徐渭渭, 何永美, 湛方棟, 祖艷群, 李 元

云南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院, 昆明 650201

UV-B輻射增強對元陽哈尼梯田稻田CH4排放規(guī)律的影響

徐渭渭, 何永美, 湛方棟, 祖艷群, 李 元*

云南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院, 昆明 650201

在大田條件下，原位種植傳統(tǒng)水稻品種白腳老粳，采用靜態(tài)箱-氣相色譜法研究了UV-B(ultraviolet-B)輻射增強(7.5 kJ m-2d-1)對元陽哈尼梯田海拔1600 m處稻田CH4排放量的影響，同時觀測UV-B輻射增強對水稻生長的影響。結果表明：(1)UV-B輻射增強顯著降低了水稻植株分蘗末期、拔節(jié)孕穗期、抽穗揚花期、成熟期地上部和地下部生物量(P<0.05)。(2)UV-B 輻射改變了稻田CH4的季節(jié)和日排放(成熟期)規(guī)律：對照組在拔節(jié)孕穗期出現(xiàn)1 個排放峰，處理組在拔節(jié)孕穗期和成熟期出現(xiàn)2 個排放峰；與對照相比，UV-B輻射增強改變了水稻成熟期CH4日排放第2個峰值出現(xiàn)的時間。(3)處理組CH4的季節(jié)排放通量與箱內溫度的季節(jié)變化有顯著的正相關性(R=0.789，P<0.05)。(4)UV-B輻射增強在分蘗末期、拔節(jié)孕穗期、成熟期都極顯著提高了CH4的累計排放量(P<0.01)，分別提高了47.2%，293.8%和74.4%?？傊?，UV-B輻射增強促進了元陽哈尼梯田傳統(tǒng)水稻田CH4的排放。

UV-B輻射; 元陽哈尼梯田; 稻田; CH4排放

臭氧層損耗導致的地表紫外輻射增強和溫室氣體持續(xù)排放導致的全球變暖是當今重要的全球性環(huán)境問題。研究人員不但關注UV-B輻射增強對農(nóng)作物的影響[1- 2]，而且還關注UV-B輻射增強對農(nóng)田溫室氣體排放的影響[3- 4]。有研究表明，在室外盆栽或大田條件下，UV-B輻射增強通過改變植株生理代謝過程，影響植株的根系生長和根系分泌物的分泌情況，進而改變根際土壤微生物活性及組分，最終影響冬小麥、大豆等農(nóng)田N2O與CO2等溫室氣體的排放狀況，顯著降低了這些氣體的排放量[5- 9]，也降低了稻田CH4的平均排放通量，下降幅度為15.84%，但不顯著[10]。另有學者研究發(fā)現(xiàn)UV-B輻射處理能通過刺激植物使其釋放更多的CH4[11- 14]，并且CH4排放速率與UV-B輻射強度呈線性相關[13]，認為是輻射脅迫促使植物組織產(chǎn)生活性氧自由基ROS(reactive oxygen species)，與細胞壁中的果膠物質發(fā)生作用從而產(chǎn)生大量CH4[14]。婁運生等人[15]通過大田試驗發(fā)現(xiàn)在水稻生長期內進行UV-B輻射增強處理能顯著提高稻田CH4的排放通量和累計排放量。

稻田是大氣CH4的重要排放源，其排放的CH4量約占全球總排放的5%—19%[16]。稻田CH4排放是稻田CH4產(chǎn)生、氧化和傳輸3個過程綜合作用的結果。中國是世界上最大的水稻生產(chǎn)國，其水稻種植面積約為3.3×107hm2，約占世界稻作面積的22%[17]。冬水田是一類特殊的稻田，一年四季淹水，土壤氧化還原電位低，廣泛分布于我國西南山地丘陵區(qū)，其總面積在2.7×106—4.0×106hm2，占我國水稻種植面積的8%—12%，但CH4排放量卻高達全國稻田CH4排放總量的60%[18]，是世界上CH4排放量最大的一類稻田[19]。然而，UV-B輻射增強對冬水田CH4排放規(guī)律影響的研究報道還很少。

