黃農(nóng)榮，梁開明，鐘旭華，潘俊峰，劉彥卓，彭碧琳，傅友強，胡香玉，田 卡，孔清霓

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所，廣東省水稻育種新技術(shù)重點實驗室，廣州 510640）

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和人口增長，我國在人口、資源、環(huán)境間的矛盾日益尖銳[1-3]。糧食安全和保護環(huán)境成為目前面臨的兩大難題。人口增加和耕地減少，必須提高糧食單產(chǎn)；而糧食產(chǎn)量的提高還需兼顧環(huán)境的保護。水稻是我國最重要的糧食作物，中國水稻種植面積2800多萬hm2，約占全球的18.7%，居世界第二位，產(chǎn)量居世界第一[4]，現(xiàn)代水稻育種技術(shù)的進步、高產(chǎn)超高產(chǎn)品種的推廣應(yīng)用為保障我國糧食安全做出了巨大貢獻。但是，稻田又是溫室氣體甲烷（CH4）的重要排放源。據(jù)統(tǒng)計，我國稻田每年排放的CH4達840萬t，占中國排放總量的17.9%，占全球稻田CH4排放量的27.4%，單位面積的CH4排放量為338 kg·hm-2，略低于美國的350 kg·hm-2[5-6]。因此，推廣應(yīng)用高產(chǎn)和低CH4排放兼?zhèn)涞乃酒贩N是我國當(dāng)前糧食生產(chǎn)的主要途徑之一。

自二十世紀八十年代以來，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)水稻品種在稻田溫室氣體CH4排放過程中的作用，稻田中90%以上的CH4通過水稻植株排放到大氣中[7]，隨后的研究進一步證明了水稻在CH4排放中的作用[8-17]，但品種間的CH4排放量有差異。Lindau等[10]研究了6個水稻品種的CH4排放特性，矮稈品種CH4排放量約為高稈品種的64%。隨后中國、印度、日本、美國和國際水稻研究所（IRRI）等科學(xué)家的研究亦表明品種間CH4排放具有差異[18-25]。以往研究表明，稻田CH4排放量與水稻干重、株高、根體積、根系干重、分蘗數(shù)、收獲指數(shù)以及產(chǎn)量等性狀有關(guān)[13，17，19，21，26-27]，但不同研究者的結(jié)論不盡相同；另有研究認為[28]，地上部植株形態(tài)性狀不能預(yù)測水稻品種對CH4排放的影響，需從地下部性狀開展相關(guān)研究。針對上述研究結(jié)果不一致的原因，筆者認為這與供試品種、種植方式及生態(tài)環(huán)境等因素有關(guān)。目前對水稻高產(chǎn)和低CH4排放兼具品種類型的評價研究還鮮見報道。同時，現(xiàn)有稻田溫室氣體排放檢測技術(shù)對儀器設(shè)備要求高，檢測方法繁瑣復(fù)雜，難以廣泛應(yīng)用。因此，篩選高產(chǎn)與低CH4排放兼具的水稻品種是解決當(dāng)前水稻生產(chǎn)中這類品種短缺的主要技術(shù)途徑；同時，找到與CH4排放關(guān)系密切的植株指標是這類新品種選育的重要技術(shù)支撐。本研究從南方稻區(qū)眾多推廣應(yīng)用品種中篩選出50個代表性品種作為供試材料，用于探討CH4排放特征及其與植株農(nóng)藝性狀間的關(guān)系，以期篩選出高產(chǎn)和低CH4排放兼具的水稻品種和種質(zhì)資源及其與CH4排放密切相關(guān)的植株性狀。一方面為水稻生產(chǎn)提供優(yōu)良品種，另一方面為培育低CH4排放優(yōu)良新品種提供親本材料和評價指標，對于稻田溫室氣體減排和糧食增產(chǎn)均具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料的選擇標準：以稻谷產(chǎn)量和生育期為主要指標，于2012年晚季和2013年早季對1960年代以來在南方稻區(qū)大面積推廣的120個品種進行大田篩選，將產(chǎn)量較高且生育期相近的品種入選為本研究2013年晚季試驗的供試材料，以低CH4排放品種IR72[13，24]為對照（CK），共50份（詳見表1）。2014年早季的供試材料為2013年晚季篩選出的CH4排放分別為高、中、低類型的品種：IR72（CK）、廣恢998、特秈占13、黃華占、五優(yōu)308、黃莉占、豐美占和豐粵占。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2013年晚季（7月22日—11月15日）和2014年早季（3月9日—7月15日）在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所網(wǎng)室（廣州市天河區(qū)，115.35°E，23.12°N）進行，試驗期間氣候無異常情況（http：//data.tqyb.com.cn/weather/qhngbfile.jsp廣州市氣候年公報）。采用大田育秧，盆缽移植方式種植。早季于3月9日播種，4月13日移栽。晚季于7月22日播種，8月8日移栽。隨機區(qū)組排列，2013年晚季設(shè)置2次重復(fù)，2014年早季設(shè)置4次重復(fù)。盆缽的長、寬、高分別為43.5、31.5、16.5 cm。每盆移栽9穴，每穴插植2苗，株行距為14 cm×20 cm。盆缽中土壤為常規(guī)稻田土，每盆用土量為20 kg。土壤理化性質(zhì)：pH 5.08、有機質(zhì)25.35 g·kg-1、全氮1.13 g·kg-1、全磷1.01 g·kg-1、全鉀 9.20 g·kg-1、堿解氮 171.64 mg·kg-1、有效磷 73.30 mg·kg-1、速效鉀61.02 mg·kg-1。按水稻“三控”施肥技術(shù)規(guī)程[29]進行栽培管理，施肥量按純N 150 kg·hm-2、P2O545 kg·hm-2、K2O 120 kg·hm-2的標準施用，分別以尿素、過磷酸鈣和氯化鉀的形式投入，其中氮肥按基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶2∶3的比例施用。

