CN108614047A - 一种反刍动物甲烷排放的测定方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种反刍动物甲烷排放的测定方法及***，其中，测定方法包括如下步骤：S1：将反刍动物放入检测室中，同时以预设排放速率向检测室内排放六氟化硫；S2：对检测室中的气体进行采样；S3：分析采集的样本气体中的甲烷的浓度和六氟化硫的浓度；S4：计算甲烷的排放速率。该测定方法能够准确检测出家畜的甲烷排放情况，该方法简单易完成，该***结构简单且便于移动，并且由于对设备的精度要求不高使得经济性好。
Description
技术领域
本发明涉及畜牧养殖技术领域,尤其涉及一种反刍动物甲烷排放的测定方法及***。
背景技术
***粮农组织(FAO)2006年报告表明，畜牧业对全球温室气体排放总量的贡献率为18％，超过全球交通运输的排放，全球有37％的甲烷和65％的二氧化氮产生于畜牧养殖过程，因此准确测定畜牧养殖过程中的甲烷排放量对于未来通过科技手段降低反刍动物甲烷排放量具有十分重要的意义。目前，在我国直接测定甲烷排放的方法有呼吸代谢箱法、呼吸头箱法和六氟化硫示踪法等。
呼吸代谢箱法的基本原理是把家畜置于密闭的呼吸箱内,通过测定一定时间内呼吸代谢箱中甲烷气体浓度的变化计算排放量，呼吸头箱法是将家畜整个头部固定于头箱内测定浓度呼吸面罩法测定是将家畜只有口和鼻被面罩罩住,通过家畜呼出的气体来检测浓度，由于呼吸代谢箱和呼吸头箱都是需要绝对密封的，对于设备的制作要求较为严格，设备的制作成本较高，同时，现有的呼吸代谢箱和呼吸头箱都是固设于室内，对于放牧家畜来说，其不可移动，不便于对放牧家畜的甲烷排放进行检测。
六氟化硫示踪与采气装置相结合的方法能够测定放牧家畜的甲烷排放量，其通用做法是将六氟化硫气体在极低的温度下固态化，装入到具有一定释放速率的渗透管中，再将渗透管投入到反刍动物的瘤胃当中，渗透管释放的SF6与瘤胃产生甲烷气体的扩散特性相似，释放后一同被安装在反刍动物背部的采集装置采集。后期使用气相色谱法测定采集装置中的六氟化硫和甲烷浓度，由于六氟化硫的释放速率已知，通过公式：QCH4＝QSF6×CCH4/CSF6计算得出反刍动物甲烷排放速率(QCH4为放牧羊甲烷排放速率、QSF6为六氟化硫排放速率、CCH4为甲烷浓度、CSF6为甲烷浓度)。
单SF6示踪与采气装置相结合的方法虽然能够测定放牧条件下甲烷的排放量，但是存在以下缺陷：(1)六氟化硫渗透管的制作比较困难，耗时、耗力，且释放速率不稳定，如购买商品化的SF6渗透管价格昂贵；(2)SF6渗透管投入到瘤胃当中后重复使用困难，需对实验动物屠宰后取出；(3)测定释放速率实验家畜需要背负气体采样器，固定比较困难。
因此，如何提供一种结构简单、操作方便且经济性好的反刍动物甲烷排放的测定方法是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在提供一种反刍动物甲烷排放的测定方法及***，能够准确检测出家畜的甲烷排放情况，该方法简单易完成，该***结构简单且便于移动，并且由于对设备的精度要求不高使得经济性好。
为实现上述目的，本发明提供了一种反刍动物甲烷排放的测定方法，其包括如下步骤：
S01：将反刍动物放入密闭的检测装置中至预设时间；
S02：对检测装置中的气体进行采样；
S03：分析采集的样本气体中的甲烷的浓度。
将反刍动物放入密闭的检测装置中，使该反刍动物在密闭的检测装置中停留预设时间，然后对该密闭的检测装置中的气体进行采样并分析气体中甲烷的浓度，即可计算出该反刍动物在检测装置中单位时间内排出的甲烷的量(即甲烷排放速率)。
可选地，在步骤S03中，通过色谱分析仪分析采集的样本气体中的甲烷的浓度。
为实现上述目的，本发明提供了一种反刍动物甲烷排放的测定方法，其包括如下步骤：
