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湿地因其水流滞缓、水体缺氧且富含有机淤泥,成为厌氧微生物的理想栖息地,而厌氧微生物会释放甲烷这一强效温室气体。气候变暖似乎正在加速这种微生物活动,促使全球甲烷浓度激增,进而加剧了气候变暖,形成一种危险的反馈循环。为打破这一循环,一些研究者正在探索一种非常规设想:改造沼泽。

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湿地因其水流滞缓、水体缺氧且富含有机淤泥,成为厌氧微生物的理想栖息地,而厌氧微生物会释放甲烷这一强效温室气体。气候变暖似乎正在加速这种微生物活动,促使全球甲烷浓度激增,进而加剧了气候变暖,形成一种危险的反馈循环。为打破这一循环,一些研究者正在探索一种非常规设想:改造沼泽。

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(图片来源:《Science》)

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改造沼泽可能有助于遏制甲烷排放,但负面影响尚不明确
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Voosen Paul
科技导报 | 科技新闻 2025,43(15): 14-15
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科技导报 |科技新闻 2025 , 43 (15) : 14 -15
改造沼泽可能有助于遏制甲烷排放,但负面影响尚不明确
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Voosen Paul
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Voosen Paul
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出版时间: 2025-08-13
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湿地因其水流滞缓、水体缺氧且富含有机淤泥,成为厌氧微生物的理想栖息地,而厌氧微生物会释放甲烷这一强效温室气体。气候变暖似乎正在加速这种微生物活动,促使全球甲烷浓度激增,进而加剧了气候变暖,形成一种危险的反馈循环。为打破这一循环,一些研究者正在探索一种非常规设想:改造沼泽。

湿地因其水流滞缓、水体缺氧且富含有机淤泥,成为厌氧微生物的理想栖息地,而厌氧微生物会释放甲烷这一强效温室气体。气候变暖似乎正在加速这种微生物活动,促使全球甲烷浓度激增,进而加剧了气候变暖,形成一种危险的反馈循环。为打破这一循环,一些研究者正在探索一种非常规设想:改造沼泽。