表1 2013年晚季供試水稻品種名稱及編號Table 1 The selected rice varieties and code in the experiment of late season in 2013

1.3 調(diào)查指標與測定方法

1.3.1 CH4氣樣采集與測定

采用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法監(jiān)測CH4氣體排放，按田卡等[30]的方法進行。采樣箱由PVC材料制成，箱底面積43.5 cm×31.5 cm，高為60 cm和120 cm兩種，分別在前期和中后期采樣時使用，箱外包裹海綿和錫箔紙。根據(jù)前人研究認為“晚季種植的水稻品種CH4排放通量在前期較高，拔節(jié)期達到最大值[25，31]”的結(jié)論，2013年晚季在分蘗期至幼穗分化期間進行氣體采集，每間隔7 d取樣1次；2014年早季從移栽后10 d開始采樣、每隔7 d取樣1次，直至成熟。每次氣體采集時間為上午9∶00—11∶00，氣體采集前一晚，將盆缽和回型框底座水槽灌滿水，取樣時，將取樣箱垂直輕放在回型框底座上，底座水槽內(nèi)的水深確保取樣箱放入底座時能隔離箱內(nèi)外氣體交換。箱頂壁裝1個12 V的小風(fēng)扇，采樣前將風(fēng)扇打開，使箱內(nèi)溫度均勻。分別于罩箱后0、5、10、15 min采樣，每次抽取70 mL氣體放入真空玻璃瓶中備測。同時記錄盆缽水層深度和箱體內(nèi)氣溫。

采用經(jīng)改裝的氣相色譜儀（Agilent 7890A，安捷倫科技有限公司，美國）測定CH4濃度，CH4檢測器為火焰離子檢測器（FID），溫度200℃，色譜柱溫度55℃，標準氣體由國家標準物質(zhì)中心提供。氣體排放率由4個氣樣濃度值經(jīng)線性回歸分析得出。

