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，这点许多人已经并不陌生，但为什么种水稻也会产生甲烷？

科学界对水稻排放甲烷的认识经历了多个阶段。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，这是其中的一小部分

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。

外国学者的估算，为什么总是有巨大的误差？有很大一部分原因是他们不在中国，得不到一手的资料，只能根据少数地区观测站点的数据，来反向推断全国的情况，但这显然无法全面反映中国稻田的真实情况。中国幅员辽阔，不同地区的气候、土壤类型和耕作方式差异很大，单一的实验室数据或少数地区的观测结果代表不了全国。

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。

为了更准确地评估我国稻田真实的甲烷排放情况，中国科学家开展了大量实地研究，收集了丰富的数据。

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，在四川乐山地区和成都市郊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。此外，中科院大气物理研究所还使用自主设计制造的自动观测仪器系统，历时16年，先后对我国华南（广东）、华中（湖南）、长江中下游（浙江和江苏）与西南（四川）四大主要的水稻产区开展了长期、连续的系统野外观测实验，不仅收集到了大量珍贵的实地数据，并且还在观测数据的基础上，对稻田甲烷排放规律及其气象、施肥、水管理和土壤理化特性及水稻生长状况的关系进行了深入的研究。

中科院大气物理研究所对稻田甲烷排放规律的研究

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。

中国学者们的研究不仅纠正了过去文献中的一些错误观念，还极大地丰富了人类对稻田甲烷排放变化规律、不同输送途径对排放率的影响，以及土壤特性、植物生长活动、气候系统、施肥措施、水管理等环境因子对稻田甲烷排放影响的认识。中科院大气物理研究所利用这一模型模拟了湖南、浙江、四川、江苏等地稻田甲烷排放的逐日变化，发现模拟结果与实际观测值高度一致，通过了不同地区大量实验数据的验证。

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。

这一研究成果不仅纠正了国际上对稻田甲烷排放总量的过高估计，还为全球气候变化研究提供了更为准确的数据支持。中国学者的研究结果得到了国际权威机构的认可和采纳。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。

减排节水，一举两得

前中国科学院大气物理所所长王明星曾说过：“中国是《联合国气候变化框架公约》签字国，提供准确的排放清单是我们的国际义务。”

为什么中国要投入大量的资源，来精确测量稻田的甲烷排放？这不仅仅是为了维护中国的国家形象，更是出于对科学严谨性的追求和对国际责任的担当。通过深入研究稻田甲烷排放的机制，我们也为制定合理的稻田减排措施提供了科学的理论依据。

推动水稻产业的低碳转型，是一项复杂而系统的工程。作为一个拥有庞大人口的传统农业国家，中国超过六成的人口以稻米为主食，任何旨在促进农业绿色发展的举措都必须审慎行事，这要求我们在不牺牲粮食产量、不增加农民负担、不减少农民收入的前提下，实现农业的绿色发展——这无疑是一项极具挑战性的任务。

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，是我国农业温室气体的主要排放源之一。因此在《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。

水稻甲烷排放的机制

一种名为交替湿润干燥（Alternate Wetting and Drying，AWD）的灌溉技术应运而生。其核心是周期性地给稻田进行灌溉和排水，通过精心设计的“湿—干”循环，使土壤定期获得“呼吸”机会。相比传统的连续淹水灌溉，交替湿润与干燥技术不仅提高了土壤的透气性和氧气含量，还能大幅降低甲烷的产生和排放。即使在重新灌水后，甲烷排放量也能维持在较低水平。由中国水稻研究所提出的好氧碳减排灌溉模式，目前已在全国范围内推广，覆盖面积达133.33万公顷，甲烷排放量减少了30%至60%。

IPCC指南中提到的通过一种间歇性灌溉减少甲烷排放的方法

此外，喷灌和滴灌等节水灌溉技术相较于传统漫灌，也展现出了显著的减排效益，可以减少71.25%的土壤甲烷排放，同时有效控制秸秆还田后的甲烷生成。此外，中期晒田结合传统灌溉技术能够减少20%至60%的甲烷排放，并且操作简便，有很高的技术覆盖率。

