CN104267127A - 一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，是利用密封式呼吸代谢箱-气相色谱法结合的方法测定反刍家畜温室气体排放量，步骤如下：制作可移动密封式呼吸代谢箱；试验反刍家畜的适应；温室气体样品采集方法；温室气体样品中CO₂、CH₄和N₂O含量检测；计算反刍家畜温室气体排放速率。本发明可以方便、准确的测量反刍家畜温室气体排放速率，可以帮助完善畜牧源温室气体排放清单，同时提供了一种筛选优质饲料的方法，为实现反刍家畜的温室气体减排提供支持，最终实现畜牧养殖产业具有经济和环保的双重效益，具有经济，简单，易操作，结果准确等特点，适用于反刍家畜温室气体排放速率的测定。

Description

一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法

技术领域

本发明属于大气环境监测领域，涉及一种温室气体的测定方法，具体地说，是提供一种用于测定反刍家畜温室气体(CO₂、CH₄和N₂O)排放量的方法。

背景技术

温室气体是指大气中自然或人为产生的气体成分，如二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)、氮氧化物(N₂OX)等，这些气体能够吸收和释放地球表面、大气和云层发出的热红外辐射光谱内特定波长的辐射，进而导致温室效应。工业革命以来，社会生产活动使得大气中温室气体浓度持续上升。全球范围内，畜牧业生产成为一个主要的温室气体排放源，牲畜及其副产品实际上至少排放325.64亿吨CO₂当量的温室气体(Goodland R.，2009)。可见，畜牧业生产对温室效应和气候变化具有一定的推动作用。

反刍家畜生产环节主要排放CO₂、CH₄和N₂O三种温室气体，CO₂主要来自于动物的呼吸过程；CH₄主要来自饲料化合物在瘤胃中发酵，也有极少量的CH₄在动物粪便管理过程中产生；N₂O主要在粪便管理过程中产生。在100年时间尺度上，CH₄的全球增温潜势(Global warming potential，GWP)约为CO₂的25-28倍，N₂O的全球增温潜势约为CO₂的296-300倍。

藏系绵羊和牦牛是青藏高原地区的主要家畜品种，两者均是反刍动物，由于其数量庞大，在高原地区畜牧生产过程中定然会向大气中排放大量的温室气体。据统计，我国牦牛每年大约排放33.38万吨的CH₄(冯仰廉，2012)。但是，青藏高原地区反刍家畜(牦牛和藏系绵羊)温室气体排放的系统研究工作进行的相对较少。在此背景下，积极探求一种能够测量青藏高原反刍家畜温室气体排放的方法，对于完善畜牧源温室气体排放清单具有积极的推动作用。存在的测量反刍家畜温室气体排放速率的方法主要有呼吸面罩法，示踪法，体外产气法等，但是，这些方法在操作的过程都具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，利用密封式呼吸代谢箱-气相色谱法结合的方法测定反刍家畜温室气体排放速率，具体步骤为：

制作可移动密封式呼吸代谢箱：可移动式密封袋谢箱包括代谢笼，密封罩，底座三部分，代谢笼由铁丝网片焊接而成，边框用角铁加固，代谢笼长200-220cm，宽150-170cm，高170-180cm；密封罩由聚乙烯板制成，密封罩四周用角铁加固，密封罩长240-260cm，宽170-190cm，高180-190cm；代谢笼焊接在底座上，底座由不锈钢板制成，密封罩与底座契合，底座四周设置有水封槽，水封槽宽6cm，高6cm，底座底部设有四个滚动轮，底座前侧安装有扶手，可方便以移动整个呼吸代谢箱。代谢笼顶部安装有两个电池驱动的风扇，代谢笼安装一扇门便于动物进出代谢笼，侧壁上固定有便携式温湿度计，密封罩的侧壁上接有带三通阀的采气管。

