将牛或羊通过诱食料吸引至设备料槽内，按“开始”按钮后，不到1分钟屏幕就会显示它们打嗝的“嗝谱”，根据嗝谱特征可测算出牛羊一天的甲烷排放量。

这是中国科学院亚热带农业生态研究所（以下简称亚热带生态所）研究员谭支良、王敏与副研究员王荣团队，持续攻坚15年、更新4代自主研发的AHC 4.0版甲烷排放监测装备。该装备近日在长沙正式发布。

畜牧业是我国农业温室气体排放主要来源之一，其中牛羊等反刍动物消化过程中产生的甲烷占农业活动甲烷排放的66%。该装备打破国外垄断，实现了我国在反刍动物甲烷原位监测领域“从0到1”的突破。

国家需求驱动下的艰难起步

如何精准测算牛羊打嗝产生的甲烷，是农业减排的关键一步。长期以来，我国缺乏适用于牧场现场的高精度、低成本、安全可靠的甲烷排放监测装备。进口设备价格高昂、数据需上传境外服务器，存在安全风险；传统方法则操作繁琐，难以规模化应用。

2009年，“双碳”目标尚未提出，但气候变化带来的挑战已引发全球关注。两个关键契机让亚热带生态所科研团队将目光聚焦到牛羊甲烷减排领域。

谭支良回忆道：“2007年，时任中国科学院院长路甬祥到亚热带生态所调研，提出了几个重要观点，认为研究所在牛羊的生长、饲料、肉质改良等方面已有不少研究基础，但气候变暖是人类面临的重大挑战，牛羊的甲烷排放是农业甲烷排放的主要来源，建议我们关注牛羊甲烷减排。”

为着力解决应对气候变化的区域碳源汇监测与碳收支定量认证中的重大科技问题，中国科学院于2010年底启动战略先导科技专项“应对气候变化的碳收支认证及相关问题研究”，组织数千名科技人员发挥学科交叉力量，对相关问题进行持续深入研究。亚热带生态所承担了牛羊甲烷减排项目研究内容。

“2010年以前，我国还没有动物甲烷排放研究的完整体系，反刍动物甲烷排放方面仅有一些体外研究结果，在动物个体及养殖场排放监测方面完全是空白。”王敏介绍，发达国家在20世纪50年代就已启动相关研究，初期聚焦于能量代谢中的甲烷能损失，随着气候变化共识的形成，逐渐转向温室气体排放研究。

研究初期，国内外主要采用呼吸代谢舱法监测牛羊甲烷排放，需将动物关在密闭舱内连续监测48小时，虽能获取数据，但效率极低，同时还会严重影响动物采食量和生产性能。

研究牛羊的嗝还是屁？

在没有可复制模板、缺乏基础数据的情况下，两次研究方向的关键转折，让团队的探索之路更加清晰和高效。

第一次转折是研究重点从全肠道监测转向口腔监测。“我们当时面临的首要问题是，该监测牛羊的嗝还是屁。”王敏说，起初研究者大多集中对牛羊的全肠道排放进行监测。

研究证实，牛释放的甲烷气体中，90%至95%来自口腔，主要为嗳气，即打嗝；而另外的5%至10%则以放屁的形式释放。也就是说，在造成温室效应这方面，牛打的嗝可比放的屁厉害多了。

团队意识到，转向口腔监测是实现突破的关键。但新的问题随之而来，如何精准捕捉口腔排出的甲烷？当时国外采用的六氟化硫法需要长时间连续监测，结果可变性较大且六氟化硫本身就是一种强效温室气体。从“连续监测”到“点式监测”的第二次转折由此开始。

2019年，团队通过大量数据分析发现，不需要连续测定24小时，只需选择几个关键时间点进行监测，就能准确测算动物全天的甲烷排放量。

“我们通过挖掘大规模的甲烷日排放实测数据，首次识别出排放气体样品采集的8个关键时间节点，建立了‘八点法’精准动态采样策略，实现对全天排放量的准确评估。”王荣说，这样一来，测定效率大大提高。以前用呼吸舱测1只动物要两天，测30只动物就要两个月；用“八点法”，不到1周就能完成30只动物的测定。

更重要的是，“八点法”对动物的影响极小，测定结果与连续监测的结果仅相差1.5%。这些重要成果使团队在连续监测转向点式监测上信心大增，助力其成功研制AHC 1.0版装备以观测牛羊打嗝的甲烷排放规律。

