河北省北部寒區(qū)密閉奶牛舍夏季有害氣體的時空分布規(guī)律研究

高玉紅，張 亮，李宏雙，吳廣軍，邱殿銳，郭建軍，李曉濱

(1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科技學(xué)院，河北 保定 071001；2. 張家口市張北農(nóng)牧局，河北 張家口 076450；3. 承德市畜牧研究所，河北 承德 067000)

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河北省北部寒區(qū)密閉奶牛舍夏季有害氣體的時空分布規(guī)律研究

高玉紅1，張 亮2，李宏雙1，吳廣軍3，邱殿銳3，郭建軍3，李曉濱3

(1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科技學(xué)院，河北 保定 071001；2. 張家口市張北農(nóng)牧局，河北 張家口 076450；3. 承德市畜牧研究所，河北 承德 067000)

大跨度密閉奶牛舍越來越受到寒冷地區(qū)奶牛場的重視，通過檢測牛舍空氣中氨氣(NH3)和二氧化碳(CO2)含量，對河北省北部寒區(qū)大跨度密閉奶牛舍夏季有害氣體的時空分布規(guī)律進行分析。結(jié)果表明，夏季舍內(nèi)NH3含量的日變化范圍為3.1～6.6 mg/m3，其中7∶00～8∶30和18∶30～21∶30達到高峰值；舍內(nèi)CO2含量表現(xiàn)為早晚高中午低的規(guī)律，早晚含量均超過2 000 mg/m3，且晚上舍內(nèi)CO2含量與垂直空間高度密切相關(guān)，1.8 m高度處的CO2含量顯著高于0.6 m(P<0.01)和1.2 m處(P<0.05)。另外，早中晚舍內(nèi)CO2含量均顯著高于運動場和場中(P<0.01)，分別是舍外的4.7倍、3.7倍和4.1倍。該研究可為寒區(qū)密閉奶牛舍的設(shè)計和環(huán)境控制提供可靠的數(shù)據(jù)。

奶牛；環(huán)境；有害氣體；牛舍設(shè)計

大跨度密閉散欄奶牛舍由于具有保溫性能好、節(jié)省占地面積以及管理方便等優(yōu)點已經(jīng)引起寒冷地區(qū)奶牛養(yǎng)殖場的重視，但寒區(qū)的夏季氣溫仍然較高，牛舍內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量仍會受到外界環(huán)境的影響，尤其是舍內(nèi)有害氣體的含量會隨著氣溫的增加而增加[1-2]，而舍內(nèi)有害氣體含量的高低直接影響奶牛的健康和生產(chǎn)性能。國外比較重視奶牛舍有害氣體排放的研究[3-6]，國內(nèi)雖然也有零星報道[7-8]，但重視程度仍然較低。為了更好地了解寒區(qū)大跨度密閉散欄奶牛舍舍內(nèi)的空氣環(huán)境質(zhì)量，本研究選擇河北省北部山區(qū)具代表性的大跨度密閉奶牛舍，對夏季舍內(nèi)外空氣中有害氣體含量進行檢測和分析，為寒區(qū)奶牛舍的合理設(shè)計和改善環(huán)境質(zhì)量提供可靠的數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選擇河北省承德地區(qū)豐寧縣的散欄泌乳牛舍進行測定，該牛舍類型為跨度較大的有窗密閉式(96 m×40 m)，東西朝向，東墻和西墻各設(shè)有6個和4個窗戶，每個窗戶面積為95 cm×57 cm。該舍的屋頂為雙坡式，屋頂材料為彩鋼復(fù)合板和陽光板，頂部均勻布置6個通風(fēng)窗(100 cm×80 cm)，夏季所有的門窗全部打開。舍內(nèi)設(shè)有4列臥床，其中東西兩側(cè)是單列臥床，中間為對頭臥床，該舍可飼養(yǎng)奶牛280頭，但實際飼養(yǎng)泌乳奶牛180頭。奶?？勺杂沙鋈肱Ｉ岷瓦\動場，TMR日糧飼喂，每天三次飼喂(5∶00、10∶00和17∶00)，自由采食，糞便干清(每天早晚各1次)。

