氢对产甲烷土壤和沉积物中甲烷生成的贡献及氢浓度的控制

氢与乙酸盐一样，是有机物产甲烷降解过程中最重要的中间体之一，并作为产甲烷古菌的底物。当碳水化合物或类似形式的有机物降解时，理论上氢应占总甲烷生成量的 33%。许多产甲烷环境中，H2 对 CH4 生成的贡献显著低于或高于正常水平。虽然较低的贡献相对容易解释（例如由于同型产乙酸作用的贡献），但较高贡献背后的机制大多尚不明确。在产甲烷环境中，H2 的周转非常迅速，其浓度是发酵菌与互营菌同步生成以及产甲烷古菌消耗共同作用的结果。在大多数产甲烷环境中观察到的稳态浓度接近依赖 H2 的产甲烷作用的热力学平衡。该阈值通常相当于 −23 kJ mol−1 CH4 的吉布斯自由能，这是将 CH4 生成与 1/3 ATP 生成相偶联所必需的。如果 H2 浓度降至该阈值以下，由 H2 生成甲烷的过程就会受到抑制。只有当具有更低 H2 阈值的耗氢反应（例如硫酸盐还原）以等于或高于产甲烷作用的速率进行时，H2 浓度才能降至该阈值以下。添加硫酸盐后通常观察到的依赖 H2 的 CH4 生成被瞬时且完全抑制的现象，只有在产甲烷环境中隐性存在相当高的硫酸盐还原潜能时才能得到解释。