（农业工程专业论文）蛋鸡粪便主要成分含量快速预测方法和模型研究.pdf

摘要 随着集约化养殖业的迅猛发展，大量的畜禽粪便给环境带来了巨大的压力为了合理的利用 畜禽粪便。减轻环境污染，快速测定其中主要成分禽量是关键。本文在参考国内外相关资料的基 础上，以蛋鸡粪便为研究对象，从理论的角度出发，通过大量的试验研究，用理化指标和近红外 光谱分析技术两种不同的方法探讨了快速预测其主要成分含量的可行性 为了探讨利用理化指标快速预测液体蛋鸡粪便中有机物、总氮、总磷、铵态氮、总钾、铜， 铁、锌、镁和钠含量的方法，本试验采集了9 1 份样本并将其分别按1 ：5 粪水比例( 体积比) 进 行了稀释。首先研究了蛋鸡粪便溶液代表性样本的制备，然后从9 1 份液体蛋鸡粪便中选择6 1 份 进行模型的建立，分别建立了比重、电导率和p h 值与其中各成分含量间的一元和多元模型，通 过比较选择出较优的模型，并用其余3 0 份样本对其进行验证结果表明：有机物、总氮、总磷、 铜、铁、锌、镁的最优模型均是以比重为自变量的一元线性模型，其决定系数分别为0 8 1 ，0 8 2 、 0 8 6 、0 7 7 ，o 7 8 、0 6 8 和0 8 0 ，而铵态氮、总钾和钠则与电导率之间的线性相关性最好，决定系 数分别为0 8 7 、0 6 3 和o 7 0 。利用3 0 份样本对1 0 个一元线性回归模型验证的结果表明所选择的 1 0 个一元线性回归模型均具有较好的预测效果。 为了探讨利用近红外光谱技术快速测定蛋鸡粪便中各成分含量的可行性，本试验利用傅立叶 变换近红外光谱仪，对所采集的9 l 份蛋鸡粪便的新鲜样本和干燥粉碎后的样本分别进行了光谱 的扫描。用偏最小二乘法( p l s ) 建立两种样本中上述1 1 种成分含量的近红外光谱定标模型结 果表明：( 1 ) 近红外光谱分析技术可以很好的预测新鲜样本中的总氮和铵态氮，其校正模型的相 关系数( r 2 ) 分别为0 9 2 和o 9 0 ，相对分析误差( r p d ) 均大于3 ；( 2 ) 可较好的预测水分和有 机物含量，醇分别为0 8 7 和0 嬲，r p d 则分别为2 6 5 和2 7 6 ，均大于2 5 而小于3 ；( 3 ) 铁、 锌和钠校正模型的相关系数( r 2 ) 分别为0 7 7 、0 8 3 和0 6 9 ，相对分析误差( r p d ) 分别为2 0 0 、 2 3 0 和2 2 9 ，不能满足于实际应用的精度；( 4 ) 总磷和镁的校正模型则只具有区分样本中这些成 分含量高低的能力，在实际中无法应用，总钾和铜的校正模型则不能使用；( 5 ) 对于干燥粉碎样 中的各成分含量来说，近红外光谱分析技术均不能对其进行较为准确的预测。 关键词：蛋鸡粪便，成分含量，快速预测，理化指标，近红外反射光谱 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fl i v e s t o c ka g r i c u l t u r e ，ag r e a tl o to fm a b n r ec a nc u u s cp o l l u t i o n p r o b l e m s i no r d e rt oa p p l yw t a n n r er e a s o n a b l ya n dp r o t e c te n v i r o n m e n t ，i ti se s s e n t i a lt oe s t i m a t et h e c o n t e n t si np o u l t r ym a n u r eb e f o r ed i s p o s i n gi tt ot h el a n d b a s e do nt h er e s e a r c ho ft h el i t e r a t u r ef r o m h o m ea n db r o a d t h i se x p e r i m e n ts t u d i e dp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dn e a fi n f r a r e dr e f l e c t a n c e s p e c t r o s c o p y ( n i r s ) m e t h o d sf o r t h ec o n t e n t so fl a y e rm a n u r e i no r d e rt oe x p l o r em e t h o d so fr a p i d l ye s t i m a t i n gt o t a ln i t r o g e n ) ，t o t a lp h o s p h o r o u s 凹瞩 o r g a n i cm a t t e r ( o m ) c o p p e r ( c u ) ，i r o n ) ，z i n c 国) m a g n e s i u m 叫靠t o t a lp o t a s s i u m ( i l q a m m o n i u