甲烷（2）| 大气中的甲烷来源及机理

去年在埃及举行的COP27气候谈判期间，中国首席气候特使解振华出席了全球甲烷伙伴关系会议，该伙伴关系是美国和欧盟牵头的一项倡议，旨在2030年，在2020年甲烷排放量上削减30%。中国首席气候特使解振华表示，我国已经起草了一份包含具体措施的计划，以遏制能源、农业和废物产生的甲烷排放，该计划尚未公开，并且尚未设定甲烷和其他非二氧化碳温室气体的目标和确定如何准确测量它们。与克里团队接触的消息人士称，美国希望中国能在12月于迪拜举行的下一届联合国气候大会COP28之前公布该计划。

大气中的甲烷来源及机理

1.稻田及自然湿地甲烷排放

在稻田淹水情况下，土壤很快变为还原环境并促使其中的产甲烷菌恢复活性稻田土壤中的产甲烷菌利用其他微生物分解复杂有机物产生的小分子有机物(如酸)、氢气和二氧化碳等生成甲烷。稻田中产甲烷菌的基质来源主要是水稻植株根系的分泌物和外源添加的有机物，包括作物秸秆、前茬作物的死根以及有机肥料。稻田土壤中产生的甲烷不会全部排放到大气中。由于水稻植株有发达的通气组织，大气中的氧会通过这些通气组织输送到根系以维持根呼吸并扩散到根际形成根际氧化层。根际及通气组织中的甲烷氧化菌消耗掉了超过90%的甲烷。自然湿地中甲烷的产生和传输排放过程与稻田类似，但是由于自然湿地的植被类型更加多样，并且各种湿地所处的自然环境状况差异性更大，湿地甲烷排放的过程也更复杂。例如，沿海湿地水中含盐量高，其产甲烷菌活性受盐分影响，甲烷产生量也低一些;泥炭湿地土壤中有机质含量高，并且土壤长期处于还原条件，甲烷排放量会较高;高寒湿地中，由于植被生产力弱，因此甲烷排放量不高，但其永久冻士层中封存了大量甲烷，全球变暖背景下的永久冻土融化会促使这些封存甲烷释放，是一个潜在的甲烷增量排放源。

2. 动物胃肠道的排放

动物源甲烷排放主要来源于反刍动物。反刍动物的瘤胃是一个恒温(38~40摄氏度)的还原环境。食物中的纤维素、半纤维素和果胶等不能被胃消化酶分解的多糖类物质，会在瘤胃中被大量微生物分泌的纤维素酶、半纤维素酶以及β-糖酶等分解为单糖、挥发性脂肪酸、二氧化碳和氢气等。产甲烷菌利用其中的氢气和二氧化碳以及乙酸等产生甲烷，并通过动物“打嗝”排出到大气中。瘤胃中氢气和二氧化碳反应是甲烷的主要产生途径，占甲烷产生量的 80% 以上。大部分动物的下消化道(大肠 ) 都存在大量的微生物，同时也是一个厌氧环境，也有产甲烷菌活动并产生甲烷。但因大肠中粗纤维分解强度较弱，其产甲烷能力也相对有限。动物源产甲烷的主要途径还在于反刍动物以瘤胃为主的胃肠道。白蚁和其他昆虫(如蟑螂等 )也是主要的自然排放源之一。

3. 垃圾填埋及废弃物、废水处理的甲烷排放

生活垃圾中含有大量的有机物，填埋处理后，在微生物作用下会迅速分解消耗氧气从而形成厌氧环境，并进而导致甲烷产生。填埋场内温度较高，平均可达55~60摄氏度。在这种温度环境下，产甲烷菌以嗜热菌群为主，这与自然湿地和稻田中的嗜冷( 温度低于15摄氏度 )和嗜温 (25~35摄氏度)产甲烷菌不同。高温下，通常不存在乙酸分解产生甲烷的途径。

4. 燃料及生物质燃烧的甲烷排放

无论是煤炭、石油、天然气等化石燃料，还是草木、作物秸秆或者动物组织有机物的不完全燃烧均会通过火成机制产生甲烷。在高效燃气机内，如汽车发动机、轮船发动机、航空飞行器发动机等，燃料燃烧相对充分，虽仍难以避免甲烷产生，但排放强度较低。在自然状态下，由于生物质含有一定的水分，其燃烧的甲烷排放可达300毫克/兆焦。

5. 煤炭/石油/天然气/可燃冰采掘、加工、运输的甲烷排放

储存于地层中的煤炭、石油和天然气以及海底的可燃冰等会在采掘、加工、运输等人为活动中发生泄漏，成为大气的甲烷来源。在煤炭井下开采时，以甲烷为主要成分的煤层气不断涌入煤矿巷道，然后通过通风、抽气系统排出。煤炭采出后，其表面及内部空隙有残存的甲烷气体，这部分甲烷也会在矿后活动( 洗选、储存、运输及燃烧前粉碎等)过程中排放出来。石油、天然气相关活动同样会造成甲烷泄漏并成为排放源，但由于我国的能源供应以煤炭为主，因此煤炭相关活动的甲烷排放在能源活动中占绝对多数。

6. 非还原条件下的生态系统甲烷排放

与过往认知的生物源甲烷产生于还原条件下的产甲烷菌活动不同，新的证据显示，广泛存在于海洋、淡水和陆地生态系统中的蓝藻会在有氧环境下产生甲烷。在氮、磷营养元素缺乏时，蓝藻可将甲基磷酸醋或三甲胺去甲基化，甲烷是这一过程的副产品。光照充足能促进这个过程并产生较多的甲烷，是水体表层(高光照富氧)富含甲烷的主要原因。