冬季分娩豬舍內(nèi)主要有害氣體分布規(guī)律及其影響因素探究

暴雪艷，張 靜，張 楠，王同振，郝瑞榮，李清宏

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，山西 太谷 030801）

隨著生豬產(chǎn)業(yè)逐漸向規(guī)模化、專業(yè)化的推進(jìn)，豬舍環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越成為制約生豬健康發(fā)展的重要因素，其受到廣泛關(guān)注[1]。豬舍有害氣體的排放不僅對(duì)畜禽機(jī)體的傷害最直接，而且易誘發(fā)其他疾病。畜舍中的有害氣體主要是氨氣和硫化氫，通過(guò)有機(jī)物和無(wú)機(jī)物厭氧發(fā)酵等途徑產(chǎn)生[2-4]。畜舍中氨氣濃度過(guò)高，會(huì)通過(guò)呼吸進(jìn)入毛細(xì)血管，與氧競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合血紅蛋白，降低運(yùn)氧能力，導(dǎo)致動(dòng)物機(jī)體貧血、組織缺氧[5]；高濃度的氨氣會(huì)直接對(duì)體組織產(chǎn)生刺激作用，造成組織溶解和壞死，導(dǎo)致中樞神經(jīng)麻痹、中毒性肝病和心肌受損[6]；降低小豬生長(zhǎng)性能，使免疫力下降[6-9]。畜舍中的硫化氫是一種無(wú)色、易揮發(fā)、帶有惡臭的氣體，對(duì)黏膜的刺激性極大，易使家畜出現(xiàn)流淚、怕光和角膜混濁等應(yīng)激反應(yīng)，引發(fā)家畜氣管炎和鼻炎等疾病。

為了進(jìn)一步研究豬產(chǎn)房?jī)?nèi)主要有害氣體的分布規(guī)律及其影響因素，本試驗(yàn)在山西金祥瑞農(nóng)牧科技有限公司，對(duì)豬舍內(nèi)溫度、濕度以及氨氣、硫化氫和二氧化碳等氣體的濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行了回歸分析，旨在為解決畜舍有害氣體的影響提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 豬場(chǎng)選擇

試驗(yàn)在太谷縣山西金祥瑞農(nóng)牧科技有限公司進(jìn)行。

1.2 豬舍結(jié)構(gòu)與測(cè)定設(shè)備布置

本試驗(yàn)選擇在一個(gè)雙坡式的全漏縫地板的分娩舍進(jìn)行，長(zhǎng)21.5 m，寬13.1 m，豬舍凈高3.51 m，屋頂最高4.62 m，在南墻有2個(gè)1.7 m×3.6 m的窗戶用于通風(fēng)和采光，東西墻上各有2個(gè)風(fēng)扇，風(fēng)扇的中心距墻角2.1 m、地面1 m，直徑為80 cm。北墻上有一個(gè)2.0 m×1.3 m的舍門，在門的左側(cè)，距地面2.1 m處有個(gè)0.4 m×0.4 m的通風(fēng)窗口，圈舍采用暖氣取暖，其位于東西墻與風(fēng)扇相連（圖1中的符號(hào)○）。其工作原理為：當(dāng)熱水或冷卻水流經(jīng)水暖暖風(fēng)機(jī)的散熱管時(shí)，通過(guò)對(duì)流把熱量傳遞到基管內(nèi)壁，內(nèi)壁再通過(guò)熱傳導(dǎo)把熱量傳遞到外壁和翅片，外壁和翅片最后再以強(qiáng)制對(duì)流和輻射的方式加熱或冷卻周圍的空氣。該場(chǎng)的溫度探頭與進(jìn)水管管壁相接，通風(fēng)量為2.84 m3/s。試驗(yàn)于2017年1月3日開(kāi)始，連續(xù)檢測(cè)7 d，于1月9日結(jié)束。

1.3 飼養(yǎng)管理

全圈共有母豬22頭，小豬219頭，質(zhì)量均為15 kg，早晚飼喂。圈舍采用干清糞，早晚各一次，糞便由刮糞機(jī)清理，尿液順著管道流走。

1.4 檢測(cè)儀器

MQ137氨氣半導(dǎo)體傳感器，檢測(cè)濃度范圍為5～500 mg/kg，MQ137氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在氨氣時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中氨氣濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。