元陽哈尼梯田于2013年入選世界文化遺產(chǎn)，具有重大的研究價值。元陽哈尼梯田作為我國西南地區(qū)典型的冬水田，以此為研究對象，人工模擬UV-B輻射增強，采用靜態(tài)箱-氣相色譜法，測定水稻不同生育期稻田CH4的排放通量，研究元陽梯田稻田CH4排放的季節(jié)變化和日變化規(guī)律，分析UV-B輻射增強對元陽梯田稻田CH4排放通量的影響，為臭氧層變薄、全球氣候變化背景下農(nóng)田溫室氣體的排放趨勢提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

大田試驗地位于云南省元陽縣新街鎮(zhèn)箐口村，屬于元陽哈尼梯田核心區(qū)。該地地處滇南低緯度哀牢山山脈南部，屬山地季風氣候，多雨濕潤，干濕季分明，年平均溫度15 ℃，年均降水量1397.6 mm，山頂為旱冬瓜和杉樹林等自然植被覆蓋，在平緩的坡面上形成3000多級、面積近1.33×104hm2的梯田，其歷史長達1500多年[20]。元陽梯田全年淹水，僅在每年4月份至11月份種植水稻，冬季泡田休閑，水稻秸稈還田[21]，是我國西南山地丘陵區(qū)典型的冬水田。本試驗在海拔1600 m，23°7′ N，102°44′ E，坡度26°，坡向NE 25°處進行。供試水稻土壤類型為人為水耕土，其理化性質為：土壤pH值 5.32，有機質含量為26.8 g/kg，全N為1.76 g/kg，全P為0.45 g/kg，全K為16.20 g/kg，堿解N為78.44 mg/kg，速效K為16.52 mg/kg，速效P為15.26 mg/kg。

1.2 試驗設計與稻田管理

供試水稻為元陽哈尼梯田的農(nóng)家水稻品種白腳老粳，適合種植于海拔1200—1600 m的梯田，一年一熟，是一種溫性高桿農(nóng)家水稻品種。水稻于2012年3月19日進行播種育苗，5月10日移栽水稻苗至試驗小區(qū)內。試驗點共有6個小區(qū)，每個小區(qū)面積為3.0 m×1.5 m，小區(qū)間的過道寬0.5 m。每個小區(qū)種植15行，每行11 叢水稻，每叢1 株秧苗，最外一圈水稻作為小區(qū)間的保護行，株距15 cm，行距30 cm。在整個水稻生長期內進行常規(guī)田間管理，不施用化肥和農(nóng)藥，稻田水深全年一般維持在10 cm左右。

試驗采用完全區(qū)組設計，設自然光照和UV-B輻射處理(7.5 kJ m-2d-1)2個水平，相當于箐口梯田海拔1600 m處夏日晴天0和30%的臭氧層衰減造成的UV-B增量，該地的UV-B輻射背景值為10 kJ m-2d-1。紫外輻射處理于6月9日進行，9月27日水稻收獲后停止試驗。

UV-B輻射增強采用可升降燈架，在每一行水稻正上方掛一盞40 W UV-B燈管(光譜為280—320 nm)，共9行，通過改變燈管高度來調節(jié)紫外輻照強度(以植株上部計)，用UV-B輻射測定儀(北京師范大學光電儀器廠)測定輻射強度，每天9:00—17:00為處理時間，陰雨天除外，直到水稻成熟收獲為止[10]。處理期間隨著水稻生長不斷調整燈管高度，從而保證植株接受7.5 kJ m-2d-1強度的UV-B輻射。自然光照組植株上方只掛沒有紫外燈的燈架，以保證處理組和對照組的自然光照條件一致。每個處理設3個重復。

