稻田温室气体从何而来？

引言

水稻是全球一半以上人口的主要主食，一碗香喷喷的米饭是40亿人一天活力的保障。为了填饱我们的肚子，全球陆地面积的1.25%（170万平方公里）都种满了水稻，面积相当于辽阔的中国新疆维吾尔自治区。然而，绿油油的稻田，却是温室气体排放的主要来源之一。甲烷是一种强温室气体，百年时间下甲烷的增温潜力是二氧化碳的21倍。而全球农业温室气体排放中22%的甲烷排放都来自稻田。中国、印度和印度尼西亚由于水稻种植面积最大，因此也成为甲烷总排放量最高的国家。

为什么稻田会排放温室气体？排放的甲烷是如何产生的呢？

稻田  图片来源：pixabay网站 作者Expatsiam

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01 微生物吐出温室气体

稻田表面上看是一株株挺拔的水稻，但在稻田的土壤里，生活着数以亿记的微生物，这些极其微小、肉眼不可见的小生命们也在不断繁衍生息。其中有一类产甲烷菌，它们在稻田长期淹水条件下形成的厌氧环境中，通过厌氧呼吸过程产生大量甲烷。可以说稻田所产生的甲烷排放，都是产甲烷菌“作祟”的结果。

产甲烷菌是一类古老的原核生物，它不能在有氧气的地方生长。但产甲烷菌广泛地生存在缺氧的地方，比如海底沉积物、河湖淤泥、沼泽地、稻田，其实人和动物的胃肠道里都有甲烷菌的存在。产甲烷菌利用枯枝落叶等分解而成的含碳小分子化合物，如二氧化碳和乙酸，经过产甲烷作用产生甲烷。我们常说的“沼气”就是甲烷，人类利用产甲烷菌的特性，建造沼气池并将有机废物转化为廉价优质的燃料。

CO2+4H2=CH4+2H2O

CH3COOH=CH4+CO2

产甲烷作用的化学方程式

稻田长期淹灌的耕作方式营造了极度缺氧的土壤环境，其又富含产甲烷菌喜爱食用的各种杂草、秸秆和树叶等，产甲烷菌们在稻田里开心地呼吸和生活，也吐出一个个甲烷气泡。甲烷最终排放到大气中，加剧气候变化，这正是我们极力想要避免的。通过水稻和土壤微生物产生的温室气体约占水稻生产碳排放的60%，那剩下40%的碳排放又来自哪里呢？

使用农用机械收割水稻

图片来源：pixabay网站 作者chx69

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02 生产投入也有碳排

为了保证水稻能够茁壮健康的成长，农民们辛勤劳动，利用燃油和电能驱动大大小小的农用机械，燃烧化石燃料会造成一定碳排放；还需要施化肥、喷洒农药、覆盖农膜，而生产运输这些农用物资的过程中同样会产生碳排放。考虑产品全生命周期碳排放的理念已成为一种新趋势，对于水稻及其他农业生产而言，这意味着去考虑从种子采集，到种植过程和生产投入带来的直接和间接的碳排放情况。

水稻生产系统的碳汇、碳源示意图

图片来源：陈松文,刘天奇,曹凑贵,等.水稻生产碳中和现状及低碳稻作技术策略[J].华中农业大学学报,2021,40(03):3-12.

稻田整体而言是一个碳排放源，尽管水稻在生长过程中能够通过光合作用固定二氧化碳，但会通过直接和间接途径排放更多温室气体进入大气。发展绿色农业、低碳农业是大势所趋，稻田减排之路将助力碳中和目标的实现。

参考文献：

[1] Qian, H., Zhu, X., Huang, S. et al. Greenhouse gas emissions and mitigation in rice agriculture[J]. Nat Rev Earth Environ, 2023, 4: 716-732.

[2] 陈松文,刘天奇,曹凑贵,等.水稻生产碳中和现状及低碳稻作技术策略[J].华中农业大学学报,2021,40(03):3-12.

[3] 薛丽萍.水稻丰产与甲烷减排，如何“鱼”与“熊掌”兼得？[N/OL].中国环境报，2022-07-21[2024-11-01]. http://49.5.6.212/html/2022-07/21/content_78335.htm.

[4] 百度百科.甲烷菌[EB/OL].[2024-11-01]. https://baike.baidu.com/item/%E7%94%B2%E7%83%B7%E8%8F%8C/6627281.