奶牛场—葡萄园复合生态系统养分循环平衡与牛舍环境监测

论文摘要

本试验以奶牛养殖和葡萄种植的农牧综合系统为研究对象,采用物质流分析的方法,深入了解该系统的结构和功能,对其养分流向、养分循环和养分盈亏情况进行分析,重点探讨养分在生产过程中的流动分配规律以及对环境的贡献,并对牛舍的有害气体进行了监测。经过探讨得出以下结论:1.试验期间,舍内硫化氢浓度、氨气浓度符合相关标准规定,二氧化碳浓度超过了标准规定的范围,大部分时间点温湿度和风速均不符合标准规定。舍内温湿度和风速对舍内有害气体浓度存在不同程度的影响。在本试验条件下,舍内温度变化趋势与二氧化碳浓度变化趋势相反,与硫化氢浓度和氨气浓度变化趋势相同,就试验Ⅰ期来说,硫化氢浓度与温度呈极显著正相关,温度每升高1℃,硫化氢浓度增加0.074mg/m3。舍内湿度变化趋势与硫化氢变化趋势相反,与二氧化碳浓度和氨气浓度变化趋势相同,且就试验Ⅰ期,湿度每增加1%,二氧化碳浓度增加1401.334mg/m3。风速的变化趋势与有害气体浓度变化趋势相反,对有害气体浓度的影响具有不确定性的特点。在试验的四个时期内,舍内二氧化碳浓度、硫化氢浓度和氨气浓度彼此之间存在一定影响。二氧化碳浓度与硫化氢浓度呈相反的变化趋势;二氧化碳浓度与氨气浓度变化趋势一致;氨气浓度与硫化氢浓度变化趋势完全相反。试验Ⅱ期舍内氨气浓度和二氧化碳浓度最高,硫化氢浓度最低。试验Ⅰ期舍内氨气浓度最低,硫化氢浓度最高。试验Ⅲ期和试验Ⅳ期的氨气浓度和硫化氢浓度在试验Ⅰ期和试验Ⅱ期之间变动。试验Ⅳ期的二氧化碳浓度最低。2.在本试验条件下,饲料是奶牛场子系统氮磷钾养分的输入主要来源,饮用水和冲洗水的输入不到1%。氮磷钾养分的主要输出项是粪尿,其中的大部分氮磷钾养分又分配给了固体粪便。大量元素中,氮的循环通量为11967.21kg,循环强度最大,磷的循环通量最小,对系统外输入依赖最大。钙的循环通量大于镁的,铜的循环通量大于锌的。牛群钾利用率最低,氮磷利用率也不高。镁低于钙的,铜低于锌的。磷和铜的粪尿贮存率低,即经粪尿的回收率均很低,在粪尿管理中损失较多。养分在奶牛场子系统中均存在盈余,大量元素中,磷的盈余率最高,在70%以上;镁的盈余率高于钙的;铜的盈余率高达96.83%。磷和铜对环境的威胁最大。建议改善管理提高磷、铜的利用率和转化率。3.葡萄园子系统养分的循环各具特点。氮主要经腐熟有机肥输入,经果实输出;磷和钾主要经化肥输入,经修剪枝条输出。钙镁铜锌的输入项有机肥、灌溉水和鲜粪,且以灌溉水输入为主,主要经修剪枝条输出。葡萄园养分利用钾的循环通量为3578.79kg,较氮磷高。镁对系统外输入依赖性大于钙的,锌对系统外输入依赖性大于铜的。葡萄园养分利用率和葡萄养分转化率均很低。养分在葡萄园子系统中均有盈余,盈余率均在98%以上。其中氮磷的盈余率稍低一些。盈余的养分对环境的威胁不容忽视。建议降低葡萄园子系统的养分投入,并合理搭配投入的养分比例。4.复合生态系统养分的主要来源是饲料和化肥,其中氮和钙镁铜锌以饲料输入为主,磷素和钾素以化肥输入为主。养分主要通过粪尿输出,而非农产品。奶牛场子系统的养分主要通过有机肥流入葡萄园子系统。与两个子系统相比,复合生态系统的养分循环通量较大,养分盈余率有所降低,表明复合生态系统较两个子系统稳定性好,可持续性强,且对环境的负面影响小。但是磷和铜在复合生态系统中盈余率依然很高,分别为80.19%、96.84%,是威胁环境的主要营养元素。通过养分循环与平衡的角度来讲,奶牛场子系统在复合生态系统中占主导地位。总之,复合生态系统有利于养分的循环利用,可以提高养分利用率和转化率。复合生态系统能够在一定程度上缓和奶牛养殖过程中产生的环境污染问题,完全解决该问题需要为奶牛场匹配足够的可消纳粪污的土地。就本试验管理条件来说,葡萄预期亩产量为1500~3000kg时,120头奶牛场需要匹配1767~1325.8亩的葡萄园。在现有的条件下要采用沼气发酵的方法处理奶牛场子系统产生的全部粪污,还需要再建500立方米的沼气池。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• 第一部分 文献综述
• 第一章 奶牛养殖业污染对环境的影响及防治措施
• 1 奶牛养殖业的污染及对环境的影响
• 2 奶牛养殖业污染的防治措施
• 2.1 奶牛养殖业粪污的减排
• 2.2 奶牛养殖业粪污的治理
• 3 小结
• 第二章 农牧结合体系
• 1 农牧结合体系
• 2 农牧结合系统养分循环研究进展
• 2.1 国外养分循环与平衡的研究进展
• 2.2 我国养分循环与平衡的研究进展
• 2.3 小结
• 第二部分 试验研究
• 第三章 前言
• 1 研究目的和意义
• 2 研究思路
• 3 研究对象及基本情况
