近年来，全球气候在自然条件和人类活动的共同影响下显著变暖，这会对自然生态造成严重的影响。农业是温室气体的来源之一，作物种植、土壤呼吸、秸秆燃烧、动物肠道内发酵、粪肥管理等过程都会产生温室气体，如果对农业碳排放不加以控制，到2050年碳排放将再增加30%，这会对全球减排行动的整体效果造成不良影响[1]。中国西部地区作为我国重要的农业区，其区域分布范围广泛、农产品种类较多，因此减少我国西部地区农业碳排放有助于碳减排总目标的实现，同时也会为农业的可持续发展作出积极的贡献。 有关我国西部碳排放已有了较多的研究结果，CHAI Q等[2]和李昌珍[3]分别研究了间作和轮作方式作物碳排放的情况；俞永祥等[4]研究了覆膜对绿洲棉田土壤CO2通量和CO2浓度的影响；闫翠侠等[5]研究了生物炭对干旱区绿洲农田土壤呼吸的影响。此外还有学者用LMDI模型对兰州市农业碳源进行研究，兰州市农业碳排放总量总体呈明显增长趋势，其中农业经济发展的影响最大，产业结构转型和升级是减少碳排放的重要方法[6]。陕西省碳排放以年均15%左右的增长率在上升，人均GDP、能源结构、能源强度对碳排放的贡献度分别是72.3%、31.4%、-3.7%。因此，减少碳排放的主要突破口是能源结构的调整[7]。新疆农业碳排放总量呈上升趋势，畜牧养殖和农地利用是农业碳排放量的两大碳源，而农业经济发展水平的提高是农业碳排放增加的主要驱动力[8]。 对于家畜动物的研究，赵广永[9]对反刍动物瘤胃CH4产量预测模型进行了分析。杨博[10]用体外产气法测算了牦牛采食5种不同的牧草所产生的甲烷量。饲料加工之后对CH4产量也有一定程度的影响，如玉米秸秆经青贮处理后，纤维结构膨胀疏松，增大了与微生物纤维素酶的接触面积，从而降低CH4产量。据英国《每日邮报》报道，奶牛饲料中添加甲烷抑制剂3-NOP，甲烷排放量减少30%。此外，希尔扎提·巴依孜等[11]对新疆禽粪便排量进行了计算，对于规模养殖场，通过畜禽粪便的发酵产生沼气，或者通过技术处理产生有机肥，这不仅降低了甲烷排放量，还实现了资源的循环利用。 1 农产品碳排放研究方法综述 1.1 作物生产碳排放测定方法 （1）静态暗箱-气相色谱法。主要由箱体和底座2部分组成，箱体呈黑色，且由不透明的有机玻璃制成，目的是为了避免观测过程中光合作用对CO2的影响。箱体顶部打2个小孔，1个连接三通阀，1个采样时插入电子温度计。底座由不锈钢材料制成。每次采样前将采样箱置于底座凹槽内并用水密封保证箱内空气不与外界交换。开始采样后，在等间距的时间间隔内将气体收集于真空玻璃管中，浓度采用气相色谱同步测定。 （2）动态密闭气室法。使用不含CO2或已知其中CO2体积分数的空气，使之以一定的速率通过被密闭容器覆盖的土壤样品表面，然后用红外气体分析仪测量其中气体CO2的体积分数，从而根据其差值计算土壤呼吸速率。动态密闭气室法是动态气室法的一种。 （3）涡度相关法。涡度相关法是微气象法中的一种方式，可以长期、连续地对生态系统碳排放通量进行观测。主要由数据采集器、温湿度传感器、EC150、净辐射计、三维超声风速仪、土壤热通量板等组成。通过传感器对数据的采集测得CO2、热量和水的通量，从而推算出土壤CO2的排放通量。但是通量数据会受各到各种因素的影响，因此在使用前要对数据进行校正和质量控制，否则会产生很大的误差和不确定性。 1.2 家畜生产碳排放测定方法 （1）呼吸代谢室法。将提前适应环境的动物放在密闭呼吸室中，外界空气和室内的空气不断通过进气口和出气口进行流通，两端口可以收集气体，进、出口的速率可以随时人为控制，通过测定甲烷的浓度来算出甲烷排放量。该方法测定准确度高，但是难以区分与粪尿排放与反刍排放。 （2）头盒与面罩。头盒是用1个箱体罩在动物的头上，头以外的部分留在外面，头盒里面设有2个槽，分别用来存放置水和饲料，动物进食过程不会影响采样。而面罩仅仅罩住动物的口鼻，通过泵的吸抽就可以测定动物头部周围的气体浓度，根据甲烷浓度和空气流量就可得到甲烷排放浓度。该方法的优点是能够适用于多种不同的环境，但是肠道中甲烷的排放量无法测定。 （3）示踪法。主要采用的六氟化硫（SF6）示踪技术，将已知速率的六氟化硫气体渗透管放到动物瘤胃中，使其以较慢的、稳定的速率释放SF6，随着动物的呼吸和换气，它和甲烷一起排出。因为六氟化硫的排放速率已知，所以根据测得的六氟化硫和甲烷浓度比例计算出甲烷的排放率。此方法可以测定单个、群体动物的甲烷排放。 （4）体外产气法。主要理念是利用采集到的新鲜瘤胃液与缓冲物质、饲料等物质在模拟瘤胃的装置中进行一定时间的培养、处理，利用气相色谱仪测出甲烷气体浓度。 （5）激光技术。红外吸收光谱法是一种比较灵敏的检测方法。由于不同的气体分子会选择吸收特定波长的红外光，当气室光程保持不变时，红外激光垂直照射均匀分布的待测气体时，气体分子就会对光进行吸收，根据朗博-比尔定律可以算出待测气体的浓度。 2 农产品碳排放值综述 2.1 农作物碳排放值综述 土壤是一个巨大的碳库，土壤呼吸最主要的是植物根系呼吸和土壤微生物呼吸[12]，植物根系呼吸作为土壤呼吸的重要组分之一，在适宜环境下对土壤呼吸的贡献率高达90%。土壤呼吸受多种生物及非生物因子的影响，因此会产生很大的差异。 2.1.1 耕作方式对农作物碳排放的影响 刘博等[13]、张俊丽等[14]分别研究了耕作方式对春小麦、玉米碳排放的影响。由表1可知，免耕耕作能够降低CO2的排放量，其中春小麦CO2日排放通量较常规耕作减少8.0%，玉米CO2排放通量较翻耕、深松耕和旋耕减少62.7%、66.9%和43.5%。此外，张宇等[15]测得华北农田在翻耕、旋耕和免耕下CO2排放通量的最高值分别为1 716.10、1 520.81、1 166.03 mg/（m2·h）；杨玲[16]测得小麦整个生育期在翻耕、旋耕、免耕处理下CO2平均排放通量分别为416.88、389.88、358.56 mg/（m2·h）。 表1 耕作方式对农产品碳排放的影响[13-14]春小麦作物耕作措施CO2排放通量[mg/（m2·h）]常规耕作 104.89免耕耕作 96.49深松耕 670.93翻耕 594.49旋耕 392.70免耕 222.04玉米 深松耕、翻耕和旋耕等措施不同程度地对土壤进行扰动，破坏土壤结构，提升土壤通透性，有利于气体在土壤中的迁移和扩散，促进有机质的分解。此外还使微生物和根系的呼吸作用加强，从而呼吸速率加快[17]。而免耕耕作方式，可以在很大程度上减少土壤有机质的分解[18]，降低土壤中微生物对有机碳的利用，缓解土壤侵蚀[19]，同时可以减少土壤碳的净排放，稳固甚至提高土壤有机碳的含量。此外，免耕情况下使土壤团聚体稳定性和含量增加，尤其是大团聚体的形成变得更加容易，而此过程会使有机碳积累[20]。伏星舟等[21]研究表明，耕作方式可以通过激发土壤酶活性来影响碳排放。在整个生育期内，免耕处理下土壤蛋白酶活性、脲酶活性、碱性磷酸酶活性、蔗糖酶活性和β-葡萄糖苷酶活性分别较翻耕处理下增加38.02%，37.71%、15.37%，101.02%和17.58%。