文摘

由于土壤的厌氧条件,开发flooded-rice (栽培稻l .)生产,随着全球水稻生产的程度,据估计,水稻种植负责全球11%的人为甲烷(CH₄)排放。为了充分估计CH₄排放,包括数据代表的范围是很重要的环境、气候、和文化因素发生在水稻生产,特别是来自阿肯色州,美国主要水稻生产国家,从粘土土壤。本研究的目的是确定之前的作物的影响(即。大米和大豆(大豆l .))和品种(即。,Cheniere (pure-line, semidwarf), CLXL745 (hybrid), and Taggart (pure-line, standard-stature)) on CH₄通量和排放的水稻种植夏基粘土(很细,设置不同,热铬Epiaquerts)在阿肯色州东部。水稻后水稻作为先前的作物通常更大()通量比水稻大豆后,导致生长季节排放(CH)的19.6和7.0公斤₄- c哈⁻¹,分别。由此产生的排放量CLXL745 CH(10.2公斤₄- c哈⁻¹)不()比Cheniere或塔戈特(15.5和14.2公斤CH₄- c哈⁻¹、职责),没有不同。本研究的结果表明,阿肯色州的惯例,如轮流种植水稻和大豆种植杂交品种,可能导致减少CH₄排放相对连续的大米旋转和纯系品种,分别。

1。介绍

据估计,全球农业实践占近一半的人为甲烷(CH₄)排放,和大米(栽培稻l .)种植是一个领先的农业污染源CH₄,占全球人为农业排放的22%,仅次于肠内发酵(1,2]。大米是唯一主要行作物种植条件flooded-soil和缺氧的环境导致的生产和排放CH₄、温室气体与全球变暖的潜力(GWP) 25倍二氧化碳(有限公司₂)[3]。GWP种植水稻的估计为2.7和5.7倍,玉米(玉米l .)和小麦(小麦l .)系统分别与CH₄具体贡献超过90% GWP水稻系统(4,5]。

甲烷生产发生在厌氧作为一个特定群体的土壤古生菌统称为产甲烷菌,利用醋酸或氢气和有限公司₂,这是形成更大财团的厌氧细菌的发酵产品,作为甲烷生成的基板(6]。CH的一部分₄然而,过程中产生甲烷生成由一群有氧氧化细菌,被称为氧化菌,CH₄穿过水稻根系周围土壤氧化的部分(7,8和土壤表面附近9,10]。研究表明,多达90%的CH₄在土壤的大米生产系统氧化进入大气层之前,大大降低了CH的比例₄从土壤中释放(9,11- - - - - -15]。

研究表明,大多数的CH₄从稻田水稻的通气组织的组织发生,这个plant-mediated传输机制的排放量占总排放量的90%左右,而在8 - 2%的排放从沸腾和扩散到洪水,分别为(9,12,15,16]。此外,一些研究已经确定了CH之间的正相关关系₄排放和地上和地下的干物质积累(17- - - - - -20.),这可能会导致增加可用基质作为根分泌物已经相关生物质(21]或由于甲烷运输能力(MTC)品种之间的差异。Butterbach-Bahl et al。15),例如,由于24 - 31%排放两个纯系品种之间差异的差异申请者之间没有差异观察CH₄生产和氧化。几项研究已经观察到相对于semidwarf standard-stature品种增加的排放,这是符合生物质在CH的积极影响₄排放(22- - - - - -24]。品种差异超出生物质对排放的影响,然而,正如马et al。25)观察到的减少排放和土壤CH₄伴随着浓度增加67% CH₄从混合氧化相对于纯系品种籼稻和粳稻品种。额外的研究已经观察到类似的减少排放的混合品种(26- - - - - -28]。除了通过其一般株高与地上部生物量的关系,一些其他的植物形态特征,如叶面积或光合活动,已经显示出与CH₄排放。

而罗杰斯等的研究。26)是唯一已知的研究相比,直接排放的大米大米之前或大豆作物和后观察到的排放量减少31%后大豆相比,水稻后,其他几个研究已经报道在减排前作物残渣燃烧时(29日- - - - - -31日)或者当种植水稻tillage-suppressed休耕期后(17,32]。此外,有人建议,促进有氧分解残留或轮流种植水稻与旱地作物可能提供CH的一种手段₄据说缓解作为堆肥残留导致6倍的减少可用衬底甲烷生成相对于稻草或绿肥33,34]。虽然没有研究大大,残留的影响与旱地作物管理和旋转,如大豆,表明CH的减排潜力₄排放。

