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學術園地

牛隻甲烷排放與溫室氣體

廖曉涵、凃柏安 編譯

一、前言
　　大氣層中，氮氣約占78%，氧氣約占21% 為主要氣體，其餘氣體中，約有20種氣體可使短波輻射光通過、吸收長波輻射且保存地球表面溫度者，稱為溫室氣體（greenhouse gases, GHG），主要為二氧化碳、甲烷、氟氯碳化物、氧化亞氮與臭氧等，皆以二氧化碳當量（carbon dioxide equivalent, CO2e）表示。

二、甲烷來源
　　甲烷可來自於自然與人為產生來源（圖1），自然來源約占42%，包含：白蟻、濕地、泥炭沼澤、海洋沉積物與野生動物；人為產生來源約占58%，包含：天然氣生產、煤礦業開採、廢水處理、垃圾掩埋與29% 之農業。在全球人為GHG 排放量中，農業與土地利用變化之比例為22%，其由二氧化碳、甲烷及氧化亞氮所組成，含量分別為11.7%、5.6% 及4.7% （圖2）。農業產生之甲烷與氧化亞氮中，約有37% 來自於動物胃腸道醱酵與其糞便排放，其二者所產生之甲烷量分別占總甲烷排放量之17% 與2%；總GHG 排放量之3.3% 與0.4%，此外，腸胃道醱酵所產生的甲烷量主要源於反芻動物，而糞便來源則包含反芻與非反芻動物。

　　在歐盟國家中，肉牛與乳牛產業所排放之GHG 估計量分別占人為來源中之2.1% 與1.2%；在美國，家畜（包含非反芻動物）與乳牛排放之GHG 估計量分別占人為來源中之2.75% 與0.55%。

三、乳牛瘤胃生態學
　　瘤胃微生物包含細菌、原蟲、真菌與古生菌 （Archaea）（圖3）。瘤胃之生態系統為一厭氧環境，植物來源之飼料原料有別於其他厭氧生態環境 （濕地或河口），其在瘤胃中可於短時間內被降解且產生不同醱酵產物。有些微生物種類（如：瘤胃內原蟲）已隨著反芻動物或後腸醱酵之哺乳類共同演化，目前已無法於其他環境中找尋其蹤跡。
　　此外，於反芻動物和其他草食哺乳類中所找到之甲烷生成菌 （methanogens） 與其他環境中所發現者亦有明顯之差別。儘管於瘤胃與後腸中皆有甲烷生成菌之存在，但其族群結構、生態系統與為微生物代謝均不同。截至目前，已於瘤胃內古生菌中找出三個主要屬與三個次要屬之甲烷生成菌，僅有八種菌可被培養，但古生菌總數仍為未知。
　　碳水化合物可於瘤胃中被水解為五或六碳糖，其經醱酵作用最終產生揮發性脂肪酸，代謝過程中所產生之氫氣，可經甲烷生成作用產生甲烷，若無此生成作用會造成氫氣累積增多，將產生負回饋抑制瘤胃碳水化合物降解數量、降低微生物生長速率與菌體蛋白合成量。碳水化合物醱酵過程中所產生之還原當量，部分可經由脂質合成、脂肪酸生物氫化作用與蛋白質合成被利用，而合成胺基酸則產生還原當量（圖3），還原當量之產生與利用將影響氫氣之產生，進而影響甲烷生成菌生成甲烷之數量。

圖3. 瘤胃微生物族群與甲烷代謝路徑。

四、測定反芻動物體內甲烷排放量之常見方法

 五、各國乳業關心甲烷排放的原因

(一)	國際有關GHG 政策討論之重點並非二氧化碳排放量，而為甲烷與氧化亞氮之排放量。因降低甲烷與氧化亞氮排放量所需之成本比降低二氧化碳排放量來的低，此外，降低甲烷排放量對於經濟上以及環境上都較有效益。
(二)	家畜（包含乳牛） 所排放之二氧化碳，為植物飼料原料經代謝所產生，其利用與呼出均被視為連續式生物循環的一部分，被定義為生物二氧化碳，因此，家畜被視為二氧化碳淨排放為零之來源。
(三)	在美國，生產液態乳所產生之GHG 中，有40% 以上來自牛隻內源與糞便所產生之甲烷。
(四)	國內外部分零售商與消費者已逐漸重視環境永續發展，擔心GHG 之排放量會影響食物之碳足跡及消費者購買意願。

　　綜合本篇報告內容，在未來全球糧食供應安全系統中，反芻動物將扮演關鍵角色，因其可將人類無法耕種利用之土地，轉換成人類可食用之高品質食物；也可將人類無法食用之食品加工副產物，轉換成人類可食用之高品質食物。因此，若能提高生產效能或降低甲烷排放量，對環境永續經營實為一大福音。

參考文獻
Knapp, J. R., G. L. Laur, P. A. Vadas, W. P. Weiss, and J. M. Tricarico. 2014. Invited review: Enteric methane in dairy cattle production: Quantifying the
             opportunities and impact of reducing emissions. J. Dairy Sci. 97: 3231-3261.

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