土壤中有机物质最大化的转化满足了微生物对养分的需求，大大促进了微生物的繁殖，从而保护了大量的微生物使其具有较高的酶活性，进而影响碳排放。 汪婧等[22]通过不同耕作措施试验表明，秸秆还田、免耕秸秆覆盖可以减少春小麦-豌豆双序轮作土壤中的CO2、N2O排放总量，增加了CH4气体吸收量（表2）。郭海斌等[23]研究得出，秸秆还田处理较秸秆不还田处理土壤呼吸速率降低了18%，土壤温度和土壤紧实度分别降低1.1%、7.1%。土壤紧实不利于气体在土壤中的扩散和迁移，降低有机碳的分解，进而影响土壤呼吸速率。另外，秸秆还田量也影响碳排放量，67%的秸秆还田和全量秸秆还田分别使土壤碳排放量减少28.25%、23.36%。但是也有人认为秸秆还田会增加气体排放，刘鸿飞[24]测得秸秆还田使稻田CH4排放量增加30%。宋秋来等[25]测得秸秆还田处理CO2排放总量较不还田处理多1.59～2.98 t/hm2。一方面，作物秸秆本身具有丰富的含碳元素物质，在腐烂、分解的过程中碳素释放出来，为土壤微生物提供丰富的碳素来源，促进微生物的呼吸，增加土壤微生物的数量和活性，有利于土壤有机碳的矿化。另一方面，大量的营养元素也有利于作物根系的生长，随着根系的生长将会产生更多的根系分泌物，这又促进了微生物的生长，进而增加了CO2产量。王维钰等[26]研究得出，秸秆还田在单季作物的生育期内能够提高土壤呼吸的平均速率和生育期呼吸总量，秸秆还田与免耕相结合的措施在连续多季作物生育期会降低土壤呼吸的平均速率和生育期呼吸总量。 表2 秸秆覆盖对农作物碳排放的影响[22]作物 耕作措施CO2排放通量[μmol/（m2·s）]N2O排放通量[mg/（m2·h）]CH4排放通量[mg/（m2·h）]春小麦传统耕作 0.203 6 0.089 1 -0.041 6免耕耕作 0.221 2 0.069 2 -0.078 0免耕秸秆覆盖 0.241 8 0.046 1 -0.081 8传统秸秆还田 0.224 9 0.065 6 -0.053 7豌豆传统耕作 0.273 6 0.123 4 -0.055 0免耕耕作 0.261 6 0.084 7 -0.073 7免耕秸秆覆盖 0.218 1 0.080 6 -0.066 2传统秸秆还田 0.236 0 0.035 0 -0.054 5 免耕秸秆覆盖作为一种保护性耕作措施，对碳排放具有一定的影响。任金虎[27]测得，春小麦在免耕秸秆覆盖下土壤呼吸速率的平均值较免耕、秸秆覆盖和传统耕作分别减少4.5%、11.21%和21.80%，豌豆的减少程度更大。孙小花等[28]研究发现5种保护性耕作措施（免耕秸秆覆盖、免耕、秸秆还田、传统耕作结合地膜覆盖、免耕结合地膜覆盖）中，免耕秸秆覆盖降低土壤呼吸作用最显著。吕锦慧等[29]利用GWP得出，小麦地免耕秸秆覆盖处理下大气温室效应贡献率最低。一方面，这可能源于免耕减少了土壤翻动次数，延长了土壤有机碳在土壤中的时间，减少了土壤有机碳的损失，从而抑制土壤呼吸；另一方面，秸秆覆盖后，将土壤表面和空气分隔开，阻碍了土壤与大气之间的气体交换，阻挡了土壤水的逸散，降低土壤温度等条件间接地降低土壤呼吸速率，减少碳排放。 表3 水分对碳排放的影响[36]作物 降雨雨前土壤平均呼吸速率[μmol/（m2·s）]雨后土壤平均呼吸速率[μmol/（m2·s）]小麦第1次降雨 2.01 3.71第2次降雨 3.59 5.41第3次降雨 5.28 4.44 2.1.2 水分对农作物碳排放的影响 土壤水分主要受植物根系呼吸和土壤微生物呼吸影响[30]。土壤水分能够直接或者间接地影响土壤呼吸。郭树芳等[31]发现，滴灌方式下土壤CO2排放通量均值较漫灌减少了35.76%，N2O排放通量较漫灌增加25.87%。综合来看，滴灌方式可减少土壤CO2和N2O的综合温室效应。李志国等[32]得出类似的结果，在整个生长季节，膜下滴灌处理的年土壤异氧呼吸通量较漫灌处理少，灌溉水量小；加上地膜的保水功能，土壤含水量高于漫灌处理，较高的土壤含水量可降低土壤的孔隙度和气体扩散力，降低了土壤干湿交替现象的发生，干湿交替的农田土壤较一直湿润的土壤碳排放量更大。牛海生等[33]却得出相反的结论，在整个生育期，滴灌土壤碳排放总量较漫灌土壤碳排放量高11.43%。张前兵[34]同样发现，膜下滴灌较漫灌下土壤碳排放量多205.1 kg/hm2。他们认为滴灌模式下水量小，对土壤结构基本没有破坏，蓬松的土壤和适宜的水分为微生物活性与根系呼吸创造了一个良好的环境，从而使得土壤呼吸较高。而漫灌使土壤含水量较高甚至达到饱和，这会增大对土体结构的破坏，提高土体紧实度，抑制了微生物和作物根系的呼吸。其次，覆膜不仅阻碍了土壤CO2向空气的扩散，还增加了土壤温度和湿度，影响微生物和根系呼吸。陶丽佳等[35]对马铃薯盆栽实验研究发现，滴灌和漫灌对土壤呼吸排放CO2差异不显著。 张红星等[36]研究了降雨对土壤呼吸的影响，不同的土壤水分状态在经过降雨后土壤呼吸有所不同（表3）。当土壤水分相对亏缺时降雨能够促进土壤呼吸，降雨后土壤呼吸能提高1.5～1.8倍，甚至有研究表明降雨后的土壤呼吸提高了9倍[37]。但是土壤水分饱和后，降雨又抑制了土壤呼吸，大约降低了16%。首先，亏缺降雨填充了土壤空隙，置换出土壤中的CO2，干旱时间越长，土壤中积累的CO2就越多，雨后碳排放量也就更大。其次，降雨促进根系呼吸，增加微生物的数量、活性和种类，加快了微生物的新陈代谢，也促进了有机质的分解[38]。另外，降雨为土壤微生物呼吸提供充足的底物，从而增加碳排放，比如降雨破坏了土壤团聚体的结构，部分有机物脱离土壤颗粒；土壤水势的增加使得部分微生物通过渗透调节作用排出含碳化合物，从而增加微生物的呼吸。水分过多时，土壤通透性变差，阻碍了CO2向空气中扩散，也阻碍了O2进入土壤，因此微生物对O2的利用率就下降，进而降低碳排放量。土壤水分过多也会造成缺氧环境，不利于作物有氧代谢，抑制作物根系的生长，从而降低植物根系呼吸。同时，降雨降低了土壤温度，对植物根系和微生物酶活性造成影响，影响碳排放。杜珊珊等[39]研究发现在传统耕作和免耕措施下降雨使得土壤呼吸的降幅范围分别为31.5%～89.2%和15.7%～59.9%，传统耕作处理下土壤呼吸对降雨更为敏感。此外，降雨累积量大于7～8 mm，或土壤含水量大于29%～30%时，降雨就会抑制土壤呼吸。降雨时长与呼吸速率的抑制强度成正比，但是时间超过1 h，抑制作用减弱。 2.1.3 施肥对农作物碳排放的影响 施肥是影响农业碳排放的重要因素之一。道力格亚[40]的研究表明：不同化肥配施后测得碳排放通量依次为氮磷钾和有机肥＞氮磷钾配施＞氮磷配施＞单施氮肥＞氮钾配施＞磷钾配施＞不施肥。氮磷钾和有机肥的配施使得碳排放通量达到最大（表4）。一方面是有机肥可以增加土壤有机质，为土壤呼吸提供充足的底物，还能增加根系的生物量，增加微生物分解活动和根系的呼吸；另一方面有机肥可以使土壤疏松、透气性加强，有机碳的分解速率提高。