【毕业学位论文】（Word原稿）生长育肥猪氨气排放及模型的研究动物营养与饲料科学学位论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 生长育肥猪氨气排放及模型的研究 I 摘 要 过多氨气排放不仅造成大量饲料氮浪费，而且增加了环境压力 ，猪舍内排放的氨气是农业氨气源的重要组成部分。国外对猪舍内的氨气排放研究的比较多，但国外猪的品种、饲料 成份 和管理水平与国内相差很大；在我国，氨气对环境的影响方面的研究还刚刚起步，为此，本研究根据我国的实际情况，针对生长育肥猪氨气排放的影响因素进行研究，并在此基础上建立氨气排放的预测 模型， 为了解我国养猪的氨气排放量提供基础数据，对环境决策和减排技术的发展有重要意义 。 本研究选择了 12 头生长育肥猪，按照体重分成 4 组，饲喂 4 种粗蛋白质 水平 的日粮，单体代谢笼饲养，粪尿分开收集。按照三因素四水平的正交试验研究环境温度、猪体重和日粮中氮的含量对氮排泄量的影响，在此基础上建立氮排泄量的预测模型。继而采用四因素 四水平的的正交试验研究环境温度、通风量、粪尿深度以及粪尿中氮含量对粪尿氨气排放量的影响，在此基础上建立粪尿氨气排放量的预测模型，并且对所建立的模型进行了验证。研究结果表明： 不同处理下 ， 20、 40、 60 和 80重猪日 平均 排泄 粪 氮量分别为 d；日平均排泄尿氮量分别为 d。 粪氮、尿氮和排泄总氮分别 占采食饲料氮的 温度、日粮粗蛋白质水平和猪体重对单位体重猪粪氮、尿氮和总氮的影响都极显著 (温度、温度 猪体重 日粮粗蛋白质水平、温度 日粮粗蛋白质水平 猪体重。温度、日粮粗蛋白质和猪体重各水平间差异显著 性不同 。 温度、通风量、粪深度和粪中氮含量对单位重量粪的氨气排放量均有极显著的影响 (粪中氮含量 通风量；影响每千克尿氨气排放量 因素 的主次顺序为：尿的深度 温度 通风量 尿中氮含量 。 温度、通风量、 粪尿中氮含量和粪尿深度各水平间 的 差异显著 性不同 。 在研究氮排泄量和氨气排放量影响因素的同时，建立了粪 氮、 尿氮排泄量和氨气排放量的预测模型。 粪氮排泄量： ； 尿氮排泄量： ； 氨气排放量： F+4(8 通过对模型的验证发现， 排粪氮量的模拟值与测量值之间 的差异为 而排尿氮量的模拟值和实际测量值之间的差异为 而尿氨气排放量的模拟值和实际测量值之间的差异为 关键词 ： 生长育肥猪，氮排泄， 氨气排放，影响因素，模型 in of in to is a of of on in in is on in of is to of on a to in to of be to 0, 40, 60 0kg in in an to of W on of on of on an to as 0, 40, 60 0W d d of W on as Was W. of W on of as of of on 日粮粗蛋白质水平 温度； 影响单位体重猪的尿氮排泄量的最主要因素是温度，其次是猪体重，最后是日粮粗蛋白质水平，即 温度 猪体重 日粮粗蛋白质水 平； 对于单位体重猪的 总氮 排泄量来说， 三种因素对于每千克动物体重的总氮排泄量影响的主次顺序 ： 温度 日粮粗蛋白质水平 猪体重。 同因素对单位体重猪氮排泄量的影响 对各处理的试验数据进行统计分析，结果表明：温度、日粮粗蛋白质水平以及猪体重对单位体重猪的粪氮、尿氮以及总氮排泄量影响都极显著 (日粮粗 蛋白质水平为 18时单位体重猪总氮的排泄量最大，为 粮粗蛋白质水平为 12%时最小，为 993)认为，减少日粮中粗蛋白质水平、补充合成氨基酸可以减少猪粪便中的氮含量。