1.2 試驗方法

2014年夏季(7月份18～24日)對所選奶牛舍空氣中的有害氣體氨氣(NH3)和二氧化碳(CO2)進行連續(xù)一周的檢測。NH3檢測儀器為氨氣檢測儀(型號：Z-800XP)，安裝在舍中央約2 m高度處，全天連續(xù)檢測；CO2檢測儀器為二氧化碳測定儀(型號：Gas Alert Micro5 IR)，采樣點布置采用均勻布點原則，舍內(nèi)垂直空間布置三個高度，即0.6 m、1.2 m和1.8 m，每個高度處水平布置20個點(如圖1)，舍外運動場和場中(場內(nèi)凈道)均水平布置4～5個點，采樣高度1.2 m，每天早上7∶00～8∶00、中午12∶00～13∶00和晚上18∶00～19∶00進行檢測。

圖1 密閉奶牛舍內(nèi)CO2含量檢測的采樣點水平布置

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS(Standard Version 13.0, SPSS Inc.)統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析，多重比較采用LSD 法進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 奶牛舍空氣中NH3含量的晝夜連續(xù)變化

圖2 密閉奶牛舍空氣中NH3含量的晝夜連續(xù)變化

被測奶牛舍內(nèi)夏季NH3含量的晝夜連續(xù)變化曲線如圖2所示。夏季舍內(nèi)NH3含量變化范圍為3.1～6.6 mg/m3，明顯高于我們以前檢測的秋季NH3含量(1.3～4.3 mg/m3)，但低于春季NH3含量(5.5～11.7 mg/m3)。從圖2中也可看出，NH3的連續(xù)變化曲線中出現(xiàn)了兩個峰值范圍，NH3含量平均達到6.4 mg/m3，分別出現(xiàn)在早上7∶00～8∶30和晚上18∶30～21∶30，而在早上1∶30～3∶00和下午15∶00左右NH3含量最低，約為3.2 mg/m3。

2.2 奶牛舍內(nèi)不同垂直高度空間和不同時間段空氣中CO2的含量變化

被測奶牛舍內(nèi)夏季CO2含量隨時間和空間變化的分布規(guī)律如圖3所示。舍內(nèi)早、中和晚三個時間段CO2含量分別為2 137 mg/m3、1 457 mg/m3和2 202 mg/m3(三個垂直高度處含量的均值)，接近甚至超出國家現(xiàn)行標準(NY/T 388-1999，≤1 500)，且早晚含量明顯高于中午，這和我們以前報道的關(guān)于肉牛舍內(nèi)有害氣體出現(xiàn)早晚高中午低的日變化規(guī)律基本吻合[9]。從圖3也可看出，晚上舍內(nèi)CO2含量隨檢測高度的增加而增加，1.8 m高度處的CO2含量顯著高于0.6 m處(P<0.01)和1.2 m處(P<0.05)，但早上和中午舍內(nèi)CO2含量并未表現(xiàn)出垂直空間分布的規(guī)律性變化(P>0.05)。

2.3 奶牛舍內(nèi)外空氣中的CO2含量比較

夏季被測奶牛舍內(nèi)外CO2含量的比較結(jié)果如圖4所示。各時間段內(nèi)舍中CO2含量均極顯著高于運動場和場中(P<0.01)，而運動場中CO2含量與場中比較，差異不顯著(P>0.05)。早、中和晚三個時間段舍內(nèi)CO2含量分別是舍外(運動場和場中的均值)的4.7倍、3.7倍和4.1倍。

圖3 密閉奶牛舍內(nèi)不同時間段和不同高度的CO2含量

圖4 密閉奶牛舍內(nèi)外空氣中CO2含量的比較

注：標注不同小寫字母間表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母間差異極顯著(P<0.01)。

Notes: Values with different lowercase superscripts mean significant difference (P<0.05), while values with different uppercase superscripts mean highly significant difference. (P<0.01).

3 討 論

奶牛舍空氣中的有害氣體含量直接影響舍內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量。隨著夏季氣溫的增高，舍內(nèi)NH3和CO2的釋放量也會隨之增加。Todd等[2]和李保明等[10]報道了奶牛場中NH3釋放有一定的季節(jié)性，舍內(nèi)溫度的高低對NH3和CO2的排放產(chǎn)生顯著影響，當(dāng)舍內(nèi)溫度高于22 ℃時可促使NH3的排放，這和我們的研究結(jié)果基本一致，夏季奶牛舍內(nèi)的有害氣體含量明顯高于秋季。由于有窗密閉舍的外圍護結(jié)構(gòu)封閉性較高，夏季舍內(nèi)溫度相對也較高，如果通風(fēng)口面積(包括門窗)和位置不合適，產(chǎn)生的有害氣體很容易滯留舍內(nèi)，造成舍內(nèi)缺氧以及空氣污濁，本研究中的被測牛舍夏季所有通風(fēng)設(shè)施全部打開，舍內(nèi)NH3和CO2含量仍然較高，雖然所測的NH3含量并未超過國家現(xiàn)行標準，但舍內(nèi)明顯的刺鼻氣味無疑對奶牛的健康造成潛在的威脅，而早中晚三個時間段舍內(nèi)CO2含量已經(jīng)接近甚至超過了國家現(xiàn)行標準，尤其是早晚，外界自然風(fēng)力減弱，且夜里排放的糞便又在不斷積累，再加上舍內(nèi)通風(fēng)不良，導(dǎo)致舍內(nèi)有害氣體大量聚集。關(guān)于牛舍通風(fēng)和舍內(nèi)有害氣體排放的研究在國外已有很多[11-14]，但我國這方面的研究較少[15]。

