養(yǎng)殖環(huán)境細菌微生物氣溶膠粒徑分布及其健康危害評估

，

（泰安市岱岳區(qū)畜牧獸醫(yī)局，山東泰安 271000）

養(yǎng)殖環(huán)境細菌微生物氣溶膠粒徑分布及其健康危害評估

鐘召兵，王寧

（泰安市岱岳區(qū)畜牧獸醫(yī)局，山東泰安 271000）

為深入了解畜禽舍環(huán)境中氣載細菌微生物的空氣動力學粒徑分布規(guī)律，并評估其潛在的健康危害風險，采用Andersen-6級微生物空氣采樣器以血-瓊脂培養(yǎng)基、沙氏培養(yǎng)基和高氏合成1號培養(yǎng)基為采樣介質，對雞舍、豬舍、牛舍環(huán)境中空氣樣品進行系統(tǒng)定點取樣、測定及分析。研究結果表明，雞舍環(huán)境中氣載需氧菌含量最高，豬舍次之，牛舍最低；空氣細菌粒徑分布均為第Ⅰ級最高，雞舍空氣粒徑呈偏態(tài)分布，牛舍、豬舍分別在第Ⅲ級和第Ⅳ級出現(xiàn)第2個峰值。攜帶細菌可吸入微粒在豬舍環(huán)境中比例最大?？諝庹婢c放線菌均在第Ⅳ級最高，攜帶真菌和放線菌可吸入粒子的比例顯著大于細菌（P<0.05）。雞舍、豬舍、牛舍空氣微生物粒徑各級分布比例基本一致。在雞舍、豬舍、牛舍每天約有6.1×105CFU、4.7×104CFU和3.6×104CFU氣載細菌微生物可分別進入人和動物小支氣管或直接進入肺泡，從而對人和動物健康構成潛在危害。

畜禽舍；細菌微生物氣溶膠；粒徑分布；潛在威脅

空氣微生物對人類的危害除了與微生物種類和濃度有關外，還與微生物氣溶膠大小有關[1]。微生物附著在固、液顆粒上進入空氣形成微生物氣溶膠，粒譜范圍較廣，為0.002～30mm[2]。微生物氣溶膠可以借助空氣介質擴散和傳輸，引發(fā)人類急、慢性疾?。ㄈ鐐魅静　⑦^敏癥或中毒）以及動植物疾病的流行傳播[3]。畜禽許多重大烈性傳染病的傳播為氣源性傳播，其病原微生物形成氣溶膠后更容易擴散，并且傳播距離很遠。例如1981年口蹄疫病毒（FMDV）由法國布列塔尼地區(qū)通過空氣傳播到英格蘭南部，導致英格蘭口蹄疫爆發(fā)[4]；2001-2002年在美國由于空氣傳載炭疽引起多人死亡[5]；肺炎克雷波氏菌也可經空氣傳播等。同時，高濃度微生物氣溶膠也與養(yǎng)殖人員的呼吸道過敏和哮喘癥狀相關[6-7]。大量研究證明，人們要重視畜禽環(huán)境氣溶膠的危害。

國外在畜禽舍環(huán)境與人類和動物健康方面已做過很多研究，證實了空氣中微生物及其代謝產物（內毒素、氨、硫化氫等）是影響動物健康的重要因素[8]，而國內對畜禽養(yǎng)殖環(huán)境細菌微生物氣溶膠的研究甚少。因此，本研究對雞舍、豬舍、牛舍空氣細菌微生物粒徑結構與分布規(guī)律進行了系統(tǒng)、全面的研究并評估其危害，這對控制畜禽環(huán)境及周邊地區(qū)的空氣污染具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 養(yǎng)殖場情況

研究在雞場、豬場、牛場內進行，各場的具體情況見表1。

表1 研究用雞舍、豬舍和牛舍場情況

1.2 采樣介質和樣本采集

采樣平皿用9cm的玻璃平皿，氣載細菌用血-瓊脂培養(yǎng)基，氣載真菌用沙氏培養(yǎng)基，氣載放線菌用高氏1號培養(yǎng)基。

每月取樣3天，上午9:00～11:00采集樣品，采樣高度距離地面1.2～1.5m。采樣器流量28.3L/ min，氣載細菌和真菌采樣時間為3～5min，氣載放線菌采樣時間為5～10min。采樣前2天及當日無雨、霧、雪，盡可能消除由氣溫與含水量變化引起的誤差。采樣時在同等條件下進行不采樣空白對照，以檢查采樣過程中有無其他染菌因素存在。

