近年来，随着全球气候变暖形势的日益严峻，人们越来越关注温室气体的排放问题。在全球范围内，甲烷(CH₄)是仅次于二氧化碳(CO₂)的第二大温室气体，其增温潜能是CO₂的25倍左右^[1]。反刍家畜每年排放CH₄约0.8亿t，占人类活动排放总量的33%^[2]。另外，全球牛、羊的CH₄排放量，估计每年以1%的比例递增^[3]。中国是反刍动物绝对饲养数量最大的国家^[4]，其CH₄减排的压力与潜力均面临较大挑战。张仁健报道^[5]，1990年中国反刍动物CH₄排放量为5.806 Tg (1 Tg=10¹²g)，占全球动物排放量的7.2%，1994年反刍家畜CH₄排放量增至约6.795 Tg。因此，反刍家畜胃肠道CH₄排放量的研究受到科学家、政府及社会各界的广泛关注。

目前，有学者已经对中国反刍家畜胃肠道CH₄排放量估算做了相关研究^{[6, 7, 8, 9,11, 12]}，但这些研究大多是针对中国反刍家畜CH₄排放总量的估算方法，几乎没有国家范围内的反刍家畜CH₄排放格局及其历史过程的变化研究。鉴于此，本研究利用政府间气候变化委员会(IPCC，2006)公布的《2006 IPCC国际温室气体清单指南》^[13]、《中国统计年鉴》^[14]和《中国畜牧业统计年鉴》^[15]等相关数据资料，估算了中国及各个省份1990—2010年反刍家畜胃肠道CH₄排放总量，绘制出反刍家畜胃肠道CH₄排放格局及历史变化图，并分析反刍家畜胃肠道CH₄排放的时间和空间变化的原因。研究结果可为中国反刍家畜温室气体减排政策的制订提供基础数据服务，对于进一步提出符合发展中国家畜牧业的发展战略也有重要参考价值。

本研究所使用的数据资料来自政府间气候变化委员会(IPCC)公布的《2006年 IPCC国际温室气体清单指南》、《中国统计年鉴》和《中国畜牧业统计年鉴》等。

本研究运用IPCC Tier 1提供的方法对反刍家畜胃肠道CH₄排放进行估算。CH₄排放总量由各类家畜排放量加和求得，计算式如下：

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式中,E_CH4是反刍家畜胃肠道CH₄排放总量(Tg/a)；EF_T是第T种反刍家畜胃肠道CH₄排放系数(kg 头^-1 a^-1)；N_T是反刍家畜种类T的年末存栏数，万头或万只；T为反刍家畜的种类。

本研究估算的反刍家畜种类包括奶牛、肉役牛(黄牛和水牛)、绵羊和山羊。目前，中国官方还没有公布反刍家畜胃肠道CH₄排放系数，反刍家畜各种类的胃肠道CH₄排放系数参考《2006年 IPCC国际温室气体清单指南》，使用发展中国家的各种类反刍家畜胃肠道CH₄排放系数(表1)^[13]。

由表3可知，中国1990—2010年反刍家畜胃肠道CH₄排放总量介于5.80—7.65 Tg之间，整体呈现先上升后下降，最后趋于平稳的状态，自2006年之后，CH₄排放总量稳定在6.60 Tg左右。在各类主要是反刍家畜中，肉役牛对胃肠道CH₄排放总量贡献最大( > 65.5%)。由表2可知，自进入21世纪后，肉役牛存栏数量总体呈现下降趋势，这是导致中国反刍家畜胃肠道CH₄排放总量降低的直接原因。1995年反刍家畜胃肠道CH₄排放量最大，为7.65 Tg，其中肉役牛的胃肠道CH₄排放总量贡献最大，占1995年胃肠道CH₄排放总量的78.6%；其次为山羊和绵羊，分别占胃肠道CH₄排放总量的9.8%和8.3%；奶牛胃肠道CH₄排放量最低，仅占反刍家畜胃肠道CH₄排放总量的3.3%。但是，随着中国奶牛业的不断发展，截止到2010年，奶牛胃肠道CH₄排放量所占的比例上升到了13.1%，超过山羊和绵羊胃肠道CH₄排放量及其比例，成为中国反刍家畜胃肠道CH₄排放第二大来源。