改变灌溉方式带来的好处是多方面的。

传统的连续淹灌对水资源是一个极大的负担。我国的水资源十分匮乏，并且地域分布不均。据估计，我国每年的农业用水量占全国总用水量的70.4%，其中水稻生产用水量又占农业用水量的70%。农业水资源紧缺，特别是水稻生产用水不足已成为继耕地之后，长期制约我国农业发展的重要因素。

已有研究表明，推广节水灌溉方式不仅可以显著节约水资源，还能增加水稻根系的干重，提高其吸收土壤养分的能力。这种灌溉方式不仅降低了农户的水和化肥用量，减少了耕种成本，还能使水稻增产5.30%至24.02%，带来经济和环境的双重效益。

然而，也要实事求是地说，虽然节水灌溉技术如间歇灌溉和交替湿润与干燥（AWD）已被证明可以有效减少甲烷排放，但在实际推广中仍然面临着不少困难。

在过去的三十多年里，随着大规模城市化的推进，中国农村青壮年劳动力流失，“空心化”现象越来越严重。留守在村子中的农民多为老人和小孩，很多人已经习惯了传统的灌溉方式，担心灌溉方式的改变会影响产量或增加劳动强度，因此对新技术的接受度往往没有那么高，还需要对其进行一定的科普。此外，由于需要精确控制排水时机和确保有足够的排水空间等，农民也需要经历相应的技术培训或者购置设备等，这些因素都限制了节水灌溉技术的广泛推广。

这些都要求我们根据各地的实际情况因地制宜、实事求是。在中国西南部的云南和四川山区，一些创新团队正试图通过更加贴近自然的方法来解决这一难题。他们推广了一种古老的农业技术——开沟起垄法，用于水稻的旱地种植。这种方法通过在平坦的土地上形成一排排的土堆（垄），并在垄间留下用于灌溉的沟壑，从而显著减少了水稻生长期与水接触的时间，有效降低了甲烷气体的排放量，同时也节省了大量的水资源。

以四川简阳的一个村庄为例，这里的农民们采取了一种结合免耕和开沟起垄的综合种植方法。在播种之前，他们选择不对土地进行翻耕，以此来减少对土壤结构的破坏；而在种植过程中，则利用开沟起垄技术来缩短水稻的淹水时间。此外，他们还创造性地使用菜籽饼作为有机肥料，取代了化学肥料，同时用当地的菜籽壳作为覆盖物，既能保持土壤温度，又能锁住水分，进一步提高了作物的生长效率。

四川简阳踏水镇寨子村的水稻开沟起垄 iGDP

而在云南省的山区，由于近年来干旱频次和程度加剧，一支致力于农业可持续发展与气候变化适应的科研团队，正在当地推广一种新的水稻种植模式——直播旱种。这一技术的核心理念是在干燥的田地中直接播种水稻种子，而非传统的育秧后移栽方式。通过这种方式，水稻植株能够在更自然的条件下生长，减少了对水源的依赖。研究数据表明，采用水稻直播旱种可以在不减少产量的同时，显著减少农田甲烷排放，这对于减缓全球变暖具有非凡的意义。

除了灌溉方式的变革，选育和推广低碳水稻品种也逐渐成为推动稻田减排的重要方式之一。

2010年，上海市农业生物基因中心的首席科学家罗利军博士首次提出了“节水抗旱稻”（Water-saving and drought-resistance rice，WDR）的概念。然而，相关研究的起步还可以追溯到更早的上世纪90年代。2002年，上海市农业生物基因中心组建了专门的节水抗旱稻研发团队，2003年，团队培育出了全球首个旱稻不育系“沪旱1A”，并选育出中国南方第一个节水抗旱稻品种，逐步完成了三系配套，实现了节水抗旱杂交稻零的突破。经过10多年的努力，罗利军团队已经培育出包括籼型、粳型、杂交和常规四个系列的节水抗旱稻品种（组合），并在生产上大面积推广应用。

