نموذج مختبر-مقياس لتقييم الرائحة وتركيزات الغازات المنبعثة من أعماق أسرة حزمة السماد الطبيعي
Summary
قد وضعت بروتوكولا لقياس الغازات والروائح الكريهة، وتكوين المغذيات في حزم توسيع معمل السماد مزدوجين، التي يمكن استخدامها لدراسة السبل الكفيلة بتحسين جودة الهواء في مرافق المواشي التجارية استخدام حزم السماد أسرة عميقة.
Abstract
وضع نموذج حزمة مزدوجين محاكاة تحجيم مختبر لدراسة نوعية الهواء وتكوين المغذيات من حزم أسرة العميقة المستخدمة في مرافق مونو-المنحدر الماشية. وقد استخدم هذا البروتوكول لتقييم فعالية العديد من مواد مختلفة من الأسرة، والمتغيرات البيئية (درجة الحرارة والرطوبة)، وإمكانات تخفيف العلاجات التي يمكن أن تحسن نوعية في مرافق تجارية مونو-منحدر عميق أسرة الهواء. النموذج دينامي ويسمح للباحثين جمع العديد من القياسات الكيميائية والفيزيائية بسهولة من حزمة مزدوجين. القياسات الأسبوعية، التي تم جمعها على مدى ستة إلى سبعة أسابيع، يتيح وقتاً كافياً لمشاهدة التغييرات في قياسات نوعية الهواء على مر الزمن نضوج حزمة مزدوجين. البيانات التي تم جمعها من حزم مزدوجين محاكاة ضمن التركيزات سابقا يقاس في مرافق تجارية مونو-منحدر عميق أسرة. وقد أثبتت الدراسات السابقة أن 8-10 وحدات تجريبية للمعاملة الواحدة تكفي لكشف الفروق الإحصائية بين حزم مزدوجين المحاكاة. يتم حزم مزدوجين سهلة للحفاظ على، التي تتطلب أقل من 10 دقيقة عمل كل حزم مزدوجين أسبوعيا لإضافة البول والبراز، والأسرة. ويتطلب جمع العينات باستخدام نظام أخذ العينات الغاز 20-30 دقيقة لكل حزمة مزدوجين، اعتماداً على القياسات التي يتم جمعها. يسمح استخدام حزم مزدوجين تحجيم مختبر الباحث لمراقبة المتغيرات مثل درجة الحرارة والرطوبة ومصدر الأسرة التي يصعب أو يستحيل التحكم في البحث أو منشأة تجارية. في حين لا محاكاة ظروف “العالم الحقيقي”، محاكاة الكمال بأسره حزم بمثابة نموذج جيد للباحثين استخدام لفحص الفروق في المعاملة بين مزدوجين حزم. يمكن إجراء العديد من الدراسات على نطاق المختبر للقضاء على العلاجات الممكنة قبل محاولة منهم في البحث أو مرفق الحجم التجاري.
Introduction
مرافق الولادة الأبقار خيار إسكان الشعبي في الغرب الأوسط والسهول العظمى العلوي. مرافق الولادة أكثر شيوعاً في هذه المنطقة من “السهول الجنوبية” للمنطقة يتلقى أكثر من هطول الأمطار السنوية، مما يخلق المزيد من الجريان السطحي الأبقار التي يجب أن تكون موجودة. اختيار العديد من المنتجين لبناء حظائر مونو-المنحدر للأبقار. وكانت الأسباب الرئيسية المشار إليها من قبل المنتجين لاختيار منشأة مونو-المنحدر القدرة على إزالة الجدول الزمني للعمل والسماد، وتحسين الأداء بالمقارنة مع فتح الكثير الحمى1. غالبية منتجي الماشية (72.2%) باستخدام الحظائر مونو-المنحدر الحفاظ على حزمة مزدوجين لدورة واحدة من الماشية أو أطول، باستخدام نظام إدارة الأسرة عميق للفراش والنفايات1. المواد الأسرة الأكثر شيوعاً المستخدمة ستوفر الذرة، على الرغم من أن التقرير المنتجين استخدام قش فول الصويا وقش القمح والذرة الكيزان ونشارة الخشب1. بسبب الطلب الإقليمي للأسرة ستوفر الذرة، كان العديد من منتجي مهتمين بمواد الأسرة البديلة التي يمكن استخدامها في مرافق مونو-المنحدر. بالإضافة إلى الاقتصاد وراحة الحيوان، شكك منتجي المواد الأسرة كيفية تأثير بيئة المرفق، بما في ذلك إنتاج الغازات معطر، وتكوين المغذيات الناتجة عن السماد/الأسرة، ووجود مسببات الأمراض.
