CN110470336A - 基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法 - Google Patents

基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，包括以下步骤：步骤a、获得一年内全国温湿度数据，将该数据分成了若干个温湿度段；步骤b、在全国范围内每个温湿度段选取若干个规模化禽畜养殖场作为测定点步骤c、实地考察每个测定点，确定每个测定点所养禽畜种类及数量；步骤d、观测收集每个测定点的单位禽畜氨排放速率及其对应的温度、湿度信息；步骤e、将不同温湿度段设定的若干测定点收集到的所养禽畜种类及数量以及单位禽畜氨排放速率及其对应的温度、湿度信息汇总，利用温湿度极度影响禽畜氨排放的特点，分别拟合出不同温湿度段单位禽畜氨排放速率与温度、湿度的综合响应关系。

Description

基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法
技术领域
本发明属于气体检测的技术领域，具体涉及一种基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场 氨排放量的方法。
背景技术
全国污染源普查是重大的国情调查，是环境保护的基础性工作。开展第二次全国污染源 普查，掌握各类污染源的数量、行业和地区分布情况，了解主要污染物产生、排放和处理情 况，建立健全重点污染源档案、污染源信息数据库和环境统计平台，对于准确判断我国当前 环境形势，制定实施有针对性的经济社会发展和环境保护政策、规划，不断改善环境质量， 加快推进生态文明建设，补齐全面建成小康社会的生态环境短板具有重要意义。《国务院关 于开展第二次全国污染源普查的通知》(国发〔2016〕59号)要求2017年开展第二次全国 污染源普查。近年来，我国雾霾天气频发，氨是大气中细颗粒物PM2.5形成的重要前体物， 在雾霾形成中起着关键性作用。据相关研究表明：我国农业源氨排放量占人为源氨排放总量 的80％以上，而畜禽养殖氨排放又是农业源氨排放的最主要来源。我国畜禽养殖氨排放控制 工作起步较晚，主要借鉴国外畜禽氨排放清单开展宏观估算，准确性不足，估算结果对氨排 放控制管理支撑薄弱。实际工作中，各省独立测算省内畜禽养殖业产排污系数，最终导致各 省数据参差不齐，相邻省之间的数据可能存在较大的区别，导致两省交界仅一街之隔的两个 养殖场在相同相近的养殖种类、养殖模式、排污模式的情况下，单个畜种的氨排放系数差别 很大，非常不科学，数据也难以令人信服。对畜禽养殖氨排放影响因素进行梳理归纳，畜禽 养殖的氨排放主导因素可以分为三类，一是养殖模式因素，主要包括圈舍清粪方式；二是环 境因素，即环境温度与湿度；三是畜禽因素，包括畜禽类型等。不同的圈舍清粪方式、养殖 模式以及环境温度与湿度均会对养殖场的氨排放量有很大的影响，传统的畜禽氨排放估算根 本没有将这些因素综合的进行考虑，导致氨排放系数的率定不准。
目前，第二次全国污染源普查项目预算编制指南已明确提出“制订畜禽养殖业产排污系 数率定与核算方案、氨排放系数确定及技术规范。”本发明通过改进氨排放系数的率定方式， 为核算全国畜禽养殖氨排放量提供基础支撑。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种更合理、精确度更高 的以温湿度测定全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，其中：包括以下步骤：
步骤a、获得一年内全国温湿度数据，将该数据分成了若干个温湿度段；
步骤b、在全国范围内每个温湿度段选取若干个规模化禽畜养殖场作为测定点；同一温 湿度段内的测定点均匀布置在符合该温湿度条件的区域，以消除各地管理水平产生的排放误 差；
