水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法

1.本发明涉及水稻抗逆性研究技术领域，尤其涉及水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法。


背景技术：

2.中国是世界上最大的水稻生产国和消费国，稻谷产量在我国粮食生产中位居首位(national bureau of statistics of china,nbsc,2016)。实现水稻产量稳定增长，对于保障我国乃至世界的粮食安全都有十分重要的意义。然而，近年来我国水稻种植区内极端温度事件频发，冷热害已成为水稻面临的主要气象灾害。气候变化显著影响水稻生长和产量提升，有研究表明未来气候变化导致水稻产量相对于基线降低2.5％。大气温度升高可显著改变水稻植株光合产物分配，降低水稻的收获指数，导致光合产物向籽粒分配降低，提高光合产物向地下部分配。大气温度升高同样可能加速水稻土氮矿化和氮肥流失，显著影响稻田土壤中有机碳和全氮含量。此外，由于土壤碳和氮是影响稻田温室气体甲烷和氧化亚氮的关键因素，气候变化不仅影响稻田碳氮储量及其转化途径，而且还可能显著影响稻田甲烷和氧化亚氮的排放(。低温冷害是影响高纬度地区水稻稳产的主要限制因子之一。水稻遭遇延迟型冷害或障碍型冷害后其生长发育及灌浆成熟受到严重影响。政府间气候变化专门委员会第5次评估报告(ipcc_ar5)指出，随着全球气候变暖和极端天气的频繁发生，低温冷害风险也可能增长，这在一定程度上增加了农业生产的不稳定性。
3.就目前而言，前人研究主要集中在预期大气温度升高(即大气平均温度增加1.5～2.0℃)对稻田系统碳氮的影响特征与机制方面(tang et al.,2022)，但是极端低温同样影响水稻生长，导致碳氮在稻田作物-土壤-大气之间的分配产生差异(deng et al.,2011)。水稻在各个生长发育阶段都有一定的最低适宜温度，温度过高或过低都不利于干物质的积累，尤其水稻抽穗期对低温的忍受能力最弱，此时遭受低温胁迫可造成小花退化或花粉不育，形成空瘪粒，导致结实率和千粒重降低而使产量严重下降(zhu et al.,2012)。现阶段对水稻低温冷害的相关研究主要集中在低温冷害程度、低温时期对水稻生理机能变化、产量构成因素和品质的影响(bhattacharjees,2013；ren et al.,2017)。现阶段对水稻低温冷害相关田间试验较少，缺乏水稻遭遇低温冷害后碳氮分配、土壤碳氮变化及对温室气体排放的影响研究试验。稻田系统碳汇功能强大，固碳潜力突出(liu et al.,2023)。摸清水稻关键生育期低温冷害对稻田碳氮的响应特征对应对气候变化意义重大。
4.因此，本领域的技术人员致力于开发水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法，以解决上述现有技术的不足。


技术实现要素：

5.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是目前现有技术公开的方法无法做到分区分类防治，难以因地制宜改善水土流失的缺陷问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的
评价方法，所述方法包括以下步骤：
7.步骤1、准备材料，选址种植；
8.步骤2、水稻幼苗进行
13
c和
15
n标记；
9.步骤3、抽穗期水稻低温处理；
10.步骤4、温室气体采集、测定及排放量计算；植株样品及根系土的采集、测定及
13
c和
15
n含量计算；
11.步骤5、试验统计及数据分析；
12.进一步地，对于步骤2，所述水稻幼苗选取处于分蘖拔节期、营养生长旺盛阶段的幼苗；
13.进一步地，对于步骤3，所述低温处理时间为晚20点至次日早8点；所述低温处理分四个时段，每个时段3小时；所述低温处理持续7天；