节水抗旱稻之父，上海市农业生物基因中心首席科学家罗利军

节水抗旱稻的最大优势在于，其种植过程中不需要长期保持稻田淹水状态。这一改变不仅显著降低了灌溉用水需求，还减少了纹枯病等病害的发生率，进而减少了农药的使用。此外，节水抗旱稻具有更为发达的根系，扎根深度更大，使其吸水和吸肥能力更强，从而提高了肥料的利用效率。

上海农业生物基因中心开发的节水抗旱稻品种，将高产优质的水稻特性与旱稻的节水抗旱优势相结合，既可以像水稻一样采用“水种旱管”，也能像小麦一样“旱种旱管”。种植过程中仅需在出苗、分蘖和孕穗灌浆三个关键阶段进行灌溉，亩产量可达600公斤以上。配合节水湿润灌溉或旱管种植模式，新品种的甲烷排放量相比传统水稻品种可减少51%至76%。

山坡种植的节水抗旱稻（广西宜州刘三姐乡，2021 年）

2019年至2020年，上海市农业科学院的科研团队在安徽亳州、蚌埠、滁州、淮南、合肥、安庆和铜陵7个地区进行了为期两年的节水抗旱稻碳减排效益评估。结果显示，传统水稻种植模式改为节水抗旱稻的旱管种植模式后，稻田中甲烷的排放量降低了97%。尽管淹灌改为旱管种植模式后，一氧化二氮（N2O）排放略有增加，但整体温室气体减排达92%。研究结果表明，在不影响稻谷产量的前提下，旱管种植模式是目前已知效果最好的稻田甲烷减排方式之一。甚至与旱种玉米种植相比，节水抗旱稻的旱管种植由于施肥量较低，也减少了一氧化二氮的排放量达11%。2019年，安徽省节水抗旱稻推广面积约7.8万公顷，基于现场测量数据并运用联合国政府间气候变化专门委员会推荐的DNDC生物地球化学过程模型进行模拟，结果显示，旱管种植模式的温室气体排放（以二氧化碳当量计算）可减少51.6万吨。

除了通过对播种和灌溉方式调整来减少稻田甲烷排放，运用科技手段的探索也在进行中。

在中国东部的浙江嘉善县西塘县，中国水稻研究所与互联网巨头阿里云联手，进行了一项名为“低碳稻作技术”的新实验。这一项目以竹小汇低碳智慧农田示范方为核心，覆盖了400亩核心区域及1500亩辐射区。通过对农田安装多种物联传感设备、高精准定位和无人化操作，来对水稻农田进行全过程管理，包括对每一块水稻田进行精准灌排。系统将根据水稻生长阶段设置相应的水位线标准，自动调整进出水量。

低碳稻试验田 阿里云

对于负责种植管理的农户而言，这一技术变革带来了实实在在的好处。以往，仅400亩的水田就需要4至5名工人来完成灌水和排水的任务，但在新设备的帮助下，只需在APP上操作就可以完成灌水排水工作，不仅提高了工作效率，还显著降低了生产成本。

根据中国水稻研究所专家详细测算，通过采用新技术方案，在不减产的前提下，西塘镇的竹小汇低碳智慧稻田可减少灌溉用水30%-50%，稻田退水氮磷含量消减30%，甲烷排放较传统模式减少30%以上，可实现亩均碳排放当量减少超20%。

竹小汇低碳智慧田旁边的物联网设备 阿里云

这套系统化的种植和管理方式展示了现代科技在稻田减排中的潜力，为水稻产业低碳化提供了新的可能性。

从田野到太空

在过去三十多年的时间里，中国在稻田甲烷排放研究与减排实践领域取得了令人瞩目的成就，不仅澄清了国际社会对中国甲烷排放的误解，更为全球气候变化研究提供了宝贵的数据支持。通过一系列创新措施，包括广泛推广节水灌溉技术、精心选育低碳高产的水稻品种，以及积极引入智能农业系统，中国成功地在不损害粮食产量、不减少农民收入的情况下，逐步降低了稻田中的甲烷排放量。这一系列努力不仅对缓解全球气候变化产生了积极影响，也显著提升了我国农业的可持续发展能力。