步骤c、实地考察每个测定点，确定每个测定点所养禽畜种类及数量；
步骤d、持续高频同步观测收集每个测定点的单位禽畜氨排放速率及其对应的温度、湿 度信息；
步骤e、将不同温湿度段设定的若干测定点收集到的所养禽畜种类及数量以及单位禽畜 氨排放速率及其对应的温度、湿度信息汇总，利用温湿度极度影响禽畜氨排放的特点，分别 拟合出不同温湿度段单位禽畜氨排放速率与温度、湿度的综合响应关系；
步骤f、将全国地理分为若干个区块，确定该区块所在的温湿度段，将该区块平均温度、 湿度值代入其所属温湿度段单位禽畜氨排放速率与温度、湿度的综合响应关系进行计算，获 取该区块禽畜氨排放系数；
步骤g、收集该区块内各规模化禽畜养殖场的禽畜种类以及数量，乘以相应禽畜种类的 氨排放量系数，得到该区块的规模化禽畜养殖场的氨排放量；各区块规模化禽畜养殖场氨排 放量相加，得到全国规模化禽畜养殖场氨排放量。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
步骤b中，除确定每个测定点所养禽畜种类及数量外，还需确定测定点的养殖模式，每 种养殖模式均按步骤e的方式各自测算单位禽畜氨排放速率与温度、湿度的综合响应关系；
养殖模式分为：开放式干清粪、开放式水冲粪、开放式水泡粪、封闭式干清粪以及封闭 式水冲粪。
步骤a中，温度段分为四个，分别为＜0℃、0-10℃、10-20℃、＞20℃，湿度段分为两个，分别为＜50％和＞50％。
步骤a中，一年内全国温湿度数据拆分为春、夏、秋、冬四个季度，分别将每个季度的 全国温湿度数据分成若干个温湿度段；步骤b中，测定点也以季度为时间单位进行选取。
步骤d中，每个测定点连续监测3天，同步获取3天内每个小时单位标准畜禽的氨排放 速率(mg/头.h)及对应的温度(℃)与湿度(％)数据。
步骤f中，获得的氨排放量系数为一年中单只该禽畜种类的氨排放量系数，该系数为春、 夏、秋、冬四个季度按各自的温湿度段测算得到的氨排放量系数的平均数。
测定点所养禽畜种类至少包括生猪、蛋鸡、肉鸡、肉牛和奶牛。
步骤e中，将某温湿度段设定的若干测定点收集到的单位禽畜氨排放速率及其对应的温 度、湿度信息汇总，建立该畜种养殖模式的畜禽氨排放速率(y)与温度(x1)、湿度(x2)的二元 一次方程(y＝a+bx1+cx2)，经检验，p小于0.001，其中，a、b、c为补偿系数，p为相关性 系数，温度、湿度与畜禽氨排放速率具有极显著相关性，由此获得该温湿度段区间内监测畜 种养殖模式的畜禽氨排放速率与温度、湿度的响应关系。
本发明的以温湿度测定全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，通过全面调查我国畜禽 养殖业氨排放源，掌握不同地区畜禽养殖模式，根据全国典型气候分区结果，开展畜禽养殖 典型模式氨排放特征监测，获取氨排放速率与关键影响因子(温度、湿度)之间的响应关系 模型，并根据该响应关系模型推导全国各区域氨排放系数，从而厘清畜禽养殖业氨排放系数 结构，获得一个以温度、湿度为关键影响因子的全国规模化禽畜养殖场氨排放量。本发明的 规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，不再以省、市等人为区划独立测算，而是以更加准确的 温度、湿度梯度来进行测算，同时，还充分考虑了所养禽畜种类、养殖模式等会对氨排放产 生影响的因素，综合考虑了这些因素后，制作出的响应关系表更加接近真实氨排放情况，从 而最终获得更准确的全国规模化禽畜养殖场氨排放量。
具体实施方式
以下对本发明的实施例作进一步详细描述。
一种基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，其中：包括以下步骤：
