Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

نموذج مختبر-مقياس لتقييم الرائحة وتركيزات الغازات المنبعثة من أعماق أسرة حزمة السماد الطبيعي

Published: July 19, 2018 doi: 10.3791/57332
Automatic Translation
1
1USDA ARS U.S. Meat Animal Research Center

Summary

قد وضعت بروتوكولا لقياس الغازات والروائح الكريهة، وتكوين المغذيات في حزم توسيع معمل السماد مزدوجين، التي يمكن استخدامها لدراسة السبل الكفيلة بتحسين جودة الهواء في مرافق المواشي التجارية استخدام حزم السماد أسرة عميقة.

Abstract

وضع نموذج حزمة مزدوجين محاكاة تحجيم مختبر لدراسة نوعية الهواء وتكوين المغذيات من حزم أسرة العميقة المستخدمة في مرافق مونو-المنحدر الماشية. وقد استخدم هذا البروتوكول لتقييم فعالية العديد من مواد مختلفة من الأسرة، والمتغيرات البيئية (درجة الحرارة والرطوبة)، وإمكانات تخفيف العلاجات التي يمكن أن تحسن نوعية في مرافق تجارية مونو-منحدر عميق أسرة الهواء. النموذج دينامي ويسمح للباحثين جمع العديد من القياسات الكيميائية والفيزيائية بسهولة من حزمة مزدوجين. القياسات الأسبوعية، التي تم جمعها على مدى ستة إلى سبعة أسابيع، يتيح وقتاً كافياً لمشاهدة التغييرات في قياسات نوعية الهواء على مر الزمن نضوج حزمة مزدوجين. البيانات التي تم جمعها من حزم مزدوجين محاكاة ضمن التركيزات سابقا يقاس في مرافق تجارية مونو-منحدر عميق أسرة. وقد أثبتت الدراسات السابقة أن 8-10 وحدات تجريبية للمعاملة الواحدة تكفي لكشف الفروق الإحصائية بين حزم مزدوجين المحاكاة. يتم حزم مزدوجين سهلة للحفاظ على، التي تتطلب أقل من 10 دقيقة عمل كل حزم مزدوجين أسبوعيا لإضافة البول والبراز، والأسرة. ويتطلب جمع العينات باستخدام نظام أخذ العينات الغاز 20-30 دقيقة لكل حزمة مزدوجين، اعتماداً على القياسات التي يتم جمعها. يسمح استخدام حزم مزدوجين تحجيم مختبر الباحث لمراقبة المتغيرات مثل درجة الحرارة والرطوبة ومصدر الأسرة التي يصعب أو يستحيل التحكم في البحث أو منشأة تجارية. في حين لا محاكاة ظروف "العالم الحقيقي"، محاكاة الكمال بأسره حزم بمثابة نموذج جيد للباحثين استخدام لفحص الفروق في المعاملة بين مزدوجين حزم. يمكن إجراء العديد من الدراسات على نطاق المختبر للقضاء على العلاجات الممكنة قبل محاولة منهم في البحث أو مرفق الحجم التجاري.

Introduction

مرافق الولادة الأبقار خيار إسكان الشعبي في الغرب الأوسط والسهول العظمى العلوي. مرافق الولادة أكثر شيوعاً في هذه المنطقة من "السهول الجنوبية" للمنطقة يتلقى أكثر من هطول الأمطار السنوية، مما يخلق المزيد من الجريان السطحي الأبقار التي يجب أن تكون موجودة. اختيار العديد من المنتجين لبناء حظائر مونو-المنحدر للأبقار. وكانت الأسباب الرئيسية المشار إليها من قبل المنتجين لاختيار منشأة مونو-المنحدر القدرة على إزالة الجدول الزمني للعمل والسماد، وتحسين الأداء بالمقارنة مع فتح الكثير الحمى1. غالبية منتجي الماشية (72.2%) باستخدام الحظائر مونو-المنحدر الحفاظ على حزمة مزدوجين لدورة واحدة من الماشية أو أطول، باستخدام نظام إدارة الأسرة عميق للفراش والنفايات1. المواد الأسرة الأكثر شيوعاً المستخدمة ستوفر الذرة، على الرغم من أن التقرير المنتجين استخدام قش فول الصويا وقش القمح والذرة الكيزان ونشارة الخشب1. بسبب الطلب الإقليمي للأسرة ستوفر الذرة، كان العديد من منتجي مهتمين بمواد الأسرة البديلة التي يمكن استخدامها في مرافق مونو-المنحدر. بالإضافة إلى الاقتصاد وراحة الحيوان، شكك منتجي المواد الأسرة كيفية تأثير بيئة المرفق، بما في ذلك إنتاج الغازات معطر، وتكوين المغذيات الناتجة عن السماد/الأسرة، ووجود مسببات الأمراض.

وأجريت دراسات قليلة لقياس نوعية الهواء الناتجة عن الأسرة مختلف المواد المستخدمة في الإسكان الماشية، مع تركز معظم فقط على الأمونيا. معظم التقييمات السابقة لنوعية الهواء وتشمل جمع البيانات على مستوى المزرعة مع واحد أو اثنين من وحدات تجريبية كل العلاجات يجري تحليله في وقت واحد2،3،،من45. محدودة أرقام الوحدات التجريبية يتطلب الدراسة أن تتكرر عدة مرات، ومن ثم إضافة متغيرات إضافية مثل ظروف الطقس أو العمر أو مرحلة من مراحل إنتاج الحيوانات، وربما الفراش المواد المنتجة في مواسم الزراعة المختلفة .

مع أنه لا يوجد نموذج مختبر تحجيم المعروفة لدراسة العوامل التي تؤثر على نوعية الهواء وتكوين المغذيات من السماد/الفراش حاولت المخلوط الناتج عن لحوم البقر أسرة عميق مرافق مونو-المنحدر، الباحثين أولاً الاستفادة من مرافق المواشي التجارية باستخدام نظام أسرة عميق6،،من78. واستخدمت الدوائر تدفق ثابت لقياس تركيزات3 NH على السطح من مرافق مونو-منحدر عميق مزدوجين الماشية على مدى 18 شهرا فترة6. وقيست أقلام اثنين في كل من حظائر اثنين. سيقان الذرة المقطعة كانت مواد الفراش المفضل، ولكن سيقان القمح سترو وفول الصويا واستخدمت أيضا للأسرة خلال فترات قصيرة من هذا المشروع. الفراش، استخدام تراوحت 1.95 3.37 كجم الحيوان كل يوم والقلم كثافة تتراوح بين 3.22-6.13 م2 للحيوان الواحد. الدراسات اللاحقة قياس انبعاثات الأمونيا وكبريتيد الهيدروجين من الحظيرة7، وتركيزات الجسيمات خارج الحظيرة8. وأجريت هذه الدراسات على مدى سنوات 2 استخدام مواقع الحظيرة اثنين إلى أربعة. ويتمثل التحدي مع جمع البيانات على مستوى المزرعة الافتقار إلى عنصر تحكم يحتوي البحوث على النظام. المنتجين تغيير النظام الغذائي والمواشي، نقل الحيوانات من القلم للقلم، واستخدام الأسرة المواد من مصادر مختلفة، ونظيفة والأقلام السرير إعادة إنتاجها ويسمح لقوة العمل، وبالتالي الخلط العديد من المتغيرات. البحث على مستوى المزرعة ينطوي أيضا على مصاريف السفر وكميات كبيرة من العلاجات التجريبية (مثل الفراش المواد). وكان الهدف من هذا المشروع وضع نموذج على نطاق مختبر التي يمكن أن تستخدم لدراسة العوامل التي تؤثر على نوعية الهواء وإدارة المغذيات في مرافق مونو-منحدر عميق أسرة الماشية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تم تصميم الدراسة إجراء أكثر من 42 يوما مع جمع البيانات الأسبوعية. استعراض جميع الإجراءات الحيوان ووافق لنا اللحوم الحيوانية بحوث مركز المؤسسية الحيوان الرعاية واستخدام اللجنة.