但前方的道路依旧充满挑战。在确保国家粮食安全的基础上，实现农业的绿色转型是一项复杂且长期的任务。这不仅需要政府出台更加全面和支持性的政策，激励科研机构不断推进技术革新，还需要企业的积极参与，共同探索和实施有效的减排措施。与此同时，提升农民的环境保护意识和科技应用水平同样至关重要。只有当每一个环节都能紧密协作，形成合力，才能真正推动农业向着更加环保、高效的方向发展。

在这一过程中，科技创新将继续扮演着至关重要的角色。

2024年11月11日正午，在甘肃酒泉的卫星发射中心，力箭一号遥五运载火箭成功将15颗卫星顺利送入预定轨道。

“西光壹号”系列卫星搭载力箭一号遥五火箭成功发射

在这之中，有一颗名为“鹊华一号（西光壹号04星）”的卫星，肩负了独特的使命。

这是我国首颗高分辨率点源甲烷监测商业卫星，这颗重量仅为75公斤的小卫星，能够精准捕捉地球表面细微至极的甲烷变化趋势，精确追踪碳产生源头，并对不同区域的碳中和潜力进行科学评估，其探测回传的数据能为甲烷排放监管体系提供强数据支持和技术保障。

西光壹号04星

这颗卫星的升天，不仅将为中国的甲烷减排提供强有力的技术支持，也将为我国的国际气候协商增添更多的主动权和话语权。

对排放源的准确识别是实现有效控制甲烷排放的前提，但在过去很长时间里，对甲烷排放的监测一直是一个世界性的“难题”。

在《甲烷排放控制行动方案》中，我国将“加强甲烷排放监测、核算、报告和核查体系建设”放在了重点任务中的第一项。根据《巴黎协定》，各国需自主计算并报告人为产生的温室气体排放量及其清除量，自2023年起，每五年进行一次“全球盘点”。为了完成这一任务，大多数国家都采用“自下而上”的方法，编制国家温室气体排放清单，即通过收集特定活动的数据（如能源消耗、工业生产等）并结合相应的排放因子来估算排放量。

但这种方法具有很大的局限性。

与二氧化碳不同，甲烷排放的“自下而上”清单存在着较大的不确定性。甲烷的人为排放往往来源于逸散源和无组织源，这些排放点具有高度的随机性和间歇性，比如在石油和天然气开采过程中，甲烷可能会因为设备泄漏或操作不当而逸散到大气中。此外，某些甲烷排放源受到环境因素的强烈影响，表现出显著的时空变化特性，典型的例子就是稻田的甲烷排放，它会随着季节、气候条件以及耕作管理措施的变化而波动。

2018年的一项研究揭示了这个问题的严重性。有研究人员通过对美国石油天然气供应链中的甲烷排放进行分析后发现，基于大气观测估计的实际排放量，比美国官方报告的数据高出了约60%。这意味着，传统的“自下而上”方法，可能严重低估了某些行业或地区的甲烷排放水平。

国际能源署（IEA）也在一份报告中坦言，一些国家的排放清单多年没有更新，而另一些国家的监测能力很差，即便提供了数据，也不甚准确，为全球减排努力构成了极大的挑战。

而借助卫星“自上而下”的观测技术，我们可以很清楚地看到哪些国家或地区的甲烷排放量被低估或高估，进而指导这些地方改进其监测和报告体系。同时，对于那些之前未曾注意到的小规模或隐蔽排放源，卫星技术同样能够发挥重要作用，确保所有潜在的污染源都得到有效管理和控制。

随着越来越多新技术的涌现和应用，我们有理由相信，中国将在促进全球农业绿色转型和应对气候变化方面发挥更大的作用，为建设一个更加美好、可持续的地球贡献出更多“中国智慧”与“中国力量”。中国稻田中的减排史诗，还在书写着新的篇章。

(文章来源于观察者网的文章“中国人吃大米成罪过？30年稻田变革打破质疑”片段)