李平等[41]研究发现，氮肥与有机肥配施，CO2累计排放量远远高于单施氮肥，其中氮肥配施秸秆处理碳排放达到最大。原因是秸秆的碳氮比和秸秆本身的有机碳所占质量分数大于猪粪，碳源越多，微生物底物越多。另外相对猪粪，秸秆更能增加土壤水稳性团聚体的直径[42]。李秀云等[43]研究发现生物炭和氮肥配合使用可减少碳排放量，生物炭的加入不仅降低土壤微生物的活性，还吸附在土壤中的酶和有机物上，降低了有机碳的矿化，从而降低土壤CO2的排放。李叶杉等[44]研究发现，随着氮肥的添加，增加了土壤硝化和反硝化作用的底物，促进了微生物活动，增加了N2O和 CO2的量，但长期施氮会使土壤有机质快速消耗殆尽而抑制土壤CO2的排放。当施氮量从520 kg/hm2减少到400 kg/hm2，年均温室气体排放总量和温室气体排放强度分别减少约1.45 t/hm2、0.08 t/t[49]。金涛[45]从氮肥利用率和减少稻田碳排放2方面来考虑，咸宁地区氮肥用量以维持在120 kg/hm2为最佳。 表4 施肥对农作物碳排放的影响[40]作物小麦施肥措施碳排放通量[mg/（m2·h）]不施肥 95.24单施氮肥 112.18氮钾配施 109.79磷钾配施 98.8氮磷配施 128.69氮磷钾配施 135.72氮磷钾和有机肥 171.4 2.2 家畜甲烷排放值综述 2.2.1 精粗比对家畜甲烷排放的影响 随着日粮精粗比的提高，甲烷的排放量逐渐降低。肉牛公牛、阉牛和母牛的日粮精粗比从30︰70到70︰30，其CH4气体排放量分别降低了 602.17、651.04、640.88 mg/（m3·h）[46]，丙酸的产量显著提高（表 5）。绵羊精粗比从 35︰65到65︰35时，甲烷日排放量从79.32 L/d降低到36.07 L/d，几乎减少了一半[47]。细毛羊精粗比从2︰8变成4︰6时，甲烷日排放减少3.21 L/d[48]（表6）。此外娜仁花等[49]用青贮型日粮饲喂奶牛，精粗比从40︰60到60︰40时，甲烷的排放量减少了21%。40︰60日粮组的丙酸产量显著低于60︰40日粮组，而乙酸产量相反。樊霞等[50]测得混合日粮中稻草比例为25%、60%，较全稻草甲烷排放量平均值分别减少63.62、47.66 L/d，日粮精粗比对甲烷排放量有极显著的影响。CHURCH D C[51]和韩继福等[52]研究表明，甲烷与丙酸量呈负相关，甚至呈强负相关。由此可见，日粮的精粗比对甲烷排放量有非常重要的影响。日粮精粗比直接影响瘤胃的发酵模式，当粗料水平较高时，瘤胃主要进行乙酸发酵，瘤胃内大量增殖纤维分解菌，并伴随着大量的氢产生，底物氢的大量增加会刺激产甲烷菌的大量增殖，从而使CH4排放量升高。随着精料水平的提高，瘤胃进行丙酸发酵，瘤胃pH降低，抑制产甲烷菌与原虫的增殖，丙酸产量升高，丙酸发酵与甲烷菌竞争底物氢，最终降低CH4排放量。申芳丽[53]研究表明，最佳精粗比不超过60%，最高为70%。孙德成等[54]对荷斯坦奶牛的研究发现，精料比例超过70%时，会出现消化不良现象。 表5 日粮精粗比对家畜甲烷排放通量的影响[46]家畜日粮精粗比CH4排放通量[mg/（m3·h）]肉牛公牛30︰70 975.97 50︰50 454.53 70︰30 373.80阉牛30︰70 985.94 50︰50 421.64 70︰30 334.90母牛30︰70 993.94 50︰50 407.76 70︰30 353.06 表6 日粮精粗比对家畜甲烷排放总量的影响[47-48]家畜 日粮精粗比 CH4排放量（L/d）35︰65 79.32 50︰50 60.58 65︰35 36.07细毛羊 2︰8 32.89 4︰6 29.68绵羊 2.2.2 添加剂对家畜碳排放的影响 益生菌添加剂的饲喂会对甲烷生成量产生一定的影响。肖怡[55]在肉羊饲料中添加地衣芽孢杆菌后，甲烷的产生量较对照组（不添加）减少了 1.72、2.89、0.54 L/d，低、中剂量益生菌添加剂会明显降低甲烷排放量。一方面是因为适当的地衣芽孢杆菌减少了甲烷菌和原虫的数量，当含量过高时，对甲烷菌的抑制作用减弱；另一方面地衣芽孢杆菌可以促进动物机体对营养物质的吸收和利用，中、低剂量有利于减少甲烷。乔国华等[56]在奶牛饲料中加入地衣芽孢杆菌对总产气量没有影响 ，但是甲烷排放降低了37.91%，这说明对甲烷生成菌的抑制作用显著。于萍等[57]研究发现，犊牛添加纳豆枯草芽胞杆菌后，不同程度地增加了黄色瘤胃球菌、白色瘤胃球菌、溶纤维丁酸弧菌的数量。此外，还增加了纤维分解菌的数量，纳豆芽孢杆菌在肠道中的大量繁殖，消耗了胃肠道中的氧气，使胃肠道肠内氧浓度降低，厌氧菌的生长环境得到有效改善，使其更快地生长[58]。纳豆芽孢杆菌可促进瘤胃微生物发酵，添加1.5×1011cfu/d纳豆芽孢杆菌，产气量、氨氮浓度分别提高了11.89%、16.07%，pH下降；与对照相比，1.5×1011cfu/d纳豆枯草芽孢杆菌乙酸、丙酸和TVFA浓度分别提高10.43%、50.35%和20.70%[59]。唐海翠等[60]研究发现，日粮中添加酵母培养物能够提高瘤胃乙酸、丙酸、丁酸、TVFA浓度及乙酸丙酸比。在瘤胃微生物发酵苜蓿草期间添加活性酵母菌，甲烷产量降低20%，这主要是与氢利用转移有关[61]。NEWBOLD C J等[62]认为酵母培养物的作用很不稳定，其结果会受到诸多因素的影响，如日粮组成等。 郭雪峰等[63]通过体外产气法添加不同水平的甘草提取物来研究甲烷排放量。当添加水平保持不变时，甲烷的排放量随着发酵时间的增加而增大，同一发酵时间下，甲烷排放量随着甘草提取物浓度的增加而降低，当添加水平为7%时甲烷排放量的降低率达到32.27%。甘草提取物对甲烷的生成具有抑制作用，原因是加入甘草提取物后对瘤胃甲烷菌产生抑制作用，降低了产气量，另外瘤胃内pH值慢慢下降，导致乙酸浓度降低，而瘤胃中甲烷伴随着乙酸的形成而产生，因此添加甘草提取物降低了甲烷产量。冯志华[64]研究得出，奶牛饲料中加入添加10 g/d的蒺藜皂苷，最有利于甲烷产量降低，这可能与原虫数量减少、丙酸摩尔百分比升高和A/P值降低有关。陈丹丹[65]研究发现，桑叶黄酮、白藜芦醇、大蒜素和茶皂素等4种植物提取物均能抑制甲烷的排放量，其最佳的添加量分别为2、0.25、2、2 g。BECKER P M等[66]通过线性回归分析表明，1 mol儿茶素可以抑制1.2 mol甲烷的释放。 2.2.3 外界温度对家畜甲烷排放的影响 孙斌等[67]对新疆4个季节奶牛甲烷的排放进行了研究（表7）。结果表明，甲烷排放量夏季最大，冬季最小。干乳牛冬季甲烷排放量较春、夏、秋季分别降低了22.1%、23.9%、18.4%，泌乳牛甲烷排放量分别降低了21.8%、24.3%、18.5%。其原因是家畜瘤胃甲烷产量随着环境温度的降低而降低。