1-بناء محاكاة أسرة حزم

  1. تبدأ بحاويات بلاستيكية اسطوانة التي 0.42 متر عالية يبلغ قطرها 0.38 م.
    ملاحظة: في هذه الدراسة، كان حاوية المهملات التجارية 10-جالون خاص واحد المستخدمة (انظر الجدول للمواد)، ولكن حاويات بلاستيكية أخرى مماثلة الحجم ستكون مناسبة.
  2. حفر ستة 1 سم ثقوب متساوية حول المحيط الحاويات البلاستيكية في كل حاوية بلاستيكية حوالي 5 سم أعلى الحاوية البلاستيكية. قم بإزالة أي مخلفات البلاستيك من الحاوية.
  3. تغليف الحاويات البلاستيكية وتسجيل كتلة على جانب حاوية بلاستيكية. تزن 320 غرام مادة الأسرة المحدد في عموم تزن استخدام توازن وإضافة الأسرة المادية إلى حاوية بلاستيكية.
    ملاحظة: أي مادة الأسرة تعتبر مناسبة للاستخدام في مرافق المواشي يمكن أن تكون استخدمت9،10،11،،من1213،،من1415. للنمذجة مرافق المواشي مزدوجين العميق في السهول الكبرى العلوي، ستوفر الذرة تعتبر الأكثر شيوعاً الفراش المواد1 ولكن ستوفر فول الصويا، قش القمح، ورقائق الخشب وكانت أيضا تستخدم1. في حالة استخدام هذا النظام لمرافق الخنازير أو منتجات الألبان النموذجية أسرة العميق، قش القمح، قش الشعير، الشوفان سترو، القش، ونجارة الخشب، ورقائق الخشب، نشارة الخشب، صحيفة، الكيزان الذرة، قش فول الصويا، الأرز بدن، أو الرمل قد يكون أكثر ملاءمة16،17 ،18.
  4. تزن 320 غرام الأبقار الطازجة البراز بلاستيك على لوحة باستخدام الرصيد وإضافة إلى حاوية بلاستيكية.
    ملاحظة: البول والبراز يتم جمعها وأن تحتفظ كما هو موضح سابقا11.
  5. قياس 320 مل بول الأبقار الطازجة في 1000 مل اسطوانة. المحتويات فارغة في حاوية بلاستيكية. قضيب التحريك (محيط 5.08 سم)، باستخدام مزيج خليط المواد الفراش قليلاً لمدة 30 ثانية.
    ملاحظة: في هذه الحالة، قضيب معدني أجوف بغطاء بلاستيكي على النهاية استخدمت. وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام أي نوع من قضيب.
  6. تنظيف نهاية قضيب إثارة بين كل حزمة مزدوجين باستخدام مسح التخلص مطهر لمنع التلوث المتبادل للميكروبات.
    ملاحظة: دلو من الماء الدافئ والصابون أيضا استخدامها لتنظيف قضيب إثارة. كيس ساندويتش بلاستيكي يمكن أيضا المضمون مع شريط المطاطي إلى نهاية القضيب واستبداله بعد كل أسرة حزمة منع حدوث التلوث المنتقل.
  7. زن وسجل الكتلة النهائي المخلوط الفراش. ضع حاوية بلاستيكية في دائرة البيئة19 تعيين إلى درجة حرارة المحيطة من 18-20 درجة مئوية مع نقطة الندى 12 درجة مئوية.

2-الاحتفاظ محاكاة أسرة حزم

  1. ثمان وأربعين ساعة قبل إضافة البراز والبول، وإزالة البول والبراز المجمدة من الثلاجة وتسمح بالتحسن في درجة حرارة الغرفة (20-25 ˚C).
  2. أقل من ساعة قبل إضافة البول لحزمة مزدوجين، قياس الرقم الهيدروجيني للبول.
  3. وضع على معدات الحماية الشخصية المناسبة (القفازات، ونظارات السلامة) اللازمة للتعامل مع 6 م هيدروكسيد الصوديوم.
  4. صب 25 مل هيدروكسيد الصوديوم 6 أمتار (هيدروكسيد الصوديوم) الاسطوانة. يحرك الخليط، ثم اختبار درجة الحموضة باستخدام مجس pH. كرر حتى يصل البول إلى درجة الحموضة 7.4، الأس الهيدروجيني الفسيولوجي20.
  5. عندما يتم ضبط الأس الهيدروجيني للبول، استبدال الغطاء على الحاوية البول عندما لا تكون قيد الاستعمال لمنع تطاير النيتروجين من البول.
  6. زن وسجل كتلة حزمة مزدوجين. إذا كانت الأسرة جديدة تضاف في هذا اليوم، تزن 320 غرام من اختيار الفراش المواد في عموم الألومنيوم استخدام الرصيد وإضافة مواد الفراش بكل حزم مزدوجين. إذا كان لا الأسرة التي ستضاف في هذا اليوم، لا تزال 2.7 خطوة.
  7. تزن 320 ز المذابة الماشية البراز بلاستيك على لوحة باستخدام الرصيد وإضافة إلى حزمة مزدوجين.
    ملاحظة: في يوم 21، استخدام البراز الطازج بدلاً من البراز المذابة.
  8. قياس 320 مل بول الماشية المذابة في 1000 مل اسطوانة. محتويات فارغة على حزمة مزدوجين.
    ملاحظة: في 21 يوما، استخدام البول الطازجة بدلاً من البول المذابة.
  9. استخدام قضيب إثارة، يحرك الخليط حزمة الأسرة قليلاً لمدة 30 ثانية. تنظيف البلاستيك نهاية قضيب إثارة بين كل حزمة مزدوجين لمنع التلوث المتبادل للميكروبات. زن وسجل الكتلة النهائي المخلوط الفراش.
  10. إرجاع الحاويات البلاستيكية في دائرة البيئة.
  11. كرر الخطوات من 2.1-2.10 في يوم الاثنين والأربعاء والجمعة من كل أسبوع، مع الفراش، تتم إضافة المواد (الخطوة 2.6) وعينات من الهواء جمعت كل يوم الأربعاء.

3-جمع العينات من حزم مزدوجين المحاكاة

ملاحظة: يتم جمع عينات من حزم مزدوجين محاكاة مرة واحدة أسبوعيا، قبل إضافة البراز والبول، والفراش الطازجة.

