摘要：随着畜禽养殖业的快速发展，畜牧业温室气体排放在农业活动产生的温室气体中占据着越来越大的比例。也体现出较大的温室气体减排潜力。科学准确和适用的检测方法与技术是获取畜牧业温室气体排放清单、量化减排潜力和制定长远可行的畜牧业温室气体减排策略的基础。本文介绍了国内外畜牧业温室气体排放研究中所采用的主要检测方法与技术，旨在为畜牧业温室气体减排提供一定的借鉴。
关键词：温室气体;检测方法与技术;畜牧业
畜牧业是农业活动温室气体主要排放源之一，家畜肠道发酵、动物粪便处理、畜禽饲养过程与饲料生产过程都会直接或间接产生大量甲烷(CH。)和二氧化碳(CO：)等温室气体。在当前国际社会推进后京都减排谈判的背景下，亟待获得科学准确的畜牧业温室气体排放清单，为评估畜牧业在减缓全球变暖中的潜力提供科学依据。而大量准确的畜牧业温室气体排放数据是畜牧业温室气体排放量预测、减排潜力和减排措施效果评估的基础。目前对畜牧业温室气体的精确监测仍是一个科学难题，未有国际通用的检测方法与测量标准，现有的畜牧业温室气体排放清单科学性和精确性低。因此应尽快开展畜牧业温室气体检测方法、技术及其标准研究，为畜牧业温室气体排放监测提供技术支撑。
1 家畜肠道发酵温室气体检测
据统计，反刍动物如牛、羊等的CH。总产量约为全球动物和人类CH。释放总量的95%【l】。而CH。作为一种仅次于CO：的温室气体其全球变暖潜值却是 CO：的21倍【翻。反刍动物通过肠胃发酵产生的CH。难以被畜体消化吸收，绝大部分都通过打嗝排出体外。由于其生成过程由特定的生物学机制调控且排放机制较复杂，受影响的因素也较多，因此反刍动物 CI-L排放的精确监测是一个科学难题。目前对单个或多个反刍动物温室气体排放研究方法主要有呼吸代谢箱法、示踪法、头罩法、面罩法等，其中示踪法包括碳同位素示踪和六氟化硫(SF6)示踪法。
1.1呼吸代谢箱法
呼吸代谢箱法基本原理是外界输入的空气在动物的头、嘴和鼻子内循环后进行收集检测，根据系统内的空气流动速率和输入输出的空气浓度差来计算 CH。排放量。系统中所使用的呼吸箱必须密闭性良好且能承受一定的负压力差。
史海山等人建立了测定反刍动物CH4和CO：浓度的密闭呼吸箱系统，此系统类似于代谢笼装置【31。呼吸箱内的空气通过橡胶软管由气泵抽入非分光红外分析仪，与PC连接并能同步对CH;和CO：进行实时监测。呼吸代谢箱法使用较为普遍，虽能较精确的测量反刍动物肠道发酵产生的CH4，却也存在很多缺点，如不能反映家畜体外的自然环境，且其构造和维修费用昂贵，需要较多人力投入，因而限制了能容纳的动物数量。
六氟化硫示踪法与其他方法相比有较大优势：投资和运行费用低，能够对生产条件下的大量动物同时进行测定。但其仪器测试设备仍有待改进。 I.3头罩法和面罩法头罩法和面罩法基本原理与呼吸代谢箱相似。头罩法使用一种密封箱环绕在动物头部的周围，该密封箱具有足够大的空间保证动物自由的活动头部以及喂食和饮水。此外还在动物脖子周围安装一个套筒来防止空气泄露。相对于呼吸箱代谢法，头罩 Eco—Farming·窝技生态法成本较低，但其不能测得动物尾肠排出的CH4，因而具有一定局限性。面罩法需要与多种技术合作且对动物的正常饮食造成诸多不利影响，其准确度不高，与呼吸代谢箱法相比cH4产量被低估，不利于推广使用。单个动物温室气体的检测具有局限性，不能反映实际生产中的动物行为以及不同环境因素和饲养管理因素对排放的影响。上述3种家畜肠道发酵温室气体检测方法的优缺点见表1。
2牧场温室气体排放检测
牧场(集约化畜禽场与放牧场)粪污处理与施用是畜牧业温室气体的主要排放源，目前针对畜舍、粪便处理与施肥、放牧场温室气体排放监测有如下几种采样方法和检测技术。
2.1采样方法
2.I.1采样箱法采样箱法是当前研究和发展比较成熟的一种方法，根据箱内气体是否与外界交换分为静态式与动态式两种。
目前在欧美静态式箱主要用于粪便田间施肥中温室气体排放的采样，David等用带有红外光谱仪的密闭箱技术来监测处理粪肥施用于农田后土壤的温室气体排放速率【51。铁质的气体缸安装到农田地下 5 cm深处，在密闭箱内部先覆盖一层聚四氟乙烯膜再装入到预先设置好的采样点而形成密封。由于箱体材料、容积、土壤状况及地理位置等的差异，密闭时间长短会影响温室气体的排放。
