Выбросы метана с рисовых полей регулируются доступностью углерода и pH почвы вдоль градиента среднегодовой температуры

Почему рисовые поля важны для климата

Рис — основной продукт питания для миллиардов людей, и значительная часть его выращивается на затопляемых полях. Эти переувлажнённые рисовые чеки также являются важными источниками метана — сильного парникового газа, который в коротком временном интервале намного сильнее нагревает планету, чем углекислый газ. По мере потепления климата и роста спроса на рис учёные хотят понять, почему одни чеки выделяют гораздо больше метана, чем другие, и как изменения температуры и свойств почвы могут повлиять на эти выбросы в будущем.

От холодного севера к жаркому югу — путь исследуемых почв

Исследователи собрали образцы почв из 30 рисовых полей по всей территории Китая — от прохладных умеренных районов на севере до тропических зон на юге. Вместо прямых полевых измерений газов они доставили эти почвы в лабораторию, заново увлажнили их и инкубировали в одинаковых тёплых условиях. Это позволило устранить повседневные погодные различия и сосредоточиться на поведении самих почв. В течение шести недель они многократно измеряли объём вырабатываемого метана, одновременно анализируя базовые свойства — кислотность, общий углерод и азот, а также распределение углерода между более стабильными и более доступными для использования формами.

Быстрая еда для микробов против «запертого» углерода

Не весь почвенный углерод одинаково доступен для микробов, производящих метан. Команда различала «лабильный» пул — углерод, растворимый в воде, находящийся в мелких частицах или содержащийся в живых микробах — и более стабильный пул, прочно связанный с минералами. Они обнаружили, что быстро доступные фракции углерода в целом увеличиваются с севера на юг, тогда как стабильный, связанный с минералами углерод демонстрирует обратную тенденцию. Иными словами, южные, тёплые чеки, как правило, аккумулируют больше углерода в формах, к которым микробы легко получают доступ, тогда как северные, более холодные поля содержат большую долю углерода в «запертых», долгоживущих формах.

Сколько метана и когда он выделяется

Результаты по метану отражали эти паттерны углерода. Почвы из тропических и субтропических чеков производили значительно больше метана, чем почвы из умеренных районов — в среднем более чем в десять раз за период инкубации, а в крайних случаях — более чем в сто раз. Пиковые скорости выброса и время наступления этих пиков также сильно различались между участками. Почвы с наибольшими выбросами демонстрировали резкие всплески метана через несколько дней — до двух недель — после затопления, тогда как почвы с низкими выбросами показывали лишь небольшие, медленные подъёмы. Исследование показало, что размер пула растворимого углерода был главным фактором, определяющим объём накопленного метана, тогда как более медленно разлагающаяся дисперсная (частичная) фракция определяла время пиков, постепенно подпитывая микробов со временем.

Скрытые роли кислотности почвы и температуры

Оказалось, что климат и химия почвы влияют на метан в основном через формирование этих углеродных пулов и микробных сообществ, которые их используют. С помощью статистических моделей авторы установили, что более тёплые долгосрочные температуры способствуют накоплению растворимого углерода и доступного азота в почвах, что, в свою очередь, подпитывает микробов, производящих метан. Кислотность почвы действовала в другом направлении: более кислые почвы способствовали повышению доли растворимого углерода и микробной биомассе, тогда как более щелочные почвы, как правило, подавляли эти компоненты. В совокупности эти косвенные эффекты температуры и pH почвы объясняли почти две трети различий в выбросах метана между участками, несмотря на то, что все почвы инкубировали при одной и той же лабораторной температуре.

Что это значит для риса и климата

Для неспециалистов ключевое послание состоит в том, что важно не только то, сколько углерода содержит рисовое поле, но и насколько этот углерод «доступен» микробам и как условия почвы направляют микробную жизнь. Более тёплый климат и определённая химия почвы переводят больше углерода в «быструю еду» для микробов, усиливая выделение метана из затопленных чеков. Это более глубокое понимание может помочь улучшить модели оценки будущих выбросов метана и направить сельскохозяйственные практики — такие как управление водой, обращение с растительными остатками и применение удобрений — которые стремятся выращивать рис, сокращая его климатический след.

Цитирование: Yusong, D., Jiawei, C., Huabin, L. et al. Methane emissions from rice paddies are regulated by carbon availability and soil pH along a mean annual temperature gradient. Sci Rep 16, 14129 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43940-8

Ключевые слова: рисовые поля, метан, почвенный углерод, изменение климата, парниковые газы