试验反刍家畜的适应：试验前，试验动物经过一定的预饲期，掌握动物在自然状态下的自由采食量，正式试验前，将动物引入代谢笼内进行为期3～5天的适应阶段。

温室气体样品采集方法：进行全天间断性气体采集，每小时一次，为时30mim。首先将经过适应的动物(3只藏系绵羊或1只牦牛)引入代谢笼，将代谢笼的门关闭固定，接通风扇用以搅匀箱内气体，将水封槽注满水，调节密封罩与水封槽契合；此时，整个呼吸代谢箱构成密闭空间，立即用带有三通阀的针管采集呼吸箱内的气体样品，准确记录采气时间，针管编号，箱内温度，湿度。间隔10min取气一次，30min内采集4次。采集气体完毕，将密封罩提起，通风散气。

温室气体样品中CO₂、CH₄和N₂O含量检测：选用安装有离子火焰检测器(FID)和电子捕获检测器(ECD的气相色谱仪(如Agilent7890A GC System(Agilent，Hewlett Packard，USA))进行温室气体样品检测。采用GC-7890A气相色谱仪的工作条件为：CO₂和CH₄用离子火焰检测器(FID)检测，载气为高纯氮气，检测器工作温度为250℃；N₂O采用电子捕获检测器(ECD)检测器检测，载气为高纯氮气，检测器工作温度为300℃。

计算反刍家畜温室气体排放速率：根据呼吸代谢箱内温室气体浓度变化速率(dc/dt)，时间(t)和呼吸代谢箱的体积(V)计算试验反刍家畜温室气体排放速率以及日排放总量。

优选地，气体样品采集要用带三通阀的试验用针管，每次采气体量90-100ml。

优选地，温室气体样品浓度检测时，用色谱仪中离子火焰检测器(FID)分析温室气体样品中CO₂和CH₄，载气为高纯氮气，检测器工作温度为250℃。

优选地，温室气体样品浓度检测时，用色谱仪中电子捕获检测器(ECD)检测温室气体样品中的N₂O，载气为高纯氮气，检测器工作温度为300℃。

优选地，温室气体样品浓度检测时，每管样品向色谱仪的进样口注入20-25ml气体样品，检测时间为7mim。

与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：本发明可以准确的，快速的监测反刍家畜温室气体排放，其测的数据与其他测量方法得出的结果相近。与呼吸面罩法相比，本发明描述的方法操作起来更安全，动物也能相对的自由活动，(呼吸箱的体积为7.99m3，可以满足动物活动需要。)测量的结果更能接近动物实际情况。

本发明的一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，装置制作简单，呼吸代谢箱的大小还可以根据试验动物大小和数目进行增减，且便于可以拆卸和运输，能克服试验成本昂贵和环境恶劣等不利因素，该装置可以长期使用，适用于用来测定高原反刍家畜温室气体排放量。

附图说明

图1为本发明实施例的流程示意图；

图2为本发明实施例的可移动密封式呼吸代谢箱的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

不同年龄梯度藏系绵羊温室气体排放比较

不同年龄梯度藏系绵羊温室气体排放比较，如图1所示，具体步骤如下：

101，制作可移动密封式呼吸代谢箱：如前所述，密封袋谢箱包括代谢笼，密封罩，底座三部分，代谢笼由铁丝网片制作而成，边框用角铁加固，代谢笼长220cm，宽150cm，高170cm；密封罩由聚乙烯板制成，四周用角铁加固，密封罩长240cm，宽180cm，高180cm；代谢笼焊接在底座上，底座由不锈钢板制成，密封罩与底座契合，底座四周设有水封槽，水封槽宽6cm，高6cm。代谢笼顶部有2个风扇，代谢笼侧壁上安装一扇小门，代谢笼上安装有便携式温湿度计。密封罩侧壁上固定一根接三通阀的采气管。

