Lab-skala modell å evaluere lukt og konsentrasjoner slippes ut av dyp senger Pack gjødsel
Summary
En protokoll som er utviklet for å måle gasser, lukt og næringsstoffer komposisjon i lab-skalert sengs gjødsel emballere, hvilke kan brukes å studere måter å forbedre luftkvaliteten i kommersielle storfe fasiliteter med dyp-sengs gjødsel pakker.
Abstract
En lab-skalert simulert sengs pack-modellen ble utviklet for å studere luftkvalitet og næringsstoffer sammensetningen av dyp-sengs pakker brukes i storfe mono-skråningen fasiliteter. Denne protokollen er brukt til å effektivt vurdere mange forskjellige sengetøy materialer, miljøvariabler (temperatur, fuktighet) og potensialet klimatiltak behandlinger som kan forbedre luftkvalitet i kommersielle dyp-sengs mono-skråningen fasiliteter. Modellen er dynamisk og tillater forskere å enkelt samle mange kjemiske og fysiske målinger fra sengs pack. Ukentlige målinger, samlet i løpet av seks til syv uker, kan tilstrekkelig tid til å se endringer i luften kvalitet målinger over tid som sengs pakken modnes. Data samlet fra simulert sengs pakkene er innenfor området for tidligere målt i kommersielle dyp-sengs mono-skråningen fasiliteter. Tidligere studier har vist at 8-10 eksperimentelle enheter per behandling er tilstrekkelig til å oppdage statistiske forskjeller simulert sengs pakkene. Sengs pakkene er enkle å vedlikeholde, krever mindre enn 10 minutter av arbeidskraft per sengs pakker per uke til urin, avføring og sengetøy. Prøvetaking ved hjelp av gass prøvetaking systemet krever 20-30 minutter per sengs pack, avhengig av målingene blir samlet inn. Bruken av lab-skalert sengs pakker kan forskeren til kontroll variabler som temperatur, fuktighet og sengetøy kilde som er vanskelig eller umulig å kontrollere i forskning eller kommersielle anlegg. Mens ikke en perfekt simulering av “virkelige” forhold, den simulerte senger tjene pakker som en god modell for forskere å bruke undersøke behandling forskjeller sengs pakker. Flere lab-skala studier kan utføres for å eliminere mulige behandlinger før du prøver dem i forskning eller kommersiell størrelse anlegget.
Introduction
Storfe er confinement et populært bolig alternativ i Midtvesten og øvre Great Plains. Confinement fasiliteter er mer vanlig i denne regionen enn sørlige slettene fordi regionen mottar mer nedbør, som skaper mer feedlot avrenning som må finnes. Mange produsenter valgte å bygge mono-skråningen låvene for storfe. De viktigste grunnene sitert av produsenter for å velge en mono-skråningen anlegget var muligheten til å planlegge arbeid og gjødsel fjerning og forbedret ytelse sammenlignet med åpne mye feedlots1. Et flertall av storfe produsenter (72.2%) ved hjelp av mono-skråningen barns opprettholde en sengs pakke for en sving av storfe eller lengre, med en dyp-sengetøy styringssystem for sengetøy og avfall1. Vanligste sengetøy materialet som brukes er mais stover, selv om produsenter rapport med soyabønner skjeggstubbene, hvete strå, mais cobs og sagmugg1. På grunn av den regionale etterspørselen etter mais stover sengetøy var mange produsenter interessert i alternative sengetøy materialer som kan brukes i mono-skråningen fasiliteter. Økonomi og dyr komfort spurte produsenter hvordan sengetøy materialet ville påvirke miljøet av anlegget, inkludert produksjon av illeluktende gasser, Nærings sammensetningen av resulterende gjødsel/sengetøy og tilstedeværelse av patogener.
Noen studier har vært gjennomført for å måle luftkvalitet skyldes ulike sengetøy materialer husdyr boliger, med de fleste fokuserer bare på ammoniakk. De fleste av tidligere evalueringene av luftkvalitet har på gården datainnsamling med en eller to eksperimentell enheter per behandlinger blir analysert samtidig2,3,4,5. Har begrenset antall eksperimentelle enheter krever studien gjentas flere ganger, dermed legge til flere variabler som værforhold, alder eller stadium av produksjon av dyr, og kanskje sengetøy materialer produsert i ulike vekst sesonger .
Med ingen kjente lab-skalert modell å studere faktorer som påvirker luftkvalitet og næringsstoffer sammensetningen av gjødsel/sengetøy blanding som følge av biff dyp-sengs mono-skråningen fasiliteter, forskere først forsøkte å benytte kommersielle storfe fasiliteter med en Deep-sengs system6,7,8. Statisk flux chambers ble brukt til å måle NH3 konsentrasjoner på overflaten av mono-skråningen dyp sengs storfe over en 18 måneders periode6. To penner i hver av to barns ble målt. Hakkede korn stilker var foretrukket sengetøy materialet, men hvete strå og soyabønner stilker ble også brukt for sengetøy kort perioder av dette prosjektet. Sengetøy bruk varierte fra 1,95-3.37 kg per dyr per dag og penn tetthet varierte fra 3,22-6.13 m2 per dyr. Studier målt ammoniakk og hydrogensulfid utslipp fra barn7og svevestøv konsentrasjoner utenfor barn8. Disse studiene ble utført på en 2 års periode ved hjelp av to til fire barn plasseringer. Utfordringen med på gården innsamling er mangelen på kontroll som forskningen har over systemet. Produsenter endre storfe dietter, flytte dyr fra penn til pennen, bruker bedding materiale fra ulike kilder og feilfri og re seng penner som produksjon og arbeidskraft kan, dermed forvirrer mange variabler. På gården forskning også innebærer reiseutgifter og store mengder eksperimentell behandling (for eksempel bedding materiale). Målet med dette prosjektet var å utvikle en lab-skala modell som kunne brukes til å studere faktorer som påvirker luftkvalitet og næringsstoffer ledelse i storfe dyp-sengs mono-skråningen fasiliteter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hyppige tillegg av urin og avføring til sengs pakker er avgjørende. Vi eksperimenterte med urin og avføring bare når ukentlig, men fant at sengs pakken utviklet en skorpe, som fanget gasser i pakken og var ikke representative for kommersielle anlegg. Bruk av fersk avføring i begynnelsen av studien sikrer at sengs pakkene er inokulert med vanlige bakterielle bestander i storfe fasiliteter. Det er også viktig, når du legger til urin, å huske å justere pH til fysiologisk pH før du legger til sengs pakkene. Ved en …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatteren ønsker å erkjenne Alan Kruger, Todd Boman, Shannon Ostdiek, Elaine Berry og Ferouz Ayadi som hjalp med datainnsamling ved hjelp av simulert sengs pakkene. Forfatteren gjenkjenner også Tami Brown-Brandl og Dale Janssen for deres hjelp opprettholde miljømessige kamrene.
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 |
Riferimenti
- 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).
