蛋雞舍有害氣體監(jiān)測技術(shù)研究進展

韓昆鵬 楊凌卞紅春陳靜華顧海洋

蛋雞舍有害氣體監(jiān)測技術(shù)研究進展

韓昆鵬①楊凌①卞紅春①陳靜華①顧海洋②

（①江蘇省鹽城市畜牧獸醫(yī)站 224002 ②江蘇省鹽城市響水縣畜禽改良站）

有害氣體是影響蛋雞舍環(huán)境水平的重要環(huán)境參數(shù)之一，主要包括氨氣、硫化氫、二氧化碳等有害氣體。蛋雞舍環(huán)境控制的優(yōu)劣直接影響蛋雞的生產(chǎn)性能和雞群健康水平，蛋雞雞舍環(huán)境的精準控制依賴于雞舍環(huán)境參數(shù)的有效監(jiān)測與科學評價，蛋雞雞舍有害氣體監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展對實現(xiàn)蛋雞舍環(huán)境的精準控制具有重要意義。文章從蛋雞舍內(nèi)有害氣體的產(chǎn)生及危害、蛋雞舍有害氣體監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與應用、現(xiàn)代化蛋雞舍環(huán)境監(jiān)測技術(shù)研究進展三個方面進行了綜述。

近年來，隨著我國蛋雞養(yǎng)殖向規(guī)?；?、集約化、機械化發(fā)展，蛋雞產(chǎn)業(yè)在品種、疾病控制技術(shù)和飼料研究方面發(fā)展迅速，但在養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測與控制方面還與發(fā)達國家有很大差距[1,2]。畜禽30%~40%的生產(chǎn)力水平由所處的環(huán)境決定，蛋雞舍環(huán)境水平的優(yōu)劣直接影響蛋雞的生產(chǎn)性能和雞群健康水平[3,4]。蛋雞舍有害氣體濃度是重要的環(huán)境參數(shù)之一，主要包括氨氣、硫化氫、二氧化碳等有害氣體，其中氨氣對雞危害最大，硫化氫氣體毒性最強。蛋雞舍環(huán)境的精準控制依賴于蛋雞舍環(huán)境參數(shù)的有效監(jiān)測與科學評價，因此蛋雞舍有害氣體監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展對實現(xiàn)蛋雞舍環(huán)境的精準控制具有重要意義[4-6]。本文從蛋雞舍內(nèi)有害氣體的產(chǎn)生及危害、蛋雞舍有害氣體監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與應用、現(xiàn)代化蛋雞舍環(huán)境監(jiān)測技術(shù)研究進展三個方面進行了綜述。

1 蛋雞舍內(nèi)有害氣體的產(chǎn)生及危害

1.1 氨氣 蛋雞舍內(nèi)氨氣主要由雞體腸胃消化，以及糞便、飼料殘渣、病死雞、粘連籠具和地面的破損雞蛋等有機物被細菌分解產(chǎn)生，是一種具有強烈刺激性臭味的氣體[7]。氨氣濃度越高、作用時間越長，對雞呼吸道黏膜、眼結(jié)膜和眼角膜刺激與損害越嚴重。長期高濃度氨氣刺激，可引起雞群采食量和產(chǎn)蛋性能下降，對疾病抵抗力降低，使雞群發(fā)生雞眼結(jié)膜炎、眼角膜炎、呼吸系統(tǒng)病和大腸桿菌病等疾病[8]。赫仁英等[9]人設計了三個不同NH3濃度的環(huán)境，NH3濃度分別為0、50、100mg/kg，研究NH3濃度對蛋雞的生產(chǎn)性能與雞蛋質(zhì)量的研宄，最后得出當NH3濃度為1000mg/kg時，會嚴重導致蛋雞的產(chǎn)蛋效率與產(chǎn)蛋質(zhì)量下降。一般情況下，成年蛋雞舍內(nèi)NH3濃度日均值要求不高于15mg/m3的標準[10]。

1.2 硫化氫 硫化氫是一種無色、易揮發(fā)、具有腐敗臭雞蛋氣味的毒性氣體，主要由蛋雞舍內(nèi)糞便、飼料殘渣、粘連籠具和地面的破損雞蛋等含硫有機物，在厭氧條件下經(jīng)微生物分解產(chǎn)生[11]。硫化氫濃度較高時，對蛋雞中樞神經(jīng)有抑制作用，表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和呼吸系統(tǒng)癥狀；濃度相對較低時，對黏膜有明顯刺激作用，使雞群抗病力和產(chǎn)蛋率下降，并易誘發(fā)結(jié)膜炎等疾病[12]。王世鵬[13]研究表明，H2S毒性很強，主要刺激家禽呼吸系統(tǒng)及黏膜，禽舍中H2S濃度大于6.6mg/ m3時，家禽易流淚，咽部不適，會發(fā)生氣管炎、鼻炎、肺水腫等。成年蛋雞舍內(nèi)硫化氫濃度日均值不應超過10mg/m3的標準[10]。