如图2所示，其中可移动密封式呼吸代谢箱包括底座1、代谢笼4、密封外壳5和支架8，所述代谢笼4用于安置试验动物，所述代谢笼4侧壁安装有一扇门3，所述代谢笼4顶部安装有两个风扇6，风扇电源为充电电瓶7，固定在代谢笼4顶部铁丝网上，所述代谢笼4侧壁装有便携式温度计12和湿度计13，所述密封外壳5与底座1的水封槽2契合，起到密封作用，所述密封外壳5侧壁安装有接三通阀的采气管14，底座1底部装有四个滚动轮16，所述底座1的宽边装有扶手15，用于移动代谢箱，所述支架8顶部中央安装有导链9，用于吊起密封外壳5，所述导链通过吊绳10与密封外壳5顶部四角处的挂环11相接。

102，试验反刍家畜的适应：选择1岁(均重31.5±2.4kg)，2岁(均重41.7±1.9kg)，3岁(均重50.4±2.6kg)的藏系绵羊各7只，进行为期14天的预饲期，每日8：00和17：00给藏系绵羊投放精饲料，精饲料补饲后，期间添加青干草，自由饮水。预饲期的目的是掌握藏系绵羊的采食量，试验前将藏系绵羊放入代谢笼中进行4天的适应阶段，促进动物适应呼吸代谢箱内的环境。

103，温室气体样品采集：在每个年龄梯度中，选取3只藏系绵羊引入代谢笼内，进行全天间断性监测，每小时测量1次，为时30mim。具体步骤如下：将动物安置在代谢笼内，接通风扇搅匀箱内气体，将水封槽注满水，调节密封罩与水封槽契合，整个呼吸代谢箱构成密闭空间，立即用接有三通阀的实验用针管采集气体，记录时间，针管编号，代谢箱内温度，湿度。间隔10min取气一次，30min内共取气体4次。采气结束是将密封罩移开，通风散气30min。每天进行24次，连续采集4天。期间，每天按指定时间给动物投放饲料，自由饮水，以保证其正常的生理活动。

104，利用气相色谱仪(GC-7890A)检测温室气体样品中CO₂、CH₄和N₂O含量。

105，计算藏系绵羊温室气体的每小时排放速率。通过累加24h的排放速率，得到温室气体日排放总量。

试验藏系绵羊的日粮的精料为购买颗粒料，粗料为青干草。日粮的化学组分如表1所述。

表1，试验期间藏系绵羊日粮的化学组分(％)

实验藏系绵羊的温室气体日排放量如表2所示

表2，实验期间不同年龄梯度藏系绵羊温室气体排放量比较(单位：g·head^-1·d^-1)

结果分析

测量期间，CH₄排放具有一定的规律性，每日会出现两个排放峰值，峰值出现时间与给试验动物上料时间一致；CH₄日排放量差异不显著，因为CH₄是以饲料物质为底物在反刍家畜瘤胃中进行发酵产生的，相关研究表明，CH₄生成量与动物饲料的添加水平呈正相关关系，本研究中，投放给三个年龄梯度的藏系绵羊的饲料量相同(精料平均每只羊1.1kg，青干草自由采食)，因此CH₄的日排放量间差异不显著，表明，藏系绵羊CH₄排放量是由采食水平决定的，与动物体重无关，研究结论与之前的研究结果(韩兴泰，1996)一致；CO₂排放：1岁羊CO₂日排放量为546.88g，2岁羊CO₂日排放量为601.09g，三岁羊CO₂日排放量为636.33g，其中，3岁羊和1岁羊的排放速率差异显著；N₂O排放：3个年龄梯度的藏系绵羊N₂O日排放量差异不显著，且排放量极低。

实施例2

冷季补饲牦牛CH₄和CO₂日排放特征

采用如实施例1中所述的密封式呼吸代谢箱，补饲方式和温室气体采集方法，对3只(均重250.6±11.4kg)的牦牛进行为期5天的监测。

试验期间，牦牛补饲的日粮中精料为混合蒸煮饲料(主要有玉米45％，青稞35％和豆饼20％)，粗料为青干草。日粮组分如表3所示。

表3，试验期间牦牛日粮的化学组分(％)

冷季补饲牦牛CH₄和CO₂日排放量如表4所示

表4，冷季补饲牦牛CH₄和CO₂日排放量(单位：g·head^-1·d^-1)