由表3可知，中国肉役牛胃肠道CH₄排放总量介于4.28—6.01 Tg之间，其规律与反刍家畜总排放量一致，自2007年之后，肉役牛胃肠道CH₄排放总量稳定在4.40 Tg左右。1990—2010年内肉役牛胃肠道CH₄排放比例为65.5%—80.0%，总体呈现下降的趋势，2010年肉役牛胃肠道CH₄排放比例下降到65.6%。

肉役牛胃肠道CH₄排放量与其饲养数量的变化直接相关。肉役牛主要包括黄牛和水牛，它们占牛饲养总量的85%—95%。由表2 可以看出，中国 1990—2010 年肉役牛饲养存栏量先上升后下降，最后趋于平稳。相关养殖产业调查报告发现，饲养肉役牛所需的配合饲料价格不断上涨，人工成本也在不断提高，这使肉役牛养殖企业面临着很大的成本压力。另外，肉役牛的饲养周期较长，资金投入较大、周转慢，这极大地降低了养殖户的积极性^[16]。另外，随着农业机械化程度的提高，多数农户已经不再需要肉役牛进行农作，造成肉役牛数量的进一步减少。上述因素是导致中国肉役牛饲养数量和胃肠道甲烷排放量大幅度下降的根本原因。

由表3可知，中国奶牛胃肠道CH₄排放总量介于0.16—0.87 Tg之间，占反刍家畜胃肠道CH₄排放总量的2.8%—13.1%，整体呈现不断上升的趋势。但是，2007年奶牛胃肠道CH₄排放量却由2006年的0.83 Tg下降到0.75 Tg，所占比例也由2006年的12.7%下降到11.4%，之后又呈现上升趋势。导致这一问题的直接原因是奶牛数量的变化。由表2可知：进入1990年以后，中国奶牛养殖业一直处于快速增长的状态，奶牛存栏量、牛奶产量成倍增加，2006年中国已经成为仅次于美国、印度的第三大产奶国^[17]。但自2006年以来，中国奶业发展出现了一些新的问题和情况，如消费增长趋势放缓、奶牛饲养成本上升和效益下降，一些地方出现杀牛、卖牛和倒奶现象，奶牛养殖户普遍减少奶牛存栏量^[18]。为解决这些问题，国务院于2007年发布了国发[2007]31号文件“关于促进奶业持续健康发展的意见”，在“促进奶业持续健康发展的主要任务和重点工作”中，强调要推进养殖方式改变，提高原料奶质量。农业部也发布了关于贯彻《国务院关于促进奶业持续健康发展的意见》的通知^[19]，国务院的文件和农业部的通知对于解决中国奶业关键阶段出现的新问题和矛盾，确保奶业健康持续发展有重要的指导意义。自2007年之后，奶牛年末存量有所回升，中国奶业又迎来了一个新的发展阶段。

虽然中国奶牛胃肠道CH₄排放总量不断上升，但是，由表3可知，中国奶牛的平均产奶量却不断提高，最终单位产奶CH₄的排放量不断下降，这也和中国奶牛饲养技术和生产性能的不断提高密不可分。中国部分规模奶牛场通过奶牛生产性能测定，分析原料奶产量和成分，科学配置奶牛日粮，改进饲养管理措施，有效节约了饲养成本，提高了奶牛生产水平和经济效益，这有助于减少单位产奶CH₄的排放量。

