甘肅典型生產(chǎn)區(qū)域主要家畜碳排放估算系統(tǒng)

呂文博 吳卓 曹軍 吳文輝 魏學(xué)鋒 燕振剛

摘要：該文在系統(tǒng)地梳理了相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，就甘肅省典型生產(chǎn)區(qū)域主要家畜日常碳排量進(jìn)行了大概的分析，介紹了幾種家畜碳排放量的測(cè)定方法并引用了相關(guān)論文中正確的碳排放因子再建立反芻家畜的碳排放計(jì)算公式并將其引用到系統(tǒng)中根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算出總碳排放量。而且本系統(tǒng)還可以為養(yǎng)殖場(chǎng)的科學(xué)化養(yǎng)殖提供一些科學(xué)依據(jù)并且為當(dāng)?shù)氐胤秸贫▍^(qū)域可持續(xù)發(fā)展政策以及應(yīng)對(duì)全球氣候變化提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：碳排放;科學(xué)養(yǎng)殖;環(huán)境治理;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

中圖分類號(hào)：X50? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）09-0074-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 反芻動(dòng)物的碳排放測(cè)定

為了實(shí)現(xiàn)脫貧致富以及滿足動(dòng)物食品市場(chǎng)的需求，家畜養(yǎng)殖漸漸在我國(guó)西部地區(qū)成為一項(xiàng)可觀經(jīng)濟(jì)收入來(lái)源，越來(lái)越多的農(nóng)戶開始養(yǎng)殖家畜，這樣會(huì)使溫室氣體增加且西部地區(qū)沙漠較多生態(tài)環(huán)境脆弱必然對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成很大影響。如果不對(duì)反芻動(dòng)物的碳排放加以控制，這將會(huì)對(duì)西部地區(qū)乃至全國(guó)環(huán)境造成很大程度地污染。

關(guān)于動(dòng)物對(duì)環(huán)境的影響，已經(jīng)有了較多的研究成果。研究家畜碳排放對(duì)我們來(lái)說(shuō)是非常有意義的。可以對(duì)生態(tài)環(huán)境，科學(xué)養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以便可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。反芻動(dòng)物腸道結(jié)構(gòu)促成持續(xù)的日腸道發(fā)酵，反芻家畜有一個(gè)膨脹室——瘤胃，處于消化道的前部，支持其密集微生物發(fā)酵，從營(yíng)養(yǎng)學(xué)上這將具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括消化纖維素的能力。其次，主要的反芻家畜有家牛、水牛、山羊、綿羊、鹿和駱駝。非反芻家畜（馬、騾子、驢子）和單胃家畜（豬）產(chǎn)生相對(duì)較低的排放，因?yàn)樵谄湎^(guò)程中在家畜腸道內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)較少所以產(chǎn)生的氣體較少。甲烷是家畜消化過(guò)程中腸道內(nèi)的各種細(xì)菌微生物分解食物產(chǎn)生的。通常，采食量越高，釋放的甲烷氣體就越多。但為了反映不同家畜種類間排放率的差異，家畜種群應(yīng)分為不同亞類，且對(duì)每個(gè)亞類估算每種家畜的排放率。種群亞組中釋放的甲烷量計(jì)算為：每種家畜的排放率乘以亞類中的家畜數(shù)量。

而本文主要以甘肅五個(gè)生產(chǎn)區(qū)域的主要家畜為例如表1，通過(guò)收集家畜年均飼養(yǎng)量、平均每日的反芻動(dòng)物采食量甲烷換算系數(shù)即將其轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)化成甲烷地飼料能量百比，以此來(lái)研究家畜的碳排放并進(jìn)行估算。

對(duì)于反芻動(dòng)物甲烷的測(cè)定方法主要有以下幾種：

1）呼吸代謝室法：它的主要原理是將反芻動(dòng)物放在一個(gè)呼吸箱中，通過(guò)測(cè)定固定期間內(nèi)呼吸箱中其在空氣中所占比重的變化來(lái)計(jì)算甲排放量。

2）呼吸頭箱法、面罩法：首先需要將反芻動(dòng)物的頭部固定于箱內(nèi)或者只需要將反芻動(dòng)物的口和鼻用面罩罩住之后測(cè)量其在固定期限內(nèi)的變化即可。

3）示蹤法：該方法基于六氟化硫物理性質(zhì)與甲烷類似來(lái)測(cè)定甲烷的排放量，通過(guò)測(cè)定六氟化硫的排放速度與其濃度，進(jìn)而推算出反芻動(dòng)物甲烷的排放量。

2 反芻動(dòng)物甲烷排放的計(jì)算公式

首先，要將家畜的種群歸為各個(gè)亞類，并且要總結(jié)出每種家畜亞類特性.其次，根據(jù)測(cè)出的每種家畜個(gè)體一年內(nèi)釋放甲烷氣體質(zhì)量計(jì)算出每類家畜亞類的排放因子。進(jìn)而，將各種家畜的排放因子和對(duì)應(yīng)家畜亞類種群數(shù)相乘，計(jì)算其排放量，并將所有的家畜排放量相加，之后再計(jì)算總的排放量。在實(shí)際應(yīng)用中這三步可按不同的詳細(xì)程度和復(fù)雜度靈活進(jìn)行。

