Печать

PDF Скачать статью в pdf.

DOI: 10.15507/2658-4123.035.202503.465-488

EDN: https://elibrary.ru/xdsitt

УДК 631.862.1:633.082.35:636.2

 

Исследования выделения парниковых газов при переработке навоза молодняка крупного рогатого скота

 

Брюханов Александр Юрьевич
доктор технических наук, член-корреспондент РАН, директор института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (196634, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское ш., д. 3), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4963-3821, Researcher ID: B-7550-2018, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Васильев Эдуард Вадимович
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела анализа и прогнозирования экологической устойчивости агроэкосистем института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (196634, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское ш., д. 3), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5910-5793, Researcher ID: C-1304-2018, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Базыкин Валентин Игоревич
научный сотрудник отдела анализа и прогнозирования экологической устойчивости агроэкосистем института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (196634, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское ш., д. 3), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6417-6433, Researcher ID: P-4694-2015, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Шалавина Екатерина Викторовна
кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела анализа и прогнозирования экологической устойчивости агроэкосистем института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (196634, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское ш., д. 3), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7345-1510, Researcher ID: C-1980-2018, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Аннотация
Введение. В настоящее время расчет эмиссии парниковых газов осуществляется в соответствии с оценками Межправительственной группы экспертов по изменению климата, которые не отражают в полной мере ситуацию в сельском хозяйстве из-за укрупненных методов расчета и отсутствия детализации внутри стран. Оценка во многом зависит от точности расчетов, которую можно повысить за счет учета специфики в разрезе технологий в Российской Федерации, и от проведения фактических замеров при переработке навоза.
Цель исследования. Изучение выделения парниковых газов с применением установки, имитирующей реальные условия переработки подстилочного навоза молодняка крупного рогатого скота.
Материалы и методы. На обоснованной экспериментальной установке, включающей герметичную вентилируемую камеру, имитировали технологию компостирования навоза телят в части его естественного разогрева и замеряли концентрацию выделяемых климатически активных веществ в трех повторностях и в четырех температурных режимах. Исследование включало подготовительный этап – химический анализ, взвешивание и загрузка навоза; основной этап – запуск имитационных условий переработки и фиксирование концентрации загрязняющих веществ в выбросах; заключительный этап – выгрузка и взвешивание навоза. Содержание газов в выбросах определяли на четырехканальном газоанализаторе ЭЛАН плюс. Экспериментальные данные обрабатывали в программе Microsoft Excel. Для определения предельного значения случайной погрешности использовали критерий Стьюдента.
Результаты исследования. На экспериментальной установке были определены концентрации аммиака, сероводорода, метана и углекислого газа в выбросах из навоза молодняка крупного рогатого скота в четырех режимах исследования. Значения средних величин концентрации попадают в интервал среднеквадратичных отклонений, следовательно, полученные данные достоверны.
Обсуждение и заключение. По результатам аналитического обзора выбрана наиболее рациональная конструкция экспериментальной установки. Полученные на ней концентрации газов показали сходимость с результатами аналогичных исследований сторонних авторов. Далее необходимо разработать расчетную модель, учитывающую различные технологии обращения с навозом и позволяющую перейти от концентраций парниковых газов к удельным выбросам.

Ключевые слова: парниковые газы, концентрация парниковых газов в эмиссии, замер концентрации, аммиак, животноводство, переработка навоза

Благодарности: авторы благодарят рецензентов за помощь в улучшении статьи, а также коллег из Института глобального климата и экологии имени академика Ю. А. Израэля за консультирование.