14.进一步地，对于步骤4，所述温室气体采集、测定及排放量计算中气体采集阶段从水稻低温处理前开始，直至水稻收获；所述气体采集分为低温处理阶段及低温处理整体结束阶段；所述低温处理阶段采集温室气体的时间为每天低温处理后；所述低温处理整体结束阶段采集温室气体的时间为每周采集，直至水稻收获；所述温室气体采集、测定及排放量计算中温室气体测定阶段使用气象色谱仪对采集气体样品进行ch4和n2o测定；所述排放量计算公式为：
15.f＝ρ
×
273/(273+t)
×h×
dc/dt
16.其中式中f为排放通量，ρ为标准大气压下待测气体密度，t为取气箱内平均温度，h为采气箱体高度，dc/dt为气体浓度变化速率；
17.进一步地，对于步骤4，所述植株样品及根系土在水稻整个生育期内共采集四次，分别为标记完成后、抽穗期、灌浆期、成熟期四个时间；所述所述植株样品及根系土经处理后采用同位素质谱仪测定各组分全碳、全氮值及δ
13
c、δ
15
n值；所述
13
c和
15
n含量计算公式为：
18.13ci
＝ci
×
(δ
13ci-δ
13cn
)/100
×
1000
19.15
ni＝ci
×
(δ
15ni-δ
15nn
)/100
×
1000
20.式中，
13ci
和
15
ni为样品中
13
c和
15
n含量，δ
13ci
和
13cn
分别表示标记和非标记样品中
13
c的丰度，δ
15
ni和
15nn
分别表示标记和非标记样品中
15
n的丰度；ci和ni表示植株和土壤中总碳量和总氮量；
21.进一步地，对于步骤5，所述试验统计及数据分析包括水稻生物量及产量、
15
n吸收、
13
c吸收、温室气体排放情况四个方面；
22.采用以上方案，本发明公开的水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法，具有以下优点：
23.(1)本发明的水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法，将不同品种水稻于抽穗期进行低温处理、同位素标记等处理后，研究水稻地上地下部碳氮分配、根际土壤碳氮变化以及温室气体排放的影响，帮助后续水稻育种、灾害防护。
24.(2)本发明的水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法，对水稻低温冷害相关问题做了田间试验，填补现有领域对水稻遭遇低温冷害后碳氮分配、土壤碳氮变化及温室气体排放方面的研究空白。
25.综上所述，本发明公开的水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方
法，对水稻低温冷害相关问题做了田间试验，将不同品种水稻于抽穗期进行低温处理、同位素标记等处理后，研究水稻地上地下部碳氮分配、根际土壤碳氮变化以及温室气体排放的影响，填补现有领域对水稻遭遇低温冷害后碳氮分配、土壤碳氮变化及温室气体排放方面的研究空白，为稻田系统应对气候变化的水稻抗逆育种以及丰产减灾与固碳减排的栽培技术优化提供依据，提升稻田应对气候变化的弹性与适应性。
26.以下将结合具体实施方式对本发明的构思、具体技术方案及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
27.图1为本发明水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法的步骤示意图。
具体实施方式
28.以下介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，这些实施例为示例性描述，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
29.如若有未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，如相关说明书或者手册进行实施。
30.如图1所示，本发明的水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法，实施例、水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法
31.步骤1、准备材料，选址种植；
32.①
于2019年在吉林省公主岭市的吉林省农业科学院人工气候控制室(124