MQ136硫化氫半導(dǎo)體傳感器，檢測(cè)濃度范圍為1～200 mg/kg，原理同MQ137氨氣半導(dǎo)體傳感器。

MH-Z19B二氧化碳?xì)怏w傳感器，測(cè)定范圍為0～10 000 mg/kg，是一個(gè)通用智能小型傳感器，利用非色散紅外（NDIR）原理對(duì)空氣中存在的CO2進(jìn)行探測(cè)，具有很好的選擇性和無(wú)氧氣依賴性，壽命長(zhǎng)。內(nèi)置溫度補(bǔ)償；同時(shí)具有數(shù)字輸出、模擬輸出及PWM輸出，方便使用。該傳感器是將成熟的紅外吸收氣體檢測(cè)技術(shù)與精密光路設(shè)計(jì)、精良電路設(shè)計(jì)緊密結(jié)合而制作的高性能傳感器。

SHT21IC溫濕度傳感器，溫度檢測(cè)范圍為-40～120℃。數(shù)據(jù)采集卡將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

1.5 儀器的校準(zhǔn)

在豬舍內(nèi)分別用上述儀器和實(shí)驗(yàn)室法測(cè)定同一位置氣體濃度，采集多次，做擬合曲線。其中，氨氣的擬合曲線為y＝0.07x＋3.654；硫化氫的擬合曲線為y＝0.114x－0.109。其中，x為儀器所測(cè)得的數(shù)據(jù)。而二氧化碳傳感器校準(zhǔn)誤差較小，由于二氧化碳濃度較大，屬于誤差正常范圍，故直接采用讀數(shù)。

1.6 環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)

于豬舍距地面1.6 m處，同一個(gè)層面采取3個(gè)點(diǎn)：畜舍正中和邊上2點(diǎn)（圖1中2，3號(hào)代表邊上的2個(gè)點(diǎn)，4號(hào)代表畜舍中心位置），連續(xù)監(jiān)測(cè)，測(cè)得水平位置參數(shù)規(guī)律；取畜舍中間垂直位置距地面0.1，1.55，3.1 m共3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)（圖1中1，4，5號(hào)），測(cè)其垂直分布規(guī)律。

1.7 產(chǎn)房?jī)?nèi)NH3，H2S和CO2濃度與畜舍溫濕度的關(guān)系

分析畜舍NH3，H2S和CO2濃度和溫濕度的關(guān)系，應(yīng)排除通風(fēng)等其他因素的干擾，故選擇相對(duì)封閉的夜間監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)。

1.8 數(shù)據(jù)處理

將采集到的數(shù)據(jù)中每2 h內(nèi)數(shù)據(jù)的均值±標(biāo)準(zhǔn)差作為每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的測(cè)定值，7 d的數(shù)據(jù)為重復(fù)值，進(jìn)行SPSS方差與回歸分析，采用GraphPad Prism軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 豬舍內(nèi)日變化規(guī)律

由圖2可知，NH3，H2S和CO2晝夜?jié)舛茸兓黠@，9：00—17：00 各氣體濃度均低于夜間濃度，其中，11：00 時(shí)，NH3，H2S 濃度最低，平均值分別為14.50，0.84 mg/kg，15：00 時(shí) CO2濃底最低，平均值為684.54 mg/kg；一天內(nèi)各氣體的最高濃度分別為23.63，2.88，1 030.37 mg/kg。

2.2 豬舍內(nèi)氣體濃度的空間分布規(guī)律

2.2.1 豬舍內(nèi)氣體濃度水平位置變化 由圖3可知，在同一水平面上，豬舍中心的NH3濃度均值為10.95 mg/kg，豬舍周邊濃度均值為19.54 mg/kg；豬舍中心H2S濃度均值為1.72 mg/kg，周邊濃度均值為2.07 mg/kg；豬舍中間位置CO2濃度與周邊濃度均值分別為896.04，825.54 mg/kg。由此可見(jiàn)，豬舍中心NH3，H2S氣體濃度低于四周靠墻位置，位于中間位置CO2的濃度高于四周，但差異不大。分析結(jié)果認(rèn)為，畜舍各位置的有害氣體濃度是與通風(fēng)相關(guān)，氣體流動(dòng)性越好，主要有害氣體濃度越低。

