西南地区不同类型猪舍内空气污染物变化规律

蒲施桦，王 浩，龙定彪 ，简 悦，朱佳明，曾雅琼

（重庆市畜牧科学院，重庆 荣昌 402460； 农业农村部西南设施养殖工程科学观测实验站，重庆 荣昌 402460）

引言

生猪养殖环境是影响生猪健康生长的重要因素之一，有研究表明生猪生长性能的发挥，20%取决于品种与遗传能力，20%～30%则决于生长环境，40%～50%取决于饲料和日常饲喂管理[1]。随着我国现代畜牧业集约化、规模化的快速发展，养殖场的养殖环境、饲喂管理以及疫病防控也面临着极大的挑战。《2019年中国畜牧兽医年鉴》指出，2018年中国畜牧业规模化率将达到49.1%，预计到2020年将超过58%[2]。在这种高强度的集约化养殖模式下，氨气（NH3）、硫化氢、二氧化碳（CO2）等大量养殖污染物的集中性排放，造成畜牧业NH3、粉尘等排放气态污染物成为农业污染排放的重要来源。据统计，加拿大畜牧业氨排放占农业总氨排放量的64.0%，美国为48.7%，瑞士则为90.0%[3-5]，潘涛等人[6]的监测研究指出2012年北京市集约化养殖场NH3排放量为443万吨，其中养猪业占37.3%。这不仅影响动物健康福利，还对周边人居环境造成了面源性污染。因此，在集约化养猪场开展气态污染物监测研究对我国养殖场环境管理、缓解我国空气环境污染、助力我国蓝天保卫战具有十分重要的意义。文章选取规模化猪场内的三种类型猪舍（妊娠舍、哺乳舍、保育舍）进行舍内空气污染物监测，研究空气污染物浓度与环境因子相关性，建立其时空排放规律，为健康养殖环境的空气污染预警提供参考依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验场地概况及猪舍管理

试验猪场为位于重庆市荣昌区的重庆市原种猪场，所在地区属于亚热带季风性湿润气候，占地面积66 666.67 m2，年存栏种猪1 000头。猪场建筑结构混凝结构为主；地板类型大多以半漏缝水泥地；清粪方式以人工干清粪；春季每天清粪1次（清粪时间为8:00和18:00），夏季每天清粪2次；通风方式为夏季机械通风为主，冬季密闭加间断性通风，试验猪场基本信息见表1。示范场所处的气候环境为亚热带季风性湿润气候，夏秋两季气候高温高湿，降雨量大；冬季气候温和，湿度较大。所在地区的整年风量较小，年平均风速在0.9～2.1 m/s，见表2。

表1 试验猪场养殖基本信息表

表2 重庆市（荣昌县）主要气象特征

1.2 试验设计

试验在春（2018年4月份）、夏（2018年7月份）两季分别对示范猪场内的保育猪舍、妊娠猪舍以及哺乳猪舍内外的温度、湿度、氨气浓度、二氧化碳浓度进行连续监测7 d，各猪舍结构及管理情况见表3。NH3浓度、二氧化碳浓度采用现场连续监测方式进行，采样时间为每天8:00、11:00、14:00、17:00、20:00，舍内采样均在清粪前完成，采样高度为1.5 m，每个采样点采集4个平行样。舍内外采样及监测布点图如图1。

表3 猪舍内部结构信息表

1.3 监测指标的测定方法

1.3.1 温度和湿度的测定

在试验猪舍指定区域（见图1和图2）安装温湿度计（HOBO U23-001; Onset, 美国)，每隔10 min自动测定并记录温度和湿度。

图1 温湿度及气体监测布点图（单位：mm）

1.3.2 气体污染浓度的测定

试验期间定时（8:00、11:00、14:00、17:00、20:00）定点用红外光谱气体测定设备（Luma Sense,1512INNOVA,美国）进行氨气、二氧化碳气体监测。

2 结果与分析

2.1 不同类型猪舍内温湿度变化

2018年春季（4月份）、夏季（7月份）内保育舍、妊娠舍及哺乳舍进行了环境参数监测，春季（4月份）舍外温度平均温度在21.91℃，平均湿度32.22%，保育舍和妊娠舍的舍内温度、湿度差异不大，均在23.5℃和30.5%，哺乳舍舍内温度最高，湿度最低，均在25.19℃和29.93%。夏季（7月份）舍外温度平均温度在32.22 ℃，平均湿度70.73%，妊娠舍和哺乳舍的舍内温度、湿度差异不大，均在30 ℃和81.5%，保育舍舍内温度最高，湿度最低，均在31.98 ℃和75.65%，如表4。

表4 规模猪场各类型猪舍内环境参数的测定结果

2.2 春、夏季不同类型猪舍内氨气、二氧化碳浓度变化

由表5可知，春、夏两季保育舍空气污染物浓度显著高于妊娠舍和哺乳舍，而哺乳舍和妊娠舍的氨气、二氧化碳浓度差异不显著，其中保育舍的氨气浓度约为妊娠舍、哺乳舍的2倍左右。而春季的各猪舍内氨气浓度要高于夏季，而二氧化碳浓度要低于夏季。

表5 规模猪场各类型猪舍内环境参数的测定结果

2.3 春季不同猪舍内氨气、二氧化碳浓度日变化

春季保育舍、妊娠舍及哺乳舍温湿度在一天内不同时间点变化规律相一致，舍内在14:00时温度最高（25 ～26 ℃）、湿度最低（65%～70%），而 在8:00、20:00时候温度最低（21 ～22 ℃），湿度最高达到（85%～95%）。保育舍的氨气、二氧化碳浓度在8:00达到最大值，在11:00达到最小值，而哺乳舍和妊娠舍的氨气、二氧化碳浓度的日变化不显著，其中哺乳舍的氨气和二氧化碳浓度在8:00时最高，其余时间段的变化不明显，如图2。

