南京农业大学学报　 ２０２２，４５（５） ：８３９－８４７ 　 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｈｔｔｐ： ／ ／ ｎａｕｘｂ．ｎｊａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ ＤＯＩ：１０．７６８５ ／ ｊｎａｕ．２０２１１１０１５ 　 ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ 江瑜，朱相成，钱浩宇，等． 水稻丰产与稻田甲烷减排协同的研究展望［ Ｊ］ ． 南京农业大学学报，２０２２，４５（５） ：８３９－８４７． ＪＩＡＮＧ Ｙｕ，ＺＨＵ Ｘｉａｎｇｃｈｅｎｇ，ＱＩＡＮ Ｈａｏｙｕ，ｅｔ ａｌ． Ｈｉｇｈｅｒ ｒｉｃｅ ｙｉｅｌｄｓ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｍｅｔｈａｎｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｃｏｎｃｉｌｅｄ ｆｏｒ ｒｉｃｅ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ：ａ ｒｅｖｉｅｗ［ Ｊ］ ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０２２，４５（５） ：８３９－８４７． 水稻丰产与稻田甲烷减排协同的研究展望 江瑜１ ，朱相成１，２ ，钱浩宇１ ，张楠１ ，丁艳锋１∗ （１．南京农业大学江苏省现代作物生产协同创新中心，江苏 南京 ２１００９５； ２．宜春学院生命科学与资源环境学院，江西 宜春 ３３６０００） 摘要：水稻是中国第一大口粮作物，稻田是第二大温室气体甲烷的重要人为排放源之一，稻田甲烷减排对农业碳中和意义 重大。 稻田甲烷排放是甲烷产生和氧化的净效应，与水稻植株和农艺措施密切相关。 本文重点论述水稻丰产条件下植株 特性、农艺措施及两者互作对稻田温室气体排放影响及机制；明确中国水稻生长季甲烷排放动态的主体模式，即排放高峰 期在拔节前，甲烷排放占 ５７％ ～ ６６％。 在此基础上，未来应加强泌氧能力强的水稻品种选育，优化秸秆还田和前期水分管理 技术，探索土壤微生物减排调控途径，实现水稻甲烷减排；各区域应因地制宜采取合理的农艺措施，集成稻田丰产减排技术 新模式。 关键词：温室气体排放；甲烷；稻田；植株特性；农艺措施 中图分类号：Ｓ５１１　 　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 　 文章编号：１０００－２０３０（２０２２）０５－０８３９－０９ Ｈｉｇｈｅｒ ｒｉｃｅ ｙｉｅｌｄｓ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｍｅｔｈａｎｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｃｏｎｃｉｌｅｄ ｆｏｒ ｒｉｃｅ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ：ａ ｒｅｖｉｅｗ ＪＩＡＮＧ Ｙｕ １ ，ＺＨＵ Ｘｉａｎｇｃｈｅｎｇ １，２ ，ＱＩＡＮ Ｈａｏｙｕ １ ，ＺＨＡＮＧ Ｎａｎ １ ，ＤＩＮＧ Ｙａｎｆｅｎｇ １∗ （１．Ｊｉａｎｇｓｕ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｍｏｄｅｒｎ Ｃｒｏｐ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｙｉｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｃｈｕｎ ３３６０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｉｃｅ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｏｄ ｃｒｏｐ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｐａｄｄｉｅｓ ａｒｅ ａ ｍａｊｏｒ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ａｎｔｈｒｏｐｏｇｅｎｉｃ ｍｅｔｈａｎｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｍｅｔｈａｎｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｒｉｃｅ ｐａｄｄｉｅｓ ｈａｖｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃａｒｂｏｎ ｎｅｕｔｒａｌ ｉｎ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ． Ｎｅｔ ｍｅｔｈａｎｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｒｉｃｅ ｐａｄｄｉｅｓ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｂａｌａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｅｔｈａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ． Ｒｉｃｅ ｐｌａｎｔ ｔｒａｉｔｓ ａｎｄ ａｇｒｏｎｏｍｉｃ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ ｓｔｒｏｎｇｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｍｅｔｈａｎｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ． Ｔｈｉｓ ｒｅｖｉｅｗ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｌａｎｔ ｔｒａｉｔｓ ａｎｄ ａｇｒｏｎｏｍｉｃ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｎ ｍｅｔｈａｎｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｗｅ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｐｅａｋ ｍｅｔｈａｎｅ ｆｌｕｘｅｓ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｂｅｆｏｒｅ ｊｏｉｎｔｉｎｇ ｓｔａｇｅ，ｗｈｉｃｈ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ ａｓ ｍｕｃｈ ａｓ ５７％－６６％ ｏｆ ｓｅａｓｏｎａｌ ｍｅｔｈａｎｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｉｎａ’ｓ ｒｉｃｅ ｐａｄｄｉｅｓ． Ｗｅ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｎｅｗ ｖａｒｉｅｔｙ ｗｉｔｈ ｓｔｒｏｎｇ ｄｒｏｕｇｈｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒａｄｉａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｌｏｓｓ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｓｔｒａｗ ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｄｕｒｉｎｇ ｔｉｌｌｅｒｉｎｇ ｓｔａｇｅ，ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｓｏｉｌ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｐａｔｈｗａｙｓ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｉｃｅ ｐｌａｎｔｅｄ ａｒｅａｓ，ｗｅ ｓｈｏｕｌｄ ｓｅｌｅｃｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｇｒｏｎｏｍｉｃ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ ｔｏ ｃｏｍｂｉｎｅ ｎｅｗ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｍｏｄｅｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｒｉｃｅ ｙｉｅｌｄ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｇａｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｇａｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ；ｍｅｔｈａｎｅ；ｐａｄｄｙ ｆｉｅｌｄ；ｐｌａｎｔ ｔｒａｉｔｓ；ａｇｒｏｎｏｍｉｃ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ 温室气体大量排放引起的全球气候变暖已成为人类生存的重要威胁，减少温室气体排放是应对气候 变化的关键举措。 农业生产系统是温室气体甲烷和氧化亚氮的重要排放源，农业源的甲烷和氧化亚氮排 放分别占全球人为排放的 ３７．８％和 ６５．１％ ［１－２］ 。 在所有粮食作物中，水稻的单位产量温室气体排放是最高 的，是小麦和玉米的 ３ 倍以上 ［３］ 。 稻田温室气体排放主要以甲烷排放为主，约占 ９０％ ［４］ ，稻田甲烷排放占 全球人为排放的 １０．９％ ［１］ 。 中国是世界上最大的水稻生产国和消费国，稻田甲烷排放量占全球稻田甲烷 量的 ２１．９％左右 ［５］ 。 与发达国家不同，中国的人口和资源现状决定了稻田 ＣＨ ４ 减排技术创新必须以水稻 丰产为前提。 在水稻丰产的基础上实现稻田 ＣＨ ４ 减排是实现农业碳中和的关键，更体现了中国的世界担 当。 因此，协同实现水稻丰产和稻田甲烷减排的科学意义和社会意义重大。 收稿日期：２０２１－１１－０８ 基金项目：国家自然科学基金项目（３２０２２０６１） ；中央高校基本科研业务费专项资金（ ＫＪＹＱ２０２１０１） 作者简介：江瑜，教授，博导，主要从事稻田生态研究，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｕｊｉａｎｇ＠ ｎｊａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。 Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｄｉｎｇｙｆ＠ ｎｊａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。 ∗ 通信作者：丁艳锋，教授，博导，主要从事水稻栽培研究， 第 ４５ 卷 南　 京　 农　 业　 大　 学　 学　 报 稻田甲烷净排放由甲烷产生和氧化决定 ［６］ 。 稻田土壤在淹水、无氧条件下，土壤有机物（ 土壤有机 质、前茬作物秸秆和当季光合产物等） 被分解为氢气、二氧化碳、乙酸和甲酸等小分子化合物，然后被产甲 烷菌分解成甲烷 ［６］ 。 而淹水土壤中产生的甲烷会在有氧区域（ 如根际和水土交界面） 被甲烷氧化菌氧化。 稻田甲烷产生过程和氧化过程不仅受稻田环境（ 如底物、ｐＨ、Ｏ ２ 等） 的影响，也受到水稻植株的影响 ［７－８］ 。 水稻植株不仅能以根系分泌物和凋落物的形式为产甲烷菌提供底物，也能通过通气组织向根际泌氧，为甲 烷氧化菌创造有氧环境 ［９－１０］ 。 因此，掌握稻田环境和水稻植株对稻田甲烷排放的影响机制，可通过调控水 稻植株生长和改良农艺措施实现水稻单产递增和稻田甲烷减排的协同。 本文综述了水稻植株特性和主要 农艺措施对稻田甲烷排放的影响及其机制，并根据中国丰产稻田甲烷排放特征提出了研究展望，为丰产减 排协同稻作提供理论参考，为高产低碳稻作模式创新提供技术参考。 １　 水稻植株特性对稻田温室气体排放的影响 甲烷是由产甲烷菌在厌氧条件下产生的，甲烷的产生过程受土壤碳底物限制。 结果表明当季光合产物是稻田甲烷排放的主要碳源：Ｔｏｋｉｄａ 等 ［１１］ １３ ＣＯ ２ 同位素标记研究 发现，当季光合产物对水稻生育前期甲 烷排放的贡献可忽略不计，而在抽穗期和灌浆中期，贡献率达到 ４０％ ～ ６０％；Ｃｏｎｒａｄ 等 ［１２］ 认为约 ５０％的稻 田甲烷排放来自水稻植株光合产物。 水稻根系能以根系分泌物和凋落物的形式向甲烷产生提供底物碳， 因此减少根系分泌物数量可降低甲烷排放 ［１３］ 。 同时，根系分泌物成分也可影响稻田甲烷排放过程，例如， 在根系分泌物总量保持稳定的情况下，增加根系苹果酸、琥珀酸和柠檬酸的分泌量可降低稻田甲烷排 放 ［１４］ 。 另外，根系分泌物还可诱导根际有机碳的激发效应，增加土壤活性有机碳浓度 ［１５］ ，从而促进甲烷 产生。 由于水稻地上部的生长能显著影响根系的生长，因此，有些研究表明水稻叶面积、生物量、株高、分 蘖、光合产物分配等影响稻田甲烷排放。 Ｑｉｎ 等 ［１６］ 和 Ｄａｓ 等 ［１７］ 研究发现水稻叶面积和分蘖数与稻田甲烷 排放呈正相关，Ｈｕａｎｇ 等 ［１８］ 研究表明地上部生物量与稻田甲烷排放通量显著正相关，ｖａｎ Ｇｒｏｅｎｉｇｅｎ 等 ［１９］ 通过 ｍｅｔａ 分析发现，高浓度二氧化碳通过提高根系生物量，增加根系分泌物和凋落物数量，为产甲烷菌提 供更多的碳源，进而促进稻田甲烷排放。 正因为植株光合产物是甲烷产生过程底物的重要来源，有些研究 认为提高光合产物向穗分配可以提高水稻产量并降低稻田甲烷排放。 例如，Ｓｕ 等 ［１３］ 通过将 ＳＵＳＩＢＡ２ 基 因导入水稻，使更多的光合产物向籽粒转移，减少根系分泌物量，实现水稻高产