°
48
′
e,43
°
32
′
n)进行，该人工气候控制室采用电脑全程自动控制，设置室内温度及其昼夜温差变化，提供人工光源，模拟作物生长的外部条件，保持内部环境稳定，可以保障本试验的顺利进行；
33.②
试验共设置空白对照(不进行任何处理)、试验对照(同位素标记)、抽穗期低温处理(标记后低温)3个处理，4个重复，2个品种；
34.③
水稻品种选取：吉粳88(耐前期低温，超级稻粳稻品种)；吉农大809(常规品种)；
35.④
种植方式：盆栽种植(盆高25cm、直径20cm)，每个处理每个品种16盆，共计96盆；在盆中埋入高10cm、直径8cm的尼龙袋(37μm网眼，保证根系不会伸出根袋，但可保证养分在根袋与盆中土壤之间的交换)；
36.⑤
土壤选取：盆子与根袋中的土壤共计5.5kg；盆栽土壤取自长期常规种植水稻田，土壤第四纪红色黏土发育而成的水稻土，有机碳21.3g/kg，全氮2.0g/kg，碱解氮176.1mg/kg，有效磷19.4mg/kg，速效钾64.1mg/kg，ph 5.6；
37.步骤2、水稻幼苗进行
13
c和
15
n标记；
38.①
标记水稻选取：水稻幼苗期每个根袋中移栽两棵长势一致的水稻幼苗，保持3-4cm水层，按照当地常规习惯施肥及田间管理；
39.②
标记时间选取：营养生长旺盛阶段(分蘖拔节期)开始
13
c标记；标记时，将水稻密闭在透明标记室内(1m*1m*1m)，在密闭处理半小时后，将硫酸滴入
13
c标记的碳酸钠中(
13c丰度》98％，上海化工研究院，中国，上海)，产生
13
co2，经密闭4小时后进行通风，连续标记7天；
40.③
15
n标记与
13
c标记过同时进行，以
15
nh4cl(
15
n丰度99.9％，上海化工研究院，中国，上海)溶液的形式定量施入盆栽内(空白对照组施等量的nh4cl溶液)；标记期间为了防止标志室内温度过高，内装风扇和冰袋进行物理降温；
41.步骤3、抽穗期水稻低温处理；
42.将在室外自然条件下生长到抽穗期的水稻移入人工气候室中，低温处理时间为晚20点至次日早8点。极端低温处理分四个时段，每时段3小时，从开始至结束每个时段的温度依次为14℃、11℃、10℃、13℃，且早5点时控制人工气候室给予盆栽光照，极端低温处理持续7天(2019年7月30日-8月5日)；
43.步骤4、温室气体采集、测定及排放量计算；植株样品及根系土的采集、测定及
13
c和
15
n含量计算；
44.①
温室气体采集及测定：在水稻低温处理前开始进行温室气体采集直至水稻收获，两个品种水稻盆栽各取6盆，包括三盆对照和三盆极端低温处理；
45.低温处理每天结束后采集温室气体，低温处理整体结束后改为每周采集直至水稻收获，采集温室气体时将盆栽用水封法扣入高75cm的柱状密闭装置中，每盆水稻在放入密闭采样室后0、10、20和30分钟时用100ml塑料注射器取样，采集后的气体样品转移到一个10ml的真空玻璃管中，采集气体样品同时监测箱体内温度；
46.用气相色谱仪(agilent 7890a,agilent inc.,usa)对采集气体样品进行ch4和n2o测定，气体排放速率由4个时间段气气体样品浓度值经线性回归分析得出；
47.②
温室气体排放量计算：n2o和ch4排放通量(flux)是指单位面积上单位时间内该气体的排放量；排放通量计算公式为：
48.f＝ρ
×
273/(273+t)
×h×
dc/dt
49.式中f为排放通量(mgm-2
h-1
或μgm-2
h-1
)，ρ为标准大气压下待测气体密度(kgm-3
)，t为取气箱内平均温度(℃)，h为采气箱体高度(m)，dc/dt为气体浓度变化速率；对每个取样点的4个气体样品(0、10、20、30min)浓度进行直线拟合，当回归系数r2大于等于0.9时，直线斜率即为dc/dt，如果r2小于0.9，将任意3个浓度数据按时间对应组合，相关系数最大者的斜率表示该组数据的dc/dt，若r2仍小于0.9，则该组数据剔除；
50.③
