长三角典型规模化鸡场氨排放研究

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氨是大气中主要的碱性气体,是形成二次粒子和PM2.5的重要前体物。排放到环境中的氨会导致水体富营养化、大气能见度下降和全球变暖等一系列环境问题。有研究显示,畜禽养殖过程中造成的氨排放是大气中氨的主要来源之一,在我国长三角地区,畜禽养殖业氨排放量占氨排放总量的48%以上,生猪、家禽和奶牛氨排放量分别占畜禽养殖氨排放总量的41%~60%、15%~36.8%和3%~3.5%。因此,本论文针对家禽养殖过程中的氨排放问题,以长三角典型规模化鸡场为研究对象,采用在线高分辨率监测结合手工采样比对的方法,对蛋鸡养殖棚舍、肉鸡养殖棚舍和粪便堆肥棚3大环节的氨排放水平进行连续监测,获取氨排放浓度水平及主要气象因子(温度、湿度等)对其氨排放的影响。同时,利用气象学热压通风模型的方法计算获取长三角地区本地化的氨排放系数,并结合各省市统计年鉴获取的活动水平数据,建立了长三角地区规模化鸡场氨排放清单。结果表明:(1)蛋鸡棚舍养殖环节、肉鸡棚舍养殖环节和粪便堆肥环节是规模化鸡场氨排放的主要环节,氨浓度水平差异较大。蛋鸡棚舍养殖环节春夏秋冬四季氨浓度均值分别为3.07±0.38 mg·m-3、4.89±0.58 mg·m-3、3.92±0.32 mg·m-3和2.82±0.31 mg·m-3,氨浓度年均值为3.68±0.42 mg·m-3;肉鸡棚舍养殖环节春夏秋冬四季氨浓度均值分别为1.51±0.42 mg·m-3、2.22±0.43 mg·m-3、1.49±0.25 mg·m-3 和 1.29±0.22 mg·m-3,氨浓度年均值为1.63±0.35 mg·m-3;粪便堆肥环节春夏秋冬四季氨浓度均值分别为2.17±0.92 mg·m-3、4.17±1.14 mg·m-3、2.60±0.56 mg·m-3和 1.49±0.48 mg·m-3,氨浓度年均值为 2.61±0.63 mg·m-3。蛋鸡棚舍养殖环节氨浓度年均值显著大于肉鸡棚舍养殖环节和粪便堆肥环节。(2)典型规模化鸡场不同环节氨排放均呈显著的季节变化特征,具体为夏季>秋季>春季>冬季。蛋鸡棚舍养殖环节不同季节氨浓度均表现为与日气温变化同步,最大值均出现在中午13:00~14:00左右,最小值则出现在凌晨01:00~03:00之间。肉鸡棚舍养殖环节不同季节典型日内氨浓度同样表现为与日气温变化同步,最大值出现在中午13:00左右,最小值出现在凌晨或午夜。粪便堆肥环节氨浓度日小时变化同样受气温影响,但由于堆肥过程中主要为粪堆表面与外界接触,氨浓度日小时变化范围较小。(3)蛋鸡棚舍养殖环节的年均氨排放系数远大于肉鸡棚舍养殖环节和粪便堆肥环节,分别达到了后者的2.53倍和5.16倍。蛋鸡棚舍养殖环节春夏秋冬四季氨排放系数分别为 0.276±0.084 g·(bird·d)-1、0.662±0.076 g·(bird·d)-1、0.379±0.041 g·(bird-d)-1 和 0.108±0.035 g·(bird·d)-1,全年氨排放系数为 0.129±0.201 kg·(bird·a)-1;肉鸡棚舍养殖环节春夏秋冬四季氨排放系数分别为0.101±0.027 g·(bird·d)-1、0.232±0.056 g·(bird·d)-1、0.182±0.068g·(bird·d)-1和 0.050±0.014g·(bird·d)-1,年平均氨排放系数为0.051±0.025 kg·(bird·d)-1;粪便堆肥环节四季氨排放系数分别为0.074±0.042 g·(bird·d)-1、0.211±0.058g·(bird·d)-1、0.106±0.022g.(bird·d)-1和 0.056±0.023 g·(bird·d)-1,年平均氨排放系数为 0.025±0.007kg·(bird·a)-1。(4)蛋鸡不同生长阶段的舍内氨浓度水平和氨排放系数均呈显著的差异。青年鸡、产蛋鸡和预淘汰鸡氨浓度分别为1.83±0.16mg·m3、2.73±0.17mg·m3和1.68±0.91 mg·m-3,氨排放系数分别为0.128±0.009g·(bird·d)-1、0.186±0.042g·(bird·d)-1 和 0.115±0.028 g·(bird·d)-1。产蛋鸡氨排放系数最高,分别达到了青年鸡与预淘汰鸡的1.45倍和1.62倍。不同生长阶段蛋鸡的代谢水平和饲料摄入量是造成氨排放水平差异的主要原因。(5)舍内温度和湿度是影响规模化鸡场不同环节和不同季节氨排放水平差异的主要气象因子。养殖棚舍内四季氨浓度和温度均成极显著(P<0.01)的正相关关系,R2分别为0.627、0.795、0.755和0.457,与湿度均成显著负相关关系,R2分别为0.655、0.742、0.741和0.416。粪便堆肥环节四季氨浓度和温湿度的相关性并不一致,夏秋两季氨浓度和温度呈极显著(P<0.01)的正相关,R2达到0.494和0.442;和湿度呈极显著(P<0.01)的负相关,R2达到0.338和0.335,春冬两季氨浓度与温度和湿度均无显著相关性。(6)基于气象学热压通风模型的方法,建立了基于本地化因子的长三角地区规模化鸡场氨排放清单。2020年长三角规模化鸡场氨排放总量为88.4±44.2 kt。各省市氨排放量依次为:40.47±20.24kt·a-1(江苏省)、36.48±18.24 kt·a-1(安徽省)、10.35±5.18kt-a-1(浙江省)和1.09±0.54kt·a-1(上海市)。氨排放强度平均值为[(0.27±0.09)t·(km2·a)-1],各省市氨排放强度依次为:江苏省[(0.37±0.09)t·(km2·a)-1]>安徽省[(0.30±0.07)t·(km2·a)-1]>上海市[(0.19±0.04)t·(km2·a)-1]>浙江省[(0.12±0.03)t·(km2·a)-1]。长三角北部地区氨排放量显著高于南部地区,主要集中在安徽西部和江苏北部,江苏省是长三角氨排放量最大的省份,与规模化和集约化养殖程度较高有关。
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