水泡糞妊娠豬舍冬季有害氣體含量影響因素分析

高孟起，施正香，白 琳，欒冬梅

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150036）

水泡糞妊娠豬舍冬季有害氣體含量影響因素分析

高孟起1，施正香1*，白 琳2，欒冬梅2

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150036）

規(guī)?；B(yǎng)豬生產(chǎn)中，環(huán)境條件、地面類型、清糞方式等對舍內(nèi)空氣質(zhì)量的影響程度不同，尤其是清糞工藝對舍內(nèi)NH3，H2S、CO2等有害氣體含量高低影響很大。為了解水泡糞工藝豬舍有害氣體含量差異的影響因素，本文選取河南、黑龍江二地典型豬場的水泡糞妊娠豬舍開展了有害氣體的同期測試和比較分析。結(jié)果表明，冬季豬舍因通風(fēng)不足，CO2含量普遍較高，雖然舍內(nèi)NH3含量均未超過環(huán)境衛(wèi)生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，但不同測試豬舍內(nèi)空氣質(zhì)量存在顯著差異。NH3含量與舍內(nèi)相對濕度存在正相關(guān)關(guān)系，相同飼養(yǎng)模式下，溫度增加會促進(jìn)NH3和CO2的釋放；在相同飼養(yǎng)密度下，采用群養(yǎng)方式的豬舍，舍內(nèi)CO2含量較限位飼養(yǎng)方式高1.4倍；全漏縫地板形式豬舍的NH3含量是半漏縫地板舍的2.5倍。

妊娠豬舍；水泡糞；空氣質(zhì)量；地面類型；飼養(yǎng)方式

0 引言

豬舍內(nèi)空氣質(zhì)量的好壞，對豬的健康和生產(chǎn)性能有很大影響，主要影響因素包括環(huán)境條件、地面類型、清糞方式、通風(fēng)狀況、飼養(yǎng)密度等[1]。目前，國內(nèi)規(guī)模化養(yǎng)豬場的清糞方式主要有水沖糞、水泡糞和干清糞[2]3種，水泡糞因不需清糞、便于豬場管理、用水量較水沖糞方式少而被許多豬場所采用。但水泡糞豬舍中，由于糞尿在舍內(nèi)停留時(shí)間過長易發(fā)酵產(chǎn)生氨氣（NH3），硫化氫（H2S）、二氧化碳（CO2）等有害氣體[3-6]，如劉秀婷等（2013）[7]、趙許可（2014）[8]的研究結(jié)果表明，水泡糞豬舍內(nèi)氨氣含量高于人工清糞舍，二者之間存在極顯著差異。采用水泡糞工藝的豬舍，60%～70%的NH3來自于糞坑，其余則來自地板表面[9]。為了解水泡糞工藝下豬舍有害氣體的存在狀況，本文選取河南、黑龍江二地典型豬場的水泡糞妊娠豬舍，就不同環(huán)境條件、飼養(yǎng)模式、地面類型等舍內(nèi)狀況進(jìn)行同期測試，對冬季妊娠豬舍內(nèi)有害氣體的含量以及影響因素進(jìn)行分析，以便為不同地區(qū)冬季豬舍的環(huán)境管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)豬舍概況

選取河南某豬場2棟妊娠舍和黑龍江某豬場1棟妊娠舍（表1）。豬的品種為長白豬和大白豬。河南的2棟豬舍分別采用限位欄飼養(yǎng)（A舍）和大群飼養(yǎng)（35～40頭/圈，B舍），濕簾-風(fēng)機(jī)縱向通風(fēng)，其中限位欄舍濕簾安裝在與風(fēng)機(jī)對應(yīng)的另一端山墻上，群養(yǎng)舍則安裝在豬舍中部側(cè)墻上。黑龍江的1棟豬舍（C舍）為限位欄飼養(yǎng)，縱向通風(fēng)，豬舍采用地面加熱。3棟豬舍屋頂均設(shè)有天窗。

表1 測試豬舍概況

1.2 測試時(shí)間

測試在2014年12月—2015年2月進(jìn)行，舍內(nèi)外溫濕度為連續(xù)自動采集，氣體則每月選取連續(xù)3 d，每天7：00—21：00（C舍未測21：00），每隔2 h采集1次。

1.3 測點(diǎn)布置

事先對舍內(nèi)溫濕度分布進(jìn)行初步測試，然后選擇基本可代表舍內(nèi)平均溫濕度的測點(diǎn)，作為舍內(nèi)溫濕度測試點(diǎn)。舍內(nèi)測點(diǎn)位于豬舍近中間位置，高度為0.8 m；舍外測點(diǎn)設(shè)在離豬舍外墻面2 m處的空地上，高度為1.5 m。舍內(nèi)氣體測試分0.3 m、0.8 m和1.5 m（豬躺臥、站立高度和人體觀測高度）3個高度，每個高度選6個測試點(diǎn)（圖1）。

