一种放牧条件下藏羊甲烷排放量的测定方法与流程

本发明涉及畜牧养殖技术领域,尤其涉及一种放牧条件下藏羊甲烷排放量的测定方法。

背景技术：

甲烷(ch4)气体是反刍家畜瘤胃发酵不可避免产生的副产品，对于家畜是一种重要的能量损失，意味着家畜生产力的降低；在反刍动物瘤胃代谢过程中，瘤胃产生的甲烷是瘤胃发酵能量损失的主要原因，约有6%～15%的饲料能量以甲烷的形式被损耗。同时，甲烷是地球表面大气层中丰富的有机气体，由于其具有较强的吸收红外线能力，故对大气对流层中臭氧、一氧化碳等气体浓度产生较大的影响，从而改变了地球表面的能量平衡。在大气中，ch4对大气的温室作用是co2的21倍，是n2o的300倍，而且年均增长率为2.34%，对全球气候变暖的贡献约为15%～20%，仅次于二氧化碳的贡献率。其中，动物肠道ch4排放量占农业温室气体排放量的32%，据估算，我国动物肠道ch4排放量占世界动物肠道ch4排放总量的10%左右，其中反刍动物肠道ch4排放量占动物肠道ch4总排放量的98.7%。

因此，如何准确收集和测定反刍动物的甲烷排放量就显得至关重要。

本发明正是在以往研究的基础上，自己设计制定的一种放牧条件下藏羊甲烷排放量的测定方法，以期为放牧条件藏羊的温室气体排放提供技术支持。

目前，反刍动物ch4排放量的测定方法可分为直接测定和间接测定。直接测定主要有呼吸代谢箱法、呼吸头箱法、呼吸面罩法、六氟化硫(sf6)示踪法等。呼吸代谢箱法的基本原理是把动物置于密闭的呼吸箱内,通过测定一定时间内呼吸箱中ch4浓度的变化计算ch4排放量。呼吸头箱法是将动物整个头部固定于头箱内测定ch4浓度;呼吸面罩法测定是将动物只有口和鼻被面罩罩住，通过动物呼出的气体来检测ch4浓度。六氟化硫示踪法原理是通过测定物理性质与ch4类似的sf6的排放速度及sf6与ch4的浓度,即可计算出ch4排放量。

间接测定方法主要有人工瘤胃法和体外产气法等,这些方法通过人为模拟厌氧环境来反映瘤胃的各项生理指标。

目前，检测反刍动物ch4排放量面临二大问题:一是难以建立精确的检测体系;二是受多方面因素影响，较难获得高效可靠的数据。其中呼吸代谢箱法虽然较为精确,但成本较高,且动物要经过一定时间的训练；呼吸头箱和面罩法比代谢箱成本低,操作也较简单,但只能测定由口和鼻排出的ch4,忽略了直肠排出的部分,且戴上面罩后,会影响动物的自由采食和饮水。

技术实现要素：

为解决现有技术和实际情况中存在的上述问题，本发明提供了一种放牧条件下藏羊甲烷排放量的测定方法，包括以下步骤，

1）与藏羊瘤胃相适应的装有六氟化硫气体的渗透管的制备；

2）放牧条件下藏羊甲烷排放量测定采气装置的制备；

3）渗透管与采气装置在放牧条件下藏羊身上的安置；

4）放牧条件下藏羊甲烷排放的收集；

5）放牧条件下藏羊甲烷排放量的测定、分析与计算。

优选地，所述渗透管包括管体、接头套管螺母、聚四氟乙烯垫和玻璃料，与藏羊的瘤胃相适应，所述管体由中空的铜柱构成，开口端的外面连接有接头套管螺母，并用聚四氟乙烯垫和玻璃料覆盖，每个渗透管的底部均印有编号。

