到傍晚 18:00,因此第 2 个排放峰没有被观测到;UV鄄B 辐射处理组在观测期内出
现了两个排放峰,分别是在 10:00和 16:00的时候(图 3)。 另外,除 8:00的排放通量两处理之间没有显著差
异,12:00的排放通量 UV鄄B辐射处理组极显著低于自然光照处理组外(P<0.01),其他几个时间点的排放通
量 UV鄄B辐射处理组均极显著高于自然光照处理组。
图 2摇 CH4排放通量及温度的季节性变化
Fig.2摇 Seasonal variation of CH4 flux and temperature in paddy soil
图 3摇 CH4排放通量及温度的日变化
Fig.3摇 Variation of CH4 flux and temperature in paddy field during
the day
将 CH4当天的排放通量与该天的各时段温度进行多元回归及相关分析后,发现各处理的排放通量与各温
度之间均不存在显著的相关性。
2.3摇 UV鄄B辐射增强对水稻不同生育期 CH4 累积排放量的影响
水稻各个生育期 CH4累积排放量分布比例见表 1。 在整个观测期内,自然光照处理组共排放 CH4 64.46
g / m2,其累积排放量最高发生在成熟期,占总排放量的 34.8%,其次是出现峰值的拔节孕穗期,其累积排放量
占总排放量的 30.4%;UV鄄B辐射处理组在整个观测期内 CH4累积排放量为 143.05 g / m2,各时期累积排放量最
高发生在拔节孕穗期,占总排放量的 54.0%,其次是成熟期,占 27.4%。 经 UV鄄B辐射处理后,稻田 CH4在整个观
测期内的累积排放量极显著高于自然光照处理组的累积排放量(P<0郾 01)。
表 1摇 UV鄄B辐射增强下水稻不同生育期 CH4排放特征
Tabel 1摇 Characteristics of CH4 emission in each rice growing stage under enhanced UV鄄B (ultraviolet鄄B) radiation
水稻生育期
Rice growth stages
处理
Treatment /
(kJ m-2 d-1)
累积排放量
Total amount of CH4
emission / (g / m2)
平均通量
Average emission /
(mg m-2 h-1)
占生长季比例
Percentage
/ %
分蘖末期 0 9.67依0.30 A 40.29依1.25 A 15.00
Late tillering (69—79 d) 7.5 14.23依0.30 B 59.28依1.26 B 9.95
拔节孕穗期 0 19.62依0.44 A 31.45依0.71 A 30.44
Jointing to booting (80—106 d) 7.5 77.26依0.29 B 123.81依4.66 B 54.01
抽穗扬花期 0 12.71依0.17 a 58.86依0.80 a 19.72
Heading to flowering (107—116 d) 7.5 12.39依0.22 a 57.37依1.03 a 8.66
成熟期 0 22.46依0.35 A 37.43依0.58 A 34.83
Mature stage(117—142 d) 7.5 39.17依0.47 B 65.28依0.78 B 27.38
摇 摇 数据后小写字母不同表示达到显著水平(P<0.05),数据后大写字母不同表示达到极显著水平(P<0.01)
将各时期的累积排放量与各时期的植株地上部及地下部分生物量进行回归分析后发现,排放量与各部分
3331摇 5期 摇 摇 摇 徐渭渭摇 等:UV鄄B辐射增强对元阳哈尼梯田稻田 CH4排放规律的影响 摇
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生物量之间都不存在显著相关性。
3摇 讨论
3.1摇 UV鄄B辐射增强与 CH4 排放季节动态变化的关系
稻田 CH4排放通量的季节变化受诸多因素影响:土壤理化性质[25]、稻田管理模式[26]、水稻特性[27]、稻田
土壤水中的 CH4浓度[28]、环境胁迫[29]等。 本试验中,UV鄄B辐射处理组在整个观测期内出现了两个明显的排
放峰,而自然光照组只出现了一个明显的排放峰,其出现时间与 UV鄄B 辐射处理组同时发生在拔节孕穗期。
在该时期出现排放峰主要原因可能在于:水稻此时代谢活动比较旺盛,根系分泌能力强;通气组织发达,传输
效率高;根系死亡细胞脱落物增多,为产甲烷菌提供了丰富的碳源;并且稻田温度和淹水条件适宜,从而造成
了 CH4排放高峰的现象[15,30鄄31]。 抽穗扬花期时,在淹水等一切种植环境条件没有改变的情况下,两处理的
CH4排放通量开始下降,并且 UV鄄B辐射处理组比自然光照组下降速度更快,这可能与稻田中的可溶性碳含量
有关[32鄄33]。 即在水稻拔节孕穗期根系分泌能力旺盛,土壤中碳源增多促进了产甲烷细菌的生长繁殖,从而使
这段时间内 CH4排放量迅速上升,随后由于产甲烷细菌的大量繁殖导致土壤中可溶性碳含量下降,产甲烷细
菌因得不到充足的营养物质其数量逐渐下降,从而引起 CH4排放量降低。 水稻进入成熟期后,自然光照组一
直没有出现排放峰,UV鄄B辐射处理组在该时期出现了第 2 个排放峰,但是峰值没有第 1 个高,表现为 UV鄄B
