家畜肠道和粪便甲烷排放研究进展

家畜采食饲料在胃肠道发酵及其排泄粪便在处理贮存过程中会产生甲烷，目前每年的排放量超过全球甲烷排放总量的1／4。甲烷是主要的温室气体，会破坏大气臭氧层。减少家畜肠道和粪便的甲烷产量对提高饲料能量利用率和改善环境具有重要意义。该文在对目前反刍动物甲烷排放影响因素、肠道甲烷排放量和粪便甲烷排放量测定方法等方面的研究现状进行分析的基础上，就如何减少家畜肠道和粪便的甲烷产量提出了自己的看法。     

畜牧业温室气体排放影响因素及其减排研究

全球变暖是人类共同关注的话题,其中仅由畜牧业引起的温室气体排放量占全球总排放量的18%,成为导致全球变暖的主要因素之一,因而对畜牧业温室气体排放机制及其影响因子的研究具有十分重要的意义。本文对动物肠道甲烷排放、动物粪便管理系统甲烷及氧化亚氮排放研究进展进行了综述,并在分析不同方法估算我国畜牧业温室气体排放量的基础上,针对各排放因子提出了相应的减排措施。     

堆积肉牛粪便甲烷排放影响因子试验

通过测定肉牛粪便在不同温度和堆高时的甲烷排放量,探讨了中国肉牛粪便甲烷排放量及其主要影响因素。采用动态箱法测定了肉牛粪便在15℃、25℃和35℃中,堆高分别为10cm、20cm和40cm时的甲烷排放通量,同时分析了试验前后粪便的性质。结果表明,15℃时肉牛粪便堆放15d的鲜牛粪甲烷排放通量为(0.031±0.002)～(0.002±0.000)g/(d·kg),累积排放量为0.17～0.18g/kg;25℃中堆放26d的甲烷排放通量为(0.323±0.018)～(0.051±0.063)g/(d·kg),累积排放量为3.8～5.1g/kg;35℃中堆放26d的甲烷排放通量为(0.414±0.073)～(0.033±0.050)g/(d·kg),累积排放量为3.6～6.6g/kg。15℃中粪便甲烷排放量显著小于25℃和35℃中的排放量(P<0.01)。粪便堆高与单位表面积的累积甲烷排放量相应也高。     

畜牧业中的甲烷排放及其减排调控技术

畜禽养殖规模的扩大使家畜胃肠道和粪尿的甲烷排放增加, 加剧了温室效应。本文通过分析中国畜牧业的现状、发展趋势及其对甲烷排放的影响以及甲烷的生成过程、产甲烷菌的结构特征和多样性, 提出减少胃肠道和粪尿甲烷排放的3种有效途径：一是改善日粮品质和结构以及培育高生产性能品种, 从而提高畜群生产力, 减少单位畜产品甲烷产量;二是通过调控瘤胃微生物区系, 抑制产甲烷菌的生长, 阻断甲烷生成途径, 降低个体甲烷产量;三是提出处理家畜粪尿的能源环保型和生态环保型管理模式, 以实现资源的充分利用, 减少甲烷排放。     

畜牧业中的甲烷排放及其减排调控技术

畜禽养殖规模的扩大使家畜胃肠道和粪尿的甲烷排放增加, 加剧了温室效应.本文通过分析中国畜牧业的现状、发展趋势及其对甲烷排放的影响以及甲烷的生成过程、产甲烷菌的结构特征和多样性, 提出减少胃肠道和粪尿甲烷排放的3种有效途径:一是改善日粮品质和结构以及培育高生产性能品种, 从而提高畜群生产力, 减少单位畜产品甲烷产量;二是通过调控瘤胃微生物区系, 抑制产甲烷菌的生长, 阻断甲烷生成途径, 降低个体甲烷产量;三是提出处理家畜粪尿的能源环保型和生态环保型管理模式, 以实现资源的充分利用, 减少甲烷排放.     