2.2.2 豬舍內(nèi)氣體濃度垂直高度變化 由圖4可知，在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，NH3，H2S和CO2濃度在畜舍的不同高度間存在一定差異。0.1 m處的NH3濃度顯著高于1.55，3.1 m處，在3.1 m處濃度最低；H2S濃度在1.55 m處最高，平均為1.47 mg/kg，于3.1 m處最低，濃度小于儀器所能檢測(cè)的最低范圍；3.1 m處CO2的濃度最高，為997.37 mg/kg，1.55 m處次之，平均為896.04 mg/kg，0.1 m處最低，平均為804 mg/kg。綜上所述，NH3分布在整個(gè)畜舍的最下面，H2S位于畜舍中部的空氣層，而CO2主要分布在畜舍的頂層。

2.3 豬舍內(nèi)NH3和CO2濃度與畜舍溫濕度的關(guān)系

NH3，CO2濃度與豬舍內(nèi)的溫濕度均有顯著關(guān)系（式（1），（2））。經(jīng)回歸分析，H2S與溫濕度間沒(méi)有顯著相關(guān)性。

式中，y 表示 NH3濃度（mg/kg），x1表示溫度（℃），x2表示濕度（%）。r（y，x1）＝0.898，r（y，x2）＝0.815，P＜0.05。

式中，y 表示 CO2濃度 （mg/kg），x1表示溫度（℃），x2表示濕度（%）。r（y，x1）＝0.856，r（y，x2）＝0.945，P＜0.05。

表1、表2為根據(jù)以上回歸關(guān)系得到的NH3和CO2與溫濕度在擬合情況下的數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，NH3和CO2隨著溫濕度的增加而增加。

表1 豬舍在不同溫濕度下氨氣濃度 mg/kg

表2 豬舍在不同溫濕度下二氧化碳濃度 mg/kg

3 討論

3.1 豬舍時(shí)空分布規(guī)律

豬舍內(nèi)氣體的濃度與豬場(chǎng)的日常管理密切相關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，豬舍內(nèi)的氣體濃度變化與時(shí)間規(guī)律存在一定關(guān)聯(lián)，NH3，H2S和CO2氣體的濃度在9：00—17：00均處于較低水平，而在夜間較高。該現(xiàn)象可能是由于舍內(nèi)NH3和H2S濃度隨著通風(fēng)的變化而變化，冬季外面溫度較低，畜舍夜間門窗緊閉，晚上飼喂之后，飼養(yǎng)員出入減少，通風(fēng)隨之減少，處于一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境，減少了糞便和豬只呼吸產(chǎn)生氣體的排放，NH3，H2S和CO2濃度隨之升高。23：00之后各氣體濃度均下降，可能是由于豬只進(jìn)入睡眠狀態(tài)以后，活動(dòng)減少，氣體通過(guò)門窗和通風(fēng)窗口少量排出，導(dǎo)致氣體濃度降低。而在白天（9：00—17：00），隨著畜舍外溫度升高，飼養(yǎng)員進(jìn)出畜舍，舍內(nèi)的空氣流出，各氣體濃度降低，該結(jié)果與龔建軍等[10]和朱志平等[11]的研究結(jié)果相似。