1.3 二氧化碳 二氧化碳本身是一種無味、無刺激性和毒性氣體，主要由雞群新陳代謝呼吸排出產(chǎn)生，雞糞經(jīng)微生物氧化分解也可產(chǎn)生部分二氧化碳。蛋雞舍二氧化碳濃度過高，即可造成雞舍氧氣濃度過低，導致雞群因缺氧引起慢性毒害作用，抗病力和產(chǎn)蛋率下降，并易誘發(fā)結(jié)膜炎等疾病。張英[14]研宄認為二氧化碳濃度偏高會顯著降低蛋雞的產(chǎn)蛋率、飼料轉(zhuǎn)化率以及蛋品質(zhì)。成年蛋雞舍內(nèi)二氧化碳濃度日均值不應超過1500mg/m3的標準[10]。

2 蛋雞舍有害氣體監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與應用

（1）針對雞舍的環(huán)境監(jiān)測研究最早從上世紀70年代開始，早期的蛋雞舍內(nèi)有害氣體的測定一般通過人工采樣、化學檢測法來檢測，比如使用納氏比色法測定氨氣的濃度，硫化氫(H2S)采用聚乙烯醇磷酸銨吸收-亞甲基比色法，氣象色譜或者紅外光譜法測定二氧化碳的含量，這些方法的操作步驟繁瑣，單一數(shù)值受人為因素影響較大，測定的均值不合理，耗時較長[10,15-16]。（2）隨著測定技術(shù)的發(fā)展，逐漸開始出現(xiàn)各種組合式的儀器儀表，實現(xiàn)對雞舍環(huán)境參數(shù)的采集、記錄和分析。張英等[17]利用ZG106型二氧化碳檢測儀、四合一氣體檢測儀SK04、等便攜式有害氣體參數(shù)檢測儀，開展了冬季不同類型蛋雞舍有害氣體等環(huán)境參數(shù)變化特點研究。吳俊峰等[18]李用氨氣氣體檢測管、二氧化碳濃度測定儀分別對密閉式蛋雞舍內(nèi)9個位置和雞舍外氨氣、CO2進行測定，分析了舍內(nèi)主要NH3、CO2等有害氣體在不同時間點及在不同位置處的變化，以及對初產(chǎn)蛋雞生產(chǎn)性能和蛋品質(zhì)的影響。楊景晁[19]等利用DL-11型便攜式畜禽環(huán)境動態(tài)監(jiān)測儀對網(wǎng)上平養(yǎng)育雛雞舍前端和后端有害氣體指標持續(xù)監(jiān)測，分析了不同周齡不同位置的有害氣體分布規(guī)律。王強等[20]采用QRAE Plus(PGM-2000)復合式氣體檢測儀測定雞舍內(nèi)氨氣、硫化氫和氧氣等環(huán)境參數(shù)，分析了不同清糞模式對雞舍環(huán)境質(zhì)量及雞糞成分的影響。趙宇等[21]利用DL-31有害氣體檢測儀對不同通風模式的蛋雞舍有害氣體等環(huán)境參數(shù)進行24h的連續(xù)不斷監(jiān)測，分析了其對蛋雞生產(chǎn)性能的影響，確定適合蛋雞生產(chǎn)的通風模式?？飩サ萚22]采用GD2000-M4泵吸式復合氣體檢測儀測定層疊式籠養(yǎng)蛋雞舍內(nèi)氨氣、硫化氫和氧氣等環(huán)境參數(shù)，并對環(huán)境參數(shù)分布規(guī)律進行了分析。李福偉等[23]利用DL-11便攜式畜禽環(huán)境動態(tài)監(jiān)測儀研究層疊式籠養(yǎng)蛋雞舍內(nèi)不同位置的氨氣、二氧化碳等環(huán)境參數(shù)變化規(guī)律，試驗通過對層疊式籠養(yǎng)蛋雞舍前端和后端環(huán)境指標的持續(xù)監(jiān)測，分析不同位置、不同季節(jié)有害氣體、粉塵濃度差異及分布規(guī)律。（3）便攜式儀表環(huán)境參數(shù)檢測方法與傳統(tǒng)的化學檢測法相比，具有使用方便、快捷、技術(shù)難度要求低等優(yōu)點，目前在中小規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場中普遍應用，但其在操作過程中會不可避免的移動或抖動，儀器的敏感度也不高，影響測試數(shù)據(jù)的準確性；監(jiān)測連續(xù)性不強，不能自動根據(jù)環(huán)境參數(shù)調(diào)整舍內(nèi)環(huán)控設備，難以滿足現(xiàn)代化雞舍環(huán)境監(jiān)測需求。