  1. وتستعد لجمع عينات من الهواء من headspace كل حزمة مزدوجين المحاكاة.
    1. قم بتشغيل جميع معدات أخذ العينات من الهواء والسماح للاحماء وفقا لإرشادات الشركة المصنعة، ما يقرب من 1 ساعة.
      ملاحظة: انظر الجدول للمواد للأمونيا (NH3) وكبريتيد الهيدروجين (H2S)، والميثان (CH4)، وأكسيد النيتروز (ن2س) ومحللات غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) المستخدمة في هذه الدراسة.
    2. قياس المسافة من الجزء العلوي من حزمة مزدوجين المحاكاة إلى الجزء العلوي من الحاويات البلاستيكية عقد حزمة مزدوجين المحاكاة باستخدام مسطرة.
    3. حساب حجم المنطقة headspace باستخدام الصيغة التالية:
      Equation 1
      حيث r = نصف قطر الحاويات البلاستيكية،
      ح = المسافة من الجزء العلوي من حزمة مزدوجين إلى الجزء العلوي من الحاويات البلاستيكية، و
      Vالدائرة الجريان = حجم الدائرة التمويه الموجود أعلى الحاوية البلاستيكية.
      ملاحظة: الدوائر التمويه المستخدمة في هذه الدراسة كانت وحدة تخزين داخلية 0.007 م3 مع مساحة م 0.064،من21إلى22.
    4. دفع مصلحة معادن حوالي 5 سم إلى سطح حزمة مزدوجين في المركز التقريبي للحزمة. مؤشر ترابط الأنابيب خامل 0.64-سم عن طريق واحدة من الثقوب 1 سم في الجزء العلوي من كل حاوية حزمة مزدوجين المحاكاة وآمنة في مصلحة معادن 12.5 سم 1.3 سم فوق سطح حزمة الأسرة. ضع الفولاذ المقاوم للصدأ تدفق ثابت نصف كروية الدوائر21،22 مع تنورة المطاط على رأس كل حزمة مزدوجين محاكاة (الشكل 1).
      ملاحظة: تنانير المطاط هي المربعات 61 سم مصنوعة من المطاط لينة، مرنة مع ثقوب قطرها 22.9 سم قطع في المركز. الثقب يناسب على قاعة التمويه وتنورة شكل ختم على أعلى الحاوية البلاستيكية عند وضعها في الحاوية.
    5. إرفاق الأنابيب خامل 0.64-سم الدوائر التمويه باستخدام تركيبات ضغط خاملة.
      ملاحظة: مرفق الأنابيب خامل المتشعبة أخذ عينات الغاز الذي يغذي معدات أخذ عينات الهواء. نظام أخذ العينات الغاز يسيطر "التتابع منطق قابلة للبرمجة" 24 فولت (انظر الجدول للمواد) التي إشارات متعددة الموضعية لولبية 3-طريقة فتح وإغلاق أحد خطوط مدخل الهواء ثمانية على المشعب أخذ عينات الغاز. فتح سطر واحد في كل مرة للسماح بأخذ عينات من الهواء الفردية من كل حزمة مزدوجين.
    6. تبدأ التنظيف الهواء المحيط من الغرفة من خلال الأنبوب بمعدل دقيقة ل 5-1 لمدة 30 دقيقة.
      ملاحظة: انظر الجدول للمواد للمضخة المستخدمة لتدفق الهواء من خلال خطوط عينة.
  2. قياس تركيز الأمونيا وثاني أكسيد الكربون، وغاز الميثان وكبريتيد الهيدروجين في headspace محاكاة حزم مزدوجين.
    1. بعد التنظيف على نحو كاف محاكاة أسرة حزم، فتح محبس الحنفية في الخط عينة لجذب الهواء المحيط من الغرفة إلى العينة خاملة خطوط متصلة بالغاز أخذ عينات متعددة.
    2. تنشيط التتابع المنطقي القابلة للبرمجة للبدء في سحب الهواء في معدات أخذ عينات الهواء. سجل القياسات من الهواء المحيط لمدة 20 دقيقة لتحديد تركيز الغازات المقاسة في الهواء المحيط. سيتم استخدام هذا كتركيز هواء خلفية. عند الانتهاء من جمع تركيز الهواء المحيط، أغلق في محبس الحنفية على الخط عينة.
    3. تنشيط التتابع المنطقي القابلة للبرمجة للبدء في أخذ عينات من الهواء من بنود العينة خاملة تعلق على كل دائرة التمويه. سجل القياسات من كل سطر عينة لمدة 20 دقيقة لتحديد تركيزات الغازات المقاسة في headspace كل أسرة حزمة.
    4. يمكن الإبلاغ عن النتائج كمتوسط تركيز الغاز (NH3، CO2، ن2س، الفصل4، H2S) في عينات الهواء (مغ كغ-1 أو جزء في المليون)، أو يمكن حساب كثافة تدفق الغاز (معدل الانبعاثات) في كتلة كل وحدة المساحة لكل وحدة الوقت أساسا باستخدام المعادلة التالية:
      Equation 2
      حيث ي = الجريان في ميكروغرام m-2 دقيقة-1،
      A = المنطقة المصدر (م2) داخل الدائرة،
      Q = اكتساح الهواء تدفق معدل م3 دقيقة-1، و
      جإير = تركيز المركبات العضوية المتطايرة ترك الدائرة (ميكروغرام م-3)23.
  3. قياس تركيز معطر المركبات العضوية المتطايرة في headspace محاكاة حزم مزدوجين.
    1. وضع قفازات مطاط أو النتريل المتاح.
    2. بعد التنظيف على نحو كاف محاكاة أسرة حزم، إزالة قبعات تخزين النحاس من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ اشترطت ماصة.
      ملاحظة: مسيل الأنابيب المستخدمة في هذه الدراسة كانت 89 مم × 6.4 ملم OD مليئة مسيل "تا تيناكس" (انظر الجدول للمواد). وقد قبعات النحاس الحلقات, وبوليثترافلوريثيليني (PTFE).
    3. إرفاق سجل نهاية أنبوب ماصة لمدخل الميناء في قاعة التمويه باستخدام أنابيب مطاطية مرنة، والطرف الآخر من أنبوب ماصة لمضخة فراغ.
      ملاحظة: الفراغ المضخة المستخدمة في هذه الدراسة (انظر الجدول للمواد) سحب الهواء من خلال أنابيب ماصة بمعدل تدفق لمل 75 دقيقة-1.
    4. السماح للمضخة لسحب الهواء في أنبوب ماصة لمدة 5 دقائق لحجم عينة L 0.375، ثم إيقاف تشغيل المضخة وقطع أنبوب ماصة. استبدال قبعات تخزين النحاس في نهايات أنابيب ماصة.
    5. كرر الخطوات 3.3.1-3.3.4 لجمع أنبوب ماصة واحدة لكل حزمة مزدوجين.
    6. تخزين أنابيب ماصة حتى التحليل عن طريق الغاز الامتزاز الحراري اللوني--قياس الطيف الكتلي (TD-GC-MS). قد يتم تخزين الأنابيب في درجة حرارة الغرفة (20-25 ˚C) < ح 24. في حالة تخزين > 24 ح، مخزن في الثلاجة.
    7. مباشرة قبل تحليل العينات على نظام TD-GC-MS، إزالة قبعات تخزين النحاس من أنابيب ماصة واستبدال مع السليكوون قبعات التحليلية23.
    8. تحليل أنابيب ماصة للمركبات العضوية المتطايرة24 (حمض الخليك وزبدي حمض وحمض البروبيونيك، وحمض إيسوبوتيريك، حمض إيسوفاليريك، حمض فاليريك، حمض هيكسانويك، حمض هيبتانويك، الفينول، فكريسول، اندول، skatole، ثنائي كبريتيد ثنائي ميثيل وثنائي ميثيل تريسولفيدي) باستخدام TD-GC-MS23،،من2425.
    9. يمكن الإبلاغ عن النتائج كتركيز المركبات العضوية المتطايرة في عينات الهواء (ميكروغرام م-3)، أو يمكن أن تحسب كثافة الجريان (معدل الانبعاثات) المركبات العضوية المتطايرة على كتلة وحدة المساحة كل وحدة وقت أساسا باستخدام المعادلة التالية:
      Equation 2
      حيث ي = الجريان في ميكروغرام m-2 دقيقة-1،
      A = المنطقة المصدر (م2) داخل الدائرة،
      Q = اكتساح الهواء تدفق معدل م3 دقيقة-1، و
      جإير= تركيز المركبات العضوية المتطايرة ترك الدائرة (ميكروغرام م-3)23.
  4. جمع القياسات الفيزيائية والكيميائية بحزم محاكاة مزدوجين.
    ملاحظة: تقاس درجة الحرارة ودرجة الحموضة وفقدان المياه التبخر كلما أضيفت مواد إضافية لحزم مزدوجين محاكاة. يتم تحديد تكوين المغذيات في اليوم 0 و 42 يوما. وتحدد المساحة الجوية في 42 يوما فقط.
    1. تحديد درجة الحرارة حزمة مزدوجين بإدراج تحقيق درجة حرارة في وسط حزمة مزدوجين، حوالي 7.6 سم تحت سطح حزمة مزدوجين المحاكاة. تسمح درجة الحرارة إلى استقرار وتسجيلها.
    2. تحديد الخسارة المقدرة من المياه التبخر
      1. ضع حاوية بلاستيكية على التوازن.
      2. قياس وتسجيل كتلة حزمة مزدوجين محاكاة قبل وبعد إضافة كل من البراز/البول/الأسرة على حزمة مزدوجين المحاكاة.
      3. حساب الخسارة المقدرة مياه البخر بطرح كتلة بداية اليوم الحالي من كتلة تنتهي في اليوم السابق. والفرق هو الكتلة المقدرة من المياه التي تبخرت من حزمة مزدوجين بين الأيام ويمكن استخدامه لمقارنة الاختلافات النسبية بين مزدوجين حزمة، على الرغم من أنها لا تعكس خسارة مطلقة.
    3. تحديد درجة حموضة حزمة مزدوجين المحاكاة
      1. جمع عينة تمثيلية 5-10 غ من كل حزمة مزدوجين محاكاة من المركز حزمة على عمق حوالي 7.6 سم تحت سطح حزمة مزدوجين. وضع العينة في أنبوب مخروطي 50 مل من البلاستيك، وكاب، والتسمية.
      2. معايرة مقياس الأس الهيدروجيني مع المخازن المؤقتة للأس الهيدروجيني 4 و 7 وفقا لإرشادات الشركة المصنعة.
      3. تحديد كتلة كل منها المخروطية.
      4. تمييع كل عينة 1:2 على أساس جماعي بالماء المقطر ومنزوع. اهتزاز مخروطية الشكل لخلط المواد المائية والفراش. إدراج التحقيق الأس الهيدروجيني المخروطية وقياس وتسجيل الرقم الهيدروجيني للعينة.
    4. في الأيام 0 و 42 فقط، تحديد محتوى المغذيات من حزمة مزدوجين المحاكاة.
      1. جمع ز 50 عينة من كل حزمة مزدوجين محاكاة من المركز حزمة على عمق حوالي 7.6 سم تحت سطح حزمة مزدوجين. وضع في كيس عينة تربة من ورق.
      2. النقل إلى مختبر لتحليل المواد الغذائية في غضون 24 ساعة. تخزن في الثلاجة حتى يمكن نقل العينات إلى مختبر لتحليل المواد الغذائية.
        ملاحظة: يمكن تحليل أي ماكرو أو المغذيات الصغرى. نحن نحلل للنيتروجين إجمالي26والفوسفور والكبريت تحليل27 في أحد مختبرات تجارية.
    5. في 42 يوما فقط، بتحديد المساحة الجوية في محاكاة حزمة مزدوجين.
      1. ضع حاوية بلاستيكية على توازن وسجل الكتلة. ملء ببطء مع الماء حتى يصبح سطح الماء حتى مع سطح حزمة مزدوجين محاكاة. السماح للمياه تسوية حتى تأتي لا فقاعات أكثر من حزمة مزدوجين المحاكاة، ثم سجل كتلة الحاوية البلاستيكية
      2. تحديد النسبة المئوية للمساحة الجوية باستخدام الحساب التالي:
        Equation 3
  5. بعد إكمال البيانات المطلوبة كل إضافة مجموعة الخطوات (خطوات 3.1-3.4)، البراز والبول، والأسرة لحزم مزدوجين محاكاة أثر الخطوات 2.1-2.10.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