mn i t r o g e n ( a n ) ，a n ds o d i u m ( n a ) c o n c e n t r a t i o n so fl a y e rm a n u r eb a s e do i lp h y s i c o c h n m i c u i p r o p e r t i e s ，9 1 s o l i ds a m p l e sw e r ac o l l e c t e da n dd i l u t e dw i t hc l e a nw a t e rb y5 - f o l d f i r a t l y , t h e p r e p a r a t i o np r 0 4 2 目f l n r eo fr e p r e s e n t a t i v es a m p l e sw a si n v e s t i g a t e d t h e n , d i v e r s ef i q u i ds a m p l e s ( n 硝1 ) m mu s e dt oe s t a b h s ht h em o d e li nt h i ss t u d y t h er e s u l t ss h o w e ds t r o n gl i n e a rr e l a t i o n se x i s t e d b e t w e e n 删cg r a v i t y ( s g ) a n d i n ，t p , o m ，c n , f e ，z n , m gc o n c e n t r a t i o n s ( r c - - o 8 1 ，0 8 2 , 0 8 色 o 刀，0 7 8 ，0 6 8 , 0 8 0 , r e s p e c t i v e l y ) r e l a t i o n s h i p sb e t w e e ne l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y ( e c ) a n dt k , a n , n a r c s i g n i f i c a n tw i t hr zv a l u e so f0 8 7 0 6 3a n d0 7 0 i no r d e rt oi n r t b e tv e r i f yt h e s ee s t i m a t i o n m o d e l s , a na d d i t i o n a l l yi n d e p e n d e n t3 0l i q u i dl a y e rs a m p l e sw e r et e s t e da n dt h er e s u l t sd e m o n s t r a t e d t h a tt h e s er a p i dt e s t i n gm o d e l sh a v eg o o dp r e d i c t i o na b i l i t i e s t oi n v e s t i g a t et h ef e a s i b f l i t yo fn i r st e c h n o l o g yf o rr a p i da n a l y s i so ft h em o i s t u r e , o m ，t n ，a n , t p , n c u ，f e ，z n , m g , n ai n 缸s ha n dd r i e ds a m p l e so fl a y e rm a n u r e ，d i v e r s es a m p l e s ( n ；9 1 ) w c 俺 u s e d 眦s t u d yd e v e l o p e dc a l i b r a t i o n su s i n gp a r t i a ll e a s t - s q u a r e sr e g r e s s i o n b a s e do nt h ec o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n to fc a l i b r a t i o n 偎勺a n dt h er a t i oo fp r e d i c t i o nt od e v i a t i o no 心d ) ，t h ep r e d i c t i o nr e s u l t sw e r e e v a l u a t e d e x c e l l e n tf o rt na n da n 偎= o 9 0 , 0 9 2 ；r p d 3 ) i nt h ef r e s hs a m p l e s , g o o df o rm o i s t u r e a n do m ( ( r = o 8 7 , 0 8 8 ；2 5 r p d 3 ) , a n da p p r o x i m a t ef o rf c ，z na n dn a t h