1.3 采樣方法和培養(yǎng)方法

應用國際通用的Andersen-6空氣微生物采樣器進行采樣，該采樣器是模擬人呼吸道的解剖結構和空氣動力學特征，利用慣性撞擊原理設計，分為6級，每級400個孔，從上至下孔的直徑逐級縮小，空氣流量一定，流速逐級增大，從而將空氣中帶菌粒子按粒徑不同分別收集在采樣器各級培養(yǎng)皿上。采樣器各級特征見表2。

空氣細菌樣品在37℃培養(yǎng)箱內培養(yǎng)48h，空氣真菌樣品在28℃培養(yǎng)72h，空氣放線菌樣品在28℃培養(yǎng)120h。

1.4 計算方法

1.4.1 空氣細菌微生物粒子數校正公式

當通過各級篩孔的菌粒子超過一定數量時，會出現(xiàn)菌粒撞擊在一點的重疊現(xiàn)象，故各級采集活性生物粒子數按下式校正：

式中：

Pr—校正后的菌落數；

N—采樣器各級采樣孔數；

r—實際菌落數；

1.4.2 各級帶菌粒子百分比計算公式

式中：

P—各級帶菌粒子百分比；

n—各級菌落數；

T—6級總菌落數；

1.5 數據統(tǒng)計分析

對微生物氣溶膠粒徑進行平均數差異顯著性檢驗（t檢驗），以P＜0.05為差異顯著性。用SPSS Version13.0和Microsoft Excel 2003進行數據分析和圖表繪制。

1.6 細菌氣溶膠潛在危害評估

細菌氣溶膠在人和動物呼吸道不同部位的到達量，以及每分鐘吸入細菌的CFU表示，即由人或動物的呼吸量（m3/min）乘以可到達小支氣管及肺泡細菌含量求得。Andersen-6級生物空氣微生物采樣器Ⅰ-Ⅱ級收集的細菌粒子（>6.0mm）可通過上呼吸道，Ⅲ-Ⅵ級收集的粒子（≤6.0mm）可沉著在小支氣管或直接進入肺泡。到達上呼吸道或小支氣管、肺泡的需氧量為Ⅰ-Ⅱ級或Ⅲ-Ⅵ級所占比例乘以樣本總含量。

2 結果與討論

2.1 雞舍、豬舍、牛舍微生物氣溶膠粒徑分布

2.1.1 細菌氣溶膠粒徑分布

雞舍、豬舍、牛舍細菌氣溶膠均在Ⅰ級分布比例最高，分別為33%、24%、26%（圖1）。雞舍空氣粒徑呈偏態(tài)分布，牛舍、豬舍分別在第Ⅲ級和Ⅳ級出現(xiàn)第2個峰值。攜帶細菌可吸入微粒在豬舍環(huán)境中比例最大。3個畜禽舍攜帶細菌的可吸入微粒（＜8.2mm）分別為67%、76%和74%。

圖1 雞舍、豬舍和牛舍細菌氣溶膠粒徑分布

雞舍由于封閉并安裝雨簾和排氣等裝置，舍內空氣細菌氣溶膠可以隨氣體交換進入舍外環(huán)境中；而牛場有綠地和樹木、地表灰塵等，空氣中存在細菌氣溶膠；豬舍地面硬化，用人工除糞，污水中的細菌隨水滴進入空氣中，在采樣過程中高速氣流使水滴風干或變小，細菌氣溶膠粒徑變小，可以更多進入采樣器的高級。細菌氣溶膠的粒徑在Ⅳ～Ⅵ級（＜3mm）占44.2%，比雞舍高11%左右。

