猪粪和鸡粪在不同管理方式下的温室气体排放因子及微生物多样性研究

发布时间：2018-03-16 04:00

本文选题：温室气体　切入点：排放因子　出处：《华中农业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：畜禽粪便产生的温室气体(Greenhouse Gas,GHG)是畜牧业温室气体排放的重要来源,也是施行温室气体减排的重点领域。畜禽种类不同,粪便管理方式不同,粪便温室气体的排放因子各不相同,而排放因子是评估温室气体排放量的基础。因此,本试验采用实地监测的方法,利用静态箱-气相色谱法研究了我国猪粪、蛋鸡粪和肉鸡粪在静态堆放和翻堆堆放条件下的CO_2、CH_4和N_2O排放因子,并记录试验过程中的环境温湿度,测定粪便的理化性质,利用高通量测序分析粪便微生物组成的差异,以探究温室气体排放与环境温湿度、粪便理化性质以及微生物多样性的关系。以期为我国畜禽粪便温室气体排放量的估算提供科学依据,为我国畜牧业的合理布局提供理论指导,也为畜禽粪便温室气体的减排提供科学支撑。主要研究结果如下:1.静态堆放和翻堆堆放条件下猪粪、蛋鸡粪和肉鸡粪的腐熟时间以种子发芽指数GI"g80%为腐熟标准,猪粪在静态堆放和翻堆堆放条件下的腐熟时间分别为92 d和77 d;蛋鸡粪在两种粪便管理方式下的腐熟时间分别为146 d和128 d;肉鸡粪则分别为112 d和102 d。结果显示,翻堆能够加快畜禽粪便的腐熟,缩短粪便腐熟时间;粪便种类不同,粪便的腐熟时间也会不同,蛋鸡粪的腐熟时间最长,肉鸡粪次之,猪粪最短。2.静态堆放和翻堆堆放条件下猪粪、蛋鸡粪和肉鸡粪的温室气体排放特征结果表明,翻堆能够减少猪粪和鸡粪温室气体的排放。CH_4的减排效果最明显,猪粪减排76.61%,蛋鸡粪减排42.05%,肉鸡粪减排96.75%;CO_2也有一定的减排效果,猪粪、蛋鸡粪、肉鸡粪分别减排29.68%、14.57%、30.44%;翻堆对N_2O排放的影响因粪便种类的不同呈现出不同的结果,在猪粪和蛋鸡粪中表现为减排,减排比例分别为20.74%和16.18%,而在肉鸡粪中则表现为增加N_2O的排放,与静态堆放相比增加了12.17倍。就温室气体排放总量而言,翻堆具有一定的减排效果,在猪粪、蛋鸡粪、肉鸡粪中(CO_2+CH_4+N_2O)的减排效果分别为67.41%、36.33%、75.94%,(CH_4+N_2O)的减排效果分别为72.32%、41.99%、87.75%。因此,翻堆是实现畜禽粪便温室气体减排的一项有效措施。就各温室气体的占比而言,CH_4是3种粪便温室气体的主要贡献者,CO_2的排放比例则是蛋鸡粪和肉鸡粪高于猪粪,N_2O则是在猪粪中所占比例最大,其次为肉鸡粪在翻堆条件下,而蛋鸡粪在两种粪便管理方式下以及肉鸡粪在静态堆放条件下的N_2O排放所占比例接近于零。因此,粪便种类不同,各温室气体所占的比重也有所不同。3.静态堆放和翻堆堆放条件下猪粪、蛋鸡粪和肉鸡粪的温室气体排放因子利用温室气体累积排放量,结合各畜禽在我国的饲养现状,计算出猪粪、蛋鸡粪和肉鸡粪的CO_2、CH_4和N_2O排放因子。猪粪在静态堆放条件下的CO_2、CH_4和N_2O排放因子分别为1.84 kg/头、0.47 kg/头、4.11 g/头;在翻堆堆放条件下则分别为1.29 kg/头、0.11 kg/头、3.26 g/头。蛋鸡粪在静态堆放条件下的CO_2、CH_4和N_2O排放因子分别为41.59 kg/100只、5.70 kg/100只、1.44 g/100只;在翻堆堆放条件下则为35.53 kg/100只、3.30 kg/100只、1.21 g/100只;肉鸡粪在静态堆放条件下的CO_2、CH_4和N_2O排放因子分别为2.36 kg/100只、0.32 kg/100只、0.24 g/100只;在翻堆堆放条件下则分别为1.64 kg/100只、0.01 kg/100只、3.10 g/100只。结果显示,粪便种类不同,管理方式不同,各温室气体的排放因子也会不同;除两种管理方式下的蛋鸡粪及静态堆放条件下的肉鸡粪的CH_4排放因子外,《IPCC,2006》及《省级温室气体清单指南(试行)》中的CH_4和N_2O排放因子均高估了本研究实际测得的排放因子。4.环境温湿度、粪便理化性质与温室气体排放的相关性研究结果表明:在猪粪和鸡粪试验中,温度(环境温度和堆体温度)与CO_2、CH_4和N_2O的排放速率呈显著或极显著相关。粪便的理化性质与CO_2、CH_4和N_2O的排放也有一定的关系。以相关性分析为基础,以相关性出现率(两指标具有显著相关性的次数占两指标分析总次数的比例)大于50%为依据,筛选出与CO_2、CH_4和N_2O的排放具有较好相关性的粪便指标。结果显示,粪便中的含碳物质与CO_2和CH_4排放具有较好相关性,而含碳和含氮物质均与N_2O的排放呈现较好相关性。与CO_2的排放相关性较好的指标有WSC、VS、TOC、TN,与CH_4的排放相关性较好的指标有pH和TOC,与N_2O的排放相关性较好的指标有pH、NH4+-N、TS、VS、TOC、TN。由此表明,温度、粪便p H、粪便中的含碳含氮物质能够影响粪便各温室气体的排放。5.微生物多样性与CH_4和N_2O排放的关系不同管理方式,不同堆放时间的粪便中存在差异的菌属有13个,其中,梭菌属(Clostridium)与CH_4的排放呈显著正相关(R=0.673,P0.05);副球菌属(Paracoccus)、Sedimentibacter、密螺旋体属(Treponema)与N_2O的排放呈显著正相关(R=0.649,P0.05;R=0.697,P0.05;R=0.648,P0.05)。以上结果显示,造成粪便CH_4和N_2O排放差异的原因可能与上述微生物在粪便中的分布有关。综上所述,本研究主要得出以下结论:1)翻堆能够加快粪便的腐熟进程,缩短腐熟时间。2)翻堆能够减少畜禽粪便在管理过程中的温室气体排放。3)粪便种类不同,管理方式不同,各温室气体排放因子不同;除蛋鸡粪和静态堆放条件下肉鸡粪的CH_4排放因子外,现有的粪便CH_4和N_2O排放因子均高估了实际测得的排放因子。4)温度与粪便各温室气体的排放具有较好的相关性。CO_2的排放与粪便中WSC、VS、TOC、TN的含量具有较好的相关性;CH_4的排放与粪便pH及TOC含量具有较好对的相关性;N_2O的排放则与粪便pH以及NH4+-N、TS、VS、TOC、TN的含量具有较好的相关性。5)粪便中梭菌属分布的差异可能是造成各组CH_4排放差异的原因之一,而副球菌属、Sedimentibacter和密螺旋体属在粪便中分布的差异可能是导致N_2O排放差异的原因之一。
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【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X713;S141

【参考文献】