SEH综述 | 华中农业大学刘玉荣团队:甲烷氧化一定有利于污染物风险降低吗?

甲烷与（类）金属和有机污染物在自然环境中广泛共存，其相互作用对生态系统功能和环境风险具有重要影响。近年来的研究表明，微生物介导的甲烷氧化过程可与污染物转化过程发生耦合，从而影响污染物的归趋与环境行为。然而，这种过程耦合并不必然带来污染风险的降低，在不同污染物类型和氧化还原条件下，甲烷氧化既可能促进污染物的解毒或固定，也可能诱导毒性或迁移性更高的转化形态。因此，系统理解甲烷氧化与污染物转化的微生物耦合机制并探索其调控路径，对于实现甲烷减排与污染风险的协同管理具有重要意义。围绕这一问题，本研究从微生物过程耦合的角度系统梳理了甲烷氧化–污染物转化的相关机制进展，并进一步提出了适用于不同环境情境的概念框架，为气候变化减缓与土壤修复的协同管理提供理论参考。

图文摘要

主要内容

华中农业大学刘玉荣教授团队在Soil & Environmental Health（SEH，《土壤与环境健康》）期刊发表题为“甲烷氧化与污染物转化的耦合：面向气候变化缓解与土壤修复的微生物组框架（Coupling methane oxidation to pollutant transformation: a microbiome framework for climate mitigation and soil remediation；2026，4(2）: 100202）”的综述论文。

在自然环境中，甲烷氧化通常与（类）金属和有机污染物转化过程同时存在，并通过微生物代谢活动发生耦合。在好氧条件下，甲烷氧化与（类）金属转化之间的联系主要可能通过两类机制实现（图1）。一方面，部分好氧甲烷氧化微生物本身携带与（类）金属还原相关的功能酶，可直接参与污染物的还原转化；另一方面，甲烷氧化微生物也可通过与（类）金属还原微生物的代谢互作，间接驱动相关转化反应。其中，甲烷氧化产生的电子可通过直接转移或中间代谢产物途径参与（类）金属转化。同时，甲烷单加氧酶的底物非特异性使部分有机污染物能够在甲烷氧化过程中被共代谢转化。

在厌氧条件下，厌氧甲烷氧化微生物通常通过逆向产甲烷等途径氧化甲烷，并将产生的电子转移至高价态（类）金属，从而实现甲烷氧化与（类）金属还原的直接耦合。除单一微生物独立完成反应外，厌氧甲烷氧化微生物也可能通过中间代谢产物或直接胞外电子传递等方式，与（类）金属还原微生物共同完成电子转移与污染物还原。近年来的研究进一步表明，这类微生物过程并不局限于（类）金属，在部分体系中，厌氧甲烷氧化相关微生物亦与持久性有机污染物的转化过程相关联。

需要强调的是，甲烷氧化与污染物转化之间的过程耦合并不必然导致污染风险的降低。在不同污染物类型和氧化还原条件下，甲烷氧化既可能促进低毒或低迁移性形态的形成，也可能诱导更高毒性或更强迁移性的转化产物。以砷和铬为例，甲烷氧化与其转化过程的耦合在不同环境下可呈现出不同的风险结果。因此，仅依赖自然发生的微生物过程，往往难以保障污染治理与甲烷减排的协同实现。

基于此，本文提出了一个基于微生物组工程、以甲烷氧化–污染物转化过程耦合为核心的概念性框架，围绕场地特征解析、微生物组调控以及过程监测与反馈三个相互关联的环节展开（图2）。首先，通过综合分析场地理化特征、微生物群落结构与污染物特征，识别关键氧化还原条件、优势功能类群及主要转化通路，从而对甲烷氧化–污染物转化耦合过程的潜在风险走向作出初步判断。其次，结合数据驱动方法，对甲烷去除效率与污染物转化结果进行多目标权衡，为微生物调控策略的选择提供依据，包括自上而下的群落富集与调控，以及自下而上的合成菌群构建。最后，通过引入过程监测与反馈调节机制，可在环境条件波动下维持甲烷氧化与污染物转化的协同效益，为工业场地、农业土壤和水环境中协同管理甲烷排放与污染风险提供可操作思路。

文章引用

Kang-Hua Chen, Jiao Feng, Qiaoyun Huang, Xianjin Tang, Hanzhong Jia, Yu-Rong Liu *, 2026. Coupling methane oxidation to pollutant transformation: a microbiome framework for climate mitigation and soil remediation. Soil Environ. Health 4, 100202.

作者简介

第一作者：

陈亢华，华中农业大学博士毕业生、西北农林科技大学资源环境学院副教授，主要研究方向为土壤微生物介导的碳氮循环及污染物微生物转化机制，重点关注甲烷氧化与反硝化、以及甲烷氧化与污染物转化之间的耦合机制。以第一作者在Nat Commun、J Sustain Agric Environ等期刊发表论文4篇。

通讯作者：

刘玉荣，华中农业大学教授、博导，主要研究兴趣为土壤微生物与污染物相互作用以及微生物调控的生态过程。主持国家杰出青年基金、国家重点研发课题、湖北省重大项目等科研项目。以第一/通讯作者在Nat Eco Evol、Nat Food、PNAS、Nat Commun、 Sci Bull、ISME J、Microbiome、Environ Sci Technol、Global Change Biol、Soil Biol Biochem等专业领域期刊发表论文80余篇。

Soil Environ. Health (SEH) 是浙江大学与Elsevier合作出版的全英文开放获取国际学术期刊。自2023年1月以来，期刊出版了来自21个国家的107篇优秀论文；期刊CiteScoreTracker 2025 为11.2，目前已被ESCI、DOAJ、Scopus和CAS数据库收录，2026年将获首个影响因子。