豬舍氨氣防控措施研究進(jìn)展

李廳廳，阮蓉丹，蒲施樺，王 浩，龍定彪，劉作華*

（1.西南大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，重慶 402460；2.重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 402460）

氨氣是一種無色、有強(qiáng)烈的刺激性氣味的氣體，豬舍中的氨氣主要有3 個(gè)來源：豬消化道內(nèi)產(chǎn)生氨，即攝入蛋白質(zhì)后消化代謝產(chǎn)生氨氣；排泄物產(chǎn)生氨氣，這是豬舍氨氣的主要來源；浪費(fèi)的飼料等腐敗分解產(chǎn)生氨氣。豬長期處于較高氨氣濃度環(huán)境中會(huì)降低其生產(chǎn)性能，也不符合動(dòng)物福利要求[1]。氨氣排放到外界對(duì)大氣環(huán)境造成污染，氨氣中的氮沉降后會(huì)引起土壤和水體的酸化[2]。最近有研究還發(fā)現(xiàn)，氨氣會(huì)與空氣中的氧化物（如氮氧化物、二氧化硫等）反應(yīng)，生成硫酸銨、硝酸銨等二次顆粒物，這些二次顆粒物正是PM2.5 形成的重要來源[3]。沈麗等[4]用排放因子法估算了2006—2014 年江蘇省的氨氣排放量在緩慢增長，年平均增長率為1.41%（654.400～729.800 t），其中畜禽養(yǎng)殖和氮肥施用是江蘇省最主要的氨排放源，占2014 年江蘇省氨排放量的88.19%。

《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》提出，在渤海京津冀、長三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域開展種、養(yǎng)殖業(yè)重點(diǎn)排放源氨防控研究與示范。到2020 年，氨氮排放總量比“十二五”降低10%，今后養(yǎng)豬生產(chǎn)中將更加注重氮磷排放等制約可持續(xù)發(fā)展的問題。豬舍氨氣濃度的控制措施可以根據(jù)養(yǎng)豬生產(chǎn)過程分為3 個(gè)階段，即飼料源頭防控、飼養(yǎng)過程減排和末端處理，目前飼料源頭防控技術(shù)比較成熟，是生產(chǎn)中使用較多的方法。本文就豬舍氨氣控制方法的研究現(xiàn)狀做一綜述，以期為規(guī)?；B(yǎng)豬生產(chǎn)提供參考。

1 源頭防控

1.1 平衡氨基酸模式的低蛋白日糧 豬的飼料氮沉積范圍為30%～60%，遠(yuǎn)未達(dá)到100%[5]，僅用天然原料配合日糧來滿足動(dòng)物氨基酸需要會(huì)導(dǎo)致很多必需和非必需氨基酸過剩。未消化的氨基酸大多以微生物氮的形式通過糞便排出體外；被吸收但沒有特定功能的氨基酸將參與代謝，最終大多以尿氮的形式排出體外。使用多種原料與合成氨基酸，結(jié)合動(dòng)物對(duì)氨基酸的需要與理想蛋白理念，可以在降低動(dòng)物蛋白攝入量的基礎(chǔ)上滿足其氨基酸需要。適當(dāng)降低日糧蛋白質(zhì)水平對(duì)豬生產(chǎn)性能和瘦肉組織的影響甚微。假如能以晶體形式補(bǔ)充任何缺乏的氨基酸，就會(huì)對(duì)氮的排泄產(chǎn)生巨大影響。國內(nèi)外許多學(xué)者關(guān)于豬日糧中粗蛋白質(zhì)和氨基酸比例對(duì)氨氣排放的主要研究結(jié)果見表1。Kerr 等[6]對(duì)33 組豬代謝試驗(yàn)的綜合數(shù)據(jù)顯示，在平衡氨基酸的基礎(chǔ)上，日糧蛋白水平每降低1 個(gè)百分點(diǎn)，無論豬體重如何，氮的排泄都會(huì)降低8%。該數(shù)據(jù)與Leek 等[7]發(fā)表的數(shù)據(jù)（8.7%）相吻合，卻略高于Leek 等[8]發(fā)表的數(shù)據(jù)（6.7%）。Liu 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，通過氨基酸來補(bǔ)充日糧中降低的粗蛋白質(zhì)能有效減輕氨氣排放，在標(biāo)準(zhǔn)日糧的基礎(chǔ)上降低2.1%～3.8%、4.4%～7.8%粗蛋白質(zhì)后氨氣排放量較對(duì)照組分別降低了33% 和57.2%，且明顯降低了糞便排泄量和糞便中的NH4+-N 濃度。