005)的研究结果表明：降低日粮中粗蛋白质的水平可以减少粪中和尿中总氮的含量。002)研究 发现 ： 粪氮、尿氮和总氮随着日粮中蛋白质水平的降低呈线性递减。和高蛋白质水平组相比，低蛋白质水平组的粪氮、尿氮和总氮的排泄量分别降低了 23、 48 和 40。但也有研究表明，降低日粮中蛋白质水平只能减少尿氮和总氮的排放，不能减少粪氮的排放 (1992; , 1998)，他们认为，随着日粮中蛋白质水平的降低，氮的消化率也随之降低，补偿了采食氮之间的差异 。 本试验中，日粮粗蛋白质水平从 18%下降到 12%，单位体重猪粪氮的排泄量下降了 尿氮下降了 总氮下降了 这与 002)的结果相近， 002)在试验中发现，日粮粗蛋白质水平下降 4，氮排泄量 下降了 37。 体重对单位体重猪氮排泄量的影响 忽略温度和日粮中粗蛋白质水平对氮排泄量的影响， 不同体重猪 的 单位体重猪粪氮、尿氮和总氮排泄量的 结果如 表 2 表 2同体重猪粪氮、尿氮和总氮的排泄量 of of 氮量(mg/猪体重 (20 40 60 80 粪氮 氮 氮 表 2可以看出， 随着猪体重的增加，单位重量猪粪氮、尿氮和总氮排泄量有下降的趋势 。 但不是非常明显。 中国农业科学院博士学位论文 第二章 不同因素对猪氮排泄量的影响 27 粪氮：统计结果表明： 20重组单位体重猪的粪氮排泄量与其它各组差异显著 ( 60与 80单位体重猪的粪氮排泄量差异显著 (猪体重。 4. 温度下降和日粮粗蛋白质水平的提高都增加单位体重猪粪氮、尿氮和总氮的排泄量；在本试验中， 随着 猪体重 的增加， 单位体重猪粪氮、尿氮和总氮的排泄量 呈下降趋势，但不明显。 温度从 10 上升到 32 ，粪氮、尿氮和总氮的排泄量分别下降了 日粮中粗蛋白质含量从 18%减少到 12%，粪氮、尿氮和总氮的排泄量分别下降了 中国农业科学院博士学位论文 第三章 不同因素对氨气排放量的研究 28 第三章 不同因素对 氨气排放量 的 影响 言 氨气是猪舍内排放的一种主要 有害 气体 。集约化养猪舍内氨气的产生和排放涉及复杂的物理、化学和生物过程，氨气的排放率受 各种 因素的影响，例如猪 的 日粮成份和转化效率、粪便的清理方式和环境条件等。日粮成份和转化效率主要是决定粪尿中氮的含量 ( , 2001; 2001)，粪尿中氮的含量 是 氨气排放量 的基础 ，尤其是尿氮含量，因为氨气的排放主要来自尿中的尿素分解；粪便的清理方式对氨气排放量也有很大的影响，在国外养猪生产中多采用水冲式或水泡式储粪方式，定期进行清理。我国现在大多采用干清粪方式，粪尿分开，随时清理， 粪中氨气的产生比较慢，粪尿分离可 以减少氨气的排放量 (1994; 1993)。 环境条件 对氨气排放量影响最大的就是温度和通风量 ， 温度和通风量对氨气排放量的影响至关重要(1995)，温度可以影响粪便中微生物的活动，通风量可以改变粪便表面氨气的 含量 ，两者可以加速或减慢氨气的排放率 。 此外，粪便的 深度 对氨气排放量也产生显著的影响 (1994)。 国外对氨气排放影响研究的较多，相比之下，我国对舍内氨气排放量研究的较少， 可参考的数据有限。 但国外养猪的清粪方式与我国有很大不同。 因此 我们在借鉴国外的研究基础上，针对我国的 饲养情况 ，对氨气排放量进行研究。 本试验的目的是在试验室条件下，研究温度、通风量、粪 尿中氮含量和粪尿 深度 对生长 育肥猪粪和尿氨气排放量的影响，了解在我国干清粪饲养管理条件下生长 育肥 猪的氨气排放情况，为氨气减排措施的制定提供理论依据。 