【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）奶牛糞便溫室氣體排放及影響因子研究氣象學(xué)碩士論文

密級(jí) ： 論文編號(hào) ： 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 奶牛 糞便溫室氣體排放及影響因子研究 of of 要 動(dòng)物糞便中的有機(jī)物在降解過(guò)程中產(chǎn)生大量溫室氣體，是一個(gè)重要的 溫室氣體 排放源。 為了研究不同條件下牛糞溫室氣體的排放規(guī)律以及影響溫室氣體排放的因子，本研究 采用靜態(tài)箱 氣相色譜法 對(duì) 玉米秸稈 覆蓋處理、 不同 堆放處理以及室內(nèi) 不同 溫度處理 奶牛糞便 的溫室氣體排放速率進(jìn)行 了測(cè)定，并分析了不同因子對(duì)牛糞溫室氣體排放的影響， 研究結(jié)果表明： 1、 奶牛糞便 在堆放時(shí)覆蓋玉米秸稈會(huì)減少 排放， 第 3 時(shí)段 （ 覆蓋 玉米秸稈 與自然堆放 處理 平均排放速率分別為 mgh II mgh 異顯著 ；第 3 時(shí)段 平均排放速率分別為 h h 時(shí)段 （ h h 異 也 顯著 ，但是覆蓋玉米秸稈會(huì)增加 排放， 第 4 時(shí)段 平均排放速率分別為 mgh mgh 異顯著。 2、 牛糞 不同堆放方式對(duì)溫室氣體排放的影響差異很大， 除了 夏季試驗(yàn) 堆放高度 50理和 堆放高度 25理 排放速率 差異不顯著 之外 ，其他 處理間溫室氣體 的 排放 差異都顯著， 兩個(gè)季節(jié)中 每天加糞 10理 排放速率較大， 平均排放速率最大的分別達(dá)到 mgh h 其它 處理 排放速率較 小 ， 最大的 平均排放速率 分別 只有 h mgh 排放速率基本表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)。 3、溫度是影響牛糞 溫室氣體排放的 主要因子 ， 在 5、 15、 25和 35四個(gè)處理中， 奶牛糞便 放速率兩兩之間差異顯著； 放速率除了 5和 15處理差異不顯著之外，其他的兩兩之間差異顯著； 當(dāng) 溫度為 35時(shí) 放速率與其他溫度的排放速率差異都顯著，其他的兩兩之間差異不顯著 。 溫度為 5時(shí)牛糞溫室氣體的排放速率最低， 別 只有 h mgh h 溫度為 35時(shí) 最高 ， 分別達(dá)到 mgh mgh h 且 隨著 牛糞 溫度的升高而增大。 4、（ 1）覆蓋處理 (1、 2、 3、 4、 排放速率在第 1、 4 時(shí)段試驗(yàn)的前期較高 ， 中后期逐漸減小，在第 2、 3 時(shí)段試驗(yàn)比較穩(wěn)定； 排放速率 在第 1、 2、 3 時(shí)段試驗(yàn)也比較穩(wěn)定，但是第 4 時(shí)段試驗(yàn)中后期逐漸上升； 排放速率在第 1、 2 時(shí)段試驗(yàn)比較穩(wěn)定，但是第 3、4 時(shí)段試驗(yàn)中后期逐漸上升。 （ 2） 不同堆放處理 （堆放高度 50放高度 25 每天加糞10： 試驗(yàn)前期排放速率較大，中后期排放 速率 較少； 試驗(yàn)前期排放速率較小，后期排放速率逐漸上升。（ 3）不同溫度處理 （ 5、 15、 25和 35） ： 當(dāng)溫度為 5時(shí)溫室氣體排放速率的變化趨勢(shì)都是逐漸減小； 15時(shí)溫室氣 體排放速率先減小后增大； 25和 35時(shí) 排放速率分別在中前期出現(xiàn)峰值 ，其他時(shí)間排放速率比較穩(wěn)定， 關(guān)鍵詞： 溫室氣體 牛糞 覆蓋 堆放 溫度 影響因子 is a of HG In to HG in is to HG of 1. HG is in O2 2O by to H4 is in in H4 2O in is HG in is 2. HG is by of in H4 0cm 5cm in As a 2O of 0kg is at 0cm 2O a 3. is HG a of is HG is of in is H4 is 5 . 