步骤a、获得一年内全国温湿度数据，将该数据分成了若干个温湿度段；温度段分为四 个，分别为＜0℃、0-10℃、10-20℃、＞20℃，湿度段分为两个，分别为＜50％和＞50％。一 年内全国温湿度数据拆分为春、夏、秋、冬四个季度，分别将每个季度的全国温湿度数据分 成若干个温湿度段；
以2017年的温湿度数据为例，
2017年全国温度范围为-26.09℃～33.45℃，平均14.22℃，见表1；湿度范围为13.05％-93.47％，平均为67.79％，四季温湿度范围具体见表2。因此，按温湿度将全国分为8 个区段，其中，春季占8个区段，夏季占5个区段，秋季占7个区段，冬季占7个区段， 具体见表2(空白区段代表全国范围内没有相应的区段)，①-⑧代表不同范围序号下的氨排放 速率与温度、湿度的综合响应关系。
表1 2017年全国温湿度范围
表2全国温湿度分区
范围序号 温度段 湿度段 春 夏 秋 冬
A <0℃ <50％ ① ① ①
B <0℃ >50％ ② ② ②
C 0～10℃ <50％ ③ ③ ③
D 0～10℃ >50％ ④ ④ ④ ④
E 10～20℃ <50％ ⑤ ⑤ ⑤ ⑤
F 10～20℃ >50％ ⑥ ⑥ ⑥ ⑥
G ＞20℃ <50％ ⑦ ⑦
H ＞20℃ >50％ ⑧ ⑧ ⑧ ⑧
步骤b、在全国范围内每个温湿度段选取若干个规模化禽畜养殖场作为测定点；同一温 湿度段内的测定点均匀布置在符合该温湿度条件的区域，以消除各地管理水平产生的排放误 差；除确定每个测定点所养禽畜种类及数量外，还需确定测定点的养殖模式，每种养殖模式 均按步骤e的方式各自测算单只单位时间所养禽畜种类的氨排放量与温度、湿度的综合响应 关系；养殖模式分为：开放式干清粪、开放式水冲粪、开放式水泡粪、封闭式干清粪以及封 闭式水冲粪。
步骤c、实地考察每个测定点，确定每个测定点所养禽畜种类及数量；
步骤d、持续高频同步观测收集每个测定点的单位禽畜氨排放速率及其对应的温度、湿 度信息；每个测定点连续监测3天，同步获取3天内每个小时单位标准畜禽的氨排放速率(mg/ 头.h)及对应的温度(℃)与湿度(％)数据。
下表为单位标准畜禽的氨排放速率(mg/头.h)及对应的温度(℃)与湿度(％)数据的 检测实例：以江苏和江西两处养殖场收集猪的氨排放速率及其对应的温度、湿度信息(实际测 算中，监测点远多于两处，限于版面，现取其中两处作为测算示例)：
畜种为猪，养殖模式为封闭式水冲粪，监测节点为圈舍。
步骤e、将不同温湿度段设定的若干测定点收集到的所养禽畜种类及数量以及单位禽畜 氨排放速率及其对应的温度、湿度信息汇总，利用温湿度极度影响禽畜氨排放的特点，分别 拟合出不同温湿度段单位禽畜氨排放速率与温度、湿度的综合响应关系；综合响应关系的测 算方法为将某温湿度段设定的若干测定点收集到的单位禽畜氨排放速率及其对应的温度、湿 度信息汇总，建立该畜种养殖模式的畜禽氨排放速率(y)与温度(x1)、湿度(x2)的二元一次方 程(y＝a+bx1+cx2)，经检验，p小于0.001，其中，a、b、c为补偿系数，p为相关性系数， 温度、湿度与畜禽氨排放速率具有极显著相关性，由此获得该温湿度段区间内监测畜种养殖 模式的畜禽氨排放速率与温度、湿度的响应关系。以步骤e演示的江苏和江西两个示例，为 所有测定点，收集到的所养禽畜种类及数量以及单位禽畜氨排放速率及其对应的温度、湿度 信息汇总如下：
测算出的所在温湿度段：＞
20℃，＞50％
测算出拟合响应关系
r—拟合公式中y和x1、x2的相关性，p—显度相关数(下文r、p均为此含义)。
通过对比，发现温湿度段：＞20℃，＞50％落在表2的序号H栏，由此测算出表2中⑧的拟合 响应关系y＝304.969+6.527x1-1.896x2，通过足够多的监测点在不同的季节进行检测，最终 能获得表2中A-H栏①-⑧所有的拟合响应关系。