规模化猪场甲烷排放通量测量与分析

畜禽粪便是温室气体甲烷排放的一个重要来源,养殖场蓄粪池的甲烷排放量受排入粪便性质、外界温度、风速以及诸多因素影响。为了研究中国北方规模化猪场蓄粪池的甲烷排放潜力,本研究通过对北京市北郊一个代表性猪场甲烷排量的连续监测,得出春夏交替期间蓄粪池甲烷排放的变化规律。     

运用生命周期评价方法评估奶牛养殖系统温室气体排放量

准确评估奶牛养殖系统温室气体排放量是寻求有效减排措施和引导奶牛养殖业低碳发展的基础。该文应用生命周期评价方法,结合中国奶牛养殖业现状,建立了奶牛养殖系统温室气体排放量评估方法;并以此方法分析了西安郊区典型的规模化奶牛场的奶牛养殖系统温室气体排放特点和排放量。结果表明,该奶牛养殖系统主要的温室气体排放环节是奶牛肠道发酵CH4排放、饲料生产与加工、粪便贮存,其排放量分别占整个系统的48.86%、18.97%和16.39%。主要排放的温室气体是CH4、N2O,排放量分别占整个系统的55.56%和26.9%。该奶牛养殖系统每生产1kg按脂肪和蛋白质纠正的原奶(FPCT)的温室气体排放量(以CO2当量计)为1.52kg,低于全球平均的混合饲养模式原奶生产的排放量,而高于欧洲国家原奶生产的排放水平,说明减排潜力还很大。通过改善饲料、改进粪便管理模式和肥料田间管理等措施均能够减少单个环节的温室气体排放量,而不同措施对整个系统减排的贡献率还应通过生命周期评价方法进行分析。因此,建议开展不同减排措施下的生命周期评估,以获得对系统减排更有效的措施。     

畜禽粪便管理系统中甲烷的产排特征及减排对策

畜禽粪便厌氧发酵过程中产生的甲烷(CH4)是大气CH4的重要人为源,其排放量会随着畜禽养殖规模的不断扩大而持续增加。为了更好地实现畜禽粪便的资源化利用,同时减少粪源CH4排放,迫切需要立足于畜禽粪便管理系统,研究不同粪便管理模式下的CH4产排特征,在此基础上有效地实现减排。鉴于此,本文介绍了粪便管理系统的组成;阐明了粪便管理系统中CH4的产生和影响排放的因素,常见管理系统中CH4排放量的计算方法;阐述了国内外关于畜禽粪便管理系统CH4排放的研究进展;并基于我国畜禽粪便管理现状提出了针对养殖规模优化粪便管理模式,针对管理模式提升管理技术的甲烷减排对策。     

北京地区畜禽温室气体排放的时空变化分析

运用IPCC估算农业温室气体排放指南, 对1978-2009年期间畜禽存栏统计数据进行分析, 研究北京地区畜禽养殖温室气体排放的时空分布。结果表明, 北京地区畜禽温室气体排放自20世纪90年代初逐步增长, 到2004年达到顶峰, 之后有所回落。在3类排放的温室气体中, 牲畜肠道发酵产生的甲烷比重最大, 年平均排放量为0.4 Tg CO2-eq, 排放贡献最大的是牛, 占肠道发酵甲烷排放总量的54%; 牲畜粪便排放的甲烷平均值为0.2 Tg CO2-eq, 牲畜粪便排放的氧化亚氮平均值为0.3 Tg CO2-eq, 畜禽粪便管理排放的甲烷和氧化亚氮主要来自猪的排放, 其贡献率分别为73%和46%。从1978-2009年北京畜禽温室气体排放CR4指数(产业集中度指数)逐步增高可以看出, 北京市畜禽产业集约化水平不断提高, 其中顺义、大兴、密云和通州是北京畜禽温室气体排放的主要区域。同时, 对历年畜禽温室气体排放进行了线形回归预测, 结果显示, 北京地区的畜禽温室气体排放仍呈递增走势。结合北京地区畜禽产业温室气体排放的特点与存在问题, 笔者认为应尽快提出适合畜牧业可持续发展的温室气体减排策略及减排目标, 开展温室气体减排技术研发, 从而推进畜禽产业的可持续发展。     

Meta分析湖南省双季稻田甲烷排放影响因素

稻田是农业生产中甲烷的主要排放源。探索不同农田管理措施对甲烷排放的影响,对湖南省双季稻可持续生产意义重大。该研究利用Meta分析方法,基于该区域53篇公开发表研究文章中收集的840对数据研究发现:湖南省双季稻田中,双季稻甲烷排放占全年甲烷排放的97.9%,且晚稻甲烷排放显著大于早稻;冬闲期种植作物显著增加了双季稻田43.88%(P 0.05)的甲烷排放;免耕和复合种养(稻田养鸭、稻田养鱼等)则分别显著降低了双季稻26.84%、37.02%(P 0.05)的甲烷排放;另一方面,从单位产量甲烷排放来看,施氮肥显著降低了双季稻40.01%(P 0.05)排放量,这主要是由于水稻产量显著提高了73.87%(P0.05);施有机肥和秸秆还田显著增加稻田甲烷排放量,显著增加了68.11%、71.80%(P 0.05)的双季稻单位产量甲烷排放量。研究结果表明,在湖南双季稻生产中合理采用免耕、复合种养措施并合理化肥料投入等措施有利于平衡该区域水稻增产与甲烷减排。     