料和方法 便采集 本 试验选择了 20、 40、 60 和 80重的三元杂交 (杜 长 大 )去势公猪各 3 头，体重相近的为一组，共分 4 组 。 每天饲喂 粗蛋白质含量为 18、 16、 14和 12的日粮 两次，上、下午各一次，同时采用全 收粪法收集猪的粪尿，粪尿分开收集，称重， 同时分别采集粪样 100g 和尿样 500样使用塑料密封袋分装，尿样置于塑料瓶中，并在新鲜尿液中加入硫酸固定尿液中的氮。所有样品放在 冰柜内冷冻保存，待测。其余的粪尿 分别放置于塑料桶内存放，桶上加盖密封，用 做测量氨气排放量。 度 粪和尿 氨气排放量的测量是在人工气候室内进行。测量 粪和尿的 氨气排放量时，按照试验设计的温度控制人工气候舱的温度，把温度分别控制在 10、 15、 25 和 32 。并使用 08, 美国 )温湿度 自动测量仪测量，每 10 分种测量一次，计算日平均温度。 中国农业科学院博士学位论文 第三章 不同因素对氨气排放量的研究 29 便 厚度 本试验采用塑料盒来盛装粪和尿，塑料盒的表面积为 121盛装粪或者尿的塑料盆 进行称重，然后 放在采气桶内 ，进行氨气排放量的测量。 风 量 在测量粪和尿氨气排放量的时候，使用 空气压缩机 来 进行强制通风， 空气压缩机将室外的空气通过乳胶管压缩至桶内，从桶内出来的气体通过 流量计 然后进入集气瓶，通过流量计来实现 控制通风量 的目的 。 验设计 本试验采用 4 种不同温度 (10、 15、 25 和 32 )、 4 种通风量 ( 4种粪便堆放深度 (5、 10、 15 和 20 4 中粪尿氮 含量 (粪氮含量 ： g，尿氮含量： 行正交试验设计，共组成 16 种不同处理，每个处理试验3 天 ，试验因素和水平设计 如表 3 表 3验因素与水平 of 理 因 素 温度 ( ) 通风量 (L/粪氮 含量 尿氮 含量 (mg/g) (mg/粪便厚度 (1 10 2 10 0 3 10 5 4 10 0 5 15 5 6 15 0 7 15 8 15 0 9 25 0 10 25 5 11 25 0 12 25 13 32 0 14 32 15 32 0 16 32 5 中国农业科学院博士学位论文 第三章 不同因素对氨气排放量的研究 30 品采集 氨气 的收集 于动态箱中进行，使用风机送风，利用流量计控制通风量， 排 出 气体通过胶管进入 装有 20酸 (1)的集气瓶 ， 收集出风口的氨气 ，硫酸与氨气反应生成硫酸铵 (图 3收集后的氨气于实验室进行 氨 氮含量的测定，计算氨气的含量。 图 3气收集装置 3 测量 指标及 方法 、尿中氮含量的分析方法 测定方法：凯氏定氮法 ( 6432凯氏定氮法 (1891 气氮含量的分析方法 测定方法：凯氏定氮法 (478 据 分析与 处理 数据基本处理采用 件进行平均值和标准差的计算；使用 计软件 程和 F 检验对不同处理组进行方差分析和极差分析。 每天 不同重量 粪或者尿 氨气 排放量 用以下 公式 计算。 414/173 (3式中： 天的氨气排放量， mg/d； N氨 氮 含量 ， mg/中国农业科学院博士学位论文 第三章 不同因素对氨气排放量的研究 31 V硫酸体积， 果与讨论 位重量粪和尿氨气排放量影响因素分析 同处理下单位重量粪和尿的氨气排放量 对不同处理下 3 天的氨气排放量进行统计分析，得到单位重量粪和尿氨气排放量，如表 3 表 3同处理下 粪氨气 日 排放 量 of 理 因 素 每天每千克粪的氨气排放量 (mg/每天每千克尿的氨气排放量 (mg/温度 ( ) 通风量(L/粪氮 含量(mg/g) 尿氮 含量(mg/粪 尿 厚度(1 10 10 0 10 5 10 0 15 5 15 0 15 15 0 25 0 0 25 5 1 25 0 2 25 3 32 0 4 32 5 32 0 6 32 5 同处理之间粪和尿的氨气排放量 不同， 是温度、通风量、粪和尿氮 含量 以及粪便深度共同作用的结果。 