ec u h b r a t i o nf o r1 n pa n d m g w e r e o n l y a b l e t o d i s c r i m i n a t e b e t w e e nh i 【g h a n d l o w v a l n e $ h o w e v e r , t h ec a l i b r a t i o n f o r t k a n d c u c a n tb eu s e d f o rd f i c ds a m p l e s , i tw a si m p o s s i b l et op r e d i c tt h ec o n t e n t sa c c u r a t e l yb yu s i n gn i r si n l a y e rm a n u r e k e y w o r d s ：l a y e ri n a n u i e ，c o n t e n t s , r a p i dp r e d i c t i o n , p h y s i c o c h e m i o a lp r o p e r t i e s , n i r s 一、插图清单 插图和附表清单 图1 - 1 课题研究思路框图1 1 图2 1 取样装置和取样点示意图1 5 图3 一l比重与干物质之间的相关关系2 6 图3 - 2 蛋鸡粪便s g 与其中主要成分含量的一元线性相关关系二络 图3 - 3 蛋鸡粪便e c 与其中主要成分含量的一元线性相关关系3 1 图3 4 蛋鸡粪便主要成分含量预测值与化学分析值相关关系3 7 图4 1 s p e c t r u mo n cn r s 傅立叶近红外光谱仪4 0 图4 _ 29 1 个蛋鸡粪便新鲜样本近红外漫反射光谱图4 8 图4 3 样本异常值判断( 以t n 为例) 4 8 图4 - 4 蛋鸡粪便新鲜样本验证集中主要成分含量化学分析值与n i r $ 预测值的相关关系6 3 图4 - 59 1 个蛋鸡粪便干燥粉碎样本近红外漫反射光谱图6 4 图4 石蛋鸡粪便干燥粉碎样本验证集中主要成分含量化学分析值与n 琢s 预测值的相关关 系7 7 二、附表清单 表1 - 1 禽畜粪便干物质含量与总氮的相关关系3 表1 - 2 禽畜粪便干物质含量与总磷的相关关系3 表1 - 3 禽畜粪便干物质含量与总钾的相关关系3 表1 - 4 禽畜粪便干物质含量与铵态氨的相关关系4 表l - 5 畜禽粪便干物质与比重的相关关系一4 表1 石畜禽粪便比重与总氮的相关关系。4 表1 7 畜禽粪便比重与总磷的相关关系_ 5 表1 8 畜禽粪便电导率与铵态氮的相关关系j 表1 0 9 畜禽粪便电导率与总钾的相关关系6 表l l o 畜禽粪便比重和p h 值与其肥料成分含量的相关关系j 6 表2 - 1蛋鸡粪便样品来源1 3 表2 1 2 不同稀释倍数下蛋鸡粪便样本千物质含量和比重1 8 表2 - 3 无搅拌情况下取样对样本代表性的影响1 9 表2 _ 4 搅拌过程中取样对样本代表性的影响2 0 表2 _ 5 蛋鸡粪便样本主要成分含量和理化指标一2 l 表2 _ 6 样本中主要离子含量统计表。2 2 表3 0 ! 液体蛋鸡粪便校正集与验证集样本主要成分含量统计结果2 6 表3 - 2 蛋鸡粪便s g 与其中主要成分含量问回归方程的检验” 表3 - 3 蛋鸡粪便e c 与其中主要成分含量间回归方程的检验3 l 表3 4 p h 与蛋鸡粪便中主要成分含量的相关关系3 2 表3 - 5 蛋鸡粪便理化指标与其中主要成分含量的多元相关关系3 3 表3 _ 6 蛋鸡粪便中主要成分含量的预测模型3 4 表3 - 7 预测值与化学分析值回归方程f 检验统计表3 7 表4 - l 蛋鸡粪便新鲜样本主要成分含量统计结果。4 7 v 表4 2 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便新鲜样本中水分( m o 由u ”) p l s 网j 九模型结果。4 9 表4 1 3 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便新鲜样本中有机物( o m ) p l s 同归模型结果。5 0 表4 _ 4 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便新鲜样本中总氮( 1 n ) f l s 同l 门模型结果。5 0 表4 - 5 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便新鲜样本中铵态氮c a n ) p l s 回归模型结果一j l 表4 _ 6 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便新鲜样本中总磷( t p ) p l s 回归模型结果。j 2 表4 - 7 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便新鲜样本中总钾( t k ) p l s 回归模型结果。