图2 春季不同类型猪舍空气污染物及温湿度日变化

2.4 夏季不同猪舍内气体氨气、二氧化碳日变化

夏季保育舍、妊娠舍及哺乳舍的温湿度的日变化规律相一致，舍内在14:00时温度最 高（33 ～34 ℃）、湿 度 最 低（68%～70%），而 在8:00、20:00时候温度最低（25 ～29 ℃），湿度最高达到（80%～88%）。保育舍、哺乳舍和妊娠舍的氨气浓度的日变化不显著，而二氧化碳浓度在8:00和20:00时最高，在14:00时最低，如图3。

图3 夏季不同类型猪舍空气污染物及温湿度日变化

3 讨论

3.1 对于不同类型猪舍内空气污染物浓度季节性、日变化规律

各类型猪舍内的空气污染物浓度存在季节性、日变化差异。夏季各类型猪舍内空气污染物浓度均要低于春季，代小蓉等人[7]对于华东地区典型保育猪舍的空气质量进行了监测，结果显示夏季保育舍为了降温而增加通风量，导致舍内CO2、NH3质量浓度均低于其他季节。刘杨等人[8]在监测不同季节猪舍内氨气排放规律时指出夏季猪舍内的氨气浓度最低，其次是春季。杨润泉等人[9]的研究也指出夏季妊娠母猪舍内的氨气和二氧化碳浓度最低，且母猪的生产性能最好。这均与此次研究结果相一致。猪舍空气环境受到季节温度影响，在夏季的猪舍通风量增大，以及湿帘降温的联动作用，使得舍内温度、湿度以及空气污染物浓度有所降低，改善了舍内空气环境质量，从而有利于仔猪以及母猪的生产性能提升，但会导致恶臭气体外排影响了周围环境空气。各类型猪舍的氨气、二氧化碳浓度呈现周期性变化，均在早上8:00以及夜间20:00达到最高浓度值，这与猪舍内的清理固体粪便和冲洗猪圈的时间段相一致，而晚间舍内温度的增加以及通风量的减少，助力了夜间氨气和二氧化碳的累积[10]。

3.2 不同猪舍管理对于舍内环境质量的影响

猪舍粪便管理、温湿度的控制对于猪舍内的空气环境的质量影响极为重要，由于不同猪舍内的温湿度需求的差异，导致舍内氨气、二氧化碳的浓度存在差异性。从不同类型猪舍的环境监测数据可以看出，保育舍内的温度最高。保育猪的组织器官和机能发育都尚未完善，对于寒冷抵抗能力差，容易感冒引起肺炎和腹泻，增加死亡风险[11]。因此保温对于保育舍的管理至关重要，其适宜的温度为20 ～25 ℃，最高不会超过28 ℃[12]。此次监测试验中的保育猪舍通风方式采用自然通风，通风量较小，圈栏增加了离地高度，起到了保温且减少了仔猪躺卧受凉的风险。而在春季猪舍内会适量增加保温灯和保温板，增加圈舍内的温度。从监测结果可以看出保育舍内的温度、氨气以及二氧化碳浓度要显著高于哺乳舍和妊娠舍，这与猪舍内高温和低通风量有一定密切关系。彭英霞等人研究指出春秋季节每头保育猪通风率不得低于25 m3/h，通常为节约成本，通过自然通风满足保育猪最小呼吸量[13]。李修松等人研究通风模式对于保育猪舍的环境质量影响发现，指出通风量和通风方式会直接影响舍内温度波动，其对于舍内的氨气移除效率影响显著大于其他空气污染物[14]。加之监测场内保育舍的仔猪数量明显大于哺乳舍和妊娠舍，以及当地高湿度气候环境，导致保育舍内的空气质量与哺乳舍和妊娠舍相比略差。监测场内妊娠母猪和哺乳母猪通风量模式是采用湿帘和机械风机进行联动间歇作用，舍内氨气、二氧化碳浓度均低于GB/T 17824.3-2008中的氨气值（妊娠母猪≤25 mg m-3，哺乳母猪舍≤20 mg m-3）和二氧化碳值（妊娠母猪≤1 500 mg m-3，哺乳母猪舍≤1 300mg m-3）的卫生指标，而春夏季妊娠猪舍、哺乳猪舍的温度分别平均在23 ℃和30 ℃，这与妊娠、哺乳母猪舍内的推荐的舒适温度适值（妊娠母猪在15 ～20 ℃，哺乳母猪在18 ～22 ℃）有一定差距，尤其是夏季猪舍的温度均高于高临界27 ℃。因为母猪会因高温引起热应激，从而导致内分泌失调，造成推迟发情、受胎率下降、流产以及泌乳量降低等系列影响，因而舍内的温度相对偏低，增强母猪的舒适性[15]。由此可见，监测点保育猪舍、妊娠母猪和哺乳母猪都需加强舍内的通风量，改善保育猪舍内的空气质量，提升母猪舍内的环境舒适度。

4 结论

目前，中国西南部许多规模养猪场面临着的挑战包括相对高浓度的异味和污浊空气，以及疫病预防的环境管理挑战。虽然饲养管理需求的不同会造成不同类型猪舍内空气质量的差异，但究其根源还是在于当地的温度和湿度相对较高，导致不同季节、不同时段的通风量过大或者过小，引起的舍内污染物浓度的聚集和外排空气浓度的增加。因此，提高自动化的通风换气技术，满足猪只的不同阶段舒适需求，使室内温湿度水平更加一致，对于改善我国西南地区养猪场的环境具有重要意义。