1.3.2 植株性狀調(diào)查與測定

1.3.2.1 生育期記錄：按常規(guī)方法記錄播種期、移栽期、分蘗期、拔節(jié)期、幼穗分化始期、抽穗期和成熟期。

1.3.2.2 植株性狀調(diào)查：從移栽后7 d開始調(diào)查分蘗數(shù)、測量株高及功能葉片長度和寬度，以后每隔7 d調(diào)查一次，直至抽穗。按吉田昌一等[32]的方法計算葉面積指數(shù)（LAI）。

1.3.2.3 產(chǎn)量及相關(guān)性狀測定：成熟期每個重復(fù)取5穴稻株，分成穗部和莖葉2部分。其中，穗部性狀測定有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重；莖葉部分，將根系剪除后合并。收獲后全部材料先在網(wǎng)室風(fēng)干，再置于烘箱75℃中烘至恒重。計算單位面積的稻谷產(chǎn)量、生物量和收獲指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

稻田CH4排放通量的計算公式如下：

F=ρ·273/（273+T）H·dc/dt

式中：F為CH4排放通量；ρ為標準大氣壓下的CH4密度；T為采樣過程中采樣箱內(nèi)的平均溫度，℃；H是采樣箱的凈高度，m；dc/dt是采樣箱內(nèi)CH4的濃度變化率。

各個生育期CH4排放量計算公式：

T=∑（Ri×Di）

式中：Ri是相鄰兩次測定的排放量的均值，Di是兩次測定相距的時間，d[33]。全生育期的CH4排放總量為各個生育期排放量之和。

數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析采用Excel 2007和SPSS 21軟件進行。聚類分析采用系統(tǒng)聚類法的歐氏距離-離差平方和法；多重比較采用新復(fù)極差法（LSR法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 晚季水稻品種的CH4排放特征及分類

2.1.1 不同品種CH4排放通量的比較

供試品種各時期的CH4排放通量和平均CH4排放通量結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明，供試品種的CH4排放通量差異在分蘗期（F=2.75***，P＜0.001）和拔節(jié)期（F=2.41***，P＜0.001）均達極顯著水平，而在幼穗分化期的差異則不顯著（F=1.35，P=0.146）；品種間的平均CH4排放通量差異亦達極顯著水平（F=4.08***，P＜0.001）。

由表2可知，CH4平均排放通量排在前3位的品種依次為低腳烏尖、豐粵占和IR26，分別為39.41、38.04 mg·m-2·h-1和37.95 mg·m-2·h-1；排放通量排在最后3位的品種依次為黃華占、特秈占13和廣恢998，分別為4.32、7.10 mg·m-2·h-1和 7.13 mg·m-2·h-1，均比低排放對照IR72的9.65 mg·m-2·h-1低，但差異均未達顯著水平。低腳烏尖與黃華占之間的平均CH4排放通量相差9.12倍。

比較品種CH4排放通量的最大值可知，45個供試品種CH4排放通量的最大值出現(xiàn)在分蘗期（表2），占品種數(shù)的90%；其余5個品種的CH4排放通量最大值在拔節(jié)期；至幼穗分化期，所有品種的CH4排放通量均顯著下降，平均CH4排放通量只有分蘗期和拔節(jié)期的18.2%和27.0%。

表2 水稻品種在分蘗期-幼穗分化期的CH4排放通量比較（2013年晚季）Table 2 The CH4emission flux of different rice varieties from the stage of tillering to panicle initiation（late season of 2013）

2.1.2 水稻品種CH4排放量及其分類

方差分析結(jié)果表明，50個供試品種在分蘗期至幼穗分化期的CH4排放量差異達到極顯著水平（F=3.93***，P＜0.001），說明品種間的CH4排放特性具有多樣性。采用系統(tǒng)聚類法的歐氏距離-離差平方和法（Euclidean）進行聚類分析，可將供試品種劃分為高CH4排放、中等CH4排放和低CH4排放3種類型，結(jié)果如圖1（a）所示。（1）高CH4排放品種18個，分別是低腳烏尖、豐粵占、IR26、勝優(yōu)2號、豐美占、IR24、三農(nóng)占、奇妙香、青二矮、五山絲苗、泰澳絲苗、豐香軟占、豐八占、五廣占、齊華占、金華軟占、粵晶絲苗2號和黃莉占，CH4排放量在9.50～13.97 g·m-2之間，均值為11.11±1.28 g·m-2。（2）中等CH4排放品種24個，分別是孖七占、粵香占、特青2號、粵農(nóng)占、桂朝2號、E32、天優(yōu)3618、豐華占、中二軟占、粵雜889、五優(yōu)308、粵油絲苗、美香占2號、澳粳占、銀晶軟占、特三矮2號、青六矮、特秈占25、粵農(nóng)絲苗、雪花新占、粳秈89、珍桂矮、廣超絲苗和茉莉占選，CH4排放量在5.13～9.21 g·m-2之間，均值為7.00±1.19 g·m-2。（3）低CH4排放品種8個，分別為黃華占、特秈占13、廣恢998、IR72（CK）、IR36、粵新占2號、富粵占、七桂早25，CH4排放量在1.37～4.73 g·m-2之間，均值為3.28±1.13 g·m-2。

2.2 水稻品種的稻谷產(chǎn)量表現(xiàn)及其分類

對供試品種的稻谷產(chǎn)量（IR26因后期冷害致失收，不參與分析）進行的方差分析結(jié)果表明，品種間的產(chǎn)量差異達到極顯著水平（F=3.39，P＜0.001）。根據(jù)稻谷產(chǎn)量具有差異顯著特性，采用系統(tǒng)聚類法的歐氏距離-離差平方和法進行聚類，將產(chǎn)量性狀劃分為高產(chǎn)、中產(chǎn)和低產(chǎn)品種3種類型，結(jié)果如圖1（b）所示。（1）高產(chǎn)品種12個，分別是珍桂矮、五優(yōu)308、豐華占、黃莉占、泰澳絲苗、黃華占、廣超絲苗、茉莉占選、三農(nóng)占、五山絲苗、粵新占和特三矮，產(chǎn)量在0.75～0.87 kg·m-2之間，均值為0.79±0.03 kg·m-2。（2）中產(chǎn)品種27個，富粵占、低腳烏尖、特青、粵雜889、E32、天優(yōu)3618、廣恢998、五廣占、粵晶絲苗2號、齊華占、金華軟占、IR72、IR36、豐美占、粵農(nóng)絲苗、七桂早25、粵油絲苗、勝優(yōu)2號、粳秈89、粵農(nóng)占、雪花新占、美香占、中二軟占、銀晶軟占、特秈占13、澳粳占和豐香軟占，產(chǎn)量在0.66～0.74 kg·m-2之間，均值為0.69±0.02 kg·m-2。（3）低產(chǎn)品種10個，分別是青二矮、桂朝2號、豐粵占、孖七占、青六矮、特秈占25、粵香占、奇妙香、IR24和豐八占，產(chǎn)量在 0.59～0.65 kg·m-2之間，均值為 0.63±0.02 kg·m-2。

2.3 以CH4排放量和稻谷產(chǎn)量為特征的品種類型劃分

根據(jù)CH4排放量和稻谷產(chǎn)量的系統(tǒng)聚類結(jié)果，供試品種組成8種具有不同CH4排放量和產(chǎn)量特性的類型，結(jié)果如表3所示，分別是：低排中產(chǎn)型6個品種（含CK）；低排高產(chǎn)型2個品種；中排低產(chǎn)型5個品種；中排中產(chǎn)型13個品種；中排高產(chǎn)型6個品種；高排低產(chǎn)型5個品種；高排中產(chǎn)型8個品種；高排高產(chǎn)型4個品種。針對當(dāng)前我國水稻生產(chǎn)既要保障糧食安全、又要保護生態(tài)環(huán)境的目標，本季篩選出適合目標的品種類型為：（1）低排高產(chǎn)型：黃華占、粵新占；（2）中排高產(chǎn)型：五優(yōu)308、豐華占、特三矮、茉莉占選、廣超絲苗、珍桂矮；（3）低排中產(chǎn)型：特秈占13、廣恢998、IR72、IR36、富粵占、七桂早25。

