趙婉瑩 許立新 王朝元，3 施正香，3*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，北京 100083； 2.北京京鵬環(huán)宇畜牧科技股份有限公司，北京 100094； 3.北京市畜禽健康養(yǎng)殖環(huán)境工程技術(shù)研究中心，北京 100083)

農(nóng)業(yè)活動(dòng)是溫室氣體的主要排放源之一，1994年我國(guó)農(nóng)業(yè)溫室氣體的排放量占我國(guó)溫室氣體總排放量的17%，其中畜牧業(yè)分別占我國(guó)CH4和N2O排放量的32%和18%，主要來(lái)自于反芻動(dòng)物的胃腸道發(fā)酵和糞便管理系統(tǒng)[1-2]。2015年反芻動(dòng)物(牛、羊)占我國(guó)畜牧業(yè)溫室氣體排放量的72.44%[3]。預(yù)計(jì)到2030年，農(nóng)業(yè)源的CH4和N2O排放量將比2005年分別增加60%和35%～60%[4]。因此，有必要結(jié)合國(guó)內(nèi)奶牛場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際情況，對(duì)奶牛舍內(nèi)溫室氣體及NH3的濃度和排放量進(jìn)行研究。

在進(jìn)行牛舍氣體排放量計(jì)算之前，要先了解牛舍的通風(fēng)換氣量，使用CO2平衡法[5]和氣體示蹤法[6-8]都可以評(píng)價(jià)自然通風(fēng)牛舍通風(fēng)換氣量。其中，CO2平衡法可以根據(jù)動(dòng)物的生產(chǎn)模型計(jì)算通風(fēng)換氣量[9]。牛舍內(nèi)有害氣體排放量與飼養(yǎng)方式[10]、飼料水平[11-12]、地板類(lèi)型[13]、管理措施[14]、通風(fēng)方式以及氣候條件等有關(guān)。關(guān)于溫室氣體和NH3排放的影響因素較多，舍內(nèi)風(fēng)速、舍外溫度和奶罐中的尿素含量可以顯著影響NH3的排放量[15]。當(dāng)舍內(nèi)溫度較低時(shí)，NH3排放較低，溫度和NH3排放量之間的關(guān)系是指數(shù)函數(shù)[16]。Ngwabie等[17]監(jiān)測(cè)了瑞典的1棟自然通風(fēng)奶牛舍，結(jié)果表明CO2、CH4和N2O的排放量與動(dòng)物活動(dòng)和環(huán)境溫度有關(guān)。NH3排放量隨著季節(jié)的變化差異較大，而CH4排放量則沒(méi)有較大的變化[18]，表明NH3排放量更易受到溫度的影響。Vanderzaag等[19]研究了位于安大略湖東部的2棟奶牛舍，量化了CH4的排放量，并估算出腸道內(nèi)CH4的排放量。

歐美等國(guó)家已在牛舍溫室氣體和氨排放量方面開(kāi)展了一定的研究，但由于我國(guó)在氣候、通風(fēng)方式和日常管理措施等與國(guó)外有很大的差異，國(guó)外的研究結(jié)果雖然對(duì)我國(guó)有一定的參考價(jià)值，卻無(wú)法真實(shí)地反映我國(guó)奶牛生產(chǎn)中有害氣體排放的實(shí)際情況，自然通風(fēng)牛舍的排放主要受到當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響[20]。本研究擬以帶有放牧場(chǎng)的自然通風(fēng)奶牛舍為研究對(duì)象，探討我國(guó)帶有放牧場(chǎng)的自然通風(fēng)奶牛舍的氣體排放量，以及溫濕度和地板類(lèi)型等影響因子對(duì)氣體排放的影響規(guī)律，為降低奶牛舍有害氣體排放方案的制定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)牛舍概況

試驗(yàn)地點(diǎn)在河南省鄭州市中荷奶牛培訓(xùn)中心。試驗(yàn)牛舍2棟，分別為漏縫地板牛舍和實(shí)體地面牛舍，記為牛舍1和牛舍2。牛舍1建筑面積為1 227 m3，現(xiàn)有奶牛87頭，每頭牛占地面積為14 m2。該牛舍具有可供奶牛休息的牛床(5 cm厚的橡膠墊，床料為鋸末)。牛欄除牛床外其余地面為漏縫地面，糞便和尿液可以通過(guò)漏縫地板進(jìn)入糞窖。牛舍2建筑面積956 m3，現(xiàn)有奶牛68頭，每頭牛占地面積為14 m2。地面為實(shí)體地面加排尿溝，其他與牛舍1相同。