5 , is is 4. HG in is (1) in of is in is in is in in of in 2O is in in of in 2)of H4 in of is at (3)of ,5 ,5 5， is in of at 2O on 錄 第一章 文獻(xiàn)綜述 . 1 物糞便溫室氣體產(chǎn)生機(jī)理及影響因子研究進(jìn)展 . 2 物糞便甲烷產(chǎn)生機(jī)理及影響因子研究進(jìn)展 . 2 物糞便氧化亞氮排放機(jī)理及影響因子研究進(jìn)展 . 6 研究的目標(biāo)與主要內(nèi)容 . 7 究目標(biāo) . 7 要內(nèi)容 . 8 第二章 材料和方法 . 9 言 . 9 究地點(diǎn)概況 . 9 驗(yàn)處理 . 10 蓋處理 . 10 同堆放方式處理 . 11 同溫度處理 . 11 室氣體排放速率和牛糞特性的測(cè)定 . 11 外試驗(yàn)排放速率的測(cè)定 . 11 內(nèi)試驗(yàn)排放速率的測(cè)定 . 13 糞理化特性的測(cè)定 . 14 糞溫度數(shù)據(jù)的測(cè)定 . 14 動(dòng)測(cè)量中采樣時(shí)間的選擇 . 14 第三章 覆蓋對(duì)奶牛糞便溫室氣體排放的影響 . 16 言 . 16 便理化特性 . 16 糞溫室氣體排放 . 16 放 . 16 放 . 18 2O 排放 . 20 蓋對(duì)溫室氣體排放的影響 . 22 度對(duì)溫室氣體排放的影響 . 23 度變化 . 23 度對(duì)溫室氣體排放的影響 . 23 章小結(jié) . 25 第四章 不同堆放方式對(duì)奶牛糞便溫室氣體排放的影 響 . 27 言 . 27 便理化特性 . 27 糞溫室氣體排放 . 28 V 放 . 28 放 . 29 2O 排放 . 30 度變化及影響 . 32 同處理溫度的變化 . 32 度對(duì)溫室氣體排放的影響 . 34 放方式對(duì)溫室氣體排放的影響 . 35 放方式對(duì) 放的影響 . 35 放方式對(duì) 放的影響 . 36 放方式對(duì) 放的影響 . 36 章小結(jié) . 37 第五章 室內(nèi)不同溫度處理奶牛糞便溫室氣體排放的變化規(guī)律 . 38 言 . 38 糞理化特性 . 38 糞溫室氣體排放 . 39 放 . 39 放 . 40 2O 排放 . 41 度對(duì)溫室氣體排放的影響 . 42 章小結(jié) . 43 第六章 結(jié)論與展望 . 44 要結(jié)論 . 44 究中存在的問(wèn)題以及今后的展望 . 45 參考文獻(xiàn) . 46 致 謝 . 52 作者簡(jiǎn)歷 . 53 文縮略表 英文縮寫(xiě) 英文全稱(chēng) 中文名稱(chēng) 甲烷 氧化碳 ry 物質(zhì) 放因子 溫室氣體 烷轉(zhuǎn)化因子 化亞氮 總氨氮 氮 有機(jī)碳 發(fā)性固體 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 1 第一章 文獻(xiàn)綜述 自從 20 世紀(jì) 50 年代以來(lái)，關(guān)于溫室氣體濃度變化所引起的全球氣候變化問(wèn)題開(kāi)始得到了普遍關(guān)注。大量的觀測(cè)事實(shí)表明：由于人類(lèi)活動(dòng)的影響，大氣中許多溫室效應(yīng) 氣體的濃度已發(fā)生了全球尺度的變化。二氧化碳（ 甲烷（ 氧化亞氮（ 平均濃度分別從 工業(yè)革命前 280 270加到現(xiàn)在 （ 2005 年）的 379 319 1750年工業(yè)革命以來(lái)，大氣中的 6%、 148%和 18%(007)，大氣中 濃度 已經(jīng)超過(guò)了冰核記錄的 65 萬(wàn)年以來(lái)的正常波動(dòng)范圍 ，而大氣中 濃度的增加速率從 1980 年以來(lái)幾乎為常數(shù) 。 聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)業(yè)委員 會(huì) ( 第四次評(píng)估 報(bào)告指出， 過(guò)去 100年（ 1906 2005） 地球表面的平均溫度已經(jīng)上升了 。