高架發(fā)酵床模式下封閉式育肥豬舍的熱環(huán)境和空氣環(huán)境特征

陳佳穎，梁家娣，米見對(duì)，葉鈺怡，吳銀寶

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510642)

目前，養(yǎng)殖場(chǎng)帶來的臭氣污染問題受到了人們的日益關(guān)注，嚴(yán)重影響了畜禽和人類健康，制約了養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。其中，氨氣(NH3)和硫化氫(H2S)是養(yǎng)殖場(chǎng)臭氣的主要成分[1-2]。長(zhǎng)期處于低濃度的NH3、H2S環(huán)境中，可導(dǎo)致豬體質(zhì)變?nèi)?，抵抗力下降，增重緩慢，發(fā)病率上升[3]。

已有研究表明，發(fā)酵床豬舍有利于減少NH3和H2S的排放[4]，但發(fā)酵床在溫?zé)岢睗竦哪戏絽^(qū)域，尤其在夏季不易降溫，從而導(dǎo)致豬的生長(zhǎng)性能下降?；诎l(fā)酵床模式而來的異位發(fā)酵床模式作為中國(guó)西南地區(qū)和東部沿海地區(qū)畜禽糞污資源化利用中的主推模式之一，其中的高架發(fā)酵床模式分為上下兩層，上層養(yǎng)豬，下層為發(fā)酵床，避免了生豬與發(fā)酵床直接接觸，并有效地減少了養(yǎng)殖場(chǎng)的用地面積，實(shí)現(xiàn)了糞污零排放。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于高架發(fā)酵床模式豬舍熱環(huán)境和空氣環(huán)境的研究較少，因此本試驗(yàn)測(cè)定了高架發(fā)酵床模式下封閉式豬舍的熱環(huán)境因素(溫度、濕度)和空氣環(huán)境特征(PM2.5、PM10、 NH3、H2S)，為高架發(fā)酵床模式下豬舍的環(huán)境調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 高架發(fā)酵床豬舍概況

選取廣東江門市某公司采用高架發(fā)酵床模式的豬場(chǎng)，該豬場(chǎng)共有2×104頭育肥豬，自由采食，采用機(jī)械負(fù)壓通風(fēng)-濕簾系統(tǒng)。選擇其中一個(gè)封閉式豬舍作為監(jiān)測(cè)對(duì)象：上層為豬舍，養(yǎng)豬層中間為走道，左右兩側(cè)為豬欄，共有12欄，飼養(yǎng)539頭140日齡的育肥豬；下層為發(fā)酵床，共有4條發(fā)酵槽，每條發(fā)酵槽長(zhǎng)36 m、寬3 m，以30%木糠和70%谷殼為墊料，墊料厚度為0.8 m。豬舍層和發(fā)酵床層的高度均為2.5 m。豬舍層和發(fā)酵床層各安裝4個(gè)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)功率為1.1 kW，安裝高度距地面0.5 m。

1.2 采樣點(diǎn)設(shè)置

分別于進(jìn)風(fēng)口、豬舍層、發(fā)酵床層、風(fēng)機(jī)口(即出風(fēng)口)設(shè)置采樣點(diǎn)，其中豬舍層和發(fā)酵床層采取五點(diǎn)采樣法設(shè)置采樣點(diǎn)(如圖1，2所示)。進(jìn)風(fēng)口采樣點(diǎn)水平距離豬舍1 m，風(fēng)機(jī)口采樣點(diǎn)距離風(fēng)機(jī)1 m，所有采樣點(diǎn)距離地面或墊料1.2 m。于每個(gè)采樣點(diǎn)測(cè)定熱環(huán)境因素(溫度、濕度)和空氣環(huán)境特征(PM2.5、PM10、 NH3、H2S)。試驗(yàn)于2018年3月21日-3月25日進(jìn)行，共測(cè)定5 d，取3 d的有效數(shù)據(jù)。測(cè)定時(shí)，豬舍層只有1臺(tái)風(fēng)機(jī)工作，發(fā)酵床層4臺(tái)風(fēng)機(jī)均工作。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

