一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法
【专利摘要】本发明涉及一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，是利用密封式呼吸代谢箱-气相色谱法结合的方法测定反刍家畜温室气体排放量，步骤如下：制作可移动密封式呼吸代谢箱；试验反刍家畜的适应；温室气体样品采集方法；温室气体样品中CO2、CH4和N2O含量检测；计算反刍家畜温室气体排放速率。本发明可以方便、准确的测量反刍家畜温室气体排放速率，可以帮助完善畜牧源温室气体排放清单，同时提供了一种筛选优质饲料的方法，为实现反刍家畜的温室气体减排提供支持，最终实现畜牧养殖产业具有经济和环保的双重效益，具有经济，简单，易操作，结果准确等特点，适用于反刍家畜温室气体排放速率的测定。
【专利说明】一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于大气环境监测领域，涉及一种温室气体的测定方法，具体地说，是提供 一种用于测定反刍家畜温室气体（〇)2、〇14和队〇)排放量的方法。
【背景技术】
[0002] 温室气体是指大气中自然或人为产生的气体成分，如二氧化碳（C02)、甲烷（CH 4)、 氮氧化物（N2ox)等，这些气体能够吸收和释放地球表面、大气和云层发出的热红外辐射光 谱内特定波长的辐射，进而导致温室效应。工业革命以来，社会生产活动使得大气中温室气 体浓度持续上升。全球范围内，畜牧业生产成为一个主要的温室气体排放源，牲畜及其副产 品实际上至少排放325. 64亿吨C02当量的温室气体（Goodland R.，2009)。可见，畜牧业生 产对温室效应和气候变化具有一定的推动作用。
[0003] 反刍家畜生产环节主要排放C02、CH4和N20三种温室气体，C0 2主要来自于动物的 呼吸过程；CH4主要来自饲料化合物在瘤胃中发酵，也有极少量的CH 4在动物粪便管理过程 中产生；N20主要在粪便管理过程中产生。在100年时间尺度上，01 4的全球增温潜势（Global warming potential，GWP)约为C02的25-28倍，N20的全球增温潜势约为C0 2的296-300倍。
[0004] 藏系绵羊和牦牛是青藏高原地区的主要家畜品种，两者均是反刍动物，由于其数 量庞大，在高原地区畜牧生产过程中定然会向大气中排放大量的温室气体。据统计，我国牦 牛每年大约排放33. 38万吨的CH4 (冯仰廉，2012)。但是，青藏高原地区反刍家畜（牦牛和 藏系绵羊）温室气体排放的系统研究工作进行的相对较少。在此背景下，积极探求一种能 够测量青藏高原反刍家畜温室气体排放的方法，对于完善畜牧源温室气体排放清单具有积 极的推动作用。存在的测量反刍家畜温室气体排放速率的方法主要有呼吸面罩法，示踪法， 体外产气法等，但是，这些方法在操作的过程都具有一定的局限性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，以解决上述问 题。
[0006] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0007] -种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，利用密封式呼吸代谢箱-气相色谱法 结合的方法测定反刍家畜温室气体排放速率，具体步骤为：
[0008] 制作可移动密封式呼吸代谢箱：可移动式密封袋谢箱包括代谢笼，密封罩，底座三 部分，代谢笼由铁丝网片焊接而成，边框用角铁加固，代谢笼长200-220cm，宽150-170cm， 高170-180cm ;密封罩由聚乙烯板制成，密封罩四周用角铁加固，密封罩长240-260cm，宽 170-190cm，高180-190cm ;代谢笼焊接在底座上，底座由不锈钢板制成，密封罩与底座契 合，底座四周设置有水封槽，水封槽宽6cm，高6cm，底座底部设有四个滚动轮，底座前侧安 装有扶手，可方便以移动整个呼吸代谢箱。代谢笼顶部安装有两个电池驱动的风扇，代谢笼 安装一扇门便于动物进出代谢笼，侧壁上固定有便携式温湿度计，密封罩的侧壁上接有带 三通阀的采气管。
[0009] 试验反刍家畜的适应：试验前，试验动物经过一定的预饲期，掌握动物在自然状态 下的自由采食量，正式试验前，将动物引入代谢笼内进行为期3?5天的适应阶段。
[0010] 温室气体样品采集方法：进行全天间断性气体采集，每小时一次，为时30mim。首 先将经过适应的动物（3只藏系绵羊或1只牦牛）引入代谢笼，将代谢笼的门关闭固定，接 通风扇用以搅匀箱内气体，将水封槽注满水，调节密封罩与水封槽契合；此时，整个呼吸代 谢箱构成密闭空间，立即用带有三通阀的针管采集呼吸箱内的气体样品，准确记录采气时 间，针管编号，箱内温度，湿度。间隔l〇min取气一次，30min内采集4次。采集气体完毕，将 密封罩提起，通风散气。