S1：将反刍动物放入检测室中，同时以预设排放速率向检测室内排放六氟化硫；
S2：对检测室中的气体进行采样；
S3：分析采集的样本气体中的甲烷的浓度和六氟化硫的浓度；
S4：通过如下公式计算甲烷的排放速率：
QCH4＝QSF6×CCH4/CSF6
其中，QCH4为反刍动物的甲烷排放速率，QSF6为六氟化硫的预设排放速率，CCH4为甲烷的浓度，CSF6为六氟化硫的浓度。
可选地，步骤S2中，对检测室内的气体进行采样包括：沿所述检测室的高度方向进行分层采样和/或沿所述检测室的周向均匀采样；在步骤S2和步骤S3之间还包括步骤：S21：将S2中各层采集的样本气体混合以获得待检测气体。
另外，本发明还提供了一种反刍动物甲烷排放的测定***，其包括：检测室，用于放置反刍动物；六氟化硫排放装置，设于所述检测室内，用于向所述检测室内排放六氟化硫；气体采样器，设于所述检测室内，用于采集所述检测室内的样本气体；集气装置，用于收集所采集的样本气体；色谱分析仪，用于分析所述样本气体内的甲烷浓度和六氟化硫浓度。
可选地，所述气体采样器的数量为至少两个，且各所述气体采样器沿所述检测室的高度方向设置和/或沿所述检测室的周向均匀设置。
可选地，所述检测室内还设有风扇，用于使所述检测室内的气体混合均匀。
可选地，所述六氟化硫排放装置包括标准六氟化硫钢瓶和与所述标准六氟化硫钢瓶连接的气体稀释仪。
将反刍动物放于检测室内的同时，六氟化硫排放装置以预设排放速率向该检测室内排放六氟化硫，二者同时进行，一定时间过后，检测室内都具有一定量的六氟化硫和甲烷两种气体，通过气体采样器对检测室内的气体进行采样并放入集气装置内以便于放置和携带，然后通过色谱分析仪分析采集的样本气体中六氟化硫和甲烷的浓度，并最终根据上述公式计算得出放牧家畜的甲烷排放速率。
通过本发明所提供的上述测定方法和测定***对反刍动物甲烷排放进行测定时，对检测室的密封要求较低，由于六氟化硫与瘤胃产生的甲烷的扩散特性相似，因此，即便是该检测室有透风的情况，六氟化硫漏出检测室外的情况和甲烷漏出检测室外的情况也类似，即检测室内的六氟化硫和甲烷的浓度比(CCH4/CSF6)不变，根据公式可知，最终的计算结果甲烷排放速率QCH4不会由于检测室的漏风情况而受影响。
也就是说，该检测室在主要用于挡风，避免甲烷和六氟化硫气体被风吹走，在经过一定时间后，该检测室内的空气中能够混有一定量的甲烷和六氟化硫以便对两种气体的浓度进行检测即可。由于本实施例中，对于检测室的密封性要求较低，因此，该检测室可以选用移动帐篷或可移动的箱体等均可，可大大降低设备的制作成本，提高经济性。并且，该检测室还可根据测试需要，被带至测试地进行测试，而无需将放牧羊、牛等反刍动物移动至固定的密室内，即测定地点并不固定，可根据检测需要具体设定位置、操作便捷且适用性好。
同时，本发明中，对于将反刍动物在检测室内的时间，也就是六氟化硫的排放时间不做具体要求，只要能保证检测室内具有一定量的甲烷和六氟化硫，以能够检测出二者的浓度即可。
另外，在检测过程中，反刍动物无需背负任何检测部件，也无需将渗透管放入瘤胃中，在节省成本的同时还可简化操作过程、并且不会对所检测的反刍动物造成任何伤害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例所提供的反刍动物甲烷排放的测定方法的流程框图；
图2是本发明实施例所提供的反刍动物甲烷排放的测定***的结构示意图。
附图2中，附图标注如下：
1-检测室；2-反刍动物；3-六氟化硫排放装置；4-气体采样器；5-风扇。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供一种反刍动物甲烷排放的测定方法，其包括如下步骤：
S01：将反刍动物放入密闭的检测装置中至预设时间；
