甲烷（1）| 甲烷排放现状及排放机制

一、甲烷排放现状

在全球范围内，各种排放源每年向大气排放甲烷5.5亿~7.5亿吨，其中自然源排放2.2亿~3.7亿吨，人为源排放3.3亿~3.8亿吨。湿地和湖泊等开放水体是最大的自然源，约占自然源排放总量的 80%。人为甲烷排放源首先是反刍动物胃肠道，占人为源排放总量的30%；其次是油气相关活动，占人为源排放总量的20%以上；垃圾填埋等废弃物处理排放占人为源排放的比例接近20%；水稻排放不到人为源总排放的10%；煤炭采掘及相关活动排放与水稻种植排放量相当。过去20年全球甲烷排放量增加了近10%，湿地或其他自然来源的甲烷排放量未显示出大幅增加。但由于全球肉类消费的增长，包括畜牧业在内的农业甲烷排放增长了近12%。经济增长的同时也使化石燃料相关排放的增长超过了15%。

“全球碳计划”（GCP）对22组全球甲烷反演结果进行总结评估，研究报告显示,2008~2017年的全球甲烷年平均排放总量为5.76亿吨，相比于2000~2009年的年平均排放量 (5.47亿吨) 高了0.29亿吨，相比于“自下而上”方法计算的结果(7.37亿吨)低了约22%。其中，热带排放约占全球总排放的64%，是全球甲烷排放的主要来源，北半球中纬度和高纬度贡献较小，分别占总排放的32%和4%最新研究发现，2010~2019年热带陆地的甲烷排放对全球甲烷浓度增加的贡献超过了80%，研究还指出海洋表面温度变化可用于预测全球大气甲烷变化。

我国是水稻种植和煤炭产销大国，在每年约5500 万吨的人为甲烷排放中，煤炭相关活动排放超过40%，稻田排放约 15%，畜牧养殖排放占近25%，垃圾填埋及废水处理排放占比约 10%，油气相关活动排放不到总排放量的3%。

甲烷的全球增温潜势在100年尺度范围内是二氧化碳的29.8倍，并且甲烷寿命较短，其减排能在较短时间内达到抑制全球升温过快的目的具有改善大气环境质量的意义。大气中的甲烷主要来自水稻种植、畜牧养殖、垃圾和废水处理、煤炭/石油/天然气采掘、工业生产等过程，以及自然湿地等的排放。生态系统甲烷排放估算主要依赖静态箱法、涡度相关法等通量测定手段;区域与国家尺度甲烷排放计算不仅基于生态系统测量结果的分析，还要结合甲烷排放模型进行估算。基于大气甲烷浓度变化观测，利用大气传输模式可在区域尺度上反演大气甲烷排放通量这也是国家和区域尺度的甲烷排放评估方法学发展的新趋势。

甲烷的生成及排放机制

甲烷在全球人为温室气体排放中的占比仅次于二氧化碳，是首要非二氧化碳温室气体。自工业革命以来，大气中的用烷浓度从722.26 ppb上升到1879.11 ppb,增加了约1.6倍，已经造成了约0.5摄氏度的升温。在 100年尺度范围内，甲烷的全球增温潜势是二氧化碳的29.8倍；相比于长寿命气体二氧化碳，甲烷的寿命仅有8~11年，在20年尺度上，甲烷的全球增温潜势是二氧化碳的82.5倍，因此，通过甲烷减排，可在短期内( 未来20~30年)更加有效地减缓气候变暖。此外，甲烷也是对流层大气污染物和温室气体臭氧的前体物及对流层轻自由基(·OH)主要的汇，会影响对流层大气的氧化能力以及氮氧化物的清除能力。因此，甲烷对气候变化和空气质量都有重大影响。

地球上的甲烷产生机制可以分为生物和非生物成因两类，其中非生物成因可再分为热成和火成。热成甲烷是在漫长的地质时期，埋藏于地壳深处的有机物在高热和高压下分解所产生的，并以气体形式从地层持续且缓慢地渗漏到大气。但人类活动，如石油、煤炭、天然气等的开采加速了这一过程，造成大量热成甲烷向大气快速泄漏。火成甲烷主要是由生物质和其他有机物不完全燃烧产生的，自然界各种火灾，如林火、山火，以及作物秸秆燃烧和化石燃料燃烧等都会产生甲烷。

产甲烷的生物机制主要依赖厌氧条件下产甲烷菌(一大类古菌)活动。在长期淹水的土壤中，如淹水稻田、沼泽湿地、海洋湖泊水底，以及废水、垃圾填埋场和反乌动物消化道内等，当环境的氧化还原电位下降到约-250 毫伏时，产甲烷菌利用氢气还原二氧化碳并产生甲烷。这一过程涉及产甲烷菌体内非常复杂的酶催化反应。

在还原条件下，除了氢气还原二氧化碳机制外，还有另外两个依赖古菌的产甲烷途径:一个是通过分解乙酸途径产生甲烷，另一个是通过分解含甲基的有机化合物(CH,-R)途径产生甲烷。在非还原条件下，活的植物体和落物(枯枝落叶等 )也会排放甲烷，但其生物化学机制仍不甚清楚。