1.2 添加飼料添加劑 飼料添加劑（如酶、生長促進(jìn)劑、益生菌、益生元和有機(jī)酸等）可以改善營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和消化率，調(diào)節(jié)消化道的微生物群，從而減少氮的排泄[15]。目前應(yīng)用較多的添加劑研究見表2。有研究表明，在豬日糧中添加酶制劑、益生菌、植物油等可以降低豬糞中的氨氣排放[16-17]。在豬日糧中添加絲蘭屬植物提取物可以抑制糞尿中脲酶活性，這可能與絲蘭屬植物中的糖原成分有關(guān)，尤其是皂基類。在妊娠母豬日糧中添加200 g/t 絲蘭屬植物提取物可降低93%的氨氣排放[18]。將絲蘭屬植物直接添加到糞便中也可以達(dá)到降低氨氣排放的效果[19]。另外，益生菌已經(jīng)廣泛應(yīng)用于動(dòng)物飼養(yǎng)中，其獨(dú)特的生理功能不僅可以替代抗生素，解決抗生素帶來的耐藥性問題，而且可以改善動(dòng)物生產(chǎn)水平和健康狀況。同時(shí)，有益微生物能吸收養(yǎng)殖場的惡臭物質(zhì)并通過自身代謝活動(dòng)降解，達(dá)到減少氨氣排放的效果[20]。益生菌飼料添加劑與豬舍中噴灑益生菌發(fā)酵液聯(lián)合作用能很好地去除氨氣，且在試驗(yàn)期間未使用消毒液和抗生素[21]。雖然氮的排泄途徑不管是經(jīng)過糞便還是尿液都不會(huì)影響氮的凈排泄量，但增加日糧中抗性淀粉、不可消化寡糖和非淀粉多糖含量會(huì)提高后腸發(fā)酵碳水化合物的濃度，加快細(xì)菌繁殖，最終增加了以微生物蛋白存在的糞氮排出，減少了尿氮，這也會(huì)降低氨氣產(chǎn)生[22-23]。類似減少尿氮的原理還有，在飼料中添加沸石能夠吸附胃腸道內(nèi)的銨根離子（NH4+），是大部分原本要以尿液方式排出體外的氮隨沸石一起以糞便的方式排出體外，從而達(dá)到降低豬舍內(nèi)氨氣濃度的效果。

2 飼養(yǎng)過程減排

2.1 控制舍內(nèi)溫濕度 高溫高濕或者低溫高濕等舍內(nèi)環(huán)境都不利于豬增重[28]。豬舍內(nèi)的溫濕度變化不僅影響豬的生長性能，而且會(huì)直接導(dǎo)致舍內(nèi)氨氣濃度增加。李保明等[29]研究表明，溫度升高能夠促進(jìn)氨氣的釋放；暴雪艷等[30]監(jiān)測結(jié)果表明，封閉式分娩舍內(nèi)氣體1 d 內(nèi)呈周期性變化，白天氣體濃度低于夜間，并且舍內(nèi)氣體中氨氣和二氧化碳濃度與圈舍溫、濕度存在顯著正相關(guān)（r=0.898，r=0.945）。這是因?yàn)闇囟壬邥?huì)使脲酶活性增高，進(jìn)而使水相的迅速轉(zhuǎn)化為氣相的氨氣[31]。戴四發(fā)等[32]研究發(fā)現(xiàn)，舍內(nèi)濕度過高時(shí)，氨氣和硫化氫等有害氣體會(huì)被舍內(nèi)的水分吸附，當(dāng)溫度升高時(shí)又散發(fā)出來。所以將豬舍內(nèi)的溫濕度控制在適宜范圍有利于豬的生長增重，可以有效降低豬舍氨氣濃度，提高舍內(nèi)空氣質(zhì)量。

