大气NH3的畜禽养殖源

动物排泄物中所含的N以尿素（哺乳动物）或尿酸（禽鸟类）的形式存在，通过粪尿以尿素、NH 3和有机氮的方式排出体外。排泄物中的NH 3挥发，来源于尿素［CO（NH 2）2］、尿酸（C5 H 4 O 3 N 4）和未消化的蛋白质（undigested proteins）。有关其中的微生物过程和物理及化学过程已经研究得相当透彻［22-25］，具体可总结为R35-1至R35-6的反应以及公式35-1和35-2。

尿酸在微生物的尿酸酶作用下，与O 2和H 2 O结合生成CO 2和NH 3（R35-1）。尿素则通过脲酶（普遍存在于含微生物的排泄物中）的降解而产生CO 2和NH 3（R35-2）。未消化的蛋白质通过尿酸酶和脲酶参与细菌代谢过程，从而分解产生NH 3（R35-3）。畜禽排泄物的NH 3挥发速率与排泄物表层的NH 3浓度和环境大气NH 3之间的梯度差存在比例关系。这也是模型模拟NH 3挥发速率的理论依据，可通过公式35-1表示：

其中E表示NH 3的挥发速率（g·m-2·s-1），k代表空气中NH 3的扩散系数（m·s-1），C排泄物代表排泄物排放的NH 3浓度（g·m-3），C空气代表排泄物周围环境的NH 3浓度（g·m-3）。C排泄物的大小取决于排泄物表面的水相NH 4+［NH 4+（水相，排泄物）］和NH 3［NH 3（水相，排泄物）］（R35-4）：

NH 4+／NH 3的平衡，取决于溶液中的离子强度，也就是R35-4中的电离常数（K a），以下式表示：

其中［NH 3］、［H+］和［NH 4+］代表各自的摩尔浓度。［NH 3］和［NH 4+］的平衡，取决于p H和温度。(www.xing528.com)

排泄物气态NH 3的生成，取决于排泄物中NH 3［NH 3（水相，排泄物）］和气态NH 3［NH 3（气相，排泄物）］的平衡，在此稀释系统中受亨利定律（Henry's law）支配（R35-5）：

自排泄物中挥发的NH 3［NH 3（气相，排泄物）］进入空气中成为NH 3（气相，空气）的过程表示为：

O.Oenema等研究者［1，26］指出，用于喂养畜禽的食物，其所含的N只有一小部分驻留在奶、肉和蛋里，大部分（55%～95%）以排泄物的形式排放到环境中。畜禽养殖作为一个系统，其排泄物的NH 3挥发，除了受上述微观机制调控之外，还由于所处阶段的不同（如栏内存储、堆肥、田间施用等）而导致NH 3挥发速率呈现显著性差异。另外，排泄物自身的特点也会强烈影响排泄物的NH 3排放。譬如，随着排泄物与土壤和水的混合稀释，其所含的NH 4+浓度将会减少，进而减少排泄物本身的NH 3挥发。又如，若排泄物的含水量较多，则所含的NH 4+易淋溶转移到地下，也会减少NH 3挥发；反之亦然。R.Stevens等人［27］在实验中用85份水和100份水稀释排泄物，结果表明，两者可使NH 3挥发分别减少50%和75%。当然，不同类的畜禽，其排泄物的组分及其特点也不同。排泄物的存储方式以及所喂食物营养组分的不同，也会导致排泄物NH 3挥发的差异。有关环境因素如何影响排泄物NH 3的挥发，S.G.Sommer等人［28］通过实验总结为：①NH 3排放速率在排泄物产生6 h后随温度升高而呈指数型增加（R 2=0.84），但当施入农田后，相关关系变弱；②NH 3的挥发随着水-汽压力差的增大而增加；③NH 3的排放随风速增大而加快，但当风速达到2.5 m·s-1并上升至4 m·s-1时，NH 3挥发速率不存在连续性的增加。