وأجريت دراسات قليلة لقياس نوعية الهواء الناتجة عن الأسرة مختلف المواد المستخدمة في الإسكان الماشية، مع تركز معظم فقط على الأمونيا. معظم التقييمات السابقة لنوعية الهواء وتشمل جمع البيانات على مستوى المزرعة مع واحد أو اثنين من وحدات تجريبية كل العلاجات يجري تحليله في وقت واحد2،3،،من45. محدودة أرقام الوحدات التجريبية يتطلب الدراسة أن تتكرر عدة مرات، ومن ثم إضافة متغيرات إضافية مثل ظروف الطقس أو العمر أو مرحلة من مراحل إنتاج الحيوانات، وربما الفراش المواد المنتجة في مواسم الزراعة المختلفة .
مع أنه لا يوجد نموذج مختبر تحجيم المعروفة لدراسة العوامل التي تؤثر على نوعية الهواء وتكوين المغذيات من السماد/الفراش حاولت المخلوط الناتج عن لحوم البقر أسرة عميق مرافق مونو-المنحدر، الباحثين أولاً الاستفادة من مرافق المواشي التجارية باستخدام نظام أسرة عميق6،،من78. واستخدمت الدوائر تدفق ثابت لقياس تركيزات3 NH على السطح من مرافق مونو-منحدر عميق مزدوجين الماشية على مدى 18 شهرا فترة6. وقيست أقلام اثنين في كل من حظائر اثنين. سيقان الذرة المقطعة كانت مواد الفراش المفضل، ولكن سيقان القمح سترو وفول الصويا واستخدمت أيضا للأسرة خلال فترات قصيرة من هذا المشروع. الفراش، استخدام تراوحت 1.95 3.37 كجم الحيوان كل يوم والقلم كثافة تتراوح بين 3.22-6.13 م2 للحيوان الواحد. الدراسات اللاحقة قياس انبعاثات الأمونيا وكبريتيد الهيدروجين من الحظيرة7، وتركيزات الجسيمات خارج الحظيرة8. وأجريت هذه الدراسات على مدى سنوات 2 استخدام مواقع الحظيرة اثنين إلى أربعة. ويتمثل التحدي مع جمع البيانات على مستوى المزرعة الافتقار إلى عنصر تحكم يحتوي البحوث على النظام. المنتجين تغيير النظام الغذائي والمواشي، نقل الحيوانات من القلم للقلم، واستخدام الأسرة المواد من مصادر مختلفة، ونظيفة والأقلام السرير إعادة إنتاجها ويسمح لقوة العمل، وبالتالي الخلط العديد من المتغيرات. البحث على مستوى المزرعة ينطوي أيضا على مصاريف السفر وكميات كبيرة من العلاجات التجريبية (مثل الفراش المواد). وكان الهدف من هذا المشروع وضع نموذج على نطاق مختبر التي يمكن أن تستخدم لدراسة العوامل التي تؤثر على نوعية الهواء وإدارة المغذيات في مرافق مونو-منحدر عميق أسرة الماشية.
Protocol
Representative Results
Discussion
إضافة المتكرر للبول والبراز لحزم مزدوجين خطوة حاسمة. لقد جربت مع إضافة البول والبراز فقط مرة واحدة أسبوعيا، ولكن وجد أن وضع حزمة مزدوجين بقشرة، الذي حوصر الغازات داخل الحزمة ولم يكن ممثلا للمرافق التجارية. ويضمن استخدام البراز الطازج في بداية الدراسة أن حزم مزدوجين هو تلقيح سكانها البكتي…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يود صاحب البلاغ أن يعترف كروجر ألن وتود بومان، شانون أوستديك، الين بيري وعيادي فيروز الذين ساعدوا بجمع البيانات باستخدام حزم مزدوجين محاكاة. كما تسلم صاحب البلاغ تامي براون-برندل ودايل يانسن للمساعدة على الحفاظ على الدوائر البيئية.
