猪舍中氨气的产生、危害和减排措施

朱丽媛 卢庆萍张宏福 孟丽辉 庞 敏（中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室，北京100193）



猪舍中氨气的产生、危害和减排措施

朱丽媛 卢庆萍∗张宏福 孟丽辉 庞 敏
（中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室，北京100193）

摘 要：随着养猪业的迅速发展，猪场产生的粪便和尿液也显著增加，导致氨气排放量大幅上升，危害生态环境和人与猪健康。因此，如何减少氨气的产生与排放具有非常重要的实际意义。本文阐述了氨气的产生机理和主要危害，并对减少氨气产生和排放的措施进行了总结。

关键词：猪；氨气；产生；危害；减排

69／j．issn．1006⁃267x．2015．08．003

随着畜禽养殖业生产规模化、集约化和专业化程度的不断提高，我国的养猪业发展迅速。但伴随而来猪场产生的粪污大幅增加，严重污染生态环境和危害人猪健康。据统计，1头猪年产粪尿2 t以上，年污水排放量11 t以上［1］；1个万头猪场1年产生的粪污量至少在50 000 t以上，其中约含150 t氮［2］；到2010年，畜禽粪便中所含有机氮量相当于同期化肥使用量的79%［3］。一些生猪养殖场由于没有有效的粪污无害化处理措施，随意堆放粪污，导致污水横流，污染空气、土壤、水源和畜产品，传播疾病，加剧环境污染［4］。规模化猪场主要的污染物是猪粪尿氮及其产生的臭味气体，其中氨气由于其较大的排放量及强刺激性，产生的环境问题最为严重［5］。据测定，1个年出栏10．8万头的猪场每小时排放15．9 kg氨气，污染半径达4．5～5．0 km［6］。氨气可使环境酸化、土壤氮富集和板结，并污染地表水和地下水，若氨气量大且长期存在，还会危害人猪健康。因此，了解氨气的产生机理和减排措施对于实现畜牧业节能减排、改善畜禽舍环境及提高动物生产力均具有重要意义。本文对当前猪舍内氨气的产生、危害及减排方法进行了综述，为以后该方面的研究提供参考。

1　氨气的产生

氨气是一种无色、强刺激性的有毒气体。在欧洲和美国，约有80%的氨气来自于畜牧生产；在全球范围内，畜牧业产生的氨气约占氨气总排放量的50%［7］。我国是世界上生猪生产大国，养猪业排放的氨气占畜牧业氨气总排放量之首，超过了25%［8］。

猪舍内氨气产生的途径主要有2个：1）猪体内蛋白质代谢产生氨气。蛋白质在猪体内降解为氨基酸，氨基酸在肝和肾中进行氧化脱氨基作用和联合脱氨基作用释放出氨气［9］。大部分氨气在机体的尿素循环中与二氧化碳（CO2）一起转变为尿素。其中，20%～25%的尿素会进入消化道，在肠道微生物脲酶的作用下分解产生氨气。肠道内未被消化的蛋白质和未被吸收的氨基酸，经肠道细菌作用也可产生氨气排出体外。2）猪舍内堆积的粪尿、饲料残渣和垫料等含氮有机物分解产生氨气。猪舍内产生的氨气主要来自于排泄物中尿素的分解。排泄物中很多微生物具有脲酶活性，在脲酶的作用下，尿素被分解为氨气。猪体内形成的尿素有75%～80%随尿液排出体外，而尿液中97%的氮以尿素形式存在［10］。猪粪便中的氮约有80%以有机氮形式存在，有机氮分解产生氨气是一个非常缓慢的过程，通常需要数周甚至数月的时间，且产生氨气的数量也较少。但尿素分解为氨气的过程却很快，在常温下只需几小时［11］。分解尿素的微生物脲酶活性受温度与pH影响。有数据显示，当温度低于5～10℃或高于60℃、pH小于6或大于9时，脲酶的活性便受到抑制，尿素水解产生氨气的量也减少［12］。所以，将尿中尿素氮转换为粪氮、降低排泄物pH以及降低脲酶活性已成为当前养殖业氨气减排的重要依据。此外，舍内饲料残渣和垫料等含氮有机物在堆积过程中腐败分解也会产生氨气。