從圖3可以看出，夏季舍內(nèi)CO2的垂直分布只在晚上表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，舍內(nèi)CO2含量在牛躺臥和站立的空間高度處(0.6 m和1.2 m)較低，而在1.8 m的空間高度處較高。一般情況下，舍內(nèi)CO2主要來自奶牛的呼吸，如果舍內(nèi)沒有氣流或氣流較低的條件下，CO2一般集中于0.6～1.2 m高度的空間，但如果舍內(nèi)有氣流，那么在氣流方向和氣流速度的作用下，CO2將會被擴散。正常情況下，在風(fēng)壓和熱壓的作用下，舍內(nèi)多余的CO2很有可能通過頂部排氣口排到舍外，本研究中被測奶牛舍的東西長墻上采光兼通風(fēng)的窗戶數(shù)量較少，窗面積也較小(95 cm × 57 cm，東墻6個，西墻4個)，而頂部用于排氣的通風(fēng)窗也只有6個(100 cm × 80 cm)，所以容易導(dǎo)致有害氣體在高空中的聚集而難以排出。河北省承德市豐寧地區(qū)冬季氣候寒冷，夏季炎熱時間較短，奶牛舍的結(jié)構(gòu)偏重于保溫設(shè)計，忽略了通風(fēng)設(shè)計，這也是目前寒冷地區(qū)部分密閉式牛舍出現(xiàn)的設(shè)計弊端。建議今后在寒冷地區(qū)奶牛舍的設(shè)計中，既考慮保溫結(jié)構(gòu)的設(shè)計，又要重視通風(fēng)設(shè)計，以改善牛舍的環(huán)境質(zhì)量。

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Investigation on the Temporal Spatial Distribution of the Harmful Gas in the Cloesd Cowshed in Summer in the Cold Region of Northern Hebei

GAO Yu-hong1，ZHANG Liang2，LI Hong-shuang1，WU Guang-jun3， QIU Dian-rui3，GUO Jian-jun3， LI Xiao-bin3

(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology，HebeiAgriculturalUniversity，Baoding071001，China; 2.BureauofAgricultureandAnimalHusbandryofZhangbei，Zhangjiakou076450，China; 3.AnimalhusbandryResearchInstituteofChengde，ChengdeHebei, 068150，China)

The closed large-span cowshed has been highly attended in cold region. This study investigated the temporal spatial distribution of harmful gases (ammonia (NH3) and carbon dioxide (CO2)) in closed large-span cowshed in summer in the cold region of northern Hebei province and the results showed that the indoor NH3content ranged from 3.1 to 6.6 mg/m3, and peaked at 7∶00～8∶30 and 18∶30～21∶30. The indoor CO2content was higher in the morning and evening but lower at noon over 2 000 mg/m3in the morning and evening. Moreover, the indoor CO2content in the evening was relative to the vertical space, ie. CO2concentration at the height of 1.8 m was significantly higher than the that of 0.6 m (P<0.01) and 1.2 m (P<0.05). Besides, the indoor CO2contents, regardless of time periods, were significantly higher than the CO2in the dairy cattle yard and in the middle of dairy farm (P<0.01). The indoor CO2contents are extremly higher than the outdoor contents.In the morning, at noon and in the evening it respectively was 4.7, 3.7 and 4.1 times higher than the outdoor CO2contents, This result provided reliable data for the design of closed dairy houses in cold regions and for improving indoor environment.

dairy cattle; environment; harmful gas; cattle house design

2015-02-22

2015-03-30

河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系奶牛產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團隊建設(shè)專項資金；規(guī)模化奶牛場環(huán)境控制關(guān)鍵技術(shù)與示范(20141309)

高玉紅(1971-)，女，河北唐山人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：畜禽環(huán)境控制與牧場設(shè)計。E-mail: gyhsxs0209@126.com

S811.6

A

1005-5228(2015)08-0075-04