即当温度降低时，瘤胃进行丙酸发酵，使得甲烷产量下降，在寒冷条件下，家畜瘤胃甲烷的产量会降低30%。颜志成等[68]认为，冬、春两季温度和光照不同。相比冬季，春季温度和光照更高，奶牛干物质采食量高，甲烷转化因子较高，从而引起甲烷产量的增加。陈昌明[69]发现当外界温度在27.5～33.4℃时，瘤胃VFA浓度增加，乙酸与丙酸的比例增加;而持续高温或曝晒，动物就会处于严重的热应激状态，VFA浓度、乙酸与丙酸的比例降低，从而抑制了瘤胃代谢。另外，温度影响瘤胃后送速率，温暖环境中瘤胃液在消化道总停滞时间较寒冷环境长，当外界温度从18.2℃上升到32℃时，瘤胃液平均停滞时间增加6.6 h。 表7 外界温度对家畜碳排放的影响[67]家畜季节CH4排放通量[g/（头·d）]干乳牛春季 228.73夏季 234.09秋季 218.35冬季 178.22泌乳牛春季 304.49夏季 314.43秋季 292.11冬季 238.07 3 结论 对于农作物而言，采取保护性耕作、秸秆还田等方式有助于减少作物碳排放；干旱和土壤水分相对亏缺时的强降雨总体上促进土壤呼吸，增加碳排放；施肥对碳排放也有一定促进作用。此外，农作物碳排放还受到地温、气温、覆膜等因素的影响。目前的研究大多集中在单一因素（如常规和免耕之间对比研究）或少数因素相结合（如灌溉配合施肥、免耕结合秸秆还田之间的研究）对某1种或2种温室气体的影响。今后研究应该在控制各因素的前提下，明确多因素交互作用之间的量化关系，并且对温室气体进行全面研究，以便更深入研究农作物碳排放。 对于家畜而言，主要从日粮精粗比、添加剂、外界温度3个方面来研究对甲烷排放量的影响，适量提高精粗比和降低外界温度使瘤胃进行丙酸发酵，甲烷产量下降。而添加剂通过影响瘤胃发酵类型、微生物的活性、原虫而降低甲烷的排放量。大多数的研究是单一机制对甲烷产量的影响，并且这些机制对不同类型、不同年龄阶段的动物碳排放研究较少。因此，多因素的交替影响、影响时间的长短、影响的效果是今后研究的方向，并且针对不同品种、类型、年龄阶段的动物制定出适宜的饲养方式和减排措施。 4 减排措施 4.1 作物减排措施 4.1.1 采用保护性耕作方式 少耕、免耕等保护性耕作措施可减少土壤扰动，降低土壤有机质的分解，改善土壤结构，减少碳排放；免耕秸秆覆盖将土壤表面和空气分隔开，阻碍了土壤与大气之间的气体交换，降低土壤温度等，间接地影响土壤呼吸速率。此外轮作、间作的耕作方式也有助于减少碳排放。秦安振[70]研究发现采用玉米-小麦、玉米-豌豆、玉米-油菜间作较玉米单作碳排放降低了36%、48%、148%。冯夕等[71]发现冬水田变为水稻-油菜、水稻-儿菜的轮作方式后，CH4排放量下降，CO2的吸收量和N2O的排放量增加，从综合GWP来看，水旱轮作系统能显著减少农田生态系统的碳排放。 4.1.2 采用滴灌方式 采取控制滴灌、渗灌方式可减少碳排放。滴灌下水量小，水流速度慢，由于在有限的范围内灌溉，周围其他土壤始终保持干燥状态，从而将会减少土壤碳排放。王亚芳等[72]发现相比传统畦灌，滴灌方式可显著降低土壤CO2排放量，有利于土壤有机质的积累。孙芳[73]研究新疆地区采用滴灌技术，每 667 m2农田可减少 0.19～0.22 t CO2。LI Z G 等[74]研究发现采用覆膜滴灌土壤CO2排放降低约100 gC/（m2·a），对稻田CH4的排放抑制效果更明显。 4.1.3 肥料管理 目前氮肥在农业生产中应用较为广泛，氮元素的大量堆积可增加温室效应，因此减少氮量的使用即减少了土壤硝化作用和反硝化作用的底物，从而降低了N2O的排放。减量施氮配合硝化抑制剂或缓控肥，减排效果更加明显。吴得峰[75]研究表明，相比传统施氮，减量施氮配硝化抑制剂或缓控肥温室气体年累积排放量降幅达到46.0%、34.7%。合理使用有机肥也能达到减排的效果，如沼气池产生的沼渣，由于沼渣在沼气池中经过发酵分解，已经产生了大量的沼气，因此供微生物利用的有机营养物减少。陶战等[76]研究表明，相比农家肥，4种沼渣甲烷排放总量减少了95%～98%。 4.2 家畜减排措施 4.2.1 提高日粮精粗比 改变日粮的精粗比，实质是改变家畜瘤胃内乙酸和丙酸的比例。日粮精粗比提高，瘤胃内乙酸浓度降低，丙酸浓度增加，甲烷产量降低，当丙酸的比例超过33%时，会影响动物生产性能。另外CH4和CO2排放总量与饲喂方式也有关。在一定范围内，少量多次饲喂可提高饲利用率和吸收率，从而使瘤胃内pH值趋于稳定，有利于瘤胃内纤维物质的降解和瘤胃发酵。先粗后精，先粗后多次添加精料的饲喂方式有利于瘤胃产生丙酸，不仅可以使CH4和CO2的排放量减少，而且动物生产性能有所改善。 4.2.2 加入添加剂 日粮饲料中适量的加入一些脂类添加剂、植物提取添加剂、益生菌等都可降低甲烷产量。黄小丹[77]研究表明，在燕麦干草、燕麦干草混合玉米精料的日粮中添加椰子油，绵羊瘤胃甲烷产量分别下降了75%、65.2%，甲烷菌数量受到抑制，乙酸浓度呈降低趋势，丙酸则相反，乙酸/丙酸浓度显著减低。酵母培养物和皂甙也能有效降低甲烷产生量，酵母菌培养物主要是刺激产乙酸菌和产甲烷菌争夺H2的能力而减少甲烷排放，皂甙主要是通过抑制原虫，直接毒害甲烷菌使甲烷量减少。 4.2.3 粪便充分管理和利用 在清除粪便的过程中，用干清粪代替水冲清粪，或将固液分离，良好的透气状况促进CO2的形成，抑制CH4的形成，从而减少温室气体的排放。在贮存粪便的过程中，降低粪便堆放高度、粪便翻堆也可明显降低甲烷的排放量。猪粪、蛋鸡粪、肉鸡粪翻堆后减排率分别为67.41%、36.33%、75.94%[78]。利用粪便产生沼气，不仅充分利用资源，也降低碳排放。李培培等[79]测得青岛地区猪粪生产沼气量能够使粪便管理过程中的CH4和N2O排放量分别减少2 134.97 t和73.55 t，相当于粪便管理过程中的CO2排放量减少了34.07万t。 [1]TUBLELLOF N,SALATORE M,GOLECR C,et al.Agriculture,forestry and other land use emissions by sources and removals by sinks:1990-2011 analysis[J].FAO Statistics Division,2014,4(2):375-376. 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[79]李培培，王建华，张宝珣，等.青岛地区猪粪便资源测算及沼气生产潜力评价[J].国外畜牧学（猪与禽），2018，38（10）：38-40. 近年来，全球气候在自然条件和人类活动的共同影响下显著变暖，这会对自然生态造成严重的影响。农业是温室气体的来源之一，作物种植、土壤呼吸、秸秆燃烧、动物肠道内发酵、粪肥管理等过程都会产生温室气体，如果对农业碳排放不加以控制，到2050年碳排放将再增加30%，这会对全球减排行动的整体效果造成不良影响[1]。