由表3可知，中国绵羊和山羊数量变化趋势比较相近，无论是其胃肠道CH₄排放总量还是所占比例大体均呈现先上升后平稳的趋势。山羊和绵羊胃肠道CH₄排放总量分别介于0.46—0.76 Tg和0.55—0.77 Tg之间，其所占比例分别介于7.9%—11.6%和8.3%—11.2%之间。截至2010年，绵羊和山羊胃肠道CH₄排放总量均稳定在0.7 Tg左右，其所占比例均稳定在11%左右。羊养殖数量虽然很大，但羊胃肠道CH₄排放量及所占比例相对较低，主要原因是羊胃肠道CH₄排放系数远远小于牛。羊胃肠道CH₄排放总量以及其所占比例的不断增加，与中国养羊业的快速发展密切相关。1990—2010年来，人们生活水平的不断提高，羊毛和羊肉的需求量不断增加，致使山羊和绵羊的养殖规模不断扩大^[20]。另外，国家和各级政府制订了许多规划、标准和管理办法，出台了诸如优良种羊补贴、畜牧机械补贴和养羊合作社补贴等具体的政策措施，以促进中国山羊养殖业的发展^[21]。由表2可知，21世纪之前中国养羊业经历了一段快速发展期，2004年中国绵羊和山羊总存栏量超过3.0亿只。2004年之后，中国羊总存栏量虽略有增减，养殖数量基本保持在2.7亿只左右，表明中国养羊业进入平稳发展期。究其原因，近年来受劳动力和饲料成本上升以及牧区生态环境恶化和饲草短缺等因素的影响，养羊业的发展受到限制，羊养殖产业发展放缓^[22]。

由图1可知，中国反刍家畜胃肠道CH₄排放格局呈现区域集中特点，主要集中在中国西北和西南部的各个省份。其中，四川、内蒙古、新疆、河南、西藏、山东、河北、黑龙江、云南和甘肃等10个省份反刍家畜胃肠道CH₄排放量占全国排放总量的60% 以上，各省的排放量呈均匀分布。

图 1 1990—2010年中国反刍家畜胃肠道CH4排放格局变化 Fig.1 The changes in distribution pattern of enteric CH4 emissions from ruminant within 1990—2010

图选项

1990—2010年中国反刍家畜胃肠道CH₄排放格局变化主要体现在内蒙古、甘肃、黑龙江和辽宁等各个省份。这些省份的反刍家畜胃肠道CH₄排放量不断上升，其中蒙古的反刍家畜胃肠道CH₄排放量的变化最为突出，1990年的排放总量为0.34 Tg，2010年增加到0.72 Tg，排放比例也由1990年的5.70%上升到2010年的9.79%。究其原因，近年来，内蒙古各级政府高度重视农牧业生产工作并加大投入力度，重点孵化并扶持了一些当地的畜牧业大型龙头企业(蒙牛等)，通过实现企业和农户对接并提高了农民的组织化程度，大大推动了该省份农牧业的发展。而河南、山东和河北等各个省份反刍家畜胃肠道CH₄排放量先上升后下降。究其原因，随着中国经济的不断发展和资源配置的优化，畜牧业生产由饲养成本较高的地区向成本较低的地区转移步伐加快。一种是由城市近郊向远郊农村转移；另一种是跨省区转移。如北京、上海和南方部分省市，已计划逐年减少畜禽饲养数量，陆续将肉、蛋、奶生产基地迁到周边省或北方产粮大省。

由图2可知，与反刍家畜排放总量一样，肉役牛胃肠道CH₄排放格局亦呈现区域集中特点，主要集中在西南部以及中部的各个省份。其中，四川、云南、广西、贵州、河南、山东、湖南、河北、西藏和安徽等10个省份肉役牛胃肠道CH₄排放量占全国肉役牛胃肠道CH₄排放总量的55%以上。

图 2 1990—2010年中国肉役牛胃肠道CH4排放格局变化 Fig.2 The trends in distribution pattern of enteric CH4 emissions from beef and draught cattle during 1990—2010

