Lab-skala modell att utvärdera lukt och gaskoncentrationerna som avges från djupt bäddade Pack gödsel
Summary
Ett protokoll har utvecklats för att mäta gaser, lukter och näringsinnehållet i lab-skalas bädds gödsel förpackningar, som kan användas för att undersöka sätt att förbättra luftkvaliteten i kommersiella nötkreatur faciliteter använder djup-bedded gödsel förpackningar.
Abstract
En lab-skalas simulerade bädds pack modell utvecklades för att studera luftkvaliteten och näringsinnehållet av deep-bedded förpackningar används i nötkreatur mono-backen faciliteter. Detta protokoll har använts effektivt utvärdera många olika sängkläder material, miljövariabler (temperatur, fuktighet) och potential riskreducerande behandlingar som kan förbättra luftkvaliteten i kommersiella deep-bedded mono-backen faciliteter. Modellen är dynamisk och tillåter forskare att enkelt samla många kemiska och fysikaliska mätningar från bädds pack. Veckovisa mätningar, insamlade under loppet av sex till sju veckor, ger tillräckligt med tid att se förändringar i luft kvalitetsmätningar över tiden som den bädds Packet mognar. De insamlade från simulerade bädds packs mäts inom spänna av koncentrationer tidigare i kommersiella deep-bedded mono-backen faciliteter. Tidigare studier har visat att 8-10 experimentella enheter per behandlingstillfälle är tillräcklig att identifiera statistiska skillnader bland de simulerade bädds förpackningarna. Bädds förpackningarna är lätta att underhålla, som kräver mindre än 10 minuters arbete per bädds förpackningar per vecka att lägga till urin, avföring och sängkläder. Provsamling som använder gas provtagningssystemet kräver 20-30 minuter per bädds pack, beroende på de mått som samlas in. Användningen av lab-skalas bädds förpackningar kan forskaren till kontrollvariabler såsom temperatur, fuktighet och sängkläder källa som är svårt eller omöjligt att kontrollera i en forskning eller kommersiella anläggning. Medan inte en perfekt simulering av ”verkliga” förhållanden, det simulerade bedded tjäna förpackningar som en bra modell för forskare att använda för att undersöka behandling skillnader bland bädds förpackningar. Flera lab-skala studier kan utföras för att eliminera möjliga behandlingar innan du provar dem i en forskning eller kommersiell storlek anläggning.
Introduction
Köttdjur instängdhet faciliteter är ett populärt bostäder alternativ i mellanvästern och övre Great Plains. Nedkomsten faciliteter är vanligare i denna region än den södra Plains eftersom regionen får mer årliga nederbörd, vilket skapar mer feedlot avrinning som måste finnas. Många producenter valde att bygga mono-backen lador för köttdjur. De primära orsaker som nämns av producenter för att välja en mono-backen anläggning var förmågan att schema labor och gödsel borttagning och förbättrade prestanda jämfört med öppna hel feedlots1. En majoritet av boskap producenter (72,2%) med mono-backen lador upprätthålla en bädds pack för ett varv på nötkreatur eller längre, med ett djup-sängkläder ledningssystem för sängkläder och avfall1. Det vanligaste sängkläder-material som används är majs stover, även om producenter rapport med sojabönor stubb, vetehalm, majskolvar och sågspån1. På grund av regionala efterfrågan för majs stover sängkläder var många producenter intresserade av alternativa sängkläder material som kan användas i mono-backen faciliteter. Förutom ekonomi och djur komfort ifrågasatte tillverkarna hur sängkläder materialet skulle påverka miljön av anläggningen, inklusive produktionen av illaluktande gaser, näringsinnehållet av den resulterande gödsel/sängkläder, och förekomsten av patogener.
Några studier har utförts för att mäta luftkvalitet resulterande från olika sängkläder material som används i byggnader avsedda för djur, där de flesta fokuserar endast på ammoniak. De flesta av de tidigare utvärderingarna av luftkvaliteten omfatta på gården datainsamling med en eller två experimentella enheter per behandlingar som analyseras på en gång2,3,4,5. Att ha begränsat antal experimentella enheter kräver studien upprepas flera gånger, alltså att lägga till ytterligare variabler såsom väderförhållanden, ålder eller skede av produktionen av djur, och kanske sängkläder material produceras i olika växtsäsonger .
Med ingen känd lab-skala modell att studera faktorer som påverkar luftkvaliteten och näringsinnehållet av gödsel/sängkläder blandning följd nötkött deep-bedded mono-backen faciliteter, forskare först försökte utnyttja kommersiella nötkreatur anläggningar med hjälp av en djup-bedded system6,7,8. Statiska flux chambers användes för att mäta NH3 koncentrationer på ytan av mono-backen djupa bädds nötkreatur faciliteter över en 18 månaders period6. Två pennor i varje två lador mättes. Hackad majs stjälkar var önskad sängtyp materialet, men vete halm och sojabönor stjälkarna användes också för sängkläder under korta perioder av detta projekt. Sängkläder användning varierade från 1,95-3,37 kg per djur och dag och penna densitet varierade från 3,22-6.13 m2 per djur. Senare undersökningar mätt ammoniak och vätesulfid utsläpp från ladan7och partiklar koncentrationer utanför ladugården8. Dessa studier genomfördes under en 2 års period med två till fyra barn platser. Utmaningen med på gården datainsamling är bristen på kontroll som forskningen har över systemet. Producenter ändra nötkreatur Dieter, flytta djur från penna till pennan, använda sängkläder material från olika källor, och ren och åter säng pennor som deras produktion och arbetskraft gör, alltså confounding många variabler. Forskning på gården innebär också resekostnader och stora mängder experimentella behandlingar (såsom sängkläder material). Syftet med detta projekt var att utveckla en lab-skala modell som kan användas för att studera faktorer som påverkar luftkvaliteten och näringsämne management i nötkreatur deep-bedded mono-backen faciliteter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Frekventa tillägg av urin och avföring för de bädds packs är ett viktigt steg. Vi experimenterade med att lägga urin och avföring bara en gång per vecka, men fann att den bädds Packet utvecklat en skorpa, som fångade gaser inuti förpackningen och var inte representativ för kommersiella anläggningar. Användningen av färsk avföring i början av studien garanterar att de bädds förpackningarna inokuleras med vanliga bakteriella populationer finns i nötkreatur faciliteter. Det är också viktigt, när du l?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författaren vill erkänna Alan Kruger, Todd Boman, Shannon Ostdiek, Elaine Berry och Ferouz Ayadi som bistod med datainsamling använder den simulerade bädds förpackningar. Författaren erkänner också Tami Brown-Brandl och Dale Janssen för deras hjälp att upprätthålla de miljömässiga kamrarna.
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 |
Referências
- 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).