中国西部地区作为我国重要的农业区，其区域分布范围广泛、农产品种类较多，因此减少我国西部地区农业碳排放有助于碳减排总目标的实现，同时也会为农业的可持续发展作出积极的贡献。有关我国西部碳排放已有了较多的研究结果，CHAI Q等[2]和李昌珍[3]分别研究了间作和轮作方式作物碳排放的情况；俞永祥等[4]研究了覆膜对绿洲棉田土壤CO2通量和CO2浓度的影响；闫翠侠等[5]研究了生物炭对干旱区绿洲农田土壤呼吸的影响。此外还有学者用LMDI模型对兰州市农业碳源进行研究，兰州市农业碳排放总量总体呈明显增长趋势，其中农业经济发展的影响最大，产业结构转型和升级是减少碳排放的重要方法[6]。陕西省碳排放以年均15%左右的增长率在上升，人均GDP、能源结构、能源强度对碳排放的贡献度分别是72.3%、31.4%、-3.7%。因此，减少碳排放的主要突破口是能源结构的调整[7]。新疆农业碳排放总量呈上升趋势，畜牧养殖和农地利用是农业碳排放量的两大碳源，而农业经济发展水平的提高是农业碳排放增加的主要驱动力[8]。对于家畜动物的研究，赵广永[9]对反刍动物瘤胃CH4产量预测模型进行了分析。杨博[10]用体外产气法测算了牦牛采食5种不同的牧草所产生的甲烷量。饲料加工之后对CH4产量也有一定程度的影响，如玉米秸秆经青贮处理后，纤维结构膨胀疏松，增大了与微生物纤维素酶的接触面积，从而降低CH4产量。据英国《每日邮报》报道，奶牛饲料中添加甲烷抑制剂3-NOP，甲烷排放量减少30%。此外，希尔扎提·巴依孜等[11]对新疆禽粪便排量进行了计算，对于规模养殖场，通过畜禽粪便的发酵产生沼气，或者通过技术处理产生有机肥，这不仅降低了甲烷排放量，还实现了资源的循环利用。1 农产品碳排放研究方法综述1.1 作物生产碳排放测定方法（1）静态暗箱-气相色谱法。主要由箱体和底座2部分组成，箱体呈黑色，且由不透明的有机玻璃制成，目的是为了避免观测过程中光合作用对CO2的影响。箱体顶部打2个小孔，1个连接三通阀，1个采样时插入电子温度计。底座由不锈钢材料制成。每次采样前将采样箱置于底座凹槽内并用水密封保证箱内空气不与外界交换。开始采样后，在等间距的时间间隔内将气体收集于真空玻璃管中，浓度采用气相色谱同步测定。（2）动态密闭气室法。使用不含CO2或已知其中CO2体积分数的空气，使之以一定的速率通过被密闭容器覆盖的土壤样品表面，然后用红外气体分析仪测量其中气体CO2的体积分数，从而根据其差值计算土壤呼吸速率。动态密闭气室法是动态气室法的一种。（3）涡度相关法。涡度相关法是微气象法中的一种方式，可以长期、连续地对生态系统碳排放通量进行观测。主要由数据采集器、温湿度传感器、EC150、净辐射计、三维超声风速仪、土壤热通量板等组成。通过传感器对数据的采集测得CO2、热量和水的通量，从而推算出土壤CO2的排放通量。但是通量数据会受各到各种因素的影响，因此在使用前要对数据进行校正和质量控制，否则会产生很大的误差和不确定性。1.2 家畜生产碳排放测定方法（1）呼吸代谢室法。将提前适应环境的动物放在密闭呼吸室中，外界空气和室内的空气不断通过进气口和出气口进行流通，两端口可以收集气体，进、出口的速率可以随时人为控制，通过测定甲烷的浓度来算出甲烷排放量。该方法测定准确度高，但是难以区分与粪尿排放与反刍排放。（2）头盒与面罩。头盒是用1个箱体罩在动物的头上，头以外的部分留在外面，头盒里面设有2个槽，分别用来存放置水和饲料，动物进食过程不会影响采样。而面罩仅仅罩住动物的口鼻，通过泵的吸抽就可以测定动物头部周围的气体浓度，根据甲烷浓度和空气流量就可得到甲烷排放浓度。该方法的优点是能够适用于多种不同的环境，但是肠道中甲烷的排放量无法测定。（3）示踪法。主要采用的六氟化硫（SF6）示踪技术，将已知速率的六氟化硫气体渗透管放到动物瘤胃中，使其以较慢的、稳定的速率释放SF6，随着动物的呼吸和换气，它和甲烷一起排出。因为六氟化硫的排放速率已知，所以根据测得的六氟化硫和甲烷浓度比例计算出甲烷的排放率。此方法可以测定单个、群体动物的甲烷排放。（4）体外产气法。主要理念是利用采集到的新鲜瘤胃液与缓冲物质、饲料等物质在模拟瘤胃的装置中进行一定时间的培养、处理，利用气相色谱仪测出甲烷气体浓度。（5）激光技术。红外吸收光谱法是一种比较灵敏的检测方法。由于不同的气体分子会选择吸收特定波长的红外光，当气室光程保持不变时，红外激光垂直照射均匀分布的待测气体时，气体分子就会对光进行吸收，根据朗博-比尔定律可以算出待测气体的浓度。2 农产品碳排放值综述2.1 农作物碳排放值综述土壤是一个巨大的碳库，土壤呼吸最主要的是植物根系呼吸和土壤微生物呼吸[12]，植物根系呼吸作为土壤呼吸的重要组分之一，在适宜环境下对土壤呼吸的贡献率高达90%。土壤呼吸受多种生物及非生物因子的影响，因此会产生很大的差异。2.1.1 耕作方式对农作物碳排放的影响刘博等[13]、张俊丽等[14]分别研究了耕作方式对春小麦、玉米碳排放的影响。由表1可知，免耕耕作能够降低CO2的排放量，其中春小麦CO2日排放通量较常规耕作减少8.0%，玉米CO2排放通量较翻耕、深松耕和旋耕减少62.7%、66.9%和43.5%。此外，张宇等[15]测得华北农田在翻耕、旋耕和免耕下CO2排放通量的最高值分别为1 716.10、1 520.81、1 166.03 mg/（m2·h）；杨玲[16]测得小麦整个生育期在翻耕、旋耕、免耕处理下CO2平均排放通量分别为416.88、389.88、358.56 mg/（m2·h）。表1 耕作方式对农产品碳排放的影响[13-14]春小麦作物耕作措施CO2排放通量[mg/（m2·h）]常规耕作 104.89免耕耕作 96.49深松耕 670.93翻耕 594.49旋耕 392.70免耕 222.04玉米深松耕、翻耕和旋耕等措施不同程度地对土壤进行扰动，破坏土壤结构，提升土壤通透性，有利于气体在土壤中的迁移和扩散，促进有机质的分解。此外还使微生物和根系的呼吸作用加强，从而呼吸速率加快[17]。而免耕耕作方式，可以在很大程度上减少土壤有机质的分解[18]，降低土壤中微生物对有机碳的利用，缓解土壤侵蚀[19]，同时可以减少土壤碳的净排放，稳固甚至提高土壤有机碳的含量。此外，免耕情况下使土壤团聚体稳定性和含量增加，尤其是大团聚体的形成变得更加容易，而此过程会使有机碳积累[20]。伏星舟等[21]研究表明，耕作方式可以通过激发土壤酶活性来影响碳排放。在整个生育期内，免耕处理下土壤蛋白酶活性、脲酶活性、碱性磷酸酶活性、蔗糖酶活性和β-葡萄糖苷酶活性分别较翻耕处理下增加38.02%，37.71%、15.37%，101.02%和17.58%。土壤中有机物质最大化的转化满足了微生物对养分的需求，大大促进了微生物的繁殖，从而保护了大量的微生物使其具有较高的酶活性，进而影响碳排放。汪婧等[22]通过不同耕作措施试验表明，秸秆还田、免耕秸秆覆盖可以减少春小麦-豌豆双序轮作土壤中的CO2、N2O排放总量，增加了CH4气体吸收量（表2）。