





中国农业科学 ›› 2026, Vol. 59 ›› Issue (20): 4603-4616.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2026.20.013
• 专题:农食系统低碳转型与反刍动物甲烷减排的理论、技术与实践 • 上一篇 下一篇
收稿日期:2026-06-08
接受日期:2026-09-23
出版日期:2026-10-21
发布日期:2026-10-21
联系方式:
刁其玉,E-mail:diaoqiyu@caas.cn
基金资助:
DIAO QiYu1,2(
), LIU YunLong1,2
Received:2026-06-08
Accepted:2026-09-23
Published:2026-10-21
Online:2026-10-21
摘要:
农食系统是全球温室气体排放的重要来源,也是农业绿色低碳转型的关键领域。我国农业源温室气体排放以甲烷和氧化亚氮为主,其中反刍动物肠道发酵、畜禽粪污管理、稻田和农业土壤是主要排放来源。反刍动物甲烷排放既关系农业甲烷减排,也反映饲料能量损失和瘤胃代谢分配,是畜牧业低碳转型的重要切口。本文系统梳理了全球及我国农食系统温室气体排放格局,重点分析了反刍动物甲烷排放监测方法、评价指标、我国奶牛和肉羊甲烷排放特征,以及日粮营养调控和前沿减排技术。现有研究表明,干物质采食量、日粮碳水化合物结构、生产阶段和单位产品产出效率是影响反刍动物甲烷排放强度的关键因素;优化精粗比、提高饲料效率、应用小分子化合物、硝酸盐、脂肪、植物次生代谢物和海藻类添加剂等均具有一定减排潜力,但其应用需综合评价减排效果、生产性能、瘤胃健康、安全性和长期稳定性。当前我国反刍动物甲烷减排仍面临本土实测数据不足、排放因子精细化程度不高、减排技术场景适配性不清和减排量核证体系不完善等问题。未来应加强本土化甲烷排放数据库建设,完善以单位产品排放强度为核心的评价体系,推动低碳日粮、精准营养、瘤胃调控剂和场级温室气体核算协同发展,为我国农食系统减排和畜牧业高质量发展提供科技支撑。
刁其玉, 刘云龙. 我国农食系统温室气体排放现状及瘤胃甲烷调控路径[J]. 中国农业科学, 2026, 59(20): 4603-4616.
DIAO QiYu, LIU YunLong. Greenhouse Gas Emissions from China’s Agrifood System and Methane Mitigation Pathways in Ruminants[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2026, 59(20): 4603-4616.
表1
我国农业源温室气体主要排放源、减排路径及核算方法"
| 排放源 Emission source | 主要温室气体 Major GHG | 主要减排路径 Mitigation approach | 核算方法 Accounting method | 主要制约 Key limitation |
|---|---|---|---|---|
| 肠道发酵 Enteric fermentation | CH4 | 精准营养、日粮优化、甲烷抑制 Precision nutrition, diet optimization, methane inhibition | Tier 2 | 本土排放因子不足 Limited local emission factor |
| 粪污管理 Manure management | CH4、N2O | 固液分离、厌氧发酵、堆肥 Solid-liquid separation, anaerobic digestion, composting | Tier 2 | 处理模式差异较大 Variable management system |
| 稻田 Rice cultivation | CH4 | 水分管理、秸秆还田优化 Water management, optimized straw incorporation | CH4MOD、经验模型 CH4MOD and empirical models | 区域差异明显 Strong regional variation |
| 农业土壤 Agricultural soils | N2O | 减氮增效、精准施肥、硝化抑制 Optimized N input, precision fertilization, nitrification inhibition | IAP-N | 氮源与时空变异复杂 Complex N sources and spatiotemporal variation |
| 秸秆田间焚烧 Field burning of crop residues | CH4、N2O | 禁烧、资源化利用 Burning prohibition and resource utilization | 活动数据×排放因子Activity data × emission factor | 活动数据精度有限 Limited activity-data accuracy |
表2
反刍动物甲烷排放主要监测方法及适用场景"
| 监测方法 Monitoring method | 测定尺度 Scale | 主要优势 Major advantages | 主要局限 Major limitation | 适用场景 Application scene |
|---|---|---|---|---|
| 呼吸代谢室法 Respiration chamber | 个体 Individual | 精度高,可连续测定 High accuracy and continuous measurement | 成本高,通量低 High cost and low throughput | 精准测定、机制研究 Reference measurement and mechanistic studies |
| SF6示踪法 SF6 tracer technique | 个体 Individual | 适用于自然饲养条件 Applicable under production conditions | 操作复杂,变异较大 Complex operation and relatively high variability | 放牧及生产场景 Grazing and production systems |