优选地，所述渗透管的制备方法是：

将渗透管清洗干净晾干后，用精确度为0.0001的电子天平称重并记录，然后将空的渗透管放入盛液氮的装置内，之后用接有三通阀的玻璃注射器从装有纯度为99.99%气体瓶中抽取六氟化硫气体，并迅速注射到渗透管内，当渗透管内被六氟化硫气体充溢完成后，迅速盖上聚四乙烯垫、玻璃料垫和接头套管螺母，接着用镊子取出渗透管置于桌钳上，并扭力扳手拧紧螺帽，然后将渗透管置于精确度为0.0001的电子天平上称重并记录。

优选地，放牧条件下藏羊甲烷排放量测定装置包括藏羊采气笼头、采气管子组件、采气罐，所述采气管子组件包括过滤装置、毛细管和快速接头，所述过滤装置、毛细管、快速接头均由美国swagelok公司提供。

优选地，所述藏羊采气笼头的制备方法为，根据所选藏羊的实际大小，用帆布条带缝合成适合大小的笼头用于固定采气管子；

所述采气罐的制备包括，采气罐在使用前先用快速接头将其连接在带有压力表和阀门的抽真空控制面板上，然后将控制面板与真空抽吸机相连接，将采气罐内抽成真空，待压力表的读数不变时迅速关闭控制面板上的阀门和真空抽吸机，拔下与采气罐连接的快速接头，并记录压力表上的读数备用。

优选地，所述放牧条件下藏羊甲烷排放的收集方法为，在放牧条件下，将预先制备好的己知释放率的渗透管通过口腔置入放牧条件下的藏羊瘤胃，并将采气装置分别固定在藏羊的头部和背部，待藏羊适应三天后进行样品采集；

所述样品采集过程如下:

第1天：在放牧条件下将渗透管通过口腔置入藏羊瘤胃；

第2、3天：分别检查藏羊的采食、饮水等健康状况，确保实验可测，并称量藏羊的体重和采食量；

第4天：在放牧条件下，将预先制备好的采气罐及采气管子组件分别固定在藏羊的身上，并准确记录开始时间；

第5-8天：在放牧条件下，随时观察藏羊口鼻部笼头和背部采气罐的固定情况，如果发生偏离及时调整；每隔24小时替换一次采气罐，同时用采气罐收集藏羊放牧环境中甲烷和六氟化硫，并详细记录开始收气时间；之后将采气罐迅速带回实验室进行分析。

优选地，所述放牧条件下藏羊甲烷排放量的测定方法为：

收样完成后，将采气罐带回实验室记录压力，然后将集气罐与稀释体系连接充入氮气，并记录最后的压力，接着将采气罐通过快速接头与气相色谱仪测定连接并测定采气罐里的甲烷和六氟化硫浓度。

优选地，放牧条件下藏羊甲烷排放量的分析采用气相色谱仪进行分析，气象色谱的分析条件如下：

进样量：1ml；

载气：纯度为99.99%的氮气，流速：30mls/min；

标气：纯度为99.99%的甲烷（ch4）、99.99%的六氟化硫气体（sf6）；

检测器：用于分析甲烷浓度的fid检测器，检测温度250℃，用于分析六氟化硫浓度的ecd检测器，检测温度250℃；

色谱柱：5a分子筛不锈钢柱，柱子老化温度：120℃，柱子工作温度温70℃。

优选地，所述气象色谱分析步骤包括：

1）气象色谱仪设置：待色谱柱老化好之后，将柱子的老化温度从120℃降到70℃，依次打开fid和ecd检测器开关，并用点火器对fid检测器点火；

2）标准曲线的制作：分别将甲烷和六氟化硫的标气稀释成不同配比（9.89ppmch4+9.98pptsf6,100.9ppmch4+151.9pptsf6,303ppmch4+308pptsf6）,建立各自的标准分析曲线；

3）分析：标准曲线建立后，先将收集好样品的采气罐用氮气加压，使其内部压力达到1200-1500mbar,然后通过快速接头和气象色谱上的进样环向色谱柱进行进样，进样的同时分别打开fid和ecd分析按钮，进行样品分析；每只羊每天收集的气样中sf6和甲烷的浓度分别测定5个重复。