目前,CH₄美国排放预算计算了求和的贡献可识别的均匀区域,这样代表的平均通量测量因素是用于估计在区域或国家的基础上(35,36]。基于有限的研究与排放从46到375公斤CH₄- c哈⁻¹季节⁻¹,美国环境保护署(构成)是目前使用一个排放因子(178公斤CH₄- c哈⁻¹季节⁻¹)所有non-California主要水稻,而单独的因素是当季或用于winter-flooded和non-winter-flooded大米在加州37]。随着越来越多的数据变得可用,CH₄预算和模型可以进一步细化占土壤质地等因素,先前的作物和品种。这对阿肯色州尤为重要,占总数的近50%美国大米生产,包含大部分生产后大豆(71%)和种植杂交品种(> 40%),这两个被证实能够减少排放(26),可以用来创建更精确的和潜在的降低CH₄排放因子midsouthern我们水稻生产38]。

水稻种植在温室气体排放的影响,再加上强烈的管理参与水稻生产允许潜在的缓解策略基于已知的各种实践减少CH₄排放,如增加使用高产品种,显示的减排潜力。因此,有必要研究在CH各种实践的影响₄排放大量的土壤和气候,以充分了解问题的严重程度,指导管理实践对减排的温室气体,同时保持高收益和利润。

而研究CH₄赖斯最近在阿肯色州[进行排放26- - - - - -28,39- - - - - -44),没有研究检查了以前的影响作物和品种选择direct-seeded, delayed-flood水稻生产的粘土midsouthern我们。直接测量的CH₄通量和排放领域的研究需要进一步精炼构成发射的因素。因此,本研究的目的是评估以前的作物的影响(即。、大米和大豆)和品种(即。,standard-stature, semidwarf, and hybrid) on CH₄排放通量和赛季drill-seeded delayed-flood大米生产粘土土壤在阿肯色州东部。这是假设CH₄通量和排放后会更大,当水稻作为前因更顽固的稻草残留物的性质,而更多不稳定的大豆残渣。也推测,混合品种会导致降低CH₄通量和排放比两个纯系品种由于methanotrophic活动增加和CH₄氧化已经观察到杂交品种(25]。此外,它是假设CH₄通量和排放更少的semidwarf品种比standard-stature品种所观察的林道市et al。22]。

2。材料和方法

2.1。网站描述

研究在2013年的生长季节在阿肯色大学系统分工东北农业研究与推广中心Keiser,密西西比县,阿肯色州(35°40′N 90°05 W′)。实地位于夏基粘土(很细,设置不同,热Epiaquerts铬),占31%的密西西比县土壤调查区域(45]。研究站点位于南密西西比河流冲积层主要土地资源面积(MLRA 131 a),这是位于密西西比河从伊利诺斯州的南端到墨西哥湾沿岸和由大约70%的农田46]。研究已经被裁剪的位置在一个rice-soybean旋转超过25年,秋季作物残留物通常包含通过地面小距15厘米的深度。年平均降雨量在这个网站是126厘米,从8月平均6.8厘米,平均14.1厘米(5月47]。年平均气温为15.5°C,而最小和最大平均气温发生(−2.4°C) 1月和7月(33.3°C),分别为(47]。

2.2。治疗和实验设计

本研究的目的是检查以前的影响作物(水稻和大豆)和水稻品种(standard-stature、semidwarf或混合)CH₄排放通量和赛季水稻种植在阿肯色州的粘土。品种选择,试图代表大米一般产生在阿肯色州和各种生长特性和繁殖。Cheniere品种”,“发达路易斯安那州立大学(48),被选为纯系,semidwarf品种。Cheniere是赛季初,籼米品种平均身高97厘米,平均产量8.9毫克公顷⁻¹根据阿肯色州水稻性能试验(49]。standard-stature,纯系品种开发的“,”阿肯色大学(50),还由于其产量潜力高。塔戈特是一个赛季中期,长品种平均产量10.0毫克公顷⁻¹和平均身高为117厘米49]。最后的品种选择用于本研究混合“CLXL745”(RiceTec公司,休斯顿,德克萨斯州),这是一个非常早期的季节,长期粮食品种的平均高度为114厘米,实现平均产量10.1毫克公顷⁻¹在阿肯色州(49]。混合品种CLXL745在阿肯色州是最受欢迎的品种在2012年和2013年,28岁,占总产量的22%,分别在那些年38]。

研究情节被5米宽1.6米长,安排在一个裂区设计。以前的作物是阴谋的因素,被安排为随机的完整与四块复制先前的作物。裂区因素是这三个勇士的水稻品种,每个品种随机位于每一个先前的作物,阴谋单位。因此,总共有12场阴谋之前的作物。样本日期被视为重复测量分析CH₄通量数据。