牛舍1和牛舍2均是散欄式飼養(yǎng)，日糧為全混合日糧，每天喂料時(shí)間為6:30和14:30。清糞方式為人工清糞，每天清糞時(shí)間為8:30。每天擠奶2次，時(shí)間為4:30和14:00。該牛場(chǎng)擁有配套放牧場(chǎng)，飼養(yǎng)方式為放牧和舍飼相結(jié)合。牛舍1奶牛每天放牧1次，時(shí)間為8:30—10:30。牛舍2每天放牧2次，時(shí)間為8:30—10:30和14:30—16:30。

1.2 試驗(yàn)指標(biāo)及方法

1.2.1試驗(yàn)指標(biāo)和時(shí)間

1)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)了牛舍中每頭奶牛的體斜長(zhǎng)、胸圍、產(chǎn)奶量和繁殖狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)時(shí)間為1月8日—1月17日。

2)對(duì)舍內(nèi)外的環(huán)境狀況(溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、CO2、NH3、CH4、N2O)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。牛舍1監(jiān)測(cè)時(shí)間為1月8日—1月13日，牛舍2監(jiān)測(cè)時(shí)間為1月15日—1月17日。

1.2.2試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)期間，每個(gè)牛舍共布置6個(gè)采樣點(diǎn)，其中5個(gè)采樣點(diǎn)在舍內(nèi)，測(cè)點(diǎn)距離地面1.5 m。在舍外布置另外1個(gè)采樣點(diǎn)，測(cè)量舍外的環(huán)境狀況。試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。

①～⑤為舍內(nèi)測(cè)點(diǎn)，⑥為舍外測(cè)點(diǎn)。
①-⑤ are the test points inside and ⑥ is the test point outside.
圖1 環(huán)境監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置
Fig.1 Arrangement of measuring points for environmental monitoring test

1.3 試驗(yàn)儀器

溫濕度監(jiān)測(cè)：Apresys197-TH型溫濕度計(jì)(溫度測(cè)量精度：±0.3 ℃；濕度測(cè)量精度：±3%)，采集頻率為4次/h，間隔15 min,24 h連續(xù)采集。

風(fēng)速監(jiān)測(cè)：加野麥克斯智能型風(fēng)速計(jì)(精度：讀數(shù)值的3%±0.1 m/s)，采集頻率為1 次/h，24 h連續(xù)采集。

氣體濃度監(jiān)測(cè)：系統(tǒng)由INNOVA1412多種氣體分析儀、多通道氣體采樣控制系統(tǒng)、氣體加熱控制系統(tǒng)、氣體壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成，通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)奶牛舍24 h連續(xù)監(jiān)測(cè)(測(cè)試精度分別為：CO2， 3.34 mg/m3; N2O， 0.02 mg/m3; NH3， 0.05 mg/m3; CH4， 0.11 mg/m3)，采樣分析頻率為1 次/h。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行。

2 牛舍內(nèi)通風(fēng)換氣量的計(jì)算方法

本研究對(duì)CO2平衡法進(jìn)行改進(jìn)，使用改進(jìn)的CO2平衡法計(jì)算奶牛的通風(fēng)換氣量。在以往通過(guò)CO2平衡法進(jìn)行自然通風(fēng)牛舍的通風(fēng)換氣率時(shí)，往往因?yàn)楣ぷ髁看?，直接選取1個(gè)常量代替奶牛體重進(jìn)行計(jì)算，忽略了由于奶牛妊娠產(chǎn)生的熱量。試驗(yàn)期間統(tǒng)計(jì)了每頭奶牛的體重和妊娠時(shí)間等，分析不同階段的奶牛體重、產(chǎn)奶量和繁殖狀態(tài)對(duì)通風(fēng)換氣量的影響，為今后更準(zhǔn)確的運(yùn)用CO2平衡法計(jì)算通風(fēng)換氣量提供了依據(jù)。