稻作制有机肥地下水位对稻田甲烷排放的影响

采用大田小区试验和长期定位模拟试验，研究了稻作制、有机肥、地下水位对稻田甲烷排放的影响。结果表明，水稻不同生育期甲烷的排放规律4种稻作制有比较一致的变化趋势，甲、晚稻均以分蘖期甲烷的排放速率最大，以后逐渐减少。4种作制中稻－稻－绿肥甲烷的排放量最小；有机肥施用可明显增加甲烷的排放量；高水位稻田甲烷的排放量明显高于低水位稻田；晚稻甲烷的排放量高于早稻。     

育肥猪舍甲烷排放浓度和排放通量的测试与分析

畜禽养殖是重要的温室气体排放源，畜禽养殖的甲烷排放量受动物生长特性、粪便收集方式和气候条件的影响。为了探讨中国特有的饲养管理方式下育肥猪舍温室气体排放规律，为减少甲烷排放提供依据，该研究在北京选择一典型猪场，对不同季节育肥舍的甲烷排放浓度进行了试验测定，从2004年5月至2005年3月，每2个月一次连续采集72～80 h甲烷浓度和相关数据，并根据二氧化碳平衡原理，对猪场的甲烷排放量进行了估算。结果表明：育肥猪舍内甲烷浓度有明显的季节性和日变化特性，2005年1月舍内甲烷的平均浓度为(22.98±10.52)mg/m³，7月舍内甲烷浓度为(2.68±0.68)mg/m³；每日最低甲烷浓度出现在9:00 am～17：00 pm时段；冬季舍内二氧化碳浓度明显偏高，夜间比允许浓度高1倍；每头育肥猪饲养期间的甲烷排放量为68.10～207.01 mg/h，折合每标准动物单位排放量：436～1185 mg/h·(500 kg)，在IPCC推荐的发展中国家猪呼吸代谢甲烷排放1.0 kg/(a·头)范围内。     

肉牛甲烷排放影响因素的试验研究

为考察不同粗饲料类型、日粮精粗饲料比、能量摄入水平等因素对肉牛甲烷排放量的影响，从而为控制甲烷排放提供理论依据，本研究选用4头18月龄的健康肉用公牛(鲁西黄牛)，针对不同粗饲料类型、饲料精粗比和日粮能量摄入水平进行了试验，采用SF₆示踪法对甲烷排放量进行了测定。试验结果表明：SF₆示踪法可用来快速测定反刍动物的甲烷排放量；影响肉牛甲烷排放量因素的主次顺序依次为：饲料粗料类型＞饲料精粗比＞能量摄入水平；对肉牛饲喂紫花苜蓿和青贮玉米秸比饲喂稻草和干玉米秸时甲烷排放量要小；日粮中粗饲料越多，则肉牛的甲烷排放量越大；随着能量摄入水平的加大，肉牛的甲烷排放量也呈增加的趋势。     

利用秸秆氨化饲料养牛减少甲烷排放的潜力

通过对河南省淮阳县利用秸秆氨化饲料发展养牛业情况的调查，采用ＩＰＣＣ提供的甲烷排放量的计算方法，估算出利用氨化饲料养牛减少甲烷排放量的潜力。     

表面风速和模拟降水对奶牛粪便堆放过程中N2O排放的影响

奶牛场粪便的自然堆放过程中会造成大量的温室气体排放,排放过程和排放量受表面风速和自然降水等环境因素的影响显著。该文针对中国常用的奶牛粪便管理方式,采用动态箱法研究了不同表面风速(0.5、0.8、1.2、1.6 m/s)和模拟降水(降水量9.9 mm)对奶牛粪便自然堆放过程中典型的温室气体氧化亚氮(N2O)排放的影响。结果表明,在0.5~1.2 m/s风速范围内,奶牛粪便自然堆放过程中的N2O排放量随风速升高逐渐增加,1.2 m/s达到最大值,且不同风速下N2O的排放量存在显著差异。模拟降水后N2O排放量在短时间内急剧升高,之后迅速下降至降水前的排放水平,整个过程持续约10 h。由于降低了二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的排放,与降水前一天相比2次降水分别降低了12.9%和10.9%的温室气体排放量。     