5 3 表4 _ 8 基于不同光谱预处理的蛋鸡炎便新鲜样本中铜( c u ) p i s 回归模型结果5 3 表4 9 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便新鲜样本中铁( f c ) p l s 回归模型结果5 4 表4 - 1 0 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便新鲜样本中锌( z n ) p l s 回归模型结果- 5 5 表4 _ 1 1 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便新鲜样本中镁( m g ) p l s 回归模型结果5 6 表4 - 1 2 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便新鲜样本中钠( n a ) p l s 回归模型结果5 6 表4 - 1 3 基于不同数据规范化处理的蛋鸡粪便新鲜样本定量分析结果5 8 表4 1 4 蛋鸡粪便新鲜样本校正集和验证集的选择一5 9 表& 1 5 蛋鸡粪便新鲜样本校正集与验证集化学成分含量统计结果。5 9 表 1 6 蛋鸡粪便新鲜样本主要成分含量的校正模型。5 9 表4 - 1 7 蛋鸡粪便新鲜样本主要成分含量的验证结果6 1 表4 - 1 8 蛋鸡粪便干燥粉碎样本主要成分含量的计结果“ 表4 - 1 9 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便干燥粉碎样本中水分( m o m m y ) p l s 回归模型结果 6 1 i 表4 - 2 0 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便干燥粉碎样本中有机物( o m ) p l s 回归模型结果。6 6 表4 - 2 1 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便干燥粉碎样本中总氮f i n ) p l s 回归模型结果6 6 表4 - 2 2 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便干燥粉碎样本中铵态氮( a n ) p l s 回归模型结果6 7 表禾2 3 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便干燥粉碎样本中总磷0 1 ) p l s 回归模型结果6 8 表4 2 4 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便干燥粉碎样本中总钾f 1 1 qp l s 回归模型结果鹋 表睨5 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便干燥粉碎样本中铜( c u ) p l s 回归模型结果。6 9 表纯6 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便干燥粉碎样本中铁( f e ) p l s 回归模型结果7 0 表& 2 7 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便干燥粉碎样本中锌( z n ) p l s 回归模型结果。7 0 表铊8 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便干燥粉碎样本中镁c m g ) p l s 回归模型结果7 l 表4 2 9 基于不同光谱预处理的蛋鸡粪便干燥粉碎样本中钠o v a ) p l s 回归模型结果7 2 表4 - 3 0 基于不同数据规范化处理的蛋鸡粪便干燥粉碎样本定量分析结果。7 3 表4 - 3 l 校正集与验证集化学成分含量统计表7 4 表4 3 2 新鲜蛋鸡粪便主要成分含量的校正模型 表”3 蛋鸡粪便干燥粉碎样本主要成分含量的验证结果 7 4 7 5 符号列表 v n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 名硇 时间：加7 年歹月心日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阕，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 墨雨 时间：硼年舌月5 日 导师签名：j 争牟停时间：y 7 年z 月伊日 中国农业人学博十学位论文 第章绪论 第一章绪论 1 1 课题提出的背景 1 1 1 畜禽粪便给环境带来巨大的压力 近年来，随着集约化养殖业的迅猛发展在取得可观经济效益和社会效益的同时，畜禽粪便 的产生量也大大增加，如果粪便不能及时处理，长期堆放将会给环境造成污染畜禽粪便对环境 的污染方式比较复杂。归结起来主要有以下几个方面。 ( 1 ) 恶臭气体的污染 畜禽粪便堆放期间，有机物质在微生物的作用下被分解，产生一些诸如甲烷、硫化氢、氨气、 甲硫醇等恶臭气体( 丁迎伟等，1 9 9 9 ) 这些有害气体在空气中的含量达到一定浓度时会对人和 动物的感觉器官甚至整个身体发育产生有害影响( d o n h a mda l ，1 9 8 5 ；d o n h a m ，1 9 8 9 ) ( 2 ) 有害病原微生物的污染 畜禽体内的微生物主要通过消化道捧出体外，粪便是微生物的主要载体( 李淑芹和蕊玖坤， 2 0 0 3 ) 。对于已患病或隐性带病的家禽，多种病菌和寄生卵( 如沙门氏菌、鸡金黄色葡萄球菌、 大肠杆菌等) 会随粪便排出若粪便不能适当处理，长期堆放，就会成为危险的传染源，造成疫 情传播这不仅对畜禽的生产力水平及生存条件产生严重影响，还会危害人类健康。 ( 3 ) 矿物元素的污染 为了提高畜禽的生长速度、增强其抗病能力，饲料中通常加入一定量的锕、砷、锌等微量元 素添加荆。但铜和锌的过量加入可造成土壤污染和植株中毒，而砷的过量加入不仅会使作物中的 砷过量，而且有可能造成减产或颗粒无收( 孔源和韩鲁佳，2 0 0 2 ) c 4 ) 氮磷的污染 粪便在堆积过程中，大量的氮，磷会通过地表径流，流入江河湖海，造成水体富营养化另 外，一部分氮会以氨的形式挥发到大气中，氨在大气中可转化为氮氧化物，使空气质量下降，严 重时导致酸雨，危害环境( 张文龙等，2 0 0 1 ) 。同时，畜禽粪便长期堆放，粪便中所含大量含氮 化舍物在土壤微生物的作用下，通过氨化、硝化等生物化学反应，使土壤中硝酸盐含量日渐增高， 间接影响人体健康( w i l l i a m s ，1 9 9 5 ；中国农业大学等，1 9 9 7 ) 1 1 2 畜禽粪便还田是减轻环境污染和解决土壤受损的有效途径 畜禽粪便中含有大量农作物生长所必需的氮、磷、钾、有机质等营养成分。以蛋鸡粪便为例， 据世界粮农组织f a o 发布的资料，产蛋鸡干粪含租蛋白质2 5 、钙5 、磷z i ，还含有丰富 的铁、锕，锌、锰和b 族元素，是很好的天然有机肥( 李建雄，1 9 9 6 ：李建雄，2 0 0 1 ) 。因此， 将畜禽粪便还田，既可以- 减轻环境污染，又可以起到培肥土力、改良土壤结构、提高农产品产量 中闻农业大学博 学位论文第一章绪论 的效果。 1 2 研究的意义 畜禽粪便在还田中，如果使用不当( 不合理使用或连续过量使用) ，不仅无法达刭应有的效 果，而且还会导致土壤中硝态氮、磷、重金属等含量过高，污染地下水，并且在降解的过程中会 释放氮气、硫化氢等有害气体，威胁作物和人类的健康，再次给生态环境带来严重的污染 预知畜禽粪便中主要成分的含量是防止其使用不当的前提，只有这样，才能做到有的放矢， 真正实现资源的合理利用和环境保护。尽管实验室的化学分析法非常准确，但耗时较长，有可能 测量结果还未出来之前，畜禽粪便已经施入田中，达不到及时、快速预测的目的。另外，有很多 养殖场距离实验室较远，每次送去化验，对它们来说并不现实。因此寻找快速、简便、准确的 测定方法对养殖场来说具有重要的现实意义 1 3 国内外相关研究现状 为了保护环境、有效的利用畜禽粪便，数十年来，欧美等许多发达国家投入了大量的人力、 物力、财力对快速预测畜禽粪便肥料成分含量的方法进行了研究，并取得了显著的成果。 查阅文献资料分析可知，目前用于快速预测畜禽粪便肥料成分含量的方法大体可分为两大 类：一类是基于理化指标的快速测定法；另一类是基于近红外光谱的快速测定法。 1 3 1 基于理化指标的畜禽粪便主要肥科成分含量快速测定法 1 3 1 1 国外相关研究现状 基于理化指标快速预测畜禽粪便主要肥料成分含量的方法主要是通过比重计、电导仪、p h 计等仪器测量畜禽粪便的理化指标( 比重、电导率、p h 值) ，将所测的值与肥料成分含量( 鲡 总氮、总磷、总钾和铵态氮) 建立相关模型，进而利用所建模型进行预测 ( 1 ) 畜禽粪便理化指标与其中肥料成分含量的相关关系 干物质与总氮，总磷、总钾和铵态氮的相关关系 国外许多学者研究了干物质( d m ) 与总氮( t n ) 、总磷( t p ) 、总钾( t k ) 和铵态氮c a n ) 的相关关系，结果分别如表1 - 1 ，袁1 - 2 ，表1 - 3 和1 4 所示。从表1 - 1 中可以看出，猪粪干物质 含量与总氮之间的决定系数最高为0 9 9 ，最低为0 6 3 牛粪中干物质与总氮之间的决定系数最高 为0 8 9 ，最低为0 4 4 ，与猪粪相比，决定系数较低。但无论是猪粪还是牛粪均可认为干物质与总 氮间的相关性较好。从表1 - 2 中可以看出，猪、牛粪便的千物质含量与总磷之间的相关性也较好， 决定系数均高于0 6 。