2.3。策划管理

以前的作物残留物,离开站在收获后的领域,被地面小距合并在种植前1周15厘米的深度。研究情节分别与9行2013年5月28日播种水稻drill-seeded使用18厘米的行间距。两个纯系品种,Cheniere Taggart,混合,CLXL745,被播种在112公斤公顷⁻¹和34公斤哈哈⁻¹分别为(51]。堤坝建造后播种和情节被冲洗是必要与地下水灌溉建立永久性的洪水之前,发生在2013年7月2日4 - 6叶阶段。根据阿肯色大学合作推广服务(uac)指南52)、氮(N)是应用尿素(46% N)在分离应用程序与纯系品种和杂交品种接收151公斤N公顷⁻¹和168公斤N公顷⁻¹分别建立永久性的洪水之前一天。第二个应用程序(N)发生在2013年7月30日开始节间伸长的纯系品种(50公斤N公顷⁻¹),在启动2013年8月20日的混合品种(33公斤N公顷⁻¹),总计201公斤N公顷⁻¹对于所有品种(53]。5到10厘米的洪水深度维护粮食成熟于2013年9月23日之前,之后,洪水被释放和情节被允许干收获之前,发生在2013年10月24日。情节是定期出现,设法保持昆虫生长季节期间,weed-free根据uac指南(54,55]。

2.4。土壤采样和分析

复合土壤样本6、2厘米直径土芯收集从顶部10厘米之前每个情节的洪水和N施肥。复合样本然后在70°C烘干的48小时内,通过之前的2毫米筛网筛次级样本被分析为Mehlich-3可抽出的营养物质(即。、磷、钾、钙、镁、铁、锰、钠、铜和锌),使用电感耦合等离子体原子发射光谱(斯派克分析仪器,斯派克Arcos ICP, Kleve,德国)(56]。额外的干,渗次级样本分析总氮(TN)和总浓度C (TC)通过高温燃烧使用VarioMax CN分析仪(Elementar美洲公司太月桂,NJ) (57),分析土壤的pH值和电导率(EC) potentiometrically 1: 2 (m: v) soil-to-water粘贴。土壤有机质(OM)浓度是由weight-loss-on-ignition [58]。

额外收集土壤样本从顶部10厘米在每个情节洪水之前使用滑动锤和4.7厘米直径核心室斜切的核心技巧。体积密度测定样本后烘干的48小时在70°C。样本然后地面和筛分粒度分布的2毫米筛网和分析使用修改后的12小时比重计法(59]。从每个情节散装密度测量被用于结合测量TN、TC、OM浓度来确定总含量(毫克公顷⁻¹)的前10厘米的土壤。

2.5。土壤氧化还原电位、土壤温度监测

土壤氧化/还原(氧化还原)潜在的(嗯)监控在整个生长季节的淹没了部分使用氧化还原电位传感器(Sensorex、模型S650KD-ORP加登格罗夫,CA)与Ag / AgCl参考解决方案和一个内置的参比电极安装7.5厘米的土壤深度立即洪水之前。此外,chromel-constantan热电偶安装立即洪水前土壤深度7.5厘米,以监测土壤温度。由于设备限制,土壤嗯和温度读数只有进行的两个四个复制Cheniere和CLXL745前面的作物。土壤氧化还原电位和温度测量记录每隔4小时使用数据记录仪(CR 1000年坎贝尔科学Inc .,洛根,UT)包含在一个环境圈地。土壤氧化还原电位测量校正到标准氢电极通过添加199 mV60]。

2.6。示踪气体取样和分析

Non-steady-state,封闭的顶部空间气体取样室,罗杰斯所使用的类似et al。26,41,42)和详细的利文斯顿和哈钦森(61年),用于收集气体样品的CH₄分析在这项研究。这种方法在测量微量气体通量(很常见62年),包括安装永久基地项圈进入土壤和使用各种大小的室扩展以及排放上限为了适应植物生长增加整个赛季。基地项圈、室扩展和室帽构造使用时间表40聚氯乙烯(PVC)管道的内径30厘米。室基础项圈降至30厘米的长度与一个斜边驾驶进入土壤和四个12.5毫米孔放置12厘米从底部允许自由流动的洪水。室扩展减少到40到60厘米的长度,为了适应植物生长同时最小化室顶部空间体积,和10厘米帽满是反光铝胶带(CS海德,聚酯薄膜金属胶带,湖别墅,IL)为了减少温度采样期间高程。横截面的轮胎内胎削减10厘米的宽度是坚持室的底部扩展和限制为了密封单独的片段组合在一起。室帽还包括一个15厘米的4.5毫米ID铜管通风保持大气压力,采样和温度计港口的丁基橡胶隔膜(沃伊特全球、部件编号73828 a-rb,劳伦斯,KS),和一个2.5厘米直径,电池操作(9 V)粉丝(Sunon Inc .,磁悬浮,沥青,CA)混合室中的空气在CH₄抽样。

栈道情节之间建立了洪水之前为了访问室取样,同时最小化伤害植物和土壤扰动在抽样。永久基地项圈被安装在每一个阴谋的深度11厘米,四个孔的上方土壤表面,并位于包含40厘米的连续长度以重复的植物密度的情节。仔细植物与植物绑扎铁丝捆绑为了部署在每个取样室扩展事件不破坏植物和关系被扩展后立即放置期间不影响植物取样。顶空气样本收集每周洪水期间(即。,7,14,28,36, 42, 49, 56, 63, 71, and 77 days after flooding (DAF)), with the exception of the period during the third week after flooding when poor weather conditions did not permit sampling, and every other day following flood release (i.e., 1, 3, 5, and 7 days after flood release (DAFR)).

