奶牛养殖场甲烷的排放特征研究

作     者：袁慧军 

作者单位：河北农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘树庆;高志岭

授予年度：2011年

学科分类：0905[农学-畜牧学] 09[农学] 

主      题：奶牛 甲烷 反演式气体扩散模型 开路式激光仪 日、季节排放特征 

摘      要：气候变化是当今国际社会普遍关注的全球性问题,也是人类面临的最为严峻的全球环境问题。大气中的痕量气体甲烷（CH4）的增温潜势（Global Warming Potenital）是二氧化碳（CO2）的25倍,是公认的仅次于二氧化碳的温室气体。IPCC第四次评估报告表明,反刍动物奶牛是最主要农业温室气体排放源之一。因此,准确测定奶牛场尺度的甲烷日排放规律和季节排放规律,透彻理解养殖过程中这些管理措施与甲烷排放之间的关系,对于建立适合我国国情的排放因子、筛选有效减排措施以及验证IPCC关于我国奶牛养殖业甲烷排放量的适用性等都具有重要的理论和指导意义。 本研究采用了国际上常用的反演式气体扩散技术,并通过奶牛场原位测定和室内运算相结合的方法,分别于春、夏、秋、冬四个季节,对我国北方两个奶牛场的甲烷排放进行了实地测定,以探讨奶牛养殖过程中甲烷的日和季节排放特征、年排放量和饲料的甲烷转换因子。其主要结果如下: 1.本研究首次在我国尝试采用开路式激光仪和反演式气体扩散模型相结合的方法,在牛场尺度下观测甲烷的日排放特征和季节性差异。在养殖场周边,甲烷的的背景浓度变化范围大约为1.29 mg/m3～1.38 mg/m3,该结果稍高于IPCC第三次报告中所指出全球甲烷背景浓度Cb=1.27 mg/m3。在测定期间,两个养殖场上空的甲烷浓度变化范围分别为1.43 mg/m3～7.14 mg/m3和1.46 mg/m3～5.24 mg/m3,明显高于开路式激光仪的检测下限。因此本研究所选用的牛场完全满足应用开路式激光仪和反演式气体扩散模型计算甲烷排放速率的基本条件。 2.试验奶牛场尺度甲烷排放存在明显的日排放特征。试验位点一甲烷的排放高峰分别开始于05:00 am、11:30 am和04:00 pm;试验位点二排放高峰分别开始于05:00 am、11:30 am、04:30 pm。每个排放高峰持续时间大约2小时,排放高峰期的甲烷排放速率大约为平缓期的2～3倍,且这些排放高峰的出现时间与奶牛日粮消化规律基本吻合。 3.试验奶牛场尺度的甲烷排放存在明显的季节性差异。试验位点一:每头奶牛秋季、冬季的平均排放速率分别为0.34 kg/head/ d和0.31 kg/head/d,即秋季的甲烷日排放量比冬季约高9.7%。试验位点二:每头奶牛于冬季、春季、夏季、秋季的平均排放速率分别为0.28,0.32,0.33和0.30 kg/head/d。其中春季的甲烷排放速率比冬季大约高14.3%,夏季和秋季排放速率比冬季排放速率分别高17.9%和7.1%,初步揭示了奶牛场尺度甲烷排放的季节性差异。 4.在未区分牛群结构的情况下,在试验位点一,综合秋季和冬季的排放速率计算了该牛场甲烷的年排放量为119 kg/head yr,每1公斤牛奶将排放0.028 kg CH4,即每生产单位产量的牛奶将排放35.90L CH4;而在试验位点二,奶牛养殖场内每头奶牛的年甲烷年排放量为112 kg/head/ yr,每1公斤牛奶将排放0.025 kg CH4,即每生产单位产量的牛奶将排放32.05 L CH4。这些基于牛奶生产效率的甲烷排放值显著高于发达国家,表明中国北方奶牛的生产性能相对较低。 5.本研究还采用IPCC （2006） Tier II的计算方法分别计算了两个试验牛场的日粮的甲烷转换因子（Ym）,其中试验位点一的甲烷转换因子Ym值为7.3%,试验位点二奶牛养殖基地Ym值为6.7 %,初步明确了我国北方奶牛在当前管理方式下日粮的甲烷转换因子变化范围。