田野
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摘要：目前，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，气候变化是全球农业发展面临的重大挑战之一。据估计，全球范围内农业排放甲烷占人类活动甲烷排放总量的50%，一氧化二氮占60%。预计到2030年，农业源甲烷和一氧化二氮排放量将比2005年分别增加60%和35%～60%。农业生态系统对农业温室气体具有“源”和“汇”的双重作用。一方面，农作物通过光合作用利用大气中的二氧化碳合成碳水化合物和能量，农田土壤也有巨大的固碳潜力；另一方面，农业生产中土壤呼吸、化肥的施用、畜禽养殖、农业废弃物的处理等环节又会产生农业温室气体。因此，大量研究团队一直在探索农业温室气体监测与减排方法，相关专利申请量也大幅上升。本文以国家知识产权局专利数据库为基础，结合世界专利索引数据库、世界专利摘要数据库等权威数据库，进行充分检索、筛选和去重，汇总得到相关专利98条。通过对该技术专利在不同地区、年份、申请人和技术发展特点等方面特点的分析，为相关人员技术创新提供参考。
关键词：农业；农业温室气体；监测与减排技术
引言
19世纪末，有人提出气候变暖预测；之后40年间观测到了大气温度持续上升；1938年英国卡兰达观测到CO2浓度上升，并有人提出气温升高与CO2浓度上升有关。其后，在夏威夷冒纳罗亚火山和南极对CO2连续精密观测，证实了CO2浓度在升高；1980年，美国指出全球变暖的危机，并于1985年就CO2增加引起的农业温室效应机理解析的研究完成了报告书；其后，一系列国际性会议也确认作为环境问题，全球气候存在变暖的危机，其原因在于某些具有农业温室效应的气体在大气中的浓度不断增加。
1农业温室气体的影响
人们谈论农业温室气体有一个误会，认为农业温室气体不是什么好东西，导致了气候变暖、灾害增加等等。其实，农业温室气体的存在是人类生存的必要条件，而现在所讨论的温度升高、环境变化等等这些问题，主要与农业温室气体的增加有关。二氧化碳等农业温室气体的增加对气候和生态系统的影响是一个更为复杂的问题。二氧化碳增加虽然有利于增加绿色植物的光合产物，但它的增加引起的气温和降水的变化，会影响和改变气候生产潜力，从而改变生态系统的初级生产力和农业的土地承载力。这种因气候变化而对生态系统和农业的间接影响，可能大大超过二氧化碳本身对光合作用的直接影响。按照气候模拟试验的结果，二氧化碳加倍以后，可能造成热带扩展，副热带、暖热带和寒带缩小，寒温带略有增加，草原和荒漠的面积增加，森林的面积减少。二氧化碳和气候变化可能影响到农业的种植决策、品种布局和品种改良、土地利用、农业投入和技术改进等一系列问题。因此从科学上我们所关注的核心是农业温室气体增加的量。而目前最需要做的事情就是监测每年大气中农业温室气体含量的增减。
2农业温室气体监测与减排技术专利分析
2.1农业温室气体本底浓度监测
上世纪70年代，世界气象组织(WMO)、世界卫生组织(WHO)和联合国环境计划署等联合建立了“大气本底污染监测网”(简称BAPMON)，对农业温室气体、反应性气体等大气本底进行长期的全球性的监测，目前共建成200多个台站，其中基准站近二十个，莫纳罗瓦站(MaunaLoa)、巴罗站(Barrow)、南极站(Southpole)等已积累了几十年的实测资料，取得了许多令人瞩目的结果。但是，BAPMON的基准站主要集中在大洋海岛上，大陆性基准站较少，这在一定程度上影响到BAPMON资料的广泛应用。
