节水抗旱稻的CH4/N2O排放特征及其环境调控机理研究

Water-Saving and Drought-Resistance rice (WSDR-Rice) has both characteristics of paddy rice and upland rice simultaneously, which including the characteristic of high yield and quality of paddy rice as well as regulation function of water absorption/retention and accumulation of osmotic adjustment substances of upland rice. The cultivation and spread of WSDR-Rice has been an important measure for water shortage and food security in China. However, there is few systematic research about how the cultivation method and drought-resistance physiological mechanisms of WSDR-Rice affect CH4/N2O emissions from paddy field. Particularly, the relationship between the drought-resistance physiological mechanisms and CH4/N2O emissions does not have any report until now. This study firstly evaluates the characteristics of CH4/N2O emissions of different WSDR-Rice cultivars. Then evaluate the effect of WSDR-Rice on CH4/N2O emissions under different water management and nitrogen form/level conditions basing on the drought-resistance physiological mechanisms of WSDR-Rice. The effect of coupling relation between drought-resistance physiological mechanisms and environmental factors on CH4/N2O emissions will be evaluated. Furthermore, the mechanisms of CH4/N2O emissions of WSDR-Rice under different environmental conditions will be elucidated.This study will clarify the mechanisms of greenhouse gas emission and mitigation in paddy field, which can provide the theoretical basis for the comprehensive assessment of environmental benefits of WSDR-Rice.

节水抗旱稻兼具了水稻和旱稻的特性，既有水稻的高产优质特性、又有旱稻的调节吸水保水能力、积累渗透调节物质等多种抗旱生理机制。培育与推广节水抗旱稻已成为我国应对水资源短缺和保证粮食安全的重要措施，但节水抗旱稻的栽培及其抗旱生理机制是如何影响稻田CH4/N2O排放的还未有系统深入的研究，尤其是抗旱生理机制和稻田CH4/N2O生成与排放之间的关系，迄今国内外尚无报道。本课题在弄清不同品种节水抗旱稻CH4/N2O排放特征的基础上，结合节水抗旱稻的抗旱生理机制，研究在不同水分管理和氮素形态/水平条件下节水抗旱稻对稻田生产系统CH4/N2O排放通量的影响，解析抗旱生理机制和环境条件之间的耦合关系对稻田CH4/N2O生成与排放的作用，阐明节水抗旱稻在不同环境条件下调控CH4/N2O生成与排放的机理。本课题将从新的视角揭示稻田温室气体发生与减排机制，并为今后全面评估节水抗旱稻的环境效益奠定理论基础。

培育与推广节水抗旱稻（WDR）已成为我国应对水资源短缺和保证粮食安全的重要措施，但节水抗旱稻的 CH4/N2O 排放规律和机制尚未有系统的研究，尤其是抗旱生理和CH4/N2O排放之间的关系缺少研究。本项目在弄清节水抗旱稻 CH4/N2O 排放特征的基础上，研究水氮条件对节水抗旱稻CH4/N2O排放的影响，解析抗旱生理和环境条件对CH4/N2O 生成与排放的作用机制，阐明节水抗旱稻在不同环境条件下CH4/N2O 生成与排放机理。.研究结果表明，在常规灌溉条件下，节水抗旱稻品种旱优8号（杂交粳稻WDR）、早玉香粳（常规粳稻WDR）以及旱优113（杂交籼稻WDR）均具有较高产量和较低温室气体排放强度。和常规灌溉相比，节水30%和70%大幅降低CH4排放量，同时节水灌溉对旱优8号产量没有显著影响，而非抗旱的花优14减产10%以上。但另一方面，节水灌溉增加了N2O排放量。稳定同位素15N结果表明，在常规淹水条件下，反硝化反应是N2O产生的主要途径；而在干湿交替或旱管等节水灌溉条件下，硝化-反硝化反应的增强导致了N2O排放量的增加；节水抗旱稻在各水分条件下胺肥的氮素利用率高于硝肥，且N2O排放量相对较少。.在进一步水分梯度实验中，CH4排放量随干旱程度的增加而降低，同时干旱胁迫导致水稻产量降低，但旱优8号的减产幅度小于非抗旱的花优14。旱优8号叶片含有较高的可溶性糖、可溶性蛋白、游离脯氨酸和游离氨基酸含量，表明旱优8号具有较好的抗旱性。叶片中的可溶性蛋白、游离脯氨酸和游离氨基酸含量随着干旱胁迫强度的增加呈减少趋势，这与产量和CH4排放量的变化趋势一致。.不同气候条件也影响水稻的温室气体排放及产量。高温少雨条件下各品种的CH4排放量平均比常温多雨高4.3倍，且高温少雨降低产量，不过同样节水抗旱稻的减产幅度明显小于普通水稻品种；而稻田N2O的排放主要取决于施肥和水分管理措施。本项目揭示了节水抗旱稻在不同条件下温室气体生成与排放机制，为今后全面评估节水抗旱稻的环境效益奠定了科学基础。