1.3 測定方法

1.3.1 生物量測定

在每個水稻生長時期末期晴朗的一天，于16:00左右隨機選取每個小區(qū)3 株水稻植株，拔出后洗凈，分離地上部和地下部，經(jīng)75 ℃烘干后測定各部分干重。

1.3.2 CH4采樣方法

參照婁運生等方法[15]采用靜態(tài)箱-氣相色譜法收集田間氣體樣品。采樣箱用PVC材料制成，是一個底面半徑為30 cm、高度可隨水稻生長情況自由調節(jié)的圓筒，用箍連接，最后蓋上蓋子，蓋子上裝有溫度計和采氣閥，連接處涂上凡士林以保證箱體的氣密性。為減少采樣過程中對周圍環(huán)境的擾動，在觀測點周圍搭設棧橋。

CH4季節(jié)排放的采樣方法參照婁運生等方法[15]：在水稻生育期內，每10 d采樣1 次，時間為10:00—12:00；采樣時先將箱體罩于水稻上，通過稻田淹水層液封保證靜態(tài)箱氣密性，蓋上蓋子后立即用雙鏈球手動將箱內氣體泵入到500 mL的真空鋁箔氣體袋中，每隔10 min收集1 次，在30 min內共收集4 次，收集氣體同時記錄箱溫、氣溫及5 cm稻田土壤溫度。

CH4日排放的采樣方法參照馬靜等方法[22]：在水稻成熟期進行采樣，從8:00開始采樣，每隔2 h采集1 次，到18:00結束。具體收集方法同上。

1.3.3 CH4的檢測方法

參照Nayak等方法[23]，略加改進后，用帶有氫火焰離子檢測器(FID)的氣相色譜儀(Angelient 7890A)檢測CH4濃度。進樣儀為1 mL的進口氣密針，分離柱為毛細管柱。檢測器FID參數(shù)設置為：加熱器210 ℃，H2流量40 mL/min，空氣流量400 mL/min，尾吹氣流量(N2)20.871 mL/min，柱箱溫度50 ℃；色譜柱流量為2.500 mL/min。CH4排放通量計算公式為[24]：

F=60×16×P×H×dc/dt/(273+t)/8.314

式中，F(xiàn)為CH4排放通量(mg m-2h-1)；60為時間換算率；16為CH4摩爾質量(g/mol)；P為當?shù)夭蓸狱c氣壓0.9058×105Pa，這邊代入值0.9058；H為采樣箱箱頂至水面的有效高度(cm)；t為采樣時箱內平均溫度(℃)；dc/dt為箱內氣體濃度隨時間變化的回歸曲線斜率。CH4標準氣體由昆明梅塞爾氣體公司提供。通過積分計算水稻不同生育期CH4的累積排放量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)用Excel 2010進行整理與繪圖，用統(tǒng)計軟件SPSS17.0通過獨立樣本t檢驗進行處理間差異顯著性檢驗，并將CH4排放通量與各溫度，CH4各時期累積排放量與各時期地上及地下部分生物量進行多元逐步回歸及雙變量相關分析。

2 結果與分析

2.1 UV-B輻射增強對水稻生物量的影響

UV-B輻射增強對白腳老粳整個生育時期地上部和地下部的生物量有一定影響(圖1)。在不同生育時期，UV-B輻射增強均顯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-B輻射增強處理下，相對于自然光照處理，顯著降低了20.3%—30.1%(P<0.05)，地下部分生物量經(jīng)UV-B輻射處理后顯著降低了15.9%—24.6%(P<0.05)。