وحتى الآن، نشرت سبعة أبحاث الدراسات قد تم9،10،11،12،13،،من1415 باستخدام هذا الإجراء، مع بعض التعديلات و إجراء تعديلات لتحسين النموذج وتعكس أهداف تجارب محددة. وقد تم استخدام هذا الإجراء لتقييم أثر العديد من مواد الفراش ودرجة الحرارة المحيطة على رائحة وإنتاج الغاز، فضلا عن التعديلات التي يمكن إضافتها للتحكم في انبعاثات الأمونيا. تم قياس الخواص الكيميائية والفيزيائية لحزم مزدوجين في الحظائر التجارية6،28 وكذلك في حزم مزدوجين محاكاة (الجدول 1). وكان استخدام هذه البيانات تحديد ما إذا كان البروتوكول نموذج مناسب لاستكمال المحاكمات مكلفة للبحث على مستوى المزرعة. بيانات نوعية الهواء تم جمعها من مرافق تجارية ومحاكاة حزم مزدوجين باستخدام أسلوبين مختلفين (الجدول 2). نظام أخذ العينات الغاز الموصوفة في هذا البروتوكول هي التكنولوجيا الجديدة التي تم اختبارها ومقارنة بالأساليب المستخدمة سابقا.

تكوين المادة الجافة لمحاكاة حزم مزدوجين كانوا ضمن مجموعة محتوى المادة الجافة نشر حزمة مزدوجين المواد التي تم جمعها من مرافق تجارية6،28. في المرة الأولى كان البروتوكول المستخدمة11، 400 غرام الفراش في البداية أضيفت إلى حزم مزدوجين مع إضافات لاحقة من 200 جرام كل أسبوع الفراش الطازجة، و 400 غرام من كل من البول والبراز وأضاف ثلاث مرات أسبوعيا. وهذا أنشئ لمحاكاة الحظائر التجارية تتم إضافتها فيه البالات متعددة للأسرة في البداية وباله واحد فقط أو اثنين إضافة إلى الحزمة في الأسبوع بعد ذلك. وقدرت نسبة النفايات الأسرة: الثروة الحيوانية باستخدام البيانات التي تم جمعها من مرافق تجارية عميقة مونو-المنحدر مزدوجين1،6. في نهاية الدراسة الأولى، كان محتوى المادة الجافة بحزم مزدوجين مشابهة لمحتوى المادة الجافة تقاس في حزمة مزدوجين المواد التي تم جمعها من مرافق تجارية6،28. بيد أن الملاحظة البصرية من حزم مزدوجين أشارت إلى أن هناك الكثير من التغير في المياه القابضة قدرة مواد الفراش. على سبيل المثال، حزم مزدوجين مع الكيزان الذرة ظهر رطبة جداً، ولكن كانت مسألة جافة محتوى 27.2 ± 1.5%16، بينما حزم مزدوجين مع الأسرة قش القمح يبدو الجافة نسبيا، ولكن كان جاف يهم المحتوى من 21.2 ± 1.1%11. في محاولة لزيادة الجافة تم تعديل محتوى الموضوع بحزم مزدوجين لأفضل تمثيل الحظائر التجارية6،28، البروتوكول قليلاً مع 320 غرام من الفراش، البول، والبراز المضافة عندما بدأت الحزمة، الأسبوعية الثلاث إضافات من 320 غرام من كل من البول والبراز، وإضافة أسبوعية واحدة من 320 غرام من الفراش المواد المضافة إلى الحزم. هذا البروتوكول رفع محتوى المادة الجافة بحزم مزدوجين، ولكن كانت تعتمد اعتماداً كبيرا على الأسرة المادية13 المستخدمة في التجربة ودرجة حرارة البيئة الدوائر14. حتى ولو كان متغير، كانت محتوى المادة الجافة بحزم مزدوجين محاكاة ضمن النطاق يقاس في الحظائر التجارية حيث يستخدم البروتوكول الثاني لجميع الدراسات اللاحقة.

