換氣與等離子體凈化器對(duì)冬季哺乳母豬舍空氣質(zhì)量的影響

吳媛媛，王深圳，魏 明，顏培實(shí)

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，江蘇 南京 210095)

健康是高產(chǎn)的基礎(chǔ)，豬群健康狀況與豬舍衛(wèi)生環(huán)境密切相關(guān)，改善哺乳母豬舍冬季的空氣質(zhì)量，可以改善母豬健康、提高利用年限，促進(jìn)仔豬早期發(fā)育。夏季應(yīng)用縱向濕簾-風(fēng)機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，舍內(nèi)環(huán)境溫度在27～33 ℃之間，相對(duì)濕度大于80%，風(fēng)速在0.9m/s以上。由于受母豬及仔豬采食和活動(dòng)量的影響，舍內(nèi)固體顆粒物的含量在9:00較高，13:00較低，至17:00回升；夏季各種有害氣體含量較低，均在空氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；在夏季安裝凈化器可增強(qiáng)母豬免疫力，有利于仔豬健康。進(jìn)入冬季，因保溫的需要畜舍通常進(jìn)行封閉，從而使畜舍的空氣衛(wèi)生質(zhì)量下降，如PM2.5等粉塵顆粒濃度上升，病原微生物也呈上升趨勢，從而影響豬群的健康[1]。母豬舍環(huán)境的惡化直接影響母豬的產(chǎn)活仔數(shù)、泌乳性能以及斷奶時(shí)母豬的膘情體況，同時(shí)也會(huì)降低母豬的使用年限[2]。有研究表明，生產(chǎn)中突發(fā)的烈性傳染病中70%以上與畜舍環(huán)境質(zhì)量有關(guān)[3]。可見改善冬季繁殖母豬舍環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量之重要。

畜牧生產(chǎn)上，舍內(nèi)空氣環(huán)境的凈化方式有很多種，其中空氣電凈化防病防疫系統(tǒng)對(duì)畜舍內(nèi)NH3和H2S等有毒有害氣體的凈化效果達(dá)40%以上[4]；Winkel[5]研究發(fā)現(xiàn)，靜電除塵器對(duì)雞舍內(nèi)PM2.5和 PM10的平均降解率分別為45.3%和57%；寧芳芳等[6]研究發(fā)現(xiàn)，光觸媒空氣凈化器不僅能夠降低空氣中NH3、微粒濃度和微生物數(shù)量，而且可提高育肥豬的平均日增重。光等離子體凈化器以其殺菌效率高、低能耗和環(huán)保等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于人類家庭生活中，但在家畜生產(chǎn)中應(yīng)用鮮有提及。本研究通過比較光等離子體空氣凈化器和開窗換氣兩種凈化方式，對(duì)冬季母豬舍內(nèi)的可吸入顆粒物、有害氣體及細(xì)菌的影響進(jìn)行評(píng)估，以期為改善豬舍的空氣質(zhì)量提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

本試驗(yàn)于2016年12月至2017年1月在江蘇省淮安市淮陰種豬場進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選取相鄰3棟相似繁殖母豬舍，豬舍規(guī)格：26 m(長)× 8.5 m(寬)× 3.5 m(高)，窗1.4 m(寬)× 1.2 m(高)。每舍24頭待產(chǎn)蘇淮母豬。舍1安裝光等離子體空氣凈化器(BioZone AC-30)與紫外燈(4根，10 W/根)裝置(距離地面1.5 m)作為凈化舍，試驗(yàn)期間凈化裝置始終處于工作狀態(tài)。舍2于每天8:00～18:00開窗留縫通風(fēng)作為換氣舍，舍3不做處理作為對(duì)照舍。凈化設(shè)備具體安裝位置及各項(xiàng)指標(biāo)測定點(diǎn)如圖1所示。試驗(yàn)期間母豬飼喂及衛(wèi)生清理正常進(jìn)行。糞便清理于每天8:00進(jìn)行，每日一次。

圖1 豬舍示意圖☆是檢測位點(diǎn)；※為凈化器安裝位點(diǎn)Fig.1 The schematic diagram of sow house☆ detection of sites;※ installation site of purifier

