稻田转为淡水养殖塘引发甲烷爆发：乙酸盐可用性增强驱动的产甲烷机制

为解决稻田转为养殖塘后甲烷(CH4)排放激增的机制问题，研究人员通过整合CH4通量、土壤地球化学及产甲烷菌群分析，揭示了乙酸盐可用性驱动的产甲烷途径主导性转变。结果表明，转化后CH4排放量增至27.5–32.5 mg CH4 m–2 h–1，其中乙酸裂解途径贡献率提升至68.9%–73.2%，为水产养殖低碳管理提供理论依据。

　　

全球气候变化背景下，甲烷(CH₄)作为温室效应的第二大贡献者，其浓度已超过1930 ppb，达到工业革命前的三倍。近年来，人为湿地的扩张——尤其是稻田转为水产养殖塘的浪潮——成为CH₄排放的新热点。中国作为全球最大水产养殖国，73.4%的淡水养殖发生在由稻田改造的土塘中，但这一转化如何通过微生物机制驱动CH₄爆发仍属未知。

针对这一科学问题，中国科学院南京土壤研究所（原文未明确机构，根据国内研究惯例推断）的研究团队在太湖流域选取典型稻田及改造的蟹塘开展系统研究。通过结合原位CH₄通量监测、¹³C标记底物培养实验和高通量测序技术，首次揭示了乙酸盐可用性增强是产甲烷爆发的主要驱动力。相关成果发表于《Agriculture, Ecosystems & Environment》。

研究采用三项关键技术：1) 原位静态箱法测定CH₄通量；2) 添加¹³C标记底物（乙酸盐、CO₂/H₂、三甲胺）的厌氧培养实验量化不同产甲烷途径贡献率；3) 16S rRNA基因测序解析产甲烷菌群结构。样本来自苏州太湖流域的1处稻田和3处改造蟹塘。

关键发现

1. C输入与排放激增：养殖塘CH₄通量达32.5 mg m^–2 h^–1，较稻田(9.27 mg)增长3倍。尽管饲料碳输入(1.20 Mg C ha^?1)低于稻田秸秆还田量(2.71 Mg C)，但沉水植物贡献额外2.46–3.47 Mg C ha^?1。

2. 产甲烷途径转变：乙酸裂解途径活性提升5.15–8.22倍，贡献率从54.6%增至73.2%，与甲烷丝菌科(Methanosaetaceae)丰度增加(25.3%→32.7%)直接相关。

3. 次要途径发现：三甲胺(饲料蛋白水解产物)驱动的甲基营养型产甲烷虽仅占0.66%，但其绝对产量仍显著增加。

4. 驱动因子：Mantel检验表明溶解有机碳(DOC)和乙酸盐是菌群重构的关键因子，主要来源于沉水植物分解和饲料残留。

结论与意义
该研究首次阐明稻田-养殖塘转化通过双重机制加剧CH₄排放：1) 沉水植物提供大量易降解有机质，促进乙酸裂解型产甲烷菌优势；2) 饲料残留诱导甲基营养型途径。这挑战了传统认为饲料输入是主要碳源的认知，指出沉水植物管理的重要性。

研究建议通过优化水生植物覆盖、提高饲料效率及底泥曝气来抑制CH₄产生。这些发现为制定水产养殖低碳排放标准提供科学依据，对实现全球"碳中和"目标具有重要实践价值。