Lab-maquette te evalueren van de geur en de gasconcentraties uitgestoten door Deep bedden Pack mest
Summary
Een protocol is ontwikkeld voor het meten van de gassen, geuren en nutriënten compositie in lab-scaled bedden mest packs, die kan worden gebruikt voor het bestuderen van manieren ter verbetering van de kwaliteit van de lucht in commerciële vee-faciliteiten met behulp van deep-bedden mest packs.
Abstract
Een lab-scaled gesimuleerde bedden pack-model werd ontwikkeld om te bestuderen van de kwaliteit van de lucht en voedingsstoffen samenstelling van diep-bedden packs in vee mono-helling faciliteiten gebruikt. Dit protocol is gebruikt voor vele verschillende beddengoed materialen, omgevingsvariabelen (temperatuur, vochtigheid) en potentieel effectief te evalueren mitigatie behandelingen die kunnen verbeteren de luchtkwaliteit in commerciële diep-bedden mono-helling voorzieningen. Het model is dynamisch en laat onderzoekers gemakkelijk verzamelen veel chemische en fysische metingen van de bedden pack. Wekelijkse metingen, verzameld in de loop van zes tot zeven weken, laat voldoende tijd om wijzigingen te zien in kwaliteit Luchtmetingen na verloop van tijd als de bedden pack rijpt. De gegevens van de gesimuleerde bedden packs is binnen het bereik van concentraties eerder gemeten in commerciële diep-bedden mono-helling voorzieningen. Afgelopen studies hebben aangetoond dat de experimentele eenheden 8-10 per behandeling volstaan om het detecteren van statistische verschillen tussen de gesimuleerde bedden packs. De bedden packs zijn gemakkelijk te onderhouden, waarbij minder dan 10 minuten van arbeid per bedden verpakkingen per week toe te voegen van de urine, ontlasting en beddengoed. Sample collectie met behulp van het monsternemingssysteem voor gas vereist 20-30 minuten per bedden pack, afhankelijk van de metingen die worden verzameld. Het gebruik van lab-scaled bedden packs maakt de onderzoeker controle variabelen zoals temperatuur, vochtigheid en beddengoed bron die moeilijk of onmogelijk om controle in een onderzoek of commerciële faciliteit. Hoewel niet een perfecte simulatie van ‘real-world’-omstandigheden, de gesimuleerde bedden dienen packs als een goed model voor onderzoekers te gebruiken om te onderzoeken behandeling verschillen tussen bedden packs. Verschillende lab-scale studies kunnen worden uitgevoerd om te elimineren van de mogelijke behandelingen voordat je probeert hen in een onderzoek of commerciële middelgrote faciliteit.
Introduction
Rundvlees vee opsluiting faciliteiten zijn een populaire huisvesting-optie in de Midwest en Upper Great Plains. Opsluiting voorzieningen komen vaker voor bij deze regio dan de zuidelijke Plains omdat de regio krijgt meer neerslag, waardoor meer feedlot afvoer die moet worden opgenomen. Veel producenten koos om te bouwen van mono-helling schuren voor runderen. De belangrijkste redenen aangehaald door producenten voor het selecteren van een mono-helling faciliteit was de mogelijkheid om schema arbeid en mest verwijdering, en verbeterde prestaties in vergelijking met veel feedlots1openen. Een meerderheid van vee producenten (72,2%) met behulp van mono-helling schuren beheert een bedden pack voor een beurt van vee of meer, met een diep-bedding managementsysteem voor beddengoed en afval van1. Het meest voorkomende beddengoed gebruikte materiaal is corn stover, hoewel producenten rapport met soja stoppels, tarwestro, maïskolven en zaagsel1. Vanwege de regionale vraag naar corn stover beddengoed waren vele producenten geïnteresseerd in alternatieve beddengoed materialen die worden in mono-helling faciliteiten gebruikt kunnen. Naast economie en dierlijke comfort ondervraagd producenten invloed die het beddengoed materiaal zou hebben op het milieu van de faciliteit, met inbegrip van de productie van geurige gassen, voedingsstoffen samenstelling van het resulterende mest/beddengoed, en de aanwezigheid van ziekteverwekkers.