郭海斌等[23]研究得出，秸秆还田处理较秸秆不还田处理土壤呼吸速率降低了18%，土壤温度和土壤紧实度分别降低1.1%、7.1%。土壤紧实不利于气体在土壤中的扩散和迁移，降低有机碳的分解，进而影响土壤呼吸速率。另外，秸秆还田量也影响碳排放量，67%的秸秆还田和全量秸秆还田分别使土壤碳排放量减少28.25%、23.36%。但是也有人认为秸秆还田会增加气体排放，刘鸿飞[24]测得秸秆还田使稻田CH4排放量增加30%。宋秋来等[25]测得秸秆还田处理CO2排放总量较不还田处理多1.59～2.98 t/hm2。一方面，作物秸秆本身具有丰富的含碳元素物质，在腐烂、分解的过程中碳素释放出来，为土壤微生物提供丰富的碳素来源，促进微生物的呼吸，增加土壤微生物的数量和活性，有利于土壤有机碳的矿化。另一方面，大量的营养元素也有利于作物根系的生长，随着根系的生长将会产生更多的根系分泌物，这又促进了微生物的生长，进而增加了CO2产量。王维钰等[26]研究得出，秸秆还田在单季作物的生育期内能够提高土壤呼吸的平均速率和生育期呼吸总量，秸秆还田与免耕相结合的措施在连续多季作物生育期会降低土壤呼吸的平均速率和生育期呼吸总量。表2 秸秆覆盖对农作物碳排放的影响[22]作物 耕作措施CO2排放通量[μmol/（m2·s）]N2O排放通量[mg/（m2·h）]CH4排放通量[mg/（m2·h）]春小麦传统耕作 0.203 6 0.089 1 -0.041 6免耕耕作 0.221 2 0.069 2 -0.078 0免耕秸秆覆盖 0.241 8 0.046 1 -0.081 8传统秸秆还田 0.224 9 0.065 6 -0.053 7豌豆传统耕作 0.273 6 0.123 4 -0.055 0免耕耕作 0.261 6 0.084 7 -0.073 7免耕秸秆覆盖 0.218 1 0.080 6 -0.066 2传统秸秆还田 0.236 0 0.035 0 -0.054 5免耕秸秆覆盖作为一种保护性耕作措施，对碳排放具有一定的影响。任金虎[27]测得，春小麦在免耕秸秆覆盖下土壤呼吸速率的平均值较免耕、秸秆覆盖和传统耕作分别减少4.5%、11.21%和21.80%，豌豆的减少程度更大。孙小花等[28]研究发现5种保护性耕作措施（免耕秸秆覆盖、免耕、秸秆还田、传统耕作结合地膜覆盖、免耕结合地膜覆盖）中，免耕秸秆覆盖降低土壤呼吸作用最显著。吕锦慧等[29]利用GWP得出，小麦地免耕秸秆覆盖处理下大气温室效应贡献率最低。一方面，这可能源于免耕减少了土壤翻动次数，延长了土壤有机碳在土壤中的时间，减少了土壤有机碳的损失，从而抑制土壤呼吸；另一方面，秸秆覆盖后，将土壤表面和空气分隔开，阻碍了土壤与大气之间的气体交换，阻挡了土壤水的逸散，降低土壤温度等条件间接地降低土壤呼吸速率，减少碳排放。表3 水分对碳排放的影响[36]作物 降雨雨前土壤平均呼吸速率[μmol/（m2·s）]雨后土壤平均呼吸速率[μmol/（m2·s）]小麦第1次降雨 2.01 3.71第2次降雨 3.59 5.41第3次降雨 5.28 4.442.1.2 水分对农作物碳排放的影响土壤水分主要受植物根系呼吸和土壤微生物呼吸影响[30]。土壤水分能够直接或者间接地影响土壤呼吸。郭树芳等[31]发现，滴灌方式下土壤CO2排放通量均值较漫灌减少了35.76%，N2O排放通量较漫灌增加25.87%。综合来看，滴灌方式可减少土壤CO2和N2O的综合温室效应。李志国等[32]得出类似的结果，在整个生长季节，膜下滴灌处理的年土壤异氧呼吸通量较漫灌处理少，灌溉水量小；加上地膜的保水功能，土壤含水量高于漫灌处理，较高的土壤含水量可降低土壤的孔隙度和气体扩散力，降低了土壤干湿交替现象的发生，干湿交替的农田土壤较一直湿润的土壤碳排放量更大。牛海生等[33]却得出相反的结论，在整个生育期，滴灌土壤碳排放总量较漫灌土壤碳排放量高11.43%。张前兵[34]同样发现，膜下滴灌较漫灌下土壤碳排放量多205.1 kg/hm2。他们认为滴灌模式下水量小，对土壤结构基本没有破坏，蓬松的土壤和适宜的水分为微生物活性与根系呼吸创造了一个良好的环境，从而使得土壤呼吸较高。而漫灌使土壤含水量较高甚至达到饱和，这会增大对土体结构的破坏，提高土体紧实度，抑制了微生物和作物根系的呼吸。其次，覆膜不仅阻碍了土壤CO2向空气的扩散，还增加了土壤温度和湿度，影响微生物和根系呼吸。陶丽佳等[35]对马铃薯盆栽实验研究发现，滴灌和漫灌对土壤呼吸排放CO2差异不显著。张红星等[36]研究了降雨对土壤呼吸的影响，不同的土壤水分状态在经过降雨后土壤呼吸有所不同（表3）。当土壤水分相对亏缺时降雨能够促进土壤呼吸，降雨后土壤呼吸能提高1.5～1.8倍，甚至有研究表明降雨后的土壤呼吸提高了9倍[37]。但是土壤水分饱和后，降雨又抑制了土壤呼吸，大约降低了16%。首先，亏缺降雨填充了土壤空隙，置换出土壤中的CO2，干旱时间越长，土壤中积累的CO2就越多，雨后碳排放量也就更大。其次，降雨促进根系呼吸，增加微生物的数量、活性和种类，加快了微生物的新陈代谢，也促进了有机质的分解[38]。另外，降雨为土壤微生物呼吸提供充足的底物，从而增加碳排放，比如降雨破坏了土壤团聚体的结构，部分有机物脱离土壤颗粒；土壤水势的增加使得部分微生物通过渗透调节作用排出含碳化合物，从而增加微生物的呼吸。水分过多时，土壤通透性变差，阻碍了CO2向空气中扩散，也阻碍了O2进入土壤，因此微生物对O2的利用率就下降，进而降低碳排放量。土壤水分过多也会造成缺氧环境，不利于作物有氧代谢，抑制作物根系的生长，从而降低植物根系呼吸。同时，降雨降低了土壤温度，对植物根系和微生物酶活性造成影响，影响碳排放。杜珊珊等[39]研究发现在传统耕作和免耕措施下降雨使得土壤呼吸的降幅范围分别为31.5%～89.2%和15.7%～59.9%，传统耕作处理下土壤呼吸对降雨更为敏感。此外，降雨累积量大于7～8 mm，或土壤含水量大于29%～30%时，降雨就会抑制土壤呼吸。降雨时长与呼吸速率的抑制强度成正比，但是时间超过1 h，抑制作用减弱。2.1.3 施肥对农作物碳排放的影响施肥是影响农业碳排放的重要因素之一。道力格亚[40]的研究表明：不同化肥配施后测得碳排放通量依次为氮磷钾和有机肥＞氮磷钾配施＞氮磷配施＞单施氮肥＞氮钾配施＞磷钾配施＞不施肥。氮磷钾和有机肥的配施使得碳排放通量达到最大（表4）。一方面是有机肥可以增加土壤有机质，为土壤呼吸提供充足的底物，还能增加根系的生物量，增加微生物分解活动和根系的呼吸；另一方面有机肥可以使土壤疏松、透气性加强，有机碳的分解速率提高。李平等[41]研究发现，氮肥与有机肥配施，CO2累计排放量远远高于单施氮肥，其中氮肥配施秸秆处理碳排放达到最大。原因是秸秆的碳氮比和秸秆本身的有机碳所占质量分数大于猪粪，碳源越多，微生物底物越多。另外相对猪粪，秸秆更能增加土壤水稳性团聚体的直径[42]。