经计算， 在 10、 15、 25 和 32 时，单位重量粪的氨气排放量分别为 位重量尿的氨气排放量分别为 位重量的粪和尿的氨气排放量影响因素 极差 分析 中国农业科学院博士学位论文 第三章 不同因素对氨气排放量的研究 32 对表 3正交试验的氨气排放量试验数据采用极差分析法 进行分析，统计结果如表 3 表 3交试验 极差 分析 of 理 因 素 温度对 粪尿氨气排放量的影响 通风量对 粪尿 氨气排放量影响 粪氮 含量 对 粪尿 氨气排放量影响 尿氮 含量 对 粪尿 氨气排放量影响 粪便厚度 对 粪尿 氨气排放量的影响 粪 表 3极差分析结果可以看出，对于单位重量粪的氨气排放量来说，四个因素对于每千克粪氨气排放量影响的主次顺序为 ： 粪的 深度 温度 粪氮 含量 通风量； 而影响 单位重量尿的氨气排放量 最主要的因素是 尿的 深度 ，其次是 温度 ，再次是 通风量 ，最后是 尿氮 含量 。粪和尿 深度对于单位重量粪和尿氨气排放量的影响最大。 种因素对单位重量粪和尿氨气排放量的影响 统计分析结果表明：温度、通风量、粪氮含量以及粪 深度 对单位重量粪的氨气排放量影响都极显著 ( 度对单位重量粪和尿氨气排放量的影响 (1) 温度对单位重量粪氨气排放量的影响 温度对单位重量粪氨气排放量的影响如图 3示。温度的升高引起单位重量粪氨气的排放量增加。 统计结果表明， 10、 15、 25 和 32 之间的每千克粪氨气排放量都存在显著的差异 ( 32时每千克尿的平均氨气排放量最高，为 0 时每千克尿的平均氨气排放量最低，为 32 时每千克尿的 平均氨气排放量是10 时的 。 温度是影响粪便氨气排 放量重要的因素之一 ( , 2000a; 1999; 1997; 1996; , 1995; 1982)。 温度对氨气排放有直接和间接的影响。随着温度的升高直到一个临界值，氨气的排放率也随着增加 (997; , 1991)。温度在 10 以下可以强烈的抑制氨气的排放 (1994)。环境温度也可以改变其它的参数，例如中国农业科学院博士学位论文 第三章 不同因素对氨气排放量的研究 34 风速和动物行为 (饮水量和采食量等 )，这些都间接影响氨气的 排放。 1997)研究结果表明：粪表面温度在 15 以下，平均氨气排放量下降了 44。 研究发现， 温度每升高 1，氨气 排放量 增 加 6 7 (1998)。 994)认为，温度的升高导致了氨气排放的增加，温度对粪便氨气排放的影响主要是由于以下几方面： (1)温度的升高引起粪便内氨气生成量的增加； (2)温度增加使粪便内部氨气 含量 增加，增加了氨气释放的潜力； (3)温度升高提高了粪便中氨气的扩散能力，加速了氨气从粪便内部向粪便表面的扩散。 993)研究发现，温度从 9上升到 25 ，氨气排放量增加了 。在本试验中，温度从 10 升高到 25 ，粪的氨气排放量 增加了 ，尿的氨气排放量增加了 ,与 结论相比，氨气排放量增加的幅度 略小 。 尿中氮含量对单位重量粪和尿氨气排放量的影响 (1) 粪氮含量对单位重量粪氨气排放量的影响 粪氮含量对单位重量粪氨气排放量的影响如图 3示。随着粪氮含量的增加，单位重量粪氨气排放量也呈上升的趋势。 