2.2 UV-B輻射增強對CH4排放規(guī)律的影響

2.2.1 UV-B輻射增強對CH4排放通量季節(jié)變化的影響

由圖2可知，自然光照處理組的稻田CH4排放通量在整個觀測期內出現(xiàn)了一個峰值，即在第90 天拔節(jié)孕穗期時，其峰值為74.59 mg m-2h-1，隨后排放通量緩慢下降，持續(xù)至移栽后第117 天，又迅速下降至21.12 mg m-2h-1，存在低-高-低的一個排放單峰型。經(jīng)UV-B輻射處理后，稻田CH4排放通量在觀測期內出現(xiàn)了兩個明顯的排放峰，第一個排放峰出現(xiàn)的時間與對照組一致，即在水稻移栽后第90 天(拔節(jié)孕穗期)時出現(xiàn)，其峰值為132.52 mg m-2h-1，隨后逐漸下降，在距水稻移栽的第127 天(成熟期)又出現(xiàn)第2個排放峰80.62 mg m-2h-1，大小為第1個排放峰的61.0%，然后再逐漸降低至22.57 mg m-2h-1，排放趨勢呈現(xiàn)低-高-低-高-低的雙峰型。說明UV-B輻射處理改變了CH4的季節(jié)排放規(guī)律，由原先的單峰型在經(jīng)輻射處理之后變成了雙峰型。另外，經(jīng)UV-B輻射增強處理后，CH4排放通量總體上都極顯著高于自然光照處理組(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，兩處理之間沒有顯著差異。

通過對CH4的季節(jié)排放通量與地下5 cm土壤溫度、大氣溫度和箱內溫度進行多元回歸及相關分析，結果表明：自然光照處理組的CH4排放通量與各溫度沒有相關性，UV-B輻射處理組的CH4排放通量與大氣溫度和5 cm深處的土壤溫度沒有相關性，而與箱內溫度存在顯著的線性正相關，其回歸表達式為：

F=- 112.723+6.041T箱(R=0.789，P=0.02)

式中，F(xiàn)為經(jīng)UV-B輻射處理的CH4排放通量(mg m-2h-1)，T箱為試驗過程中靜態(tài)采樣箱內的平均溫度(℃)。

2.2.2 UV-B輻射增強對CH4排放通量的日變化影響

自然光照處理組在該天出現(xiàn)了一個排放峰，即10:00的時候，隨后其排放通量緩慢下降直至16:00，后又逐漸升高，因該試驗只觀測到傍晚18:00，因此第2個排放峰沒有被觀測到；UV-B輻射處理組在觀測期內出現(xiàn)了兩個排放峰，分別是在10:00和16:00的時候(圖3)。另外，除8:00的排放通量兩處理之間沒有顯著差異，12:00的排放通量UV-B輻射處理組極顯著低于自然光照處理組外(P<0.01)，其他幾個時間點的排放通量UV-B輻射處理組均極顯著高于自然光照處理組。

圖2 CH4排放通量及溫度的季節(jié)性變化Fig.2 Seasonal variation of CH4 flux and temperature in paddy soil

圖3 CH4排放通量及溫度的日變化Fig.3 Variation of CH4 flux and temperature in paddy field during the day

將CH4當天的排放通量與該天的各時段溫度進行多元回歸及相關分析后，發(fā)現(xiàn)各處理的排放通量與各溫度之間均不存在顯著的相關性。

2.3 UV-B輻射增強對水稻不同生育期CH4累積排放量的影響

水稻各個生育期CH4累積排放量分布比例見表1。在整個觀測期內，自然光照處理組共排放CH464.46 g/m2，其累積排放量最高發(fā)生在成熟期，占總排放量的34.8%，其次是出現(xiàn)峰值的拔節(jié)孕穗期，其累積排放量占總排放量的30.4%；UV-B輻射處理組在整個觀測期內CH4累積排放量為143.05 g/m2，各時期累積排放量最高發(fā)生在拔節(jié)孕穗期，占總排放量的54.0%，其次是成熟期，占27.4%。經(jīng)UV-B輻射處理后，稻田CH4在整個觀測期內的累積排放量極顯著高于自然光照處理組的累積排放量(P<0.01)。