تكوين المغذيات وحزمة درجة الحرارة، ودرجة الحموضة بحزم مزدوجين محاكاة تقديم مزيد من الأدلة أن حزم مزدوجين محاكاة نموذج جيد لتمثيل السماد أسرة حزم في المرافق التجارية. ن مجموع، ف مجموع والمجموع S وك مجموع دائماً ضمن مجموعة محتوى المغذيات قيست من المرافق التجارية مونو-منحدر عميق أسرة6،28. سماد الجزئي يحدث في حزم مزدوجين من أسرة عميق مرافق مونو-المنحدر، حيث من المهم تكرار درجة حرارة مرافق تجارية في حزم مزدوجين محاكاة تحجيم مختبر. وكانت درجة حرارة حزم مزدوجين في مرافق تجارية أسرة العميق عند درجة حرارة الهواء المحيط وكان بين 0 و 20.6 ˚C ˚C ± 0.3 19.2 6. وكان تعيين درجة الحرارة في الدوائر البيئية في ˚C 20 لمعظم الدراسات التي أجريت باستخدام هذا البروتوكول. في هذه الدراسات، وما فتئت درجة الحرارة بحزم مزدوجين محاكاة بين ˚C 18.3 و 20.1. وكان الاستثناء لهذا عند درجة الحرارة كان أحد عوامل التي تم اختبارها في تجربة مضروب الثلاثية. تم تعيين مجلسين البيئية في 40 ˚C وتم تعيين اثنين في 10 ˚C. في هذه الدراسة، وكانت درجة الحرارة بحزم مزدوجين محاكاة ˚C 12-13 في الغرف الباردة و ˚C 32-35 في الدوائر الأكثر دفئا. مرة أخرى، وهذا يعكس الحظائر التجارية، حيث كانت درجات الحرارة حزمة 15.4 ± 0.4 ˚C عندما كانت درجات الحرارة المحيطة 0 ˚C أو برودة، و 29.0 ± 0.3 ˚C عند درجة حرارة الهواء المحيط وكان أكبر من 20.6 ˚C 6. كان يقاس في دراسة واحدة6 الرقم الهيدروجيني بحزم مزدوجين في الحظائر التجارية استخدام الذرة ستوفر الأسرة وتتراوح بين 7.5-8.0. وقد حزم مزدوجين محاكاة مع الأسرة ستوفر الذرة قيم الأس الهيدروجيني 7.1-7.311،13. الرقم الهيدروجيني لكافة حزم محاكاة مزدوجين وقد تراوحت 6.2 9.0، الذي يعكس مجموعة متنوعة من المواد الأسرة المستخدمة في التجارب.

تم تكييف نظام أخذ العينات الغاز المستخدمة في هذا البروتوكول من سلسلة من الدراسات التي أجريت في تجارة الدواجن والخنازير والحظائر الألبان كجزء من "دراسة رصد الانبعاثات الجوية الوطنية"29. يمسح هذا النظام هواء الغرفة عن طريق الدائرة التمويه، إنشاء دائرة تدفق ديناميكي الذي يقيس تركيز الغازات المحددة التي تنبعث خلال فترة 20 دقيقة. السابقة لاستخدام نظام أخذ عينات الغاز، تقرر تركيز ثابت-ستيد NH3 بجمع عينات من الهواء من كل حزمة مزدوجين باستخدام الدوائر تدفق ثابت مع حمض الفخاخ التي تحتوي على 2 mol L-1 حمض الكبريتيك6، 22-وكان الهواء داخل الدائرة المعاد تدويرها عن طريق الفخاخ حمض بمعدل 1 لتر دقيقة-1 لمدة 20 دقيقة. وجمعت [سولفيد] انخفاض إجمالي استخدام عينة باليد. تم تعميم عينات من الهواء من خلال الدوائر تدفق ثابت باستخدام مضخة صغيرة بمعدل تدفق للتر 1 دقيقة لمدة لا تزيد على 4 دقائق. الحد ني عينات متتالية أربعة مستمدة من كل حزمة مزدوجين المحاكاة. تركيزات غازات الدفيئة (ن20 وأول أكسيد الكربون2CH4) حددت بجمع عينة واحدة من 20 مل من الهواء من كل حزمة مزدوجين المحاكاة باستخدام سيبتا في الجزء العلوي من كل دائرة تدفق ثابت. في وقت لاحق حللت العينات باستخدام اللوني الغاز. الطريقة السابقة لجمع كل هذه العينات الغاز كان جداً العمالة المكثفة، وتتطلب اثنين أو ثلاثة أشخاص لإدارة جميع معدات جمع. يتم استخدام نظام أخذ العينات الغاز أقل بكثير من العمالة المكثفة. شخص واحد قادرة على إعداد نظام أخذ العينات الغاز وبدء التتابع المنطقي القابلة للبرمجة والعودة بعد نحو 160 دقيقة عند العينات الانتهاء من جمع البيانات الغاز من 8 حزم مزدوجين المحاكاة.