表1 降低日糧粗蛋白質(zhì)，平衡氨基酸對(duì)氨氣減排效果的研究

表2 飼料添加劑的種類及其效果

2.2 微生物發(fā)酵床 微生物發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)有“零污染養(yǎng)豬技術(shù)”之稱，其核心是通過篩選功能性優(yōu)勢微生物，再按微生物的一定比例摻拌木屑、谷殼和農(nóng)作物秸稈等，在一定條件下發(fā)酵后制成有機(jī)墊料。墊料會(huì)以一定厚度鋪灑在豬舍內(nèi)形成微生物發(fā)酵床，利用豬翻拱的生活習(xí)性將豬排泄物與墊料充分混合，通過微生物分解、消納排泄物中的有機(jī)質(zhì)（OM），大大降低豬舍臭氣，達(dá)到無污染養(yǎng)豬的目的[33]。曹傳閨等[34]研究表明，與傳統(tǒng)方式養(yǎng)豬相比，微生物發(fā)酵床不僅能提高豬的生長性能，還能夠明顯改善豬舍環(huán)境質(zhì)量，豬舍內(nèi)無臭味。此外，薛慧琴等[34]對(duì)比了普通（水泥地面）圈舍和發(fā)酵床圈舍內(nèi)的氨氣濃度，發(fā)酵床圈舍中氨氣含量（4.00 mg/m3）比普通圈舍氨氣含量（6.74 mg/m3）低40.65%。劉波等[35]設(shè)計(jì)并運(yùn)用了一種新型的低位微生物發(fā)酵床（即在傳統(tǒng)漏縫地板下方建立微生物發(fā)酵床）豬舍，很好地解決了動(dòng)物防疫問題，并且豬舍內(nèi)無臭味，但未對(duì)氨氣的減排效果做可量化的數(shù)據(jù)研究。齊剛等[36]研究發(fā)現(xiàn)，夏季2 個(gè)月（5、6 月）微生物發(fā)酵床的氨氣濃度較實(shí)心地面低了1.05 mg/m3（0.7 mg/m3vs 1.75 mg/m3）、0.55 mg/m3（0.45 mg/m3vs 1 mg/m3）；冬季2 個(gè)月（11、12 月）微生物發(fā)酵床比實(shí)心地面舍內(nèi)氨氣濃度降低了5.36 mg/m3（4.44 mg/m3vs 10 mg/m3）、10.05 mg/m3（10.7 mg/m3vs 20.75 mg/m3）。由此可見，微生物發(fā)酵床能大大提高豬舍的環(huán)境質(zhì)量，但是由于墊料資源、動(dòng)物防疫等問題阻礙了微生物發(fā)酵床的應(yīng)用推廣。因此，在墊料資源豐富的地區(qū)可進(jìn)行適度規(guī)模的微生物發(fā)酵床養(yǎng)豬，在提高生豬生長性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)真正意義上的節(jié)能減排。