以上这2种途径产生的氨气约占猪产生的氨气总量的70%。在清粪、排泄物转移等粪便管理过程中，粪尿还会继续分解，产生约30%的氨气［7］。

2　氨气的危害

2．1 氨气对猪的危害

畜舍内氨气的聚集对动物的生产性能、健康和福利会产生不利影响［7］。氨气可使动物机体黏膜细胞生长代谢加快，导致动物耗氧量和耗能量增加［13］。曹进等［14］的试验表明，随着舍内氨气浓度由13．3 mg／m3增加至45．6 mg／m3，猪的料重比由2．28上升至2．58，日增重由186．7 g下降至169．1 g。氨气可使动物表现出咳嗽、打喷嚏、流涎、分泌泪液、食欲不振和昏昏欲睡等临床症状；当氨气浓度达到7．7～11．6 mg／m3时，进入猪体内的氨气会与血红蛋白结合，使红细胞及血红蛋白量低于正常水平的10%，导致组织缺氧，出现贫血症状，抵抗力明显降低；当氨气浓度达38 mg／m3时，可使猪呼吸道黏膜受损、中枢神经麻痹以及诱发流行性疾病［15－16］。研究表明，当氨气浓度由15．2 mg／m3增加到45．6 mg／m3时，猪呼吸病和萎缩性鼻炎的发病率大幅升高［14］。

2．2 氨气对人与环境的危害

人类对氨气的可感最低浓度是3．04 mg／m3；19 mg／m3是每天8 h工作在氨气环境中的养殖人员对氨气的极限浓度，19 mg／m3的氨气即会刺激皮肤、眼睛等软组织；在26．6 mg／m3的氨气环境下工作不能超过15 min［13］。氨气溶解于眼结膜上产生碱性刺激，1%的氨气溶液（pH＝11．7）就可使眼黏膜发炎充血甚至致人失明［17］。养殖人员长期工作在氨气浓度高的环境中，会出现咳嗽、胸闷、哮喘、鼻炎、流泪等症状，严重者会危及生命。

氨气有强烈刺激性臭味，排放到大气中会降低空气质量；氨在大气中与酸性物质形成铵盐，这些盐类中的铵根正离子（NH＋4）经过硝化细菌的作用释放出2个氢离子（H＋）进入土壤，导致土壤酸化与板结；氨气进入水体后，会使水体富营养化，破坏原有的生态平衡［18］。此外，氨气能够与大气中的二氧化硫、氮氧化物的氧化产物反应，生成硝酸铵、硫酸铵等二次颗粒物，而这些二次颗粒物正是PM 2．5形成的重要来源［19］。氨在PM 2．5中以铵盐形式存在，它一方面增加PM 2．5的质量浓度，加剧雾霾，使大气能见度降低至1～10 km；另一方面因PM 2．5入肺后很难排出，铵盐对包括呼吸道在内的局部黏膜产生的刺激与腐蚀是长久且不可逆的。当氨成为PM 2．5的一部分时，便能以粒子形态在空气中传输数百甚至上千千米，对区域污染起着推波助澜的作用。

3　减少氨气产生和排放的措施

3．1 减排的饲粮调控措施

在养猪生产中，可以通过调控猪舍条件和调整饲粮组成来实现氨气的有效减排，但在实际生产中由于投资和经营成本的限制，目前的减排措施主要集中在饲粮调控上。如在氨基酸平衡的前提下降低饲粮蛋白质水平、提高饲粮纤维水平、降低饲粮电解质平衡（dietary electrolyte balance，DEB）值等。另外，在饲粮中使用除臭剂、脲酶抑制剂、酸化剂和酶制剂等也有非常好的减排效果。

3．1．1 降低饲粮蛋白质水平

依据理想蛋白质模式向基础饲粮中添加合成氨基酸可降低饲粮蛋白质含量，提高蛋白质和氨基酸的利用率，降低粪、尿氮尤其是尿氮的排泄量。很多研究者认为，目前生产中使用的生长猪饲粮的蛋白质水平普遍偏高，比其达到最佳生产性能所需的最低蛋白质水平高出3%［20］。一些试验发现，饲粮蛋白质水平每降低1%，尿氮和粪氮的排出分别减少8%～9%和2%～3%，氨气的排放量减少8．0%～12．5%［13］。Canh等［21］通过添加合成氨基酸使生长育肥猪饲粮蛋白质水平从16．5%降至12．5%，发现粪尿的氨散发量减少50%，且尿氮含量随蛋白质水平的下降而下降。史清河［10］通过添加合成氨基酸使生长猪饲粮蛋白质水平从16%降至12%，育肥猪饲粮蛋白质水平从14%降至10%，结果表明生长猪粪尿的氨气挥发量减少79%，肥育猪粪尿的氨气挥发量减少58%。Ken⁃dall等［22］向生长猪饲粮中添加合成赖氨酸、苏氨酸、色氨酸与蛋氨酸使蛋白质水平从16．7% （0．55%赖氨酸）降至12．2%（0．85%赖氨酸），发现猪舍内的氨气浓度降低49．4%，但猪的饲粮利用率、生产性能与胴体品质也明显下降。以上研究表明，通过添加合成氨基酸降低饲粮蛋白质水平是降低氨气排放的有效途径，但同时要兼顾猪的生长情况，一般可将饲粮蛋白质水平的降幅控制在3%～4%，以保证猪正常生长性能的发挥。3．1．2 提高饲粮纤维水平