وتظهر نتائج من بروتوكول أخذ العينات السابقة، وكثيفة العمالة، فضلا عن النتائج من نظام أخذ العينات الغاز (الجدول 2). نظراً لكمية العمل المطلوبة لجمع البيانات، استطاع ليس كافة البيانات التي سيتم جمعها من المرافق التجارية. تركيز الأمونيا التي تم جمعها باستخدام الأسلوب فخ حمض من على سطح أرض حزم مزدوجين في مرافق تجارية أحادية-المنحدر ومقارنة بحزم مزدوجين المحاكاة. تركيزات الأمونيا التي تقاس في حزم مزدوجين محاكاة مماثلة دائماً NH3 التركيزات المقاسة من حزم مزدوجين في مرافق المواشي التجارية. تركيزات الأمونيا باستخدام النظام الجديد لأخذ عينات الغاز يبدو على حد منخفض من التركيزات الموجودة في مرافق المواشي. قد يكون بسبب أن محلل3 NH أو قد يكون انعكاسا للمعالجات في التجارب التي تستخدم نظام الغاز الجديد على أخذ العينات. كما يمكن أن يعكس ارتفاع معدل تدفق الهواء عبر حزم مزدوجين محاكاة مقارنة بتدفق الهواء في الحظائر التجارية، مما يضعف تركيز العينات الأمونيا. سلسلة واحدة من تجارب اختبار استخدام الشب كإجراء تعديل سطحية التي يمكن تطبيقها على حزم مزدوجين لخفض درجة الحموضة حزمة، مما يقلل من تطاير النيتروجين ك NH3. ثاني أكسيد الكربون والفصل4ن2س لم يتم قياسها على السطح من حزمة مزدوجين في المرافق التجارية. ومع ذلك، قياس التركيزات لهذه الغازات في حزم مزدوجين المحاكاة باستخدام طريقة الفصل اللوني للغاز السابقة والتركيزات المقاسة باستخدام نظام أخذ العينات الغاز متشابهة جداً. تم إنتاج تركيزات أعلى إلى حد ما عند حزم مزدوجين محاكاة يقيمون في دائرة البيئة 35 ˚C مقارنة مع 20 ˚C الدائرة، التي تستأثر بالتباين بين التجارب. مقارنة TRS كبريتيد الهيدروجين ليس مقارنة مباشرة، حيث TRS يشمل أكثر من مجرد كبريتيد الهيدروجين. ولذلك، فإنه ليس من المستغرب أن تركيزات TRS من حزم مزدوجين المحاكاة أعلى قليلاً من H2S التركيزات المقاسة باستخدام نظام أخذ العينات الغاز. وهذا أيضا انعكاس للدراسات التي أجريت باستخدام بروتوكولات أخذ العينات اثنين. إنشاء حزم مزدوجين الوارد الفراش الأرز الأخضر عالية جداً TRS تركيزات12، بينما تلك التي تحتوي على الذرة ستوفر الأسرة لم. واستخدمت العينات التي تم جمعها باستخدام نظام أخذ العينات الغاز ستوفر الذرة وقش القمح وفول الصويا ستوفر والصنوبر رقاقة الفراش المواد ولكن ليس الفراش الأرز الأخضر.

الحظائر التجارية1-2 محاكاة لحزم مزدوجين3-6
المادة الجافة، % 29.99 ± 3.15 16.0 – 36.6 20.8-27.2 22.3 – 26.1 24.0-58.0 20.8 – 24.9
مجموع ن، ز كجم-1 60.97 ± 13.77 21.2-23.6 19.4 – 28.2 17.8 – 22.3 15.6-18.6 17.8 – 23.8
مجموع ف، ز كجم-1 14.13 ± 3.99 6.7 – 7.5 6.2 – 9.6 7.1-9.6 6.7 – 8.5 6.2 – 9.6
مجموع ق، ز كجم-1 7.88 ± 1.48 5.6 – 6.7 3.6 – 6.5 4.5 – 5.3 --- 3.6 – 6.5
مجموع K, g كجم-1 32.74 ± 8.39 15.5 – 21.1 16.3 – 23.1 --- 18.8 – 25.6 16.3-25.2
اللجنين، ز كجم-1 --- --- 26.5 – 139.6 49.9 – 136.9 --- 62.6 – 139.6
الرماد، ز كجم-1 --- 154-214 119.3 – 200.5 98.9 – 223.6 --- 119.3 – 200.5
نسبة نسبة --- --- 17.4 – 28.2 20.2-29.7 --- 20.6 – 27.5
الأس الهيدروجيني --- 7.5-8 6.2 – 7.2 6.8-7.6 8.5-9.0 7.4 – 7.7
درجة الحرارة، ˚C --- 15.4 – 29.0 18.3 – 19.9 18.4 – 20.0 12.0-35.0 19.7 – 20.1
1 اويكن، 2009. الانحراف المعياري كما أفاد اويكن، يرد 2009. ف المجموع ومجموع ك حسبت عن طريق تحويل المبلغ عنها ف2س5 و K2O التكوين، على التوالي.
2 سبيس et al., 2011. جمع البيانات من أقلام اثنين في كل من حظائر اثنين. سيقان الذرة المقطعة كانت مواد الفراش المفضل، ولكن سيقان القمح سترو وفول الصويا واستخدمت أيضا للأسرة خلال فترات قصيرة من هذا المشروع. الفراش، استخدام تراوحت 1.95-3.37 كجم الحيوان كل يوم والقلم كثافة تراوحت m2 3.22 – 6.13 للحيوان الواحد.
3 سبييهس et al., 2012. البيانات التي تم جمعها من حزم مزدوجين محاكاة. وشملت الفراش المواد ستوفر الذرة، ستوفر فول والكيزان الذرة الأعلاف، وقش القمح، والورق، ورقائق الخشب ونشارة الخشب.
4 سبييهس et al., 2014b. البيانات التي تم جمعها من حزم مزدوجين محاكاة. وشملت الفراش المواد ستوفر الذرة ورقائق الخشب الصنوبر ورقائق الأرز الرطب، ورقائق الأرز الجافة.
5 العيادي et al., 2015b. جمع البيانات من حزم مزدوجين المحاكاة باستخدام ستوفر الذرة والفول ستوفر الفراش المواد. كانت درجات الحرارة اثنين المستخدمة (40˚C و 10˚C)
6 سبيس et al., 2017. البيانات التي تم جمعها من حزم مزدوجين المحاكاة باستخدام مزائج المواد الأسرة تحتوي على 0، 10، 20، 30، 40، 60، 80، الصنوبر 100% مع كونه المتبقية ستوفر الذرة.

الجدول 1. أسرة مجموعة من المادة الجافة المبلغ عنها وتكوين المغذيات (على أساس هذه المسألة الجاف) من مواد الفراش/السماد من التجاري المرافق مونو-المنحدر العميق مزدوجين (اويكن، 2009 وسبييهس et al., 2011) ومن الدراسات التي تقوم المحاكاة باستخدام حزم (سبييهس et al., 2012، 2014، 2017 والعيادي et al.، عام 2015).

تدفق ثابت الدائرة الأسلوب1 الجريان الديناميكية الدائرة الأسلوب2
الأمونيا، وجزء في المليون 95.8 – 641.1 350.8 – 516.7 381-1584 386.3 – 502.3 89.4 – 166.7
TRS، وجزء في البليون --- 8.2 – 165.9 --- 5.3 – 11.4 ---
كبريتيد الهيدروجين، وجزء في البليون --- --- --- --- 0.1 – 18.1
ثاني أكسيد الكربون، وجزء في المليون --- 1232-2000 2322-6917 918-1158 957-2149
الميثان، وجزء في المليون --- 2.3 – 3.6 7.2 – 87.0 4.4-6.7 3.2 – 16.7
أكسيد النيتروز، وجزء في المليون --- 0.67-0.72 0.31-0.77 0.21 – 0.23 0.44 – 0.58
1 سبيس et al.، 2011، 2014a، 2015a، 2016a. تم جمع البيانات من هذه الدراسات باستخدام الفخاخ حمض الأمونيا وعينه باليد من [سولفيد] تخفيض مجموع عينة واحدة من headspace كل حزمة مزدوجين محاكاة حلل على غاز من غازات الدفيئة GC لثاني أكسيد الكربون، والميثان، وأكسيد النيتروز.
2 هذه البيانات تمثل ثلاث دراسات تجري باستخدام متفاوتة الفراش المواد والتعديلات السطحية للتحكم في انبعاث رائحة والغاز. هذه الدراسات كانت تقوم باستخدام نظام أخذ العينات الغاز ولم تنشر بعد.

الجدول 2. وأفادت مجموعة من تركيزات الأمونيا، إجمالي انخفاض [سولفيد] (TRS) وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، وغاز الميثان وأكسيد النيتروز من عميق مزدوجين مونو-المنحدر مرافق تجارية (سبيس et al., 2011) ومن الدراسات التي تجري المحاكاة باستخدام أسرة حزم (سبييهس et al., 2014a, 2016 والعيادي et al.، عام 2015).