[0011] 温室气体样品中C02、CH4和N20含量检测：选用安装有离子火焰检测器（FID)和 电子捕获检测器（EO)的气相色谱仪（如Agilent7890A GC System(Agilent，Hewlett Packard，USA))进行温室气体样品检测。采用GC-7890A气相色谱仪的工作条件为：0) 2和 CH4用离子火焰检测器（FID)检测，载气为高纯氮气，检测器工作温度为250°C ;N20采用电 子捕获检测器（E⑶）检测器检测，载气为高纯氮气，检测器工作温度为300°C。
[0012] 计算反刍家畜温室气体排放速率：根据呼吸代谢箱内温室气体浓度变化速率 (dc/dt)，时间（t)和呼吸代谢箱的体积（V)计算试验反刍家畜温室气体排放速率以及日排 放总量。
[0013] 优选地，气体样品采集要用带三通阀的试验用针管，每次采气体量90-100ml。
[0014] 优选地，温室气体样品浓度检测时，用色谱仪中离子火焰检测器（FID)分析温室 气体样品中C0 2和CH4，载气为高纯氮气，检测器工作温度为250°C。
[0015] 优选地，温室气体样品浓度检测时，用色谱仪中电子捕获检测器（ECD)检测温室 气体样品中的N 20,载气为高纯氮气，检测器工作温度为300°C。
[0016] 优选地，温室气体样品浓度检测时，每管样品向色谱仪的进样口注入20_25ml气 体样品，检测时间为7mim。
[0017] 与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：本发明可以准确的，快速的监测反刍 家畜温室气体排放，其测的数据与其他测量方法得出的结果相近。与呼吸面罩法相比，本发 明描述的方法操作起来更安全，动物也能相对的自由活动，（呼吸箱的体积为7. 99m3,可以 满足动物活动需要。）测量的结果更能接近动物实际情况。
[0018] 本发明的一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，装置制作简单，呼吸代谢箱 的大小还可以根据试验动物大小和数目进行增减，且便于可以拆卸和运输，能克服试验成 本昂贵和环境恶劣等不利因素，该装置可以长期使用，适用于用来测定高原反刍家畜温室 气体排放量。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明实施例的流程示意图；
[0020] 图2为本发明实施例的可移动密封式呼吸代谢箱的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021] 以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描 述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本 发明所保护的范围。
[0022] 实施例1
[0023] 不同年龄梯度藏系绵羊温室气体排放比较
[0024] 不同年龄梯度藏系绵羊温室气体排放比较，如图1所示，具体步骤如下：
[0025] 101，制作可移动密封式呼吸代谢箱：如前所述，密封袋谢箱包括代谢笼，密封罩， 底座三部分，代谢笼由铁丝网片制作而成，边框用角铁加固，代谢笼长220cm，宽150cm，高 170cm ;密封罩由聚乙烯板制成，四周用角铁加固，密封罩长240cm，宽180cm，高180cm ;代谢 笼焊接在底座上，底座由不锈钢板制成，密封罩与底座契合，底座四周设有水封槽，水封槽 宽6cm，高6cm。代谢笼顶部有2个风扇，代谢笼侧壁上安装一扇小门，代谢笼上安装有便携 式温湿度计。密封罩侧壁上固定一根接三通阀的采气管。
[0026] 如图2所示，其中可移动密封式呼吸代谢箱包括底座1、代谢笼4、密封外壳5和支 架8,所述代谢笼4用于安置试验动物，所述代谢笼4侧壁安装有一扇门3,所述代谢笼4顶 部安装有两个风扇6,风扇电源为充电电瓶7,固定在代谢笼4顶部铁丝网上，所述代谢笼4 侧壁装有便携式温度计12和湿度计13,所述密封外壳5与底座1的水封槽2契合，起到密 封作用，所述密封外壳5侧壁安装有接三通阀的采气管14,底座1底部装有四个滚动轮16， 所述底座1的宽边装有扶手15,用于移动代谢箱，所述支架8顶部中央安装有导链9,用于 吊起密封外壳5,所述导链通过吊绳10与密封外壳5顶部四角处的挂环11相接。
[0027] 102,试验反刍家畜的适应：选择1岁（均重31. 5±2. 4kg)，2岁（均重 41. 7±1. 9kg)，3岁（均重50. 4±2. 6kg)的藏系绵羊各7只，进行为期14天的预饲期，每 日8 :00和17 :00给藏系绵羊投放精饲料，精饲料补饲后，期间添加青干草，自由饮水。预 饲期的目的是掌握藏系绵羊的采食量，试验前将藏系绵羊放入代谢笼中进行4天的适应阶 段，促进动物适应呼吸代谢箱内的环境。
