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 魏學鋒 燕振剛

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

關鍵詞：碳排放;科學養(yǎng)殖;環(huán)境治理;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

中圖分類號：X50? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）09-0074-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 反芻動物的碳排放測定

為了實現(xiàn)脫貧致富以及滿足動物食品市場的需求，家畜養(yǎng)殖漸漸在我國西部地區(qū)成為一項可觀經(jīng)濟收入來源，越來越多的農(nóng)戶開始養(yǎng)殖家畜，這樣會使溫室氣體增加且西部地區(qū)沙漠較多生態(tài)環(huán)境脆弱必然對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成很大影響。如果不對反芻動物的碳排放加以控制，這將會對西部地區(qū)乃至全國環(huán)境造成很大程度地污染。

關于動物對環(huán)境的影響，已經(jīng)有了較多的研究成果。研究家畜碳排放對我們來說是非常有意義的?？梢詫ι鷳B(tài)環(huán)境，科學養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展提供準確的數(shù)據(jù)，以便可以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。反芻動物腸道結構促成持續(xù)的日腸道發(fā)酵，反芻家畜有一個膨脹室——瘤胃，處于消化道的前部，支持其密集微生物發(fā)酵，從營養(yǎng)學上這將具有許多優(yōu)點，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)生相對較低的排放，因為在其消化過程中在家畜腸道內(nèi)發(fā)生的反應較少所以產(chǎn)生的氣體較少。甲烷是家畜消化過程中腸道內(nèi)的各種細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，家畜種群應分為不同亞類，且對每個亞類估算每種家畜的排放率。種群亞組中釋放的甲烷量計算為：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生產(chǎn)區(qū)域的主要家畜為例如表1，通過收集家畜年均飼養(yǎng)量、平均每日的反芻動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，以此來研究家畜的碳排放并進行估算。

對于反芻動物甲烷的測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物放在一個呼吸箱中，通過測定固定期間內(nèi)呼吸箱中其在空氣中所占比重的變化來計算甲排放量。

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

3）示蹤法：該方法基于六氟化硫物理性質(zhì)與甲烷類似來測定甲烷的排放量，通過測定六氟化硫的排放速度與其濃度，進而推算出反芻動物甲烷的排放量。

2 反芻動物甲烷排放的計算公式

首先，要將家畜的種群歸為各個亞類，并且要總結出每種家畜亞類特性.其次，根據(jù)測出的每種家畜個體一年內(nèi)釋放甲烷氣體質(zhì)量計算出每類家畜亞類的排放因子。進而，將各種家畜的排放因子和對應家畜亞類種群數(shù)相乘，計算其排放量，并將所有的家畜排放量相加，之后再計算總的排放量。在實際應用中這三步可按不同的詳細程度和復雜度靈活進行。

2.1反芻動物特性

l駱駝：駱駝是反芻動物的一種，其具有很強的耐渴性，主要飼料復雜多樣，作為一個龐大的群體，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

關于碳排放因子由于已經(jīng)有了相關的結論且數(shù)據(jù)準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家畜飼養(yǎng)量并將其結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語言的碳排放估算系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)設計

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

1）估算界面

此界面為本系統(tǒng)的核心所在，所使用的估計方法來自公式（1）：[SUM=EF（T）?（N（T）106）]，利用此公式還可以估計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)殖相關人數(shù)提供健全和專業(yè)的資料庫便于查詢相關知識。

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便捷的交流平臺。二是為養(yǎng)殖戶提供購買相關商品的功能。

4 技術實現(xiàn)

基本構思：使用eclipse創(chuàng)建項目進行開發(fā)。先制作菜單界面，在面板內(nèi)加入button并為其添加事件。用戶點擊button后，調(diào)用對應的事件進行響應。接下來設計各button對應的功能界面。加入用戶對應的數(shù)據(jù)庫，并使其與系統(tǒng)連接。從而實現(xiàn)歷史測量數(shù)據(jù)的存儲便于用戶使用。設計系統(tǒng)進入界面并對系統(tǒng)UI進行優(yōu)化。

設計計算界面，資料查詢，社區(qū)鏈接，用戶輸入所需查詢牲畜種類及數(shù)量進行計算并將數(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：服務器驗證用戶并存儲用戶信息，以便用戶下次使用。

本地使用：下載使用估算系統(tǒng)

本地啟動估算系統(tǒng)流程執(zhí)行情況如下：

1）進度條

private static final long serialVersionUID = 1L;

// 創(chuàng)建進度條屬性

privateJProgressBarjpb;

// 定義一張圖片標簽

privateJLabeljl;

// 構造方法

publicjiemian（）{

init（）;

}

2）初始化方法并加入組件來完成界面的設計，在此基礎上設計菜單界面及各按鈕的功能及其對應界面（源碼略）

啟動界面設計：

5 未來期許

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

參考文獻：

[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策[J].潔凈煤技術，1999，5（3）：10-12，42.

[3] 馬樂.反芻動物瘤胃甲烷產(chǎn)生及調(diào)控的研究進展[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】