CO2平衡法計(jì)算牛舍通風(fēng)換氣量為：

(1)

式中：VR為牛舍的通風(fēng)換氣量，m3/h；GP為釋放的示蹤氣體量或者舍內(nèi)奶牛的CO2產(chǎn)量，m3/h；Gin和Gout分別為舍內(nèi)外所測(cè)量的氣體濃度，mg/m3;N為舍內(nèi)動(dòng)物數(shù)量。計(jì)算時(shí)，Gin采用舍內(nèi)測(cè)點(diǎn)的平均值。

在計(jì)算GP時(shí)，首先要計(jì)算舍內(nèi)奶?？偟漠a(chǎn)熱量。在實(shí)際生產(chǎn)中，奶牛飼養(yǎng)頭數(shù)、奶牛個(gè)體、生產(chǎn)性能等方面存在一定差異，為了避免這些差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，本研究采用產(chǎn)熱單位HPU作為參數(shù)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和闡述。CIGR采用畜禽的熱量損失定義牲畜單位，1個(gè)產(chǎn)熱牲畜單位定義為：在環(huán)境溫度為20 ℃時(shí)，能產(chǎn)生1 000 W熱量的動(dòng)物數(shù)量，即為1 HPU。

奶牛在20 ℃時(shí)的產(chǎn)熱量主要與體重、產(chǎn)奶量和飼養(yǎng)水平有關(guān)。根據(jù)相關(guān)研究，奶?？偖a(chǎn)熱量的計(jì)算公式為：

Ht=ΔHm+ΔHn+ΔHp

(2)

式中：Ht為奶牛的總產(chǎn)熱量，W；ΔHm為奶牛機(jī)體代謝熱，W；ΔHn為奶牛產(chǎn)奶產(chǎn)生的熱量，W；ΔHp為奶牛懷孕產(chǎn)生的熱量，W。ΔHm，ΔHn和ΔHp計(jì)算公式為：

ΔHm=5.2x0.75

(3)

ΔHn=30m

(4)

ΔHp=1.6×10-5d3

(5)

式中：x為奶牛的活體重，kg；m為奶牛的日均產(chǎn)奶量，kg；d為奶牛的妊娠天數(shù)。

當(dāng)環(huán)境溫度不是20 ℃時(shí)，需要對(duì)HPU總數(shù)進(jìn)行溫度修正：

Htotal=Ht×(1+4×10-5(20-t)3)

(6)

式中：Ht和Htotal分別為進(jìn)行溫度修正前后的總產(chǎn)熱量，W；t為環(huán)境溫度，℃。

完成對(duì)舍內(nèi)成年奶牛的估算后，便可以得到每個(gè)試驗(yàn)階段舍內(nèi)的HPU總數(shù)即Htotal,HPU：

Htotal,HPU=Htotal/1 000

(7)

舍內(nèi)CO2平均產(chǎn)量(基于24 h的平均)與產(chǎn)熱量的關(guān)系式為[9]：

GP=0.185×Htotal,HPU

(8)

式中：CO2平均產(chǎn)生量為0.185 m3/(h·HPU)[9]。

3 結(jié)果與分析

3.1 奶牛生產(chǎn)信息統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表1示出試驗(yàn)期內(nèi)牛舍1和牛舍2的155頭奶牛的生產(chǎn)信息。本研究根據(jù)奶牛的不同生產(chǎn)階段將試驗(yàn)期內(nèi)的155頭奶牛分為4類(lèi)：泌乳盛期(自分娩后16天至第100天)；泌乳中期(自分娩后第101天至第200天)；泌乳后期(自分娩后第201天至停奶前一天)；干奶期(自停奶日期至分娩日期之前)。

泌乳盛期、泌乳中期和泌乳后期奶牛，因懷孕時(shí)間較短或沒(méi)有進(jìn)行配種，奶牛懷孕產(chǎn)生的熱量只占到總產(chǎn)熱量的0.004%、0.30%和1.00%。而干奶牛產(chǎn)熱量中，高產(chǎn)奶牛占15.23%，所占比重相對(duì)較大。

表1 試驗(yàn)期間奶牛產(chǎn)熱信息Table 1 Heat production and HPU information of dairy cattle

注：Ht為奶牛的總產(chǎn)熱量；ΔHm為奶牛機(jī)體代謝熱；ΔHn為奶牛產(chǎn)奶產(chǎn)生的熱量；ΔHp為奶牛懷孕產(chǎn)生的熱量。

①環(huán)境溫度為20 ℃時(shí)，能產(chǎn)生1 000 W熱量的動(dòng)物數(shù)量，即為1 HPU。

Note:Htis the total heat production of dairy; ΔHmis metabolic heat of dairy; ΔHnis the heat production of milk of dairy; ΔHpis the heat production of pregnancy of dairy.