Materials
| 10 gallon plastic cylinder containers | Rubbermaid | Model 2610 | Other similar-sized plastic containers are suitable |
| Mass balance | Any | Capable of measuring 0.1 gram | |
| Electric drill with 1 cm bit | Any | ||
| Methane analyzer | Thermo Fisher Scientific | Model 55i Methane/Non-methane Analyzer | |
| Hydrogen sulfide analyzer | Thermo Fisher Scientific | Model 450i | |
| Ammonia analyzer | Thermo Fisher Scientific | Model 17i | |
| Carbon dioxide analyzer | California Analytical | Model 1412 | |
| Nitrous oxide analyzer | California Analytical | Model 1412 | |
| Programmable Logic Relay | TECO | Model SG2-020VR-D | |
| Stainless steel flux chambers | Any | Constructed using the parts list and directions cited at Woodbury et al., 2006 | |
| Rubber skits | Any | Constructed from flexible rubber material. Cut into squares (61 cm x 61 cm) with 22.9 cm diameter hole in center. | |
| pH meter | Spectrum Technologies | IQ150 | |
| thermometer | Spectrum Technologies | IQ150 | |
| Ruler or tape measure | Any | Capable of measuring in cm | |
| Sorbent tubes | Markes International | Tenax TA | |
| Pocket pumps | SKC Inc. | Series 210 | |
| Inert sampling line | Teflon | 0.64 cm diameter | |
| Pump | Thomas | 107 series | Used to flush air through sample lines |
References
- Doran, B., Euken, R., Spiehs, M. Hoops and mono-slopes: What we have learned about management and performance. Feedlot Forum 2010. , 8-16 (2010).
- Andersson, M. Performance of bedding materials in affecting ammonia emissions from pig manure. J. Agric. Engng. Res. 65, 213-222 (1996).
- Jeppsson, K. H. Volatilization of ammonia in deep-litter systems with different bedding materials for young cattle. J. Agric. Engng. Res. 73, 49-57 (1999).
- Powell, J. M., Misselbrook, T. H., Casler, M. D. Season and bedding impacts on ammonia emissions from tie-stall dairy barns. J. Environ. Qual. 37, 7-15 (2008).
- Gilhespy, S. L., Webb, J., Chadwick, D. R., Misselbrook, T. H., Kay, R., Camp, V., Retter, A. L., Bason, A. Will additional straw bedding in buildings housing cattle and pigs reduce ammonia emissions. Biosystems Engng. , 180-189 (2009).
- Spiehs, M. J., Woodbury, B. L., Doran, B. E., Eigenberg, R. A., Kohl, K. D., Varel, V. H., Berry, E. D., Wells, J. E. Environmental conditions in beef deep-bedded mono-slope facilities: A descriptive study. Trans ASABE. 54, 663-673 (2011).
- Cortus, E. L., Spiehs, M. J., Doran, B. E., Al Mamun, M. R. H., Ayadi, F. Y., Cortus, S. D., Kohl, K. D., Pohl, S., Stowell, R., Nicolai, R. . Ammonia and hydrogen sulfide concentration and emission patterns for mono-slope beef cattle facilities in the Northern Great Plains. , (2014).
- Spiehs, M. J., Cortus, E. L., Holt, G. A., Kohl, K. D., Doran, B. E., Ayadi, F. Y., Cortus, S. D., Al Mamun, M. R., Pohl, S., Nicolai, R., Stowell, R., Parker, D. Particulate matter concentration for mono-slope beef cattle facilities in the Northern Great Plains. Trans. ASABE. 57, 1831-1837 (2014).
- Ayadi, F. Y., Cortus, E. L., Spiehs, M. J., Miller, D. N., Djira, G. D. Ammonia and greenhouse gas concentrations at surfaces of simulated beef cattle bedded manure packs. Trans. ASABE. 58, 783-795 (2015).
- Ayadi, F. Y., Spiehs, M. J., Cortus, E. L., Miller, D. N., Djira, G. D. Physical, chemical, and biological properties of simulated beef cattle bedded manure packs. Trans. ASABE. 58, 797-811 (2015).
- Spiehs, M. J., Brown-Brandl, T. M., Parker, D. B., Miller, D. N., Berry, E. D., Wells, J. E. Effect of bedding materials on concentration of odorous compounds and Escherichia coli in beef cattle bedded manure packs. J. Environ. Qual. 42, 65-75 (2013).
