Lab-skala Model til at vurdere lugt og koncentrationerne udsendes af dyb sengs Pack gødning
Summary
En protokol, der er udviklet til at måle gasser, lugte og ernæringsmæssige sammensætning i lab-skaleret sengs gylle packs, som kan bruges til at undersøge måder til at forbedre luftkvaliteten i kommercielle kvæg faciliteter ved hjælp af deep-sengs gylle packs.
Abstract
En lab-skaleret simulerede sengs pack model blev udviklet for at studere luftkvaliteten og ernæringsmæssige sammensætning af dyb-sengs packs bruges i kvæg mono-skråning faciliteter. Denne protokol har været anvendt til effektivt evaluere mange forskellige sengetøj materialer, miljømæssige variabler (temperatur, fugtighed) og potentiale afbødning behandlinger, der kan forbedre luftkvaliteten i kommercielle deep-sengs mono-skråning faciliteter. Modellen er dynamisk og gør det muligt for forskere at nemt indsamle mange kemiske og fysiske målinger fra sengs pack. Ugentlige målinger, indsamlet i løbet af seks til syv uger, giver mulighed for tilstrækkelig tid til at se ændringer i luften over tid, som den sengs pack modnes. Data indsamlet fra simuleret sengs packs er inden for rækkevidde af koncentrationer tidligere målt i kommercielle deep-sengs mono-skråning faciliteter. Tidligere undersøgelser har vist, at 8-10 eksperimentelle enheder pr. behandling er tilstrækkeligt til at påvise statistiske forskelle blandt de simulerede senge packs. De sengs packs er nemme at vedligeholde, der kræver mindre end 10 minutter af arbejdskraft pr. sengs pakker om ugen at tilføje urin, afføring og sengetøj. Prøvetagning ved hjælp af systemet til udtagning af gas kræver 20-30 minutter per sengs pakke, afhængigt af de målinger, som er ved at blive indsamlet. Brugen af lab-skaleret sengs packs giver forsker til kontrol variabler såsom temperatur, luftfugtighed og sengetøj kilde, der er vanskeligt eller umuligt at styre i en forskning eller kommercielle anlæg. Mens ikke en perfekt simulering af “virkelige verden” betingelser, den simulerede sengs tjene packs som en god model for forskere at bruge til at undersøge behandling forskelle blandt sengs packs. Flere lab-skala undersøgelser kan gennemføres for at fjerne mulige behandlinger før du prøver dem i en forskning eller kommerciel størrelse facilitet.
Introduction
Kødkvæg indespærring faciliteter er en populær bolig valgmulighed i Midtvesten og øvre Great Plains. Indespærring faciliteter er mere almindelige i denne region end den sydlige Plains, fordi regionen modtager flere årlige nedbør, som skaber mere feedlot afstrømning, der skal være indeholdt. Mange producenter vælger at bygge mono-skråning stalde til kvæg. De primære årsager citeret af producenterne for at vælge en mono-hældning facilitet var evnen til at tidsplan arbejdskraft og gødning fjernelse, og forbedret ydeevne i forhold til at åbne mange feedlots1. Et flertal af kvæg producenter (72,2%) ved hjælp af mono-skråning staldene opretholde en sengs pack til en tur af kvæg eller længere, ved hjælp af en dyb-sengetøj management system for sengetøj og affald1. Det mest almindelige sengetøj anvendte materiale er majshalm, selv om producenterne rapport ved hjælp af sojabønner stubbe, hvedehalm, majs kolber og savsmuld1. På grund af den regionale efterspørgsel efter corn stover sengetøj var mange producenter interesseret i alternative sengetøj materialer, der kunne bruges i mono-skråning faciliteter. Ud over økonomi og dyrenes komfort afhørt producenter, hvordan sengetøj materiale vil påvirke miljøet af anlægget, herunder produktion af lugtende gasser, ernæringsmæssige sammensætning af den resulterende gødning/sengetøj, og tilstedeværelsen af patogener.
Få undersøgelser er blevet gennemført for at måle luftens kvalitet som følge af forskellige sengetøj materialer anvendes i dyr bolig, med de fleste fokuserer kun på ammoniak. De fleste af de tidligere evalueringer af luftkvaliteten omfatter på bedriften dataindsamling med én eller to eksperimentelle enheder pr. behandlinger bliver analyseret på én gang2,3,4,5. At have begrænset antal eksperimentelle enheder kræver undersøgelse skal gentages flere gange, således tilføje yderligere variabler såsom vejrforhold, alder eller fase af produktion af dyr, og måske sengetøj materialer produceret i forskellige vækstsæsoner .
Med ingen kendte lab-skaleret model til at studere faktorer, der påvirker luftkvaliteten og ernæringsmæssige sammensætning af gødning/sengetøj blanding som følge af oksekød deep-sengs mono-skråning faciliteter, forskerne først forsøgte at udnytte kommerciel kvæg faciliteter ved hjælp af en Deep-sengs systemet6,7,8. Statisk flux kamre blev brugt til at måle NH3 koncentrationer på overfladen af mono-skråning dyb sengs kvæg faciliteter over en 18 måneders periode6. To penne i hver af to staldene blev målt. Hakkede majs stilke var det foretrukne sengetøj materiale, men hvede halm og sojabønner stilke blev også brugt til strøelse i korte perioder af dette projekt. Sengetøj brug varierede fra 1,95-3.37 kg pr. dyr pr. dag og pen tæthed varierede fra 3.22-6.13 m2 pr. dyr. Efterfølgende undersøgelser måles ammoniak og hydrogensulfid emissioner fra laden7og partikler koncentrationer uden for laden8. Disse undersøgelser blev gennemført over en periode på 2 år ved hjælp af to til fire laden steder. Udfordring med på bedriften dataindsamling er manglen kontrol, at forskningen har over systemet. Producenter ændre kvæg kostvaner, flytte dyr fra pen til pen, bruge sengetøj materialer fra forskellige kilder, og ren og re seng penne som deres produktion og arbejdskraft giver mulighed for, dermed confounding mange variabler. På gården forskning indebærer også rejseudgifter og store mængder af eksperimentelle behandlinger (såsom sengetøj materiale). Formålet med dette projekt var at udvikle en lab-skala model, der kunne bruges til at studere faktorer, der påvirker luftkvaliteten og næringsstof management i kvæg deep-sengs mono-skråning faciliteter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hyppige tilsætning af urin og afføring til sengs packs er et kritisk skridt. Vi eksperimenterede med at tilføje urin og afføring lige når ugentlig, men fandt, at den sengs pack udviklet en skorpe, som fanget gasser inde pakken og ikke var repræsentative af kommercielle faciliteter. Brugen af friske afføring ved begyndelsen af undersøgelsen sikrer, at de senge packs er podet med fælles bakteriel befolkning findes i kvæg faciliteter. Det er også vigtigt, når du tilføjer urin, for at huske at ph indstilles til …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatteren ønsker at anerkende Alan Kruger, Todd Boman, Shannon Ostdiek, Elaine Berry og Ferouz Ayadi der assisteret med indsamling af data ved hjælp af de simulerede sengs packs. Forfatteren genkender også Tami Brown-Brandl og Dale Janssen for deres assistance opretholde de miljømæssige kamre.
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).