结果分析

试验期间，牦牛CH₄日排放曲线有两个峰值，且出现时间也添料时间趋同，体重250.6±11.4kg的牦牛CH₄日排放量为87.61g·head^-1·d^-1；CO₂日排放曲线变化较为平稳，日排放量为2391.8g·head^-1·d^-1。

上述两个实施例表明，本发明所述的一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，其测量结果与研究报告的结果相近，由于该方法其具有简单，方便和结果准确等特点，可以在藏系绵羊温室气体排放的研究工作中发挥一定的作用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，其特征是利用密封式呼吸代谢箱-气相色谱法结合的方法测定反刍家畜温室气体排放量，具体步骤为：

制作可移动密封式呼吸代谢箱：可移动式密封袋谢箱包括代谢笼，密封罩，底座三部分，代谢笼由铁丝网片焊接而成，边框用角铁加固，代谢笼长200-220cm，宽150-170cm，高170-180cm；密封罩由聚乙烯板制成，密封罩四周用角铁加固，密封罩长240-260cm，宽170-190cm，高180-190cm；代谢笼焊接在底座上，底座由不锈钢板制成，密封罩与底座契合，底座四周设置有水封槽，水封槽宽6cm，高6cm，底座底部设有四个滚动轮，底座前侧安装有扶手，可方便以移动整个呼吸代谢箱。代谢笼顶部安装有两个电池驱动的风扇，代谢笼安装一扇门便于动物进出代谢笼，侧壁上固定便携式温湿度计，密封罩的侧壁上接有带三通阀的采气管。

试验反刍家畜的适应：试验前，试验动物经过一定的预饲期，掌握动物在自然状态下的自由采食量，正式试验前，将动物引入代谢笼中进行为期3～5天的适应阶段。

温室气体样品采集方法：进行全天间断性气体采集，每小时一次，为时30mim。首先将经过适应的动物(3只藏系绵羊或1只牦牛)引入代谢笼，将代谢笼的门关闭固定，接通风扇用以搅匀箱内气体，将水封槽注满水，调节密封罩与水封槽契合；此时，整个呼吸代谢箱构成密闭空间，立即用带三通阀的针管采集呼吸箱内的气体样品，准确记录采气时间，针管编号，箱内温度和湿度。间隔10min取气一次，30min内采集4次。采集气体完毕，将密封罩提起，通风散气。

温室气体样品中CO₂、CH₄和N₂O含量检测：选用安装有离子火焰检测器(FID)和电子捕获检测器(ECD)的气相色谱仪(如Agilent 7890A GC System(Agilent，Hewlett Packard，USA))进行温室气体样品检测。采用GC-7890A气相色谱仪的工作条件为：CO₂和CH₄用离子火焰检测器(FID)检测，载气为高纯氮气，检测器工作温度为250℃；N₂O采用电子捕获检测器(ECD)检测器检测，载气为高纯氮气，检测器工作温度为300℃。

计算反刍家畜温室气体排放速率：根据呼吸代谢箱内温室气体的浓度变化速率(dc/dt)，时间(t)和呼吸代谢箱的体积(V)计算试验反刍家畜温室气体排放速率以及日排放总量。

2.权利要求1所述的一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，其特征在于，气体样品采集要用带三通阀的试验用针管，每次采气体量90-100ml。

3.权利要求1所述的一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，其特征在于，温室气体样品浓度检测时，用色谱仪中离子火焰检测器(FID)分析温室气体样品中CO₂和CH₄，载气为高纯氮气，检测器工作温度为250℃。

4.权利要求1所述的一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，其特征在于，温室气体样品浓度检测时，用色谱仪中电子捕获检测器(ECD)检测温室气体样品中的N₂O，载气为高纯氮气，检测器工作温度为300℃。

5.权利要求1所述的一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，其特征在于，温室气体样品浓度检测时，每管样品向色谱仪的进样口注入20-25ml气体样品，检测时间为7mim。