图选项

1990—2010年中国肉役牛胃肠道CH₄排放格局变化主要体现在内蒙古、辽宁和吉林等东北部各个省份。这些省份的肉役牛胃肠道CH₄排放量不断上升，而广东、浙江和福建等南部各个省份肉役牛胃肠道CH₄排放量不断下降。山东、河南、广西和贵州等各个省份肉役牛胃肠道CH₄排放量先上升后下降。其中山东最为突出，1990年山东肉役牛胃肠道CH₄排放量为0.24 Tg，占肉役牛胃肠道CH₄排放总量的5.08%；2000年CH₄排放量及其所占比例分别增加到0.46 Tg和7.98%，而2010年却分别下降至0.19 Tg和3.78%。究其原因，进入21世纪后，中国在各个省份不断推行农业机械化，多数农户已经不再需要肉役牛进行农作，造成肉役牛数量的进一步减少。

由图3可知，相对于肉役牛而言，奶牛胃肠道CH₄排放的省份更为集中，主要集中在中国北方地区。2010年，新疆、内蒙古、黑龙江、河北、河南和山东等6个省份奶牛胃肠道CH₄排放量已占全国奶牛胃肠道CH₄排放总量的71.7%。从1990—2010年奶牛胃肠道CH₄排放格局的历史变化来看，内蒙古、新疆、黑龙江、河南、河北和山东的奶牛胃肠道CH₄排放量持续上升。其中以内蒙古最为突出，1990年内蒙古奶牛CH₄排放量0.02 Tg，占据中国奶牛CH₄排放比例的14.6%；而2010年CH₄排放量已经上升到0.18 Tg，占据中国奶牛CH₄排放比例的20.6%。究其原因，中国目前已经形成以京、津和沪等大城市郊区为主的城郊型奶源基地；以黑龙江和内蒙古为主的东北奶业产区；以河北、山西和内蒙古中南部构成的华北奶业产区；以新疆、甘肃、宁夏和陕西为主的西北农牧区奶业产区等4大奶业产业发展带^[18]。这些奶业产业发展带的形成，大大促进了当地奶牛业的快速发展。

图 3 1990—2010年中国奶牛胃肠道CH4排放格局的变化 Fig.3 The trends in distribution pattern of enteric CH4 emissions from dairy cows during 1990—2010

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由图4可知，中国山羊胃肠道CH₄排放主要集中在北部以及中部的各个省份。其中内蒙古、山东、四川、河南和江苏等5个省份山羊胃肠道CH₄排放量已占全国山羊胃肠道CH₄排放总量的50%以上。

图 4 1990—2010年中国山羊胃肠道CH4排放格局的变化 Fig.4 The trends in distribution pattern of enteric CH4 emissions from goats during 1990—2010

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从山羊胃肠道CH₄排放格局的历史变化来看，内蒙古、甘肃、四川和湖北等各个省份山羊胃肠道CH₄排放持续上升。除此之外，中国大多数省份山羊胃肠道CH₄排放量呈现先上升后下降的趋势，其中以河南省最为突出。1990年河南省山羊胃肠道CH₄排放量为0.057 Tg，占山羊胃肠道CH₄排放总量的11.62%。2005年CH₄排放量及其所占比例分别增加到0.176 Tg和17.66%，而2010年却分别下降至0.089 Tg和12.63%。究其原因，自从进入21世纪，河南省掀起了外出打工的热潮，许多农户已不再进行反刍家畜养殖，使当地反刍家畜养殖数量大大减少，最终导致CH₄排放量也呈现下降趋势。

由图5可知，中国绵羊胃肠道CH₄排放主要集中在西北地区，2010年，新疆、内蒙古、西藏、青海和甘肃等五个省份绵羊CH₄排放量占全国绵羊CH₄排放总量的71.3%。其原因是绵羊一般抗干燥和寒冷，而对炎热不适应^[23]。

图 5 1990—2010年中国绵羊胃肠道CH4排放格局的变化 Fig.5 The trends in distribution pattern of enteric CH4 emissions from sheep during 1990—2010