植株样品及根系土采集、测定：稻整个生育期内共采集四次样品，在标记完成后立即进行第一次取样；在抽穗期(移入人工气候室进行极端温度处理后)进行第二次取样；之后分别在灌浆期(生殖生长阶段)、成熟期进行第三、第四次取样；取样时将水稻连根拔出，根际土壤采用抖土法采集，水稻植株按照根、茎、叶、穗分开，，放入烘箱中105℃杀青30min，再经65℃烘至恒重；取出后用百分之一天平秤出各部分干物质重；根际土放在阴凉干燥的环境下自然风干，用球磨仪将土壤和植物样品磨至符合测试标准；经过处理后的样品采用同位素质谱仪(elementarisoprime100，德国)测定各组分全碳、全氮值以及δ
13
c、δ
15
n值；
51.④
植株(根、茎、叶、穗)和土壤(根际土、非根际土)中
13
c和
15
n的含量：
52.计算公式为：
53.13ci
＝ci
×
(δ
13ci-δ
13cn
)/100
×
1000
54.15
ni＝ci
×
(δ
15ni-δ
15nn
)/100
×
1000
55.式中，
13ci
和
15
ni为样品中
13
c和
15
n含量(mg
·
pot-1
)，δ
13ci
和
13cn
分别表示标记和非标记样品中
13
c的丰度(
‰
)，δ
15
ni和
15nn
分别表示标记和非标记样品中
15
n的丰度(
‰
)；ci和ni表示植株(穗、茎、叶、根)和土壤(根际土、非根际土)中总碳量和总氮量(mg
·
pot-1
)；
56.步骤5、经步骤1～4试验后，得出数据及相应的数据分析如下：
57.①
水稻生物量：抽穗期低温处理降低了水稻植株干物质积累量，在8月5日(低温处理结束时)，两个水稻品种低温处理均降低了水稻生物量，jn88和j809品种水稻总生物量分别比对照处理低11.6％和6.5％；低温处理主要降低了水稻茎和叶片生物量，其中jn88和j809品种水稻茎生物量分别比对照处理低12.5％和6.5％，jn88和j809品种水稻叶生物量分别比对照处理低13.7％和15.4％，不同水稻品种间各部位生物量无差异；
58.在8月27日，低温处理降低了水稻生物量，其中，j809品种低温处理水稻的根、茎、叶、穗和总生物量分别比对照处理低6.8％、23.0％、22.1％、18.0％和18.2％，jn88品种低温处理仅叶和穗生物量比对照低12.8％和12.6％，而jn88处理低温处理茎生物量比对照处理高12.3％；不同水稻品种间，未经过低温处理的jn88水稻根、茎和总生物量比j809低13.7％、30.8％和12.2％，而经过低温处理后，jn88叶和穗生物量分别比j809高13.4％和16.5％；
59.9月23日(水稻收获)，生育期低温同样降低了水稻生物量，其中jn88品种穗生物量比对照低29.3％，经过低温处理j809品种水稻根、穗和总生物量分别比对照处理低10.7％、25.0％和5.7％；不同水稻品种间，未经过低温处理jn88品种水稻茎、叶和总生物量分别比j809低12.6％、13.6％和6.3％，而经过低温处理后，两品种水稻各部位生物量则无差异；
60.②
产量及产量构成因素：低温处理下jn88和j809品种水稻穗粒数分别比对照处理低20.2％和15.1％，jn88和j809品种水稻结实率分别比对照处理低37.4％和28.2％；低温处理下jn88和j809品种水稻产量分别比对照处理低27.6％和21.4％；低温处理对水稻穗数和百粒重无影响；jn88品种水稻穗数和百粒重低于高于j809品种，而穗粒数、结实率和产量则低于j809品种；
61.③
n素积累：在8月5日(抽穗期)，低温处理两个品种根际土壤
15
n同位素含量均低于对照处理，而土壤
15
n含量则均高于对照处理，其中低温处理下jn88和j809水稻根际土
15
n含量分别比对照处理低50.0％和20.2％，而土壤
15
n含量则分别比对照处理高41.6％和20.6％，低温处理下j809品种水稻叶和穗
15
n积累量分别比对照处理高26.5和104.0％；不同品种间水稻-土壤系统各部位
15
n积累量不同，其中在低温处理下，j809品种水稻根际土、水稻茎、叶和穗
15
n积累量分别比jn88高66.7％、42.2％、20.5％和27.2％；
62.在8月27日(灌浆期)，低温处理降低了水稻根际土、水稻叶片和水稻穗的
15