1989年WMO组建全球大气观测网（GAW），如今是全球最大、功能最全的国际性大气成分监测网络，目前已有60个国家近400多个本底监测站（其中全球基准站24个）加入GAW网络，开展包括大气中农业温室气体的200多种要素的长期监测。美国、欧洲和加拿大等国家分别建立了IMPROVE、EMAP、CAPMoN观测网络，关注诸如农业温室气体等大气成分的变化。迄今为止，国际社会引用的全球农业温室气体浓度资料主要来自全球大气观测网(GAW)。但GAW的这些站点地理分布很不均匀，发达国家站点较多，亚洲内陆地区站点较为稀缺。
2.2地面监测站
地面监测站选择的标准为：1）人类活动或火山活动不直接影响的场所；2）不受植被影响的场所；3）在较长期间内附近的环境不发生变化的场所；4）可提供电源和物资补充，人员可以方便地进入；5）可以建设塔和建筑物。大气样品的采集可用以下办法：建立10～20m高的铁塔，安装气象测定器与采气管。采气时是用一根粗聚乙烯管，用压缩式真空泵等大容量泵高速抽气，从该气流中采集一部分气体来分析。对易分解的气体应从较低高度通过聚四氟乙烯等惰性导管采气。1）容器采样。在地面上进行容器采样时，采样点条件与地面监测站相同。可用手工化进行若干个采样标准过程，可用飞机采样，或在远洋航行的船舶上采样。也用气球采样的方法，包括用小气球进行低空采样的简单方法和用大气球到平流层去采样的大规模的观测等。2）在船舶、飞机中搭载测定器的监测。在船舶、飞机中搭载测定器。使对农业温室气体的监测实现了可移动性，因而有可能连续地求得其空间分布，还可以在样品未变质之前即结束测定工作和前处理工作，具有特殊的优点。特别是使用飞机在求得不同高度上的空间分布方面更有优越性，但也受到一些限制。为此应发展无人驾驶和仪器小型化的在船舶、飞机中搭载测定器的监测。
2.3低碳养殖技术
养殖业是农业温室气体的重要排放源，目前也已经有部分发明专利针对此领域开展研究。专利CN101234840A提供一种猪场粪污处理新工艺，使酸化的粪污直接经过沼气池发酵、产气后，再进入固液分离机分离，提高沼气产气量，避免了堆肥处理中恶臭以及甲烷等农业温室气体排放。专利CN104186368B发明了一种环保、卫生和节约型肉种鸭发酵床饲养舍，提高了发酵床垫料对种鸭粪便的有氧降解能力，减少了恶臭气体和农业温室气体的排放。专利CN105523804A通过在新鲜猪粪和玉米秸秆的混合物中添加过磷酸钙，在养殖场堆肥过程控制了农业温室气体排放。专利CN105030240B则发明了一种牛的呼吸代谢装置，测定牛代谢过程中产生的农业温室气体。专利CN109650957A则通过调节养殖场堆肥水分、温度、时间等因素，发明了一种实现畜禽粪快速腐熟、减少堆肥过程中农业温室气体排放的方法。总体而言，目前针对低碳养殖技术开展研发的专利日渐增多，特别是对反刍动物的养殖过程、动物粪便管理和新型饲料开发已经成为该领域的发明热点。
结语
与高空监测相比，利用地面监测站监测农业温室气体，具有数据可信度高、获取容易、能够瞬时获取等优点，但这种方法存在明显的不足：耗时耗力，难以进行宏观上的统筹规划。由于农业温室气体排入空气后，将受到排放方式、扩散模式、气象因素、地形条件等诸多因素的影响，其时空分布是复杂多变的。为了全面了解其宏观上的特点必须采取加密站点的方式，而站点的加密必将耗费大量的人力物力；获取的只是特定点上的数据，难以扩展到面，不能准确反应区域大气中农业温室气体的环境状况。虽然理论上可以依靠监测点的结果，通过数据同化方法扩展到面，但这种扩展方式的可靠性本身也是一个有待研究的问题。难以得到痕量气体的垂直分布信息：通过地基观测方法得到大气痕量气体垂直分布，其高度有限。地面和高空监测农业温室气体各有优缺点，两种监测应互为补充，才能由准确掌握不同区域农业温室气体浓度变化规律及排放状况，分析评估各区域之间的输送和相互影响，为应对气候变化提供科技支撑。
参考文献
[1]张强.全球气候变化及其影响因素研究进展综述[J].地球科学进展，2005（9）.
[2]刘强.农业温室气体浓度变化及其源与汇研究进展[J].地球科学进展，2000（4）.