2.1.2 雞舍、豬舍和牛舍真菌氣溶膠粒徑分布

真菌氣溶膠的分布主要集中在Ⅲ～Ⅴ級，約占總數的73%。均在Ⅳ級出現(xiàn)峰值（2～3mm），約占總數的31%。最低值分布在Ⅵ級（＜1mm），分別占6.8%、2.8%、4.3%，攜帶真菌的可吸入微粒（＜8.2mm）約占87%，顯著大于可吸入的細菌氣溶膠所占比例（P＜0.05）如圖2所示。

圖2 雞舍、豬舍和牛舍真菌氣溶膠粒徑分布

與同一地點細菌氣溶膠的粒徑分布比較，真菌粒子在Ⅰ、Ⅱ級上的分布比例明顯減少。這可能是由于細菌附著在固液顆粒上形成細菌氣溶膠，而真菌則是以孢子或菌絲的形式獨立存在于空氣中。研究中觀察到，細菌菌落的形成與顆粒物撞擊在培養(yǎng)基上的分布一致；而真菌菌落的分布與顆粒物的分布規(guī)律沒有明顯的關系。

2.1.3 雞舍、豬舍和牛舍放線菌氣溶膠粒徑分布

3個畜禽場放線菌氣溶膠粒徑分布趨勢相似（圖3）。放線菌氣溶膠分布峰值出現(xiàn)在Ⅳ級（2-3mm），約占總數的30%。豬場＜1mm的粒子數超過20%。攜帶放線菌的可吸入微粒（＜8.2mm）約占80%～90%，這一比例略小于真菌氣溶膠，但顯著大于細菌氣溶膠（P＜0.05）。這可能是由于放線菌與真菌一樣，以孢子或菌絲狀態(tài)存在于空氣中。

圖3 雞舍、豬舍和牛舍放線菌氣溶膠粒徑分布

2.1.4 雞舍、豬舍和牛舍總細菌微生物氣溶膠粒徑分布

3個畜禽舍可吸入帶菌微粒（＜8.2mm）分別為81.7%、86.8%、78.4%（圖4），其中豬舍所占比例最大。

圖4 雞舍、豬舍和牛舍微生物氣溶膠粒徑分布

細菌微生物氣溶膠在Ⅳ級（2-3mm）分布最高，約占28%。如此大小的顆粒能進入人畜的氣管支氣管甚至支氣管，對飼養(yǎng)員及動物健康構成一定的危害。6%～11%的細菌微生物氣溶膠分布Ⅵ級（＜0.65mm）上，，如此大小的微粒在空氣中做BROWNSCH運動，停留較長時間，它們能進出人畜的肺泡直接感染動物。本研究結果表明畜禽舍內53%～65%的粒子可入侵呼吸道深部，且波動范圍廣，其危害性相對較大，可能會導致畜禽各種呼吸系統(tǒng)疾病。

2.2 畜禽舍空氣細菌微生物氣溶膠潛在危害評估

2.2.1 畜禽舍空氣微生物的吸入量

本研究采用Andersen-6級空氣微生物收集器，可以采集到粒譜范圍在0.2～20 mm的粒子，并統(tǒng)計各種直徑的粒子數量，了解細菌微生物氣溶膠顆粒空氣動力學直徑（Dae50）大小，可以估計它們傳播距離和進入呼吸道的深度，判斷能否進入肺泡和在空氣中懸浮時間，間接推斷其對人及動物造成的危害程度。

氣溶膠在人和動物呼吸器官不同部位的到達量，以每分鐘吸入微生物的CFU表示，即由人或動物的呼吸量（m3/min）乘以可到達小支氣管及肺泡微生物含量求得。根據人的吸氣量（6.94×10-3m3/ min）以及在舍內的停留時間（8h），飼養(yǎng)人員在一天內可吸入6.1×105CFU（雞舍）、4.7×104CFU（豬舍）和3.6×104CFU（牛舍）空氣細菌微生物，其中Ⅰ級和Ⅱ級上的空氣細菌微生物可進入飼養(yǎng)人員的鼻腔和上呼吸道，這些顆?？諝鈩恿W直徑大于6mm，如此大小的顆粒在空氣中懸浮時間短，其最多能通過鼻腔到達氣管，但由于重力作用將很快沉落，在一般情況下，對人和動物的威脅不大。但是Ⅲ～Ⅵ的氣載微生物可以在空氣中做BROWNSCH運動，停留較長時間，能進入呼吸道深部，沉著在人和動物的小支氣管或直接侵入肺泡，且波動范圍廣，其危害性相對較大，對人和動物的健康構成威脅[9]。