2.4 早季不同品種的CH4排放特性及產(chǎn)量表現(xiàn)

為檢驗2013年晚季試驗結(jié)果，2014年早季，從中篩選出8個品種為供試材料，分別是：低CH4排放品種黃華占（高產(chǎn)）、廣恢998（中產(chǎn)）、特秈占13（中產(chǎn)），中等CH4排放高產(chǎn)品種五優(yōu)308、高CH4排放高產(chǎn)品種黃莉占，高CH4排放中產(chǎn)品種豐美占和高CH4排放低產(chǎn)品種豐粵占，對照品種為IR72（低CH4排放中產(chǎn)）。對CH4排放進行全生育期監(jiān)測，研究品種在前期（移栽-拔節(jié)幼穗分化始期）、中期（拔節(jié)幼穗分化始期-抽穗期）和后期（抽穗期-成熟期）等3個生長發(fā)育時期CH4的排放特性。

結(jié)果表明，供試品種在不同生長發(fā)育期的CH4排放量存在差異（表3）。其中，供試品種在生長發(fā)育前期的CH4排放量差異不顯著（F=2.02，P=0.101），而在中期（F=10.54，P＜0.000 1）和后期（F=13.66，P＜0.000 1）的差異均達極顯著水平。前期的CH4排放量在0.63～1.02 g·m-2之間，占排放總量的3.80%～12.55%；中期為0.97～2.58 g·m-2，占總量的8.53%～15.64%；后期為5.77～17.92 g·m-2，占總量的72.44%～87.67%。供試品種在后期的CH4排放量占總量的70%以上，是早季CH4排放的主要時期。

結(jié)果還表明（表4），供試品種CH4排放總量的差異達極顯著水平（F=15.00，P＜0.000 1）。系統(tǒng)聚類分析結(jié)果表明，供試品種的CH4排放量可分成3類，高排放型：豐美占和豐粵占；中排放型：五優(yōu)308、黃莉占、特秈占13和IR72；低排放型：黃華占和廣恢998。高排放型品種的平均CH4排放量分別是中、低排放型的1.81倍和2.70倍；中排放型品種的平均CH4排放量是低排放型的1.49倍。

圖1 供試品種的甲烷排放量與稻谷產(chǎn)量的聚類分析（2013年晚季）Figure 1 Cluster analysis of methane emission and grain yield for selected varieties（late season of 2013）

表3 以CH4排放量與稻谷產(chǎn)量為特征的品種類型劃分（2013年晚季）Table 3 The classification of different rice varieties according to the level of CH4emission and yield（late season of 2013）

稻谷產(chǎn)量的方差分析結(jié)果表明，8個供試品種的產(chǎn)量差異達到極顯著水平（F=11.25，P＜0.001），系統(tǒng)聚類分析結(jié)果表明，供試品種的稻谷產(chǎn)量可分成3類，高產(chǎn)型：五優(yōu)308；中產(chǎn)型：黃華占、廣恢998、黃莉占、豐美占和豐粵占；低產(chǎn)型：IR72和特秈占13。高產(chǎn)型品種的產(chǎn)量分別比中產(chǎn)、低產(chǎn)型提高20.8%和54.8%。

根據(jù)CH4排放量與產(chǎn)量的聚類分析結(jié)果，早季供試品種分成5種具有不同CH4排放量和產(chǎn)量的類型，分別是低排低產(chǎn)型：IR72和特秈占13；低排中產(chǎn)型：黃華占和廣恢998；中排高產(chǎn)型：五優(yōu)308；中排中產(chǎn)型：黃莉占；高排中產(chǎn)型：豐美占和豐粵占。適合在早季推廣應(yīng)用的類型為低排中產(chǎn)型品種黃華占和廣恢998；中排高產(chǎn)型品種五優(yōu)308。