表1 3 和1 _ 4 中显示千物质与总钾和铵态氮的相关性较差，尽管最高的决定 系数分别为0 7 4 和o ，6 7 ，但总的来说决定系数均较低 2 中国农业大学博卜学位论文 第一章绪论 襄1 1 禽畜粪便干物质含量与总氮的榴关关系 文献柬潭 到归方程 决定系数r 2 羊品束振 d r a g u n ( 1 9 7 8 、t n = 3 6 2 + 5 9 8 d m0 9 1猪 t u n n e y ( 1 9 7 9 ) t n = 1 1 4 3 + 3 3 1 4 d m 0 7 5牛 t u n n e y0 9 7 9 ) t n = 1 1 9 4 + 4 2 4 d m 0 8 4猪 c h e s c h c i r ha l ( 1 9 8 5 ) t n = 1 0 5 6 + 2 4 7 d m 0 5 7牛 c i s e s c h e i rda l0 9 8 5 ) t n = 2 4 3 3 + 3 9 6 d m 0 7 7猪 一p j c c i l t i n ia n db o r t o a e ( 1 9 9 1 ) t l q = 1 5 5 4 + 0 0 2 1 6 d m 0 4 4午 p i c c i n i n ia n d b o r t o n e 0 9 9 1 ) t n = i 0 9 5 + 6 0 d m 0 8 1猪 z 如e ta l ( 2 0 0 3 ) t n - - - 9 5 _ - 3 2 + 1 2 2 6 3 d m 0 9 9青年猪 z h a e l a l ( 2 0 0 4 ) t n = 2 0 2 2 4 + 7 0 9 a 9 d m 0 9 8孕育猪 a n s h ua n db i c u d o ( 2 0 0 4 ) t n = 4 1 7 x 1 0 - 3 4 4 3 x 1 0 6 d m o 8 9奶牛 表1 - 2 重畜粪便千物质含量与总磷的相关关系 文献来源回归方程 决定系数r 2样品来源 d r a g u af 1 9 7 8 ) t p = 1 1 2 + 2 3 9 d m o 8 9 猪 t u n n e y ( 1 9 7 9 ) t p - - 5 0 t 7 3 d m 0 8 4牛 t u n n e y ( t 9 7 9 ) t p 一1 1 7 + 2 3 2 d m o 8 5猪 c h e f , c ：h e j rh a l ( 1 9 8 5 ) t p = 1 1 7 + 9 2 d m 0 7 1午 c h e s c h e i r e t 砒( 1 9 8 5 ) t p 一1 2 2 + 3 3 4 d m 0 6 0猪 p i c c i a i a ia n db o r t o a e ( 1 9 9 1 ) 1 脚r 3 6 9 8 + 0 , 0 0 7 d m o 6 7牛 p i c c i n i n ia n db o r t o n c0 9 9 1 ) t f = o 0 3 2 + 0 0 3 1 2 d m 0 7 7猪 s c o f f o r d0 9 9 8 ) t p - - - - 9 s + 5 7 d m o 7 3牛 s c o f f o r d ( 1 9 9 8 ) t p 一1 5 8 4 2 5 6 d m 0 9 0猪 z h ue ta l ( 2 0 0 3 ) r p ；2 9 9 4 1 + 1 7 4 1 7 d m 0 9 8青年猪 z h ue ta l ( 2 0 0 4 ) t p 一2 9 7 + 6 6 3 d m o 9 9怀孕猪 a n s h ua n db i c u d o ( 2 0 0 4 ) t p - - 4 9 6 x l f f 1 1 x 1 0 d m 0 8 9奶牛 襄1 - 3 禽畜粪便千物质含量与总钾的相关关系 文献来源 回归方程决定系数r 2样品来源 s m i t he ta l0 9 9 3 ) 1 k = l 矗加2 d m 0 2 1牛 s m i t hc ta l0 9 9 3 ) t k ；l ，6 7 4 0 1 8 2 d m 0 1 8奶牛 s m i t he ta l ( 1 9 9 3 ) t k = 0 1 4 3 + 0 2 0 8 d m 0 2 0猪 s m i t he ta l ( 1 9 9 3 ) t k - - - 0 9 8 + 0 2 6 6 d m 0 7 4鸡 3 中国农业大学博十学位论文 第一章绪论 表l _ 4 禽畜粪便千物质含量与铵态氪的相关关系 由此可见，通过测量干物质可较好的预测总氮，总磷含量，但不能很好的预测总钾与铵态氮 含量。与传统实验室方法相比，通过测量于物质含量预测总氮、总磷含量尽管比较简单，但由于 干物质含量数据仍需经过数小时甚至十几小时后才能获得，因此仍然不能达到快速预测的目的。 比重与总氮、总磷的相关关系 t u n n e y ( 1 9 7 9 ) 等学者以牛粪和猪粪为研究对象，发现比重( s g ) 与干物质之问有较好的线 性相关性，决定系数均在0 6 以上。结果如表1 5 所示因此，如果比重与干物质之间存在较好 的线性相关性，同时干物质又与粪便中肥料成分( 如总氮和总磷) 含量之间的线性相关性也较好， 那么是否可以直接建立比重与总氮和总磷间的线性相关模型，进而利用比重来预测总氮和总磷古 量。许多学者的研究结果表明比重与总氦、总磷之问的确存在着较好的线性相关性，从表1 _ 6 和 1 - 7 中可以看出，除p i c c i n m i db o r t o ( 1 9 9 1 ) 所建模型的决定系数较低以外，其它模型的决 定系数均高于0 6 。 