动态式箱主要用于开放型畜舍、粪便处理场、污水的温室气体采样。Nazim[6】等用动态罩式不锈钢采样箱测量稻草覆盖粪便储存池对温室气体和臭气排放的影响，整个装置由活性炭过滤器、风扇、气罩组成，风扇卷人的空气经过滤后通过聚氯乙烯管进入不锈钢箱;目前有多种型号和配置的流量罩被开发应用;Woodbury等研制了价廉的实验室和现场都适用的粪便处理中挥发性气体采样的罩式不锈钢气体采样箱f71。但动态箱式采样方法受箱内气体流速的影响，不能反映自然状态下的气流模式，不同容积和气体流速的采样箱所得到的结果差别较大。
而国内多数采用静态箱法采集畜舍、堆肥表面、污水池温室气体样品。
2.1.2示踪法
Samuel[81等用六氟化硫示踪法测量奶牛畜舍 CH。排放，分布在畜舍内的16个释放点以稳定速率释放六氟化硫以模拟动物的温室气体排放，在每个采样点用小型真空泵进行采样，然后利用校正过的六氟化硫探测器和气相色谱仪分别对六氟化硫和 CH。进行分析。Leuning[9】等使用SF6示踪法对放牧羊群的cH4排放进行检测，动物呼出的气体使用便携、小巧的管子进行采样，采样管通过毛细管连接到事先真空处理的聚氯乙烯容器里，采样气体用气相色谱法分析。
相关知识推荐：畜牧职称论文投稿详细流程
这种方法的问题在于示踪气体能否和畜舍内的空气进行很好的混合，这会直接影响结果的精确性。由于每个畜舍一般通风口的排布不同，这种检测系统的适用性受到影响。
2.1.3多点连续采样法
该方法是用采样泵通过长的管子(PVC、特弗龙) 将气体样品连续送到温室气体分析仪，可实现对多个监测点的检测与分析，近几年欧美研究者开发了不同的多点采样系统，其中美国普渡大学研制了畜禽舍内包括温室气体的畜牧业排放气体的多点采样系统并将之用于“国家气体(畜牧业)监测研究”项目中[10】。
2.2检测技术
2.2.1气相色谱法
气相色谱法是应用比较多的一种检测技术，国内畜牧业温室气体排放研究中目前多采用气相色谱法检测。Shanwei[n】等在动物粪便和尸体的共堆肥过程中，使用装配有火焰点燃探测器(FID)和热传导探测器(TCD)的气相色谱仪分别对堆肥过程中排放的CO：和CH4进行检测。气相色谱法具有高灵敏度、高选择性、速度快、应用范围广、所需试样量少以及设备和操作比较简单、仪器价格便宜等优点。
2.2.2红外光谱法
采用改进的红外光谱CH。测量系统和近红外光谱传感系统可以实现反刍动物在舍饲条件下及自然放牧状态下CH。排放动态、排放量的精确监测【12】。 Bjorneberg[13]等用开路式傅里叶红外探测仪来检测畜牧场附近空气中的各种成分含量，包括温室气体。其具体方法是在牧场、蓄粪池及堆肥区域三个温室气体释放源设置3个监控点。TremblayEl4】等在机械通风畜舍内的12个采样点通过采样管连续不断的进行采样，经过选择后有代表性的采样气体先被输送到采样调节系统进行干燥和过滤，然后再通过红外气体分析仪进行分析。该系统改进了排风口气体流量的估算，并且在气体分析前预先进行了处理，整个系统的自动化操作也增加了其准确性和可靠性。
2.2.3开路激光法
应用于畜牧场温室气体的光学遥感检测方法主要包括开路式傅里叶红外光谱法(OP—PHR)和开路式可调谐激光二极管吸收光谱法(OP—TDLS)。Ky— oung等用OP—TDLS法对集约化畜禽场的CH4和 NH，排放量进行测定【15l，该法优势在于能够监测很大区域范围的空气质量，比较适用于放牧场的温室气体监测过程，但缺陷在于该设备只能在限定的时间内使用，因此需要开展更为广泛的监控方法来获取整年的温室气体排放数据。
开路激光法跟呼吸代谢法相比，优点在于没有限制动物的行为，比较接近于动物的自然放牧状态，但缺点是不精确，它只测定某一时刻的数据而没有考虑风速和风向的变化，且没有连续监测。由于测得的是整个牧场范围的数据，不能说明不同释放源的温室气体排放情况。
2.2.4红外声光法
红外声光法是近几年在畜牧业包括温室气体在内的空气污染监测中应用比较广泛的检测技术。 Ngwabietl6】等使用声光多样气体分析仪对自然通风奶牛畜舍的温室气体进行检测，外部气体泵将气体由聚四氟乙烯管通到多路器1309，气泵保证了采样气体在分析前不受污染。Shiraishit竹1等则是用红外声光探测器对肉牛粪便堆肥的温室气体进行检测，采样气体通过聚四氟乙烯管连接到检测仪器上。
上述3种温室气体采样方法的适用场合与特点见表2。
3结论
畜牧业温室气体检测方法与技术是一个精细复杂的系统，在使用时应结合各项因素如家畜种类、生产环境等对不同排放源的畜牧业温室气体选择科学合适的检测方法。开放式的畜舍、粪污处理场、粪便田间施用采用密封箱或袋法对气体进行收集，标准化的密封采样箱的设计与操作规范研发亟待开展。多点连续采样是畜舍尤其是密封式和半开放式畜舍温室气体采样方法的发展趋势。