室顶空气抽样发生0800至1000小时,类似于以前的研究(20.,26,41,42,44),以减少过度室加热在抽样,抽样时接近土壤的温度。样本收集每隔20分钟(即。,0, 20, 40, and 60 minutes after sealing) using 20 mL B-D syringes (Becton Dickinson and Co., Franklin Lakes, NJ) and immediately transferred to evacuated 10 mL, crimp-top glass vials (Agilent Technologies, part number 5182-0838, Santa Clara, CA). Chamber air temperature, 10 cm soil temperature, barometric pressure, and relative humidity were recorded throughout each sampling event and chamber volumes were calculated by measuring each chamber’s height above the floodwater. Duplicate sets of CH₄标准(即。,1,2,5,10,20.,和 50 μL L⁻¹)在现场收集到疏散玻璃小瓶和一组额外的实验室标准之前立即再次收集样本分析,以确保样本的完整性维护是样本运输领域的实验室。

字段样本,字段标准,和实验室标准进行了分析每个抽样事件后48小时内使用安捷伦6890 - n气相色谱仪和一个30米长的0.53毫米直径HP-Plot-Q毛细管柱(安捷伦科技,圣克拉拉,CA)和配备火焰离子化检测器(FID)。甲烷浓度测定领域基于校正曲线为每个采样事件创建的峰面积响应从已知样本浓度。甲烷通量(μL CH₄米⁻²最小值⁻¹)计算每个室通过顶部空间CH的变化₄浓度(μL L⁻¹,设在)退化与时间(分钟设在)和由此产生的最佳线从回归乘以室体积(左)和除以室面积(m²)帕金和Venterea概述62年]。通量被转换为大众型(即单位。、镁CH₄米⁻²最小值⁻¹使用理想气体定律)。基于细节,帕金et al。63年),最低检测限度为CH (MDLs)₄通量计算是0.03,0.08,0.11和0.16毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹使用任何扩展或40岁,60岁,分别或100厘米扩展。虽然MDLs测定,测量流量低于MDLs保留在排放计算累积赛季和统计分析。整个赛季总CH₄排放测定每个室之间的线性插值通量测量日期。

2.7。植物采样和分析

植物样品的生理成熟度为了确定任何影响之前的作物和品种地上部干物质积累以及比较地上部干物质从内部和外部的钱伯斯调查美国商会对植物生长的影响。所有生物质在每个室和1 m行大米从毗邻每个室在土壤表面,减少干60°C,直到没有进一步的水分损失发生,为了确定总地上部干物质积累。4米长度的每个情节的中心五行在生理成熟收获(2013年10月24日)使用plot-scale结合。粮食样本然后重和水分含量分析,最终在120 g公斤粮食产量可以报道⁻¹粮食水分含量。

2.8。统计分析

初始土壤化学和物理性质进行了分析,方差分析(方差分析)在SAS 9.2 (SAS研究所,Inc .,卡里,NC)使用PROC基于裂区设计(即混合。阴谋因素是先前的作物和裂区因素是品种),以确定任何土壤特性的差异处理组合。同样,分析了粮食产量方差分析基于裂区设计为了确定先前的作物和品种对粮食产量的影响。执行一个额外的方差分析(即基于split-split-plot设计。,the whole-plot factor was previous crop, the first split-plot factor was cultivar, and the second split-plot factor was sampling location) in order to compare total aboveground dry matter accumulation as affected by sampling location (i.e., in-chamber or in-plot), previous crop, and cultivar.

甲烷通量数据显示没有迹象表明非正态的分布基于检验正常使用studentized残差的正态概率图。因此,基于裂区,执行一个方差分析(即重复措施设计。,previous crop was the whole-plot factor, cultivar was the split-plot factor, and time was a repeated measure) to evaluate the impact of previous crop, cultivar, and their interaction on CH₄随着时间的推移通量。通量数据分别分析了洪水和洪水后释放期间由于CH的差异₄传输机制和采样间隔。季节性CH总₄排放,计算基于mass-per-area (area-scaled)和mass-per-grain-yield (yield-scaled),以及post-flood-release排放,area-scaled基础上和季节性排放总量的比例,分析了基于裂区设计的方差分析(即。,先前的作物是阴谋因子和品种因素裂区)。在适当的时候,意味着分离使用费舍尔在0.05级保护至少显著差异(LSD)。线性相关和回归分析使用一款统计软件(16版,一款统计软件,Inc .)、州立大学、PA)为了评估砂和粘土含量之间的关系和生长季节排放和地上部干物质和生长季节排放。