“那是团队成员最激动的时刻。”王敏回忆，2022年的一天，团队正在羊圈做试验，此时AHC 1.0版测定装备上呈现出一个个清晰的嗝峰，大家发现羊打嗝很有规律，“打嗝曲线图上出现了很多有规律的峰值，这就是嗝谱”。

原来，牛羊打嗝很多时候没有明显的动作，你以为它们在发呆，其实是在打嗝排放甲烷。“牛羊大约60至70秒打一次嗝。”王敏说。

团队凭借测到的嗝谱数据让打嗝“看得见”，建立了牛羊嗝谱数据分析方法；通过建立5分钟嗝谱测定分析新范式，攻克了甲烷排放养殖场原位测定技术难题，大幅提升测定通量，创建了“AHC设备+八点法+五分钟”甲烷排放测定技术体系，成为我国首个具有牛羊嗝谱获取与分析能力的研究团队。

我国反刍动物甲烷排放强度被高估

通过大量实地监测，团队获得了宝贵的一手数据，也带来一些颠覆性认识。

团队通过对全国20多个省份的监测数据进行分析，发现从联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）公布的甲烷排放强度看，其严重高估了我国的实际情况。

“以奶牛为例，现在的奶牛肯定比以前的产奶量高，产奶量提高意味着吃得多、排得多，但奶牛每生产1公斤牛奶所排放的甲烷量却降低了，这说明我国的养殖技术水平在不断提高。这得益于日粮配制的持续优化和育种技术的突破性进展。”王荣解释道。

在牛羊甲烷减排技术方面，该团队也持续探索，取得突破。

既然牛羊打嗝有一定规律，那能否通过改变这一规律来降低其甲烷排放量？顺着这一思路，团队发现，改变嗝谱就可抑制牛羊甲烷排放。

基于此，团队研发了甲烷抑制饲料添加剂。研究发现，在饲料中添加甲烷抑制剂，可使牛羊甲烷排放量减少20%至30%。“抑制剂添加后20至30分钟，就能通过AHC设备观察到嗝谱的变化，峰值会明显降低，意味着每次打嗝排放的甲烷在减少。”王荣说。

“甲烷排放是一个看不见、摸不着的过程。我们最大的贡献在于，一方面通过自研装备让牛羊的甲烷排放‘看得见’，有准确的数据支撑；另一方面，团队利用自主研制的甲烷抑制剂，让牛羊甲烷减排可视化。”王敏表示。

打造智能农业甲烷监测机器人

目前，该团队自主研发的甲烷排放监测装备已升级至4.0版，最新一代完成工业化设计升级，不仅采用高强度复合材料一体化设计，提升耐用性与密封性，还创新集成红外动物感应、动态回收率校准、断点续传无线传输等技术，实现5分钟快速测量、数据本地存储、远程自动归集，真正做到测得准、用得起、宜推广。

据统计，该装备已在全国20余家高校、科研院所及50余家养殖企业落地应用，覆盖23个省份，初步构建起覆盖主要畜牧区域的甲烷监测网络。该装备成果还入选《2024年中国科学院自主研制科学仪器》名录，并获国家重点研发计划支持。

“目前设备的主要客户群体是高校和科研院所，以及一些承担国家级科研任务的大型养殖场。”亚热带生态所-湖南农业大学联合培养博士研究生郑雪玥说，大多养殖户并不了解为什么要测牛羊的甲烷排放量，团队正寻求通过政策引导推动设备应用，希望引起环保部门和政策制定者的关注，从国家层面推动这项工作。

“第五代产品我们将聚焦智能化。”王敏透露，团队计划融合人工智能视觉识别、自主巡航、物联网等技术，打造甲烷监测机器人，实现无人化操作。养殖户只需设定监测计划，机器人就能自动识别牛羊、自主规划路线并完成监测任务，数据实时上传至云端，全程无需人工干预。“我们正在与合作方深入讨论，力争在未来一两年推出相关产品。”

“监测是减排的基础，数据是决策的依据。系列成果不仅是科研仪器的突破，更是支撑高效低排放产业、国家碳核算体系和绿色畜牧业认证的基础工具。”王敏表示，未来团队研制的装备将为低排放畜种选育、减排饲料研发、牧场碳足迹核算等提供核心数据支撑，助力我国畜牧业迈向“可测量、可核算、可核查”的低碳新阶段，为全球气候治理贡献中国智慧与中国方案。