从亚马逊盆地的热带雨林到西伯利亚的泥炭地，地球表面广泛分布着一种特殊的生态系统——它常年被水淹没，土壤中呈低氧或无氧状态；它被人们统称为“湿地”。

在没有人类排放的史前时代，湿地曾经是当之无愧的“甲烷排放巨人”——湿地生态系统的甲烷排放一度占据了大气甲烷浓度变化的70%。

而且，在短期（约20年）尺度上，甲烷的增温效应比二氧化碳还要强80多倍。在全球变暖时期，湿地生态系统中的“产甲烷古菌”会排放更多的甲烷温室气体，这些气体作用于地球大气层，又进一步增强温室气体效应、加剧气候变化。这种“气候变化-湿地反馈-气候变化”的循环过程，在地球的每一次气候增暖事件中被重复，无时无刻不在强调着湿地在甲烷排放和全球气候变化中扮演的重要角色。

Pixabay/AlainAudet

到了人类占据主导的工业化时代，湿地生态系统对甲烷年排放总量的比重降低到了20-25%。煤炭工业及石油天然气生产中逸散的甲烷约占20%，畜牧业及水稻种植占30%， 还有10%来源于人类的垃圾填埋及废弃物。此外还有生物燃料不充分燃烧，以及河流湖泊、自然地质作用等产生的甲烷。

从2007年起，大气甲烷浓度开始快速增加，截止到2020年，这一浓度上升了 100 ppb，相当于停留在地球大气中的甲烷净增加了 2亿8千万吨。根据美国海洋大气管理局（NOAA）的全球观测，仅2020年一年，大气甲烷浓度的增幅就达到了15.65 ppb —— 这是有大规模、系统性的甲烷观测以来，全球大气甲烷浓度年增长幅度的最高历史记录。与此同时，大气中的甲烷碳13稳定同位素含量呈持续下降趋势，这暗示着大气甲烷来源的成分正在发生变化，其中，产甲烷古菌所制造的甲烷成为了主导。

近四十年大气甲烷浓度及其增加速度的变化 （来源于NOAA美国海洋大气管理局）

这是否意味着湿地这个“甲烷排放巨人”已经醒来，开始成为近年来大气甲烷浓度的快速上升的主导因素？

答案是“未必”，因为除了湿地以外，畜牧业、水稻、废弃物填埋等人为甲烷排放也都来源于产甲烷古菌的生物化学作用。

针对这个问题，近日，美国马里兰大学张臻博士（第一作者）与中国科学院青藏高原研究所李新研究员、中科院西北生态环境资源研究院黄春林研究员联合全球近18科研机构共20位科研人员在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表题为“人为排放是大气甲烷上升的主要原因 （1993-2017）”（Anthropogenic emissions are themain contribution to the rise of atmospheric methane (1993-2017)）的研究论文，利用甲烷碳13同位素及统计方法完整模拟了针对大气甲烷上升的多个假说，理清甲烷上升的原因，确认：人为排放源的贡献率超过80%，而湿地的变化贡献不超过20%。 

该研究中，研究人员：

• 测试了近100个甲烷排放情景：这其中包括湿地甲烷排放显著上升、石油天然气甲烷排放被系统性低估、畜牧业排放被低估等情景，并综合分析了多个排放清单数据及湿地甲烷模型。

• 重建了大气历史记录，并比较模拟了甲烷碳13稳定同位素标记：研究者利用大气箱式模型，对每一个情景重建了近三十年的大气甲烷变化；在考虑甲烷排放源同位素标记的时空变率的条件下，模拟了大气甲烷碳13标记的变化。

• 在完整考虑其他排放可能性的条件下，测试了湿地自然反馈假说：发现在不同人为排放条件下，湿地作为大气甲烷浓度变化的主要驱动因子所需要的变化速度远高于现有的观测证据及湿地模型的估测。

根据论文作者的计算，湿地生态系统对大气甲烷浓度上升的贡献约为13%，人为甲烷排放占总贡献量的绝大多数：其中畜牧业、农业及填埋废弃物贡献了大气甲烷浓度上升的53%，煤炭、石油天然气工业贡献了约34%。

人为甲烷排放的增加也有迹可循：在2000到2017年的17年间，全球城市人口上升了约40%，导致平均每年新增垃圾废弃物排放一千万吨，全球反刍动物的数量增加了6亿头，石油天然气生产及煤炭开采的甲烷排放的年平均增长量分别为六百万吨及一千四百万吨。

各排放源对大气甲烷上升的贡献

论文第一作者、此次全球合作研究的领导者张臻博士说：“人为排放源是大气甲烷上升的主要因素。目前没有证据显示自然湿地的反馈驱动了大气甲烷的变化。虽然随着全球温度的上升，湿地甲烷排放在近未来有可能成为一个关键的影响因素。”

在中美两国近日达成的强化气候行动联合宣言中，两国承诺采用加大行动控制和减少温室气体的气候行动，其中一个关键部分就是首次重点强调了大幅减少甲烷排放的承诺。我国计划制定一份全面、有力度的甲烷国家行动计划，争取在21世纪20年代取得控制和减少甲烷排放的显著效果。这次量化研究进一步证实了减少人为甲烷排放的重要性和紧迫性，并指出了重点减排来源的对象以及增强全球湿地保护及监测的重要性。

张臻博士总结说：“好消息是湿地的自然反馈目前还没有显示出它的巨大威力，这位‘巨人’还未彻底醒来。但是如果不采取严格的碳排放控制及碳中和策略，未来一旦湿地的反馈系统被彻底唤醒，我们是没有办法应对的。”

研究详情请阅读原文▼

Anthropogenic emissions are the main contribution to the rise of atmospheric methane (1993-2017)

‍https://doi.org/10.1093/nsr/‍nwab200‍