2.5 CH4排放特性與植株農(nóng)藝性狀間的相關(guān)分析

利用早季供試品種的CH4排放通量分別與葉面積指數(shù)、分蘗數(shù)、株高、取樣時測定箱均溫等進行相關(guān)分析的結(jié)果表明，取樣時測定箱均溫、株高、葉面積指數(shù)與CH4排放通量的相關(guān)系數(shù)分別為0.419、0.412和0.200（n=320、r0.01=0.148），均呈極顯著正相關(guān)；而與分蘗數(shù)的相關(guān)系數(shù)為-0.030，未達顯著水平。

利用早、晚季的CH4排放（總）量與全生育期、收獲指數(shù)、生物量、稻谷產(chǎn)量及構(gòu)成因子等性狀進行的相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果如表5所示，早季CH4排放總量與千粒重呈顯著負相關(guān)；與全生育期、每穗粒數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為0.331和0.308，達到P＜0.1（r0.1=0.296）顯著水平，因此，可認為早季的千粒重越大，CH4排放越少；生育期越長、粒數(shù)越多，CH4排放量就越多；而CH4排放總量與收獲指數(shù)、生物量、稻谷產(chǎn)量、穗數(shù)和結(jié)實率的相關(guān)系數(shù)均不顯著。晚季CH4排放量與全生育期呈極顯著正相關(guān)；與穗數(shù)、結(jié)實率和收獲指數(shù)等3個性狀間呈（極）顯著負相關(guān)，說明生育期越長、CH4排放量越大；穗數(shù)多、結(jié)實率和收獲指數(shù)高的品種，CH4排放量相對較少；而CH4排放量與稻谷產(chǎn)量、生物量、每穗粒數(shù)、千粒重等性狀間均無顯著相關(guān)。

3 討論

3.1 關(guān)于水稻品種CH4排放特性及其類型的劃分

研究結(jié)果表明，CH4排放量與溫度的相關(guān)系數(shù)達極顯著正相關(guān)。我國南方稻區(qū)早、晚季的氣溫變化各異，其中，早季氣溫由低逐漸升高，成熟期達最高，而晚季則呈相反趨勢，氣溫由高逐漸降低。因此，水稻品種的CH4排放特性在早、晚季表現(xiàn)不一樣。早季種植時，CH4排放量在生長發(fā)育前期較少，中期逐漸增加，抽穗期后達到高峰；抽穗至成熟期的CH4排放量占排放總量的70%以上，供試品種的表現(xiàn)均一致。晚季種植時，供試品種的CH4排放在前期表現(xiàn)活躍，本試驗中90%供試品種的CH4排放量在分蘗盛期達到最大值，然后逐漸降低，在幼穗分化期降至最低。蔡祖聰?shù)萚31]利用諸多研究者在不同季節(jié)、不同地點和不同品種獲得的研究結(jié)果，建立了水稻不同生長季節(jié)的CH4逐日排放模型。該模型的最大特點是：早、晚季水稻生長期間CH4排放通量峰值出現(xiàn)的時間存在差異，早季移栽后15 d內(nèi)的平均排放通量只有季節(jié)平均值的0.6左右，隨生長后移逐漸增加，成熟期還有較高排放通量。而晚季在水稻移栽后10 d左右即達到排放峰值，以后逐漸降低。本研究中早、晚季的CH4排放規(guī)律與該模型基本吻合。

表4 不同生育期的CH4排放量和稻谷產(chǎn)量Table 4 The grain yield，amount of CH4emission in different growth stages

表5 水稻品種CH4排放量與植株農(nóng)藝性狀間的相關(guān)系數(shù)Table 5 The correlation coefficient between the yield-related characters and CH4emission amount

本研究針對2013年晚季水稻品種CH4排放量具有顯著差異的特性，根據(jù)聚類分析結(jié)果劃分為高排放型、中排放型和低排放型3種類型。2014年早季對部分品種進行了重復(fù)試驗，結(jié)果表明供試品種的CH4排放類型在早、晚季表現(xiàn)不盡相同。其中，一類品種的CH4排放在早、晚季屬同一類型，這些品種有：高排放類型的豐美占和豐粵占、中排放類型的五優(yōu)308、低排放類型的黃華占和廣恢998。說明它們對環(huán)境變化不敏感，適應(yīng)性較好。另一類品種的CH4排放在早、晚季屬于不同類型，分別是黃莉占、IR72和特秈占13。其中，黃莉占在早季為中排類型，晚季為高排類型；IR72和特秈占13在早季為中排類型，而晚季為低排類型。說明這些品種的CH4排放受環(huán)境因素影響較大。本試驗僅在盆栽條件進行，稻株生長環(huán)境與大田生態(tài)略有不同，因此，CH4排放類型的劃分結(jié)果還需大田進一步驗證。

