规模化蛋鸡养殖场栏舍氨排放规律研究*

王佳艺 曹 昀,2# 陈 丹 王文林 吴晓晨

(1.江西师范大学地理与环境学院，江西 南昌 330022；2.江西师范大学鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室，江西 南昌 330022；3.生态环境部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042；4.海南省环境科学研究院，海南 海口 570206)

氨是家禽饲养过程中产生的主要恶臭气体和有害气体，氨的排放会导致家禽养殖场栏舍内空气污染，影响家禽和工人的健康[1]。此外，氨作为碱性气体，在大气化学反应和气溶胶形成过程中起着重要作用[2-3]，其易与二氧化硫、氮氧化物等反应生成PM2.5的关键成分硫酸铵和硝酸铵[4-6]，对区域乃至全球大气环境产生不良影响[7]。其中，蛋鸡养殖场栏舍内的氨排放潜力很大，研究其排放规律十分必要。

目前，针对蛋鸡养殖场氨排放的估算方法[8-10]、排放特征[11-13]、影响因子[14-15]、减排措施[16-17]等已有较多研究，但蛋鸡养殖场栏舍氨排放的日变化和季节变化规律研究还较少。温度、湿度是蛋鸡养殖场的主要环境因子，具有明显的日变化和季节变化特征。蛋鸡对温度、湿度的变化十分敏感，很有可能影响其氨排放的日变化和季节变化。本研究在江西某规模化蛋鸡养殖场内监测不同季节蛋鸡栏舍氨排放浓度的日变化，核算氨排放量，探究规模化蛋鸡养殖场栏舍氨排放特征，探讨其与温度、湿度的关系，以期为农业源氨排放清单编制以及大气污染防控提供方法参考。

1 材料与方法

1.1 养殖场栏舍概况

栏舍大小为11.2 m×8.0 m×2.8 m，清粪带式(M-B)结构，饲养蛋鸡品种为黑羽绿壳蛋鸡，饲养量为3 000只，采用两层叠笼式笼养，人工喂料，饮水采用乳头自动饮水方式。栏舍为全封闭式，采用机械通风，地面为水泥实心地板。采用机械干清粪，每3天清1次，粪水通过管道集中到集粪池，粪污由第三方定期集中清理后返回农田作有机肥料。

1.2 监测点布设

分别于2018年8月4—6日(夏季)、2018年9月27—29日(秋季)、2018年11月22—24日(冬季)、2019年4月16—18日(春季)开展每个季节连续3 d的监测。在栏舍的进风口和排风口设置监测点。其中进风口面积小于0.5 m2，流速分布比较均匀，在进风装置外的中心位置设置1个监测点。排风口面积大于1.0 m2，流速分布不均匀，所以将排气窗面按田字格状等面积分成4小块，在排气窗面外各小块的中心位置设置4个监测点，数据计算平均值。同时在栏舍的上风向(以常年盛行风向为准)空旷地带设置1个背景监测点(半径15.0 m范围内无栏舍和集粪池)。

1.3 数据监测与处理

使用便携式氨检测仪(Smart Pro 10)连续测定监测点的氨浓度，每10 min监测1次。使用便携气象站(Kestrel 5000)同步测定各监测点的气象要素(包括温度、气压、相对湿度、风速等)。

根据式(1)计算小时栏舍通风量[18]。

(1)

式中：V为小时栏舍通风量，m3/h；vn为小时排风口平均风速，m/s；S为排风口面积，m2；t为小时排风口累计排风时长，s/h；P为小时排风口平均气压，kPa；T0为标准温度，K，取273 K；P0为标准大气压，kPa，取101.3 kPa；T为小时排风口平均温度，K。

每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量计算见式(2)[19]。

(2)

式中：Qh为每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量，mg/(h·只)；ρout、ρin分别为排风口和进风口的小时氨平均质量浓度，mg/m3；n为栏舍中蛋鸡饲养量，只。

每日24 h的每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量加和即为每只蛋鸡的日栏舍氨排放量，也就是编制排放清单时需要用到的排放因子。

2 结果与分析

2.1 栏舍氨浓度变化特征

由表1可见，进风口各季节氨质量浓度为0～1.175 mg/m3，日平均值为0.035 mg/m3；排风口各季节氨质量浓度为0.442～10.917 mg/m3，日平均值为1.531 mg/m3，日平均值低于《畜禽养殖产地环境评价规范》(HJ 568—2010)限值(5 mg/m3)。单因素方差分析表明，排风口各季节氨浓度存在显著性差异(P<0.05)，冬季氨平均质量浓度最大，为2.452 mg/m3，最大值达到10.917 mg/m3；其次依次是春季和秋季，氨平均质量浓度分别为1.480、1.425 mg/m3；夏季氨平均质量浓度最低，为0.765 mg/m3，分别仅为冬季、春季和秋季的31.20%、51.69%、53.68%。但是进风口各季节氨浓度差异不显著(P≥0.05)，表明栏舍的氨排放贡献很明显。