基于动态箱法的北京延庆区牛粪堆放CH4和N2O排放量估算

畜禽粪便堆放管理会造成甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)等温室气体的大量排放。通过联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)建议的排放系数等方法,可以实现对某一区域范围内畜禽粪便管理系统的温室气体排放总量的估算,但由于其排放受粪便管理、气候条件等因素的显著影响,直接套用IPCC的默认系数会产生较大的误差。为更加准确估算中国奶牛粪便管理所造成的CH_4、N_2O排放,该文在对北京延庆区奶牛生产与粪便管理模式进行了实地调研的基础上,采用动态箱法模拟了奶牛粪便不同季节短时自然堆放管理模式下的CH_4、N_2O排放过程,并对区域内的年温室气体排放总量进行了测算。研究结果表明,奶牛粪便在一个月的自然堆放管理模式下,每千克牛粪挥发性固体在春、夏、秋季的CH_4排放量分别为223.97、4 603.31、351.38 mg,每千克牛粪N_2O排放量分别为5.86、9.43、0.81 mg。2016年北京延庆区全年奶牛粪便CH_4、N_2O排放总量分别为13 342.50、347.87 kg。延庆区奶牛粪便堆放管理过程的CH_4排放因子为1.50kg/(头·a),小于IPCC指南中的1.78 kg/(头·a);受堆放时间较短的影响,N_2O的排放因子则显著小于IPCC的推荐值。若直接使用IPCC默认参数估算延庆区奶牛粪便堆放管理过程中的CH_4和N_2O排放量,会造成排放量的高估。     

爽水性稻田甲烷排放特点

通过田间小区试验,观测研究了不同施氮水平和前茬是否施用稻草的爽水性稻田的甲烷排放情况。结果表明,爽水性稻田甲烷排放通量有明显的规律性,烤田前甲烷排放量较大,烤田期间甲烷排放并不明显减少,但烤田后甲烷排放下降显著;前茬覆盖稻草对稻田甲烷排放有明显的促进作用;     

从生物化学角度降低牛的甲烷排放量

在牛的瘤胃内栖息的甲烷菌 ,在瘤胃内有原生动物存在的情况下其活动相当活跃。如果减少或除去了瘤胃内的原生动物 ,则甲烷的排放量也会随之降低。由于这些原生动物具有分解纤维素进而为牛所利用的功能 ,因此如果减少或除去了原生动物 ,则会出现纤维素的消化率也随之降低的问题。即在甲烷的排放得到抑制的同时 ,饲料的利用效率也下降了。为避免这种不利因素 ,必须寻找新的方式以尽量减少其不利影响。科学家首先想到了利用不饱和脂肪酸。由于脂肪含量高的饲料对瘤胃内的微生物有不良影响 ,因而反刍动物的饲料中一般不过多地使用高脂肪饲料。但…     

利用整体分析法研究华北地区奶牛产业温室气体排放

为了研究奶牛产业生产效率对温室气体排放的影响,对单位牛奶产量所产生的温室气体(甲烷、氧化亚氮和二氧化碳)进行科学的评估是非常重要的。在该研究中,利用整体分析方法评估了2012年华北地区奶牛产业的总温室气体排放以及单位牛奶的温室气体排放。估算的排放源包括奶牛胃肠道发酵以及粪便管理系统产生的温室气体(greenhouse gas,GHG)排放、奶牛饲养过程中耗能所带来的GHG排放、饲养奶牛所需作物种植管理过程中以及所需农业机械设备制造所产生的GHG排放、化学肥料生产和施用所来的GHG排放。估算方法采用政府间气候变化专门委员会(IPCC,Intergovernmental Panel on Climate Change)评估报告中的方法学以及相关文献的研究成果。研究结果表明:在华北地区奶牛产业系统中总温室气体排放量为22437.85×103t。甲烷(CH4)是主要的排放源,为8516.53×103 t,其中奶牛胃肠道排放占84%,粪便管理系统占16%;氧化亚氮(N2O)排放为6240.27×103 t,二氧化碳(CO2)排放为7681.05×103 t。基于排放强度,得出单位牛奶的平均温室气体排放量为1.3 kg/kg。     

反刍动物瘤胃内甲烷的产生及营养调控

概述了反刍动物甲烷排放研究的意义、瘤胃内甲烷的产生机制和影响因素、及从营养控制方面减少甲烷排放量的几种方法。