3.2 水稻CH4排放特性與植株農(nóng)藝性狀的關(guān)系

目前用于檢測水稻CH4排放特性的技術(shù)是靜態(tài)暗箱-氣相色譜法，即首先利用靜態(tài)暗箱法采集稻田CH4氣體，再用氣相色譜儀測定CH4含量。該取樣方法和檢測技術(shù)較為繁瑣復(fù)雜，所需儀器設(shè)備昂貴、技術(shù)要求高，難以直接在水稻育種中普及應(yīng)用，成為水稻低CH4排放品種選育工作停滯不前的主要原因之一。關(guān)于水稻植株性狀與CH4排放量之間的關(guān)系已有較多報道，Lindau等[10]和Wang等[13]的研究表明，高稈品種比矮稈品種具有更高的CH4排放量；在一定范圍內(nèi)，植株莖蘗越多，葉片越多，CH4的傳輸速率越大[13]。傅志強等[26]研究水稻植株通氣系統(tǒng)與CH4排放量的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，株高是影響CH4排放量大小的主要性狀，二者呈極顯著正相關(guān)。Das等[34]對10個印度水稻品種的CH4排放特性進行研究發(fā)現(xiàn)，CH4排放量大的品種具有較大的莖髓腔組織、較大葉面積及其氣孔密度大等特征。Qin等[27]的研究結(jié)果顯示，CH4排放強度與分蘗數(shù)和葉綠素值（SPAD）呈顯著正相關(guān)。本研究通過對稻株形態(tài)、產(chǎn)量及其構(gòu)成因子等農(nóng)藝性狀進行評價，篩選出株高、葉面積指數(shù)與CH4排放通量的相關(guān)系數(shù)均呈極顯著正相關(guān)。綜合上述研究結(jié)果，建議在開展低CH4排放水稻品種選育種時，可將株高和葉面積指數(shù)作為初選的評價指標。

結(jié)果還表明，CH4排放量與全生育期的相關(guān)系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，晚季的相關(guān)系數(shù)為0.258 0達極顯著水平（r0.01=0.254），早季的相關(guān)系數(shù)為0.331達P＜0.1顯著水平（r0.1=0.296），說明全生育期是影響CH4排放的主要因素。由于種植季節(jié)不同，CH4排放量與其他植株農(nóng)藝性狀間的相關(guān)系數(shù)在早、晚季表現(xiàn)不一致。早季CH4排放量與株高、葉面積指數(shù)、每穗粒數(shù)呈顯著正相關(guān)，與千粒重呈顯著負相關(guān)；晚季CH4排放量與穗數(shù)、結(jié)實率和收獲指數(shù)呈（極）顯著負相關(guān)。Qin等[27]的研究認為CH4排放強度與收獲指數(shù)呈顯著負相關(guān)。因此，在利用植株農(nóng)藝性狀輔助開展CH4低排放水稻品種選育時，應(yīng)根據(jù)種植季節(jié)不同，采用不同評價指標。上述這些農(nóng)藝性狀都是育種家和農(nóng)技人員熟知和常用的，若應(yīng)用這些性狀作為低CH4排放品種選育的初篩評價指標，將可大幅減少工作量，提高選育種效率。

本研究中，不論是早季還是晚季，CH4排放量與生物量、稻谷產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)均無顯著相關(guān)，說明培育具有低CH4排放和高產(chǎn)特性的水稻新品種是切實可行的。