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 母豬舍空氣溫?zé)岘h(huán)境與可吸入微粒物濃度測定 母豬分娩結(jié)束后，連續(xù)5 d于每天9:00、13:00和17:00對(duì)三舍內(nèi)溫度、濕度、風(fēng)速及PM2.5、PM10濃度進(jìn)行檢測，三次重復(fù)。同時(shí)在舍外東西走向距離畜舍2.5 m平行線隨機(jī)選取三點(diǎn)，進(jìn)行重復(fù)檢測，PM2.5與PM10使用嵐寶德源LB-HD08檢測儀，風(fēng)速使用低速風(fēng)表DFA-Ⅲ(測定下限0.3m/s)。

1.3.2 母豬舍氣體成分的檢測 母豬分娩結(jié)束后，測定舍內(nèi)CO2、CO、NH3、N2O、CH4等氣體濃度(1412光聲多點(diǎn)氣體檢測儀，Inova Airtech Instruments)。檢測時(shí)間與位點(diǎn)與上述指標(biāo)相同。

1.3.3 豬舍氣載需氧菌數(shù)量 母豬分娩結(jié)束后，于每天的9:00、13:00和17:00應(yīng)用平板自然沉降法[7-10]，測定豬舍氣載細(xì)菌數(shù)量。于三舍距離地面1.4 m水平位置選取上述位點(diǎn)，每個(gè)位點(diǎn)均放置2種固體培養(yǎng)基，分別測量空氣中的氣載需氧菌(營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基)和大腸桿菌(伊紅美蘭培養(yǎng)基)數(shù)量，取樣時(shí)間為1 min。測量結(jié)束后培養(yǎng)皿密封放入37 ℃恒溫培養(yǎng)箱倒置培養(yǎng)24 h。測定結(jié)果根據(jù)計(jì)算公式：

P=5N/A·T

其中：P為每立方米空氣中細(xì)菌菌落數(shù)(×104CFU/m3)，N為平板上單菌落數(shù)(個(gè))，A為平板面積(cm2)，T為采樣時(shí)間(min)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel初步整理后采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)，同時(shí)采用Duncan法進(jìn)行多重比較，數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，P<0.05代表差異顯著，P<0.01代表差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫?zé)岘h(huán)境

試驗(yàn)期間，豬舍內(nèi)外的環(huán)境指標(biāo)如表1所示，不同時(shí)間點(diǎn)三舍內(nèi)的溫度顯著高于舍外(P<0.05)；舍溫隨舍外氣溫波動(dòng)，13:00測定值最高，此后降低。在13:00、17:00換氣舍環(huán)境溫度比凈化舍低2.74 ℃、2.62 ℃，差異顯著(P<0.05)。三舍內(nèi)的空氣相對(duì)濕度(RH)亦顯著高于舍外(P<0.05)，9:00時(shí)換氣舍的相對(duì)濕度顯著低于凈化舍與對(duì)照舍(P<0.05)，其他時(shí)間段差異不顯著。與舍內(nèi)風(fēng)速相比，舍外風(fēng)速明顯升高(P<0.05)，此外換氣舍內(nèi)風(fēng)速顯著高于其他兩舍風(fēng)速(P<0.05)。

2.2 可吸入顆粒物濃度

由圖2A、2B可知，對(duì)照舍PM2.5、PM10濃度在一天內(nèi)呈上升趨勢，9:00最低，17:00最高；凈化舍與換氣舍PM2.5、PM10濃度均顯著低于對(duì)照舍(P<0.05)且換氣舍中午時(shí)段可吸入顆粒物濃度值最低，凈化舍呈現(xiàn)與之類似的濃度趨勢，但換氣舍處理效果更為明顯，其傍晚時(shí)段舍內(nèi)PM2.5和PM10濃度分別是對(duì)照舍的51.64 %和47.36 %。

2.3 不同凈化模式豬舍內(nèi)有害氣體含量對(duì)比

由表2可知，三舍CO2濃度差異極顯著(P<0.01)，其中換氣舍內(nèi)CO2的濃度最低，較對(duì)照舍分別降低52.28%、59.29%、54.47%(P<0.01)。凈化舍CO濃度與對(duì)照舍相比也呈極顯著差異(P<0.01)。在9:00、13:00三舍內(nèi)N2O濃度差異極顯著(P<0.01)，在17:00，換氣舍與凈化舍、對(duì)照舍相比差異極顯著(P<0.01)，凈化舍與對(duì)照舍差異顯著(P<0.05)。在三個(gè)時(shí)間點(diǎn)，凈化舍NH3的濃度與對(duì)照舍均差異極顯著(P<0.01)，換氣舍在13:00時(shí)與對(duì)照舍差異極顯著(P<0.01)，三舍NH3濃度呈現(xiàn)一直上升的趨勢，而凈化舍17:00有所降低。CH4濃度對(duì)照舍最高(P<0.01)。