优选地，所述放牧条件下藏羊甲烷排放量计算方法：

根据气象色谱的测定结果，按照下式进行计算放牧条件下藏羊甲烷排放量：

fch4=fsf6·([ch4]s-[ch4]b)/([sf6]s-[sf6]b)

fch4------放牧条件下藏羊甲烷排放量；fsf6------渗透管中sf6的释放率；

[ch4]s---------样品中甲烷的浓度；[ch4]b--------大气中甲烷的浓度；

[sf6]s---------样品中sf6的浓度;[sf6]b---------大气中sf6的浓度。

本发明是在以往研究的基础上，采用六氟化硫(sf6)示踪法，以直接测定的方式，结合生产实践，设计测定出的一种放牧条件下藏羊甲烷排放量的测定方法，其优点是可以在生产条件下直接测定反刍动物-藏羊的甲烷排放量，弥补了其它体内实测甲烷产生量技术的局限性。

本专利中测定放牧条件下藏羊甲烷排放量的方法和过程不仅投资和运行费用低，而且能够对生产条件下的大量动物进行同时测定，对于研究放牧条件下反刍动物的甲烷排放估算及其温室气体的减缓控制技术有着重要的实际意义。

附图说明

图1是本发明实施例的放牧条件下藏羊甲烷排放量的测定方法的流程图。

图2是本发明实施例的放牧条件下藏羊甲烷排放量的测定方法的渗透管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细介绍本发明技术方案。

本发明的技术原理为，将装有六氟化硫(sf6)气体、且六氟化硫释放率己知的渗透管，通过口腔投喂的方式预先置入放牧条件下藏羊的瘤胃，经过3天的适应期后，将带有毛细管和过滤装置的笼头固定在藏羊身上，并与固定在藏羊身上的预先抽成真空的采气罐通过快速接头相连；当采气罐的阀门打开时，藏羊口鼻周围的气体样品就可以稳定的速率被收集在带有编号的采气罐里；采气罐每隔24小时换一次，每只羊连续收集5天的样品，同时收集环境中气体的样品；样品收集后，将采气罐带回实验室缓慢充氮使其达到正压,然后通过气相色谱法测定甲烷和六氟化硫的浓度，最后通过样本中甲烷和六氟化硫的浓度比率以及渗透管中六氟化硫的释放率来计算放牧条件下甲烷的释放率并最终计算出放牧条件下每只羊的甲烷排放量。

如图1所示，本发明放牧条件下藏羊甲烷排放量的测定方法包括以下步骤：

1）与藏羊瘤胃相适应的装有六氟化硫气体的渗透管的制备；

2）放牧条件下藏羊甲烷排放量测定采气装置的制备；

3）渗透管与采气装置在放牧条件下藏羊身上的安置；

4）放牧条件下藏羊甲烷排放的收集；

5）放牧条件下藏羊甲烷排放量的测定、分析与计算。

如图2所示，sf6渗透管管体由中空的铜柱1构成，开口端的外面连接有接头套管螺母2，并用聚四氟乙烯垫和玻璃料覆盖，每个渗透管的底部均印有编号

将渗透管清洗干净晾干后，用精确度为0.0001的电子天平称重并记录，然后将空的渗透管放入盛液氮的装置内，之后用接有三通阀的玻璃注射器（100m1）从装有纯度为99.99%气体瓶中抽取六氟化硫气体，并迅速注射到渗透管内，当渗透管内被六氟化硫气体充溢完成后，迅速盖上聚四乙烯垫、玻璃料垫和接头套管螺母，接着用镊子取出渗透管置于桌钳上，并扭力扳手拧紧螺帽，然后将渗透管置于精确度为0.0001的电子天平上称重并记录