n积累量，其中低温处理下jn88品种水稻根际土
15
n含量比对照处理低49.8％，j809水稻叶片
15
n积累量比对照低32.4％，jn88和j809品种水稻穗
15
n积累量分别比对照低18.1％和18.9％；而低温处理下，j809品种水稻土壤
15
n积累量比对照处理高171.7％；低温处理下j809品种土壤
15
n积累量比jn88高115.5％，而水稻叶片
15
n积累量则比jn88低33.5％
63.在9月23日(收获期)低温处理增加了水稻根际土、土壤和水稻茎的
15
n积累量，而降低了水稻穗的
15
n积累量，其中，低温处理下jn88水稻根际土
15
n积累量比对照处理高36.2％，jn88和j809土壤
15
n积累量比对照处理高31.6％和23.8％，j809水稻茎15n积累量比
对照处理高15.5％，而低温处理下jn88和j809水稻穗
15
n积累量则分别比对照低18.9％和26.0％；低温处理下，j809品种水稻土壤、水稻茎和根
15
n积累量分别比jn88高56.0％、28.2％和32.2％；
64.④
c素积累：在8月5日(抽穗期)，低温处理jn88品种水稻根际土壤
13
c同位素含量比对照处理低60.2％，而低温处理jn88和j809品种土壤
13
c含量则分别比对照处理高26.7％和113.3％；低温处理jn88品种水稻茎和穗
13
c同位素含量分别比对照处理低13.4％和37.9％，而j809品种水稻叶和穗
13
c同位素含量则分别比对照低43.6％和69.2％；低温处理下，不同水稻品种各部位
13
c同位素积累量不同，其中，j809品种水稻根际土、土壤和水稻茎
13
c同位素积累量分别比jn88高50.0％、68.4％和13.1％，而j809品种水稻叶片和根系
13
c同位素积累量则分别比jn88低25.2％和26.7％；
65.在8月27日(灌浆期)，低温处理下jn88和j809品种水稻根际土
13
c同位素含量分别比对照低26.9％和38.7％；低温处理下j809品种水稻土壤
13
c同位素含量比对照处理低20.0％，而低温处理下jn88品种水稻土壤和水稻叶片
13
c同位素含量则分别比对照处理高16.7％和23.2％；低温处理下jn88和j809品种水稻茎
13
c同位素含量分别比对照处理高27.4％和45.6％，而低温处理下jn88品种水稻穗
13
c积累量则比对照处理低40.8％；低温处理下j809品种水稻土壤、水稻茎和叶
13
c积累量分别比jn88品种低30.4％、15.4％和56.3％；
66.在9月23日(收获期)，低温处理下jn88和j809品种水稻根际土
13
c积累量分别比对照处理低37.3％和29.1％，jn88品种水稻穗
13
c积累量则比对照处理低39.9％；低温处理下jn88品种水稻茎、叶和根
13
c积累量分别比对照处理高10.7％、16.3％和69.9％，j809品种水稻土壤、水稻茎、叶和根
13
c积累量则分别比对照处理高64.3％、17.3％、21.6％和56.9％；低温处理下j809品种水稻穗
13
c积累量比jn88高30.3％；
67.⑤
水稻-土壤系统各部位n素分配比例：在8月5日(抽穗期)，低温处理下不同品种水稻根际土壤
15
n同位素分配比例均高于对照处理，而土壤
15
n分配比例则均低于对照处理；其中低温处理下jn88和j809品种水稻根际土
15
n分配比例分别比对照处理低5.00和2.79个百分点，而土壤
15
n分配比例则分别比对照处理高1.55和1.24个百分点；低温处理下jn88品种水稻茎和叶
15
n分配比例分别比对照处理低2.96和7.35个百分点；j809品种水稻根系
15
n分配比例则比对照处理低3.52个百分点；低温处理下jn88和j809水稻穗
15
n分配比例分别比对照低1.26和5.17个百分点；不同品种间水稻-土壤系统各部位
15
n分配比例不同；其中在低温处理下j809品种水稻根际土、土壤、水稻茎、叶和根
15
n分配比例分别比jn88品种高6.17、2.20、14.86、12.46和2.91个百分点；
68.在8月27日(灌浆期)，低温处理降低了水稻根际土、水稻叶片和水稻穗的
