碳(tan)(tan)(tan)中(zhong)(zhong)和(he)目前已成(cheng)為國際共識，亦是我國政府的(de)政治承(cheng)諾。實現(xian)碳(tan)(tan)(tan)中(zhong)(zhong)和(he)目標(biao)無(wu)疑(yi)需(xu)要人類共同努力，但(dan)自然(ran)界還存在著一些仍未(wei)被(bei)完(wan)全(quan)認知但(dan)又不(bu)可(ke)小覷的(de)碳(tan)(tan)(tan)排放源。例如(ru)，地面(mian)水體中(zhong)(zhong)在常(chang)規水底(di)沉(chen)積物厭氧產甲烷(CH4)現(xian)象(xiang)之外還存在著一種(zhong)非常(chang)規CH4釋放現(xian)象(xiang)，即(ji)，甲烷悖論(lun)。如(ru)果這種(zhong)現(xian)象(xiang)變得(de)普(pu)遍(bian)，則有可(ke)能(neng)形成(cheng)到(dao)21世(shi)紀中(zhong)(zhong)葉雖可(ke)實現(xian)化石燃料利用碳(tan)(tan)(tan)中(zhong)(zhong)和(he)目標(biao)，但(dan)在世(shi)紀末卻可(ke)能(neng)形成(cheng)難以完(wan)成(cheng)控溫<2 ℃的(de)尷尬(ga)局面(mian)。

甲烷常規產生途徑

在溫(wen)室氣體(ti)中(zhong)就排(pai)放(fang)量而言，CO2首當其沖(chong)，約占溫(wen)室效應的(de)1/4；CH4排(pai)放(fang)量雖(sui)不及CO2，但它25倍于(yu)CO2的(de)全球(qiu)增(zeng)溫(wen)潛勢（GWP）不免令人擔(dan)憂。CH4常(chang)規產(chan)生途徑(jing)僅限于(yu)厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)環(huan)境(氧(yang)(yang)(yang)化還原電(dian)位ORP≤-350 mV)，是在無(wu)(wu)氧(yang)(yang)(yang)和無(wu)(wu)機(ji)(ji)氧(yang)(yang)(yang)化劑(等)耗盡環(huan)境下有機(ji)(ji)物(wu)被氧(yang)(yang)(yang)化為CH4的(de)過程。自(zi)然(ran)水(shui)體(ti)底(di)部(bu)有機(ji)(ji)沉積(ji)物(wu)因(yin)厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)以(yi)及缺少無(wu)(wu)機(ji)(ji)厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)劑為CH4產(chan)生創造了良好條件，厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)沉積(ji)物(wu)中(zhong)富含大量產(chan)乙酸菌和產(chan)甲烷(wan)菌等微生物(wu)，通(tong)過水(shui)解、發酵(jiao)、產(chan)甲烷(wan)等一系列代(dai)謝過程產(chan)生CH4。

不同(tong)自然水(shui)體沉(chen)(chen)積(ji)物(wu)(wu)中(zhong)(zhong)CH4生(sheng)成途徑存(cun)在(zai)(zai)較大(da)(da)(da)差異，在(zai)(zai)海洋沉(chen)(chen)積(ji)物(wu)(wu)中(zhong)(zhong)大(da)(da)(da)部分(fen)CH4是通(tong)過(guo)產(chan)(chan)甲烷菌進行CO2還原(yuan)和(he)甲基基質歧化反應所產(chan)(chan)生(sheng)。因此，在(zai)(zai)缺(que)氧(yang)的(de)近岸海區底層沉(chen)(chen)積(ji)物(wu)(wu)中(zhong)(zhong)有著(zhu)較強(qiang)的(de)CH4生(sheng)產(chan)(chan)能力(li)。在(zai)(zai)淡(dan)水(shui)生(sheng)態(tai)系統中(zhong)(zhong)，植(zhi)物(wu)(wu)和(he)藻類被證(zheng)實在(zai)(zai)沉(chen)(chen)積(ji)物(wu)(wu)產(chan)(chan)CH4途徑中(zhong)(zhong)起到關鍵作用(yong)(yong)；植(zhi)物(wu)(wu)殘體、根系分(fen)泌物(wu)(wu)及微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)代謝產(chan)(chan)物(wu)(wu)成為(wei)濕地、湖泊等地表水(shui)體重(zhong)要(yao)碳源(yuan)來源(yuan)；水(shui)生(sheng)植(zhi)物(wu)(wu)和(he)藻類能夠共同(tong)固定生(sheng)態(tai)系統中(zhong)(zhong)80%以上的(de)碳(CO2)，通(tong)過(guo)自身光合作用(yong)(yong)與共生(sheng)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)協同(tong)作用(yong)(yong)可(ke)將CO2轉(zhuan)化為(wei)水(shui)體中(zhong)(zhong)溶解性有機碳(DOC)。DOC一方面可(ke)以通(tong)過(guo)生(sheng)物(wu)(wu)化學(xue)過(guo)程(cheng)直接成為(wei)產(chan)(chan)甲烷菌所需碳源(yuan)，另一方面其好氧(yang)(當存(cun)在(zai)(zai)時)分(fen)解至無機碳(DIC：CO2)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)需要(yao)消耗(hao)大(da)(da)(da)量(liang)氧(yang)氣，這也為(wei)產(chan)(chan)甲烷菌提供了良好的(de)厭(yan)氧(yang)環境。