2.3 清糞頻次和糞尿分離 糞便是豬舍內(nèi)氨氣的主要來源，糞便和尿液長時(shí)間置放于豬舍內(nèi)，糞便中的有機(jī)質(zhì)發(fā)酵分解產(chǎn)生氨氣，直接導(dǎo)致豬舍內(nèi)氨氣濃度增大，因此生產(chǎn)管理上合理的清糞頻次是豬舍內(nèi)氨氣減排的有效措施。Panetta 等[37]在實(shí)驗(yàn)室條件下，將尿液從糞便中分離可以使氨氣排放量降低99%。Lachance 等[38]研究表明，在同樣水泡糞豬舍中，每周清空糞溝3 次比每周清空1 次的氨氣排放降低46%；刮糞板清糞且每周刮糞3 次比水泡糞每周清空1 次氨氣排放量降低49%；但是在相同刮糞板清糞工藝下，每周刮糞7 次比3 次的氨氣排放量增加了11%，這表明頻繁的清糞會(huì)讓更多新鮮糞便暴露在空氣中，從而促進(jìn)氨氣揮發(fā)。因此，生產(chǎn)上應(yīng)該根據(jù)是否固液分離選擇合適的清糞頻次。Ni 等[39]研究表明，水泡糞豬舍內(nèi)的60%～70%的氨氣來源于水泡糞坑。豬體內(nèi)形成的尿素有75%～80%隨尿液排出體外，而尿液中97%的氮以尿素形式存在[40]。豬糞便中的氮分解產(chǎn)生氨氣是一個(gè)非常緩慢的過程，通常需要數(shù)周的時(shí)間且產(chǎn)生氨氣的數(shù)量也較少，但是尿素分解為氨氣的過程卻很快，在常溫下只需要幾小時(shí)[41]。因此，將糞尿分離可以及時(shí)將尿液排向集中處理池，有效減少豬舍氨氣排放量，并且可降低糞污的后續(xù)處理難度。

3 末端處理

關(guān)于畜禽舍NH3減排的末端處理的研究顯示其減排效果顯著。如在蓄糞池里加入沸石粉[42]，將舍內(nèi)的濁氣經(jīng)生物濾器處理后排向外界。生物濾器是畜禽舍惡臭氣體處理最具有使用前景且使用廣泛的生物處理方式。

3.1 生物過濾 生物過濾法處理氨氣是一項(xiàng)新興的污染氣體處理技術(shù)，因其易于操作管理、處理效果明顯、無二次污染等特點(diǎn)受到人們青睞，發(fā)展?jié)摿薮螅瑧?yīng)用前景也十分廣闊。雖然豬舍通風(fēng)直接將舍內(nèi)濁氣排出舍外是最直接有效降低豬舍氨氣濃度的方法，但并沒有從根本上解決氨氣的減排。生物濾器一般應(yīng)用于機(jī)械通風(fēng)舍，需要將通風(fēng)系統(tǒng)與過濾裝置進(jìn)行組合，豬舍排出的污濁氣體進(jìn)入相關(guān)的生物過濾腔內(nèi)。氣體進(jìn)入生物濾器后，經(jīng)氣、水界面?zhèn)鬟f到附著于填料表面的生物膜中，膜中微生物利用有機(jī)氣體污染物作為其生長繁殖所需的基質(zhì)，經(jīng)過不同的轉(zhuǎn)化途徑將大分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)氣體污染物最終氧化分解為簡單無害或少害的CO2、、H2O等無機(jī)物，達(dá)到凈化的目的。