步骤f、将全国地理分为若干个区块，确定该区块所在的温湿度段，将该区块平均温度、 湿度值代入其所属温湿度段单位禽畜氨排放速率与温度、湿度的综合响应关系进行计算，获 取该区块禽畜氨排放系数；获得的氨排放量系数为一年中单只该禽畜种类的氨排放量系数， 该系数为春、夏、秋、冬四个季度按各自的温湿度段测算得到的氨排放量系数的平均数。
根据全国区(县)2017年四季平均温湿度结果，将各县(区)分季节纳入全国四季温湿 度各区段，春季全国分布于F温湿度段(温度：10～20℃，湿度：>50％)县区数最多，为1849 个，占全国县(区)总数的55.74％；其次是E温湿度段(温度：10～20℃，湿度：>50％)，占比为15.38％。二者占全国县(区)总数的71.12％，表明春季全国绝大部分处于10～20℃温 度段。春季温湿度段分布县区最少是B温湿度段(温度：<0℃，湿度：>50％)，仅有西北区的6个县区。夏季全国84.38％县(区)(2799个)分布于H温湿度段(温度：>20℃，湿度：>50％)， D温湿度段(温度：0～10℃，湿度：>50％)分布县(区)最少仅为17个，占0.51％，其中16 个位于西北区，1个位于西南区。秋季与春季相似，F温湿度段(温度：10～20℃，湿度：>50％) 分布的县区最多，达到1846个，占全国县区总数的55.65％，其次是D温湿度段(温度：0～10℃， 湿度：>50％)681个县(区)占20.53％；A温湿度(温度：<0℃，湿度：<50％)段分布最少， 仅有西北区的1个县。冬季全国县区的温湿度主要集中在D温湿度段(温度：0～10℃，湿 度：>50％)和B温湿度段(温度：<0℃，湿度：>50％)，分别占44.95％和22.94％；H温湿 度段(温度：>20℃，湿度：>50％)分布最少，集中在华南区的14个县(区)。
以南通地区为例，通过分析气象资料获得南通春、夏、秋、冬四个季节平均温湿度(见 表3)；将各个季节平均温湿度代入对应的响应关系方程中，获得封闭式水冲粪生猪圈舍各 个季节的平均氨排放速率(见表4)。
表3南通地区各季节平均温湿度
季节 温度(℃) 湿度(％) 对应响应关系方程
春 4.40 58.85 ④
夏 25.93 74.48 ⑧
秋 15.82 74.00 ⑥
冬 3.24 62.89 ④
表4各季节氨排放速率g/(头*h)
季节 y
春 218.32
夏 333.00
秋 260.45
冬 194.58
将各个季节氨排放速率带入公式(1)计算得到该模式的氨排放系数Y，结果为2.15kg/(头 *年)。
式中：Y为单位畜禽氨排放系数，kg/(头*年)；yi为单位畜禽氨排放速率，mg/(头*h)；i为 季节。
步骤g、收集该区块内各规模化禽畜养殖场的禽畜种类以及数量，乘以相应禽畜种类的 氨排放量系数，得到该区块的规模化禽畜养殖场的氨排放量；各区块规模化禽畜养殖场氨排 放量相加，得到全国规模化禽畜养殖场氨排放量。
排放系数校验：
以南通如皋市华多生猪养殖场为例，通过实测封闭式水冲粪生猪圈舍的氨排放系数为 2.08kg/(头*年)。经过验算，响应关系方程核算所得氨排放系数2.15kg/(头*年)与实测氨排放 系数相差3.26％，系数核算准确性较高。
测定点所养禽畜种类至少包括生猪、蛋鸡、肉鸡、肉牛和奶牛。本实施例检测的仅为生 猪，蛋鸡、肉鸡、肉牛和奶牛等检测方式与生猪相同。在此不再累述。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于 本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤a、获得一年内全国温湿度数据，将该数据分成了若干个温湿度段；
步骤b、在全国范围内每个温湿度段选取若干个规模化禽畜养殖场作为测定点；同一温湿度段内的测定点均匀布置在符合该温湿度条件的区域，以消除各地管理水平产生的排放误差；