① 1 HPU is the quantity of animal producing 1 000 W in total heat at 20 ℃.

3.2 自然通風(fēng)牛舍通風(fēng)換氣量的估算

使用奶牛體重及生產(chǎn)階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用改進(jìn)的CO2平衡法對(duì)牛舍1和牛舍2的通風(fēng)換氣量進(jìn)行估算；把奶牛體重以標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量計(jì)算(荷斯坦奶牛為600 kg)時(shí)，使用CO2平衡法計(jì)算出牛舍1和牛舍2的通風(fēng)換氣量。2種方法得到的奶牛舍的通風(fēng)換氣量見(jiàn)表2。對(duì)牛舍1來(lái)說(shuō)，2種方法得到的通風(fēng)換氣量沒(méi)有顯著差異(P>0.05)，而得到的牛舍2的通風(fēng)換氣量差異顯著。主要原因是2棟牛舍內(nèi)奶牛的生產(chǎn)階段不同，牛舍1內(nèi)主要是泌乳牛，妊娠產(chǎn)熱量占總產(chǎn)熱量的比重較低，忽略妊娠產(chǎn)熱量對(duì)通風(fēng)換氣量的影響較小。而牛舍2內(nèi)主要是干奶期奶牛，妊娠產(chǎn)熱量占總產(chǎn)熱量的比重較高，忽略妊娠產(chǎn)熱量對(duì)通風(fēng)換氣量影響較大。因此，自然通風(fēng)牛舍采用CO2平衡法計(jì)算奶牛舍的通風(fēng)量時(shí)，需要考慮奶牛的生產(chǎn)階段。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，泌乳階段的奶?？梢院雎匀焉锂a(chǎn)熱量，干奶期奶牛則需要計(jì)算妊娠產(chǎn)熱量。

表2 改進(jìn)CO2平衡法和CO2平衡法得到的奶牛舍通風(fēng)換氣量Table 2 Ventilation rates of 2 dairy buildings of improved CO2 balance method and CO2 balance method m3/h

注：不同小寫(xiě)字母表示同一工況下同列數(shù)據(jù)差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Different lowercases indicate significant differences within the same columns under the same condition at 0.05 level. The same below.

3.3 牛舍的環(huán)境狀況

3.3.1試驗(yàn)期間牛舍氣體質(zhì)量濃度

試驗(yàn)期間，牛舍1舍內(nèi)平均溫度為-2～6 ℃，相對(duì)濕度為55%～80%；舍外平均溫度為-6～6 ℃，相對(duì)濕度為50%～90%；牛舍2舍內(nèi)平均溫度為0～5 ℃，相對(duì)濕度為82%～95%，舍外平均溫度為-3～4 ℃，相對(duì)濕度為82%～92%。試驗(yàn)期間奶牛舍內(nèi)環(huán)境指標(biāo)見(jiàn)表3?？梢?jiàn)，牛舍1和牛舍2的溫度沒(méi)有顯著差異(P>0.05)，牛舍1內(nèi)CO2、N2O、NH3和CH4的質(zhì)量濃度均顯著高于牛舍2(P<0.05)。

表3 奶牛舍內(nèi)氣體質(zhì)量濃度Table 3 Gas mass concentration of dairy buildings

3.3.2牛舍氣體變化特性

雖然2棟牛舍的建筑形式、管理以及奶牛的頭數(shù)和奶牛所處的生理階段都存在很大的差異，但是奶牛舍內(nèi)氣體濃度都呈現(xiàn)出明顯的晝夜變化規(guī)律(圖2)。