m g / g )粪氨气排放量(mg/ 3氮含量对粪氨气 日 排放量的影响 3he of on of 试验的结果表明，粪氮含量为 g 时，每千克粪的氨气排放量与其它各组均存在显著差异 (但与粪氮含量为 g 水平组差异显著 (粪氮含量为 g 水平组的氨气排放量最大，为 氮含量为 g 水平组的氨气排放量最小，为 氮含量从 g 增加到 g，单位重量粪的氨气排放量增加了 。 (2) 尿氮含量对单位重量尿氨气排放量的影响 尿氮含量对单位重量尿氨气排放量的影响如图 3示。单位重量尿氨气排放量随尿氮含量的增加而增大。 中国农业科学院博士学位论文 第三章 不同因素对氨气排放量的研究 35 m g / m l )尿氨气排放量(mg/ 3氮含量对尿氨气 日 排放量的影响 3he of on of 试验中，不同尿氮含量对每千克尿的氨气排放量均无显著差异 (P平组氨气排放量最高，为 尿氮含量从 g 增加到 g，单位重量尿的氨气排放量增加了 粪便中氮的含量与氨气排放量之间存在着线性关系 ( , 2001; , 1991)。 粪便中的氮减少 41，从猪舍内挥发的氨气将降低 47 59 ( 1997)。 粪便中的氨以氨分子和铵离子形式存在，粪便中氮含量增加，氨分子和铵离子也随着增加，氨气排放量也随着增加，本试验结果也证实了这一点。 在本试验中，可能是因为 尿 中氮的含量比较接近，没有分析出显著的差异。 便的 深度 对单位重量粪和尿氨气排放量的影响 (1) 粪 深度 对单位重量粪氨气排放量的影响 粪 深度 对单位重量粪的氨气排放量的影响如图 3示。散发表面积相同时，随着粪 深度 的增加， 单位 重量 粪的氨气排放量下降。 05101520255 10 15 20粪深度( c m )粪氨气排放量(mg/ 3 深度 对粪氨气 日 排放量的影响 3he of of on of 国农业科学院博士学位论文 第三章 不同因素对氨气排放量的研究 36 粪 深度 在 5，每千克粪氨气排放量最高，为 粪 深度 在 10、 15 和 20但与 20每千克粪氨气排放量存在显著差异 (但与 20每千克尿氨气排放量存在显著差异 (但与通风量 每千克粪氨气排放量差异显 著 (在本试验中，通风量为 ，每千克粪的氨气排放量最大，为 风量为 ，每千克粪的氨气排放量最小，为 通风量从 位重量粪的氨气排放量增加了 (2) 通风量对单位重量尿氨气排放量的影响 通风量对单位重量尿氨气排放量的影响如图 3示。随着通风量的增加，单位重量尿的氨气排放量呈上升趋势。 通风量( L / m i n )尿氨气排放量(mg/ 3风量对尿氨气 日 排放量的影响 3he of on of 国农业科学院博士学位论文 第三章 不同因素对氨气排放量的研究 38 通风量为 ，每千克尿氨气排放量与其它各组差异均显著 (在本试验中，通风量为 千克尿的氨气排放量最大，为 风量为 ，每千克 尿 的氨气排放量最小，为 通风量从 加到 粪便表面的通风率对氨气排放量有较大影响，较高的风速产生较多的氨气排放 (994; 1993)。虽然粪便表面的通风 系统可以使猪舍内氨气 含量 降低，但却增加了排放到大气中的氨气量 ( 1997; 1997)。 由于氨气从粪便表面排放是一个物质转移过程，较高的通风量增加了氨气的 排放量 (1999)。随着通风量的增加，粪便上层氨气 含量 下降，这样就增大了粪便底层的氨气向粪便上层扩散的能力，增加了氨气的排放， 000)在实际测量中证实了这一点，这与本试验的结论相符。 997)研究发现，通风率增加 内氨气的排放量增加了 试验中，虽然粪和尿 的氨气排放量也随通风量增加而增加，但是增加幅度较小，需要进一步的研究。 