锰氧化物调控稻田甲烷减排的新机制：不影响产甲烷古菌群落结构的土壤改良策略

本研究通过实验室模拟发现，锰氧化物（特别是锂硬锰矿）可有效降低稻田土壤甲烷（CH4）排放达41%，其减排机制主要依赖有机碳吸附聚合和作为电子受体促进厌氧甲烷氧化（AOM），而非直接改变产甲烷古菌群落结构，为稻田温室气体减排提供了新的理论依据和技术路径。

　　

亮点

温室气体排放

添加锰氧化物普遍抑制了培养稻田土壤中的CH₄排放速率。在培养早期（第3至9天），锂硬锰矿和钠水锰矿改良下的CH₄排放速率显著低于对照组（CK）。相比之下，水羟锰矿处理在第3天显示出最高排放速率，但在后续几天中其值低于CK（图1a）。锰氧化物改良显著影响了稻田土壤的累积CH₄排放。

锰氧化物改良对温室气体排放的响应

CH₄是稻田土壤有机质矿化的主要产物。本研究发现，锰渣中常见的钠水锰矿、水羟锰矿和锂硬锰矿的改良显著降低了稻田土壤的CH₄排放。这些发现与先前的研究一致，即锰氧化物改良在厌氧环境中可抑制CH₄排放（Cheng等人，2021a，2021b；Wang等人，2016；Zhai等人，2024）。在本研究中，我们提出CH₄减排主要通过两种机制实现：（1）锰氧化物吸附溶解有机碳（DOC），形成难降解聚合物，从而减少产甲烷底物的可用性；（2）锰氧化物作为厌氧甲烷氧化（AOM）的电子受体，其中CH₄被氧化为CO₂。

结论

我们的研究结果表明，锰渣中常见的锰氧化物显著影响CH₄减排，钠水锰矿、锂硬锰矿和水羟锰矿之间观察到不同的效果。值得注意的是，锂硬锰矿表现出最强的减排潜力，将CH₄排放降低了41.01%，全球增温潜势（GWP）降低了12.23%。各处理间产甲烷菌属水平丰度在统计上保持不变。CH₄排放减少可能归因于锰氧化物的吸附能力和作为AOM电子受体的作用，而不是直接改变产甲烷古菌群落。因此，锂硬锰矿改良代表了一种有前景的稻田温室气体减排方法，尽管需要进一步研究来阐明控制其CH₄抑制功效的关键过程。