表1 5 畜禽粪便于物质与比重的相关关系 裹1 6 畜禽粪便比重与总氮的相关关系 4 中国农廿夫学博t 。学位论文第一章绪论 表1 7 畜禽粪便比重与总磷的相关关系 文献柬源归l 归方程决定系数酽样品柬源 c h e s c h e i rc ia l ( 1 9 8 5 ) r p 一7 9 9 5 8 + _ 7 9 7 9 5 s g 0 鲫猪 c h e s c h e i te ta l ( 1 9 8 5 ) i p = - 2 1 6 2 l + 2 1 6 8 1 s g0 6 9 奶牛 p i c c i a i n ia n db o r t o n e 1 9 9 1 ) t p = - 9 5 8 0 2 + 9 5 5 6 4 s 00 5 6 猪 p i c c i n i a ia n db o r t o a e ( 1 9 9 1 ) t p 一1 4 0 5 + 1 4 4 0 s g0 5 5牛 z hj 口n ( 2 0 0 4 ) 1 1 k 嬲崩m 9 5 j 螂0 9 7猪 办uj l i n ( 2 呻3 ) i v - - 2 6 5 5 8 + 2 6 5 4 4 s g0 9 7猜 电导率与铵态氮和总钾的相关关系 电导率法是一种间接测量方法，它主要是测量溶液中的离子浓度( v a nk e s s e le ta 1 ，1 9 9 9 ) 由表l - s 和表1 - 9 可以看出尽管不同动物品种所得的回归方程不同，但铵态氮和总钾含量与电导 率( e c ) 问的线性模型除f l e m i n g ( 1 9 9 2 ) 和c r o s s ( 1 9 9 6 ) 以未稀释的样本为研究对象所得到 的决定系数分别为0 4 0 和0 5 9 ，相对较低以外，其它模型的决定系数均较高。 另外，从表1 8 中可以看出无论牛粪还是猪粪稀释后其决定系数均高于稀释之前，对于牛粪 来说，c r o s s ( 1 9 9 6 ) 的结果表明决定系数r 2 由稀释前的0 5 9 上升到稀释后的o 9 1 ，s t e v e n s ( 1 9 9 5 ) 的结果则是从0 5 9 上升到0 8 6 ，w i l t i a m sc ta l ( 1 9 9 6 ) 的结果显示，决定系数从0 6 5 上升到0 7 2 对于猪粪来说，s t e v e n se ta l ( 1 9 9 5 ) 的结果从0 9 1 上升到0 9 8 ，w i l l i a m se ta l ( 1 9 9 6 ) 的结果 则是从0 9 0 上升到0 , 9 7 。总之，粪便稀释后其电导率与铵态氦之问的相关关系均有不同程度的提 高。 表1 b 畜蕾粪便电导率与铰态氮的相美关系 文献来源回归方程决定系数r 2样品来源 凡c m i 晖a n db l a d s h g w ( 1 9 9 2 ) c ( a n ) = - 2 4 9 + 0 0 9 4 e c 一0 9 6 肉牛 n e m i 哗a n d 捌s 州1 鲫2 ) c ( a n 2 5 + 0 0 9 8 e c _ , 0 4 0 猪 f l e m i n ge ta 1 0 9 9 3 ) c ( a n 卜3 3 2 - t o 1 1 9 e g 。 0 8 2奶牛 c r o ma a dw r i g h t ( 1 9 9 6 )c ( a 肛0 0 3 0 2 4 0 0 1 3 4 e 0 5 9奶牛 c r m s a n d w r i g h t 0 9 9 6 ) n p m 0 7 0 1 + 0 啷3 e q - - 0 9 1 奶牛 w i l l i a m sda t ( 1 9 9 6 ) c ( a n 净_ 0 0 8 + 0 0 5 e c k 0 7 7奶牛 f l e m i n ge ta l ( 1 9 9 3 )c ( n 声1 6 3 + 0 2 0 6 e c 。 o 6 3肉牛 s t e v e n s e t a l ( 1 9 9 5 ) c ( n h , - n ) = 1 1 1 + 7 距g 。0 5 9 肉牛 s t e v e n sn a l ( 1 9 9 5 )c ( a n 净1 7 7 - 1 5 5 2 e q k 0 8 6 肉牛 w i l l i a m se lm ( 1 9 9 n c ( a n ) = - 0 6 9 + o 0 6 e c _ o 6 5肉牛 w 碰a m s e ta l ( 1 9 9 6 ) c ( a n ) - - 4 1 5 + 9 9 匝岛k 0 7 2肉牛 s t e v e n s e la l ( 1 9 9 5 ) c ( a n 睁1 4 3 + 1 5 6 e 已 0 9 l猪 s t e v e n s e ta l ( 1 9 9 5 ) c ( a n ) = - 6 1 - 5 + 9 9 6 b q k 0 9 8 猪 w 越j a m s 矗面1 9 9 6 )c ( 脚- o 8 6 + o 1 5 e g - 0 9 0 猪 w m j a m sdd ( 1 9 9 6 ) c ( n 净1 0 6 4 - 0 6 4 e c _ - o 9 7 猪 f l e m i n ge ta l0 9 9 3 )c ( a n ) = - 3 3 6 0 + 0 3 0 4 e g 。