由于各氣體理化性質(zhì)的不同，會(huì)導(dǎo)致不同氣體在畜舍中不同位置的差異分布。本試驗(yàn)通過(guò)分析舍內(nèi)氣體的空間分布規(guī)律發(fā)現(xiàn)，在同一水平面，畜舍角落與中心氣體濃度分布不均勻，畜舍內(nèi)四周的NH3和H2S濃度偏高，可能是由于畜舍門窗封閉不嚴(yán)實(shí)形成的對(duì)流風(fēng)使得畜舍中央氣體濃度偏低，四周較高；CO2的中央與四周濃度差距不明顯，沒(méi)有類似規(guī)律。NH3，H2S和CO2濃度表現(xiàn)出明顯的垂直分布規(guī)律，在畜舍下方NH3濃度最高，垂直向上呈遞減的趨勢(shì)，可能是因?yàn)榘睔庵饕杉S便產(chǎn)生，由于糞溝清理不及時(shí)，產(chǎn)生NH3，擴(kuò)散到地面，NH3遇水形成氨水，分子量變大，故地表NH3濃度最高；H2S濃度在0.1，1.55 m處差異不明顯，均高于3.1 m處的濃度，可能是由于H2S的分子量較大，處于空氣下層，且其垂直高度基本與試驗(yàn)動(dòng)物等高。CO2的空間分布差異不大，CO2是由豬只的呼吸產(chǎn)生，氣體所處位置理論上與動(dòng)物體等高，可能受排風(fēng)扇的影響將氣體擠向兩邊，導(dǎo)致畜舍空間頂層濃度高于理論位置，此外，由于CO2分子量比空氣質(zhì)量大，故擠到下面的CO2沉降到漏縫地板下。歐陽(yáng)宏飛等[12]研究表明，在冬季的密閉羊舍內(nèi)各氣體濃度呈垂直規(guī)律分布，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

3.2 豬舍各環(huán)境參數(shù)之間的互作效應(yīng)

豬舍內(nèi)NH3，H2S和CO2的濃度受畜舍溫度和濕度的顯著影響。本試驗(yàn)結(jié)果表明，豬舍內(nèi)各氣體濃度與溫濕度之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，在其他條件一致的情況下，隨著溫度的升高，豬舍內(nèi)的NH3濃度升高?？赡苁且?yàn)樨i舍內(nèi)的NH3主要由微生物對(duì)糞尿、飼料的殘?jiān)蛪|草的分解產(chǎn)生，糞便中的部分有機(jī)物未被機(jī)體分解，含有蛋白質(zhì)和氨基酸等有機(jī)物[13]，經(jīng)微生物分解產(chǎn)生NH4+，在溫濕度、pH適宜的情況下，揮發(fā)生成NH3[14]；在糞尿與胃腸道的消化物中，尿素以尿氮的形式存在，在脲酶的作用下，尿素分解生成NH3，而脲酶在適宜的溫度范圍內(nèi)隨著溫度的升高其活性增大[15-16]；此外，由于NH3遇水形成 NH3·H2O，而 NH3·H2O 不穩(wěn)定，受熱易分解形成NH3，溶解度減小，NH3揮發(fā)加快。在其他條件一致的情況下，脲酶活性隨濕度的增加而增加[16]，畜舍濕度加大時(shí)，NH3與水結(jié)合滯留在畜舍內(nèi)，而且高濕度的NH3更有利于糞便中微生物的繁殖、NH3的生成。

在其他條件一致的情況下，隨著室內(nèi)溫度的升高，CO2濃度升高。溫度越高，豬只的新陳代謝越旺盛，呼吸加快，CO2濃度增加。同時(shí)，舍內(nèi)溫度升高，糞便溫度隨之升高，CO2排放量增加[17]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在其他條件一致的情況下，CO2濃度隨著濕度的增加而增加。而張子軍等[18]研究表明，江淮地區(qū)夏季羊舍內(nèi)，CO2濃度與溫濕度存在著不顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其結(jié)果與本試驗(yàn)沖突，可能是由測(cè)試季節(jié)、分布區(qū)域以及試驗(yàn)動(dòng)物種類的差異所導(dǎo)致的。

4 結(jié)論

本研究表明，豬分娩舍內(nèi)的氨氣、硫化氫和二氧化碳濃度存在時(shí)空分布規(guī)律，畜舍中間的各氣體濃度相對(duì)較低，垂直分布明顯。

豬分娩舍內(nèi)的氨氣、硫化氫和二氧化碳濃度的高低受畜舍的溫濕度和通風(fēng)的影響。

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