饲粮纤维一般泛指那些来源于植物、不能被动物内源消化酶所消化的非淀粉多糖和木质素。饲粮纤维可在后段肠道内被微生物发酵降解，产生短链脂肪酸（SCFA），作为肠道内细菌代谢的能量来源，维持微生物区系的平衡，保证正常的消化功能［23］。饲粮纤维的组成复杂，纤维发酵的速度不同，发酵区段也不同，这样就可维持整个大肠内微生物的活性。肠道内未被消化的饲粮蛋白质和内源性蛋白质会被用来合成菌体蛋白，进一步促进肠道细菌增殖，并促使部分尿素从血液转移到大肠，这样，尿氮排泄量减少，粪中微生物蛋白的排出增加，从而实现氨气的减排［24］。另外，粪尿pH会直接影响氨气的产生和释放，且pH每降低1个单位，氨气的排放量就下降约45%［21］。饲粮纤维在微生物的作用下产生的SCFA可以降低食糜pH，进而降低粪尿pH，能有效减少氨气的释放［7］。

适宜的饲粮纤维可以促进胃液、胆汁和胰液的分泌。Zebrowska等［25］用基于大麦和大豆粉的饲粮饲喂50 kg生长猪，发现当饲粮纤维含量从5%增加至18%，生长猪每3 d的唾液和胃液分泌量从4 g／kg增加至8 g／kg，胰液和胆汁分泌量分别从1．2与1．2 g／kg增加到2．2与1．7 g／kg。随着饲粮纤维含量的增加，消化器官的长度、重量、容积等也会相应增加。张秋华［26］的试验显示，当育肥猪饲粮中纤维含量从2．5%增加到7．5%时，大肠的长度增加了58 cm，大肠占活重的比例从1．62%增加到1．95%。可见，适当增加饲粮纤维有利于发挥猪的消化功能，对于提高饲粮养分的利用率、减少氮损耗是十分有益的。

O’Shea等［27］发现，相比饲喂谷物（12．1%中性洗涤纤维）饲粮的猪，饲喂甜菜渣（18．5%中性洗涤纤维）饲粮的猪其氨气排放量降低了约40%，且其新鲜粪便的pH从8．95降至5．59，SCFA的浓度提高了33．3%。Canh等［28］在生长育肥猪饲粮中使用5%、10%、15%的甜菜渣代替木薯，发现甜菜渣含量每增加5%，氨气的散发量就减少14%，且粪尿的pH下降0．4～0．5。O’Shea等［29］用大麦（2．6%β－葡聚糖）代替小麦（0．8%β－葡聚糖）饲喂74．2 kg体重的阉公猪，观察到舍内氨气的排放量从10%降低到7%。

Galassi等［30］用麦麸、甜菜渣和合成必需氨基酸为80～170 kg的生长猪配制不同纤维水平（中性洗涤纤维19．3%、17．6%）及不同蛋白质水平（粗蛋白质12．2%、9．8%）饲粮，发现：与低纤维高蛋白质饲粮相比，高纤维高蛋白质饲粮使粪氮排泄量从7．82 g／d增到10．82 g／d，尿氮排泄量从25．8 g／d降至23．8 g／d；饲喂高纤维低蛋白质饲粮的猪的尿氮排泄量最少，只有17．8 g／d，且粪污的pH从8．82降低到8．26。Sutton等［31］也对生长育肥猪采用了降低蛋白质水平及同时添加非淀粉多糖的措施，结果显示，单纯降低蛋白质水平（粗蛋白质由13%降到10%），新鲜粪尿中氨的挥发量减少27%，而辅以5%的纤维素，氨的挥发量则减少49%。这说明在提高饲粮纤维水平的同时降低蛋白质水平可能会更有效的促进氨气减排。