3.3 水稻高產(chǎn)與低CH4排放品種的應(yīng)用前景

選育與推廣應(yīng)用具有低CH4排放的高產(chǎn)水稻品種是解決當(dāng)前我國糧食安全和環(huán)境保護難題的重要技術(shù)途徑之一。但是，這方面的研究工作鮮有報道。本研究對南方稻區(qū)主要推廣應(yīng)用的水稻品種的CH4排放特性、產(chǎn)量和植株形態(tài)等性狀進行了較為系統(tǒng)研究。2013年晚季根據(jù)產(chǎn)量和CH4排放的系統(tǒng)聚類分析結(jié)果，適合目前水稻生產(chǎn)應(yīng)用的品種類型有3種：低排高產(chǎn)型、中排高產(chǎn)型和低排中產(chǎn)型。這些品種分別是：黃華占、粵新占（低排高產(chǎn)型），五優(yōu)308、豐華占、特三矮、茉莉占選、廣超絲苗、珍桂矮（中排高產(chǎn)型），特秈占13、廣恢998、IR72、IR36、富粵占、七桂早25（低排中產(chǎn)型）。2014年早季利用部分品種進行驗證試驗。結(jié)果表明，IR72和特秈占13是低排低產(chǎn)型，其產(chǎn)量表現(xiàn)與晚季差異較大；而黃華占和廣恢998是低排中產(chǎn)型，五優(yōu)308是中排高產(chǎn)型，早、晚季的表現(xiàn)較一致，適合在生產(chǎn)上應(yīng)用。本研究雖然進行了兩季試驗的相互驗證，但供試品種數(shù)較少，且只在一個生態(tài)區(qū)域的盆栽環(huán)境下實施，結(jié)果是否具普遍規(guī)律，還需在多季、多生態(tài)區(qū)的大田環(huán)境驗證。

在本試驗篩選出的具有高產(chǎn)與中低CH4排放特性的水稻品種中，黃華占和五優(yōu)308是近十年來我國南方稻區(qū)應(yīng)用面積最大的常規(guī)稻和雜交稻品種之一，是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部主推品種。截至2016年，黃華占已累計應(yīng)用600多萬hm2，五優(yōu)308累計應(yīng)用超過187萬hm2。廣恢998是組配品種數(shù)最多的恢復(fù)系（國家水稻數(shù)據(jù)網(wǎng)http：//www.ricedata.cn/variety/index.htm），由其配組的天優(yōu)998、博優(yōu)998、秋優(yōu)998等品種已在我國南方稻區(qū)大面積應(yīng)用，累計推廣520多萬hm2。其他優(yōu)良品種如珍桂矮、豐華占、廣超絲苗、七桂早25和特三矮等已在南方稻區(qū)水稻生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，或作為優(yōu)異資源得到廣泛利用。隨著這些高產(chǎn)品種的低CH4排放特性被挖掘，它們在今后的水稻生產(chǎn)中將發(fā)揮更大作用。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)CH4排放量具有顯著差異的特點，將水稻品種的CH4排放劃分為高、中、低3種類型，篩選出低CH4排放品種（種質(zhì)）黃華占、特秈占13、廣恢998、IR72、IR36、粵新占2號、富粵占和七桂早25。

（2）篩選出株高、葉面積指數(shù)、全生育期、收獲指數(shù)、結(jié)實率和千粒重等植株農(nóng)藝性狀與CH4排放量呈顯著相關(guān)，其中，株高和葉面積指數(shù)與CH4排放通量呈極顯著正相關(guān)，可在開展水稻低CH4排放新品種選育時作為輔助評價指標。而CH4排放量與稻谷產(chǎn)量、生物量間的相關(guān)系數(shù)均未達顯著水平，這為開展低CH4排放高產(chǎn)水稻新品種培育提供了重要理論依據(jù)。

（3）篩選出產(chǎn)量較高、CH4為中低排放的水稻品種共13個，其中，黃華占、五優(yōu)308和廣恢998是目前南方稻區(qū)大面積推廣應(yīng)用的常規(guī)稻品種、雜交稻品種和配組雜交稻品種最多的恢復(fù)系。