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每年二十四节气中的芒种，南宋诗人陆游曾在《时雨》一诗中描绘了此时江南的场景：“时雨及芒种，四野皆插秧。家家麦饭美，处处菱歌长。”意思是，应时的雨水在芒种时节纷纷而至，田野里处处都有农人在忙着插秧。家家户户吃着麦粒和豆煮的饭，处处都飘荡着采菱女的歌声。

水稻田里的“化学反应”

芒种节气，稻田开始淹水插秧，但稻田还可以创造出更多盎然的生机。东汉末年的《四时食制》记载：“郫县子鱼，黄鳞赤尾，出稻田，可以为酱”。我们的祖先早就懂得如何通过“生态农业”来实现更美好的生活，稻田养鱼就是一个成功实践——不仅能提高水稻产量，还能收获肥美的稻田鱼。

（图源：《知识就是力量》杂志）

水稻田里的鱼除了拱泥觅食外，还以水面漂浮着的各种藻类为食，比如细绿萍、槐叶萍、芜萍（也称无根萍）。这些藻类含有叶绿素，能够进行光合作用，把空气中的二氧化碳合成为糖类，保存在藻细胞中实现自养生长，同时向水体释放氧气。

细绿萍的叶腔中共生了具有固氮能力的蓝细菌。蓝细菌细胞内有固氮酶，能够把空气中的氮气（化学式为N2）转化为铵（ǎn，化学式为NH4+ ）。其中一部分铵用来合成细绿萍的蛋白质，让其更有营养，成为鱼类的“营养餐”；另一部分铵则释放到水稻田中，成为水稻能够吸收的氮肥，用来合成水稻的蛋白质和叶绿素，让水稻健康、茁壮生长。

水稻田生态系统运行机制示意图（图源：《知识就是力量》杂志）

鱼类食用富含蛋白质的藻类之后，其排泄物中也含有蛋白质的代谢产物——尿素〔化学式为CO(NH2)2〕。尿素在水稻田土壤脲（niào）酶的分解作用下产生铵，也被水稻吸收。脲酶则是水稻土壤中的微生物分泌产生的，而水稻土中的细菌多数生长在水稻根系附近，依靠根系分泌的葡萄糖、氨基酸等有机质为食。水稻的茎是中空的，能够将叶片吸收的氧气运输到根系再分泌到土壤中，从而为根系附近的微生物提供微好氧环境。

从以上描述可以看出，藻类—鱼—水稻—土壤—微生物构成了一个可持续的生态系统。需要说明的是，土壤（包括水稻土）中含有数量庞大的微生物，平均每克土壤达到10亿个细菌，肥沃的土壤，其内细菌数量还会更多。但是这些细菌绝大多数都不是致病菌，相反，它们是维持生态系统运转必不可少的。

还没听说过水稻也会产生甲烷？

有人说煤矿中泄露的瓦斯、牛的打嗝放屁，都会产生大量的温室气体，但还有人说种水稻也会产生甲烷！？据说早在20世纪60年代，就有科学家首次注意到稻田是大气中甲烷的重要来源之一。由于人为灌溉造成土壤密闭厌氧的环境，一些细菌会在稻田土壤中产生甲烷，并通过水稻植物体排放到大气中。但由于甲烷无色无害，多数情况下稻田排放的甲烷也达不到可燃的程度，对土壤肥力与水稻的生长也没有特殊的意义，所以这一现象并没有被重视。

水稻田里时不时冒出的小气泡中就含有甲烷。(图源：观察者网)

到80年代后，随着全球气候变化问题的日益突出，科学家们开始重视稻田甲烷排放对大气甲烷浓度的影响。1981年，有欧美科学家首次发表了稻田甲烷排放速度的直接测定结果，引发全球重视。1992年，政府间气候变化专门委员会（IPCC）在其第二次评估报告中进一步确认了稻田甲烷排放的重要性，估算全球稻田甲烷排放量占全球甲烷排放总量的约10%。