如果不采取任何行動(dòng)，到 21 世紀(jì)末，地表平均溫度將比 1990 年增 加 (2007)。毋庸置疑，人類(lèi)活動(dòng)所引起的溫室效應(yīng)在不斷加強(qiáng)，由此導(dǎo)致的氣候系統(tǒng)對(duì)人類(lèi)生存所造成的威脅不容忽視，各種主要溫室氣體排放機(jī)理和影響因素的研究亟待加強(qiáng)。 動(dòng)物糞便中的有機(jī)物在降解過(guò)程中產(chǎn)生大量溫室氣體，是一個(gè)重要的排放源。 全球動(dòng)物糞便 放總量為 25 20 30占已知人為 放總量的 8（ 1992）；占農(nóng)業(yè)源 放的 1995）。 國(guó)外學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)同時(shí)對(duì)全球動(dòng)物糞便 放量進(jìn)行了估算，不同研究得出的結(jié)果相差較大， et 1995)估算的動(dòng)物糞便 排放量?jī)H為 確定性范圍為 996)估算的動(dòng)物糞便 et (1998)估算動(dòng)物糞便 年排放量為 確定性范圍為 et 1998)和 et 1999)估算的動(dòng)物糞便 排放量為 確定性范圍為 排放的 約占 全球 放總量的 7 （ et 1992） 。 中國(guó)是動(dòng)物飼養(yǎng)量最大的國(guó)家之一，隨著人民生活水平的提高和膳食結(jié)構(gòu)的改變，畜禽的飼養(yǎng)量迅速增加，畜禽糞便的 溫室氣體 排放量必然增加。 1990 年中國(guó)動(dòng)物糞便 全球動(dòng)物糞便 放總量的 5 ， 排放量最大的為豬糞，占動(dòng)物糞便 排放 量的 85，其次是牛糞，占 李玉娥等， 1995）。 1994 年動(dòng)物糞便 放量約為 870農(nóng)業(yè)源 排放的 占我國(guó) 排放的 (中華人民共和國(guó)氣候變化初始國(guó)家信息通報(bào) 1995 年 中 國(guó)的主要?jiǎng)游锛S便 放量比 1990 年增加28 (林而達(dá)， 2001)。 采用 1996） 推薦的溫室氣體排放清單編制指南，估算中國(guó)動(dòng)物糞便管理系統(tǒng) 放， 1990 年 放量為 而達(dá)， 2001）。 1994 年我國(guó)動(dòng)物糞便放量約為 44包括放牧過(guò)程中 放），占農(nóng)業(yè)源 排放的 (中華人民共和國(guó)氣候變化初始國(guó)家信息通報(bào) 國(guó)內(nèi) 外 關(guān)于動(dòng)物糞便溫室氣體排放的研究很少 ，特別是我國(guó)，因此在借鑒國(guó)外同類(lèi)研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況，研究我國(guó)堆放家畜糞便 溫室氣體 排放的規(guī)律、排放機(jī)理及影響因子具有重要的意義，這可以為 國(guó)家溫室氣體排放清單編制 和 制定動(dòng)物糞便溫室氣體減排措施提供 參考。 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 2 物糞便 溫室氣體 產(chǎn)生機(jī)理及影響因子研究進(jìn)展 物糞便甲烷產(chǎn)生機(jī)理及影響因子研究進(jìn)展 物糞便 產(chǎn)生機(jī)理 生態(tài)系統(tǒng)中的 由微生物活動(dòng)而產(chǎn)生的 ,即在酶的作用下分解碳水化合物成單糖 ,單糖再分解成酸 ,進(jìn)而生成 軍飛等， 2002）。 有機(jī)物的厭氧消化過(guò)程主要包括產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷兩個(gè)階段 （周少奇， 1999； 周孟津 ， 2005） 。而對(duì)于不溶性有機(jī)物 (有機(jī)垃圾 ) , 一般可認(rèn)為在上述兩階段之前多一個(gè)“水解階段” （ 周孟津 ， 2005 ； 羋振明 等，1996） 。 動(dòng)物糞便中 有機(jī)物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生 而達(dá)等， 1998）。 