- Spiehs, M. J., Brown-Brandl, T. M., Parker, D. B., Miller, D. N., Jaderborg, J. P., Diconstanzo, A., Berry, E. D., Wells, J. E. Use of wood-based materials in beef bedded manure packs: 1. Effect on ammonia, total reduced sulfide, and greenhouse gas concentrations. J. Environ. Qual. 43, 1187-1194 (2014).
- Spiehs, M. J., Brown-Brandl, T. M., Berry, E. D., Wells, J. E., Parker, D. B., Miller, D. N., Jaderborg, J. P., Diconstanzo, A. Use of wood-based materials in beef bedded manure packs: 2. Effect on odorous volatile organic compounds, odor activity value, Escherichia coli, and nutrient concentration. J. Environ. Qual. 43, 1195-1206 (2014).
- Spiehs, M. J., Brown-Brandl, T. M., Parker, D. B., Miller, D. N., Berry, E. D., Wells, J. E. Ammonia, total reduced sulfides, and greenhouse gases of pine chip and corn stover bedding packs. J. Environ. Qual. 45, 630-637 (2016).
- Spiehs, M. J., Berry, E. D., Wells, J. E., Parker, D. B., Brown-Brandl, T. M. Odorous volatile organic compounds, Escherichia coli, and nutrient concentrations when kiln-dried pine chips and corn stover bedding are used in beef bedded manure packs. J. Environ. Qual. 46, 722-732 (2017).
- Herbert, S., Hashemi, M., Chickering-Sears, C., Weis, S. . Bedding options for livestock and equine. , (2008).
- Effects of bedding on pig performance. Iowa State Research Farm Progress Reports Available from: https://lib.dr.iastate.edu/farms_reports/134/ (2012)
- Brown-Brandl, T. M., Nienaber, J. A., Eigenberg, R. A. Temperature and humidity control in indirect calorimeter chambers. Trans. ASABE. 54, 685-692 (2011).
- Abney, C. S., Vasconcelos, J. T., McMeniman, J. P., Keyser, S. A., Wilson, K. R., Vogel, G. J., Galyean, M. L. Effects of ractophamine hydrochlodride on performance, rate and variation in feed intake, and acid-base balance in feedlot cattle. J. Anim. Sci. 85, 3090-3098 (2007).
- Miller, D. N., Woodbury, B. L. A solid-phase microextraction chamber method for analysis of manure volatiles. J. Environ. Qual. 35, 2383-2394 (2006).
- Woodbury, B. L., Miller, D. N., Eigenberg, R. A., Nienaber, J. A. An inexpensive laboratory and field chamber for manure volatile gas flux analysis. Trans. ASABE. 49, 767-772 (2006).
- Koziel, J. A., Spinhirne, J. P., Lloyd, J. D., Parker, D. B., Wright, D. W., Kuhrt, F. W. Evaluation of sample recovery of malodorous livestock gases from air sampling bags, solid-phase microextraction fibers, Tenax TA sorbent tubes, and sampling canisters. J. Air Waste Manag. Assn. 55, 1147-1157 (2005).
- Parker, D. B., Gilley, J., Woodbury, B., Kim, K., Galvin, G., Bartelt-Hunt, S. L., Li, X., Snow, D. D. Odorous VOC emission following land application of swine manure slurry. Atmos. Environ. 66, 91-100 (2013).
- Parker, D. B., Koziel, J. A., Cai, L., Jacobson, L. D., Akdeniz, N. Odor and odorous chemical emissions from animal buildings: Part 6. Odor activity value. Trans. ASABE. 55, 2357-2368 (2012).
- Watson, M., Wolf, A., Wolf, N., Peters, J. Total nitrogen. Recommended methods of manure analysis. , 18-24 (2003).
- Wolf, A., Watson, M., Wolf, N., Peters, J. Digestion and dissolution methods for P, K, Ca, Mg, and trace elements. Recommended methods of manure analysis. , 30-38 (2003).
- Euken, R. A survey of manure characteristics from bedded confinement buildings for feedlot beef productions: Progress report. Animal Industry Report. , (2009).
- Li, L., Li, Q. -. F., Wang, K., Bogan, B. W., Ni, J. -. Q., Cortus, E. L., Heber, A. J. The National Air Emission Monitoring Study’s southeast layer site: Part I. Site characteristics and monitoring methodology. Trans. ASABE. 56, 1157-1171 (2013).
