3温室气体中CH4的产生机理及影响因素

温室气体中CH

4

的产生机理及影响因素

（一）CH

4

产生机制。

土壤CH

4排放主要是指土壤CH

4

产生、氧化以及排放3个过程，其中CH

4

产生

是关键环节。生态系统中的CH

4

都是在严格的厌氧条件下，在微生物酶的作用下

分解碳水化合物形成单糖，单糖再分成酸，进而形成CH

4，CH

4

产生的基本化学方

程式为C

6H

12

O

6

+2H

2

O→2CH

3

COOH+2CO

2

+4H

2

，CH

3

COOH→CH

4

+CO

2

，CO

2

+8H+→CH

4

+2H

2

0，

有机碳C+4H+→ CH

4

。

此外，孙向阳研究发现，一些甲烷菌如杂食的巴氏甲烷八叠球菌也可利用乙酸、甲醇、甲胺等作为碳源和能源生成CH4，作用机理：：CH3COO-+H20→CH4+HC03-，4CH3OH→3CH4+C02+2H2O，4CH3NH2+2H2O→3CH4+CO2+4NH3。还有学者认为，甲烷菌也能代谢C0生成CH4，即：4CO+2H2O→CH4+3CO2。CH4的产生是一个复杂的生物学过程，在厌氧条件下，土壤是CH4的源，但是在好气条件下，CH4又会被甲烷氧化菌氧化，土壤变为CH4的汇，土壤排放到大气中的CH4只是其产生量的少部分，大部分在输送到大气之前被氧化。

（二）CH4排放的影响因素

土壤CH4的排放受多种因素共同制约，土壤的理化性质、土壤微生物、农业管理措施、土地利用方式等都对CH4的排放产生影响。

1、土壤理化性质

（1）土壤有机质。土壤有机碳含量决定微生物碳库的大小，有机质作为产甲烷菌的主要底物，其数量和性质都影响微生物活性，从而影响CH4的排放。

（2）土壤质地。土壤质地通过影响土壤的通透性和水分含量，促进或延缓土壤有机质的氧化还原过程，进而影响CH4的产生和迁移扩散。

（3）土壤温度。土壤温度是厌氧环境下CH

4

排放的重要因子，一定温度范围内，甲烷细菌的代谢能力随温度的升高而升高。（4）土壤湿度。土壤水分含量

直接影响O

2

的可利用率、气体的扩散及微生物的活性，水分饱和的土壤一般为

CH

4

的排放源。

（5）氧化还原电位(Eh)。CH

4

是极端还原条下产甲烷菌的活动产物，因此土

壤还原状态是CH

4产生的前提。CH

4

排放量随氧化还原电位的下降而增加。

（6）土壤pH。土壤pH对CH4排放的影响主要是通过微生物及酶实现的，pH的微小变化就可能显著改变CH4的排放通量。

2、土壤微生物。土壤微生物是土壤有机质的分解与转化者，在CH

4

排放过程中具有重要的作用。CH4净排放量就是甲烷产生菌和甲烷氧化菌共同作用的结果。CH4的产生量与土壤微生物的种类及数量有显著相关性。

3、农业管理措施

（1）施肥。作物秸秆还田在增加土壤碳含量的同时也显著增加了水稻土壤CH4的排放；动物粪便及沼渣等有机肥能显著增加水稻田CH4的排放，不同种类的有机肥对CH4排放的影响程度不同化肥深施比表施更能降低CH4的排放。沼渣与化肥结合施用可有效降低稻田CH4的排放。

（2）耕作制度。耕作制度不仅影响土壤（特别是水稻田）CH4的排放量，也影响CH4排放的季节变化及日变化。

（3）土地利用方式。在不同土地利用方式下，土壤中可利用碳含量存在很大差异，从而导致CH4排放量的不同。

（4）大气CO2的浓度。CH4排放与植物—土壤系统CO2排放呈显著正相关，CO2浓度增加的同时促进了光合作用与CH4的产生。