3所示。结果与讨论

3.1。初始土壤物理和化学性质

几个初始土壤理化性质在前10厘米不同基于先前的作物();然而,最初的土壤属性基于品种(表没有差别1)。最显著的差异是土壤颗粒分布,在含砂量高4%,粘土含量减少4.7%相比,水稻的治疗前作物大豆作为以前的作物。粒度分布的差异可能是由于自然冲积内空间变异性研究的网站。而这些差异可能没有农艺意义,几项研究已经观察到土壤粘粒含量和CH之间的负相关₄排放以及土壤含砂量和CH之间的正相关关系₄排放(32,64年,65年]。

除了粘土含量略有增加,治疗组合后大豆作为先前的作物大可榨出的钙(Ca),镁(Mg)和锌(锌),以及更大的OM浓度(表1)。不同的钙、镁、锌浓度,然而,小相比,这些营养物质含量相对较高的前两作物治疗和可能构成本研究没有实际意义。没有差异,OM、TN或TC治疗(表中内容1可用),表明基质的甲烷生成相似在洪水之前所有处理组合。可推断出的土壤磷(P)是更大的()后以前的作物,在水稻above-optimum级别(≥51毫克公斤⁻¹),而P浓度后大豆在最优水平(36 - 50毫克公斤⁻¹),表明足够的本地土壤P在前两作物治疗基于uac的建议(53]。可推断出的土壤钾(K)没有被以前的作物和之内above-optimum级别(≥174毫克公斤⁻¹)。可推断出的土壤锌(锌)也是影响之前的作物,在中等水平(2.6到4.0毫克公斤⁻¹大米)建议,表明充足的钾和锌大米生产水平(53]。

3.2。从洪水洪水释放甲烷通量

甲烷通量测量在收到2013的部分生长季节不同以前的作物之间时间(随着时间的推移)和不同品种之间()(表2)。平均跨品种,CH₄通量没有差别在先前的作物在第一两个或两个最后的抽样日期(即。,7,14,和77年DAF), while fluxes were greater when the previous crop was rice for the remainder of the sampling dates (Figure1)。治疗前两作物表现出相同的趋势,通常通量增加小于0.02毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹7点是2.15和0.81毫克CH的山峰₄- c m⁻²h⁻¹发生在56 DAF的大米大米和水稻大豆后治疗后,分别。CH峰值后₄通量发生近50%的标题时,通量下降到0.46和0.23毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹大米和大豆作为前作物后,分别在77年来说,最后的抽样日期淹没了这个赛季的一部分。唯一的其他已知的研究有直接而CH₄通量之前从大米和大豆作物,罗杰斯et al。26)观察到类似的结果在粉砂壤土土,通量都降低大豆前面的作物和平均峰值时通量约16.8和12.8毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹大米和大豆后,分别发生近50%的标题。

平均在先前的作物,CH₄通量之间没有差别品种第一两个样本的日期(即。7和14 DAF),所有的流量都小于0.15毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹或最终样本日期,通量都小于0.44毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹(即。,77年DAF) (Figure2)。这三个品种表现出增加CH₄通量的峰值大约1.5毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹,发生近50%在所有品种(即。,56DAF for Cheniere and CLXL745 and 63 DAF for Taggart) and did not differ, followed by a decrease in fluxes up to the time of flood release. Methane fluxes from Cheniere and Taggart only differed at 42 DAF, where fluxes were greater from Cheniere, while the hybrid cultivar, CLXL745, had significantly lower fluxes than Cheniere on four of six sampling dates prior to heading and lower fluxes than Cheniere and Taggart on two of three dates following heading.

减少CH₄通量从CLXL745相对于Cheniere和塔戈特也观察到罗杰斯et al。26),尤其是本赛季快结束的时候,从CLXL745通量下降更快比纯系品种。其他研究也发现降低通量从混合相对于纯系品种25,27,28]。马等。25)测量低溶解CH₄浓度和增加methanotrophic杂交水稻的根际细菌伴随着CH增加67%₄氧化电位相对于纯系品种,品种都出现了类似的CH₄生产潜力。这表明减少CH₄通量从混合品种差异可能是由于微生物群落结构,大methanotrophic活动减少CH₄运输到大气中的氧化更大比例的CH₄。类似的研究中,罗杰斯et al。26)观察在CH只有细微的差别₄通量Cheniere和Taggart之间,而以往的研究报道从semidwarf相对降低通量standard-stature品种(22- - - - - -24]。

