河北省北部山区夏季奶牛舍和犊牛舍二氧化碳的检测和分析

王亚男，李宏双，冯 曼，高玉红，邱殿锐，郭建军*，张久德（.承德市畜牧研究所，河北承德067000；.河北农业大学动物科技学院，河北保定0700；.承德市丰宁县满族自治县农牧局，河北承德06850）

河北省北部山区夏季奶牛舍和犊牛舍二氧化碳的检测和分析

王亚男1，李宏双2，冯 曼1，高玉红2，邱殿锐1，郭建军1*，张久德3
（1.承德市畜牧研究所，河北承德067000；2.河北农业大学动物科技学院，河北保定071001；3.承德市丰宁县满族自治县农牧局，河北承德068350）

［目的］本试验旨在研究河北省北部寒区夏季不同建筑类型成奶牛舍和犊牛舍的空气质量。［方法］选取4种建筑类型的奶牛舍和3种犊牛舍，对舍内外空气中的二氧化碳（CO2）含量进行检测。［结果］表明，大跨度有窗密闭奶牛舍早晚CO2含量最高，约2202m g/m3，远超国家现行标准，半开放奶牛舍CO2含量最低，约550m g/m3，所有奶牛舍CO2的日变化均表现为早晚高、中午低的规律；单侧带窗密闭犊牛舍的CO2含量在早中晚三个时间段内均显著高于双侧带窗密闭犊牛舍和半开放犊牛舍（P＜0.01），而后两种舍的CO2含量间未表现出显著性差异（P＞0.05）。此外，所有奶牛舍和犊牛舍的CO2含量均显著高于舍外（P＜0.05），而舍外运动场和场中的CO2含量差异不显著（P＞0.05）。该研究可为奶牛舍和犊牛舍的设计和环境改善提供借鉴。

建筑类型；奶牛舍；犊牛舍；二氧化碳

反刍动物排放的二氧化碳（CO2）是温室气体的重要来源，CO2的高低不仅影响全球的气候变化，而且直接影响奶牛的生产性能和健康程度［1-2］。河北省北部山区气候独特，四季分明，为了增加冬季舍内的保温，牛舍的结构密闭性较高，导致夏季牛舍温度和湿度会相对增加，有害气体扩散和挥发速度也随之加快，加之规模化牛场养殖密度的增大，有害气体极易在舍内聚集，对奶牛健康带来严重威胁。研究已证明，舍内高浓度的CO2是造成动物缺氧的重要因素，主要表现为精神萎靡、食欲减退、免疫力低下以及疾病多发等［3］。近年来，关于牛舍空气质量的研究已经受到国内外学者的重视，尤其是牛舍有害气体的研究［4-8］，但我省寒冷山区关于奶牛舍有害气体的研究却较少，本研究选择河北省北部山区具有代表性建筑类型的四种成奶牛舍和三种犊牛舍，对夏季舍内外空气中CO2的含量进行了检测与分析，为奶牛舍建筑类型的选择、通风设计以及环境调控等方面提供基础数据。

1　材料和方法

1.1试验牛舍基本情况

选取河北省承德地区丰宁县四种建筑类型的成奶牛舍和三种建筑类型的犊牛舍，所检测牛舍的通风类型均为自然通风，且管理制度基本相同：奶牛TMR日粮每天饲喂两次，自由采食；刮板清粪每天一次。犊牛每天饲喂两次，人工清粪一次。所测奶牛舍和犊牛舍的建筑类型与特点如表1所示。

1.2试验仪器

CO2含量的检测仪器为加拿大进口的二氧化碳测定仪，型号为Gas Alert Micro5 IR。

1.3测定指标及方法

试验于2014年7月份对试验牛舍内外空气中的CO2含量进行连续一周的检测，以分析不同建筑类型牛舍的CO2含量，并对舍内外的CO2含量进行比较。按照《环境监测技术规范》（NY/T 388-1999）要求，采用均匀布点原则，奶牛舍的料道和两侧牛栏在水平方向上均匀布置6～7个点，舍外运动场和净道均水平布置4个点，舍内外采样点的垂直高度均为1.2m。检测时间为每天早上7∶00～8∶00、中午12∶00～13∶00和晚上18∶00～19∶00。

1.4数据统计

数据采用Microsoft Excel 2003进行数据统计，运用SPSS（Standard Version19.0，SPSS Inc.）统计软件进行单因素方差分析（ANOVA），多重比较采用邓肯氏多重比较法，试验数据均采用平均值±标准差表示。

表1　牛舍的建筑特点

2　结果与分析

2.1不同建筑类型成奶牛舍空气中的CO2含量

2.1.1不同类型奶牛舍内空气中的CO2含量 四种奶牛舍空气中的CO2含量在不同时间段的如图1所示。各种舍内CO2含量中午为全天最低。大跨度有窗密闭舍（舍4）早晚CO2含量最高，约2202m g/m3，已远超出国家现行标准（NY/T 388-1999，≤1500m g/m3），极显著高于其他三种舍（P ＜0.01）。其次是有窗密闭舍（舍2），约1411m g/ m3，半开放舍最低（舍3），约550m g/m3，而晚上有窗密闭舍（舍2）CO2含量全天最高，极显著高于舍1和舍3（P＜0.01）。

图1　不同建筑类型的奶牛舍在不同时间段的CO2含量

2.1.2不同类型牛舍内外CO2含量 四种奶牛舍的舍内外空气中CO2含量如图4所示，无窗密闭舍（舍1）的CO2含量与运动场比较，差异达到显著水平（P＜0.05），与场中比较，达到极显著差异水平（P ＜0.01），其他三种舍（舍2、舍3和舍4）的CO2含量与舍外（运动场和场中）比较，差异达到极显著水平（P＜0.01），尤其是大跨度的有窗密闭舍4内的CO2含量高达舍外的4.7倍。各牛舍的舍外运动场和场中CO2含量差别不大（P＞0.05）。

2.2不同建筑类型犊牛舍空气中的CO2含量

2.2.1不同建筑类型的犊牛舍在不同时间段空气中的CO2含量 三种犊牛舍在不同时间段CO2含量的变化如图3所示。各时间段单侧带窗密闭舍（舍3）的CO2含量其显著高于其他两种舍（P＜0.01），而双侧带窗密闭舍（舍1）和半开放式舍（舍2）之间未表现出显著性差异（P＞0.05）。

图2　不同建筑类型的奶牛舍内外空气中的CO2含量

图3　不同建筑类型的犊牛舍在不同时间段的CO2含量

2.2.2不同建筑类型的犊牛舍内外空气中CO2含量 3种犊牛舍的舍内和舍外（场中）空气中CO2含量如图4所示，双侧带窗密闭舍的CO2含量与舍外比较，差异不显著（P＞0.05），而其他两种舍的舍内外CO2含量比较，均达到显著水平（半开放舍，P＜0.01；单侧带窗密闭舍，P＜0.05）。各舍内早晚CO2含量约为舍外的2.6～3.4倍。

图4　夏季不同建筑类型的犊牛舍内外空气中的CO2含量

3　讨论

动物呼吸和胃肠道微生物发酵是奶牛舍CO2的主要来源［9］，而尿素的水解和粪便的厌氧消化所产生的CO2远不及动物呼吸所产生CO 2的5%［10-12］，同时，奶牛饲喂过程中自身代谢的加强，也会提高牛舍内的CO2水平。研究指出，CO2含量的高低可以直接反映牛舍通风状况和空气的污浊程度，CO2浓度已经作为监测空气污染程度的主要指标，而且CO2浓度的增加可能会伴随着其他有害气体（如氨气和硫化氢）含量的增高［13］。

河北省北部山区不同建筑类型成奶牛舍和犊牛舍空气中的CO2含量表现出不同程度的差异，这与与牛舍的建筑类型和检测时间密切相关。本研究中四种建筑类型的成奶牛舍中，大跨度有窗密闭舍的CO2含量早晚最高，远远超出了国家标准，且明显高于场外；三种建筑类型的犊牛舍中，单侧带窗密闭舍中CO2含量显著高于其他两种牛舍，这主要是因为该类结构的牛舍封闭性较好，通风较差，导致舍内有害气体含量的增加，因此需引起业内人士的高度重视；而顶部小钟楼结构且有较大通风口的无窗密闭舍和半开放舍因舍内空气流动较大，CO2含量相对较低，均未超出国家标准。另外，不同建筑类型的成奶牛舍CO2含量均表现出早晚高中午低的变化趋势，这与丁露雨等［14］和高玉红等［15］关于肉牛舍有害气体的研究报道基本一致。从舍内外的CO2含量比较可以看出，运动场和场中的CO2含量相差不大，与大气中CO2浓度基本相近，说明当地的自然环境和风力状况可以将牛群产生的CO2扩散到周围环境，并且被很快消散。由此可见，运动场空气中的有害气体对奶牛不会造成太大威胁。

4　结论

奶牛舍和犊牛舍空气中CO2的含量与牛舍的建筑类型直接相关，密闭性好的牛舍CO2含量较高，甚至超出国家标准，可能会对奶牛的生产性能造成一定影响。建议在寒冷地区考虑牛舍的冬季保暖设计的同时，也要兼顾夏季牛舍通风设计，保证通风换气的正常进行，以提高舍内的空气质量。

［1］ 李建国，曹玉凤.肉牛标准化生产技术［M］.北京：中国农业大学出版社，2003：275-297.

［2］ 赵育国，史彬林，崔玉铭，等.北方农牧交错区奶牛场舍内外有害气体的季节性变化［J］.中国奶牛，2011（8）：11-14.

［3］ 张莹莹，刘春青，刘晓辉，等.畜禽舍有害气体的来源及其常用消毒方法［J］.饲料博览，2014（3）：11-13.

［4］ Mendes L B，Edouard N，Ogink N W M，et al.Spatial variability of mixing ratios of ammonia and tracer gases in a naturally ventilated dairy cow barn［J］.Biosystems Engineering，2015 （129）：360-369.

［5］ Ngwable M N，Vanderzaag A，Jayasundara S.Measurements of emission factors from a naturally ventilated commercial barn for dairy cows in a cold climate［J］.Biosystems Engineering， 2014（127）：103-114

［6］ Arias R A，Mader T L.Environmental factors affecting daily water intake on cattle finished in feedlots［J］.Journal of Animal Science，2011，89（1）：245-251

［7］ Mader T L，Johnson L J，Gaughan J B.Anonymous.Erratum to“a comprehensive index for assessing environmental stress in animals”［J］.Journal of Animal Science，2010，88： 2153-2165.

［8］ Hristov A N，Hanigan M，Cole A.Review：ammonia emissions from dairy farms and beef feedlots［J］.Canadian Journal of Animal Science，2011，91（1）：1-35.

［9］ 覃春富，张佩华，张继红，等.畜牧业温室气体排放机制及其减排研究进展［J］.中国畜牧兽医，2011，38（11）：209-213.

［10］ Van't Klooster C E，Heitlagerb P.Determination of minimum ventilation rate in pig houses with natural ventilation based on carbon dioxide balance［J］.Journal of Agricultural Engineering Research，1994，57（4）：279-287

［11］ Anderson G A，Smith R J，Bundy D S，et al.Model to predict gaseous contaminants in swine confinement buildings［J］. Journal of Agricultural Engineering Research，1987，37（4）： 235-253

［12］Aarnink A J A，Keen A，Metz J H M，et al.Ammonia emission patterns during the growingperiods of pigs housed on partially slatted floors［J］.Journal of Agricultural Engineering Research，1995，62（2）：105-116

［13］ 黄华，牛智有.基于P I C 18F 2580的畜禽舍有害气体环境控制系统［J］.测控技术，2009，28（4）：49-52.

［14］ 丁露雨，王美芝，郭霏，等.我国不同地区肉牛舍夏季环境状况测定［J］.家畜生态学报，2011，32（1）：68-71.

［15］ 高玉红，孙新胜，曹玉凤，等.密闭肉牛舍冬季有害气体的日变化和垂直分布规律研究［J］.东北农业大学学报，2013，44（11）：143-146.

Investigation and Analysis of Carbon Dioxide of Dairy Cattle Houses and Calf Houses in Northern Mountainous Area of Hebei Province in summer

WANG Ya-nan11，LI Hong-shuang2，FENG Man1，GAO Yu-hong2，QIU Dian-rui1，GUO Jian-jun1*，ZHANG Jiu-de3
（1.Chengde Animal Husbandry Institute，Chengde，Hebei，068150，China；2.College of Animal Science and Technology， Hebei Agricultural University，Baoding，Hebei，071001，China；3.Agriculture and Animal Husbandry Bureau of Fengning Manchu Autonomous County，Chengde，Heibei，068350，China

【Objective】This experiment aimed at studying air quality of the dairy cattle and calf houses with different types of architecture in northern cold region of Hebei province in summer.【Method】Four styles of dairy cattle houses and three styles of calf houses were used to detect indoor and outside carbon dioxide（CO2）level.The results showed that the CO2concentration in the large-span dairy house was highest in all dairy houses，reaching up to approximately 2202mg/m3 in the morning and evening，which even beyond present national standards，while the concentration of semi-open dairy house was the lowest with 550mg/m3.The daily variation of CO2concentrations in all dairy houses showed the high level in both the morning and evening while the low level at noon；In all three periods，the CO2concentrations in closed calf house with one-side windows was significantly higher than closed calf house of double-side windows and semi-open calf house（P＜0.01），while there was no significant difference between the latter two types of houses（P＞0.05）.Besides，the indoor CO2concentrations were significantly higher than the outdoor concentration in all dairy houses and calf houses.but there was no significant difference between the outside playground and infield（P＞0.05）.The present study would provide reference for the design of cow and calf houses and environmental improvement.

House style；Dairy cattle house；Calf house； Carbon dioxide

S8-1

A

1001-9111（2015）

2015-03-09 修改日期：2015-03-20

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）

王亚男（1987-），女，河北人，硕士研究生，主要研究动物科学，E-mail：85661495@qq.com

高玉红（1971-），女，河北承德人，副教授，博士，主要从事畜禽环境控制和牧场设计，E-mail：gyhsxs 0209@

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