生物過濾器降解氨氣的性能取決于微生物的活性和充足的O2和H2O[43]。鑒于此，生物濾器對(duì)過濾腔內(nèi)填充物以及理化參數(shù)有一定的要求。蒲施華等[44]研究發(fā)現(xiàn)，以蚯蚓糞、木屑和活性炭為填料，其氨氣的降解效率呈先下降再上升的趨勢，與Tao 等[45]的研究結(jié)果一致。Hartung 等[46]在生產(chǎn)中對(duì)2 個(gè)生物濾池進(jìn)行長期（6.5 年）監(jiān)測，2 個(gè)微生物濾池對(duì)氨氣的平均去除率分別為15%、36%（濾床材料未知），并且將濾料的含水率從20%升高到40%，可提高生物濾器的清洗效率。Taghipour 等[47]比較了1 層和3 層臺(tái)架式的生物過濾池在處理不同濃度氨氣和進(jìn)氣氣流速率的降解性能，發(fā)現(xiàn)3 層的生物濾池在最大清除能力、加載速率等方面均優(yōu)于1 層的生物濾池，且壓降小。所以與1 層生物濾池相比，3 層生物與濾池性能優(yōu)越，消除能力強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)間長，壓降小。為了達(dá)到良好的氨氣去除效果，可以在填料中接種優(yōu)勢除臭除氨菌種，增加生物過濾器中微生物的豐富度和數(shù)量。白林等[48]探究堆肥、鋸末、蚯蚓糞和珍珠巖的不同組合作為填料的降解效果，發(fā)現(xiàn)用堆肥、蚯蚓糞和鋸末混合填料效果最佳，并且該填料中存在活蚯蚓。此外，生物濾器在豬糞堆肥的過程中去除氨氣的效果也比較好，在為期4 周的堆肥期間，空床停留時(shí)間為101 s，每小時(shí)通過生物濾池的氨氣濃度在0.03～0.23kg/m3，1～4 周的日平均氨氣去除率為94.7%、98.1%、98.7%、99.1%[45]。Dumont 等[49]研究發(fā)現(xiàn)，夏季空床停留時(shí)間為12 s 時(shí)氨氣去除效率在90%～100%，空床停留時(shí)間為6 s 時(shí)氨氣去除效率在30%～50%，生物濾池負(fù)載速率急劇增加，可能是NH3去除率存在差異的原因；秋季空床停留時(shí)間為12 s 時(shí)氨氣的去除率約為80%，在相對(duì)干燥的秋季要特別注意生物濾池的加濕處理，但生物濾池介質(zhì)含水率的精確控制對(duì)養(yǎng)殖者是一個(gè)大的挑戰(zhàn)。生物過濾末端處理在養(yǎng)殖環(huán)境保護(hù)方面具有很大的發(fā)展?jié)摿?，值得?duì)微生物種類、豐富度、作用機(jī)理等做更多研究。

3.2 糞便除臭劑 通過降低糞便p H（酸化劑），在豬糞中添加吸附類物質(zhì)（吸附劑、掩飾劑）及在糞便中添加除臭優(yōu)勢菌種（除臭劑）等措施都可以減少糞便氨氣的產(chǎn)生。當(dāng)溫度保持不變時(shí)，pH 決定了NH4+和氨氣之間的平衡，較低的pH 會(huì)降低氨水比例，因此氨水揮發(fā)的可能性較低，動(dòng)物糞便酸化以減輕氮的損失就是依賴這一原理。NH3釋放量的最大程度增加發(fā)生在p H 7～10，pH 降低到7 以下會(huì)抑制氨氣的揮發(fā)，但是在pH 4.5 左右，幾乎沒有可以測量的游離氨[50]。末端微生物除臭劑可以將菌劑直接噴灑到豬糞便上，或者作為微生物發(fā)酵液直接添加到豬排泄物中，利用微生物的硝化作用和反硝化作用來轉(zhuǎn)換氮元素[51]，以及微生物之間的協(xié)同、繁殖、共生作用轉(zhuǎn)化分解糞便中的有機(jī)物質(zhì)，以達(dá)到降低氨氣排放的目的。

4 小 結(jié)

綜上所述，控制豬舍氨氣的排放有利于豬只福利和一線工作者的健康，減少養(yǎng)殖業(yè)有害氣體的排放，進(jìn)而減少大氣、水體和土壤的污染。所以在養(yǎng)豬生產(chǎn)上控制氨氣的排放是至關(guān)重要的。目前，在飼料源頭控制氮排放的研究已經(jīng)比較成熟，可通過全階段的飼糧調(diào)整，且有標(biāo)準(zhǔn)可依；市面上也有各種類型的飼料添加劑可滿足生產(chǎn)需要，但是對(duì)于經(jīng)濟(jì)高效、無抗等方面的添加劑仍在繼續(xù)研究。飼養(yǎng)過程減排與飼養(yǎng)管理密切相關(guān)，難以對(duì)所有養(yǎng)殖場統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一要求。氨氣的末端處理在養(yǎng)殖環(huán)境保護(hù)方面有很大潛力，減排效果也很理想，是今后豬舍氨氣減排的大趨勢。氨氣末端處理的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是在較高負(fù)載速率下如何不降低氨氣的減排效果，以及增加生物濾器介質(zhì)的使用壽命、增加生物濾器介質(zhì)中微生物的豐富度和數(shù)量等。