S02：对检测装置中的气体进行采样；
S03：分析采集的样本气体中的甲烷的浓度。
将反刍动物2放入密闭的检测装置中，使该反刍动物2在密闭的检测装置中停留预设时间，然后对该密闭的检测装置中的气体进行采样并分析气体中甲烷的浓度，即可计算出该反刍动物在检测装置中单位时间内排出的甲烷的量(即甲烷排放速率)。
在上述实施例中，步骤S03中，通过色谱分析仪分析采集的样本气体中的甲烷的浓度，以便准确地检测出检测装置内的甲烷浓度。
本发明实施例提供一种反刍动物甲烷排放的测定方法以及基于该测定方法的测定***，其中，如图1所示，甲烷排放的测定方法包括如下步骤：
S1：将反刍动物2放入检测室1中，同时以预设排放速率向检测室1内排放六氟化硫；
S2：对检测室1中的气体进行采样；
S3：分析采集的样本气体中甲烷的浓度和六氟化硫的浓度；
S4：通过如下公式计算甲烷的排放速率：
QCH4＝QSF6×CCH4/CSF6 (1)
其中，QCH4为反刍动物2的甲烷排放速率，QSF6为六氟化硫的预设排放速率，CCH4为甲烷的浓度，CSF6为六氟化硫的浓度。
在步骤S1中，将牛、羊等反刍动物2放入检测室1中，同时以预设排放速率向测试室内排放六氟化硫，二者同时进行，一定时间过后，检测室1内都具有一定量的六氟化硫和甲烷两种气体；在步骤S2中，对检测室1内的气体进行采样；然后再对采集的样本气体进行分析和计算，具体包括步骤S3中，分析样本气体中的六氟化硫和甲烷的浓度，由于六氟化硫与瘤胃产生的甲烷的扩散特性相似，并且六氟化硫的排放速率已知，因此，可根据步骤S3中所分析的检测室1内的六氟化硫和甲烷的浓度按照公式(1)计算出检测室1内反刍动物2的甲烷排放速率，进而可求得一定时间内家畜的甲烷排放量。
而本发明实施例所提供的反刍动物甲烷排放的测定***则包括：检测室1、六氟化硫排放装置3、气体采样器4、集气装置和色谱分析仪，其中，检测室1用于放置放牧羊，六氟化硫排放装置3设于检测室1内并用于向所述检测室1内排放六氟化硫，气体采样器4设于检测室1内并用于采集所述检测室1内的样本气体，集气装置用于收集所采集的样本气体，而色谱分析仪则用于分析所述样本气体内的甲烷浓度和六氟化硫浓度。
具体的，将反刍动物2放于检测室1内的同时，六氟化硫排放装置3以预设排放速率向该检测室1内排放六氟化硫，二者同时进行，一定时间过后，检测室1内都具有一定量的六氟化硫和甲烷两种气体，通过气体采样器4对检测室1内的气体进行采样并放入集气装置内以便于放置和携带，然后通过色谱分析仪分析采集的样本气体中六氟化硫和甲烷的浓度，并最终根据上述公式(1)计算得出反刍动物2的甲烷排放速率。
通过本实施例所提供的测定方法和测定***对反刍动物2甲烷排放进行测定时，对检测室1的密封要求较低，由于六氟化硫与反刍动物2的瘤胃产生的甲烷的扩散特性相似，因此，即便是该检测室1有透风的情况，六氟化硫漏出检测室1外的情况和甲烷漏出检测室1外的情况也类似，即检测室1内的六氟化硫和甲烷的浓度比(CCH4/CSF6)不变，根据上述公式(1)可知，最终的计算结果甲烷排放速率QCH4不会由于检测室1的漏风情况而受影响。
也就是说，该检测室1在主要用于挡风，避免甲烷和六氟化硫气体被风吹散，在经过一定时间后，该检测室1内的空气中能够混有一定量的甲烷和六氟化硫以便对两种气体的浓度进行检测即可。由于本实施例中，对于检测室1的密封性要求较低，因此，该检测室1可以选用移动帐篷或可移动的箱体等均可，可大大降低设备的制作成本，提高经济性。并且，该检测室1还可根据测试需要，被带至测试地进行测试，而无需将放牧羊、牛等反刍动物2移动至固定的密室内，即测定地点并不固定，可根据检测需要具体设定位置、操作便捷且适用性好。
同时，本实施例中，对于将反刍动物2在检测室1内的时间，也就是六氟化硫的排放时间不做具体要求，只要能保证检测室1内具有一定量的甲烷和六氟化硫，以能够检测出二者的浓度即可。