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Брюханов А.Ю., Васильев Э.В., Базыкин В.И., Шалавина Е.В. Исследования выделения парниковых газов при переработке навоза молодняка крупного рогатого скота. Инженерные технологии и системы. 2025;35(3):465–488. https://doi.org/10.15507/2658-4123.035.202503.465-488

Вклад авторов:
А. Ю. Брюханов – контроль, лидерство и наставничество в процессе планирования и проведения исследования.
Э. В. Васильев – формулирование идеи исследования, целей и задач; разработка методологии исследования.
В. И. Базыкин – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов и сбор данных.
Е. В. Шалавина – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов и сбор данных; создание и подготовка рукописи: визуализация результатов исследования и полученных данных.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 07.02.2025;
поступила после рецензирования 25.02.2025;
принята к публикации 06.03.2025

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Пилип Л.В. Метод очистки воздуха от запахообразующих веществ свинокомплексов. Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019;(4):137–146. https://doi.org/0.24411/0131-5226-2019-10221
  2. Джабборов Н.И., Мишанов А.П., Добринов А.В. Прогнозирование выбросов парниковых газов в растениеводстве от уровня применяемых технологий. АгроЭкоИнженерия. 2024;(1):70–82. https://doi.org/10.24412/2713-2641-2024-1118-70-82
  3. Вторый В.Ф., Вторый С.В. Влияние системы удаления навоза на концентрацию аммиака в коровниках с беспривязным содержанием. АгроЭкоИнженерия. 2024;(2):104–117. https://doi.org/10.24412/2713-2641-2024-2119-104-116
  4. Брюханов А.Ю., Васильев Э.В., Шалавина Е.В., Уваров Р.А., Субботин И.А. Метод решения экологических проблем при обращении с навозом и пометом. Молочнохозяйственный вестник. 2017;(3):84–96. https://elibrary.ru/zmnsxd
  5. Васильев Э.В., Шалавина Е.В. Изменение содержания азота и фосфора в жидкой фракции свиного навоза при биологической очистке. Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2014;(85):146–150. https://elibrary.ru/sydqqr
  6. Kaharabata S.K., Schuepp P.H., Desjardins R.L. Methane Emissions from Above Ground Open Manure Slurry Tanks. Global Biogeochemical Cycles. 1998;12(3):545–554. https://doi.org/10.1029/98GB01866
  7. Sommer S.G., Petersen S.O., Søgaard H.T. Greenhouse Gas Emission from Stored Livestock Slurry. Journal of Environmental Quality. 2000;29(3):744–751. https://doi.org/10.2134/jeq2000.00472425002900030009x
  8. Hellebrand H.J., Kalk W.-D. Emission of Methane, Nitrous Oxide, and Ammonia from Dung Windrows. Nutrient Cycling in Agroecosystems. 2001;60:83–87. https://doi.org/10.1023/A:1012662823291
  9. Berg W., Brunsch R., Pazsiczki I. Greenhouse Gas Emissions from Covered Slurry Compared with Uncovered During Storage. Agriculture, Ecosystems & Environment. 2006;112(2–3):129–134. https://doi.org/10.1016/j.agee.2005.08.031
  10. Hudson N.A., Ayoko G.A., Dunlop M.W., Duperouzel D., Burrell D., Bell K., et al. Comparison of Odour Emission Rates Measured from Various Sources Using Two Sampling Devices. Bioresource Technology. 2009;100(1):118–124. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.05.043
  11. Zhu H., Dong H., Zuo F., Yuan F., Rao J. Effect of Covering on Greenhouse Gas Emissions from Beef Cattle Solid Manure Stored at Different Stack Heights. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering. 2014;30:225–231. URL: https://www.ingentaconnect.com/content/tcsae/tcsae/2014/00000030/00000024/ art00027;jsessionid=1krm4xm5vumnl.x-ic-live-03 (дата обращения: 01.06.2025).
  12. Trabue S.L., Kerr B.J., Bearson B.L., Hur M., Parkin T., Wurtele E.S., et al. Microbial Community and Chemical Characteristics of Swine Manure During Maturation. Journal of Environmental Quality. 2016;45(4):1144–1152. https://doi.org/10.2134/jeq2015.09.0446