• 4 奶牛场——葡萄园复合生态系统养分循环与平衡中的一些主要参数
• 第四章 牛舍有害气体分析
• 1 材料方法
• 1.1 试验地点、时间
• 1.2 主要仪器设备
• 1.3 样品采集及分析测定
• 1.3.1 牛舍结构及样品采集
• 1.3.2 样品分析方法
• 1.4 数据处理
• 2 结果与讨论
• 2.1 牛舍中有害气体浓度以及相应时间点的温湿度和风速
• 2.2 不同时期有害气体与相应时间点温湿度和风速的关系
• 2.2.1 二氧化碳浓度与相应时间点的温湿度和风速的关系
• 2.2.2 硫化氢浓度与相应时间点温湿度及风速的关系
• 2.2.3 氨气浓度与相应时间点温湿度及风速的关系
• 2.3 不同时间点有害气体之间的关系
• 2.3.1 二氧化碳和硫化氢的相关关系
• 2.3.2 氨气和硫化氢的相关关系
• 2.3.3 二氧化碳和氨气的相关关系
• 2.4 不同时期有害气体的比较
• 4 结论
• 4.1 牛舍有害气体浓度以及相应时间点的温湿度和风速
• 4.2 不同时期有害气体与相应时间点温湿度和风速的关系
• 4.3 不同时间点有害气体之间的关系
• 4.4 不同时期有害气体的比较
• 第五章 奶牛场子系统养分循环与平衡
• 1 材料方法
• 1.1 试验时间及地点
• 1.2 奶牛场子系统养分循环与平衡模型
• 1.3 样品采集及制备
• 1.4 输入输出项总量的确定
• 1.5 室内分析
• 1.6 统计分析
• 2 结果与分析
• 2.1 奶牛场子系统养分循环与平衡的主要参数
• 2.2 奶牛场子系统氮磷钾的循环与平衡
• 2.2.1 奶牛场子系统氮磷钾的循环
• 2.2.2 奶牛场子系统氮磷钾的平衡
• 2.3 奶牛场子系统钙镁的循环与平衡
• 2.3.1 奶牛场子系统钙镁循环
• 2.3.2 奶牛场子系统钙镁平衡
• 2.4 奶牛场子系统铜锌循环与平衡
• 2.4.1 奶牛场子系统铜锌循环
• 2.4.2 奶牛场子系统铜锌平衡
• 3 讨论
• 3.1 奶牛场子系统氮磷钾的循环与平衡
• 3.1.1 奶牛场子系统氮磷钾的循环
• 3.1.2 奶牛场子系统氮磷钾平衡
• 3.2 奶牛场子系统钙镁的循环与平衡
• 3.3 奶牛场子系统铜锌的循环与平衡
• 4 结论
• 第六章 葡萄园子系统养分循环与平衡
• 1 材料方法
• 1.1 试验时间及地点
• 1.2 葡萄园子系统养分循环模型
• 1.3 样品采集及制备
• 1.4 输入输出项总量的确定
• 1.5 室内分析
• 1.6 统计分析
• 2 结果分析
• 2.1 葡萄园子系统养分循环与平衡的主要参数
• 2.2 葡萄园子系统氮磷钾循环与平衡
• 2.2.1 葡萄园子系统氮磷钾循环
• 2.2.2 葡萄园子系统氮磷钾平衡
• 2.3 葡萄园子系统钙镁的循环与平衡
• 2.3.1 葡萄园子系统钙镁的循环
• 2.3.2 葡萄园子系统钙镁平衡
• 2.4 葡萄园子系统铜锌循环与平衡
• 2.4.1 葡萄园子系统铜锌循环
• 2.4.2 葡萄园子系统铜锌平衡
• 3 讨论
• 3.1 葡萄园子系统氮磷钾的循环与平衡
• 3.1.1 葡萄园子系统氮磷钾的循环
• 3.1.2 葡萄园子系统氮磷钾的平衡
• 3.2 葡萄园子系统钙镁的循环与平衡
• 3.3 葡萄园子系统铜锌的循环与平衡
• 4 结论
• 第七章 奶牛场——葡萄园复合生态系统养分循环与平衡
• 1 材料方法
• 1.1 试验时间及地点
• 1.2 奶牛场——葡萄园复合生态系统养分循环与平衡的模式
• 1.3 样品采集及制备
• 1.4 输入输出项总量的确定
• 1.5 室内分析
• 1.6 统计分析
• 2 结果分析
• 2.1 复合生态系统氮磷钾的循环与平衡
• 2.1.1 复合生态系统氮磷钾的循环
• 2.1.2 复合生态系统氮磷钾的平衡
• 2.2 复合生态系统钙镁循环与平衡
• 2.2.1 复合生态系统钙镁循环
• 2.2.2 复合生态系统钙镁平衡
• 2.3 复合生态系统铜锌循环与平衡
• 2.3.1 复合生态系统铜锌循环
• 2.3.2 复合生态系统铜锌平衡
• 3 讨论
• 3.1 复合生态系统氮磷钾循环与平衡
• 3.1.1 复合生态系统氮磷钾循环
• 3.1.2 复合生态系统氮磷钾平衡
• 3.2 复合生态系统钙镁的循环与平衡
• 3.3 复合生态系统铜锌的循环与平衡
• 4 结论
• 第八章 全文讨论、全文总结、创新与展望
• 1 全文讨论
• 2 全文总结
• 2.1 牛舍有害气体分析
• 2.2 奶牛场子系统养分循环与平衡
• 2.3 葡萄园子系统养分循环与平衡
• 2.4 奶牛场—葡萄园复合生态系统养分循环与平衡
• 3 创新点
• 4 展望
• 参考文献
• Abstract