2.2.2 畜禽舍空氣細菌微生物氣溶膠潛在危害

氣溶膠的粒徑范圍通常為1～100mm，其中1～10mm內的細菌氣溶膠與呼吸道疾病密切相關。所致疾病主要由粒徑為1～5mm的細菌氣溶膠引起，其中銅綠假單胞菌（（Pseudomonas aeruginosa ，PAE），是重要且常見的條件致病菌，感染途徑主要通過呼吸道引起人及動物的肺炎、肺栓塞，也可引起菌血癥與敗血癥等病癥[10]；而多殺性巴氏桿菌是一種常見的呼吸道致病菌，導致上呼吸道感染；溶血性巴氏桿菌能引起反芻動物如牛、綿羊、山羊發(fā)生肺炎，導致羔羊發(fā)生急性敗血癥[11]。此菌也可感染人，對飼養(yǎng)人員的健康有潛在的危害。有研究表明每克肺可培養(yǎng)出2.2×106CFU/m3細菌的雛火雞5d即全部死亡；如果低于5.2×105CFU/m3，發(fā)病延遲，死亡減少，感染后3～4d出現(xiàn)死亡[12]。

采樣點畜禽舍空氣中細菌含量沒有達到上述濃度，并不會引起畜禽群的發(fā)病，這說明檢測畜禽舍內空氣中細菌濃度可以為疾病的爆發(fā)流行提供預警資料。雖然采樣點的細菌氣溶膠濃度不會對人或動物產生急性危害，但少量而長期暴露可能會產生無急性表現(xiàn)隱匿發(fā)展的慢性疾病[13]。舍內空氣微生物對動物和飼養(yǎng)人員的健康會產生多大危害及含量在多少之內不會影響動物和人的健康等問題，還有待進一步研究。

2.2.3 畜禽舍微生物氣溶膠的控制

畜禽舍環(huán)境衛(wèi)生污染來源首先是動物本身包括糞便和其他排泄物、墊料、飼料甚至飼養(yǎng)人員等，其中糞便為重要來源。通過氣體交換向周圍環(huán)境擴散，為了減少舍內氣載細菌微生物濃度，須采取合理的養(yǎng)殖方式和密度，采取必要的通風和消毒措施。畜禽疾病發(fā)生與舍內外空氣細菌微生物濃度大小也有密切關系，為了動物保健和提高生產效益，集約化、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場布局應合理，畜禽舍結構、設施須有利于動物糞便等排泄物及時、迅速的排除、防止塵埃的產生 ；有利于舍內新鮮空氣的充分供給；采用現(xiàn)代化的廢棄過濾裝置，尤其是在城市近郊或養(yǎng)殖密集地區(qū)更有必要。采取以上措施，可以有效地減少細菌微生物氣溶膠的產生與擴散，達到高效益而又不污染環(huán)境。

3 結論

本研究對不同飼養(yǎng)環(huán)境的畜禽場舍內氣載細菌微生物進行了檢測，并對氣載細菌微生物的空氣動力學粒徑分布規(guī)律進行了分析，畜禽舍細菌氣溶膠在Ⅰ級所占比例最高，在雞舍呈偏態(tài)分布，在豬舍、牛舍分別在Ⅳ級和Ⅲ出現(xiàn)第二個峰值。攜帶細菌可吸入微粒在豬舍比例最大。真菌與放線菌氣溶膠在3個畜禽舍中均在Ⅳ級分布最高，攜帶真菌和放線菌的可吸入粒子的比例顯著大于細菌（P＜0.05）?？陀^評價了舍內空氣微生物對動物和飼養(yǎng)人員健康的影響，細菌微生物氣溶膠能侵入呼吸道深部，引起呼吸道等疾病。應合理控制飼養(yǎng)密度及調整舍內溫度、濕度等措施來降低舍內空氣中細菌微生物濃度，以免對人員和周邊環(huán)境造成危害。

[1] Reponen T，Willeke K，Ulevicius V，et al. Effect of relative humidity on the aerodynamic diameter and respiratory deposition of fungdal spores[J]. Atmospheric Environment，1996，30（30）：3967-3974.