采用溫濕度計(jì)(TH101B, 廣東美德時(shí)儀器儀表有限公司，中國(guó))于各采樣點(diǎn)測(cè)定溫度、濕度，采用迷你空氣質(zhì)量檢測(cè)儀(DT-96B, 深圳市華盛昌科技實(shí)業(yè)股份公司，中國(guó))于各采樣點(diǎn)測(cè)定PM2.5和PM10。

采用納氏試劑比色法測(cè)定NH3[5]。采用電磁式空氣壓縮機(jī)(廣東海利集團(tuán)有限公司，中國(guó))于各采樣點(diǎn)吸收氨氣，吸收液為0.005 mol/L稀硫酸溶液，時(shí)間為3 h，流速為1 L/min。納氏試劑顯色10 min后，于420 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度，并根據(jù)所繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線將吸光度換算成NH3濃度。

采用亞甲藍(lán)分光光度法測(cè)定H2S[6]。采用電磁式空氣壓縮機(jī)(廣東海利集團(tuán)有限公司，中國(guó))于各采樣點(diǎn)吸收硫化氫，吸收液為硫酸鎘-氫氧化鈉-聚乙烯醇磷酸銨溶液(現(xiàn)配現(xiàn)用)，時(shí)間為40 min，流速為1 L/min。使用混合顯色液(按1 mL對(duì)氨基二甲基苯胺溶液加1滴三氯化鐵溶液混合)進(jìn)行顯色30 min后加入1滴磷酸氫二銨溶液，于665 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度，并根據(jù)所繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線將吸光度換算成H2S濃度。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用Excel、SPSS 24.0分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA單因素方差分析，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，采用GraphPad Prism 8.0 進(jìn)行作圖分析，顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 高架發(fā)酵床豬舍的熱環(huán)境和空氣環(huán)境特征

各采樣點(diǎn)的溫度、濕度、PM2.5和PM10濃度如表1所示。各采樣點(diǎn)溫度范圍為(23.53±0.42)～(25.63±1.34)，屬于正常范圍。方差分析表明，各采樣點(diǎn)之間溫度沒有顯著差異(P>0.05)。各采樣點(diǎn)濕度范圍為(43.23±8.89)～(59.50±4.80)，其中，風(fēng)機(jī)口濕度最高。方差分析表明，各采樣點(diǎn)之間濕度沒有顯著差異(P>0.05)。

表1 高架發(fā)酵床豬舍各采樣點(diǎn)平均溫度、濕度、PM2.5、PM10Table 1 The average concentration of temperature, humidity, PM2.5, PM10 in pig pen

屬于生豬活動(dòng)區(qū)域的豬舍層PM2.5和PM10濃度最高。方差分析表明，各采樣點(diǎn)之間PM2.5和PM10均沒有顯著差異(P>0.05)。

每次測(cè)定時(shí)，豬舍層只有1臺(tái)風(fēng)機(jī)工作，發(fā)酵床層4臺(tái)風(fēng)機(jī)均工作。每臺(tái)風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量為45 000m3/h。如表2所示，發(fā)酵床層的通風(fēng)量和平均風(fēng)速均高于豬舍層。

表2 豬舍層和發(fā)酵床層的通風(fēng)量和風(fēng)速Table 2 The ventilation volume and airvelocity in pigsty layer and fermentation layer

2.2 各采樣點(diǎn)的NH3濃度

各采樣點(diǎn)的NH3濃度如圖3所示，NH3平均濃度范圍為(8.64±0.25)～(10.92±1.77) mg/m3。方差分析表明，各采樣點(diǎn)之間NH3濃度無顯著差異(P>0.05)。其中，微生物代謝旺盛的發(fā)酵床層的NH3平均濃度最高。

2.3 各采樣點(diǎn)的H2S濃度

各采樣點(diǎn)的H2S濃度如圖4所示，H2S平均濃度范圍為(17.13±5.90)～(22.25±3.35)μg/m3。方差分析表明，各采樣點(diǎn)之間H2S濃度無顯著差異(P>0.05),豬舍層的H2S平均濃度略低于發(fā)酵床層的H2S平均濃度。