辐射处理改变了稻田 CH4排放的季节变化规律。 可能是因为 UV鄄B辐射处理组在长期辐射处理下,水稻植株
体提前衰老,造成根系脱落物增多,为产甲烷菌提供了较多物质从而产生峰值现象。 成熟末期,两处理的 CH4
排放量均下降,可能是由于水稻根系因衰老和降解导致根系孔隙度减小,影响水稻植株体传输 CH4的
能力[34]。
3.2摇 UV鄄B辐射增强与 CH4 排放日动态变化的关系
CH4排放的日变化受温度的日变化影响较大,一日之内的温度变化会引起 CH4排放的传输路径的传输能
力发生改变[35]。 由试验结果知(图 3),两处理均在 10:00时出现第 1 个排放峰,此时各环境温度还没有达到
最大值。 到 12:00温度达到最大值时,尤其是箱内温度达到最高,为 34.75 益,两处理的排放通量尤其是 UV鄄
B辐射处理组回落的很快,接近白天排放量最低值,这与刘小燕等人[36]认为稻田 CH4排放量是随着日出后温
度逐渐升高而增大的观点不同。 目前还不清楚本试验中的水稻在 UV鄄B辐射增强处理下,遇较高温度时是否
有休眠现象。 有研究证明,当水稻所处环境温度高于其最适宜温度时,某些水稻品种会发生休眠现象,从而缩
小水稻植株体内的空腔系统,抑制土壤中产生的 CH4通过植株体向大气传输的过程[35]。
3.3摇 UV鄄B辐射处理下,植株生物量和温度与 CH4 排放季节和日动态变化的关系
很多研究表明,5 cm 土壤温度[19,37鄄38]、水稻地上及地下部干重[39鄄40]与 CH4排放具有相关性,随着温度的
升高及干重的增大,稻田 CH4排放量也升高。 因为温度控制着产甲烷菌的代谢活动,其强弱随土壤温度的升
高而增强,从而促进 CH4的产生;水稻生物量影响着根系分泌物及脱落物的数量,间接影响了提供给产甲烷菌
的底物量,从而最终决定了 CH4的排放量。 在该试验中,由于稻田水位在水稻生长期内一直保持在 10 cm 左
右,较深的水层对土壤具有良好的保温作用,因此土壤温度受大气温度变化不明显。 将 CH4排放通量与各环
境温度进行回归分析后发现,只有 UV鄄B辐射处理组 CH4的季节排放通量与箱内温度的季节变化存在显著正
线性相关性(R= 0.789,P<0.05)。 水稻地上及地下部干重经 UV鄄B辐射处理后显著下降(P<0.05,图 1),与其
他学者的研究成果一致[41]。 而 CH4的排放通量与累积排放量却在 UV鄄B辐射处理后极显著增加(P<0.01,图
2,图 3,表 1),CH4的累积排放量与水稻各部分干重均无线性相关。 说明在野外条件下,影响 CH4排放的因素
是很复杂的,CH4排放的季节变化、日变化和累积排放量不能用温度和植株干重来完全解释,温度和植株干重
不是 CH4呈现这些排放规律的主要影响因素。
3.4摇 UV鄄B辐射对 CH4 排放的产生机理
试验研究结果显示,在 UV鄄B辐射增强显著降低水稻植株生物量的情况下(P<0.05,图 1),稻田 CH4排放
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通量和累积排放量除个别在两处理间没有显著差异(图 2,图 3,表 1)及极显著(P<0.01,图 3)降低外,其余的
辐射处理组都极显著高于自然光照组(P<0.01,图 2,图 3,表 1),这与娄运生等人[15]研究的结果比较一致,而
与胡正华等人[10]的结果相反。 胡正华等人[10]认为,在土壤理化性质相同、稻田水肥管理一致,并且 UV鄄B 辐
射处理没有明显改变水稻生长状况的情况下,导致了 CH4平均排放量下降,但差异不显著。 目前,很多研究表
明,UV鄄B辐射处理能够促进植株体 CH4的排放。 Austin和 Vivanco[42]认为 UV鄄B辐射促进植物释放 CH4是因
为植物组织的光降解,CH4作为植物细胞物质降解后的副产物被释放出来。 更多的学者认为植物体在 UV鄄B
辐射作用下产生 CH4的主要原因是由于紫外辐射等环境胁迫因子刺激植物体形成活性氧自由基 ROS,ROS与
植物细胞壁果胶等物质中的甲氧基团作用进而生成 CH4 [43]。 Vigano等人[12]发现,UV(ultraviolet)辐射不仅促
进甲氧基产生 CH4,而且促进其它糖基化碳基团产生 CH4,因此,除了植物果胶在辐射胁迫下能产生 CH4外,
植物的木质素和纤维素在辐射作用下也会产生 CH4,并且 CH4的释放速率与 UV 辐射的强度呈线性相关。
McLeod等人[14]和Messenger[44]等人分别用活性氧清除剂证实了 ROS对植株组织释放 CH4的重要性,认为 UV
辐射能通过诱导产生活性氧自由基 ROS从而刺激果胶等物质释放 CH4。
4摇 结论
UV鄄B辐射增强显著降低了水稻植株各时期地上部、地下部生物量(P<0.05);改变了稻田 CH4排放的季
节变化规律,与自然光照组相比,CH4排放除了在拔节孕穗期出现第 1 个排放峰外,在成熟期出现第 2 个排放
峰,并且与箱内温度存在显著线性正相关(R= 0.789,P<0.05);UV鄄B辐射增强改变了 CH4排放的日变化规律,
提前了 CH4排放第 2个峰出现的时间,但这种日变化规律与 5 cm土壤温度、大气温度和箱内温度均不存在相
关性;在整个观测期内,UV鄄B辐射增强极显著增加了 CH4的累积排放量(P<0.01),促进了稻田 CH4的排放,
而与水稻各时期的各部分干重无相关性。
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