表1 不同季节栏舍进风口、排风口氨质量浓度

分析图1发现，春季、秋季和冬季排风口氨浓度存在明显的日变化特征，即白天氨浓度高，夜间氨浓度低，而夏季由于氨浓度总体较小而日变化特征不明显。各季节氨质量浓度最大值均出现在一天中温度最高的14:00，分别为1.979、0.868、1.740、3.798 mg/m3，冬季是夏季的4.38倍；而各季节氨浓度最小值基本都出现在温度最低的午夜至凌晨，分别为1.122、0.647、1.277、1.332 mg/m3，冬季是夏季的2.06倍。

图1 4个季节蛋鸡栏舍排风口氨质量浓度日变化特征

2.2 每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量变化特征

由图2可见，4个季节每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量日变化特征与排风口氨浓度的日变化特征相似，也是峰值均出现在14:00，谷值也基本出现在午夜至凌晨。但季节变化特征明显不同，夏季和秋季的每只蛋鸡小时栏舍氨排放量明显大于春季和冬季。

图2 4个季节每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量日变化特征

根据各季节每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量计算各季节氨排放因子，4个季节的排放因子分别为0.280、0.508、0.458、0.240 g/(d·只)，夏季最大，分别是春季、秋季、冬季的1.81、1.10、2.12倍。

2.3 每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量与温度、相对湿度的关系分析

由表2的一元线性回归分析可见，每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量与温度呈极显著正相关(P<0.01)，与相对湿度呈极显著负相关(P<0.01)。

表2 各季节每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量与温度、相对湿度的一元线性回归系数1)

注：1)P<0.01。表3同。

进一步对每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量与温度、相对湿度进行二元线性回归分析(见表3)发现，各季节每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量与温度和相对湿度的二元线性回归相关系数均比一元线性回归相关系数绝对值大。

表3 各季节每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量与温度、相对湿度的二元线性回归

注：1)y为每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量，mg/(h·只)；x1为温度，℃；x2为相对湿度，%。

3 讨 论

3.1 排放因子比较

本研究4个季节每只蛋鸡的氨排放因子分别为0.280、0.508、0.458、0.240 g/(d·只)，表明排放因子具有明显的季节差异[20-21]。栏舍结构对排放因子的影响较大。通常，M-B结构栏舍的氨排放因子明显低于高床饲养(H-R)结构栏舍[22-23]。本研究中，4个季节的排放因子平均为0.372 g/(d·只)，高于国外同为M-B结构栏舍的排放因子[24-25]。分析原因，H-R结构栏舍的清粪频率一般为每年1次，国外研究中的M-B结构栏舍的清粪频率为每天1次，而本研究中的M-B结构栏舍清粪频率为每3天1次。

3.2 温度、相对湿度对氨排放的影响

4个季节蛋鸡养殖场栏舍氨排放浓度和每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量具有明显的季节变化特征，夏季氨排放浓度低但每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量大，而冬季氨排放浓度高但每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量小。产生这一现象的原因可能是，本研究中的蛋鸡养殖场栏舍采用机械通风。由于夏季温度高，开启的排风扇数量多且排风时间长，栏舍通风量较大导致排出栏舍外的氨排放量较大，氨不会大量积累，因此夏季每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量虽大但浓度较低；相反，由于冬季温低，开启的排风扇数量少且排风时间短，栏舍通风量较小导致排出栏舍外的氨排放量较小，因此冬季每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量虽小但浓度较高。

本研究中，蛋鸡养殖场栏舍氨排放浓度和每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量具有明显的日变化特征，与SIMSEK等[26]和沈丰菊等[27]的结果一致，这可能与温度、相对湿度的日周期性变化有关。二元线性回归分析发现，温度、相对湿度与各季节每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量的相关系数绝对值均大于一元线性回归相关系数，表明蛋鸡栏舍氨排放受温度和相对湿度的综合作用影响。

4 结 论

(1)规模化蛋鸡养殖场栏舍氨排放浓度和每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量具有明显的日变化特征，即白天高、夜间低，主要是受温度和相对湿度的综合影响。

(2)氨排放浓度和每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量也具有明显的季节变化特征，夏季氨排放浓度低但每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量大，而冬季氨排放浓度高但每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量小，这与该蛋鸡养殖场采用机械通风有关。

(3)本研究4个季节每只蛋鸡的氨排放因子平均为0.372 g/(d·只)，较国外同为M-B结构栏舍的排放因子高，建议提高清粪频率。