Voosen Paul. 改造沼泽可能有助于遏制甲烷排放,但负面影响尚不明确. 科技导报, 2025 , 43 (15) : 14 -15 .
Voosen Paul. Science & Technology Review, 2025 , 43 (15) : 14 -15 .
随着强效温室气体浓度持续攀升,科学家正“谨慎”尝试新的地球工程手段
湿地因其水流滞缓、水体缺氧且富含有机淤泥,成为厌氧微生物的理想栖息地,而厌氧微生物会释放甲烷这一强效温室气体。气候变暖似乎正在加速这种微生物活动,促使全球甲烷浓度激增,进而加剧了气候变暖,形成一种危险的反馈循环。为打破这一循环,一些研究者正在探索一种非常规设想:改造沼泽。
2025年启动一项“甲烷排放反馈效应研究与行动”(Feedback Research and Action on Methane Emissions,FRAMES)项目,拟通过化学手段改造湿地微生物生态系统,以遏制甲烷排放。该项目计划从实验室开始,逐步扩展至小规模实地试验。研究人员指出,这种新的地球工程手段可能带来不可预见的后果,探明这些后果是开展该项目的主要目的。美国环保协会(为该项目提供支持的非营利组织)气候创新倡议联合负责人Brian Buma表示,“这需要谨慎行事。我们正身处未知领域。”
过去20年,大气甲烷浓度已上升近10%,据称在引起全球变暖的气体中,甲烷占1/3。研究人员了解到,甲烷浓度上升的主要来源并非石油和天然气行业,因为大气甲烷中碳12(生物活动偏爱的轻同位素)的丰度持续增加。
畜牧业扩张和垃圾填埋场增加固然对此有所影响,但研究人员发现湿地的甲烷排放量也在上升。全球变暖正在改变降水模式,导致某些地区沼泽面积扩大,而永久冻土层融化形成了新的湿地。气候变暖也为产甲烷菌提供了有利生长环境:气温升高加速其新陈代谢,而水温升高导致溶解氧下降,使这些厌氧生物更容易在生态系统中占主导地位。
2024年,美国能源部的一个科学小组发现,在2002年到2021年,欧亚大陆北部和北美地区湿地的甲烷排放量增加了9%。在2025年5月发表于《Nature》的一项研究中,研究者详细探究了长期监测点的甲烷浓度季节性起伏变化,发现全球湿地甲烷排放量自20世纪80年代以来持续上升。2项研究均将这一趋势与全球变暖相关联。爱丁堡大学大气化学家Paul Palmer表示,“这一切都在无可避免地发生。”
一般而言,遏制甲烷排放的最佳方式首先是阻止湿地持续变暖。科尔盖特大学生态学家Emi‐ ly Ury表示,这种方式要求减少使用化石燃料。2024年,她与Buma共同发表了一篇综述,阐述了缓解湿地反馈效应的可能方案。她指出,尽管尚无法落实具体行动,但至少应对人工干预措施进行研究。
遏制湿地甲烷排放有一个著名的方法,这种方法源自早先经历的环境危机。20世纪,燃煤电厂向大气排放大量硫化物,导致形成酸雨。这些排放物对人类和生态系统健康造成了损害,但同时,酸雨的产生也使沼泽的甲烷排放量显著降低。研究人员发现,这是由于系统中过量的硫酸盐使消耗硫酸盐的细菌在竞争中胜过产甲烷菌,导致后者因营养匮乏而减少。
如今,这一经验在东亚地区的稻田种植中得到印证:农民为缓解作物盐胁迫添加了富含硫酸盐的石膏,却偶然间减少了甲烷排放。其他添加剂,如硝酸盐、铁和生物炭(一种用作土壤改良剂的木炭)等同样具有应用潜力。
为推进FRAMES项目进程,Ury与康奈尔大学生态学家Mer‐ edith Holgerson正在建立一组土壤核心样本(湿地培养罐),以测试这些方案的可行性。Ury指出,湿地具有高度的异质性,即使某种处理方法对某类湿地有效,但对其他类型可能完全无效,“我们需要以一种真正可复现的方式开展这些实验。”
硫酸盐实地试验最早可能于2025年同步启动。多伦多大学水文学家Irena Creed表示,其合作伙伴之一环保组织Ducks Unlim‐ ited正迫切希望验证该方法能否遏制甲烷排放,以便应用于其在加拿大管理的已修复湿地。这类试验可能涉及对沼泽化学特性、微生物群落及温室气体排放的基线研究,还需要对使用硫酸盐处理后的湿地进行持续监测。Creed的研究范围还包括加拿大西部草原坑塘区的城市和农田湿地,并计划在未来18个月内启动相关试验。
Creed指出,在进行这些化学改造时,重点需监测其对生态系统有哪些潜在的负面影响。例如,有研究表明,硫酸盐会加速微生物将污染物汞转化为甲基汞的速率,而甲基汞是一种可在水生物种中生物积累的毒素。对此,Creed强调,“连续施用12 h添加剂并不能一劳永逸地解决问题。”
来自Spark Climate Solutions(一家专注甲烷减排的小型非营利组织)的生物地球化学家Danielle Potocek指出,减少沼泽甲烷排放还有许多可行的方法,例如,可以通过挖掘渠道将沿海沼泽与富含硫酸盐的海洋重新连接,或者可以提高沼泽水位,从而阻止甲烷逸入大气。另一个关键因素是植被类型:空心的莎草和禾草会像“吸管”一样加速甲烷释放。此外,研究表明水生蕨类植物能够促进湿地土壤的氧化过程,进而减少产甲烷菌的数量。
Potocek补充道,同许多地球工程手段一样,“规模化是关键问题。”定期向湿地投放大量化学药剂不仅成本高昂,且操作难度很高,而非洲和南美洲拥有广袤的天然湿地,这里是甲烷反馈效应的主要发生地,但没有人愿意干扰破坏。
Buma认为,或许可以小规模实践为起点,将这些经验应用到湿地修复这一全球普遍发展的领域。他表示,“即使只在少数项目中落实甲烷减排,也能为缓解气候变暖带来巨大的附加效益。”
(译自《Science》,2025,389(6758))

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2025年第43卷第15期
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  • 首发时间:2025-12-18
  • 出版时间:2025-08-13
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species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae 2 11 5.26 鹅膏菌属 Amanita 10 4.78
小菇科 Mycenaceae 2 12 5.74 丝盖伞属 Inocybe 5 2.39
多孔菌科 Polyporaceae 8 14 6.70 蜡蘑属 Laccaria 5 2.39
红菇科 Russulaceae 3 23 11.00 小皮伞属 Marasmius 6 2.87
小菇属 Mycena 11 5.26
光柄菇属 Pluteus 5 2.39
红菇属 Russula 17 8.13
栓菌属 Trametes 5 2.39
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