步骤c、实地考察每个测定点，确定每个测定点所养禽畜种类及数量；
步骤d、持续高频同步观测收集每个测定点的单位禽畜氨排放速率及其对应的温度、湿度信息；
步骤e、将不同温湿度段设定的若干测定点收集到的所养禽畜种类及数量以及单位禽畜氨排放速率及其对应的温度、湿度信息汇总，利用温湿度极度影响禽畜氨排放的特点，分别拟合出不同温湿度段单位禽畜氨排放速率与温度、湿度的综合响应关系；
步骤f、将全国地理分为若干个区块，确定该区块所在的温湿度段，将该区块平均温度、湿度值代入其所属温湿度段单位禽畜氨排放速率与温度、湿度的综合响应关系进行计算，获取该区块禽畜氨排放系数；
步骤g、收集该区块内各规模化禽畜养殖场的禽畜种类以及数量，乘以相应禽畜种类的氨排放量系数，得到该区块的规模化禽畜养殖场的氨排放量；各区块规模化禽畜养殖场氨排放量相加，得到全国规模化禽畜养殖场氨排放量。
2.根据权利要求1所述的一种基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，其特征是：步骤b中，除确定每个测定点所养禽畜种类及数量外，还需确定测定点的养殖模式，每种养殖模式均按步骤e的方式各自测算单位禽畜氨排放速率与温度、湿度的综合响应关系。
3.根据权利要求2所述的一种基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，其特征是：所述的养殖模式分为：开放式干清粪、开放式水冲粪、开放式水泡粪、封闭式干清粪以及封闭式水冲粪。
4.根据权利要求3所述的一种基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，其特征是：步骤a中，温度段分为四个，分别为＜0℃、0-10℃、10-20℃、＞20℃，湿度段分为两个，分别为＜50%和＞50%。
5.根据权利要求4所述的一种基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，其特征是：步骤a中，一年内全国温湿度数据拆分为春、夏、秋、冬四个季度，分别将每个季度的全国温湿度数据分成若干个温湿度段；步骤b中，测定点也以季度为时间单位进行选取。
6.根据权利要求5所述的一种基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，其特征是：步骤d中，每个测定点连续监测3天，同步获取3天内每个小时单位标准畜禽的氨排放速率（mg/头.h）及对应的温度（℃）与湿度（%）数据。
7.根据权利要求6所述的一种基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，其特征是：步骤f中，获得的氨排放量系数为一年中单只该禽畜种类的氨排放量系数，该系数为春、夏、秋、冬四个季度按各自的温湿度段测算得到的氨排放量系数的平均数。
8.根据权利要求7所述的一种基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，其特征是：所述的测定点所养禽畜种类至少包括生猪、蛋鸡、肉鸡、肉牛和奶牛。
9.根据权利要求8所述的一种基于温湿度核算全国规模化禽畜养殖场氨排放量的方法，其特征是：步骤e中，将某温湿度段设定的若干测定点收集到的单位禽畜氨排放速率及其对应的温度、湿度信息汇总，建立该畜种养殖模式的畜禽氨排放速率（y）与温度(x1)、湿度(x2)的二元一次方程（y=a+bx1+cx2），经检验，p小于0.001，其中，a、b、c为补偿系数，p为相关性系数，温度、湿度与畜禽氨排放速率具有极显著相关性，由此获得该温湿度段区间内监测畜种养殖模式的畜禽氨排放速率与温度、湿度的响应关系。
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