饲粮纤维的结构及组成差异很大，所以不同来源的纤维在猪肠道内的发酵特性也有很大差异。Hansen等［32］给30～80 kg的生长猪饲喂基础饲粮和甜菜渣饲粮、大豆荚饲粮和果胶饲粮，3种纤维饲粮均使生长猪粪中SCFA的浓度上升，粪便pH下降；其中饲喂果胶饲粮的猪其粪便pH和氨气排放量最低。同样，O’Shea等［29］在小麦饲粮中直接添加β－葡聚糖，使其β－葡聚糖的含量与大麦饲粮相同，却不能达到与大麦饲粮同样的减排效果。这说明纤维的来源会直接影响氨气的排放，目前关于不同来源饲粮纤维对氨气减排作用的研究较少。

在提高饲粮纤维水平的同时需要注意的是，高纤维饲粮会对蛋白质和能量的消化率产生一定的限制，会降低生产性能，所以在生产中要加以权衡，不能盲目提高纤维水平。

3．1．3 降低DEB值

饲粮中矿物离子含量及其平衡极大地影响机体酸碱平衡，进而影响食糜和粪尿pH，影响NH＋

4与氨气的相互转化。表示DEB的公式有很多，最有代表性且应用最广泛的是DEB（mEq／kg）＝Na＋＋K＋－Cl－。肾的排K＋和排其他电解质的过程受血液酸碱性的影响非常大［33］。当DEB值下降时，肾脏排K＋能力受到抑制，排H＋能力加强，导致尿中H＋浓度升高，pH下降，氨气排放量减少。广泛使用的玉米－豆粕型饲粮的DEB值约为175 mEq／kg［34］。许多学者对饲粮中适宜的DEB值持有不同看法。Derouchey等［35］在仔猪上的试验发现，仔猪的成活率和窝增重在DEB值为100 mEq／kg时最好，而Hadon等［36］则认为250～400 mEq／kg的DEB值对生长育肥猪的养分消化吸收最佳。有很多研究表明DEB值与猪的氮代谢有关：饲喂DEB值为120 mEq／kg的生长猪其粗蛋白质消化率比饲喂0、60、180 mEq／kg的分别高出5．34%、2．01%、4．82%，氮沉积分别高出8．42、0．29、0．10 g／d［37］。Canh等［38］通过在饲粮中添加氯化钙（CaCl2）来代替碳酸钙（CaCO3），使饲粮DEB值从320 mEq／kg减至100 mEq／kg，发现猪尿pH降低了0．48，粪尿的氨散发量减少了11%。Colina等［39］在断奶仔猪饲粮中添加CaCl2使DEB值从342 mEq／kg降至－7 mEq／kg，观察到氨气的排放量减少了20%。这说明，适当降低DEB值不仅不会影响猪的生产性能，还可增加氮在体内的沉积，降低尿pH，促进氨气减排，且DEB值降到100 mEq／kg左右可能较为适宜。

3．1．4 使用添加剂

在饲粮中直接添加沸石、膨润土等吸附性除臭剂是减少氨气排放量的有效方法。它们主要利用分子间的范德华力将恶臭分子吸附于多孔性物质，从而降低舍内氨气浓度，同时还可降低舍内空气及粪便的湿度，达到除臭目的［24］。研究表明，在生长猪饲粮中加入5%的沸石，粪尿中氨的散发量减少了21%［15］。此外，还有枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和啤酒酵母等微生物除臭剂［40］。微生物除臭剂可有效抑制大肠杆菌、沙门氏菌等主要产臭气菌的生长，并可提高饲料转化率，降低动物粪氮含量，促进氨气减排。王建彬等［41］用1%、2%与3%的枯草杆菌拌料饲喂30日龄的断奶仔猪，发现枯草杆菌可降低氨气的产生量，且2%的添加量是比较合适的，其可使氨气散发量减少44%～60%。

尿液中的尿素在脲酶的作用下分解产生氨气，因此，使用脲酶抑制剂可有效地减少氨气的排放量。目前被广泛认知的一种脲酶抑制剂是哈夫丝兰提取物。在饲料中添加65 mg／kg的丝兰提取物，猪舍内的氨气挥发量减少了26%［42］；Sutton等［31］利用哈夫丝兰做了一个相似的试验，发现饲粮中添加0．01%的丝兰提取物会使氨气排放量减少20%～30%。

在饲粮中添加酶制剂和酸化剂，可以提高蛋白质的消化率和利用率，减少氮的排放量。在仔猪饲料中添加0．1%的木聚糖酶，发现饲料氮的利用率提高了34%［42］。在仔猪饲料中添加1%柠檬酸和0．5%乳酸，可使粗蛋白质的消化率分别提高了6．10%与36．6%［42］。在肥育猪饲粮中添加30 g／kg乳糖后，最初4 d粪便的氨气排放量减少25%［7］。