[2] 于璽華.現(xiàn)代空氣微生物學[M].北京：人民軍醫(yī)出版社，2002.

[3] Ho J，Duncan S. Estimating aerosol hazards from an anthrax letter [J]. Journal of Aerosol Science，2005，36（5/6）：701-719.

[4] Donaldson A I，Gloster J，Harvey L D，et al. Use of prediction models to forecast and analyze airborne spread during the foot-and-mouth disease outbreaks in Brittany，Jersey and the Isle of Wight in 1981 [J]. Vet Rec，1982，110：53-57.

[5] Centers for Disease Control and Prevention （CDC）. Follow-up of deaths among U.S. Postal Service workers potentially exposed to Bacillus anthracis-District of Columbia，2001-2002[J]. MMWR Morb Mortal Wkly Rep，2003，52：937-938.

[6] Ross M A，Curtis L，Scheff P A，et al. Association of asthmasymptoms and severity with indoor bioaerosols[J]. Allergy，2000，55（8）：705-711.

[7] 闞海東，宋偉民，蔣蓉芳，等. 大氣微生物污染對居民呼吸系統(tǒng)疾病影響的研究[J]. 中國公共衛(wèi)生，1999，15（9）：817-818.

[8] Prazmo Z，Dutkiewicz J，Skorska C，et al.Exposure to airborne Gram-negative bacteria，dust and endotoxin in paper factories[J]. Ann Agric Environ Med，2003，52：937-938.

[9] Clark M L，Reynolds S J，Burch J B，et al. Indoor air pollution，cook stove quality and housing characteristics in two Honduran communities[J]. Environ Res，2010，110（1）：12-18.

[10]Oie S，Kamiya A，K Hironaga，et al. Microbial contamination of enteral feeding solution and its prevention[J]. American Journal of Infection Control，1992，20（4）：202-205.

[11]Halloy D J，Kirschvink N A，et al. A screening method to investigate airway reactivity and acute lung injuries in freely moving pigs[J]. The Veterinary Journal，2004 ，168 （3）：276-284.

[12] B.W 卡爾尼克.禽病學[M].10版.北京；高等教育出版社，2002：136.

[13] Horvath H，Kasahara M，Pesava P. The size distribution and composition of atmospheric aerosol at a rural and nearby urban location[J]. J Aerosol Sci，1996，27：417-435.

The Size Distrition and Health Risk Assessment of Microbe Bacterial Aerosol in Livestock and Poultry House

Zhong Zhaobing，Wang Ning

（Taian Daiyue District Animal Husbandry and Veterinary Bureau，Taian，Shandong 271018）

In order to determine the size distribution of aerodynamic particles of bacterial microbe in livestock and poultry house，and to evaluate the potential health threats，air samples were collected systematically at fxed points by Andersen six stages air sampler，using blood agar medium，Sabouraud agar medium and Gause’s synthetic agar medium no.1 in chicken，pig and cow houses，and tested and analyzed for microbe aerosol size distribution. The results showed that bacterial aerosol in livestock and poultry houses were mostly distributed in stage I. Bacterial aerosol appeared skew distribution in chicken house. The second peak appeared in stage Ⅲ and Ⅳ separately in cow and pig houses. The inhalable particles carrying bacteria in chicken house accounted the maximum proportion. The highest distribution peak of fungus aerosol and actinomycetes aerosol appeared in stage Ⅳ. The ration of fungi and actionomycetes carried by inhalable particles were signifcantly higher than bacteria（P<0.05）. The microbe aerosol size distribution proportions were basically identical at all stages. About 6.1×105CFU、4.7×104CFU and 3.6×104CFU airborne aerobic bacteria in livestock and poultry house could be inhaled into the small bronchia or even directly invaded into alveoli，posing potential threats to human and animals health.

livestock and poultry house；microbe aerosol；particle size distribution；potential threat

X172

：B

：1005-944X（2014）11-0101-05

國家自然科學基金項目：“動物舍微生物氣溶膠傳播模式研究”[30571381]。