李秀云等[43]研究发现生物炭和氮肥配合使用可减少碳排放量，生物炭的加入不仅降低土壤微生物的活性，还吸附在土壤中的酶和有机物上，降低了有机碳的矿化，从而降低土壤CO2的排放。李叶杉等[44]研究发现，随着氮肥的添加，增加了土壤硝化和反硝化作用的底物，促进了微生物活动，增加了N2O和 CO2的量，但长期施氮会使土壤有机质快速消耗殆尽而抑制土壤CO2的排放。当施氮量从520 kg/hm2减少到400 kg/hm2，年均温室气体排放总量和温室气体排放强度分别减少约1.45 t/hm2、0.08 t/t[49]。金涛[45]从氮肥利用率和减少稻田碳排放2方面来考虑，咸宁地区氮肥用量以维持在120 kg/hm2为最佳。表4 施肥对农作物碳排放的影响[40]作物小麦施肥措施碳排放通量[mg/（m2·h）]不施肥 95.24单施氮肥 112.18氮钾配施 109.79磷钾配施 98.8氮磷配施 128.69氮磷钾配施 135.72氮磷钾和有机肥 171.42.2 家畜甲烷排放值综述2.2.1 精粗比对家畜甲烷排放的影响随着日粮精粗比的提高，甲烷的排放量逐渐降低。肉牛公牛、阉牛和母牛的日粮精粗比从30︰70到70︰30，其CH4气体排放量分别降低了 602.17、651.04、640.88 mg/（m3·h）[46]，丙酸的产量显著提高（表 5）。绵羊精粗比从 35︰65到65︰35时，甲烷日排放量从79.32 L/d降低到36.07 L/d，几乎减少了一半[47]。细毛羊精粗比从2︰8变成4︰6时，甲烷日排放减少3.21 L/d[48]（表6）。此外娜仁花等[49]用青贮型日粮饲喂奶牛，精粗比从40︰60到60︰40时，甲烷的排放量减少了21%。40︰60日粮组的丙酸产量显著低于60︰40日粮组，而乙酸产量相反。樊霞等[50]测得混合日粮中稻草比例为25%、60%，较全稻草甲烷排放量平均值分别减少63.62、47.66 L/d，日粮精粗比对甲烷排放量有极显著的影响。CHURCH D C[51]和韩继福等[52]研究表明，甲烷与丙酸量呈负相关，甚至呈强负相关。由此可见，日粮的精粗比对甲烷排放量有非常重要的影响。日粮精粗比直接影响瘤胃的发酵模式，当粗料水平较高时，瘤胃主要进行乙酸发酵，瘤胃内大量增殖纤维分解菌，并伴随着大量的氢产生，底物氢的大量增加会刺激产甲烷菌的大量增殖，从而使CH4排放量升高。随着精料水平的提高，瘤胃进行丙酸发酵，瘤胃pH降低，抑制产甲烷菌与原虫的增殖，丙酸产量升高，丙酸发酵与甲烷菌竞争底物氢，最终降低CH4排放量。申芳丽[53]研究表明，最佳精粗比不超过60%，最高为70%。孙德成等[54]对荷斯坦奶牛的研究发现，精料比例超过70%时，会出现消化不良现象。表5 日粮精粗比对家畜甲烷排放通量的影响[46]家畜日粮精粗比CH4排放通量[mg/（m3·h）]肉牛公牛30︰70 975.97 50︰50 454.53 70︰30 373.80阉牛30︰70 985.94 50︰50 421.64 70︰30 334.90母牛30︰70 993.94 50︰50 407.76 70︰30 353.06表6 日粮精粗比对家畜甲烷排放总量的影响[47-48]家畜 日粮精粗比 CH4排放量（L/d）35︰65 79.32 50︰50 60.58 65︰35 36.07细毛羊 2︰8 32.89 4︰6 29.68绵羊2.2.2 添加剂对家畜碳排放的影响益生菌添加剂的饲喂会对甲烷生成量产生一定的影响。肖怡[55]在肉羊饲料中添加地衣芽孢杆菌后，甲烷的产生量较对照组（不添加）减少了 1.72、2.89、0.54 L/d，低、中剂量益生菌添加剂会明显降低甲烷排放量。一方面是因为适当的地衣芽孢杆菌减少了甲烷菌和原虫的数量，当含量过高时，对甲烷菌的抑制作用减弱；另一方面地衣芽孢杆菌可以促进动物机体对营养物质的吸收和利用，中、低剂量有利于减少甲烷。乔国华等[56]在奶牛饲料中加入地衣芽孢杆菌对总产气量没有影响 ，但是甲烷排放降低了37.91%，这说明对甲烷生成菌的抑制作用显著。于萍等[57]研究发现，犊牛添加纳豆枯草芽胞杆菌后，不同程度地增加了黄色瘤胃球菌、白色瘤胃球菌、溶纤维丁酸弧菌的数量。此外，还增加了纤维分解菌的数量，纳豆芽孢杆菌在肠道中的大量繁殖，消耗了胃肠道中的氧气，使胃肠道肠内氧浓度降低，厌氧菌的生长环境得到有效改善，使其更快地生长[58]。纳豆芽孢杆菌可促进瘤胃微生物发酵，添加1.5×1011cfu/d纳豆芽孢杆菌，产气量、氨氮浓度分别提高了11.89%、16.07%，pH下降；与对照相比，1.5×1011cfu/d纳豆枯草芽孢杆菌乙酸、丙酸和TVFA浓度分别提高10.43%、50.35%和20.70%[59]。唐海翠等[60]研究发现，日粮中添加酵母培养物能够提高瘤胃乙酸、丙酸、丁酸、TVFA浓度及乙酸丙酸比。在瘤胃微生物发酵苜蓿草期间添加活性酵母菌，甲烷产量降低20%，这主要是与氢利用转移有关[61]。NEWBOLD C J等[62]认为酵母培养物的作用很不稳定，其结果会受到诸多因素的影响，如日粮组成等。郭雪峰等[63]通过体外产气法添加不同水平的甘草提取物来研究甲烷排放量。当添加水平保持不变时，甲烷的排放量随着发酵时间的增加而增大，同一发酵时间下，甲烷排放量随着甘草提取物浓度的增加而降低，当添加水平为7%时甲烷排放量的降低率达到32.27%。甘草提取物对甲烷的生成具有抑制作用，原因是加入甘草提取物后对瘤胃甲烷菌产生抑制作用，降低了产气量，另外瘤胃内pH值慢慢下降，导致乙酸浓度降低，而瘤胃中甲烷伴随着乙酸的形成而产生，因此添加甘草提取物降低了甲烷产量。冯志华[64]研究得出，奶牛饲料中加入添加10 g/d的蒺藜皂苷，最有利于甲烷产量降低，这可能与原虫数量减少、丙酸摩尔百分比升高和A/P值降低有关。陈丹丹[65]研究发现，桑叶黄酮、白藜芦醇、大蒜素和茶皂素等4种植物提取物均能抑制甲烷的排放量，其最佳的添加量分别为2、0.25、2、2 g。BECKER P M等[66]通过线性回归分析表明，1 mol儿茶素可以抑制1.2 mol甲烷的释放。2.2.3 外界温度对家畜甲烷排放的影响孙斌等[67]对新疆4个季节奶牛甲烷的排放进行了研究（表7）。结果表明，甲烷排放量夏季最大，冬季最小。干乳牛冬季甲烷排放量较春、夏、秋季分别降低了22.1%、23.9%、18.4%，泌乳牛甲烷排放量分别降低了21.8%、24.3%、18.5%。其原因是家畜瘤胃甲烷产量随着环境温度的降低而降低。即当温度降低时，瘤胃进行丙酸发酵，使得甲烷产量下降，在寒冷条件下，家畜瘤胃甲烷的产量会降低30%。颜志成等[68]认为，冬、春两季温度和光照不同。相比冬季，春季温度和光照更高，奶牛干物质采食量高，甲烷转化因子较高，从而引起甲烷产量的增加。陈昌明[69]发现当外界温度在27.5～33.4℃时，瘤胃VFA浓度增加，乙酸与丙酸的比例增加;而持续高温或曝晒，动物就会处于严重的热应激状态，VFA浓度、乙酸与丙酸的比例降低，从而抑制了瘤胃代谢。