  13. Powers W., Capelari M. Analytical Methods for Quantifying Greenhouse Gas Flux in Animal Production Systems. Journal of Animal Science. 2016;94(8):3139–3146. https://doi.org/10.2527/jas.2015-0017
  14. Holly M.A., Larson R.A., Powell J.M., Ruark M.D., Aguirre-Villegas H. Greenhouse Gas and Ammonia Emissions from Digested and Separated Dairy Manure During Storage and after Land Application. Agriculture, Ecosystems & Environment. 2017;239:410–419. https://doi.org/10.1016/j.agee.2017.02.007
  15. Vorobel M., Klym O., Kaplinskyi V., Ivan L., Grabovskyi S., Taras P., et al. Reduction of the Greenhouse Gas Emissions from the Pig Manure Using Inorganic Substances. Scientific Papers. Series D. Animal Science. 2023;(2):421–427. URL: https://animalsciencejournal.usamv.ro/pdf/2023/issue_2/Art49.pdf (дата обращения: 01.06.2025).
  16. Kerr B.J., Trabue S.L., Andersen D.S., Van Weelden M.B., Pepple L.M. Dietary Composition and Particle Size Effects on Swine Manure Characteristics and Gas Emissions. Journal of Environmental Quality. 2020;49(5):1384–1395. https://doi.org/10.1002/jeq2.20112
  17. Cattaneo M., Tayà C., Burgos L., Morey L., Noguerol J., Provolo G., et al. Assessing Ammonia and Greenhouse Gas Emissions from Livestock Manure Storage: Comparison of Measurements with Dynamic and Static Chambers. Sustainability. 2023;15(22):15987. https://doi.org/10.3390/su152215987
  18. Фахреев Н.Н., Дыганова Р.Я. Программный комплекс оценки полигонов хранения органических отходов в птицеводческих комплексах. Академический вестник ELPIT. 2019;4(1):49–56. https://elibrary.ru/pbgbrj
  19. Posse G., Lewczuk N., Richter K., Hilbert J. Field Measurements of Agricultural Emissions. Bioenergy and Latin America: A Multi Country Perspective. 2015:53–60. URL: https://www.researchgate.net/publication/304917594_Field_measurements_of_ agricultural_emissions (дата обращения: 01.06.2025).
  20. Pumpanen J., Kolari P., Ilvesniemi H. Minkkinen K., Vesala T., Niinistöet S., et al. Comparison of Different Chamber Techniques for Measuring Soil CO2 Efflux. Agricultural and Forest Meteorology. 2004;123(3–4):159–176. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2003.12.001
  21. Rochette P. Towards a Standard Non-Steady-State Chamber Methodology for Measuring Soil N2O Emissions. Animal Feed Science and Technology. 2011;166–167:141–146. https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2011.04.063
  22. Clough T.J., Rochette P., Thomas S.M., Pihlatie M., Christiansen J.R., Thorman R.E. Global Research Alliance N2O Chamber Methodology Guidelines: Design Considerations. Journal of Environmental Quality. 2020;49(5):1081–1091. https://doi.org/10.1002/jeq2.20117
  23. Fiedler J., Fuß R., Glatzel S. Hagemann U. Huth V., Jordan S., et al. Measurement of Carbon Dioxide, Methane and Nitrous Oxide Fluxes between Soil-Vegetation-Systems and the Atmosphere Using Non-Steady State Chambers. Best Practice Guideline. 2022. 70 p. https://doi.org/10.23689/fidgeo-5422
  24. Шахматов К.Л., Орлов Т.В., Суворов Г.Г., Чередниченко О.В., Фурса Ю.В., Моченов С.Ю., и др. Апробация методов площадной оценки эмиссии парниковых газов на осушенных торфяниках Северо-Запада России с помощью GEST-подхода на примере торфяника Дедово поле. Труды Инсторфа. 2023;(28):10–20. https://elibrary.ru/hkerql
  25. Казанцев В.С., Кривенок Л.А., Чербунина М.Ю., Котов П.И. Эмиссия парниковых газов из природных экосистем Норильского промышленного района. Арктика и Антарктика. 2023;(4):19–41. https://doi.org/10.7256/2453-8922.2023.4.69058

 

 

Лицензия Creative Commons
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Подробности
Просмотров: 17