表1 豬舍內(nèi)外的環(huán)境指標(biāo)Table 1 Indoor and outdoor environment measurement

注：同列數(shù)據(jù)同一指標(biāo)肩標(biāo)為不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note:Values of the same index with different small letter superscripts in the same row mean significant difference(P<0.05).

表2 不同凈化模式豬舍內(nèi)有害氣體含量Table 2 The concentration of harmful gas in piggery under different purification mode mg/m3

注：同列肩標(biāo)為不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01),不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Notes: Values with different capital letter superscript in the same row mean extremely significant difference(P<0.01), and small letter superscripts mean significant difference(P<0.05).

2.4 不同凈化模式豬舍內(nèi)微生物數(shù)量對(duì)比

如圖3A、3B所示，不同凈化模式豬舍內(nèi)微生物數(shù)量存在顯著差異。對(duì)照舍一天內(nèi)的微生物數(shù)量呈上升趨勢，在17:00數(shù)量達(dá)到最大值，凈化舍與換氣舍兩舍氣載需氧菌和大腸桿菌數(shù)量呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢，且顯著低于對(duì)照舍水平(P<0.05)，以換氣舍內(nèi)的微生物數(shù)量最少。

圖3 不同凈化模式下氣載需氧菌、大腸桿菌的濃度Fig.3 The aerobic bacteria and colibacillus concentration of different purification modes

3 討 論

3.1 不同凈化模式對(duì)豬舍內(nèi)固體顆粒物的影響

冬季畜舍多采用封閉式飼養(yǎng)模式，極易造成舍內(nèi)空氣流通不暢，加之哺乳母豬的飼喂料為粉料，使得舍內(nèi)固體顆粒物濃度大幅度增加。光等離子體凈化器可將空氣中顆粒物轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸瘧B(tài)，通過物理聚集作用，集聚為大分子物質(zhì)沉降于地面[11]，有效減少懸浮顆粒數(shù)量，特別是直徑小于2.5 μm的小顆粒物質(zhì)。本試驗(yàn)中PM2.5的濃度在375.38～473.11 μg/m3范圍、PM10的濃度在561.46～731.72 μg/m3范圍之間，均符合空氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)范圍，通過凈化器的凈化作用在三個(gè)時(shí)間點(diǎn)均有降低，能夠有效減少舍內(nèi)可吸入顆粒物的含量，此外通風(fēng)換氣也可以降低舍內(nèi)顆粒物的濃度。

豬舍內(nèi)衛(wèi)生清潔采用水沖糞的方式，于每日上午8:00開始，受飼喂方式、豬群活動(dòng)及排泄物堆積影響，對(duì)照舍內(nèi)空氣中顆粒物濃度呈上升趨勢，17:00達(dá)最大值。凈化舍顆粒物呈現(xiàn)先降后升趨勢，其原因可能是上午豬舍清潔后，舍內(nèi)固體顆粒物較少，凈化器的凈化速率高于豬群活動(dòng)產(chǎn)生的顆粒物數(shù)量增長速率，因此上午呈現(xiàn)降低趨勢，至13:00達(dá)到最低值； 下午14:00進(jìn)行粉狀飼料飼喂，極易造成空氣中固體顆粒物大幅增加，加之母豬及仔豬的活動(dòng)量增加，排泄物數(shù)量逐漸累積，造成凈化器的最大凈化速率仍低于舍內(nèi)顆粒物增長速率，導(dǎo)致舍內(nèi)顆粒物不降反升的結(jié)果。而舍內(nèi)通風(fēng)換氣使得空氣得以流通，污濁的空氣得以及時(shí)更換，顯著的降低了空氣中懸浮顆粒物的濃度，這是換氣舍微粒濃度較低的主要原因。