另外，在检测过程中，反刍动物2无需背负任何检测部件，也无需将渗透管放入瘤胃中，在节省成本的同时还可简化操作过程、并且检测过程中不会对所检测的反刍动物2造成任何伤害。
在上述实施例中，对检测室1内的气体进行采样包括以下三种情况：
(1)沿检测室1的高度方向分层采样，此时，至少两个气体采样器4沿检测室1的高度方向设置；
(2)沿检测室1的周向均匀采样，此时，至少两个气体采样器4沿检测室1的周向均匀设置；
(3)上述分层采样和周向均匀采样结合，此时，至少两个气体采样器4，其沿高度方向和周向分别位于不同的位置。
当然，在本实施例中，也可以进通过一个气体采样器4对检测室1内的气体进行采样，而通过上述三种气体采样方式进行采样可避免气体由于发生分层现象或者检测室1内气体混合不均匀影响气体浓度的检测结果，进而提高测定结果的准确性。
具体的，对于气体采样器4的数量不做具体要求，其可根据检测室1的占地面积和高度进行设定，如图2所示，本实施例中，通过第一种情况即沿检测室1的高度方向分层采样，检测室1的占地面积为6m2、高度为2m，设有三个气体采样器4，分别位于0.5m、1m和1.5m高的位置，以对检测室1内的气体进行分层采样，并分别存储于集气装置内，此时，在步骤S2和步骤S3之间还包括混合各层气体的步骤S21：将步骤S2中各层采集的样本气体混合以获得待检测气体，即将三个集气装置内的气体等体积比混合以获得待检测气体；然后再对待检测气体进行分析、计算。
该测定***还包括风扇5，该风扇5设于检测室1内，用于增加检测室1内的气体流动，使内部气体混合均匀，以进一步提高分析结果的准确性。相应的，在测定方法中，对于检测室1内的气体的混合可以是在将反刍动物2放入检测室1中边开始启动风扇5对检测室1内的气体进行混合，也可以是在步骤S2中，在采样前，先对检测室1内的气体进行混合，具体混合时间不做限定，可根据具体情况，如检测室1的体积大小、风扇5的数量及功率等情况进行设定。
在上述实施例中，六氟化硫排放装置3包括标准六氟化硫钢瓶和与该标准六氟化硫钢瓶连接的气体稀释仪，也就是说，六氟化硫经过稀释后排放，以便于对其排放量进行精确的控制。
具体的，通过上述测定***按照上述测定方法(实验组)对放牧羊的甲烷排放情况进行测定，并将该测定结果与通过呼吸代谢箱法(对照组)的检测结果进行比较：试验羊随机选择年龄相近、体重相近实验羊6只，对照组3只，实验组3只，对照组和实验组羊日粮一致。
通过呼吸代谢箱法测定的甲烷排放速率为BQCH4，具体测定方法对本领域技术人员来说是熟知的现有技术，为节约篇幅，在此不再赘述。对照组的测定结果见表(一)：
表(一)对照组羊甲烷排放速率(BQCH4)
通过本实施例的测定方法测定甲烷的排放速率为MQCH4，具体方法如下：
在测定场地架设移动帐篷(检测室1)，将三只实验羊赶入移动帐篷内，同时将六氟化硫标准气体钢瓶通过标准气减压阀与标准气体稀释仪链接，通过设定标准气体稀释仪将六氟化硫标准气体的预设排放速率QSF6调节到100mL/min；
开启检测室1内的风扇5；
开启真空气体采样器4，沿检测室1的高度方向分层对内部的气体进行采样，并将所采集的样本气体放入金属箔气体采样袋内；
将不同高度采集的气体按体积比混合；
将采集的气体使用气相色谱仪分析甲烷浓度CCH4与六氟化硫浓度CSF6；
通过公式(1)计算得出甲烷排排放速率MQCH4。
实验组的测定结果见表(二)：
表(二)实验组羊甲烷排放速率(MQCH4)
与对照组相比，实验组的精确度可根据下述公式(2)计算：
(CV％)＝[1-|MQCH4-BQCH4|/BQCH4]×100％ (2)