也是在这一时期，曾有欧美学者根据实验室里的数据，粗略地推断中国水稻田的甲烷年排放量是3000万到5000万吨，约占全球稻田甲烷总排放量的27%到45%，对我国的国际形象造成了极大的伤害。虽然这位学者也承认，实验室估算的数据具有局限性，并在此后修正了自己的结论，认为中国稻田实际的甲烷排放量可能远远低于其先前估算的结果，但却并没有引发太大的关注。在国际社会上，仍然有大量的“别有用心”的人，援引不严谨的结论，对我国的农业碳排放进行无端的指责。

水稻是亚洲人的主粮，中国用全球7%的耕地，养活了世界20%的人口，却不明不白被扣上了一个“不环保”的帽子。但这也成为了一个契机，使我国开始重视起了稻田的温室效应，决心把稻田甲烷的排放量与排放机制彻底搞明白。从1987年开始，由国家科委、国家环保局等政府部门牵头，在国际组织的资金与技术支持下，中科院大气物理研究所、国家计委能源研究所、清华大学环境工程系等单位，先后完成了五项有关气候变化方面的国家级研究，两项区域级研究。这些项目都在内容上不同程度地涉及到了甲烷等温室气体排放量的估算工作。

(图源：观察者网)

基于稻田甲烷排放多年的监测数据和研究结果，中科院大气物理研究所建立起了一套关于稻田甲烷排放的初级模式，包括水稻的生长、土壤有机物的分解和甲烷产生、传输和排放三个部分。只要正确输入关于气象条件、土壤特性、施肥类型和方式、灌溉制度、作物品种和种植方式的参量，就能迅速且较为准确地算出各地区的甲烷排放因子，进而计算出各地区稻田甲烷的排放量，并最终汇总得出全国稻田甲烷的排放总量。根据多年的实验数据和机理研究，中科院大气物理研究所估算出中国稻田的实际甲烷年排放总量约为500万吨至1300万吨，远低于此前外国学者估算的3000万吨到5000万吨，仅为原来估计的四分之一。

中科院大气物理研究所对稻田甲烷排放规律的研究。(图源：观察者网)

从1987年起，中科院大气物理研究所与德国夫琅和费大气环境研究所合作使用自动连续观测系统，在我国杭州进行了亚太地区稻田甲烷排放通量的首次观测，接着又在四川、湖南、广州、苏州等地开展了一系列系统的实验观测。国际水稻所也与中国农业科学研究院合作，对我国西南地区的水稻田甲烷排放进行了长达15年的观测研究。根据中国学者对本国稻田甲烷排放的最新研究结果，全球稻田的甲烷排放量被进一步确定为3500万吨至5000万吨，而不是之前估计的1.1亿吨。1995年，政府间气候变化专门委员会（IPCC）根据中国学者提供的资料，将全球稻田甲烷排放总量从1990年估计的1.1亿吨修正为6000万吨。

水稻甲烷排放的机制。(图源：观察者网)

经过多年的不懈努力与广泛的实地考察，中国科学家们已经找到了几种有效的稻田甲烷减排方法，主要围绕着稻田水分管理和水稻品种改良两大方面展开。在《农业农村减排固碳实施方案》与《甲烷排放控制行动方案》中，都重点提到了强化稻田水分管理，因地制宜推广稻田节水灌溉技术，缩短稻田厌氧环境时间，从而减少单位稻谷甲烷产生和排放。

西南渔业网认为

"稻田甲烷排放"让普通人听来觉得很匪夷所思！研究者认为在水稻的种植过程中，由于长期淹水条件形成的厌氧环境，有机物被产甲烷菌分解所产生的大量甲烷，是温室气体的主要排放源之一。上述研究提供的解决方法是推动水稻产业的低碳转型，专家们推出了几种稻田甲烷减排方法，主要围绕着稻田水分管理和水稻品种改良两大方面展开，推广稻田节水灌溉技术和耐旱稻种上山。但唯独没有提及"稻田养鱼"这一简单且可行的最佳方案，稻鱼拱泥觅食和在田里游动的行为，完全可以打破土壤密闭厌氧的闭环环境，所谓的稻田甲烷完全没有形成的机会，加上这几年政府又大力提倡稻鱼生态农业，用"稻田养鱼"破解"稻田甲烷排放"相比于其他方式，既实惠又可让社会接受。

西南渔业网综合于：《知识就是力量》杂志、观察者网

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