3.2 不同凈化模式對(duì)豬舍內(nèi)有害氣體的影響

豬舍內(nèi)因糞尿排泄物發(fā)酵產(chǎn)生NH3等有害氣體，能引起哺乳母豬黏膜細(xì)胞快速生長和代謝，造成機(jī)體對(duì)氧和能量的需求量增加，從而限制豬的生長性能[12-13]。本研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照舍相比，光等離子體凈化器顯著降低了凈化舍內(nèi)NH3的水平，適用于改善冬季封閉豬舍氣體質(zhì)量；換氣舍對(duì)NH3的疏散效果僅局限于中午時(shí)段，效果不甚明顯。哺乳母豬舍內(nèi)NH3濃度在一天內(nèi)持續(xù)升高，此與母豬及仔豬尿液的積累一致，NH3濃度小，且易溶于水，多吸附于地面周圍，加之舍外溫度較低，入舍冷空氣進(jìn)一步冷凝水汽吸附NH3，導(dǎo)致NH3流通不暢，因此通風(fēng)對(duì)NH3的疏散作用有限。CO2的含量高低反映豬舍通風(fēng)狀況和空氣污濁程度[14]，研究發(fā)現(xiàn)換氣舍CO2濃度較低，說明通風(fēng)換氣可增強(qiáng)舍內(nèi)與舍外空氣流通，維持舍內(nèi)空氣質(zhì)量良好；凈化舍CO2含量與對(duì)照舍相比明顯降低，但仍維持較高水平，反映換氣量不足。冬季通風(fēng)換氣可增加舍內(nèi)實(shí)效換氣量，并能有效降低舍內(nèi)CO2、N2O和CH4的含量，但對(duì)易溶于水的NH3換氣效果甚微，各類舍內(nèi)氣體濃度均符合空氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 不同凈化模式對(duì)豬舍內(nèi)微生物的影響

豬舍內(nèi)高密度豬群數(shù)量及排泄物發(fā)酵，加之封閉的飼養(yǎng)環(huán)境極易造成有害微生物滋生繁殖。舍內(nèi)微生物常以氣溶膠形式懸浮于空氣中，易造成豬呼吸道及肺部感染，誘發(fā)母豬及仔豬呼吸性疾病或其他疾病[7]。有研究表明極少量細(xì)菌就能引起動(dòng)物氣源性感染，致使機(jī)體發(fā)病甚至造成死亡[15-16]。光等離子體凈化器通過釋放等離子體破壞空氣中有害微生物細(xì)胞壁，從而降低舍內(nèi)微生物的數(shù)量[17]，加之紫外燈裝置具有較強(qiáng)的殺菌消毒功能，進(jìn)一步減少有害微生物的數(shù)量，顯著改善舍內(nèi)空氣質(zhì)量。在換氣舍，有效抑制空氣中微小顆粒物濃度增加，同時(shí)也抑制了附著于其上的有害微生物數(shù)量，這與Man等[18]和Madsen等[19]研究相一致。黃藏宇等[7]研究發(fā)現(xiàn)冬季封閉斷奶仔豬舍內(nèi)氣載需氧菌濃度在29.80×104～45.14×104CFU/m3范圍內(nèi)；袁文等[20]研究結(jié)果表明封閉性豬舍內(nèi)氣載需氧菌濃度在9.07×104～28.13×104CFU/m3范圍內(nèi)，半封閉豬舍內(nèi)氣載需氧菌濃度在12.02×104～24.95×104CFU/m3范圍內(nèi)。本研究中凈化舍和換氣舍內(nèi)空氣質(zhì)量雖明顯優(yōu)于黃藏宇、袁文的研究結(jié)果，但舍內(nèi)氣載需氧菌濃度仍未達(dá)到正常空氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)范圍，如何進(jìn)一步降低舍內(nèi)有害微生物數(shù)量，改善空氣質(zhì)量仍需深入探討。

4 結(jié) 論

安裝凈化裝置對(duì)舍內(nèi)空氣質(zhì)量有一定改善作用，適用于冬季封閉哺乳母豬舍的舍內(nèi)空氣環(huán)境改善；采用窗戶留縫通風(fēng)的哺乳豬舍能有效改善空氣質(zhì)量，同時(shí)也略降低了舍內(nèi)溫度。