試驗(yàn)期間，由于放牧，牛舍1和牛舍2在放牧?xí)r間均出現(xiàn)CO2濃度低谷。在2次擠奶后2棟牛舍奶牛出現(xiàn)采食高峰，活動(dòng)頻繁，均出現(xiàn)CO2濃度高峰。奶牛在牛舍期間時(shí)舍內(nèi)CO2濃度均較高。由此可知，舍內(nèi)CO2濃度與奶牛的活動(dòng)量密切相關(guān)。

牛舍內(nèi)N2O的濃度較低，并且波動(dòng)變化不大，在試驗(yàn)期間2棟牛舍的N2O質(zhì)量濃度變化值均為1.45～1.70 mg/m3。2棟牛舍NH3濃度差別不大，在4:00—8:00舍內(nèi)濃度較低，存在白天溫度較高時(shí)，NH3濃度較高的現(xiàn)象。在8:30—10:30放牧期間，NH3濃度持續(xù)上升，這與CO2和CH4正好相反，主要原因可能是由于奶牛舍內(nèi)NH3的主要來(lái)源是糞便，在上午，溫度逐漸上升，NH3釋放量增加。

相關(guān)研究表明，奶牛舍內(nèi)CH4的主要來(lái)源是奶牛的瘤胃發(fā)酵，因此奶牛舍內(nèi)的CH4濃度主要與奶牛的代謝活動(dòng)相關(guān)。牛舍1內(nèi)，在8:30—10:30舍內(nèi)CH4濃度出現(xiàn)最低點(diǎn)，在白天10:00—20:00舍內(nèi)的CH4濃度較高，在奶牛活動(dòng)較少的夜晚CH4濃度較低。牛舍2基本呈現(xiàn)與牛舍1相似的規(guī)律，在奶牛放牧期間，CH4濃度最低。

通過(guò)上述分析可知，牛舍內(nèi)CO2和CH4的濃度均與奶牛的活動(dòng)有關(guān)，為進(jìn)一步了解CO2和CH4之間的關(guān)系，對(duì)這兩者的濃度進(jìn)行回歸分析結(jié)果見(jiàn)圖3：舍內(nèi)CO2濃度與CH4濃度之間存在一定的正相關(guān)關(guān)系(R2=0.37～0.65)。

圖2 牛舍1和牛舍2內(nèi)CO2(a)、N2O (b)、NH3(c)和CH4(d)質(zhì)量濃度晝夜變化
Fig.2 Diurnal variations of CO2(a), N2O (b), NH3(c) and CH4(d) mass concentrations in dairy building 1 and 2

圖3 牛舍1 (a) 和牛舍2 (b) 內(nèi)CO2和CH4質(zhì)量濃度之間的關(guān)系
Fig.3 Correlations between the mass concentration of CO2and CH4in dairy building 1 (a) and dairy building 2 (b)

3.4 有害氣體排放量

3.4.1冬季牛舍NH3、CH4以及N2O排放量

牛舍內(nèi)氣體排放量采用式(9)進(jìn)行估算：

Eg.HPU=8.64×104VR(Gin-Gout)ρg/Htotal

(9)

式中：Eg,HPU為每HPU氣體排放量，g/(HPU·d)；ρg為氣體質(zhì)量濃度，g/m3；Htotal為奶牛舍內(nèi)奶牛所產(chǎn)生的總熱量。

根據(jù)測(cè)量所得氣體濃度和計(jì)算所得的通風(fēng)換氣量，計(jì)算了牛舍24 h的溫室氣體和NH3的排放量，見(jiàn)表4。牛舍1的NH3和CH4排放量顯著高于牛舍2(P<0.05)，且牛舍1的NH3排放量比牛舍2高73.19%，牛舍1的CH4排放量比牛舍2高2.59倍；在N2O方面，牛舍1和牛舍2不存在顯著差異(P>0.05)。

表4 冬季牛舍NH3、CH4和N2O排放量Table 4 Emission rates of NH3, CH4 and N2O from these buildings in winter g/(HPU·d)

3.4.2NH3、CH4和N2O排放量變化

對(duì)奶牛舍進(jìn)行氣體排放量計(jì)算，得到牛舍1和牛舍2在冬季試驗(yàn)期間NH3、CH4和N2O晝夜排放量變化(圖4)?？梢钥闯?，牛舍NH3排放量的高