15
n分配比例；其中低温处理下jn88品种水稻根际土
15
n分配比例比对照处理低4.59个百分点，j809品种水稻叶片
15
n分配比例比对照低6.72个百分点，jn88和j809品种水稻穗
15
n分配比例分别比对照低2.39和3.66个百分点；而低温处理下j809品种水稻土壤
15
n分配比例比对照处理高3.91个百分点；低温处理下j809品种土壤、水稻茎、根和穗
15
n分配比例分别比jn88高4.04、5.13、2.31和4.84个百分点；
69.在9月23日(收获期)低温处理增加了水稻茎、叶和根的
15
n分配比例，而降低了水稻穗的
15
n分配比例；其中低温处理下j809品种水稻茎、叶和根的
15
n分配比例分别比对照处理高5.81、2.83和3.79个百分点，而低温处理下jn88和j809品种水稻穗
15
n分配比例则分别比
对照处理低2.56和5.56个百分点；低温处理下j809品种土壤、水稻茎、叶、根和穗
15
n积累量分别比jn88品种高2.01、18.11、5.42、6.70和4.64个百分点；
70.⑥
水稻-土壤系统根际土、水稻茎、叶的
13
c分配比例：在8月5日(抽穗期)，低温处理下jn88品种水稻根际土壤
13
c同位素分配比例比对照处理低2.09个百分点，而低温处理下jn88和j809品种土壤
13
c分配比例则分别比对照处理高0.08和0.36个百分点；低温处理下jn88品种水稻茎和穗
13
c同位素分配比例分别比对照处理低5.64和1.98个百分点，而j809品种水稻叶、根和穗
13
c同位素分配比例则分别比对照低14.75、7.80和4.84个百分点；低温处理下不同水稻品种各部位
13
c同位素分配比例不同；其中j809品种水稻土壤和水稻茎
13
c同位素分配比例分别比jn88高0.26和3.45个百分点，而j809品种水稻叶片和根系
13
c同位素分配则分别比jn88低7.29和4.05个百分点；
71.在8月27日(灌浆期)，低温处理下jn88和j809品种水稻根际土
13
c同位素分配比例分别比对照处理低0.77和1.15个百分点；而低温处理下jn88品种水稻土壤
13
c同位素分配比例比对照处理高0.20个百分点；低温处理下jn88品种水稻茎和叶的
13
c分配比例分别比对照处理高7.35和5.69个百分点，而jn88品种水稻穗的
13
c分配比例则比对照处理低2.6个百分点；低温处理下j809品种水稻茎和根系
13
c同位素分配比例分别比对照处理高8.74和4.91个百分点，而低温处理下j809品种水稻叶片
13
c分配比例则比对照处理低8.14个百分点；低温处理下j809品种水稻土壤、水稻茎和叶
13
c积同位素分配比例分别比jn88品种低0.17、6.19和17.44个百分点；
72.在9月23日(收获期)，低温处理下jn88和j809品种水稻根际土
13
c分配比例分别比对照处理低0.83和0.64个百分点，jn88品种水稻穗
13
c分配比例则比对照处理低2.49个百分点；低温处理下jn88品种水稻茎、叶和根
13
c分配比例分别比对照处理高5.93、1.90和5.80个百分点，j809品种水稻土壤、水稻茎、叶和根
13
c分配比例则分别比对照处理高0.21、8.80、2.27和5.07个百分点；低温处理下jn88和j809品种
13
c分配比例无差异；
73.⑦
温室气体排放：在低温处理第1-7天，jn88品种稻田甲烷排放速率分别比对照处理低46.8％、46.8％、27.2％、39.7％、42.9％、43.5％和60.1％，j809品种在低温处理1-6天稻田甲烷排放速率则分别比对照处理低31.3％、51.5％、59.5％、57.1％、53.1％和40.6％；其中j809品种水稻甲烷排放速率高于jn88品种；低温处理结束后，低温处理水稻甲烷排放速率在8月11日-8月27日期间均高于对照处理，其中低温处理下jn88品种稻田甲烷排放速率在8月11日、8月15日、8月19日和8月27日分别比对照处理高29.6％、40.9％、22.1％和36.4％；低温处理下j809品种稻田甲烷排放速率在8月11日、8月15日、8月19日和8月27日则分别比对照处理高24.0％、40.9％、35.9％和20.9％；低温处理后不同品种间甲烷排放速率无差异；
