猪场泄粪池粪肥的不同田间施用方式对氨气和异味排放的影响-养猪技术方法-畜禽养殖-我要创富网

近年来，畜牧场对异味治理越来越重视。从历史上看，北卡罗来纳州的畜牧企业在这方面没有任何限制，也没有关于允许牲畜粪便处理系统排放气味的规定。然而，在废物利用计划(WUP) 和整体牲畜废物管理认证计划(CAWMP) 中，有一份需要完成和提交的气味“清单”。在列出的所有17 个气味源中，只有3 个与田间应用有关，而这3 个中有两个与粪浆和粪渣有关。虽然畜牧企业许可证审批不涉及气味，但可以通过其他机制对畜牧场进行气味监测。群众可以投诉养殖场异味，相关部门可以核实评价。可以给出处理意见。换句话说，空气质量部门根据投诉执法。空气质量部门将要求畜牧单位提交与投诉相关的信息，还将要求畜牧单位制定最佳管理计划来控制气味。畜牧单位不能提交方案，或者不执行方案的，空气质量部门将要求养殖场提交“控制技术”许可申请。只有在这种情况下，畜牧业生产许可证才会直接与臭味排放挂钩。在联邦层面，根据最近的同意决定，EPA 已开始监测几个畜牧场以获得氨排放的基线数据。然而，在此次监测之后颁布的任何法规都不会解决现场应用中的氨气排放问题。联邦政府要求减少氨气和异味排放的压力正值北卡罗来纳州人口结构发生变化之际，房屋和其他建筑物越来越靠近农业设施。这些因素促使畜牧单位进一步减少氨气和异味排放。

液体肥料的特性

农场的厌氧厕所干物质含量低（约0.5%），总氮含量为565 毫克/升（巴克，1994 年）。这些指标在不同农场、不同季节和其他条件之间差异很大。猪场粪便中，总氮的80%为氨氮，其余20%以有机氮形式存在，硝态氮含量很低或根本不存在。除了氨之外，粪便还含有许多其他有气味的化合物。在猪粪中发现了300 多种有气味的化合物，包括氨、硫化氢和挥发性有机化合物(VOC)（Schiffman 等人，2001 年）。多种气味化合物同时存在，会进一步增强气味的刺激性。

氨氮由氨气(NH3) - 有时称为游离氨- 和铵基(NH4+) 组成，其比例取决于pH 值。氨氮真正引起气味的形式是氨气，它会蒸发到空气中。 pH值越高，氨氮中氨气所占的比例越大。在pH 值为9 时，氨气和氨自由基的浓度相等。当pH为7时，氨气占氨氮总量的比例仅为0.57%。养猪场厌氧厕所的平均pH 值在6.5 到8.5 之间，平均为7.8 (Barker, 1994)。当pH为7.8时，氨气占氨氮总量的比例为3%。

控制氨和气味排放的机制

在施肥过程中，影响氨气挥发和臭味的因素很多。包括施肥设备的类型、作物、天气、土壤特性和肥料的特性。在北卡罗来纳州，大多数厕所粪便是通过灌溉设备或泵送软管施用的。罐车也用于将液态肥料注入或撒播到土壤中，但这种方法更常用于撒播粪肥。天气不仅会影响设备内和施肥过程中的氨气和臭气排放，还会影响施肥后田间的氨气和臭气排放。干燥、多风的天气促进了氨气的挥发，然而，在潮湿的天气里，氨气的刺激性更大。作物的状况也会影响氨的损失。植株越密，施于“植株上方”，氨气和气味挥发量就越大。但如果是在植物下施用（通过水管灌溉或注土），这种情况实际上会减少氨气、异味等异味的挥发。包括pH 值、阳离子交换容量(CEC)、渗透性和水分含量在内的土壤因素都会影响氨和气味的排放。土壤的PH值越低（酸性越强），氨气的挥发损失越少；阳离子交换能力越高，挥发损失越小，因为氨气被交换位所束缚；低渗透性和高水分含量会抑制肥料渗入土壤，从而促进氨的挥发损失。化粪池粪便的养分含量和pH值也会影响氨气的排放，养分含量（尤其是N）越高，pH值越高，氨气排放量越高。

可选设备

灌溉设备

大多数北卡罗来纳州的厕所粪肥是通过灌溉设备或泵送软管施用的。这种类型的灌溉设备包括固定式、卷轴和滚动式枢轴、中心枢轴和悬臂式枢轴。在这些系统中，有两种影响氨损失的基本机制：蒸发和漂移。许多因素会影响蒸发和漂移，包括喷嘴尺寸和类型、操作（喷嘴）压力和喷嘴高度。

水从液相转变为气相需要能量，而喷灌中的蒸发过程受可吸收能量的影响。蒸发部分的比例估计在1% 和2% 之间（Christiansen，1937 年；Thompson 等人，1997 年）。在野外应用时，悬挂式喷头的蒸发率为1%10%（（施耐德，200），摇臂式喷头包括大水嘴的蒸发率可达20%，后者为总损失速率也包括漂移。水在接触植物或地面后仍然蒸发，