此外，还可直接在粪便和垫料上使用沸石［43］、膨润土［44］和有机酸［45］等除臭剂，这类物质可抑制产臭气菌的生长或中和、吸附、固定产生的氨气［13］。如在猪粪尿中加入硫酸来降低pH，当pH降到5．5时，氨气排放量降低了75%～90%［45］。或将0．3%乙酰氧肟酸直接添加到猪粪便中可使猪粪中氨气的产生量减少48%～56%，且同时观察到脲酶的活性显著降低［40］。

3．2 减排的营养管理技术措施

3．2．1 多阶段饲养

多阶段饲养是在生长育肥猪饲粮营养水平上设计了多个阶段，使饲粮尽可能满足动物的实际需求，以适应其快速变化的营养需要［46］。根据猪的不同品种和日龄，按不同比例将多种不同营养水平的配合饲料混合饲喂，使营养供给量更加接近猪的实际需要量。Han等［47］的研究表明，相对于单阶段饲养法，采用三、四阶段饲养法可使猪粪含氮量减少约12%，同时观察到血中尿素浓度显著下降。多阶段饲养在不增加任何经费的条件下，只需调整基础饲粮的比例就使所配合的饲料更适合猪各生长阶段的营养需要［48］，可提高饲料利用率，减少氮的排出，促进氨气减排。由于较难确定基础饲粮配方与混合比例、操作步骤复杂以及饲料适口性受操作影响大，多阶段饲养在我国的应用还很少，推行该法还需进一步努力。

3．2．2 饲喂湿料

水在机体生命活动中发挥重要作用，动物体内各种营养物质的消化吸收必须在溶于水后才可进行，在猪饲粮中添加适量水，可促进蛋白质的消化吸收，使氮排放减少。Hobbs等［49］的研究表明，给猪饲喂4∶1（水∶料）、3∶1（水∶料）和干饲料后，4∶1和3∶1产生的粪尿中臭气浓度分别为后者的13%和31%，猪舍上空的臭气浓度分别为后者的8%和23%。因饲喂湿料操作简易且效果明显，生产中此法广泛使用，可有效减少氨气的产生。

4　小 结

降低养猪场氨气排放所依据的原则主要是：减少粪氮和尿氮的排出量；将尿中氮转化为菌体蛋白氮排出；降低粪尿pH；降低微生物脲酶活性；通过吸附和固定作用减少氨气的产生和释放。针对这些原则，通过调整饲粮的营养水平（主要是粗蛋白质水平）和DEB值、增加饲粮的纤维水平以及使用添加剂（包括益生菌制剂、植物提取物、酶制剂、吸附剂等）都可以取得较为显著的减排效果。考虑到粮食紧缺和人畜争粮的问题，建立以开发和应用纤维性饲料资源为重点的新的饲养体系，在保证猪正常生产性能的前提下以纤维类饲料代替饲粮中的谷物原料，既能降低养猪成本，又能减少氮的排放，以实现节能减排和养猪业的持续发展，应该是未来养猪业发展的一个方向。

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Ammonia Production，Hazards and Mitigation Measures in a Pig House

ZHU Liyuan LU Qingping

∗

ZHANG Hongfu MENG Lihui PANG Min

（责任编辑 武海龙）

（State Key Laboratory of Animal Nutrition，Institute of Animal Science，Chinese Academy of Agricultural Science，Beijing 100193，China）

∗Corresponding author，associate professor，E⁃mail：luqingping＠iascaas．net．cn

Abstract：With the rapid development of the pig industry，the excretion of pigs faeces and urine have increased significantly，which lead to a sharp rise in ammonia emissions，and result in harming the environment and the health of human and animals．Therefore，how to reduce the production and emission of ammonia has an impor⁃tantly practical meaning．The article reviewed the mechanism of production and the main hazards of ammonia，and the mitigation measures of ammonia production and emission．［Chinese Journal of Animal Nutrition，2015，27（8）：2328⁃2334］

Key words：pig；ammonia；production；hazard；mitigation measure

通信作者：∗卢庆萍，副研究员，硕士生导师，E⁃mail：luqingping＠iascaas．net．cn

作者简介：朱丽媛（1992—），女，山西大同人，硕士研究生，从事环境与营养方面的研究。E⁃mail：zhuliyuan23＠163．com

基金项目：国家科技支撑项目（2012BAD39B01）；中国农业科学院创新团队（ASTIP⁃IAS07）

收稿日期：2015－02－06

doi：10．39?

文章编号：1006⁃267X（2015）08⁃2328⁃07

文献标识码：A

中图分类号：S828