[0028] 103,温室气体样品采集：在每个年龄梯度中，选取3只藏系绵羊引入代谢笼内，进 行全天间断性监测，每小时测量1次，为时30mim。具体步骤如下：将动物安置在代谢笼内， 接通风扇搅匀箱内气体，将水封槽注满水，调节密封罩与水封槽契合，整个呼吸代谢箱构成 密闭空间，立即用接有三通阀的实验用针管采集气体，记录时间，针管编号，代谢箱内温度， 湿度。间隔l〇min取气一次，30min内共取气体4次。采气结束是将密封罩移开，通风散气 30min。每天进行24次，连续采集4天。期间，每天按指定时间给动物投放饲料，自由饮水， 以保证其正常的生理活动。
[0029] 104,利用气相色谱仪（GC-7890A)检测温室气体样品中C02、CH 4和N20含量。
[0030] 105,计算藏系绵羊温室气体的每小时排放速率。通过累加24h的排放速率，得到 温室气体日排放总量。
[0031] 试验藏系绵羊的日粮的精料为购买颗粒料，粗料为青干草。日粮的化学组分如表 1所述。
[0032] 表1，试验期间藏系绵羊日粮的化学组分（％ )
[0033]
【权利要求】
1. 一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，其特征是利用密封式呼吸代谢箱-气相 色谱法结合的方法测定反刍家畜温室气体排放量，具体步骤为： 制作可移动密封式呼吸代谢箱：可移动式密封袋谢箱包括代谢笼，密封罩，底座三部 分，代谢笼由铁丝网片焊接而成，边框用角铁加固，代谢笼长200-220cm，宽150-170cm， 高170-180cm ;密封罩由聚乙烯板制成，密封罩四周用角铁加固，密封罩长240-260cm，宽 170-190cm，高180-190cm ;代谢笼焊接在底座上，底座由不锈钢板制成，密封罩与底座契 合，底座四周设置有水封槽，水封槽宽6cm，高6cm，底座底部设有四个滚动轮，底座前侧安 装有扶手，可方便以移动整个呼吸代谢箱。代谢笼顶部安装有两个电池驱动的风扇，代谢笼 安装一扇门便于动物进出代谢笼，侧壁上固定便携式温湿度计，密封罩的侧壁上接有带三 通阀的采气管。 试验反刍家畜的适应：试验前，试验动物经过一定的预饲期，掌握动物在自然状态下的 自由采食量，正式试验前，将动物引入代谢笼中进行为期3?5天的适应阶段。 温室气体样品采集方法：进行全天间断性气体采集，每小时一次，为时30mim。首先将 经过适应的动物（3只藏系绵羊或1只牦牛）引入代谢笼，将代谢笼的门关闭固定，接通风 扇用以搅匀箱内气体，将水封槽注满水，调节密封罩与水封槽契合；此时，整个呼吸代谢箱 构成密闭空间，立即用带三通阀的针管采集呼吸箱内的气体样品，准确记录采气时间，针管 编号，箱内温度和湿度。间隔lOmin取气一次，30min内采集4次。采集气体完毕，将密封罩 提起，通风散气。 温室气体样品中〇)2、〇14和队0含量检测：选用安装有离子火焰检测器（FID)和电子捕 获检测器（ECD)的气相色谱仪（如Agilent 7890A GC System(Agilent，Hewlett Packard， USA))进行温室气体样品检测。采用GC-7890A气相色谱仪的工作条件为：0)2和014用离子 火焰检测器（FID)检测，载气为高纯氮气，检测器工作温度为250°C;N 20采用电子捕获检测 器（E⑶）检测器检测，载气为高纯氮气，检测器工作温度为300°C。 计算反刍家畜温室气体排放速率：根据呼吸代谢箱内温室气体的浓度变化速率（dc/ dt)，时间（t)和呼吸代谢箱的体积（V)计算试验反刍家畜温室气体排放速率以及日排放总 量。
2. 权利要求1所述的一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，其特征在于，气体样 品采集要用带三通阀的试验用针管，每次采气体量90-100ml。
3. 权利要求1所述的一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，其特征在于，温室气 体样品浓度检测时，用色谱仪中离子火焰检测器（FID)分析温室气体样品中0) 2和014，载 气为高纯氮气，检测器工作温度为250°C。
4. 权利要求1所述的一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，其特征在于，温室气 体样品浓度检测时，用色谱仪中电子捕获检测器（ECD)检测温室气体样品中的凡0,载气为 高纯氮气，检测器工作温度为300°C。
5. 权利要求1所述的一种测定反刍家畜温室气体排放量的方法，其特征在于，温室气 体样品浓度检测时，每管样品向色谱仪的进样口注入20-25ml气体样品，检测时间为7mim。
【文档编号】G01N1/22GK104267127SQ201410550621
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】徐田伟, 胡林勇, 徐世晓, 李善龙, 赵娜, 关定国, 都耀庭, 葛世栋 申请人:中国科学院西北高原生物研究所