表1 UV-B輻射增強下水稻不同生育期CH4排放特征Tabel 1 Characteristics of CH4 emission in each rice growing stage under enhanced UV-B (ultraviolet-B) radiation

數(shù)據(jù)后小寫字母不同表示達到顯著水平(P<0.05)，數(shù)據(jù)后大寫字母不同表示達到極顯著水平(P<0.01)

將各時期的累積排放量與各時期的植株地上部及地下部分生物量進行回歸分析后發(fā)現(xiàn)，排放量與各部分生物量之間都不存在顯著相關性。

3 討論

3.1 UV-B輻射增強與CH4排放季節(jié)動態(tài)變化的關系

稻田CH4排放通量的季節(jié)變化受諸多因素影響：土壤理化性質[25]、稻田管理模式[26]、水稻特性[27]、稻田土壤水中的CH4濃度[28]、環(huán)境脅迫[29]等。本試驗中，UV-B輻射處理組在整個觀測期內出現(xiàn)了兩個明顯的排放峰，而自然光照組只出現(xiàn)了一個明顯的排放峰，其出現(xiàn)時間與UV-B輻射處理組同時發(fā)生在拔節(jié)孕穗期。在該時期出現(xiàn)排放峰主要原因可能在于：水稻此時代謝活動比較旺盛，根系分泌能力強；通氣組織發(fā)達，傳輸效率高；根系死亡細胞脫落物增多，為產(chǎn)甲烷菌提供了豐富的碳源；并且稻田溫度和淹水條件適宜，從而造成了CH4排放高峰的現(xiàn)象[15,30- 31]。抽穗揚花期時，在淹水等一切種植環(huán)境條件沒有改變的情況下，兩處理的CH4排放通量開始下降，并且UV-B輻射處理組比自然光照組下降速度更快，這可能與稻田中的可溶性碳含量有關[32- 33]。即在水稻拔節(jié)孕穗期根系分泌能力旺盛，土壤中碳源增多促進了產(chǎn)甲烷細菌的生長繁殖，從而使這段時間內CH4排放量迅速上升，隨后由于產(chǎn)甲烷細菌的大量繁殖導致土壤中可溶性碳含量下降，產(chǎn)甲烷細菌因得不到充足的營養(yǎng)物質其數(shù)量逐漸下降，從而引起CH4排放量降低。水稻進入成熟期后，自然光照組一直沒有出現(xiàn)排放峰，UV-B輻射處理組在該時期出現(xiàn)了第2個排放峰，但是峰值沒有第1個高，表現(xiàn)為UV-B輻射處理改變了稻田CH4排放的季節(jié)變化規(guī)律。可能是因為UV-B輻射處理組在長期輻射處理下，水稻植株體提前衰老，造成根系脫落物增多，為產(chǎn)甲烷菌提供了較多物質從而產(chǎn)生峰值現(xiàn)象。成熟末期，兩處理的CH4排放量均下降，可能是由于水稻根系因衰老和降解導致根系孔隙度減小，影響水稻植株體傳輸CH4的能力[34]。

3.2 UV-B輻射增強與CH4排放日動態(tài)變化的關系

CH4排放的日變化受溫度的日變化影響較大，一日之內的溫度變化會引起CH4排放的傳輸路徑的傳輸能力發(fā)生改變[35]。由試驗結果知(圖3)，兩處理均在10:00時出現(xiàn)第1個排放峰，此時各環(huán)境溫度還沒有達到最大值。到12:00溫度達到最大值時，尤其是箱內溫度達到最高，為34.75 ℃，兩處理的排放通量尤其是UV-B輻射處理組回落的很快，接近白天排放量最低值，這與劉小燕等人[36]認為稻田CH4排放量是隨著日出后溫度逐漸升高而增大的觀點不同。目前還不清楚本試驗中的水稻在UV-B輻射增強處理下，遇較高溫度時是否有休眠現(xiàn)象。有研究證明，當水稻所處環(huán)境溫度高于其最適宜溫度時，某些水稻品種會發(fā)生休眠現(xiàn)象，從而縮小水稻植株體內的空腔系統(tǒng)，抑制土壤中產(chǎn)生的CH4通過植株體向大氣傳輸?shù)倪^程[35]。