将上述制备好的渗透管置入用纯氮气清洗过的玻璃容器内，置于39℃恒温水浴箱内，每天定时用精确度为0.0001的电子天平测定渗透管的重量并记录，连续测定六周后根据时间和渗透管的重量建立依次回归方程，并计算出每个渗透管的渗透速率。

根据所选藏羊的实际大小，用帆布条带缝合成适合大小的笼头用于固定采气装置。

完整的采气管子组件主要包括过滤装置、毛细管、快速接头等，该套设备的材料均由美国swagelok公司提供。

采气罐根据实际需要制作而成。采气罐在使用前先用快速接头将其连接在带有压力表和阀门的抽真空控制面板上，然后将控制面板与真空抽吸机相连接，将采气罐内抽成真空，待压力表的读数不变时迅速关闭控制面板上的阀门和真空抽吸机，拔下与采气罐连接的快速接头，并记录压力表上的读数备用。收样完成后，将采气罐带回实验室记录压力，然后将采气罐与稀释体系连接充入氮气，并记录最后的压力（最大不超过1500mbar），接着将采气罐通过快速接头与气相色谱仪测定连接并测定采气罐里的甲烷和六氟化硫浓度。

将预先制备好的己知释放率的渗透管通过口腔置入放牧条件下的藏羊瘤胃，并将采气上述装置分别固定在藏羊的头部和背部，待藏羊适应三天后进行样品采集。

样品采集集过程如下:

实验第1天：将渗透管置入藏羊体内。

第2、3天：分别检查藏羊的采食、饮水等健康状况，确保实验可测，并称量藏羊的体重和采食量。

第4天：将预先制备好的采气罐及采气装置分别固定在藏羊的身上，并准确记录开始时间。

第5-8天：随时观察藏羊口鼻部笼头和背部采气罐的固定情况，如果发生偏离应及时调整。每隔24小时替换一次采气罐，同时用采气罐收集藏羊放牧环境中甲烷和六氟化硫的浓度，并详细记录开始收气时间。之后将采气罐迅速带回实验室进行分析。

放牧条件下藏羊甲烷排放量的分析与计算

放牧条件下藏羊甲烷排放量的分析采用气相色谱仪(岛津gc-2014)进行分析，气象色谱的分析条件如下：

进样量：1ml

载气：纯度为99.99%的氮气，流速：30mls/min。

标气：纯度为99.99%的甲烷（ch4）、99.99%的六氟化硫气体（sf6）

检测器：fid检测器（用于分析甲烷浓度），检测温度250℃，ecd检测器（用于分析六氟化硫浓度），检测温度250℃

色谱柱：5a分子筛不锈钢柱，柱子老化温度：120℃，柱子工作温度温70℃。

气象色谱分析步骤：

①气象色谱仪设置：待色谱柱老化好之后，将柱子的老化温度从120℃降到70℃，依次打开fid和ecd检测器开关，并用点火器对fid检测器点火。

②标准曲线的制作：分别将甲烷和六氟化硫的标气稀释成不同配比（9.89ppmch4+9.98pptsf6,100.9ppmch4+151.9pptsf6,303ppmch4+308pptsf6）,建立各自的标准分析曲线。

③分析：标准曲线建立后，先将收集好样品的采气罐用氮气加压，使其内部压力达到1200-1500mbar,然后通过快速接头和气象色谱上的进样环向色谱柱进行进样，进样的同时分别打开fid和ecd分析按钮，进行样品分析。每只羊每天收集的气样中sf6和甲烷的浓度分别测定5个重复。

放牧条件下藏羊甲烷排放量计算

根据气象色谱的测定结果，按照下式进行计算放牧条件下藏羊甲烷排放量：

fch4=fsf6·([ch4]s-[ch4]b)/([sf6]s-[sf6]b)

fch4------放牧条件下藏羊甲烷排放量；fsf6------渗透管中sf6的释放率；

[ch4]s---------样品中甲烷的浓度；[ch4]b--------大气中甲烷的浓度；

[sf6]s---------样品中sf6的浓度;[sf6]b---------大气中sf6的浓度。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。