总之，氨气排放量受温度、通风量、粪尿中氮 含量 等多种因素的影响，不同的影响因素对氨气排放量的影响程度也不同，在测量氨气排放的时候要针对实际情况，充分考虑影响因素，使测量结果更加准确。 结 1. 温度、通风量、粪的 深度 和粪氮含量对单位重量粪的氨气排放量影响都极显著。温度、通风量和尿 深度 对单位重量尿氨气排放量影响极显著，尿氮含量对单位重量尿氨气排放量影响不显著。 2. 本试验条件下， 对于单位重量粪的氨气排放量来说，四个因素对于 单位重量 粪氨气排放量影响的主次顺序为粪的深度 温度 粪氮 含量 通风量； 而影响 单位重量尿的氨气排放量 最主要的因素是 尿的深度 ，其次是 温度 ，再次是 通风量 ，最后是 尿氮 含量 。粪和尿深度对于单位重量粪和尿氨气排放量的影响最大。 3. 温度升高、通风量增大和粪尿中氮含量的提高都增加单位重量粪和尿氨气排放量；相反，增加粪便的 深度 减少单位重量的粪和尿的氨气排放量。中国农业科学院博士学位论文 第四章 氨气排放模型的建立 39 第四章 氨气排放模型的建立 言 为了估计猪舍内的氨气排放，预测模型已经得到发展 ( , 1994)。 文献中所建立的模型分为机理模型和经验模型，机理模型预测比较准确，但 机理模型比较复杂，测量难度大；经验模型虽然预测结果不如机理模型精确，但是比较简单，根据试验要求可以采用不同的参数，测量简单。现已建立的经验模型因涉及参数不同，模型的表现形式因而多样，而且不同模型预测的结果也有差别 ，都需要进一步的验证。 氨气排放受多种因素的影响，了解各种因素对氨气排放的影响对建立氨气排放预测模型尤其重要。国外已经对氨气排放的预测模型进行了大量研究，但不同的研究得到的结论不尽相同，况且国外养猪模式以及粪便管理方式与我国有很大的差异，所以国外建立的氨气排放预测模型不适合我国的情况。本试验的目的是 根 据我国实际的饲养管理情况， 建立一个氨气排放预测模型，反映氨气排放的机制，准确的预测不同条件下氨气的排放量。 型的 建立 本模型反应的是不同条件下生长育肥猪每天氨气排放量。此模型主要包括两部分：一是氮排泄量的研究；二是 粪和尿 氨气排放量的研究。 型建立所使用的数据 氮排泄量模型建立使用的数据见表 4 表 4响因素与 日 排泄氮 of 度 ( ) 饲料氮 含量(mg/g) 猪体重 (每天每头猪粪氮排泄量 (g/d) 每天每头猪尿氮排泄量 (g/d) 10 0 0 0 0 0 0 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 2 0 2 0 2 0 2 0 国农业科学院博士学位论文 第四章 氨气排放模型的建立 40 单位重量粪和尿氨气排放模型建立使用的数据见表 4 表 4响因素和 日 氨气排放量 of 氮排泄量的子模型 氮的排泄量包括粪氮的排泄量和尿氮的排泄量，氮排泄量的多少决定于采食氮量的多少，而采食氮量取决于日粮中氮的含量和采食量，而温度和猪体重是影响猪日采食量的主要因素。本部分研究的目的是通过温度、猪体重和日粮中氮的含量与猪排泄氮量之间建立一种相关关系，从而通过这三种因素预测每天猪的氮排泄量，为下一步预测粪尿氨气排放量建立子模型。 一因素与氮排泄量之间的相关关系 (1) 温度与粪氮、尿氮排泄量之间的相关关系 温度与粪氮、尿氮排泄量之间的相关关系见图 4图 4 温度 ( ) 通风量(L/粪氮 含量(mg/g) 尿氮 含量(mg/粪便深度 (每天每千克粪排放的氨气量 (mg/每天每千克尿排放的氨气量(mg/10 0 0 0 5 0 0 5 5 5 0 5 5 0 5 0 5 5 5 0 5 2 0 2 2 0 2 5 国农业科学院博士学