Weinig studies zijn uitgevoerd voor het meten van de kwaliteit van de lucht als gevolg van verschillende beddengoed materialen gebruikt in huisvesting, met de meeste nadruk alleen op ammoniak. De meeste van de eerdere evaluaties van de kwaliteit van de lucht bevatten op het landbouwbedrijf gegevensverzameling met één of twee experimentele eenheden per behandelingen wordt geanalyseerd in één keer2,3,4,5. Beperkt aantal experimentele eenheden vereist de studie te worden herhaald meerdere malen, dus het toevoegen van extra variabelen zoals weersomstandigheden, leeftijd of fase van de productie van dieren, en misschien beddengoed materialen geproduceerd in verschillende groeiseizoenen .
Met geen bekende lab-scaled model te bestuderen van de factoren die de kwaliteit van de lucht en voedingsstoffen samenstelling van het mest/beddengoed mengsel als gevolg van rundvlees diep-bedden mono-helling faciliteiten, onderzoekers eerst geprobeerd te gebruiken van commerciële vee-faciliteiten met behulp van een Deep-bedden systeem6,7,8. Statische flux kamers werden gebruikt voor het meten van NH3 concentraties op het oppervlak van mono-helling diepe bedden vee voorzieningen over een periode van 18 maand6. Twee pennen in elk van de twee schuren werden gemeten. Gehakte maïsstengels waren de voorkeur beddengoed materiaal, maar tarwe stro en soja stengels werden ook gebruikt voor beddengoed gedurende korte perioden van dit project. Beddengoed gebruik varieerden van 1.95-3.37 kg per dier per dag en pen dichtheid varieerden van 3.22-6.13 m2 per dier. Latere studies gemeten ammoniak en waterstofsulfide emissies uit de schuur7, en de concentraties van zwevende deeltjes buiten de schuur8. Deze studies werden uitgevoerd over een periode van 2 jaar met behulp van twee tot vier schuur locaties. De uitdaging op het landbouwbedrijf gegevensverzameling is het gebrek aan controle die het onderzoek over het systeem heeft. Producenten wijzigen vee diëten, dieren van pen naar pen te verplaatsen, beddengoed materialen uit verschillende bronnen te gebruiken en schoon en opnieuw bed pennen als hun productie en de beroepsbevolking staat, dus daarmee veel variabelen. Op het landbouwbedrijf onderzoek impliceert ook reiskosten en grote hoeveelheden van experimentele behandelingen (zoals strooisel). Het doel van dit project was het ontwikkelen van een lab-schaal model dat kan worden gebruikt om de studie van de factoren die de kwaliteit van de lucht en nutriënten management in vee diep-bedden mono-helling faciliteiten.
Protocol
Representative Results
Discussion
De frequente toevoeging van urine en ontlasting op de bedden packs is een cruciale stap. We experimenteerden met het toevoegen van urine en ontlasting slechts eenmaal per, maar vond dat de bedden pack ontwikkeld een korst, die gevangen gassen binnen de pack en was niet representatief voor commerciële voorzieningen. Het gebruik van verse uitwerpselen aan het begin van de studie zorgt ervoor dat de bedden packs is geënt met gemeenschappelijke bacteriële populaties gevonden in vee faciliteiten. Het is ook belangrijk, bij…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteur wil erkennen Alan Kruger, Todd Boman Shannon Ostdiek, Elaine Berry en Ferouz Ayadi die geholpen met het verzamelen van gegevens met behulp van de gesimuleerde bedden packs. De auteur herkent ook Tami Brown-Brandl en Dale Janssen voor hun steun voor het behoud van het milieu kamers.
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).