| GreenFeed系统 GreenFeed system | 个体 Individual | 自动化,可长期监测 Automated and suitable for long- term monitoring | 依赖访问频次和时间分布 Dependent on visit frequency and timing | 大群体监测、减排评价 Large-scale monitoring and mitigation assessment |
| CO2示踪比值法 CO2 tracer ratio method | 个体 Individual | 高通量、易于自动化 High throughput and easy automation | 依赖CO2产生量估算 Dependent on estimated CO2 production | 大群体筛查 Large-scale screening |
| Sniffer方法 Sniffer method | 个体 Individual | 简便、重复测定方便 Simple and suitable for repeated measurements | 多为浓度测定,需校准 Mainly concentration-based and requires calibration | 表型筛查、遗传评价 Phenotyping and genetic evaluation |
| 激光及其他短时测定 Laser and other short-term methods | 个体 Individual | 便携、快速 Portable and rapid | 受环境和采样时间影响 Affected by environment and sampling time | 快速筛查、辅助测定 Rapid screening and supplementary measurement |
| 微气象及环境监测 Micrometeorological and environmental monitoring | 群体或场级 Group or farm | 不干扰动物,可覆盖较大范围 Non-invasive and suitable for large areas | 受气象条件和源分离影响 Affected by meteorology and source separation | 牛群、牧场及场级核算 Herd, pasture and farm-scale accounting |
表3
反刍动物甲烷排放评价指标及适用场景"
| 指标类别 Metric category | 代表指标 Representative metric | 主要意义 Primary significance | 适用场景 Application scene |
|---|---|---|---|
| 排放总量 Absolute emissions | CH4, g/d or L/d | 单头绝对排放水平 Absolute animal-level emissions | 畜种及处理比较 Animal and treatment comparisons |
| 采食量校正 Intake-adjusted | CH4/DMI、CH4/OMI、CH4/NDFI | 单位采食甲烷产率 Methane yield per unit intake | 日粮及添加剂评价 Diet and feed-additive evaluation |
| 体重校正 Body weight-adjusted | CH4/BW0.75 | 校正体型差异 Adjusts for body-size differences | 阶段、品种及畜种比较 Stage, breed and species comparisons |
| 产品校正 Product-adjusted | CH4/ECM、CH4/ADG | 单位产品排放强度 Product-based emission intensity | 低碳奶、低碳肉评价 Low-carbon milk and meat assessment |
| 能量损失 Energy loss | CH4E、CH4E/GEI | 饲料能量损失 Feed-energy loss | 能量利用评价 Energy-use evaluation |
| 综合温室气体 Integrated GHG | CO2-eq、产品碳足迹 CO2-eq, product carbon footprint | 综合温室气体评价 Integrated GHG assessment | 场级核算、产品碳足迹及减排核证 Farm accounting, product carbon footprint and mitigation verification |
表4
我国奶牛与肉羊甲烷排放代表性实测数据"
| 研究对象与条件 Animal and condition | 测定方法 Measurement method | CH4实测值 Measured CH4 emission | 主要特征 Key feature |
|---|---|---|---|
| 杜泊×小尾寒羊杂交羯羊 Dorper × Small Tail Han crossbred wethers | 开路式呼吸测热 Open-circuit respiration calorimetry | 35.98—43.43 L·d-1 | 排放随日粮碳水化合物结构变化 Emissions varied with dietary carbohydrate structure |
| 放牧杂交绵羊,6月龄 Grazing crossbred sheep, 6 months old | 呼吸气体测定 Respiratory gas measurement | 12.53—15.38 g·d-1 8.33—15.34 g·kg-1 DMI | 补充放牧体系实测范围 Provides measurements under grazing conditions |