74.在低温处理期间，低温处理水稻品种jn88和j809氧化亚氮排放速率高于对照处理；其中，jn88品种稻田氧化亚氮排放速率在7月30日、7月31日、8月1日和8月2日分别比对照处理高91.7％、48.4％、53.0％和29.3％，而j809品种稻田氧化亚氮排放速率在7月30日、8月2日和8月5日高53.9％、69.3％和123.6％；低温处理下j809品种水稻氧化亚氮排放速率在7月30日和7月31日低于jn88品种，而在8月2日和8月4日则高于jn88品种；低温处理结束后，低温处理jn88和j809品种稻田氧化亚氮排放速率在9月1日比对照处理高86.2％和70.2％，而在9月22日jn88品种稻田氧化亚氮排放速率则比对照处理高109.4％；
75.低温处理影响稻田甲烷和氧化亚氮累计排放量；低温处理降低了稻田甲烷累积排放量，低温处理下jn88和j809品种甲烷累积排放量分别比对照处理低25.3％和27.3％；不同品种间甲烷累积排放量无差异；低温处理增加了稻田氧化亚氮累积排放量，低温处理下jn88品种稻田氧化亚氮累积排放量比对照处理高40.2％，低温处理下j809品种氧化亚氮累积排放量则与对照无差异；不同品种间稻田氧化亚氮累积排放量无差异；
76.结论：
77.①
水稻生物量和产量：由数据结果分析得知，本试验所得结果与现有研究结果一致，生殖生长期的低温会显著降低水稻小穗的育性和产量，一方面是低温导致小穗败育，穗粒数和结实率降低，另一方面，低温处理降低了光合速率、叶绿素荧光和干物质积累，从而导致产量下降；同时，低温处理下氮素吸收量的减少同样可以导致叶面积指数(lai)和净光合速率(pn)下降，进而抑制了穗的正常发育；
78.②
n素吸收：由数据结果分析得知，低温处理降低了水稻根系对土壤氮素的吸收，这主要是由于低温冷害导致水稻光合作用减弱，生理代谢降低，导致了水稻植株对养分的需求降低；抽穗期低温导致n素积累趋向于土壤和茎叶部，而穗部积累量降低；水稻收获时的土壤中、稻穗中的
15
n含量对比，表明低温冷害降低了水稻对氮素的吸收，影响了氮素向水稻穗部的转运；
79.③
c素吸收：由数据结果分析得知，低温处理结束时土壤、稻穗中
13
c的变化表明了低温处理延缓了水稻生育进程，水稻-土壤系统中生长前期光合碳向根系及土壤中分配的比例高；随着生育期推移光合碳在根系及土壤中的分配比例呈下降趋势，光合碳更趋向于往穗部分配；低温处理下，水稻植株对土壤氮素吸收的减少导致叶面积指数(lai)和净光合速率(pn)下降，抑制了穗的正常发育，这同样会导致水稻光合碳向穗部运输减少；水稻收获期低温处理下不同品种水稻茎、叶和根系
13
c含量均高于对照处理，其中j88品种水稻穗
13
c同位素含量低于对照处理；同样可以表明低温处理影响了水稻光合碳的运输，导致穗部光合碳积累量减少，进而影响了水稻产量的形成；
80.④
温室气体排放：由数据结果分析得知，抽穗期低温降低了稻田甲烷排放；这可能是因为低温减缓了土壤有机质的酶活性和分解，进而抑制了甲烷的生成；同时，低温处理降低了水稻生物量，导致通过根系沉积和作物残茬进入土壤的碳量减少，导致土壤中用于产ch4的c的有效性降低；水稻根系生物量的降低也减弱了o2向水稻根际的运输，导致ch4氧化速率降低；
81.由数据结果分析得知，低温处理增加了稻田氧化亚氮排放，且低温处理期间及处理结束后氧化亚氮排放速率明显高于对照处理；这可能是由于低温处理结束时，温度回升影响了土壤的硝化和反硝化作用，从而导致n2o排放增加；低温处理下，水稻植株对土壤氮素吸收的减少，导致土壤n素积累量增加，同样增加了稻田氧化亚氮的排放；
82.将实施例分析后可知，本发明的水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法对水稻低温冷害相关问题进行系统研究评价，将不同品种水稻于抽穗期进行低温处理、同位素标记等处理后，研究水稻地上地下部碳氮分配、根际土壤碳氮变化以及温室气体排放的影响，填补现有领域对水稻遭遇低温冷害后碳氮分配、土壤碳氮变化及温室气体排放方面的研究空白，为稻田系统应对气候变化的水稻抗逆育种以及丰产减灾与固碳减排的栽培技术优化提供依据，提升稻田应对气候变化的弹性与适应性。