另外，温度影响瘤胃后送速率，温暖环境中瘤胃液在消化道总停滞时间较寒冷环境长，当外界温度从18.2℃上升到32℃时，瘤胃液平均停滞时间增加6.6 h。表7 外界温度对家畜碳排放的影响[67]家畜季节CH4排放通量[g/（头·d）]干乳牛春季 228.73夏季 234.09秋季 218.35冬季 178.22泌乳牛春季 304.49夏季 314.43秋季 292.11冬季 238.073 结论对于农作物而言，采取保护性耕作、秸秆还田等方式有助于减少作物碳排放；干旱和土壤水分相对亏缺时的强降雨总体上促进土壤呼吸，增加碳排放；施肥对碳排放也有一定促进作用。此外，农作物碳排放还受到地温、气温、覆膜等因素的影响。目前的研究大多集中在单一因素（如常规和免耕之间对比研究）或少数因素相结合（如灌溉配合施肥、免耕结合秸秆还田之间的研究）对某1种或2种温室气体的影响。今后研究应该在控制各因素的前提下，明确多因素交互作用之间的量化关系，并且对温室气体进行全面研究，以便更深入研究农作物碳排放。对于家畜而言，主要从日粮精粗比、添加剂、外界温度3个方面来研究对甲烷排放量的影响，适量提高精粗比和降低外界温度使瘤胃进行丙酸发酵，甲烷产量下降。而添加剂通过影响瘤胃发酵类型、微生物的活性、原虫而降低甲烷的排放量。大多数的研究是单一机制对甲烷产量的影响，并且这些机制对不同类型、不同年龄阶段的动物碳排放研究较少。因此，多因素的交替影响、影响时间的长短、影响的效果是今后研究的方向，并且针对不同品种、类型、年龄阶段的动物制定出适宜的饲养方式和减排措施。4 减排措施4.1 作物减排措施4.1.1 采用保护性耕作方式少耕、免耕等保护性耕作措施可减少土壤扰动，降低土壤有机质的分解，改善土壤结构，减少碳排放；免耕秸秆覆盖将土壤表面和空气分隔开，阻碍了土壤与大气之间的气体交换，降低土壤温度等，间接地影响土壤呼吸速率。此外轮作、间作的耕作方式也有助于减少碳排放。秦安振[70]研究发现采用玉米-小麦、玉米-豌豆、玉米-油菜间作较玉米单作碳排放降低了36%、48%、148%。冯夕等[71]发现冬水田变为水稻-油菜、水稻-儿菜的轮作方式后，CH4排放量下降，CO2的吸收量和N2O的排放量增加，从综合GWP来看，水旱轮作系统能显著减少农田生态系统的碳排放。4.1.2 采用滴灌方式采取控制滴灌、渗灌方式可减少碳排放。滴灌下水量小，水流速度慢，由于在有限的范围内灌溉，周围其他土壤始终保持干燥状态，从而将会减少土壤碳排放。王亚芳等[72]发现相比传统畦灌，滴灌方式可显著降低土壤CO2排放量，有利于土壤有机质的积累。孙芳[73]研究新疆地区采用滴灌技术，每 667 m2农田可减少 0.19～0.22 t CO2。LI Z G 等[74]研究发现采用覆膜滴灌土壤CO2排放降低约100 gC/（m2·a），对稻田CH4的排放抑制效果更明显。4.1.3 肥料管理目前氮肥在农业生产中应用较为广泛，氮元素的大量堆积可增加温室效应，因此减少氮量的使用即减少了土壤硝化作用和反硝化作用的底物，从而降低了N2O的排放。减量施氮配合硝化抑制剂或缓控肥，减排效果更加明显。吴得峰[75]研究表明，相比传统施氮，减量施氮配硝化抑制剂或缓控肥温室气体年累积排放量降幅达到46.0%、34.7%。合理使用有机肥也能达到减排的效果，如沼气池产生的沼渣，由于沼渣在沼气池中经过发酵分解，已经产生了大量的沼气，因此供微生物利用的有机营养物减少。陶战等[76]研究表明，相比农家肥，4种沼渣甲烷排放总量减少了95%～98%。4.2 家畜减排措施4.2.1 提高日粮精粗比改变日粮的精粗比，实质是改变家畜瘤胃内乙酸和丙酸的比例。日粮精粗比提高，瘤胃内乙酸浓度降低，丙酸浓度增加，甲烷产量降低，当丙酸的比例超过33%时，会影响动物生产性能。另外CH4和CO2排放总量与饲喂方式也有关。在一定范围内，少量多次饲喂可提高饲利用率和吸收率，从而使瘤胃内pH值趋于稳定，有利于瘤胃内纤维物质的降解和瘤胃发酵。先粗后精，先粗后多次添加精料的饲喂方式有利于瘤胃产生丙酸，不仅可以使CH4和CO2的排放量减少，而且动物生产性能有所改善。4.2.2 加入添加剂日粮饲料中适量的加入一些脂类添加剂、植物提取添加剂、益生菌等都可降低甲烷产量。黄小丹[77]研究表明，在燕麦干草、燕麦干草混合玉米精料的日粮中添加椰子油，绵羊瘤胃甲烷产量分别下降了75%、65.2%，甲烷菌数量受到抑制，乙酸浓度呈降低趋势，丙酸则相反，乙酸/丙酸浓度显著减低。酵母培养物和皂甙也能有效降低甲烷产生量，酵母菌培养物主要是刺激产乙酸菌和产甲烷菌争夺H2的能力而减少甲烷排放，皂甙主要是通过抑制原虫，直接毒害甲烷菌使甲烷量减少。4.2.3 粪便充分管理和利用在清除粪便的过程中，用干清粪代替水冲清粪，或将固液分离，良好的透气状况促进CO2的形成，抑制CH4的形成，从而减少温室气体的排放。在贮存粪便的过程中，降低粪便堆放高度、粪便翻堆也可明显降低甲烷的排放量。猪粪、蛋鸡粪、肉鸡粪翻堆后减排率分别为67.41%、36.33%、75.94%[78]。利用粪便产生沼气，不仅充分利用资源，也降低碳排放。李培培等[79]测得青岛地区猪粪生产沼气量能够使粪便管理过程中的CH4和N2O排放量分别减少2 134.97 t和73.55 t，相当于粪便管理过程中的CO2排放量减少了34.07万t。参考文献：[1]TUBLELLOF N,SALATORE M,GOLECR C,et al.Agriculture,forestry and other land use emissions by sources and removals by sinks:1990-2011 analysis[J].FAO Statistics Division,2014,4(2):375-376.[2]CHAI Q,QIN A Z,GAN Y T.Higher yield and lower carbon emission by intercropping maize with rape,pea,and wheat in arid irrigation areas[J].Agronomy for Sustainable Development,2014,34(2):535-543.[3]李昌珍.基于轮作过程的农田碳源/汇效应研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2013.[4]俞永祥，赵成义，贾宏涛，等.覆膜对绿洲棉田土壤CO2通量和CO2浓度的影响[J]. 应用生态学报，2015，26（1）：155-160.[5]闫翠侠，杨国亮，李典鹏，等.生物炭对干旱区绿洲农田土壤呼吸的影响[J]. 中国农业气象，2018，39（9）：575-584.[6]何炫蕾，陈兴鹏，庞家幸.基于LMDI的兰州市农业碳排放现状及影响因素分析[J]. 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