1.4 試驗(yàn)儀器

圖1 氣體采樣點(diǎn)布置示意圖

溫濕度采用遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)(自行開發(fā)，由溫濕度傳感器、無線發(fā)射裝置（GPRS RTU發(fā)射器）、云端服務(wù)器和互聯(lián)網(wǎng)終端等構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)儲存與傳輸（溫度±0.1 ℃，濕度±0.1%)；氨氣和硫化氫二合一測試儀HD-P800（ 氨氣±0.1 mg/m3， 硫化氫±0.1 mg/m3）；二氧化碳測試儀TY-9800A（±1 mg/ m3），使用前已作校準(zhǔn)。氣體單位換算采 用：mg/m3=（M/22.4）×[273/ (273+T)] ×（P/101 325）×mg/m3（M，氣體分子量；mg/m3，測定的體積含量；T，溫度；P，壓力）。

1.5 測試項(xiàng)目

包括舍內(nèi)外溫度、濕度、氨氣、硫化氫和二氧化碳。

1.6 數(shù)據(jù)處理方法

采用EXCEL軟件和SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 測試豬舍室內(nèi)外溫濕度狀況

表2是豬舍冬季各月舍內(nèi)外溫濕度的均值。盡管黑龍江冬季嚴(yán)寒，該豬場舍外平均溫度在-10～-17 ℃之間，但因舍內(nèi)設(shè)有采暖系統(tǒng)，舍溫較高，平均為16.8 ℃。河南冬季的舍外平均溫度為3～5 ℃，豬舍內(nèi)不加熱，其中A舍平均溫度為15.9 ℃，B舍9.6 ℃?？梢姴煌貐^(qū)豬舍溫度管理差異顯著。A、B、C3棟豬舍的平均相對濕度分別為61.8%、59.0%和75.5%。根據(jù)有效溫度公式ET=0.65Td+0.35TW（Td，干球溫度；TW，濕球溫度）[10]，可計(jì)算出這3棟豬舍的有效溫度分別為14.5 ℃、8.4 ℃和15.9 ℃，綜合溫濕度狀況，C舍的熱舒適性相對更好些。

表2 冬季各舍舍內(nèi)外溫濕度

表3 兩地豬舍內(nèi)NH3和CO2含量所在區(qū)間對比

表4 不同飼養(yǎng)模式豬舍內(nèi)NH3和CO2含量所在區(qū)間對比

2.2 不同地區(qū)對舍內(nèi)有害氣體含量的影響

規(guī)?；i場中一般規(guī)定：舍內(nèi)NH3含量不超過25 mg/m3，H2S含量不超過10 mg/m3，CO2含量不超過1 500 mg/m3[11]。測試期間，豬舍內(nèi)H2S含量極少，對豬影響不大。A舍和C舍處于不同氣候區(qū)，二者建筑結(jié)構(gòu)和飼養(yǎng)模式相似，對比兩舍（表3），C舍NH3含量值有68.9%在5～10 mg/ m3；A舍僅有36.5%在此區(qū)間，其含量值有62.3%在＜5 mg/m3的區(qū)間。C舍有100%的CO2含量值＞3 000 mg/ m3；而A舍僅有65.7%在此區(qū)間，其含量值僅有4.2%在＜1 500 mg/m3的區(qū)間。C舍NH3和CO2含量的均值均顯著高于A舍。C舍和A舍內(nèi)NH3含量均遠(yuǎn)低于規(guī)定值，二舍均長期處于高含量CO2的環(huán)境中。

2.3 飼養(yǎng)模式對舍內(nèi)有害氣體含量的影響

表4對限位欄飼養(yǎng)和群養(yǎng)模式下豬舍內(nèi)NH3和CO2含量做了對比分析?？梢钥闯?，豬舍內(nèi)NH3含量均低于規(guī)定值，但CO2含量均高于規(guī)定的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)。不同飼養(yǎng)模式下舍內(nèi)的NH3和CO2含量差異較大。其中，B舍NH3含量值有57.2%在5～10 mg/m3；A舍僅有36.5%在此區(qū)間，其含量值有62.3%在＜5 mg/m3的區(qū)間。A舍有65.7%的CO2含量值＞3 000 mg/m3；而B舍僅有34.4%在此區(qū)間，其含量值有65.6%在1 500～3 000 mg/m3的區(qū)間。A舍CO2含量的均值顯著高于B舍，而B舍NH3含量均值顯著高于A舍。

2.4 地面類型對有害氣體含量的影響

由表5可知，全漏縫地板舍內(nèi)NH3、CO2平均含量分別為5.6 mg/m3、2 806 mg/m3，半漏縫舍內(nèi)則分別為4.26 mg/m3、3 655 mg/m3，二者差異顯著（P＜0.05）。表明，全漏縫地板下舍內(nèi)氣體含量高于局部漏縫地板豬舍。