0 7 8 家禽 其中：b g 雕表示未稀释样本的电导串te 为样本稀释后的电导事 5 中国农业大学博f j 学位论史第一事绪论 表1 - 9 畜禽粪便电导率与总钾的相关关系 p h 值与畜禽粪便肥料成分含量的相关关系 目前对p h 值与畜禽粪便肥料成分含量的相关关系研究较少，仅s c o f f o r de ta l ( 1 9 9 8 ) 对口h 值与猪粪中的磷相关关系进行了研究，但效果不很理想，决定系数仅为0 4 6 。 电导率和密度与畜禽粪便成分含量的二元线性相关关系 s c o f f o r d ( 1 9 9 8 ) 分别建立了铵态氮和钾与电导率和密度相关的二元线性方程，结果表明利 用电导率和密度可以非常好的预测牛粪和猪粪中的铵态氮和总钾含量，决定系数均在0 8 以上 密度和p h 值与畜禽粪便肥料成分含量的二元线性相关关系 密度和p h 值与畜禽粪便肥料成分含量的相关关系如表1 - l o 所示。结果表明利用密度和p h 值可以很好的预测牛粪和猪粪中的磷含量，且决定系数均在0 8 以上。 表1 1 0 畜禽粪便和p h 值与其肥料成分含量的相关关系 ( 2 ) 基于理化指标预测畜禽粪便肥料成分含量的仪器开发 国外研究人员不仅在理论上探讨了利用理化指标预测畜禽粪便中主要肥料成分含量的可行 性，同时在理论研究的基础上，还开发出了一系列畜禽粪便主要成分含量快速测定装置，目前常 用的主要有粪污计、粪污氮含量计量仪、电导仪和氨电极等。 粪污计粪污计是由爱尔兰约翰斯顿研究中心( j o l m s w w nc a s t l er e s e a l c hc e n t e r ) 开发的用 于快速检测畜禽粪氮含量的仪器其工作原理是基于粪便中的氮含量与比重之间存在一定的相关 关系，通过测量其比重进而得到样品中的氦含量( t u n n e y , 1 9 8 5 ) 。 粪污氮含量计量仪粪污氮含量计量仪主要有安格鲁斯氮含量计量仪( a g r o sn i t r o g e nm e t e r ) ( a s s ea n dw e r n e r , 1 9 8 7 ；t u n n e ya n db e r t r a n d ，1 9 8 9 ；c h a m b e r s , 1 9 9 8 ；v a nk e s s e le ta t , 1 9 9 9 ) 和定量氦体积仪( q u a n t o f i xn - v o l u m e t e r ) ( k j e l l e r u p ，1 9 8 6 ；v a nk e s s e la n dr e e v e si l l ， 2 0 0 0 ) 两种。它们的工作原理是在密闭容器中，将次氯酸钠与粪便混合，铵态氮被氧化释放出 。氮气，气体的压力与粪便中铵态氮的含量成正比，通过测量气体的压力即可知铵态氮的含量。 6 中国农业大学博f 。学位论文 第一章绪论 电导仪电导仪是实验室中常用的测定溶液电导率的仪器，电解质溶液的电导率与电解质的 浓度有关，溶液中主要离子浓度的变化会引起整个电解质溶液离子浓度的变化，直至溶液电导率 的变化。对于猪粪和牛粪溶液来说，其中的主导离子是铵离子和钾离子( s t e v e n se ta l ，1 9 9 5 ) 且均和电导率显著相关，因此可通过测量电导率来快速测定铵态氮和钾含量。 氨电极氨电极主要是检测粪便中铵态氮的含量，是由瑞典o r i o n 研究组织于1 9 7 9 年开发出 来的它的工作原理是粪水中的铵离子( n i g * ) 在碱性条件下，转变成氨气( n i l 3 ) 产生的氮 气的压力与彼测粪液中铵态氮的含量成正比，通过检测氨气的产生量即可预测出粪样中铵态氮的 含量。 1 3 1 2 国内相关研究现状 我国在利用理化指标预测畜禽粪便中主要肥料成分含量方面的研究开展较晚，最早起步于 1 9 9 6 年，h a r te ta l ( 1 9 9 6 ) 首次报道了利用理化指标快速测定动物粪便中肥料成分含量的研究。 到目前为止，相关研究取得了一定的进步，研究的目标主要集中于肉鸡、蛋鸡、奶牛，肉牛、肥 育猪理化指标与其中肥料成分含量相关关系的研究，即对一元或多元线性相关模型的研究，研究 结果主要包括； 胡峥峥( 2 0 0 1 ) 以肉鸡粪便为研究对象，对肉鸡粪便理化指标与其中肥料成分含量问的相关 关系进行了研究。结果表明，肉鸡粪便比重与总磷含量之间线性相关显著( r 2 _ - 0 8 5 ) ；电导率与 铵态氮( r 2 = 0 7 3 ) 和钾( r 2 _ - - 0 8 2 ) 之间也存在显著的线性相关性。 李莉( 2 0 0 3 ) 以中国农业科学院畜牧研究所蛋鸡场和农业部饲料工业中心蛋鸡实验室的2 6 份蛋鸡粪便为研究对象，研究了理化指标与其中肥科成分( 总氮、总磷、总钾和铵态氮) 含量之 问的相关关系。结果表明，对于比重来说除与总钾含量之间的线性相关性较好( r