但相对待遇差异和变化趋势以本研究与之前的研究一致,峰值流量的大小山峰从低端的类似研究粘壤土和粘土土壤,范围从2.1至25毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹(17,29日- - - - - -31日,66年]。在粉砂壤土土在阿肯色州在类似的管理和方法研究中,罗杰斯et al。26)观察到的峰值流量从8.3毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹后CLXL745大豆18.7毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹后CLXL745大米。级低通量观测研究中很可能大由于粘土含量高,几项研究已经表明大通量从来自fine-textured的土壤相比,粗23,32,43]。低通量测量在这项研究中也可以部分解释为土壤呃趋势。

土壤呃大米或以前大豆作物之间没有显著差异(数据未显示);然而,当平均在先前的作物,土壤从Cheniere嗯一直低于CLXL745直到大约60 DAF,之后土壤呃似乎并没有太多不同品种和稳定−附近200 mV(图3)。降低土壤呃之前标题表明更多的降低了甲烷生成条件和更大的潜在Cheniere相对于CLXL745,符合CH₄通量观测。土壤呃的差异的原因是不清楚,但可能与不同根发展和渗出物作为氧化还原反应或降解C供应不同通气组织发展或根结构,可能会导致更大的根际氧化CLXL745。类似土壤呃标题符合观测通量;然而,大通量的降低CLXL745标题后没有反映在土壤呃测量但可能是由于更大的methanotrophic活动的根际混合所观察到的马et al。25]。一般稳定的土壤嗯后标题可能减少根分泌的结果观察到在先前的研究中,这将限制供应的可降解C和抑制土壤呃以及进一步下降导致甲烷生成的减少。

除了土壤呃,低通量测量研究中可能也有部分土壤温度变化的结果。日均土壤温度在7.5厘米深度范围从22到28.6°C的前10周的洪水,之前跌低见18.7°C在过去几周的生长季节,在生长季节的淹没部分平均24.5和23.9°C大米和大豆后,分别(图4)。而土壤温度的季节性趋势似乎没有驱动CH₄变化趋势,意想不到的通量下降49 DAF(数字1和2)可能很大程度上是由于异常低温前一周49 DAF)。土壤温度低的时期减少了通量在49 DAF,可能导致减少高峰流量,否则可能会遵循的preheading趋势不断增加通量,以及标题后通量的减少。Beyrouty et al。67年)观察到一个土壤温度对根系生长的影响,表明低温前49 DAF可能放缓根系生长和增强低温降低通量的影响,观察到在其他研究68年,69年]。土壤日均气温持续走低,大豆和水稻相比,特别是在赛季初期,由于树冠更快发展水稻,大豆是前面的作物,土壤提供更大的阴影。树冠之间的差异后水稻作物生长季节和经历会影响不大成熟。更大的土壤温度后大米可能部分解释后大通量大米;然而,温度差别其实很小,相对于通量的差异,表明通量更强烈地受到先前输入的数量和质量或根据以往的种植系统微生物群落的差异。

3.3。甲烷通量洪水后释放

洪水被释放后,CH₄通量随时间不同(),而以前的作物和品种对通量的大小没有影响(表2)。甲烷通量在所有处理组合低于0.46毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹洪水之前最后抽样日期由1 DAFR大幅释放,并没有改变,平均0.29毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹。平均在所有治疗组合,post-flood-release CH₄通量最大的3 DAFR,平均0.65毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹其余取样日期上,而平均通量没有彼此不同但达到0.05毫克CH的最小值₄- c m⁻²h⁻¹最后一个抽样日期(7 DAFR)。post-flood-release CH的₄脉冲记录了本研究中观察到许多其他研究[26- - - - - -28,39,42,44),从3到6 DAFR普遍发生,被认为是由于土壤大孔隙的干燥释放裹入CH₄(70年,71年]。类似于结果洪水释放之前,CH₄通量测量后洪水释放低于观察到相似的研究在粉砂壤土土在阿肯色州,据报道post-flood-release CH峰值₄通量范围从4.5至15毫克CH₄- c m⁻²h⁻¹(26,42]。这种差异可能是由于土壤质地不同,因为它已经证明了粘土土壤会导致增加CH₄氧化由于更大的弯曲度和气体的扩散较慢,通过粘土土壤23]。

3.4。地上部干物质和籽粒产量

取样位置(即。,in-chamber or in-plot) had no effect ()地上部干物质在生长季节的结束,测量表明室不影响植物生长。地上部干物质不同,然而,在先前的作物品种()。平均采样位置,与前面的作物地上部干物质后大米是从CLXL745大比Cheniere或塔戈特并没有不同,平均约20%低于CLXL745(表3)。后以前的作物,大豆地上部干物质也比这低约20%来自Cheniere CLXL745和塔戈特并没有不同。