Figure 1
رقم 1. محاكاة حزم مزدوجين في حاويات بلاستيكية مع الفولاذ المقاوم للصدأ الجريان الدوائر والتمثيليات المطاط المرفقة وعلى استعداد لأخذ عينات الهواء. وتقع على حزم محاكاة مزدوجين داخل الدوائر البيئية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

إضافة المتكرر للبول والبراز لحزم مزدوجين خطوة حاسمة. لقد جربت مع إضافة البول والبراز فقط مرة واحدة أسبوعيا، ولكن وجد أن وضع حزمة مزدوجين بقشرة، الذي حوصر الغازات داخل الحزمة ولم يكن ممثلا للمرافق التجارية. ويضمن استخدام البراز الطازج في بداية الدراسة أن حزم مزدوجين هو تلقيح سكانها البكتيرية الشائعة الموجودة في مرافق المواشي. من المهم أيضا، عند إضافة البول، تذكر أن تقوم بتعديل درجة الحموضة إلى pH فسيولوجية قبل إضافة إلى حزم مزدوجين. في إحدى المناسبات، كان خطأ وانخفاض درجة الحموضة البول أضيفت إلى حزم مزدوجين. وهذا قتل السكان البكتيريا مولده للميثان. عند إعداد النظام أخذ عينات الغاز، تحتاج جميع التجهيزات لتكون آمنة لمنع التسرب الذي قد يعرض للخطر نوعية القياسات الغاز.

البروتوكول تم تكييف منذ تم تطويره أولاً. تكييف الدائرة تدفق ثابت لتكون الدوائر الجريان الديناميكية يسمح للباحثين لحساب الانبعاثات بدلاً من مجرد تركيزات غازات headspace. استخدام نظم جديدة لأخذ عينات الغاز الحيوي يسمح أيضا أخذ العينات أن تستكمل بشخص واحد بدلاً من حاجة الناس شهرين أو ثلاثة لإدارة كل من جمع البيانات.

من الممكن تكييف استخدام حزم مزدوجين المحاكاة لتقييم مواد الفراش أو تعديلات رائحة المستخدمة في مرافق الألبان أو الخنازير. التعديلات ستحتاج إلى تحديد نسب الأسرة: السماد مناسبة نموذجية في الخنازير أو مرافق الألبان. الكتابات المنشورة على أن توفر المادة الجافة وتوقعات تكوين المغذيات من الخنازير التجارية أو مرافق الألبان الذي من شأنه أن يساعد تقدير الكمية من الفراش والبراز والبول التي يلزم أن تكون هناك حاجة لضبط حزمة مزدوجين محاكاة بروتوكول لتمثيل منشأة الخنازير أو منتجات الألبان. ابدأ استخدمت البروتوكول لقياس مادة الأسرة غير عضوية، مثل الرمال، التي غالباً ما تستخدم في مرافق خاصة بمنتجات الألبان. في حين لا يوجد أي سبب للاعتقاد بأنها سوف لا بنجاح قياس انبعاثات الغاز من مزدوجين حزمة تحتوي على مواد غير عضوية الأسرة، وهذا يتطلب إجراء اختبارات إضافية.

قد يكون هناك غازات الإضافية التي يمكن أن تكون عينات أن نحن لم تقييمها. من الناحية النظرية، أي صك أخذ عينات الغاز التي يمكن إرفاقها بخط غاز خامل أخذ عينات ينبغي قادراً على استخدامها مع هذا النظام.

يمكن تعديل هذا النموذج أيضا لاستكشاف نسب الأسرة: السماد المختلفة إذا كان اختيار باحث للقيام بذلك. ربما كان باحث المهتمة بتحديد الحد الأقصى لمقدار السماد أو البول التي يمكن أن تضاف إلى حزمة مزدوجين قبل تم اكتشاف الروائح كبيرة. أو باحث مطلوبة لدراسة مختلف درجات الحرارة والرطوبة من آثار على نوعية الهواء. ويمكن أيضا تعديل هذا النموذج بدراسة هذه العوامل.

البروتوكول قد وضعت لقياس نوعية الهواء وتكوين المغذيات من تحجيم مختبر أسرة حزم في بيئة تسيطر عليها وقد استخدمت لتقييم فعالية مواد الفراش مختلفة كثيرة، المتغيرات البيئية (درجة الحرارة والرطوبة)، وعلاجات التخفيف المحتملة التي يمكن أن تحسن نوعية الهواء في مرافق تجارية مونو-المنحدر العميق-بأسره. النموذج دينامي ويسمح للباحثين جمع العديد من القياسات الكيميائية والفيزيائية بسهولة من حزمة مزدوجين، بما في ذلك NH3، الفصل4، ن2س، CO2، ح2S، المركبات العضوية المتطايرة، درجة الحرارة، درجة الحموضة، تكوين المغذيات، والهواء الحر الفضاء، ويحتمل أن تكون الأخرى التي لم يتم قياسها بعد. التنزيلات القياسات التي تم جمعها على مدى ستة إلى سبعة أسابيع يتيح وقتاً كافياً لمشاهدة التغييرات في قياسات نوعية الهواء على مر الزمن في حزمة مزدوجين ناضجة. البيانات التي تم جمعها من حزم مزدوجين محاكاة ضمن التركيزات سابقا يقاس في مرافق تجارية مونو-منحدر عميق أسرة. وقد أثبتت الدراسات السابقة أن 8-10 وحدات تجريبية للمعاملة الواحدة تكفي لكشف الفروق الإحصائية بين حزم مزدوجين محاكاة9،10،11،، من12 13،،من1415. يتم حزم مزدوجين سهلة للحفاظ على، التي تتطلب أقل من 10 دقيقة عمل كل حزمة مزدوجين أسبوعيا لإضافة البول والبراز، والأسرة. ويتطلب جمع العينات باستخدام نظام أخذ العينات الغاز 20-30 دقيقة لكل حزمة مزدوجين، اعتماداً على القياسات التي يتم جمعها. وفي الماضي، قد تم تحليلها حزم مزدوجين ما يصل إلى 20 شخص واحد في يوم 8 ساعات عمل عادية. يسمح استخدام حزم مزدوجين تحجيم مختبر الباحث لمراقبة المتغيرات مثل درجة الحرارة والرطوبة ومصدر الأسرة التي يصعب أو يستحيل التحكم في البحث أو منشأة تجارية. يمكن إجراء العديد من الدراسات على نطاق المختبر للقضاء على العلاجات الممكنة قبل محاولة منهم في البحث أو مرفق الحجم التجاري.

القيد الرئيسي للنموذج أنه ليس محاكاة مثالية لظروف "العالم الحقيقي". فمن الصعب تماما محاكاة ظروف تجارية مثل المستمر إضافية من البول والبراز الذي يحدث في منشأة لتربية الماشية. استناداً إلى مضمون المادة الجافة والمغذيات تكوين حزم مزدوجين محاكاة مقارنة بالمرافق التجارية، وحزب العمل المتوفرة في المختبر، لقد حددنا ثلاث مرات أسبوعية إضافات للبول والبراز تكون كافية. ومع ذلك، إذا كان تعديل يمكن تطويرها بشكل دوري إضافة جديدة البول والبراز عدة مرات يوميا، على نحو أفضل محاكاة البيئة التجارية.