圖4 2棟牛舍NH3(a)、CH4(b)和N2O (c)晝夜排放量
Fig.4 Diurnal emission rates of NH3(a), CH4(b) and N2O (c) in 2 dairy buildings

峰一般出現(xiàn)在白天，因?yàn)榘滋炷膛Ｉ釡囟壬吆惋L(fēng)速增大，舍內(nèi)空氣流通性增加，奶牛舍NH3濃度增加，排放量增加。牛舍1和牛舍2 NH3排放量均在8:00—9:00大幅上升，主要是由于2棟牛舍均在上午8:30開(kāi)始清糞，在清糞過(guò)程中使得原本未暴露在空氣中的糞便暴露在空氣中，增加了NH3排放。而在晚上奶牛的活動(dòng)量較少，排泄量較小，因此奶牛舍NH3濃度降低。牛舍1和牛舍2的NH3排放量明顯不同。牛舍1白天都會(huì)出現(xiàn)2個(gè)NH3排放速率高峰，峰值一般出現(xiàn)在奶牛采食活動(dòng)的高峰期，即8:00清糞開(kāi)始以及16:00擠奶結(jié)束后。牛舍2 NH3排放量在20:00—8:00最低，白天排放高峰時(shí)間與牛舍1相同。

2棟奶牛舍的CH4的排放量在1天中都有著明顯的變化，牛舍1的CH4排放量在10:00放牧結(jié)束后一直處于較高的水平，從14:00開(kāi)始排放量下降，直到20:00才降至于牛舍2相近的水平。牛舍2的CH4排放量顯著低于牛舍1，但是在 10:00 和18:00放牧結(jié)束之后，牛舍2的CH4排放量出現(xiàn)高峰。牛舍內(nèi)N2O的排放量較小，且規(guī)律不明顯。

3.4.3溫度對(duì)NH3排放量的影響

溫度對(duì)糞便的發(fā)酵具有較大的影響，溫度升高，糞便內(nèi)脲酶的活性增強(qiáng)，糞便發(fā)酵速度增加，氨氣產(chǎn)生量增加，從而增大氨氣的排放量。以牛舍1為例，對(duì)舍內(nèi)溫度對(duì)NH3排放量的影響進(jìn)行回歸分析，結(jié)果見(jiàn)圖5：牛舍溫度升高會(huì)使牛舍NH3排放量增加，牛舍溫度與NH3的排放量呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系(R2=0.76)。

圖5 舍內(nèi)溫度對(duì)NH3排放量的影響
Fig.5 Effect of temperature on NH3emissions rate

4 討 論

4.1 牛舍溫室氣體和NH3濃度

NH3主要來(lái)源于糞便，其揮發(fā)量與糞便中NH4+的濃度、糞便表面的風(fēng)速、糞便的溫濕度和攪動(dòng)程度有關(guān)[21]。CO2主要來(lái)源于動(dòng)物呼吸。牛舍1中CO2和CH4濃度均顯著高于牛舍2，主要是由于牛舍1的放牧次數(shù)比牛舍2少，導(dǎo)致牛舍1的奶牛在畜舍的時(shí)間要長(zhǎng)，從而導(dǎo)致舍內(nèi)產(chǎn)生更多的CO2和CH4。而牛舍1內(nèi)N2O和NH3的濃度顯著高于牛舍2，主要是由于牛舍1的漏縫地板下貯存著更多的糞便和尿液，在存貯過(guò)程中在持續(xù)釋放著N2O和NH3。試驗(yàn)得到牛舍內(nèi)NH3平均質(zhì)量濃度為2.10～3.23 mg/m3，與文獻(xiàn)[22]中奶牛舍NH3質(zhì)量濃度一般保持在0.03～6.50 mg/m3相符合。試驗(yàn)監(jiān)測(cè)得到的牛舍1和牛舍2的N2O濃度均較低，平均值為1.51～1.57 mg/m3，該結(jié)果與已有研究結(jié)果[23]相似。本研究結(jié)果表明CH4和CO2存在一定的相關(guān)關(guān)系(R2=0.37～0.65)，與已有研究結(jié)果[24]相符，該研究表明CH4和CO2之比是可以通過(guò)測(cè)量舍內(nèi)CO2濃度來(lái)預(yù)測(cè)CH4濃度的變化趨勢(shì)。也有研究[25]提出了CH4和CO2存在著一定的強(qiáng)相關(guān)性(R=0.67～0.74)。