83.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、准备材料，选址种植；步骤2、水稻幼苗进行
13
c和
15
n标记；步骤3、抽穗期水稻低温处理；步骤4、温室气体采集、测定及排放量计算；植株样品及根系土的采集、测定及
13
c和
15
n含量计算；步骤5、试验统计及数据分析。2.如权利要求1所述水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法，其特征在于，对于步骤2，所述水稻幼苗选取处于分蘖拔节期、营养生长旺盛阶段的幼苗。3.如权利要求1所述水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法，其特征在于，对于步骤3，所述低温处理时间为晚20点至次日早8点；所述低温处理分四个时段，每个时段3小时；所述低温处理持续7天。4.如权利要求1所述水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法，其特征在于，对于步骤4，所述温室气体采集、测定及排放量计算中气体采集阶段从水稻低温处理前开始，直至水稻收获；所述气体采集分为低温处理阶段及低温处理整体结束阶段；所述低温处理阶段采集温室气体的时间为每天低温处理后；所述低温处理整体结束阶段采集温室气体的时间为每周采集，直至水稻收获；所述温室气体采集、测定及排放量计算中温室气体测定阶段使用气象色谱仪对采集气体样品进行ch4和n2o测定；所述排放量计算公式为：f＝ρ
×
273/(273+t)
×
h
×
dc/dt其中式中f为排放通量，ρ为标准大气压下待测气体密度，t为取气箱内平均温度，h为采气箱体高度，dc/dt为气体浓度变化速率。5.如权利要求1所述水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法，其特征在于，对于步骤4，所述植株样品及根系土在水稻整个生育期内共采集四次，分别为标记完成后、抽穗期、灌浆期、成熟期四个时间；所述所述植株样品及根系土经处理后采用同位素质谱仪测定各组分全碳、全氮值及δ
13
c、δ
15
n值；所述
13
c和
15
n含量计算公式为：
13
c
i
＝ci
×
(δ
13
c
i-δ
13
c
n
)/100
×
1000
15
n
i
＝ci
×
(δ
15
n
i-δ
15
n
n
)/100
×
1000式中，
13
c
i
和
15
n
i
为样品中
13
c和
15
n含量，δ
13
c
i
和
13
c
n
分别表示标记和非标记样品中
13
c的丰度，δ
15
n
i
和
15
n
n
分别表示标记和非标记样品中
15
n的丰度；c
i
和n
i
表示植株和土壤中总碳量和总氮量。6.如权利要求1所述水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法，其特征在于，对于步骤5，所述试验统计及数据分析包括水稻生物量及产量、
15
n吸收、
13
c吸收、温室气体排放情况四个方面。

技术总结
本发明公开了水稻抽穗期低温影响碳氮分配及温室气体排放的评价方法，经过水稻田间试验、实验数据分析，对水稻低温冷害相关问题进行系统研究评价，将不同品种水稻于抽穗期进行低温处理、同位素标记等处理后，研究水稻地上地下部碳氮分配、根际土壤碳氮变化以及温室气体排放的影响，填补现有领域对水稻遭遇低温冷害后碳氮分配、土壤碳氮变化及温室气体排放方面的研究空白，为稻田系统应对气候变化的水稻抗逆育种以及丰产减灾与固碳减排的栽培技术优化提供依据，提升稻田应对气候变化的弹性与适应性。适应性。适应性。


技术研发人员：孙涛 宋振伟 阮俊梅 刘洪润
受保护的技术使用者：山东省农业科学院
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/15