Picarro G2509 | 覆盖家禽垫料堆积物：减少氨和温室气体排放的创新研究

江苏海兰达尔环境科技有限公司

2024/10/18 17:23

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Picarro G2509 | 覆盖家禽垫料堆积物：减少氨和温室气体排放的创新研究

江苏海兰达尔

2024年10月17日 13:28 江苏

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2024.10.002

引言

在全球化的农业产业中，家禽业占据了重要的地位。然而，随着家禽养殖规模的扩大，其副产品——家禽垫料的管理和处理成为了一个环境挑战。家禽垫料在堆放过程中会释放氨（NH₃）和温室气体（GHG），如甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O），这些气体对环境和气候变化有着显著的影响。因此，寻找有效的方法来减少这些排放成为了一个迫切需要解决的问题。

这项研究的目的是通过实验研究，探索覆盖家禽垫料堆积物对于减少氨气和温室气体排放的潜力。通过在农场规模条件下进行的实验，我们旨在为家禽农场经营者和环境监管机构提供可行的解决方案，以减少有害排放，同时最小化营养损失。

研究方法

实验设计和场地选择

实验地点选在丹麦奥胡斯大学的农场，这里拥有典型的北欧农业环境，能够代表广泛的农业实践。农场提供了一个开放的田野，用于建造和储存家禽垫料堆积物。该场地的气候条件、土壤类型和植被覆盖都是实验设计中需要考虑的因素。

实验中使用了22吨的肉鸡垫料，这些垫料在农场中是常见的副产品。堆积物以梯形建造，初始高度约为1.8米，确保了其稳定性和代表性。堆积物的尺寸和形状是根据农场的实际操作和管理习惯设计的，以模拟真实的农业环境。在实验中，我们使用了黑色塑料篷布作为覆盖材料。这种材料能够有效阻止空气和水分的交换，从而影响堆积物内部的微生物活动和气体产生。

实验场地布局及采样线分布图

气体排放的测量

在这项研究中，使用光腔衰荡光谱法（CRDS）分析仪Picarro G2509来测量上下风向的气体浓度。测量得到的数据被输入到后向拉格朗日随机（bLS）模型中，以计算排放量。CRDS仪器的高灵敏度和准确性对于确保研究结果的可靠性至关重要。

在实验期间，G2509被安装在距离堆积物不同距离的位置，以确保能够捕捉到从堆积物中释放的气体。这些位置的选择是基于风向和风速的测量，以确保能够覆盖到不同的风向条件。

此外，我们还安装了温度和湿度传感器，以监测实验期间的环境条件。这些数据对于理解气体排放的动态变化和环境因素的影响非常重要。

数据处理分析和质量控制

在实验期间收集到的大量数据需要经过严格的质量控制。这包括对CRDS仪器的校准、对环境参数的监测和对数据的筛选。任何异常或错误的数据都需要被识别和排除，以确保分析结果的准确性。

后向拉格朗日随机（bLS）模型是一种先进的统计工具，用于估算气体排放量。这种模型基于大气条件，通过模拟空气流动的反向轨迹来估算气体从源头到观测点的传输过程。

在该研究中，bLS模型被用于处理CRDS仪器收集到的气体浓度数据。模型考虑了风速、风向、温度和大气稳定性等环境参数，以确保估算的排放量尽可能接近实际情况。

为了评估覆盖和无覆盖条件下气体排放的差异，我们使用了统计分析方法。这包括计算平均值、标准差和置信区间，以及进行t检验和方差分析。这些统计方法帮助我们理解数据的变异性和趋势，以及不同处理之间的显著性差异。

研究结果

气体排放的动态变化

气体排放数据显示，在覆盖期间，NH₃的排放量显著降低，减少了92-95%。这表明覆盖措施有效地限制了NH₃的释放，减少了对环境的影响。在覆盖物移除后，NH₃的排放量迅速增加，这可能是由于覆盖物下积累的NH₃在覆盖物移除后迅速释放。CH₄的排放量在覆盖期间也有所降低，但降低幅度不如NH₃显著，减少了25-40%。这可能与覆盖条件下堆积物内部的厌氧环境有关，限制了CH₄的产生。N₂O的排放量在覆盖期间最低，但在覆盖物移除后出现了显著的增加。这可能是由于覆盖条件下N₂O的产生受到限制，而在覆盖物移除后，堆积物内部的条件变化导致了N₂O的快速释放。

实验中测量的垫料堆积物排放的NH₃、CH₄、N₂O气体排放量

温度和环境因素对排放量的影响

温度的变化直接影响了气体的产生和排放。在较高的温度下，微生物活动增强，可能导致更多的气体产生。然而，覆盖条件下的温度升高可能限制了氧气的可用性，从而抑制了某些气体的产生。

在降水期间，N₂O的排放量有所降低，这可能是由于降水导致的厌氧条件抑制了N₂O的产生。然而，降水后，N₂O的排放量有所增加，这可能是由于降水后堆积物内部条件的变化。风速和温度的变化直接影响了气体的扩散和传输。在风速较高和温度较低的条件下，气体的排放量可能降低，因为这些条件限制了气体从堆积物内部到大气的传输。

气体排放的气候影响

研究还评估了气体排放的气候影响，特别是基于全球变暖潜能（GWP）的CH₄和N₂O排放。结果显示，在无覆盖期间，N₂O的排放量占主导地位，而在覆盖期间，CH₄的排放量也有所降低。这些数据为我们提供了关于不同管理措施对气候变化潜在影响的重要信息。

实验结果清楚地表明，覆盖家禽垫料堆积物是一种有效的减排策略。覆盖措施显著降低了NH₃、CH₄和N₂O的排放量，减少了对环境和气候的负面影响。此外，覆盖措施还有助于最小化营养损失，提高了家禽垫料的利用效率。

总结

这项研究为家禽垫料堆积物的CH₄、NH₃和N₂O排放动态提供了宝贵的见解。在覆盖期间测量的排放量对于NH₃（92-95%）、CH₄（25-40%）和N₂O（82-89%）较低。排放量在覆盖物移除后立即最高，而在覆盖期间最低。以CO₂当量计算，N₂O排放在无覆盖期间占排放量的55-72%，在覆盖期间占27%，而CH₄占剩余部分。覆盖在覆盖期间将总体GHG排放量以CO₂当量减少了63-72%。

研究的结果强调了覆盖垫料堆积物对于减轻NH₃和GHG排放的重要性，并表明有效的覆盖是全球GHG减排的一种成本效益策略。

编辑人：陆文涛

审核人：史恒霖

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