3 討 論

3.1 溫度會(huì)影響NH3和H2S的排放

在堆肥過程中，臭氣的產(chǎn)生主要發(fā)生在豬糞堆肥的升溫及高溫期[7]，通過冷卻裝置對(duì)豬糞進(jìn)行冷卻可以減緩NH3和H2S的排放[8]。H2S由硫酸鹽還原菌所產(chǎn)生[9]，而溫度是控制硫酸鹽還原菌生物活性的重要因素[10]。程秀花等[11]探究了冬季密閉雞舍內(nèi)溫度、相對(duì)濕度與NH3濃度之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)冬季密閉雞舍內(nèi)NH3濃度與溫度有強(qiáng)的相關(guān)性，但相對(duì)濕度與NH3濃度無顯著相關(guān)性。付典林等[12]認(rèn)為當(dāng)生豬在高濕度環(huán)境下生長(zhǎng)時(shí)容易引起生豬打噴嚏、感冒和肺炎等疾病, 并且高濕度環(huán)境還會(huì)有助于微生物的生長(zhǎng)和繁殖, 使生豬皮膚病和呼吸道疾病增加。反之, 當(dāng)生豬在低濕度環(huán)境下生長(zhǎng)時(shí), 容易導(dǎo)致豬體表面水分蒸發(fā)過多, 使得生豬皮膚和外露黏膜干裂, 也容易引發(fā)生豬呼吸道疾病等。所以控制豬舍溫濕度是豬舍臭氣排放與保證生豬生產(chǎn)性能的重要調(diào)控指標(biāo)。GB/T17824.3-2008《規(guī)模豬場(chǎng)環(huán)境參數(shù)及環(huán)境管理》[13]規(guī)定，生長(zhǎng)育肥舍的適宜溫度是15 ～ 23 ℃。本次試驗(yàn)中各采樣點(diǎn)的溫度均無顯著差異，但各采樣點(diǎn)的平均溫度稍高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)配備良好的降溫設(shè)施以改善豬舍的溫?zé)岘h(huán)境，降低臭氣的濃度。

3.2 豬只活動(dòng)可能會(huì)影響豬舍空氣環(huán)境

由表1也可看出，屬于生豬活動(dòng)區(qū)域的豬舍層PM2.5和PM10濃度最高。Kim等[14]探討了豬活動(dòng)與空氣環(huán)境之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度處于24～31 ℃和相對(duì)濕度在63%～91%的炎熱夏季時(shí)候，豬的活動(dòng)會(huì)減少，使得空氣中的粉塵會(huì)下降，說明空氣中的顆粒物質(zhì)與豬的活動(dòng)情況息息相關(guān)。且研究表明， 豬舍層灰塵主要由豬舍層的飼料、糞便、生豬皮毛等產(chǎn)生[12]。在本次試驗(yàn)中，盡管各采樣點(diǎn)的PM2.5和PM10無顯著差異，但豬舍層PM2.5和PM10的平均濃度略高于發(fā)酵床層PM2.5和PM10的平均濃度，其原因可能是喂料時(shí)生豬的采食活動(dòng)造成空氣中的粉塵增加。

3.3 豬舍通風(fēng)量可影響豬舍中的臭氣濃度

豬舍通風(fēng)量的大小不僅直接影響舍內(nèi)環(huán)境溫濕度，還會(huì)影響舍內(nèi)空氣粉塵濃度與臭氣濃度。鄔本成等[15]對(duì)生長(zhǎng)育肥豬舍的通風(fēng)量推薦值為春秋季60.00 m3/(h · 只)，本試驗(yàn)豬舍層的通風(fēng)量為83.49，高于此標(biāo)準(zhǔn)，通風(fēng)量充足。生產(chǎn)上規(guī)模化封閉豬場(chǎng)經(jīng)常存在通風(fēng)量不足的問題，尤其是冬季，導(dǎo)致舍內(nèi)空氣粉塵濃度與臭氣濃度過高，影響豬只的生長(zhǎng)發(fā)育，因此，在生產(chǎn)中采取適當(dāng)?shù)耐L(fēng)措施可降低舍內(nèi)有害氣體質(zhì)量濃度，同時(shí)應(yīng)做好通風(fēng)與溫度的協(xié)調(diào)控制，并保證豬舍熱環(huán)境和空氣質(zhì)量條件，使豬體健康，充分發(fā)揮其生產(chǎn)力。