甲烷過量釋放現象

有人對美國五大(da)湖(hu)之一(yi)的(de)伊利湖(hu)(Lake Erie)進行(xing)了(le)觀測，發現46年(nian)間(jian)CH4排(pai)(pai)放量增加(jia)了(le)10倍，已遠(yuan)遠(yuan)超過美國俄亥俄州與(yu)(yu)密歇根(gen)州大(da)多(duo)數天然氣配送系統或垃圾填(tian)埋場所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)CH4總(zong)量。此外(wai)，有人建立(li)了(le)計算CH4產(chan)生(sheng)與(yu)(yu)水體富營(ying)養化程(cheng)度(du)關系的(de)數學預(yu)測模型；若全球(qiu)(qiu)湖(hu)泊(bo)富營(ying)養化程(cheng)度(du)增加(jia)1.5倍，全球(qiu)(qiu)湖(hu)泊(bo)CH4總(zong)排(pai)(pai)放量將上(shang)升至141×106t×a-1，將會(hui)超過目前全球(qiu)(qiu)最大(da)CH4排(pai)(pai)放源——濕地排(pai)(pai)放量(139×106t ×a-1)。根(gen)據對未來(lai)內陸水域營(ying)養鹽負(fu)荷估算，到21世(shi)紀末因水體富營(ying)養化現象導(dao)致的(de)CH4排(pai)(pai)放量將凈增30%~90%。

甲烷悖論與機理

自(zi)然水體中CH4過量釋放現象(xiang)已經被(bei)普遍觀(guan)測(ce)到，僅(jin)靠常(chang)(chang)規(gui)底(di)泥有機物厭(yan)氧(yang)消化途(tu)徑顯然難以(yi)自(zi)圓(yuan)其(qi)說。按常(chang)(chang)規(gui)途(tu)徑，無論是海(hai)洋還是地表(biao)水體似(si)乎應在(zai)底(di)部沉積(ji)物處方能監測(ce)到最高(gao)CH4濃度。然而，實(shi)際情況并非如(ru)此，在(zai)很多海(hai)洋表(biao)層和近(jin)表(biao)層含氧(yang)水體中均(jun)發現CH4常(chang)(chang)常(chang)(chang)過飽和，并形(xing)成向大氣凈釋放CH4現象(xiang)。這種現象(xiang)不(bu)僅(jin)存(cun)在(zai)于海(hai)洋，有人對(dui)德國東北部Stechlin湖(hu)監測(ce)發現，在(zai)兩(liang)處含氧(yang)水相上層CH4濃度存(cun)在(zai)急增現象(xiang)(水深6 m處，CH4濃度為1400nmol×L-1；水深>10m處，CH4濃度<200nmol×L-1)。此后，他(ta)們采用經驗模型對(dui)全球湖(hu)泊(≥0.01km)進行了評(ping)估，揭示出(chu)水體CH4總釋放量中約66%源于好氧(yang)環境(jing)。