3.3 UV-B輻射處理下，植株生物量和溫度與CH4排放季節(jié)和日動態(tài)變化的關系

很多研究表明，5 cm土壤溫度[19,37- 38]、水稻地上及地下部干重[39- 40]與CH4排放具有相關性，隨著溫度的升高及干重的增大，稻田CH4排放量也升高。因為溫度控制著產(chǎn)甲烷菌的代謝活動，其強弱隨土壤溫度的升高而增強，從而促進CH4的產(chǎn)生；水稻生物量影響著根系分泌物及脫落物的數(shù)量，間接影響了提供給產(chǎn)甲烷菌的底物量，從而最終決定了CH4的排放量。在該試驗中，由于稻田水位在水稻生長期內一直保持在10 cm左右，較深的水層對土壤具有良好的保溫作用，因此土壤溫度受大氣溫度變化不明顯。將CH4排放通量與各環(huán)境溫度進行回歸分析后發(fā)現(xiàn)，只有UV-B輻射處理組CH4的季節(jié)排放通量與箱內溫度的季節(jié)變化存在顯著正線性相關性(R=0.789，P<0.05)。水稻地上及地下部干重經(jīng)UV-B輻射處理后顯著下降(P<0.05，圖1)，與其他學者的研究成果一致[41]。而CH4的排放通量與累積排放量卻在UV-B輻射處理后極顯著增加(P<0.01，圖2，圖3，表1)，CH4的累積排放量與水稻各部分干重均無線性相關。說明在野外條件下，影響CH4排放的因素是很復雜的，CH4排放的季節(jié)變化、日變化和累積排放量不能用溫度和植株干重來完全解釋，溫度和植株干重不是CH4呈現(xiàn)這些排放規(guī)律的主要影響因素。

3.4 UV-B輻射對CH4排放的產(chǎn)生機理

試驗研究結果顯示，在UV-B輻射增強顯著降低水稻植株生物量的情況下(P<0.05，圖1)，稻田CH4排放通量和累積排放量除個別在兩處理間沒有顯著差異(圖2，圖3，表1)及極顯著(P<0.01，圖3)降低外，其余的輻射處理組都極顯著高于自然光照組(P<0.01，圖2，圖3，表1)，這與婁運生等人[15]研究的結果比較一致，而與胡正華等人[10]的結果相反。胡正華等人[10]認為，在土壤理化性質相同、稻田水肥管理一致，并且UV-B輻射處理沒有明顯改變水稻生長狀況的情況下，導致了CH4平均排放量下降，但差異不顯著。目前，很多研究表明，UV-B輻射處理能夠促進植株體CH4的排放。Austin和Vivanco[42]認為UV-B輻射促進植物釋放CH4是因為植物組織的光降解，CH4作為植物細胞物質降解后的副產(chǎn)物被釋放出來。更多的學者認為植物體在UV-B輻射作用下產(chǎn)生CH4的主要原因是由于紫外輻射等環(huán)境脅迫因子刺激植物體形成活性氧自由基ROS，ROS與植物細胞壁果膠等物質中的甲氧基團作用進而生成CH4[43]。Vigano等人[12]發(fā)現(xiàn)，UV(ultraviolet)輻射不僅促進甲氧基產(chǎn)生CH4，而且促進其它糖基化碳基團產(chǎn)生CH4，因此，除了植物果膠在輻射脅迫下能產(chǎn)生CH4外，植物的木質素和纖維素在輻射作用下也會產(chǎn)生CH4，并且CH4的釋放速率與UV輻射的強度呈線性相關。McLeod等人[14]和Messenger[44]等人分別用活性氧清除劑證實了ROS對植株組織釋放CH4的重要性，認為UV輻射能通過誘導產(chǎn)生活性氧自由基ROS從而刺激果膠等物質釋放CH4。

