自工业革命以来，由于人为生产活动加剧，大气中温室气体浓度不断增加，由此产生的全球变暖已成为不争的事实。温室气体观测始于1958年。当时美国斯克里普斯海洋研究所在夏威夷群岛纳罗亚（Mauna Roa）山顶建立了大气二氧化碳浓度监测站，通过连续的监测记录发现，大气层中二氧化碳浓度呈持续上升趋势，这种现象迅速引起了气象和环境科学家的密切关注。自20世纪50年代起，一些发达国家（如英国、德国、日本、澳大利亚等国家）相继在全球不同地区建立了二氧化碳本底监测站，之后扩展到对甲烷、氧化亚氮等温室气体的监测。中国在此方面的研究起步相对较晚，80年代初期，中国科学院大气物理研究所率先在中国开始建立区域大气本底监测站。由于农业是大气二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等温室气体的重要排放源，对气候变化的影响举足轻重，因此，精确测量农业源温室气体排放对于准确评估农业对气候变化的影响具有重要意义。欧美等发达国家于90年代中期开始建立二氧化碳通量观测塔，而中国陆地生态系统通量观测研究网络始建于2002年，主要对陆地生态系统（包括农业）开展长期监测。截至2019年，中国已在主要农业生态类型区建立了多个监测点，但因土壤温室气体的相互影响及排放过程复杂，准确测量难度大。19世纪20年代以来，在众多学者的共同努力下，温室气体的测量方法得到了不同程度的发展，已相继在种植业、畜牧养殖业和水产养殖业等行业开展了观测研究，并形成了以观测为基础，系统评价农业生产活动产生的综合温室效应的监测体系。

全球农业温室气体排放占总排放的10%～12%，所以开展农业温室气体监测十分必要。农业温室气体排放监测的方法众多，但各种方法的不确定性存在较大差异，这给不同方法测量的数据对比和数据整合等方面带来较大困难。市场上已出现自动化监测不同温室气体的仪器，但缺乏对环境因素的同步观测。另外，仪器价格较为昂贵，难以大范围推广。因此，在未来的研究中，探索具有多种气体同步观测、温室气体的高精度快速分析、多点自动连续监测、通量与关键环境要素耦合同步观测等特点的监测方法成为趋势。

农业温室气体监测的主要指标是温室气体排放通量，可表述为单位面积（或每头）单位时间温室气体排放的质量。在此基础上可以计算季节或年累计排放量。在种植业中，若将作物的产量考虑在内，可将温室气体排放强度作为指标，表述为生产单位质量的作物而排放的温室气体的质量。

农田温室气体监测的基本原理是根据被监测区域在一段时间内气体变化的浓度确定单位时间的排放量，然后再根据每天的排放量计算季节或年排放量。依据监测的区域、对象和原理的不同，观测方法主要分为箱法、微气象法、土壤浓度廓线法、同位素法、呼吸代谢箱法、头罩法、面罩法、梯度法、倒置漏斗法等。

常用的一种土壤气体采集方法。用一定体积的箱子（视测量的对象而定）罩在一定面积的土壤表面，在阻止箱内外气体进行自由交换的条件下，通过测定箱内被测气体的浓度变化率，计算得出目标气体的排放通量。箱法分为动态箱法和静态箱法。静态箱法简单、经济，并且能同时分析二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等多种气体成分，精度相对较高。同时，具有装置便于携带、容易操作等特点，可以进行多点观测。常见的箱内气体检测方法有碱液吸收法、静态箱-气相色谱法、动态箱法等。此方法被广泛应用于种植业、畜牧业、水产养殖等行业进行温室气体排放观测。

早期测定土壤呼吸的方法之一。早在1853年，科学家采用氢氧化钡溶液吸收二氧化碳的方法，在后来的发展中经过了多次改进。这种方法的优点在于操作简单易行，但误差较大，且不易实现连续监测。

通常用于监测农田二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等复杂混合气体。该法需要先收集气体样品，然后采用气相色谱对其进行分析。主要特点是测量精度和灵敏度高、选择性好且容易实现在线连续自动检测。在各类农田生态系统中应用范围较广。

测量箱体进口和出口待测气体的浓度差、流速及箱体体积等参数确定温室气体的排放通量。主要特点是所测的结果更接近自然状态，更准确地反应实际情况，但测量过程中需要克服由于气体从土壤流入或从箱体流出时产生的“泵效应”的影响，这对仪器设计和操作方面的要求极为苛刻，实际应用存在较多困难，因此使用相对较少。

此外，箱法-吸收光谱法还包括傅里叶变换光谱技术（FTIR）、可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）、非分散红外技术（NDIR）、差分光学吸收光谱技术（DOAS）、差分吸收激光雷达技术（DIAL）等。 一般应用于混合气体的测量，这些方法测量的灵敏度高。

被广泛应用于区域尺度的二氧化碳排放通量监测。1947年首次被提出，用来测定植被与大气间的二氧化碳交换通量。后来，经过多位研究者不断探索，逐步完善了测量方法。主要包括涡度相关法、涡度积累法、空气动力学法、质量平衡法、能量平衡法、逆扩散技术等。20世纪80年代，空气动力学法和能量平衡法是微气象学法中应用较广泛的方法。涡度相关法是基于微气象基本原理，通过测量两个变量的脉动（即二氧化碳浓度和垂直风速）计算二氧化碳的排放通量。该法在下垫面没有人为扰动的条件下，可以实现连续测定生态系统与大气之间的二氧化碳通量。早在1895年，雷诺便提出了关于通量观测的涡度相关技术的理论框架，但是由于测量仪器的局限，直到20世纪70年代初，该方法才被研究人员使用。后来该方法被逐渐应用到森林、农田等生态系统中温室气体的长期观测，适宜大尺度和高精度研究。空气动力学法需要测定不同高度气体浓度的变化，要求下垫面均一、传感器精度较高。此方法更适合在有风的条件下使用。

20世纪50年代首次被提出。可分为间歇性标记、重复间歇性标记和连续标记。主要是利用大气稳定同位素混合比的变化与碳同位素成分变化间的关系来解释大气中碳同位素成分的变化。优点是可以计算不同过程对温室气体排放的贡献。但该方法由于操作复杂、需要昂贵的仪器设备以及成本较高等问题，使其推广应用受限。

此外，针对反刍动物温室气体排放的监测方法还包括呼吸代谢法、头罩法、面罩法和示踪法等。针对水产养殖温室气体排放的监测除常规箱法外，还有一些特殊方法，如倒置漏斗法、梯度法以及模型估算法等。

…（1）

式中为气体通量；为目标气体摩尔质量；和为理想气体标准状态下的压强和气温；为目标气体标准状态下的摩尔体积（约为22.4升/摩）；和为采样时箱内的实际气压和气温；为采样箱内气室高度；为箱内目标气体浓度变化斜率。

…（2）

式中为气体通量；为通过箱体的空气流量；为被测气体的密度；和分别为入气口和出气口被测气体的浓度；为箱口面积。

测定甲烷的计算方法：

…（3）

式中为单位时间单个反刍动物的甲烷排放量；为呼吸箱的体积；为反刍动物的饲养只数；为甲烷单位时间内的浓度；为甲烷在前一单位时间内的浓度。