第一階段 水解過(guò)程：在第一階段，糞便中復(fù)雜的有機(jī)物在酶的作用下分解。纖維素酶分解碳水化合物 (纖維和淀粉 )成單 糖 (葡萄糖和麥芽糖 )；脂肪酸分解脂肪形成單鏈脂肪酸；蛋白酶分解蛋白質(zhì)形成氨基酸。分解量和分解速度取決于酶的活性、糞便的特性和環(huán)境因素。 第二階段 產(chǎn)酸過(guò)程：第一階段產(chǎn)生的單糖被厭氧和嫌氧性細(xì)菌發(fā)酵后形成簡(jiǎn)單有機(jī)物。碳水化合物分解的主要產(chǎn)物是乙酸，另外，也產(chǎn)生其它有機(jī)酸 (如丙炔酸和丁酸 )、水和 酸菌生長(zhǎng)快并可在較大的溫度和 第二階段單糖 (葡萄糖 )分解成乙酸的過(guò)程如下： 2 224三階段 甲烷 細(xì)菌發(fā)酵 單鏈有機(jī)酸產(chǎn)生 及利用 殖慢且對(duì)溫度、 用乙酸、 2物糞便 放 的 影響因子 1） 糞便特性 糞便特性會(huì)影響 排放 量，在糞便貯存期間這些特性會(huì)變化很大，這是化學(xué)和微生物活動(dòng)過(guò)程的結(jié)果，也可能是干燥、排水、降雨引起的。為了建立估計(jì)排放共同基礎(chǔ)，人們最關(guān)注新鮮糞便的 特性（ 2002） 。 揮發(fā)性固體（ 主要成分是脂肪 、 蛋白質(zhì)和碳水化合物。脂肪，蛋白質(zhì)和一部分的碳水化合物容易降解，大部分碳水化合物相對(duì)來(lái)說(shuō)難降解，或者分解很慢。糞便 著喂食和其他原因 （例如加稻草） 而變化。糞便中 含量對(duì) 量的影響很大（ et 2001） 。 糞便 生潛力 H4一定量的動(dòng)物糞便可能產(chǎn)生 最大量。 影響糞便 生量的重要因子，隨動(dòng)物種類(lèi)、飼料成分和消化率 的變化 而變化。飼料的能量中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 3 和消化率越高， 大（林而達(dá)等， 1998）。 在實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期（大約是 90 天）的 試驗(yàn) 中， 材料厭氧發(fā)酵過(guò)程決定 （ et 1994） ，但是糞便的 也決定于 學(xué)成分。 2） 厭氧微生物的生命活動(dòng)、物質(zhì)代謝與 同的微生物要求不同的 維佳， 2006）。 新鮮有機(jī)質(zhì)在強(qiáng)酸性環(huán)境的分解速率比在中性或稍堿性環(huán)境慢得多，這主要是因?yàn)?產(chǎn) 甲烷菌的活動(dòng)也受 云英， 2002）。動(dòng)物糞便的酸度是個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù) ，受存放時(shí)間、動(dòng)物類(lèi)型、飼養(yǎng)條件等影響 （ 2000） 。動(dòng)物糞便 （ 的 et 1995） ，產(chǎn) 甲烷 菌 對(duì) 適宜 的 當(dāng) 降低 而達(dá)等， 1998）。 當(dāng) 大于 齊玉春等， 2000）。 從 996)的研究結(jié)果也可得出， 是產(chǎn)生 et 2002）。 劉德江 等（ 2005）的研究結(jié)果也表明， 在厭氧發(fā)酵過(guò)程中豬糞發(fā)生了酸化 ,天沼氣的產(chǎn)氣量為零 ,加堿調(diào) 節(jié) 以后 ,便又恢復(fù)了產(chǎn)氣 ,但一周后又發(fā)生了酸化 ,時(shí)的產(chǎn)氣量大大下降。 3） 溫度 厭氧發(fā)酵中的產(chǎn) 甲烷 細(xì)菌分解有機(jī)物產(chǎn)生，細(xì)菌的活動(dòng)和溫度密切聯(lián)系。 溫度不但影響細(xì)菌生長(zhǎng)，同樣也影響產(chǎn) 甲烷 菌的活動(dòng) (1986)。 不同的細(xì)菌在不同的溫度階段起作用。喜熱細(xì)菌在 45 60 的溫度 范圍起作用，嗜溫性細(xì)菌在 20 45 的溫度范圍起作用，好寒性細(xì)菌在低于 20 的溫度起作用。