4 結論

UV-B輻射增強顯著降低了水稻植株各時期地上部、地下部生物量(P<0.05)；改變了稻田CH4排放的季節(jié)變化規(guī)律，與自然光照組相比，CH4排放除了在拔節(jié)孕穗期出現(xiàn)第1個排放峰外，在成熟期出現(xiàn)第2個排放峰，并且與箱內溫度存在顯著線性正相關(R=0.789，P<0.05)；UV-B輻射增強改變了CH4排放的日變化規(guī)律，提前了CH4排放第2個峰出現(xiàn)的時間，但這種日變化規(guī)律與5 cm土壤溫度、大氣溫度和箱內溫度均不存在相關性；在整個觀測期內，UV-B輻射增強極顯著增加了CH4的累積排放量(P<0.01)，促進了稻田CH4的排放，而與水稻各時期的各部分干重無相關性。

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Effect of enhanced UV-B radiation on CH4emission from paddy field in Yuanyang Hani Terraces

XU Weiwei, HE Yongmei, ZHAN Fangdong, ZU Yanqun, LI Yuan*

CollegeofResourcesandEnvironment,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China

The destruction of ozonosphere and the global warming have been widely concerned by governments and peoples all over the world. Increase of UV-B (ultraviolet-B) radiation on Earth′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 CO2over a 100-year period. Its rank is second only to CO2in the atmosphere and its concentration in the Earth′s atmosphere in 2010 was 1.808×10- 6μL/L, up from 0.7×10- 6μL/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-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 potential free-radical mechanism which can produce CH4from plant polysaccharides under aerobic condition. Though the significant effects of UV-B radiation on methane emission from rice paddy field have been studied, the effects of UV-B radiation on the methane emission from year-round flooded paddy field are rarely studied. In this paper, Yuanyang Hani Terraces which is a typical year-round flooded paddy field in Yunnan, Southwestern China, was chosen to investigate the dynamics of methane emission under enhanced UV-B radiation.Field experiment was conducted to investigate methane emission as affected by enhanced UV-B radiation (7.5 kJ m-2d-1) in Yuanyang Hani Terraces where planted the rice traditional cultivar named Baijiaolaojing at the altitude of 1600 m. The CH4emission flux was measured by static chamber-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-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 CH4emission were changed by the enhanced UV-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-B radiation at jointing to booting stage and mature stage, respectively. Of the daily CH4emission, the second emission peak under enhanced UV-B radiation appeared in advance, compared with the control at mature stage. (3) There was a significant positive correlation between CH4seasonal emission flux and the temperature in chamber as a result of enhanced UV-B radiation (R=0.789，P<0.05). (4) The total amount of CH4emission were increased by 47.2%, 293.8% and 74.4% 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-B radiation can stimulate CH4emission from rice paddy field cultivated with traditional rice cultivar.

UV-B radiation; Yuanyang Hani Terraces; rice paddy field; methane emission

國家自然科學基金項目(31060083, 41205113)

2013- 05- 08;

日期:2014- 04- 17

10.5846/stxb201305080981

*通訊作者Corresponding author.E-mail: Liyuan03@aliyun.com

徐渭渭, 何永美, 湛方棟, 祖艷群, 李元.UV-B輻射增強對元陽哈尼梯田稻田CH4排放規(guī)律的影響.生態(tài)學報,2015,35(5):1329- 1336.

Xu W W, He Y M, Zhan F D, Zu Y Q, Li Y.Effect of enhanced UV-B radiation on CH4emission from paddy field in Yuanyang Hani Terraces.Acta Ecologica Sinica,2015,35(5):1329- 1336.