有悖(bei)(bei)于傳統觀念(nian)中厭氧底泥CH4釋(shi)放(fang)(fang)，這(zhe)種在好氧環境(jing)(jing)下CH4過量(liang)釋(shi)放(fang)(fang)的現象被學(xue)界稱之為“甲烷悖(bei)(bei)論(lun)”，其產(chan)(chan)生(sheng)機(ji)理(li)(li)如下圖所示。以藻(zao)類代謝物(wu)二甲基(ji)磺酰(xian)丙酸(suan)鹽(yan)(DMSP)及其降解產(chan)(chan)物(wu)甲硫醇(chun)、二甲基(ji)硫醚(DMS)、二甲基(ji)亞砜(DMSO)等作為底物(wu)，在有氧環境(jing)(jing)下可以產(chan)(chan)生(sheng)CH4的“假說”已被證實。另外一項最(zui)新(xin)研究稱，一種微生(sheng)物(wu)酶可讓甲基(ji)磷酸(suan)脂(MPn)在脫去磷酸(suan)酯分子過程中生(sheng)成CH4，這(zhe)也(ye)為解釋(shi)地(di)表水體甲烷悖(bei)(bei)論(lun)現象提供(gong)了理(li)(li)論(lun)根(gen)據。

結論

碳(tan)(tan)中和乃今后20~30年全球人(ren)類共同努力奮(fen)斗的目標，是(shi)人(ren)類命運共同體的具體體現(xian)(xian)。然(ran)而，我(wo)們的努力之外還(huan)存在著一些不(bu)可小覷的“自(zi)然(ran)”碳(tan)(tan)排(pai)放(fang)源，如，水體甲烷(wan)悖論(lun)下超常(chang)(chang)規CH4釋放(fang)現(xian)(xian)象(xiang)。如果(guo)對這一“異常(chang)(chang)”現(xian)(xian)象(xiang)不(bu)加以(yi)重視，即使(shi)若干年后我(wo)們實現(xian)(xian)了(le)化石燃料使(shi)用碳(tan)(tan)中和，也很難難完成本(ben)世紀(ji)末全球控溫(wen)<2 ℃的目標。因(yin)此(ci)，向著碳(tan)(tan)中和前行的同時，我(wo)們還(huan)必須了(le)解甲烷(wan)悖論(lun)及可能對碳(tan)(tan)中和產生的負面影響。

甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)悖論(lun)是水(shui)(shui)(shui)底沉積物(wu)厭氧(yang)產(chan)(chan)甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)(常(chang)規(gui))之(zhi)(zhi)外(wai)的(de)好氧(yang)表(biao)層水(shui)(shui)(shui)產(chan)(chan)甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)現(xian)象，且這(zhe)種(zhong)非常(chang)規(gui)(異常(chang))產(chan)(chan)甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)量往(wang)往(wang)高(gao)于常(chang)規(gui)產(chan)(chan)甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)量。研究(jiu)表(biao)明，甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)悖論(lun)現(xian)象存在多種(zhong)有(you)(you)氧(yang)環(huan)境產(chan)(chan)甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)代(dai)謝途徑(jing)，目前研究(jiu)已(yi)確定(ding)的(de)主(zhu)要有(you)(you)兩種(zhong)：1）藻類代(dai)謝物(wu)產(chan)(chan)甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)；2）甲(jia)(jia)(jia)基磷酸脂(MPn)脫磷酸酯產(chan)(chan)甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)。前者(zhe)可能因水(shui)(shui)(shui)體富(fu)營(ying)養化藻類大(da)量繁殖引起(qi)，后者(zhe)則發生于貧(pin)營(ying)養(缺無機磷)水(shui)(shui)(shui)體。可見，只有(you)(you)維持水(shui)(shui)(shui)體營(ying)養水(shui)(shui)(shui)平達(da)到(dao)一(yi)種(zhong)健(jian)康、平衡狀態(tai)方有(you)(you)可能減(jian)少甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)悖論(lun)現(xian)象。為此，一(yi)方面(mian)需要加大(da)對(dui)甲(jia)(jia)(jia)烷(wan)(wan)(wan)悖論(lun)現(xian)象機理的(de)深(shen)入(ru)研究(jiu)，以制定(ding)相應調控(kong)(kong)技術措施；另一(yi)方面(mian)需在水(shui)(shui)(shui)生態(tai)健(jian)康維護方面(mian)繼(ji)續(xu)進行卓有(you)(you)成效(xiao)的(de)實際工作。只有(you)(you)這(zhe)樣才能最(zui)大(da)限度減(jian)少CH4超(chao)量釋放(fang)現(xian)象，以保證在實現(xian)碳中和(he)的(de)同時(shi)也達(da)到(dao)21世紀末全(quan)球控(kong)(kong)溫<2 ℃之(zhi)(zhi)目標。

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