| 育肥湖羊,不同日粮条件 Fattening Hu sheep, different diets | 自动头箱 Automated head chamber | 31.99—34.35 g·d-1 18.91—19.60 g·kg-1 DMI | 补充育肥阶段生产条件实测数据 Provides measurements in fattening sheep |
| 荷斯坦后备牛,9、12、15月龄 Holstein heifers, 9, 12 and 15 months old | SF6示踪法 SF6 tracer technique | 105.2、137.4、209.4 g·d-1 | 排放随月龄和体重总体升高 Emissions generally increased with age and body weight |
| 荷斯坦干奶牛,48 头 Dry Holstein cows, n=48 | GreenFeed | 336 g·d-1 | 排放与体重和胎次相关 Associated with body weight and parity |
| 泌乳荷斯坦牛,商业牧场,111头 Lactating Holstein cows, commercial farm, n=111 | GreenFeed | 332 g·d-1 14.4 g·kg-1 DMI 9.18 g·kg-1 ECM | 大群体生产条件实测 Large-herd measurements under commercial conditions |
| 泌乳中后期荷斯坦牛,30头 Mid- to late-lactation Holstein cows, n=30 | GreenFeed | 401.60—426.01 g·d-1 11.31—12.19 g·kg-1 ECM | 补充近期泌乳牛实测范围 Provides recent measurements in lactating cows |
表5
反刍动物甲烷排放日粮营养调控措施及应用评价"
| 技术类型 Strategy | 代表措施 Representative measure | 主要机制 Main mechanism | 应用评价 Application consideration |
|---|---|---|---|
| 基础效率型 Efficiency-based strategies | 优化日粮结构、提高粗饲料质量和饲料效率 Diet optimization, improved forage quality and feed efficiency | 优化发酵底物,提高单位采食产品产出 Optimized fermentation substrates and greater output per unit intake | 适用范围广,生产基础性强 Broad applicability and high production relevance |
| 脂肪补充 Lipid supplementation | 油脂、油籽、脂肪酸钙 Fats, oilseeds and calcium salts of fatty acids | 减少可发酵底物,影响H2利用和微生物活性 Reduced fermentable substrates and altered H2 use and microbial activity | 适度减排,过量可能抑制纤维消化 Moderate mitigation; excess may impair fiber digestion |
| 替代氢受体 Alternative hydrogen sinks | 硝酸盐等 Nitrate and related compounds | 与产甲烷途径竞争H2 Competition for H2 with methanogenesis | 机制明确,需控制亚硝酸盐风险 Mechanistically clear; nitrite risk requires control |
| 靶向抑制剂 Targeted inhibitors | 3-NOP | 靶向 MCR,抑制甲烷生成 Targeting MCR to inhibit methanogenesis | 减排效果较稳定,需考虑成本和核证 Relatively consistent efficacy; cost and verification remain important |
| 植物次生代谢物 Plant secondary metabolites | 单宁、皂苷、精油、多酚 Tannins, saponins, essential oils and polyphenols | 调节产甲烷菌、原虫和发酵模式 Modulation of methanogens, protozoa and fermentation patterns | 效果受来源、剂量和日粮背景影响 Effects depend on source, dose and dietary context |
| 海藻类添加剂 Seaweed-derived additives | Asparagopsis spp. | 卤代活性物质抑制甲烷生成 Halogenated compounds inhibit methanogenesis | 减排潜力高,需关注安全性和供应 High mitigation potential; safety and supply require attention |
| 微生态调控 Microbiome modulation | 益生菌、直接饲喂微生物 Probiotics and direct-fed microbials | 改善瘤胃稳态和饲料利用 Improved rumen homeostasis and feed utilization | 效果相对间接,更适合评价排放强度 Generally indirect effects; better assessed by emission intensity |
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