类似于地上部干物质,籽粒产量之间的不同以前的作物品种()。粮食产量从CLXL745 Taggart时当后大豆比大米后,而粮食产量Cheniere基于先前的作物(表没有差别3)。水稻前作物时,比Cheniere CLXL745有一个更大的产量,而塔戈特并没有不同。同样,随着大豆,粮食产量在各品种不同,CLXL745获得最大的产量和Cheniere最低。粮食产量实现了在这项研究中,范围从9.3毫克公顷⁻¹Cheniere后大米11.0毫克公顷⁻¹对于CLXL745大豆后,类似于三年对阿肯色州水稻性能试验(即意味着报道。,8.9毫克哈⁻¹Cheniere(2010年至2012年),9.5毫克公顷⁻¹CLXL745(2011 - 2013)和10.3毫克公顷⁻¹塔戈特(2011 - 2013))49,72年]。

3.5。季节性的甲烷排放

正如所料,基于CH₄area-scaled CH通量测量,赛季₄排放都不同以前的作物()和品种()(表4)。平均跨品种,area-scaled CH₄排放更多的水稻作为前(19.6公斤CH₄- c哈⁻¹季节⁻¹比大豆(7.0公斤CH)₄- c哈⁻¹季节⁻¹)(表5)。许多研究报道CH的增加₄稻草的排放日益增加,表示排放残渣输入的重要性(9,66年,73年- - - - - -75年]。罗杰斯et al。26]报道类似的趋势,尽管排放量只减少了31%后大豆相比水稻后,而减少64%测量在这个研究。研究中的观察是一致的结果表明降低通量减少带来的洪水之前残留的输入。降低通量当大豆后以前的作物可能导致较低的残留的输入以及增加分解的不稳定在有氧条件下大豆残渣。

area-scaled CH平均在先前的作物,赛季₄排放CLXL745 CH(10.2公斤₄- c哈⁻¹季节⁻¹)降低31%相对于Cheniere和视角,没有差别,平均为14.9公斤CH₄- c哈⁻¹季节⁻¹(表5)。减少排放CLXL745与先前的研究一致,减少了37%从CLXL745相对于Cheniere和塔戈特(26),减少了25%从CLXL745相对于弗朗西斯和木星27),平均减少了30%从三个杂交品种(CLXL729 CLXL745, XL753),没有不同,相对于standard-stature,纯系品种罗伊J [28]。而小的研究都集中在确定如何混合品种是减少排放,马et al。25)观察methanotrophic增加细菌和CH₄从相对于纯系品种杂交水稻氧化,这符合更大的氧化还原电位在根际的CLXL745研究(图3)。Butterbach-Bahl et al。15排放下降31%)认为24从一个品种相对于另一个(两者都是线条)品种之间的运输能力的差异。Aulakh et al。21)观察之间的正相关关系总有机C从根系分泌物和CH₄生产潜力,表明潜在的品种差异排放基于变量根分泌率。虽然CH的影响变量₄氧化率、运输能力、和根分泌率不是很好理解,始终表现出减少CH证据₄排放的混合品种生长在美国,特别是来自CLXL745生长在阿肯色州(26- - - - - -28]。

类似的研究中,罗杰斯et al。26)观察到没有区别area-scaled排放Cheniere和Taggart之间,而一些先前的研究已经报道减少排放量semidwarf相对于standard-stature品种(22- - - - - -24]。通量semidwarf和standard-stature品种之间的差异在先前的研究可能是由于植物之间的正相关和C泌水率从根21]或地上部干物质和CH之间₄排放(17,19,20.,76年]。而减少排放semidwarf品种通常与干物质积累降低,这项研究,以及罗杰斯et al。(26),观察到地上部干物质的减少不是伴随着减少排放。品种在美国正在开发降低株高、生育期短,繁殖计划都在关注semidwarf和混合品种的发展,但地上部形态特征与新的品种(即有关。,更短的植物和大概低叶面积)不得与CH₄排放。此外,使用数据从阿肯色州水稻性能试验72年)使用的品种在这项研究中,无论是面积或yield-scaled排放相关(株高。

的情况也是area-scaled排放,yield-scaled排放变化基于前两作物()和品种(、表4)。Yield-scaled排放、跨品种平均降低67%后大豆(0.7公斤CH₄谷物- c(毫克)⁻¹)相比以前的作物(2.1公斤大米CH₄谷物- c(毫克)⁻¹),平均在先前的作物,排放量CLXL745 CH(1.0公斤₄谷物- c(毫克)⁻¹)降低36%相对于Cheniere和视角,没有差别,平均为1.6公斤CH₄谷物- c(毫克)⁻¹(表5)。虽然yield-scaled排放的差异后大豆相比,水稻作为前作物大于粉砂壤土土(即之前报道。,31日% reduction following soybean), the reduction in emissions from CLXL745 is consistent with an average reduction of 44% relative to Cheniere and Taggart reported by Rogers et al. [26]。Yield-scaled排放测量在这项研究中,然而,只有10%的人报告的罗杰斯et al。26),范围从11.1到20.5公斤CH₄谷物- c(毫克)⁻¹,表示强烈抑制CH₄排放从粘土与粉砂壤土土下类似的管理和生产实践。