雖然 低溫時(shí)產(chǎn)量明顯減少，但是在 4 時(shí) 溫度在 4 75 之間，都有 生，當(dāng)溫度在 40 60 之間時(shí)， 生量最大 (et et 1998)研究表明，液態(tài)糞便的溫度在 2 10 時(shí)，牛和豬 的 液態(tài)糞便甲烷轉(zhuǎn)化因子 （ 在 0 3%的范圍。 et 1994)在實(shí)驗(yàn)室的研究表明，牛 的 液態(tài)糞便在 10時(shí) 于 1， 但是在 20時(shí) 約是 50，并隨著容器是否打開(kāi)、關(guān)閉或加入細(xì)菌而變化。 1994） 的研究表明 ，在丹麥，測(cè)量期間平均溫度 為 牛液態(tài)糞便 計(jì)值是 豬 糞 的更高，是 32。 生是批量生產(chǎn)的過(guò)程 , 生速率和整批糞便溫度有很大關(guān)系。 et 2000a)的研究表明 ，糞便 表面下 30 的 溫度 與 產(chǎn)生 速率 相關(guān)。在低溫時(shí)，有些研究報(bào)道了 生速率和溫度線性相關(guān)的關(guān)系 （ et et 1998） ，但是有些 研究報(bào)道 生速率和溫度指數(shù)相關(guān) （ 1994； et 2000a） 。指數(shù)相關(guān)可以用 阿侖尼烏斯 （ 等式來(lái)表示 T+k （ 1 其中 P 是產(chǎn)生速率， 活動(dòng)能， R 是標(biāo)準(zhǔn)氣體常數(shù)， T 是溫度 (K),k 是常數(shù)。等式中 k 由糞便特性決定，也可以用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算。 et 2001)收集了很多其他 學(xué)者 的研究 結(jié)果 ，用下面的公式闡明了液態(tài)糞便放速率： F(T)=b 1T)+b 2T) （ 1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 4 其中 F 是排放速率 （ g ， A 是 數(shù)， 活動(dòng)能， T 是溫度（ K）。 容易降解和 不可 降解 度 （ g,常數(shù) 配值 1 映 生 數(shù) A， 牛和豬液態(tài)糞便 現(xiàn)場(chǎng) 測(cè)量得出。 對(duì)于固態(tài)糞便，溫度的影響更復(fù)雜。固態(tài)糞便氧氣充足 的 部分產(chǎn)生 。 然而，有氧發(fā)酵的地方產(chǎn)生的熱量使厭氧發(fā)酵地方的溫度上升，促使了 產(chǎn)生。例如， 1994） 報(bào)道，有氧地方 的 糞便 在 堆肥 時(shí) 產(chǎn)生 大量的 熱量 ，這會(huì)使 厭氧 發(fā)酵糞便的溫度 升 高，增加 量。在這些例子中，糞便溫度和周?chē)鷾囟葲](méi)有聯(lián)系，氣候影響減少。如果沒(méi)有堆肥過(guò)程，糞便溫度和周?chē)鷾囟认嗖畈淮蟆?1994） 測(cè)量牛和豬固態(tài)糞便的排放。從 11 4 月，牛糞處于潮濕、結(jié)實(shí)和缺氧的狀態(tài)，從那以后，糞便變得干燥、多孔， 而且 溫度升高， 因此 排放速率也增加，年總排放 量轉(zhuǎn)換成 是 當(dāng) 豬糞中 有 稻草 時(shí) ，部分糞便整年發(fā)生堆肥過(guò)程，這 部分糞便的溫度升高到 60以上，這導(dǎo)致排放 速率也大大增加， 大約為 et 1998)報(bào)道了堆肥和厭氧固態(tài)奶牛糞便 放。夏天厭氧貯存 的 排放 量 是冬天厭氧貯存排放的兩倍， 估 算 的 大約是 5，與 et 2001)所報(bào)道的數(shù)據(jù)接近 。 2001)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究，估計(jì)墨西哥奶牛和非奶牛糞便 放因子，當(dāng)測(cè)量溫度是 12， 小于 1。同樣在實(shí)驗(yàn)室的條件下， et 1994)發(fā)現(xiàn)如果固態(tài)糞便溫度很低 時(shí) ， 很低（ 10時(shí) 乎為零。 et 2002） 實(shí)驗(yàn)室的研究也表明：當(dāng)糞便的 時(shí)，是