2.1反芻動(dòng)物特性

l駱駝：駱駝是反芻動(dòng)物的一種，其具有很強(qiáng)的耐渴性，主要飼料復(fù)雜多樣，作為一個(gè)龐大的群體，它們的碳排放也是有一定影響的。

l山羊：此類羊活動(dòng)量極大，可以產(chǎn)奶;日常喜食多汁飼料等

l牦牛：體形龐大，食量超多，毛皮較厚可以自我保暖;青干草是其日常飼料

l早勝牛：屬于隴東地區(qū)特有品種，主食包括秸稈，粗飼料，干草等，它的體形也是黃牛中體形最大的一種。

l黃牛：主要在隴東地區(qū)，隴南等地區(qū)較為常見，體形大生長(zhǎng)速率快，但碳排放量大。

l沙毛山羊：品質(zhì)相比較其他種群的羊其超有產(chǎn)肉率較低，其屬于烏鞘嶺的特殊羊，主要飼料為飼草。

2.2排放因子的選擇

關(guān)于碳排放因子由于已經(jīng)有了相關(guān)的結(jié)論且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確所以直接引用即可其數(shù)據(jù)如表2：

2.3公式的確定

即利用公式估算總的甲烷排放量為了估算總排放量，將表1.2種的排放因子乘以相關(guān)家畜飼養(yǎng)量并將其結(jié)果加總便可以得到總的甲烷排放量見公式1其含義見表3。

公式1：

[][SUM=EF（T）?（N（T）106）]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

3 基于JAVA語(yǔ)言的碳排放估算系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)用性和便捷性為原則，在設(shè)計(jì)了主要的計(jì)算界面的同時(shí)，還增加了資料查詢，社區(qū)二個(gè)板塊，這樣做的目的則是為了在為用戶提供甲烷排放估計(jì)的同時(shí)還能為用戶提供科學(xué)養(yǎng)殖建議以及為在用戶有購(gòu)買養(yǎng)殖所需地飼料、科學(xué)養(yǎng)殖指導(dǎo)和家畜病害防治用品需求時(shí)利用社區(qū)板塊及時(shí)為用戶提供相關(guān)商品。除此之外還可以為用戶提供免費(fèi)的資料查詢服務(wù)供養(yǎng)殖戶使用。

1）估算界面

此界面為本系統(tǒng)的核心所在，所使用的估計(jì)方法來(lái)自公式（1）：[SUM=EF（T）?（N（T）106）]，利用此公式還可以估計(jì)不同種類的家畜甲烷排放量。

2）資料

此版塊主要目的是給養(yǎng)殖戶及農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖相關(guān)人數(shù)提供健全和專業(yè)的資料庫(kù)便于查詢相關(guān)知識(shí)。

3）社區(qū)

社區(qū)板塊主要有兩大功能：一是為用戶之間，用戶和專家之間以及專家和專家之間提供一個(gè)便捷的交流平臺(tái)。二是為養(yǎng)殖戶提供購(gòu)買相關(guān)商品的功能。

4 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

基本構(gòu)思：使用eclipse創(chuàng)建項(xiàng)目進(jìn)行開發(fā)。先制作菜單界面，在面板內(nèi)加入button并為其添加事件。用戶點(diǎn)擊button后，調(diào)用對(duì)應(yīng)的事件進(jìn)行響應(yīng)。接下來(lái)設(shè)計(jì)各button對(duì)應(yīng)的功能界面。加入用戶對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并使其與系統(tǒng)連接。從而實(shí)現(xiàn)歷史測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)便于用戶使用。設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)入界面并對(duì)系統(tǒng)UI進(jìn)行優(yōu)化。

設(shè)計(jì)計(jì)算界面，資料查詢，社區(qū)鏈接，用戶輸入所需查詢牲畜種類及數(shù)量進(jìn)行計(jì)算并將數(shù)據(jù)添加入SQL。

用戶可線上登錄也可本地使用估算系統(tǒng)。

線上使用：服務(wù)器驗(yàn)證用戶并存儲(chǔ)用戶信息，以便用戶下次使用。

本地使用：下載使用估算系統(tǒng)

本地啟動(dòng)估算系統(tǒng)流程執(zhí)行情況如下：

1）進(jìn)度條

private static final long serialVersionUID = 1L;

// 創(chuàng)建進(jìn)度條屬性

privateJProgressBarjpb;

// 定義一張圖片標(biāo)簽

privateJLabeljl;

// 構(gòu)造方法

publicjiemian（）{

init（）;

}

2）初始化方法并加入組件來(lái)完成界面的設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)菜單界面及各按鈕的功能及其對(duì)應(yīng)界面（源碼略）

啟動(dòng)界面設(shè)計(jì)：

5 未來(lái)期許

我們計(jì)劃在將來(lái)為用戶提供持續(xù)的優(yōu)化服務(wù)包括算法和其他板塊的更新優(yōu)化。在更新時(shí)將估算功能的優(yōu)化放在首位，在有更科學(xué)，更精確的計(jì)算公式時(shí)及時(shí)更新。在資料板塊及時(shí)提供最新資料及文獻(xiàn)，在社區(qū)板塊持續(xù)完善購(gòu)買商品及其相關(guān)服務(wù)優(yōu)化社區(qū)交流模塊。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李彩弟，燕振剛.農(nóng)產(chǎn)品碳排放及家畜甲烷排放影響因素的研究[J].青海農(nóng)林科技，2019（4）：53-56.

[2] 徐振剛，張振勇.甲烷排放源及減排對(duì)策[J].潔凈煤技術(shù)，1999，5（3）：10-12，42.

[3] 馬樂.反芻動(dòng)物瘤胃甲烷產(chǎn)生及調(diào)控的研究進(jìn)展[J].飼料與畜牧，2013（8）：19-21.

[4] 楊彥明，龐彰，烏恩.內(nèi)蒙古自治區(qū)主要畜禽甲烷排放現(xiàn)狀及對(duì)策[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2011，39（5）：1-3，6.

【通聯(lián)編輯：梁書】