4.2 牛舍溫室氣體和NH3排放量

本研究中，牛舍1中NH3排放量顯著高于牛舍2(P<0.05)，主要可能是受到清糞次數(shù)的影響。牛舍1地面為漏縫地板，牛舍2地面為實(shí)體地面，牛舍1內(nèi)糞便2～3周清除1次，而牛舍2每天都會(huì)進(jìn)行清糞工作。實(shí)體地面牛舍的NH3排放量顯著低于漏縫地板牛舍[26]。牛舍1和牛舍2的NH3排放量為8.14～28.28 g/(HPU·d)，CH4排放量為0.19～439.20 g/(HPU·d)，這與其他研究結(jié)果相近。Wu等[27]對(duì)自然通風(fēng)奶牛舍的NH3和CH4的濃度和排放量等進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示NH3的排放水平為18～77 g/(HPU·d)，CH4的排放水平為290～230 g/(HPU·d)，CH4和NH3的濃度和排放量在1天內(nèi)呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。Zhang等[26]研究表明當(dāng)環(huán)境溫度在2～20 ℃時(shí)，NH3的排放量為10～30 g/(HPU·d)。試驗(yàn)結(jié)果表明，NH3的排放量與溫度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系(R2=0.76)，但同時(shí)也受到地面類(lèi)型和日常管理的影響。NH3的排放和舍內(nèi)溫度存在顯著正相關(guān)線性關(guān)系[28](R2=0.29～0.51)。有研究模擬了奶牛舍NH3的排放過(guò)程，認(rèn)為通過(guò)使用恰當(dāng)?shù)娘曃狗绞?、清糞方式、地板類(lèi)型等可以將奶牛舍的NH3排放量降低50%[29]。

4.3 地面類(lèi)型選擇

由本研究可知，實(shí)體地面似乎是更符合環(huán)境要求的地面類(lèi)型，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，選擇地面類(lèi)型時(shí)，除了需要考慮環(huán)境問(wèn)題外，還需要考慮動(dòng)物的健康和福利、清糞方式和造價(jià)等。與實(shí)體地面相比，漏縫地板可以保持地面的清潔[30]，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致奶牛蹄病的增加[31]，而且價(jià)格相對(duì)更高。而實(shí)體地面則需要更加頻繁的清除地面的糞尿來(lái)保持舍內(nèi)適宜濕度和地面的清潔。因此，從動(dòng)物健康的角度來(lái)說(shuō)，可能實(shí)體地面比漏縫地板更加適合奶牛的生長(zhǎng)。

5 結(jié) 論

本研究選取河南省鄭州市中荷奶牛培訓(xùn)中心的2個(gè)典型的帶有放牧場(chǎng)自然通風(fēng)奶牛舍，對(duì)舍內(nèi)溫室氣體和NH3濃度及其排放量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和計(jì)算，主要結(jié)論如下：

1)改進(jìn)的CO2平衡法估算的通風(fēng)換氣量表明通風(fēng)量與奶牛的生產(chǎn)階段有關(guān)。

2)漏縫地板牛舍的NH3和CH4濃度均顯著高于實(shí)體地面牛舍(P<0.05)，2棟牛舍N2O濃度均較低，且差異不顯著(P>0.05)。奶牛舍內(nèi)CO2和CH4的濃度存在一定的正相關(guān)關(guān)系(R2=0.37～0.65)。

3)溫度可以顯著影響舍內(nèi)NH3排放量，舍內(nèi)溫度與氨氣的排放量呈正相關(guān)關(guān)系(R2=0.76)。

4)不同的地面類(lèi)型對(duì)奶牛舍內(nèi)NH3、CH4的濃度和排放水平有顯著影響。漏縫地板牛舍比實(shí)體地面牛舍NH3的質(zhì)量濃度和排放量分別高53.81%和73.19%，漏縫地板牛舍比實(shí)體地面牛舍CH4的濃度和排放量分別高1.80倍和2.59倍。在實(shí)際生產(chǎn)中，要根據(jù)實(shí)際需求來(lái)選擇地面類(lèi)型。