3 討論

3.1 熱環(huán)境與舍內(nèi)有害氣體的關(guān)系

表6分析了測試期內(nèi)溫度、濕度與舍內(nèi)NH3含量之間的關(guān)系，其中，NH3含量與舍內(nèi)相對濕度存在正相關(guān)關(guān)系，而與溫度無顯著相關(guān)性。A舍、B舍的NH3含量與舍內(nèi)濕度的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.96（r0.01（1，6）=0.834）、0.96（r0.01（1，6）=0.834）；C舍 為 0.76（r0.05（1，5）=0.754），也即相對濕度每提高10%，A、B、C三舍氨氣含量分別增加1.9 mg/m3、1.2 mg/m3和1.9 mg/m3。盡管A、C二舍處于不同的兩個地區(qū)，但因采用相同的限位欄飼養(yǎng)，且豬舍結(jié)構(gòu)、舍內(nèi)溫度相近，故獲得的回歸方程也較接近。

為便于比較，本文還按照相似飼養(yǎng)密度對3棟舍的氣體含量進(jìn)行了比較，對應(yīng)的NH3和CO2含量折算結(jié)果見表7。表明相同飼養(yǎng)模式下舍溫越高，有害氣體濃度也會隨之升高，溫度的增加會促進(jìn)NH3和CO2的釋放，這與前人對溫度和氣體排放關(guān)系的研究結(jié)果相一致[12-14]。舍內(nèi)熱環(huán)境狀況與有害氣體多少密切相關(guān)，選擇合理的環(huán)境調(diào)控措施（如通風(fēng)）和工程工藝模式（如飼養(yǎng)模式、地面類型等）是降低舍內(nèi)有害氣體含量的關(guān)鍵。

表5 不同漏縫面積豬舍內(nèi)NH3和CO2含量對比

表6 NH3和溫度、相對濕度的相關(guān)性

表7 相同飼養(yǎng)密度水平下不同豬舍舍內(nèi)NH3和CO2含量值

3.2 豬群活動空間與舍內(nèi)空氣質(zhì)量的關(guān)系

豬舍內(nèi)CO2主要來自于豬的呼吸以及糞污發(fā)酵。由表5、7知，采用群養(yǎng)的B舍，其CO2含量是A舍的1.4倍。這主要是因?yàn)樨i在群養(yǎng)條件下，活動面積的增加（A舍豬的活動面積約為1.4 m2/頭，B舍豬的活動面積約為3.0 m2/頭），會提高豬的活動量[15]。Ni[16]等研究表明，糞便中產(chǎn)生CO2的量約為動物呼吸產(chǎn)生量的37.5%。由于B舍糞坑面積和漏縫面積大于A舍，因而在一定程度上促使B舍內(nèi)CO2含量的進(jìn)一步提高。也就是說采用不同飼養(yǎng)模式時(shí)，環(huán)境控制要求也應(yīng)作相應(yīng)的改變。

3.3 漏縫面積對舍內(nèi)有害氣體的影響

由于舍內(nèi)NH3主要來自于糞坑表面的揮發(fā)，而揮發(fā)量的多少跟地面類型關(guān)系密切。所測試的2棟豬舍，A舍為局部漏縫地板，B舍為全漏縫地板，B舍NH3含量是A舍的2.5倍。這主要是因?yàn)锽舍的糞坑揮發(fā)表面積大，約為A舍的1.6倍，且地面漏縫面積也大，約為A舍的3.2倍，導(dǎo)致糞坑內(nèi)產(chǎn)生的NH3更多地釋放到舍內(nèi)。

4 結(jié)論

1）豬舍內(nèi)有害氣體濃度的高低，與舍內(nèi)熱濕環(huán)境有關(guān)，相同飼養(yǎng)模式下溫度的增加會促進(jìn)NH3和CO2的釋放。相對濕度與NH3含量呈強(qiáng)烈的正相關(guān)關(guān)系，濕度對舍內(nèi)NH3的影響在一定程度上還與飼養(yǎng)方式有關(guān)，濕度每增加10%，限位飼養(yǎng)（A、C舍）時(shí)NH3含量可增加1.9 mg/m3，群養(yǎng)（B舍）則可增加1.2 mg/m3。

2）群養(yǎng)會增加豬群的活動空間和活動量，從而會增加舍內(nèi)CO2含量，實(shí)際生產(chǎn)中采用群養(yǎng)模式時(shí)，環(huán)境控制要求也應(yīng)作相應(yīng)的改變。

3）地面類型對舍內(nèi)有害氣體的含量有影響，采用全漏縫地板的豬舍內(nèi)NH3和CO2的含量要高于局部漏縫地板豬舍。實(shí)際生產(chǎn)中可通過加強(qiáng)豬定點(diǎn)排泄行為的利用，盡可能減少漏縫地板面積，以改善舍內(nèi)空氣質(zhì)量。

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2015-04-13）

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計(jì)劃課題：畜禽健康養(yǎng)殖環(huán)境控制關(guān)鍵技術(shù)研究與集成（2012BAD39B02）作者簡介：高孟起，男，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院碩士研究生，主要從事健康養(yǎng)殖過程環(huán)境與控制研究。Email：760145940@qq.com，電話：15810644945

施正香（1964-），女，江蘇啟東人，教授，主要從事畜禽養(yǎng)殖工藝與環(huán)境研究。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，100083。Email：shizhx@cau.edu.cn）