آخر الاعتراف بالحد من استخدام البول والبراز المجمدة والمذابة. بينما تم بذل كل جهد لتجمد بسرعة بالبول والبراز لمنع تطاير النيتروجين وأي النمو البكتيري، البول والبراز التي جمعت من خلال دراسة توازن فقط تجمع مرة واحدة يوميا. يستغرق ساعة أو أطول لجمع وزن، وإعادة تعيين في حاويات جمع، والتقسيم بالبول والبراز. كما أنه يتطلب عدة ساعات كاربوي ل 20 من البول لتجميد تماما، حتى بعد وضعه في ثلاجة ˚C-4. وخلال هذا الوقت، قد يحدث التطاير والنمو الجرثومي. للتعويض عن هذا التأخير الزمني بين جمع والتجميد والبول هو المحمضة على درجة الحموضة 4 فورا بعد إزالة الحاوية من جهاز جمع لمنع نمو البكتيريا وتطاير النيتروجين. يتم استعادة البول لدرجة الحموضة 7 مرة واحدة هو مذاب، ولكن هذا قد لا يكون بالضبط نفس إضافة البول الطازج. ومع ذلك، كما كانت هناك لا الزيادات الملحوظة في التطاير3 NH بعد إضافة البول الطازج إلى حزم مزدوجين البول المجمدة بالمقارنة مع، نعتقد أننا قللت هذا القيد. قتل السكان البكتيرية أو انخفضت عندما يتم تجميد البراز. هذا هو حد المعترف بها البروتوكول الذي حاولنا التقليل إلى أدنى حد عن طريق إضافة البراز الطازج في اليوم 0 و 21 يوما.

استخدام قضيب معدني لمزيج لطيف المضافة حديثا البراز والبول مع مواد الفراش قد لا تماما محاكاة وزن الماشية في منشأة تجارية، مما يؤدي إلى ضغط مختلفة إلى حد ما، والقدرة على الاحتفاظ بالمياه. لحساب المسامية من ظهورهم مزدوجين، واعتباره مؤشرا للمساحة الجوية التي قد تكون موجودة في حزمة مزدوجين، كان سكب الماء في حزم مزدوجين في نهاية كل دراسة لتحديد نسبة مئوية من المساحة الحرة في الهواء موجودة في كل حزمة مزدوجين9 ،10،11،،من1213،،من1415. المساحة الجوية بقي عامة موحدة من دراسة واحدة إلى أخرى، ولكن لا يقارن بالمساحة الجوية الموجودة في منشأة تجارية.

لم يتم اختباره على البروتوكول مع الماشية مرفق أو الأنواع أنواع أخرى، مثل الخنازير أسرة عميق الأطواق أو مرافق فارووينج السويدية أسرة العميق الحظائر السماد الألبان أو المرافق الأخرى مزدوجين الألبان أو أي نوع من الدواجن مرفق استخدام الأسرة. بينما يبدو أن النموذج إمكانية استخدامها كنموذج لغيرها من مرافق المواشي، قد يلزم إدخال تعديلات على البروتوكول تمثل أي منشأة خارج منشأة الأبقار لأسرة عميقة بشكل كاف.

بينما النموذج ليس محاكاة الكمال للمرافق التجارية، أنها توفر نقطة انطلاق عند تقييم عوامل مثل الأسرة، ودرجة الحرارة أو الرطوبة، أو التعديلات التي يمكن إضافتها إلى حزمة مزدوجين في منشأة لتربية الماشية. أنها تسمح لباحث تقييم الفروق في المعاملة في بيئة تسيطر عليها والقضاء عليها يحتمل أن تكون أقل فعالية من خيارات العلاج قبل أنفاق الأموال على الموارد اللازمة لعملية كاملة للحجم التجاري.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

بتمويل هذه البحوث من الاعتمادات المرصودة اتحاديا "دائرة البحوث الزراعية وزارة الزراعة"، البحوث المشروع رقم 3040-41630-001-00D.

الإشارة إلى الأسماء التجارية أو المنتجات التجارية في هذه المادة هو فقط لغرض توفير معلومات محددة ولا يعني توصية أو تأييد من قبل وزارة الزراعة.

وزارة الزراعة هو موفر تكافؤ الفرص ورب العمل.

Acknowledgments

يود صاحب البلاغ أن يعترف كروجر ألن وتود بومان، شانون أوستديك، الين بيري وعيادي فيروز الذين ساعدوا بجمع البيانات باستخدام حزم مزدوجين محاكاة. كما تسلم صاحب البلاغ تامي براون-برندل ودايل يانسن للمساعدة على الحفاظ على الدوائر البيئية.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Doran, B., Euken, R., Spiehs, M. Hoops and mono-slopes: What we have learned about management and performance. Feedlot Forum 2010. , Iowa State University, Iowa Beef Center. Ames, Iowa. 8-16 (2010).
  2. Andersson, M. Performance of bedding materials in affecting ammonia emissions from pig manure. J. Agric. Engng. Res. 65, 213-222 (1996).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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. , ASABE. St. Joseph, MI. Paper No. 141897896 (2014).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Herbert, S., Hashemi, M., Chickering-Sears, C., Weis, S. Bedding options for livestock and equine. , University of Massachusetts Extension CDLE. Pub. 08-5 (2008).
  17. Honeyman, M. S., Patience, J. F. Effects of bedding on pig performance. Iowa State Research Farm Progress Reports. 143, Available from: https://lib.dr.iastate.edu/farms_reports/134/ (2012).
  18. Haverson, M., Honeyman, M. S., Adams, M. K. Swine system options for Iowa Swedish deep-bedded group nursing systems for feeder pigs production. Extension and Outreach Publications. 63, Available from: http://lib.dr.iastate.edu/extension_pubs/63 (2006).
  19. Brown-Brandl, T. M., Nienaber, J. A., Eigenberg, R. A. Temperature and humidity control in indirect calorimeter chambers. Trans. ASABE. 54, 685-692 (2011).
  20. 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).
  21. Miller, D. N., Woodbury, B. L. A solid-phase microextraction chamber method for analysis of manure volatiles. J. Environ. Qual. 35, 2383-2394 (2006).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Watson, M., Wolf, A., Wolf, N. Total nitrogen. Recommended methods of manure analysis. Peters, J. , Univ. of Wisconsin Cooperative Extension. Madison, WI. Pub. A3769 18-24 (2003).
  27. Wolf, A., Watson, M., Wolf, N. Digestion and dissolution methods for P, K, Ca, Mg, and trace elements. Recommended methods of manure analysis. Peters, J. , Univ. of Wisconsin Cooperative Extension. Madison. Pub. A3769 30-38 (2003).
  28. Euken, R. A survey of manure characteristics from bedded confinement buildings for feedlot beef productions: Progress report. Animal Industry Report. , Iowa State University. Ames, IA. (2009).
  29. 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).

Tags

العلوم البيئية، 137 قضية، نوعية الهواء، الأمونيا، الأسرة، ثاني أكسيد الكربون، مرافق المواشي الحبس، غازات الدفيئة، كبريتيد الهيدروجين، والميثان، وأكسيد النيتروز
نموذج مختبر-مقياس لتقييم الرائحة وتركيزات الغازات المنبعثة من أعماق أسرة حزمة السماد الطبيعي
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Spiehs, M. J. Lab-Scale Model to… More

Spiehs, M. J. Lab-Scale Model to Evaluate Odor and Gas Concentrations Emitted by Deep Bedded Pack Manure. J. Vis. Exp. (137), e57332, doi:10.3791/57332 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter