河北省北部寒区密闭奶牛舍夏季有害气体的时空分布规律研究

高玉红，张 亮，李宏双，吴广军，邱殿锐，郭建军，李晓滨

(1. 河北农业大学 动物科技学院，河北 保定 071001；2. 张家口市张北农牧局，河北 张家口 076450；3. 承德市畜牧研究所，河北 承德 067000)



河北省北部寒区密闭奶牛舍夏季有害气体的时空分布规律研究

高玉红1，张 亮2，李宏双1，吴广军3，邱殿锐3，郭建军3，李晓滨3

(1. 河北农业大学 动物科技学院，河北 保定 071001；2. 张家口市张北农牧局，河北 张家口 076450；3. 承德市畜牧研究所，河北 承德 067000)

大跨度密闭奶牛舍越来越受到寒冷地区奶牛场的重视，通过检测牛舍空气中氨气(NH3)和二氧化碳(CO2)含量，对河北省北部寒区大跨度密闭奶牛舍夏季有害气体的时空分布规律进行分析。结果表明，夏季舍内NH3含量的日变化范围为3.1～6.6 mg/m3，其中7∶00～8∶30和18∶30～21∶30达到高峰值；舍内CO2含量表现为早晚高中午低的规律，早晚含量均超过2 000 mg/m3，且晚上舍内CO2含量与垂直空间高度密切相关，1.8 m高度处的CO2含量显著高于0.6 m(P<0.01)和1.2 m处(P<0.05)。另外，早中晚舍内CO2含量均显著高于运动场和场中(P<0.01)，分别是舍外的4.7倍、3.7倍和4.1倍。该研究可为寒区密闭奶牛舍的设计和环境控制提供可靠的数据。

奶牛；环境；有害气体；牛舍设计

大跨度密闭散栏奶牛舍由于具有保温性能好、节省占地面积以及管理方便等优点已经引起寒冷地区奶牛养殖场的重视，但寒区的夏季气温仍然较高，牛舍内的环境质量仍会受到外界环境的影响，尤其是舍内有害气体的含量会随着气温的增加而增加[1-2]，而舍内有害气体含量的高低直接影响奶牛的健康和生产性能。国外比较重视奶牛舍有害气体排放的研究[3-6]，国内虽然也有零星报道[7-8]，但重视程度仍然较低。为了更好地了解寒区大跨度密闭散栏奶牛舍舍内的空气环境质量，本研究选择河北省北部山区具代表性的大跨度密闭奶牛舍，对夏季舍内外空气中有害气体含量进行检测和分析，为寒区奶牛舍的合理设计和改善环境质量提供可靠的数据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择河北省承德地区丰宁县的散栏泌乳牛舍进行测定，该牛舍类型为跨度较大的有窗密闭式(96 m×40 m)，东西朝向，东墙和西墙各设有6个和4个窗户，每个窗户面积为95 cm×57 cm。该舍的屋顶为双坡式，屋顶材料为彩钢复合板和阳光板，顶部均匀布置6个通风窗(100 cm×80 cm)，夏季所有的门窗全部打开。舍内设有4列卧床，其中东西两侧是单列卧床，中间为对头卧床，该舍可饲养奶牛280头，但实际饲养泌乳奶牛180头。奶牛可自由出入牛舍和运动场，TMR日粮饲喂，每天三次饲喂(5∶00、10∶00和17∶00)，自由采食，粪便干清(每天早晚各1次)。

1.2 试验方法

2014年夏季(7月份18～24日)对所选奶牛舍空气中的有害气体氨气(NH3)和二氧化碳(CO2)进行连续一周的检测。NH3检测仪器为氨气检测仪(型号：Z-800XP)，安装在舍中央约2 m高度处，全天连续检测；CO2检测仪器为二氧化碳测定仪(型号：Gas Alert Micro5 IR)，采样点布置采用均匀布点原则，舍内垂直空间布置三个高度，即0.6 m、1.2 m和1.8 m，每个高度处水平布置20个点(如图1)，舍外运动场和场中(场内净道)均水平布置4～5个点，采样高度1.2 m，每天早上7∶00～8∶00、中午12∶00～13∶00和晚上18∶00～19∶00进行检测。

图1 密闭奶牛舍内CO2含量检测的采样点水平布置

1.3 数据处理

用SPSS(Standard Version 13.0, SPSS Inc.)统计软件对数据进行方差分析，多重比较采用LSD 法进行。

2 结果与分析

2.1 奶牛舍空气中NH3含量的昼夜连续变化

图2 密闭奶牛舍空气中NH3含量的昼夜连续变化

被测奶牛舍内夏季NH3含量的昼夜连续变化曲线如图2所示。夏季舍内NH3含量变化范围为3.1～6.6 mg/m3，明显高于我们以前检测的秋季NH3含量(1.3～4.3 mg/m3)，但低于春季NH3含量(5.5～11.7 mg/m3)。从图2中也可看出，NH3的连续变化曲线中出现了两个峰值范围，NH3含量平均达到6.4 mg/m3，分别出现在早上7∶00～8∶30和晚上18∶30～21∶30，而在早上1∶30～3∶00和下午15∶00左右NH3含量最低，约为3.2 mg/m3。

2.2 奶牛舍内不同垂直高度空间和不同时间段空气中CO2的含量变化

被测奶牛舍内夏季CO2含量随时间和空间变化的分布规律如图3所示。舍内早、中和晚三个时间段CO2含量分别为2 137 mg/m3、1 457 mg/m3和2 202 mg/m3(三个垂直高度处含量的均值)，接近甚至超出国家现行标准(NY/T 388-1999，≤1 500)，且早晚含量明显高于中午，这和我们以前报道的关于肉牛舍内有害气体出现早晚高中午低的日变化规律基本吻合[9]。从图3也可看出，晚上舍内CO2含量随检测高度的增加而增加，1.8 m高度处的CO2含量显著高于0.6 m处(P<0.01)和1.2 m处(P<0.05)，但早上和中午舍内CO2含量并未表现出垂直空间分布的规律性变化(P>0.05)。

2.3 奶牛舍内外空气中的CO2含量比较

夏季被测奶牛舍内外CO2含量的比较结果如图4所示。各时间段内舍中CO2含量均极显著高于运动场和场中(P<0.01)，而运动场中CO2含量与场中比较，差异不显著(P>0.05)。早、中和晚三个时间段舍内CO2含量分别是舍外(运动场和场中的均值)的4.7倍、3.7倍和4.1倍。

图3 密闭奶牛舍内不同时间段和不同高度的CO2含量

图4 密闭奶牛舍内外空气中CO2含量的比较

注：标注不同小写字母间表示差异显著(P<0.05)，不同大写字母间差异极显著(P<0.01)。

Notes: Values with different lowercase superscripts mean significant difference (P<0.05), while values with different uppercase superscripts mean highly significant difference. (P<0.01).

3 讨 论

奶牛舍空气中的有害气体含量直接影响舍内的环境质量。随着夏季气温的增高，舍内NH3和CO2的释放量也会随之增加。Todd等[2]和李保明等[10]报道了奶牛场中NH3释放有一定的季节性，舍内温度的高低对NH3和CO2的排放产生显著影响，当舍内温度高于22 ℃时可促使NH3的排放，这和我们的研究结果基本一致，夏季奶牛舍内的有害气体含量明显高于秋季。由于有窗密闭舍的外围护结构封闭性较高，夏季舍内温度相对也较高，如果通风口面积(包括门窗)和位置不合适，产生的有害气体很容易滞留舍内，造成舍内缺氧以及空气污浊，本研究中的被测牛舍夏季所有通风设施全部打开，舍内NH3和CO2含量仍然较高，虽然所测的NH3含量并未超过国家现行标准，但舍内明显的刺鼻气味无疑对奶牛的健康造成潜在的威胁，而早中晚三个时间段舍内CO2含量已经接近甚至超过了国家现行标准，尤其是早晚，外界自然风力减弱，且夜里排放的粪便又在不断积累，再加上舍内通风不良，导致舍内有害气体大量聚集。关于牛舍通风和舍内有害气体排放的研究在国外已有很多[11-14]，但我国这方面的研究较少[15]。

从图3可以看出，夏季舍内CO2的垂直分布只在晚上表现出一定的规律性，舍内CO2含量在牛躺卧和站立的空间高度处(0.6 m和1.2 m)较低，而在1.8 m的空间高度处较高。一般情况下，舍内CO2主要来自奶牛的呼吸，如果舍内没有气流或气流较低的条件下，CO2一般集中于0.6～1.2 m高度的空间，但如果舍内有气流，那么在气流方向和气流速度的作用下，CO2将会被扩散。正常情况下，在风压和热压的作用下，舍内多余的CO2很有可能通过顶部排气口排到舍外，本研究中被测奶牛舍的东西长墙上采光兼通风的窗户数量较少，窗面积也较小(95 cm × 57 cm，东墙6个，西墙4个)，而顶部用于排气的通风窗也只有6个(100 cm × 80 cm)，所以容易导致有害气体在高空中的聚集而难以排出。河北省承德市丰宁地区冬季气候寒冷，夏季炎热时间较短，奶牛舍的结构偏重于保温设计，忽略了通风设计，这也是目前寒冷地区部分密闭式牛舍出现的设计弊端。建议今后在寒冷地区奶牛舍的设计中，既考虑保温结构的设计，又要重视通风设计，以改善牛舍的环境质量。

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Investigation on the Temporal Spatial Distribution of the Harmful Gas in the Cloesd Cowshed in Summer in the Cold Region of Northern Hebei

GAO Yu-hong1，ZHANG Liang2，LI Hong-shuang1，WU Guang-jun3， QIU Dian-rui3，GUO Jian-jun3， LI Xiao-bin3

(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology，HebeiAgriculturalUniversity，Baoding071001，China; 2.BureauofAgricultureandAnimalHusbandryofZhangbei，Zhangjiakou076450，China; 3.AnimalhusbandryResearchInstituteofChengde，ChengdeHebei, 068150，China)

The closed large-span cowshed has been highly attended in cold region. This study investigated the temporal spatial distribution of harmful gases (ammonia (NH3) and carbon dioxide (CO2)) in closed large-span cowshed in summer in the cold region of northern Hebei province and the results showed that the indoor NH3content ranged from 3.1 to 6.6 mg/m3, and peaked at 7∶00～8∶30 and 18∶30～21∶30. The indoor CO2content was higher in the morning and evening but lower at noon over 2 000 mg/m3in the morning and evening. Moreover, the indoor CO2content in the evening was relative to the vertical space, ie. CO2concentration at the height of 1.8 m was significantly higher than the that of 0.6 m (P<0.01) and 1.2 m (P<0.05). Besides, the indoor CO2contents, regardless of time periods, were significantly higher than the CO2in the dairy cattle yard and in the middle of dairy farm (P<0.01). The indoor CO2contents are extremly higher than the outdoor contents.In the morning, at noon and in the evening it respectively was 4.7, 3.7 and 4.1 times higher than the outdoor CO2contents, This result provided reliable data for the design of closed dairy houses in cold regions and for improving indoor environment.

dairy cattle; environment; harmful gas; cattle house design

2015-02-22

2015-03-30

河北省现代农业产业技术体系奶牛产业创新团队建设专项资金；规模化奶牛场环境控制关键技术与示范(20141309)

高玉红(1971-)，女，河北唐山人，博士，副教授，硕士生导师，研究方向：畜禽环境控制与牧场设计。E-mail: gyhsxs0209@126.com

S811.6

A

1005-5228(2015)08-0075-04