奶牛运动场粪尿气体排放特征及机理研究

摘要

农业是全球温室气体和氨的主要排放源之一，其中畜禽业粪尿产生的甲烷、氧化亚氮和氨已经成为农业温室气体和氨排放的主要来源，因此控制养殖业气体排放是降低其环境影响、提高氮素养分利用效率以及增强可持续发展的重要措施。目前，由于养殖业气体排放因子不确定性大、存储过程中排放特征不明确等原因，如何制定科学合理的减排策略是当前面临的主要问题之一。因此明确养殖场粪尿甲烷、氧化亚氮和氨气排放特征及其影响因素，对于提高气体排放因子的准确性、制定合理的减排措施具有重要的理论和指导意义。
　　本研究采用室内培养试验的方法，运用土柱培养新鲜牛粪、牛尿，旨在模拟研究在不同奶牛场下垫面（新建和多年）下不同粪尿斑区的气体排放特征，通过施加脲酶抑制剂和硝化抑制剂探明畜禽气体排放机理及其减排效果，并运用情景模拟的方法，模拟养殖密度对粪尿气体排放因子的影响程度。主要研究结果如下:
　　1.施加粪尿后CH4排放迅速达到高峰(新建牛场16.92mg/m2/h，多年用牛场21.75mg/m2/h)，随后逐渐降低，持续时间为1周左右。N2O在排放周期内出现两个排放高峰，分别在施加粪尿后1～2和15～20天，持续时间约30～45天;氨气在施加粪尿后第4天达到排放高峰(222mg/m2/h)，之后挥发速率逐渐减弱，持续时间为30天左右。
　　2.从奶牛场粪尿N2O排放的整体过程来看，硝化作用起主导作用，贡献率为64％，但施加粪尿后5天内以反硝化作用为(占总量的60.47％)主，之后以硝化作用为主(占总量的76.34％)。
　　3.牛场下垫面使用年限对N2O-N的排放系数影响巨大，多年用奶牛场中粪斑区、尿斑区和混合斑区的N2O-N排放系数分别为0.88％、0.59％和0.27％，约是新建奶牛场中各斑区的14～550倍。
　　4.抑制剂对N2O具有明显的减排效果，双氰胺+氢醌降低N2O排放约71.39％，双氰胺和氢醌分别为63.61％和20.85％;施用抑制剂使NH3挥发增加了23.28％～29.90％。
　　5.奶牛场下垫面土壤中无机N素存在形式主要以NH4+-N为主，其含量为NO3--N的3～10倍;添加抑制剂影响土壤中NO3--N的变化但对土壤中NH4+-N影响不显著。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 立题背景及意义

1．2 动物排泄物气体排放研究现状

1．2．1 反刍动物排泄物中CH4排放

1．2．2 反刍动物排泄物中N2O排放

1．2．3 反刍动物排泄物中NH3排放

1．3 动物排泄物气体排放通量测定方法

1．3．1 温室气体CH4和N2O排放通量测定方法

1．3．2 NH3排放通量测定方法

2 研究内容及技术路线

2．1 研究内容

2．2 技术路线

3 材料与方法

3．1 供试材料

3．2 试验设计

3．2．1 奶牛场粪尿斑区气体排放动态特征试验设计

3．2．2 奶牛场尿斑区气体排放机理及影响因素的试验设计

3．2．3 情景分析的设置

3．3 采样和测定方法

3．3．1 CH4和N2O的采样和测定

3．3．2 NH3的采样和测定

3．4 气体排放的计算方法

3．4．1 温室气体CH4和N2O排放通量计算

3．4．2 NH3排放通量计算

3．4．3 NH3浓度计算

3．4．4 气体累积排放量的计算

3．4．5 N2O和NH3的排放系数计算

3．4．6 情景分析的计算方法

3．5 数据计算

4 结果与分析

4．1 奶牛场粪尿气体(CH4、N2O)排放动态特征

4．1．1 粪斑、尿斑CH4排放特征

4．1．2 粪斑、尿斑N2O排放动态特征

4．1．3 粪尿斑区CH4和N2O累积排放量

4．1．4 不同深度土壤NO3-N和全N分布

4．2 奶牛场尿斑区气体排放机理及影响因素

4．2．1 抑制剂对尿斑区CH4排放的影响

4．2．2 抑制剂对尿斑区N2O排放的影响

4．2．3 抑制剂对尿斑区NH3排放的影响

4．2．4 抑制剂对土壤中氮素含量变化的影响

4．2．5 各因素相关性分析

4．3 情景分析养殖密度对粪尿气体排放的影响

4．3．1 不同养殖密度对CH4排放影响

4．3．2 不同养殖密度对N2O排放影响

4．3．3 不同养殖密度对NH3排放影响

5 讨论

5．1 CH4排放特征及其影响因素

5．2 N2O排放特征及其影响因素

5．3 NH3排放特征及其影响因素

5．4 N2O和NH3排放系数

5．5 抑制剂的作用时间及其减排效果

6 结论

7 本文存在的不足

参考文献

作者简历

致谢