3.4 養(yǎng)殖模式影響豬舍NH3、H2S濃度

GBT17824.3-2008《規(guī)模豬場(chǎng)環(huán)境參數(shù)及環(huán)境管理》[13]中對(duì)不同生長(zhǎng)階段的豬舍層NH3、H2S濃度做出了明確的規(guī)定，其中生長(zhǎng)肥育豬舍的NH3含量上限值為25 mg/m3，H2S含量上限為10 mg/m3。本次試驗(yàn)中所測(cè)的NH3、H2S平均濃度符合以上標(biāo)準(zhǔn)。盡管豬舍層和發(fā)酵床層的NH3、H2S平均濃度均無顯著差異(P>0.05)，但豬舍層NH3、H2S濃度均稍低于發(fā)酵床層NH3、H2S平均濃度，這有助于減少NH3和H2S對(duì)生豬的刺激。本次試驗(yàn)豬舍層最高的NH3濃度達(dá)到10.58±0.16 mg/m3，最高的H2S濃度達(dá)到43.4±3.93 μg/m3。Kim等[14]測(cè)定的不同類型的豬舍空氣中H2S的濃度，為0.8～21.4 ppm，但本次試驗(yàn)所測(cè)的NH3濃度高于其所測(cè)的NH3濃度，為286.5 ppb ～7.5 ppm，每頭豬的NH3和H2S排放量為250.2 mg/h和37.8 mg/h。王國(guó)華等[16]測(cè)定了不同采樣高度時(shí)實(shí)心地面豬舍內(nèi)NH3、H2S濃度，分別為7.78±1.24～13.45±1.17 mg/m3、0.72±0.26～1.52±1.17 mg/m3，與本次測(cè)定的NH3、H2S濃度有所不同，這可能與飼料的粗蛋白水平、采樣點(diǎn)的測(cè)定高度、豬舍通風(fēng)、清糞等管理因素有關(guān)[17]。

已有研究表明，高架發(fā)酵床模式有利于減少豬舍層NH3和H2S的濃度。俸祥仁等[18]比較了水泥地養(yǎng)豬、傳統(tǒng)發(fā)酵床養(yǎng)豬和經(jīng)濟(jì)型高床式微生態(tài)發(fā)酵床養(yǎng)豬三種模式中豬舍的NH3和H2S濃度，發(fā)現(xiàn)高架床式微生態(tài)發(fā)酵床模式和傳統(tǒng)發(fā)酵模式豬舍中的NH3和H2S濃度均顯著低于水泥地豬舍。不同墊料成分的發(fā)酵床產(chǎn)生的NH3、H2S濃度也不一樣，盛清凱等[19]測(cè)定了發(fā)酵床中添加不同比例的金針菇菌渣和杏鮑菇菌渣對(duì)臭氣產(chǎn)生的影響，發(fā)現(xiàn)金針菇菌渣和杏鮑菇菌渣的添加體積比為45%發(fā)酵床的NH3、H2S濃度最低，分別為1.31±0.08 mg/m3、0.26±0.07 mg/m3。此結(jié)果所測(cè)得的NH3濃度低于本試驗(yàn)所使用的30%木糠和70%谷殼無菌渣墊料時(shí)測(cè)得的NH3濃度，但H2S濃度高于本次試驗(yàn)所測(cè)。Kapuinen[20]和Groenestein等[21]研究比較了不同的墊料對(duì)氨揮發(fā)的影響，結(jié)果表明秸稈與木屑或草炭配合使用，可減少NH3揮發(fā)損失。

4 結(jié) 論

高架發(fā)酵床模式下育肥豬舍各采樣點(diǎn)的NH3與H2S平均濃度符合《規(guī)模豬場(chǎng)環(huán)境參數(shù)及環(huán)境管理》(GBT17824.3-2008)要求，且發(fā)酵床層未顯著影響豬舍層的空氣環(huán)境質(zhì)量，這說明高架發(fā)酵床模式對(duì)生豬是安全無害的，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可為高架發(fā)酵床模式下豬舍的環(huán)境調(diào)控提供參考。