这部分的比例就很难量化了。

喷嘴的口径和类型以及工作压强决定施肥时液滴的大小。液滴越小，蒸发和漂移的比例就越大。喷嘴口径越小、工作压强越大，液滴就越小。Kohl（1974）发现，对于3.9mm口径的喷嘴，在296KPa的压强下液滴的平均直径是1.75mm，在400KPa压强下液滴的平均尺寸是1.5mm；对于4.0mm口径的喷嘴，296KPa和400KPa情形下液滴的平均直径分别为2.1mm和1.7mm。Kincaid等人（1996）研究了一套公式来计算喷嘴口径、压强与液滴大小的关系。根据他们的公式，12.7mm口径（“大型水枪”的最小口径）的喷头在345KPa压强下的平均液滴直径为4.8mm，在690KPa压强下的液滴直径为3.1mm。因为液滴下落的速度和直径的平方成正比，因此直径1mm的液滴平移的距离大约是直径4mm液滴的4倍。“大型水枪”的喷嘴类型也影响液滴的大小。与锥环形喷嘴和锥孔形喷嘴相比，环形喷嘴的喷射角度宽，因此氨气与异味散失比例也更大。目前已经开发出一种悬挂式中央旋转喷灌机，这种喷灌机的工作压力（69-207KPa）比摇臂式喷灌机（241-483KPa）和大型水枪（345-690KPa）低，靠一个逆水流方向安装的防溅档板来驱散液滴。有专门用来施撒粪水的喷头，可容许固体通过。

喷嘴高度会显著影响异味和氨气排放量。喷嘴离地面越高，蒸发量和飘移距离就越大。喷嘴高度实际上对比较大的液滴影响较大，因为小液滴受风的影响较多。中央旋转式喷灌机可采用安装在支架顶端的摇臂式喷灌机，也可将喷嘴挂在悬臂下方。不论中央旋转式喷灌机还是悬臂式喷灌机，降低喷嘴高度、降低工作压力之后都可以起到减少漂移距离的作用。Shaffer和Aldrige在北卡罗来那的Raleigh进行的研究中（2003）发现，卷盘式喷灌机的漂移距离最长，而采用悬挂式喷嘴的中央旋转式喷灌机的漂移距离最短。

自卷式喷灌设备

最近，高压自卷式喷灌设备在北卡罗莱纳越来越普及。这种系统是用拖拉机拖带，可连接硬质水龙，也可连接软质水龙。粪水是用泵从泄粪池中抽出，通过地下主管道连至田间的消防用水龙头，与卷盘式喷灌系统类似。用这种系统施肥时氨气和异味排放的情况比采用喷灌型设备要好，主要有两个原因，一是出水端压力低（只有几十KPa），二是出水端离地近。而且这种系统多数还装有松地齿，可划开土壤，促进渗透，这又进一步降低了氨气和异味的排放。不管是出水口加罩还是采用防溅挡板，粪水喷洒时都是形成水皮，而不是以液滴形式喷出。

这类设备中还有悬臂型设备，工作压力稍高，施撒宽度更宽。这种系统当中喷嘴口径多在50-76mm之间。

管理措施

通过许多管理措施可以降低氨气和异味的排放。夏天和秋天泄粪池和土壤里的生化过程活跃，此时施肥异味排放较轻。与清晨和傍晚相比，日间施肥的情况下异味较轻。这是因为清晨的空气比较“稳定”，此时空气混合的速度慢。日间阳光照热土地，空气流动活跃，有助于消散异味。然而，在有风的天气，风会把异味带到更远的地方去。如果采用灌溉设备进行施肥，就需要特别注意，不要在有风的天气进行。一般说来，如果风速大于8km/小时，建议就不要进行施肥作业了。

还有一些“常识性”的方面，比如不要在周末、假日以及附近有社区活动的情况下施肥。施肥前也最好和邻居打好招呼，这样比较稳妥。

北卡罗莱纳州的相关研究

过去

过去30年当中北卡一直在进行农田粪肥施用过程中氨气损失的研究。这些研究主要考察两种机制造成的氨气损失，一是蒸发和漂移造成的肥水体积损失，一是肥水从泄粪池到田间过程中氨浓度的降低。Westerman等人（1983）研究了通过固定灌溉系统给海岸狗牙根草地施肥的过程，发现氨浓度损失为19％。这个数据是对泄粪池中粪水和田间施肥时采样得到的粪水的氨气浓度进行比较估算得出的。同时期（1977-79）Safley等人（1993）发现，用固定灌溉系统给海岸狗牙根草地施肥过程中氨气损失为30％。但这项试验中考察的是氨的总量，而非浓度，试验中既计算了氨的浓度，也计算了肥水体积的变化。另一项研究中发现，采用大型水枪给裸土地施肥时氨气损失比例为3％（Safley等人，1992），这项研究中计算的是浓度差。同等条件下对中央旋转摇臂式灌溉机进行的研究显示，氨浓度在施肥过程中损失5％，而氨的总量损失（浓度损失乘以体积损失）为26％。后来的另一项研究显示，大型水枪给海岸狗牙根施肥时氨浓度损失为6％。这项研究中测得的蒸发比例为2％至8％之间（Westerman，1995）。