洪水后释放甲烷排放影响()由先前的作物或品种area-scaled基础上和总排放量的比例(表4)。平均在所有治疗组合,postflood排放0.6公斤CH₄- c哈⁻¹,相当于平均4.5%的总整个赛季,area-scaled排放。CH的比例₄发出洪水后发布在这个研究是远远低于post-flood-release排放10.5,13日从CLXL745和16%,塔戈特,Cheniere,分别由罗杰斯et al。26从粉砂壤土土),这可能是由于更大的CH₄氧化的粘土减少组合CH₄这是发布在土壤干燥。Post-flood-release CH₄排放在这项研究中,然而,被Smartt(类似于5.1%40)和罗杰斯等人报道的5.2%。42]。额外的研究报道post-flood-release排放从7到area-scaled总排放量的20% (34,70年,77年]。虽然post-flood-release排放量的大小和比例不同,很明显,在一定条件下,CH₄建立在土壤和快速释放脉冲作为土壤干和大孔隙成为气体运动的访问。

整个赛季,area-scaled排放测量在这项研究中(表5)只有达到4 - 11%的当前构成non-California排放因子,主要水稻CH(178公斤₄- c哈⁻¹),大大低于最低排放报告用于计算因素(即。从46到375公斤不等CH,排放₄- c哈⁻¹),其中许多是衡量粘土土壤在德克萨斯州37]。同样,排放测量在这项研究中只有10%的人从一个类似的研究在阿肯色州东部(粉砂壤土土26]。然而,研究在加利福尼亚报道类似的大小(即排放。6.7 - 14公斤CH₄- c哈⁻¹)从Capay粉质粘土粘土(48%)和一个清晰的粘土湖(59%的粘土,到19公斤9.2 CH₄- c哈⁻¹),同时报告排放从58 69公斤CH₄- c哈⁻¹从另一个网站有47%的粘土27,44]。

虽然排放已被证明非常变量,即使在研究粘土土壤,结构效应很可能在很大程度上是在这项研究中观察到的低排放的原因。这可能是由于增加粘土含量的影响造成弯曲度的增加和减少扩散率,有效地限制了CH₄运动的fine-textured土壤(61年,78年]。多项研究发现CH的增加₄诱捕和减少排放造成增加粘土内容(64年,70年)和萨斯和费雪23CH)将减少₄排放的粘土土壤CH的截留和缓慢的运动₄允许更多的CH₄在曝气氧化区周围的根和土壤表面。王等人。64年观察不同程度的CH₄圈套,甚至在土壤和沙和粘土含量相似,在最大的陷阱(98.5%)测量从夏基粘土土壤相比,67.8%和80.6从萨克拉门托博蒙特粘土和粘土截留,分别。这些结果表明,简单的多粒度分布影响CH₄排放和低排放的测量在这项研究可能反映一大级CH₄截留和氧化夏基粘土土壤调查。

额外的证据表明大CH₄氧化率在这项研究是由考试土壤嗯和温度记录在这项研究。土壤呃下降较慢,而达到一个类似的最后呃,类似的研究相比,本研究在同一网站,2012年报告的排放35.6公斤CH₄- c哈⁻¹(40]。同样,罗杰斯et al。42)和Bossio et al。30.]报道更快的减少和降低呃的价值观,甚至达到低−275 mV,伴随着更大的排放比这项研究中观察到。而降低土壤呃可能导致增加CH₄生产、Kludze et al。79年还证实,CH占比例较小₄被氧化菌氧化为土壤呃减少,支持更大的氧化率。

4所示。结论

排放测量在这项研究中只有达到4 - 11%的当前构成排放因子(178公斤CH₄- c哈⁻¹),低于大多数以前的研究。大减少排放,相对于其他的研究,很可能的结果很大程度上CH₄诱捕Sharkey粘土造成很大程度上的CH₄氧化菌。低排放也可能部分归因于土壤温度低排放大幅减少从这些报道为同一网站和管理之前的季节。基于低排放的粘土土壤,结合减少当以前的作物大豆和混合品种,看来大米mi-southern美国排放可能会低于目前的估计。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢阿肯色州水稻研究和推广委员会支持这项研究。额外的升值→迈克Duren、唐娜Frizzell查克•小瓦罐泰勒·亚当斯,道格拉斯·沃尔夫安东尼Fulford)和切斯特Greub援助领域和实验室。