检测技术的选择需综合考虑，红外光谱法、气相色谱法、质谱法、激光技术较之化学分析方法其准确度和精确度较高，使用前景广，如质谱法一次可以检测多种气体，它在很宽的浓度范围内都表现出线性反应并且准确度高稳定性好;激光技术和近红外光谱传感系统的发展则给放牧的家畜CI-h排放量的光谱监测系统开发提供了方向，多门学科的深入交叉、连续自动监测是今后畜牧业温室气体检测方法与技术的发展趋势。
虽然国内外已经对畜牧业温室气体排放做过相关研究并取得了一些数据，但由于畜牧业温室气体排放是一种动态过程，随时间、季节和采样点等不同 Eco—Farming·害技生态而不断变化，畜牧业温室气体的精确监测是一个科学难题，目前仍未有国际通用的检测方法与测量标准。监测数据的精确性直接影响温室气体排放量和减排潜力的评估、减排策略的制定，因此畜牧业温室气体检测方法与技术及其标准研究亟待开展。——论文作者：应洪仓1，黄丹丹2，汪开英2+
参考文献
【1]张运涛，方德罗.反刍动物crL排放及其对全球变暖的影响 [J1.中国畜牧杂志，1999，35(1)：47—49.
[2】IPPC.Climate Change 2001：The Scientific Basis，Contribution of Group 1 To The Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[R].Cambridge，UK：Cambridge University Press，2001.
[3】史海山，丁学智，龙瑞军，等.舍饲绵羊甲烷和二氧化碳的日排放动态【J】.生态学报，2008，28(2)：877—882.
【4]Kristen Johnson，Mark Huyler，Hal Westberg，et a1.Measurement of Methane Emissions From Ruminant Livostoek Using a SF6 Tracer Technique[J].En、riron ScI Technol，1994.28：359-362.
【5】David Fangueiro，Mehmet Senbayran，Henrique Triadade，et以Cattle slurry treatment by screw press separation and chemi诫ly edumced settling：effect on greenhouse gas emissions after land spiraling and grass yield[J].Bioresouree Technologe，2008，99：7132-7142.
[6】Nazim Cicek，Xiaojing Zhou，Qiang Zhang，et缸.Impact of Straw Cover on Groenhonse Gas and Odor Emissions from Manure Storage Lagoons Using a Flux Hood[C].ASAE/CSAE Annual Intemational Meeting，2004.
【7]Woodbury B L，Miller D N，Eigenberg R A，et以An inexpensive laboratory and field chamber for m8nlIre volatile gas flux analysis 【J】.Transactions of the ASABE，2006，49(3)：767—772.
[8】Samuel K Kaharabata，Peter H Schuepp.Estimating methane emissions from dairy cattle housed in a barn and feedlot usins蚰atlno— spheric tracer[J】.Envirion Sol Technol，2000，34：3296-3302.
[9]Leuning R，Baker S K，Jamie I M，et a1.Mathane emission from free—mn垂ng sheep：a comparison of two measurement methods[J]. Atmospheric Environment，1999，33：1357—1365.
转载请注明来自：http://www.lunwencheng.com/lunwen/nye/22219.html