3 現(xiàn)代化蛋雞舍環(huán)境監(jiān)測技術(shù)研究進展

（1）國外在上世紀80代以后，隨著嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)和計算機技術(shù)在養(yǎng)殖業(yè)中迅速的快速應用，環(huán)境控制設備發(fā)展迅速，采用無線傳感網(wǎng)絡的現(xiàn)代化畜禽舍環(huán)境監(jiān)測技術(shù)逐漸被推廣，國外的一些廠家已可以向養(yǎng)殖戶提供成熟的環(huán)境調(diào)控集群監(jiān)測控制系統(tǒng)[24-26]，產(chǎn)品實現(xiàn)了系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化和無線通信化。目前，現(xiàn)代化畜禽舍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中家禽舍內(nèi)有害氣體等環(huán)境參數(shù)主要通過傳感器監(jiān)測，舍內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)利用ZigBee等短距離無線通信技術(shù)和無線傳輸模塊傳到上位機，實現(xiàn)實時監(jiān)測，當采集到的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)高于預設值的值時，利用單片機和PLC為控制核心調(diào)節(jié)風扇和燈具等環(huán)控設備[27, 28]。除此之外，以FPGA為控制核心，利用KingView軟件為開發(fā)平臺的舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)舍內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)無線傳輸及報警，同時實現(xiàn)舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)查詢及控制[29]；Arduino和網(wǎng)絡監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合可實現(xiàn)對禽舍的環(huán)境參數(shù)自動監(jiān)測和控制[30]。（2）近十幾年來，現(xiàn)代化畜禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)引入我國，目前已成為國內(nèi)畜禽養(yǎng)殖領域研究的重點。劉煥平等[31]從封閉式蛋雞舍的實際需求出發(fā)，基于GSM TC35i模塊和STC系列單片機設計了一套使用成本低、保密性能高的封閉式蛋雞舍遠程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了蛋雞舍環(huán)境參數(shù)采集、遠程信息傳輸?shù)裙δ?。曹元軍等[32]運用無線傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)了封閉式雞舍環(huán)境因子監(jiān)測與控制系統(tǒng)，控制部分基于組態(tài)軟件和PLC開啟執(zhí)行設備，能有效地監(jiān)測雞舍溫度、CO2濃度、NH3濃度等環(huán)境因子，而且對超過閾值的環(huán)境因子能夠自動啟動濕簾、風機等設備，調(diào)節(jié)雞舍飼養(yǎng)環(huán)境。張書濤等[33]人提出了一種分布式無線禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)綜合了嵌入式技術(shù)、無線射頻通訊技術(shù)、GPRS技術(shù)和傳感器技術(shù)，對禽舍多種環(huán)境參數(shù)進行多點同步連續(xù)遠程監(jiān)測，并能根據(jù)設定的邏輯和環(huán)境閾值自動地控制環(huán)境調(diào)控設備，將禽舍環(huán)境參數(shù)控制在設定的范圍。吳林華[16]結(jié)合嵌入式技術(shù)、可視化應用軟件開發(fā)技術(shù)、計算機網(wǎng)絡通信技術(shù)等設計了一套基于RS485和以太網(wǎng)的雞舍粉塵環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)對雞舍中環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測和管理，并兼顧局域網(wǎng)訪問和遠程訪問的監(jiān)測需求。唐洪希[34]設計了一套應用于禽舍環(huán)境的自動監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)實現(xiàn)對禽舍環(huán)境參數(shù)的無線傳輸，在對環(huán)境參數(shù)進行分析的基礎上設計智能模糊控制系統(tǒng)對各執(zhí)行裝置進行實時控制，可有效控制舍內(nèi)環(huán)境。（3）現(xiàn)代化蛋雞舍環(huán)境監(jiān)測技術(shù)具有使用便捷、準確性高、布點合理、監(jiān)測連續(xù)性強、自動化程度高等優(yōu)點，通過系統(tǒng)化設計可以實現(xiàn)對雞舍環(huán)境的自動化控制。目前在大規(guī)模蛋雞養(yǎng)殖場中普遍應用，但現(xiàn)代化環(huán)境監(jiān)測設備投資成本較高，設備維護保養(yǎng)難度大，對操作人員技術(shù)水平有嚴格的要求。

4 展望

目前在蛋雞舍環(huán)境監(jiān)測技術(shù)研究方面國內(nèi)的技術(shù)創(chuàng)新能力正逐步加強，技術(shù)儲備和潛力較大，但國產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測設備自動化和智能化程度還相對較低，高端環(huán)境監(jiān)測設備偏少，無法解決養(yǎng)殖場環(huán)境管理和影響因子之間的結(jié)合問題，對于發(fā)揮蛋雞最佳生產(chǎn)性能尚存在一定的影響。因此，提高環(huán)境監(jiān)測技術(shù)自主創(chuàng)新能力，設計一套成本低、智能化程度高、操作簡單的現(xiàn)代化蛋雞舍環(huán)境監(jiān)測設備，實現(xiàn)對蛋雞舍多種環(huán)境參數(shù)進行同時、長期的監(jiān)測，是當前十分迫切的任務。

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（2020–03–16）

江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設項目資金資助(項目編號JATS[2019]213、JATS[2019]230)

S851.2+4

A

1007-1733(2020)06-0082-04