Sep 2024, Volume 11 Issue 3
· 第六篇 ·
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Cite this article :
Provvidenza Rita D’URSO, Claudia ARCIDIACONO, Giovanni CASCONE. Ammonia and greenhouse gas distribution in a dairy barn during warm periods. Front. Agr. Sci. Eng., 2024, 11(3): 428‒441 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2024542
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本研究在温暖季节对地中海气候区开放式奶牛舍内的NH3、CH4和CO2浓度进行了量化分析，并评估了气体排放的影响因素。结果显示，气体在牛舍内的分布呈现垂直和水平差异，中心区域浓度最高。NH3、CH4和CO2的浓度范围分别为1.7–7.4、7–18、560–724 μg·g–1。气体浓度受自然通风和冷却系统影响显著，且与空气流速、温湿度指数 (THI) 及奶牛行为模式密切相关。当空气流速低于0.5 m·s–1时，气体浓度最高。当THI在72–78时，NH3的浓度最高；而CH4和CO2的浓度在THI≥72时最高，在THI＜72时降低。当实施每天三次挤奶的管理模式时，NH3的浓度比每天两次挤奶时更高，而CH4和CO2的的浓度则与之相反。在清洁牛舍期间，NH3和CH4的排放量达到最高；相较之下，在奶牛进食或行走时，NH3的排放量最低。
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“下一代欧盟” (Next Generation EU) 计划下最新出台的“国家复苏和恢复力计划”的第二个任务是，根据《欧洲绿色协议 (European Green Deal)》提出的减少温室气体排放的要求，通过发展可持续农业和减少环境污染，实现生态转型。畜牧业是环境污染的主要来源之一，其产生的温室气体和氨气对环境和人类健康有害。预计气候变化将增加奶牛的温室气体排放，特别是在地中海气候区域，热应激还会影响动物行为和产奶量。
欧洲奶牛通常饲养在自然通风的牛舍中，目前对牛舍排放的研究多集中在北欧地区。地中海地区的牛舍常采用开放式设计，并配备冷却系统以缓解高温对奶牛福利的影响。然而，目前对气体排放与环境因素之间关系的研究相对较少，特别是在温暖季节。
本研究在地中海气候区的开放式奶牛舍中，研究NH3、CH4和CO2的浓度及其影响因素。研究目标是分析气体在牛舍内的分布，评估气候条件、牛舍管理和动物行为对气体浓度的影响，并提供相关的统计数据，以期为改善奶牛舍环境和管理提供科学依据。
实验在意大利西西里岛拉古萨省的一座开放式牛舍中进行，该地区属于炎热夏季的地中海气候，特征为夏季最热月平均气温超过22 °C，最干燥月平均降水量少于30 mm。
牛舍设有三个隔间和64个牛栏，建筑面积约55.5 m × 20.8 m，采用开放式布局，设有休息区、喂食区和服务通道，屋顶高7 m，设有屋脊通风口 (图1)。地面为混凝土结构，牛栏顶部铺有沙子。为提高通风效率，牛舍三面开放，西南侧为实墙并配有小开口。鉴于热应激的风险，牛舍配备了风扇和喷头组成的冷却系统，以增强喂食区和休息区的通风 (图2)。风扇和喷头的具体布局和参数旨在优化空气流通，降低奶牛的热应激。
在2016至2022年的观察期内，牛舍内空气温度、相对湿度和风速的平均值变化范围分别为16.8–28.8 °C、35.1%–86.5%和0.22–2.09 m·s–1。单因素方差分析揭示了牛舍内NH3、CH4和CO2浓度在水平和垂直方向上的不均匀分布。研究发现，气体浓度随采样点位置变化有显著差异，尤其在牛舍中心与周边，以及风扇和喂食架上杠附近。NH3浓度在牛舍中心地面最高，并随高度上升而降低；CH4浓度在风扇附近最高；而CO2浓度则在喂食架上杠处最高。这些趋势与图3和图4所示的日常气体浓度变化一致。
气体浓度和排放受到多种因素的影响，其中包括气候条件、牛舍管理、动物福利和动物行为。在所有研究结果中，p值均低于0.05，显示出统计学上的显著性。具体来说， NH3、CH4和CO2的浓度显著受到不同风速的影响，在风速低于0.5 m·s–1时气体浓度最高，风速超过0.5 m·s–1时浓度最低。此外，牛舍冷却系统管理方式的差异也导致了甲烷浓度的显著差异，关闭喂食通道的喷淋系统时，CH4浓度低于激活喷淋系统时的浓度。每日挤奶次数对所有气体的浓度产生了显著影响，每天三次挤奶时，NH3的浓度高于每天两次挤奶的情况，而CH4和CO2的浓度则相反。考虑到风速对气体浓度的显著影响，研究了风速≤0.5 m·s–1时动物福利和行为数据的群体，以减少这些参数对气体浓度的影响。
· 结 论 ·
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编辑 | 唐静月 李云舟
审稿 | 许建香
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