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。     

牛粪堆肥方式对温室气体和氨气排放的影响

为明确堆肥过程中温室气体和氨气排放规律以及产生的总温室效应,在云南省大理州开展堆肥试验,并以奶牛粪便为试验材料,研究了农民堆肥(FC)、覆盖堆肥(CC)、覆盖-翻堆堆肥(CTC)和覆盖通风-翻堆堆肥(CATC)4种堆肥方式对温室气体和氨气排放的影响。结果表明:覆盖通风-翻堆堆肥(CATC)可提高堆肥腐熟度,有效降低CH4和N_2O排放,但并没降低CO2和NH_3排放;与农民堆肥(FC)相比,覆盖堆肥(CC)的CH4排放量增加了48.7%,而N2_O和NH3排放量与农民堆肥(FC)基本一致;覆盖-翻堆堆肥(CTC)虽然提高了腐熟度,但CH_4、CO_2和NH_3排放量较大;堆肥结束时,4个处理的总温室效应分别为25.6、32.9、38.1及18.0 kg/t;温度与CH_4、CO_2、N_2O和NH_3排放速率均极显著相关,pH值显著影响N_2O和NH_3的排放。因此,覆盖通风-翻堆堆肥(CATC)不仅能够满足堆肥产品的腐熟度要求,而且能够减少总温室效应,再加上其操作简便,能够在生产中推广应用。     

过磷酸钙添加剂对猪粪堆肥温室气体和氨气减排的作用

为研究不同比例过磷酸钙添加剂对畜禽粪便高温堆肥氨挥发和温室气体减排的作用,该文以猪粪和玉米秸秆为试验材料,以市售过磷酸钙肥料作为添加剂,在发酵仓中(单仓体积1.2m3)进行56d的好氧堆肥试验,监测堆肥过程中的温室气体和氨排放速率及堆体碳、氮损失率。结果表明:在初始物料中添加干质量3.3%～13.2%的过磷酸钙添加剂对减少堆体碳、氮损失,降低温室气体排放均有明显效果,但超过初始物料干质量的9.9%的过磷酸钙添加剂会对堆肥腐熟进程产生显著抑制作用;该试验中添加初始物料干质量3.3%～6.6%分别使堆肥56d的NH3、N2O和CH4排放量减少了24.1%～43.4%、22.2%～27.7%和22.4%～62.9%,总温室气体排放当量减少30%。猪粪和玉米秸秆堆肥中较适宜的过磷酸钙添加量是初始物料干质量的3.3%～6.6%。该文为过磷酸钙添加剂应用于实际堆肥工程提供理论依据。     

低碳氮比条件下猪粪堆肥氨气和温室气体排放

针对养殖场粪便产生量大、外加碳源物质成本高,堆肥需要添加大量的碳源物质,并且猪粪堆肥实际生产过程中氨气(NH_3)和温室气体(GHG)排放数据缺乏的问题,开展了低碳氮比(C/N)条件下的猪粪堆肥试验。试验采用箱式堆肥法,使用Innova 1312对氨气(NH_3)、氧化亚氮(N_2O)、甲烷(CH_4)和二氧化碳(CO_2)气体进行24h在线连续监测。结果表明:堆肥箱体内日平均温度超过50℃的持续天数均超过10d,满足国家相关标准的无害化要求;经过31d的好氧发酵,每千克初始原料鲜重的NH_3、N_2O、CH_4和CO_2的累计排放分别为2.27、0.07、0.24、135.72g,NH_3的排放主要集中在堆肥第1周和翻堆后10d,分别占总排放的31.09%和36.15%,GHG排放主要集中在第4周,占总排放的30.9%;在不考虑CO_2时,N_2O是GHG的主要贡献气体,贡献率为72.02%。堆肥过程中物料气体(NH_3、N_2O、CH_4和CO_2)累计排放量均与p H值呈现良好的正相关(P0.01)、与含水率和C/N呈现良好的负相关(P0.01)。建议对猪粪堆肥过程中NH_3的控制应集中在堆肥第1周和翻堆后,GHG减排应重点关注堆肥后期N_2O的排放。     

冬季堆肥中翻堆和覆盖对温室气体和氨气排放的影响

为明确冬季条垛堆肥过程中温室气体排放规律和主要影响因素,以猪粪和玉米秸秆为原料,研究了冬季条垛式堆肥过程中翻堆和覆盖作用对温室气体和氨气排放的影响。试验结果表明,在冬季堆肥高温期能维持2周以上,达到良好的卫生化效果;而在腐熟期堆体温度迅速下降,微生物活性停滞,堆肥腐熟进程受抑制。初始总有机碳的0.14%～0.76%以CH4损失,NH3和N2O的挥发则分别占到了初始总氮的10.3%～29.5%和0.81%～3.93%。数据分析结果显示,翻堆能够显著减少堆肥化过程中N2O和CH4排放,但增加NH3的排放。覆盖能够减少NH3的挥发,增加甲烷的排放,对N2O排放的影响不显著。     

猪舍氨气排放预测模型的研究现状

该文就氨气对环境的影响和猪舍氨气排放机制进行了简要的叙述，详细综述了氨气排放的机理模型和基于不同因素建立的经验模型。从中可以看出，国外对氨气排放的模型做了大量的研究，也取得了一定的研究成果，但是不同的研究结果有一定的差异。最后针对我国的实际情况，对我国氨气排放需进一步研究的问题进行了探讨。     

覆盖材料和厚度对堆存牛粪氨气和温室气体排放的影响

为了研究锯末和稻草2种材料覆盖以及不同厚度的锯末覆盖对牛粪堆存过程中氨气(NH3)和温室气体(N2O、CH4和CO2)排放量的影响,采用静态箱的方法测试了不同覆盖厚度(1、3和5 cm)和2种材料(锯末和稻草)覆盖下牛粪NH3、N2O、CH4和CO2排放量。结果表明,在不同厚度锯末覆盖的试验中,与不覆盖处理组相比,覆盖降低了牛粪NH3和CO2累积排放量,但覆盖显著增加了牛粪N2O和CH4累积排放量(P0.05);3个覆盖处理组内,NH3、N2O和CO2排放量随着覆盖厚度的增加而下降,然而,CH4排放量随着覆盖厚度的增加而升高;1、3和5 cm厚锯末覆盖的牛粪总温室气体排放量分别为108.61、103.57和101.36 g/kg,与1 cm锯末覆盖相比,3和5 cm厚锯末覆盖的牛粪总温室气体排放量显著降低(P0.05)。在相同质量的锯末(2 cm厚)和稻草(6 cm厚)2种材料覆盖的比较试验中,2种材料覆盖都显著降低了牛粪NH3和CO2的累积排放量(P0.05),但同时也显著增加了CH4的累积排放量(P0.05);锯末覆盖增加了牛粪N2O累积排放量(P0.05),而稻草覆盖则降低了牛粪N2O累积排放量(P0.05)。与锯末覆盖相比,稻草覆盖显著增加了CH4的累积排放量(P0.05),但同时显著降低了牛粪CO2的累积排放量(P0.05);锯末覆盖和稻草覆盖牛粪总温室气体排放量分别为101.51和109.46 g/kg,与锯末覆盖相比,稻草覆盖显著增加了牛粪总的温室气体排放量。试验结果表明,较厚的锯末(3和5 cm)覆盖对牛粪NH3和温室气体的减排效果更好。     

猪舍氨气排放预测模型的研究现状

该文就氨气对环境的影响和猪舍氨气排放机制进行了简要的叙述,详细综述了氨气排放的机理模型和基于不同因素建立的经验模型。从中可以看出,国外对氨气排放的模型做了大量的研究,也取得了一定的研究成果,但是不同的研究结果有一定的差异。最后针对中国的实际情况,对中国氨气排放需进一步研究的问题进行了探讨。     

规模奶牛养殖室外运动场春季温室气体与氨气排放特性

舍外运动场是中国传统奶牛养殖场的组成部分,同时也是温室气体和氨气(NH_3)的重要排放源。由于开放式生产设施污染气体排放的监测难度大,目前中国还普遍缺少奶牛运动场温室气体和NH_3排放通量的直接监测数据。该试验采用梯度法对北京地区春季典型开放式奶牛运动场的甲烷(CH_4)、氧化亚氮(N_2O)、二氧化碳(CO_2)等温室气体和NH_3浓度及其排放通量进行了监测分析,讨论了排放特征和关键影响因素,为获取中国北方地区奶牛运动场温室气体和NH_3的排放通量提供了基础数据支撑。测试运动场饲养了52头荷斯坦奶牛,年均单产约8 t,头均占地面积为20.77 m~2。结果表明,该奶牛运动场春季CH_4、N_2O和CO_2的排放通量为155.59、3.60和4 869.37 mg/(m~2·h),分别占温室气体排放总量的42.79%、9.37%和47.83%;NH_3的排放通量为66.27 mg/(m~2·h);排放峰值一般出现在运动场清粪之后。环境温度与CH_4、N_2O和NH_3排放量呈显著的正相关关系(P0.05),同时风速在一定范围内会促进CH_4、N_2O和NH_3的排放。奶牛场清粪活动不仅会加快污染气体的排放通量,还会影响温度和风速对气体排放通量的作用效果。     

妊娠猪舍氨气及氧化亚氮浓度测定与排放通量的估算

在北京选择一典型猪场，对不同季节妊娠舍的氨气及氧化亚氮浓度进行了为期1年的试验测定，并根据二氧化碳平衡原理，对猪场不同生长阶段的妊娠猪含氮气体的排放通量进行了估算。结果表明：冬季2004年11月氨气和氧化亚氮的平均浓度分别为11.64±4.36，（1.17±0.2）mg／m³，夏季7月舍内氨气和氧化亚氮的平均浓度分别为3.31±2.67，（0.6±0.02）mg／m³；妊娠猪饲养期间的氨气排放通量为每头（185.2～500.8）mg／h，氧化亚氮为（3.85～35.93）mg／h。     

‘寒富’苹果园生长季土壤氨氧化细菌群落结构与多样性

采用PCR-DGGE技术,对‘寒富’苹果园生长季内土壤氨氧化细菌群落结构、多样性及其与土壤理化因子的相关性进行探讨。结果表明,不同时期土壤硝化强度、氨氧化细菌数量、种群组成及多样性表现出明显差异。其中,11月份土壤硝化强度最高,9月份最低,而氨氧化细菌数量则表现为11月份最低,7月最高。多样性特征分析表明,土壤氨氧化细菌多样性和均匀度指数均表现为11月份最高,9月份最低;而丰富度指数则表现为5月份与7月份最高,11月份最低;优势度指数则为9月份最高,5月份最低。系统发育分析结果表明,苹果园土壤氨氧化细菌均隶属于β-变形菌纲(β-Proteobacteria),多为不可培养菌株,其中亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira)为土壤优势菌属。氨氧化细菌与土壤理化性质相关性分析发现,土壤速效磷、速效钾含量与硝化强度、氨氧化细菌多样性指数、均匀度和优势度指数呈显著相关,而与土壤氨氧化细菌数量无明显相关性。说明环境因子时间分布的不均匀性是不同时期土壤氨氧化细菌群落结构组成差异的重要原因。     

不同温度下施入尿素后土壤短期内pH的变化和氨气释放特性

在湖南3种土壤中施入尿素后,对土壤短期内pH变化和氨气挥发进行了研究,结果表明:在常温25℃下,3种土壤尿素水解速度次序为:冲积菜园土>红菜园土>茶园土;pH变化是先上升达到峰值,然后下降;氨气挥发趋势也是慢慢变大出现峰值,然后降低,在3种土壤中氨气挥发强度次序为:冲积菜园土>红菜园土>茶园土。冲积菜园土中,随着温度的升高尿素水解速度加快;pH升高幅度速度变大,峰值提前;氨气挥发强度变大,也是峰值提前。引起各处理差异的原因与土壤本身pH、CEC、有机质、尿酶活性以及外界条件—温度相关。     

不同施肥方式下砂姜黑土冬小麦-夏玉米轮作农田氨挥发特征及排放系数

土壤类型对于农田氨挥发影响较大,而关于砂姜黑土农田氨挥发特征及排放系数研究相对较少,不利于区域性农田土壤氨排放清单的准确评估。基于此,选取豫南典型砂姜黑土为研究对象,设置不施肥（CK）、传统施肥（TR）、优化施肥（OPT）、再优化施肥（ZOPT）和缓控肥（HK）5种施肥处理,利用密闭海绵法,探究砂姜黑土农田不同施肥方式下冬小麦-夏玉米轮作土壤氨挥发特征,并尝试确定氨排放系数。结果表明：砂姜黑土传统施肥条件下冬小麦季土壤氨挥发量为11.1 kg·hm^-2,夏玉米季氨挥发量为13.4 kg·hm^-2,说明夏玉米季是砂姜黑土冬小麦-夏玉米轮作农田氨的高排放时期。对比不同处理的氨挥发量,发现ZOPT和HK处理冬小麦季和夏玉米季的氨挥发量显著低于其他处理（P<0.05）,其次为OPT处理,TR处理的氨挥发量最高。HK处理的氨排放系数最低,其中冬小麦季和夏玉米季分别为1.7%和1.5%,显著低于其他处理（P<0.05）;其次为ZOPT和OPT处理,其氨排放系数冬小麦季分别为2.1%和2.6%,夏玉米季分别为2.6%和3.6%;TR处理的氨排放系数最高,冬小麦季和夏玉米季分别为3.6%和4.7%。不同施肥处理氨挥发量与施肥量的拟合结果表明,随施肥量增加,冬小麦-夏玉米轮作农田氨挥发显示出较强的线性增长趋势,其中夏玉米季和冬小麦季的R²分别为0.934和0.931,说明该区域砂姜黑土传统施肥量的氨挥发未出现明显的激发性增长现象。本研究结果可为砂姜黑土区冬小麦-夏玉米轮作农田氮肥利用率的提高和氮排放清单的估算提供依据。     

不同施氮量和施氮方式对稻田氨挥发损失的影响

采用密闭室法研究苏南地区稻麦轮作体系中,不同施N量和施N方式对水稻和小麦生育期氨挥发损失的影响。结果表明,优化施肥能明显降低稻-麦轮作系统中的氨挥发损失,在整个稻麦轮作体系中,优化和习惯的氨挥发损失占N肥施用量的百分比分别为7．05％±1.37％和9．81％±0．38％。稻季与麦季的氨挥发损失差异显著。稻季氨挥发损失量与N肥施用量呈乘幂关系上升,麦季则呈正的线性关系。水稻施肥后氨挥发持续的时间短,主要发生在施肥后1周以内,麦季持续时间较长,在施肥后10天左右。稻季和麦季的基肥阶段是主要的氨挥发时期,占各自氨挥发损失N的50％左右。     

淮河流域汛期候尺度降水集中度与集中期的时序变化特征

降水分布的不均匀性特征是水循环研究的热点问题,也是区域旱涝防灾与水资源利用的重要依据。基于淮河流域30个气象测站点1960-2014年汛期（5-8月）的逐日降水数据,采用降水集中度指标、趋势与突变检测以及小波周期方法,分析了淮河流域近55 a来汛期降水集中特性的时序变化特征。结果表明:（1）汛期降水年际间波动频繁,变幅较大,1970s和1990s为汛期雨量偏低时期,而2000s以来是汛期降水量最高的时代。（2）降水集中度波动较大,呈微弱减小趋势,以1960s为最集中,1980s最低,1983年出现一次较为明显的突变过程。多年平均降水集中期出现于7月上旬的38候;集中期以1980s为最偏早,1990s以来都较为偏迟,在1990年为明显的突变过程,此后集中期总体推后。（3）集中度在1960s中期具有2 a左右的周期,在1991-2004年存在3~5 a左右的周期。集中期在1970s后段存在2 a左右短周期,而在1970-1982年存在显著的6~9 a左右稍长周期。集中度与集中期在1975-1985年还具有显著的4~5 a左右正相位共振周期。     

新疆阿勒泰地区汛期降水集中度和集中期的时空变化特征

利用新疆阿勒泰地区7个台站1961-2007年5-9月（第25-54候）逐侯降水资料,分别讨论全区和各站汛期降水集中度和集中期在时间和空间上的分布特征和变化规律。结果表明：降水集中度（PCD）和集中期（PCP）能够定量表征降水量在时空场上的非均一性。阿勒泰全区汛期降水平均集中度为0.205,平均集中期为第38.12侯。平均集中度空间分布不均匀,东部比西部大;平均集中期基本一致,阿勒泰、福海站比其它站略偏晚。利用Morlet小波变换求出阿勒泰全区及各站PCD和PCP的变化周期,周期在空间分布上表现出较大的地域差异。通过降水距平与集中度和集中期的相关合成分析表明,大部分站的集中度和集中期与汛期降水距平呈负相关;多水年的集中度比少水年小,多水年的集中期比少水年早,但空间分布存在相同和不同之处。     

三峡库区农田氨挥发及其消减措施研究进展

从分析农田氨挥发的机理入手,在分析国内外氨挥发研究现状的背景下,综述了三峡库区农田氨挥发受气候、土壤理化性质、田间管理措施等因素的影响程度及其消减措施的研究进展,提出了应将农田氨挥发作为库区气态氮损失的研究重点,同时在研究方法、时空尺度、地域特殊影响因素,以及消减措施等方面进行更深入的探索。     

华北山前平原农田氨挥发速率与调控研究

本文依托中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦-玉米轮作长期田间试验, 利用双层海绵氨吸收装置, 分析了不同施肥处理下氨挥发速率和损失量的变化规律; 并采用室内培养试验方法, 分析了浇水和秸秆还田等不同措施下氨挥发变化特征。结果表明, 肥料施用时间、土壤温度和灌水等因素显著影响土壤氨挥发速率; 氨挥发损失量在0.66~35.00 kg·hm^-2·d^-1 之间, 占施肥量的0.09%~14.90%, 且大部分氨挥发发生在夏玉米时期。施肥后及时浇水能有效减少氨挥发, 特别是在低初始水分条件下最为明显; 而在高土壤水分含量条件下, 浇水时间对氨挥发量的影响减弱。与单施化肥相比, 小麦或玉米秸秆混合配施化肥增加了石灰性土壤的尿素水解速率, 缩短了尿素的氨挥发时间, 并可显著减少氨挥发损失。单施尿素的累积氨挥发损失量占尿素施用量的7.2%~9.7%, 而小麦或玉米秸秆配施尿素的累积氨挥发损失量分别占尿素施用量的1.1%~2.1% 和2.2%~7.2%。因此, 为了减少农田氨挥发损失, 在施用尿素时应充分考虑土壤水分状况和秸秆类型对氨挥发的影响。     

不同地区机械通风式密闭畜禽舍空气氨减排潜力分析

氨气是大气中唯一的碱性气体,减少氨排放对控制大气雾霾有重要作用,畜禽养殖业是重要的氨气排放源,科学评估不同环节的氨气排放量及减排潜力具有重要意义。本文根据文献资料总结了国内外不同畜禽养殖舍的氨排放因子情况、主要减排技术及效率,并结合第二次全国污染源普查获得的全国主要畜禽采用机械通风养殖场的数量和养殖量,对中国分地区、分畜种密闭式畜舍外排空气的氨减排潜力进行了分析。结果表明：中国机械通风畜舍外排空气氨气年减排潜力为26.56万t,主要来自生猪、蛋鸡和肉鸡三种畜禽,其减排潜力分别为10.18万t、7.73万t和6.75万t,三种畜禽舍减排潜力占比92.8%;从地区上看,主要可实施地区为华东区、中南区和华北区,氨气减排潜力分别占全国的35.1%、26.9%和14.9%。建议开展密闭式生猪、蛋鸡和肉鸡舍氨减排设施建设,可为全国氨减排和大气环境质量改善提供保障。     

太湖地区水稻追肥的氨挥发损失和氮素平衡

采用密闭室通气法和¹⁵N 微区试验, 对太湖地区水稻不同生育期追施氮肥的氨挥发损失、水稻对氮肥的吸收利用和土壤氮素残留情况进行了研究。结果表明, 氨挥发损失主要发生在施肥后1 周内, 峰值出现在施肥后1~2 d, 氨挥发速率变化与田面水NH₄⁺-N 浓度变化规律一致, 分蘖肥和穗肥氨挥发损失率分别为16.7%和6.3%; 水稻分蘖肥的作物氮素利用率低于穗肥, 分别为36.7%和49.6%, 主要原因是穗肥的氨挥发损失较少,并且更易于向籽粒转移; 2 次追施氮肥的表观损失率分别为52.8%和40.7%; 在土壤中残留肥料氮为10.6%, 大都集中在0~20 cm 土壤中, 耕层以下较少。本结果表明, 在水稻孕穗时期施氮肥有利于提高氮肥利用效率、减少氮肥损失, 主要体现在穗肥拥有较低的氨挥发损失率和较高的籽粒利用率。