图选项

从绵羊胃肠道CH₄排放格局的历史变化来看，中国大多数省份绵羊胃肠道CH₄排放量均呈现先上升后下降的趋势，其中以新疆最为突出。1990年新疆绵羊胃肠道CH₄排放量为0.119 Tg，占中国绵羊胃肠道CH₄排放总量的21.1%，2005年CH₄排放量及其所占比例分别为0.185 Tg和21.2%，而2010年却分别下降至为0.124 Tg和17.9%。主要是因为随着劳动力和饲料成本的不断上升、牧区生态环境日益恶化、饲草短缺等，这些因素，都在一定程度上制约了当地养羊业的发展。

反刍家畜胃肠道CH₄排放系数是影响CH₄排放量的重要因素之一。目前，中国还没有符合估算本国畜禽温室气体特定的排放系数，本研究采用 IPCC 指南提供的缺省值，这两者之间存在明显差异。冯仰廉^[12]等报道，成年奶牛CH₄年排放量为96.28 kg/头，远远高于IPCC 指南提供的缺省值(奶牛61 kg CH₄ 头^-1 a^-1)。但是，冯仰廉的试验结果是基于中国农业大学成年奶牛试验。获取中国奶牛甲烷排放系数还需要更多的省份和试验基地的数据支持。反刍家畜胃肠道CH₄排放系数受到许多因素的影响，例如，家畜的体重、生长发育阶段、饲养管理方式、生产水平、环境温度、饲料消化率和采食水平等，这些因素导致了CH₄排放系数的不确定性。Karimi-Zindashty^[24]等报道，产奶奶牛和非产奶奶牛胃肠道CH₄排放系数的不确定性分别为-19%—20%和-21%—24%。Monni等^[25]评估芬兰全国范围内不同种类牛胃肠道CH₄排放系数，公布其不确定性范围为-29%—39%。政府间气候变化委员会2006年公布的反刍家畜胃肠道CH₄排放系数的不确定性在±30%—50%^[13]。

许多国家同样也利用IPCC Tier1估算了当地家畜CH₄的排放量以及不确定性的范围。Kaharabata等报道^[26]，乳牛胃肠道CH₄排放的不确定性范围为±30%。Rypdal和Winiwarter^[27]报道欧洲一些国家估算家畜胃肠道CH₄排放量的不确定性范围，其中英国和奥地利分别为±20%和±50%。这些研究结果表明，利用IPCC Tier1估算胃肠道CH₄排放的不确定性最高可达±50%。为了能够降低家畜胃肠道CH₄估测的不确定性，IPCC 指南提供了Tier 2估算方法，IPCC Tier2会考虑反刍家畜的体重、生长发育阶段、饲养管理方式、生产水平、环境温度、饲料消化率和采食水平等相关因素的影响，从而使家畜胃肠道CH₄排放量的估测精度大大增加。但是，由于受各类反刍家畜采食量、饲草情况和摄入总能等相关数据的限制，目前无法在全国尺度上利用IPCC Tier2估算家畜胃肠道CH₄排放量。

中国肉役牛、绵羊和山羊胃肠道CH₄排放总量呈现先上升，后下降，最后趋于平稳的趋势，其中CH₄排放总量分别介于4.33—6.01 Tg、0.55—0.76 Tg和0.46—0.76 Tg之间。奶牛胃肠道CH₄排放总量呈现不断上升的趋势，2010年达到0.87 Tg，其中排放比例超过绵羊和山羊，但单位奶产量CH₄的排放量却逐年降低。从主要反刍家畜CH₄排放的格局特征来看，四川、内蒙古、河南和山东等农业大省的CH₄排放总量一直位居中国前列。1990—2010年间，中国大多数省份反刍家畜胃肠道CH₄排放总量呈现先上升后下降的趋势，但内蒙古、西藏和甘肃等省却呈现逐渐上升趋势。根据目前中国反刍家畜饲养水平不高，可以通过优化饲料组成以提高反刍家畜对饲料的利用率和转换率，减少提高反刍家畜生产效率并减少甲烷排放量。