将上述测定结果带入公式(2)，经计算，实验组的精确度为97.7％。可见，通过本实施例提供的测定***或测定方法所测定的羊的甲烷排放情况与通过通过呼吸代谢箱法测定的结果相近，误差较小，因此可以说明本方法的准确度高，具有实用性。
实验组中，六氟化硫的浓度为0.5ppm，其预设排放速率QSF6为100mL/min，在此不做具体限制，可以改变其中一个参数，也可以使用其它排放参数组合，而此种参数设置(0.5ppm、100ml/min)下，可使得该六氟化硫的排放量与反刍动物2的甲烷排放量相近，使得六氟化硫和甲烷的排放情况更为接近，进而提升测定结果的准确性。
在上述实施例中，测定反刍动物2的甲烷排放情况时，按照当日不同时间分别对反刍动物2的甲烷排放进行测定，详细的说，以检测羊在一天之内的甲烷排放情况为例，将实验羊分别在6:00、12:00和18:00赶入移动帐篷，测定甲烷排放量，将获得三个测定结果，取上述三个测定结果的平均值作为该实验羊当日的甲烷排放速率，以计算其在一天之内的甲烷排放量。此种测定方法可避免由于羊在早上、中午和晚上的进食情况或运动情况的不同而影响最终计算甲烷排放量的结果的准确性。
当然，对于选择的测定的时间段的数量以及时间点均不作具体要求，如还可以选择将实验羊分布在6:00、11:00、16:00和21:00四个时间点进行测定等。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种反刍动物甲烷排放的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：将反刍动物放入密闭的检测装置中至预设时间；
S02：对检测装置中的气体进行采样；
S03：分析采集的样本气体中的甲烷的浓度。
2.根据权利要求1所述的反刍动物甲烷排放的测定方法，其特征在于，步骤S03中，通过色谱分析仪分析采集的样本气体中的甲烷的浓度。
3.一种反刍动物甲烷排放的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将反刍动物放入检测室中，同时以预设排放速率向检测室内排放六氟化硫；
S2：对检测室中的气体进行采样；
S3：分析采集的样本气体中的甲烷的浓度和六氟化硫的浓度；
S4：通过如下公式计算甲烷的排放速率：
QCH4＝QSF6×CCH4/CSF6
其中，QCH4为反刍动物的甲烷排放速率，QSF6为六氟化硫的预设排放速率，CCH4为甲烷的浓度，CSF6为六氟化硫的浓度。
4.根据权利要求3所述的反刍动物甲烷排放的测定方法，其特征在于，
步骤S2中，对检测室内的气体进行采样包括：沿所述检测室的高度方向进行分层采样和/或沿所述检测室的周向均匀采样；
在步骤S2和步骤S3之间还包括：
步骤S21：将S2中各层采集的样本气体混合以获得待检测气体。
5.一种基于权利要求3或4所述的反刍动物甲烷排放的测定方法的测定***，其特征在于，包括：
检测室，用于放置反刍动物；
六氟化硫排放装置，设于所述检测室内，用于向所述检测室内排放六氟化硫；
气体采样器，设于所述检测室内，用于采集所述检测室内的样本气体；
集气装置，用于收集所采集的样本气体；
色谱分析仪，用于分析所述样本气体内的甲烷浓度和六氟化硫浓度。
6.根据权利要求5所述的反刍动物甲烷排放的测定***，其特征在于，所述气体采样器的数量为至少两个，且各所述气体采样器沿所述检测室的高度方向设置和/或沿所述检测室的周向均匀设置。
7.根据权利要求5所述的反刍动物甲烷排放的测定***，其特征在于，所述检测室内还设有风扇，用于使所述检测室内的气体混合均匀。
8.根据权利要求求5所述的反刍动物甲烷排放的测定***，其特征在于，所述六氟化硫排放装置包括标准六氟化硫钢瓶和与所述标准六氟化硫钢瓶连接的气体稀释仪。
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