猪舍氨气防控措施研究进展

李厅厅，阮蓉丹，蒲施桦，王 浩，龙定彪，刘作华*

（1.西南大学动物科学学院，重庆 402460；2.重庆市畜牧科学院，重庆 402460）

氨气是一种无色、有强烈的刺激性气味的气体，猪舍中的氨气主要有3 个来源：猪消化道内产生氨，即摄入蛋白质后消化代谢产生氨气；排泄物产生氨气，这是猪舍氨气的主要来源；浪费的饲料等腐败分解产生氨气。猪长期处于较高氨气浓度环境中会降低其生产性能，也不符合动物福利要求[1]。氨气排放到外界对大气环境造成污染，氨气中的氮沉降后会引起土壤和水体的酸化[2]。最近有研究还发现，氨气会与空气中的氧化物（如氮氧化物、二氧化硫等）反应，生成硫酸铵、硝酸铵等二次颗粒物，这些二次颗粒物正是PM2.5 形成的重要来源[3]。沈丽等[4]用排放因子法估算了2006—2014 年江苏省的氨气排放量在缓慢增长，年平均增长率为1.41%（654.400～729.800 t），其中畜禽养殖和氮肥施用是江苏省最主要的氨排放源，占2014 年江苏省氨排放量的88.19%。

《“十三五”生态环境保护规划》提出，在渤海京津冀、长三角、珠三角等重点区域开展种、养殖业重点排放源氨防控研究与示范。到2020 年，氨氮排放总量比“十二五”降低10%，今后养猪生产中将更加注重氮磷排放等制约可持续发展的问题。猪舍氨气浓度的控制措施可以根据养猪生产过程分为3 个阶段，即饲料源头防控、饲养过程减排和末端处理，目前饲料源头防控技术比较成熟，是生产中使用较多的方法。本文就猪舍氨气控制方法的研究现状做一综述，以期为规模化养猪生产提供参考。

1 源头防控

1.1 平衡氨基酸模式的低蛋白日粮 猪的饲料氮沉积范围为30%～60%，远未达到100%[5]，仅用天然原料配合日粮来满足动物氨基酸需要会导致很多必需和非必需氨基酸过剩。未消化的氨基酸大多以微生物氮的形式通过粪便排出体外；被吸收但没有特定功能的氨基酸将参与代谢，最终大多以尿氮的形式排出体外。使用多种原料与合成氨基酸，结合动物对氨基酸的需要与理想蛋白理念，可以在降低动物蛋白摄入量的基础上满足其氨基酸需要。适当降低日粮蛋白质水平对猪生产性能和瘦肉组织的影响甚微。假如能以晶体形式补充任何缺乏的氨基酸，就会对氮的排泄产生巨大影响。国内外许多学者关于猪日粮中粗蛋白质和氨基酸比例对氨气排放的主要研究结果见表1。Kerr 等[6]对33 组猪代谢试验的综合数据显示，在平衡氨基酸的基础上，日粮蛋白水平每降低1 个百分点，无论猪体重如何，氮的排泄都会降低8%。该数据与Leek 等[7]发表的数据（8.7%）相吻合，却略高于Leek 等[8]发表的数据（6.7%）。Liu 等[9]研究发现，通过氨基酸来补充日粮中降低的粗蛋白质能有效减轻氨气排放，在标准日粮的基础上降低2.1%～3.8%、4.4%～7.8%粗蛋白质后氨气排放量较对照组分别降低了33% 和57.2%，且明显降低了粪便排泄量和粪便中的NH4+-N 浓度。

1.2 添加饲料添加剂 饲料添加剂（如酶、生长促进剂、益生菌、益生元和有机酸等）可以改善营养物质的吸收和消化率，调节消化道的微生物群，从而减少氮的排泄[15]。目前应用较多的添加剂研究见表2。有研究表明，在猪日粮中添加酶制剂、益生菌、植物油等可以降低猪粪中的氨气排放[16-17]。在猪日粮中添加丝兰属植物提取物可以抑制粪尿中脲酶活性，这可能与丝兰属植物中的糖原成分有关，尤其是皂基类。在妊娠母猪日粮中添加200 g/t 丝兰属植物提取物可降低93%的氨气排放[18]。将丝兰属植物直接添加到粪便中也可以达到降低氨气排放的效果[19]。另外，益生菌已经广泛应用于动物饲养中，其独特的生理功能不仅可以替代抗生素，解决抗生素带来的耐药性问题，而且可以改善动物生产水平和健康状况。同时，有益微生物能吸收养殖场的恶臭物质并通过自身代谢活动降解，达到减少氨气排放的效果[20]。益生菌饲料添加剂与猪舍中喷洒益生菌发酵液联合作用能很好地去除氨气，且在试验期间未使用消毒液和抗生素[21]。虽然氮的排泄途径不管是经过粪便还是尿液都不会影响氮的净排泄量，但增加日粮中抗性淀粉、不可消化寡糖和非淀粉多糖含量会提高后肠发酵碳水化合物的浓度，加快细菌繁殖，最终增加了以微生物蛋白存在的粪氮排出，减少了尿氮，这也会降低氨气产生[22-23]。类似减少尿氮的原理还有，在饲料中添加沸石能够吸附胃肠道内的铵根离子（NH4+），是大部分原本要以尿液方式排出体外的氮随沸石一起以粪便的方式排出体外，从而达到降低猪舍内氨气浓度的效果。

2 饲养过程减排

2.1 控制舍内温湿度 高温高湿或者低温高湿等舍内环境都不利于猪增重[28]。猪舍内的温湿度变化不仅影响猪的生长性能，而且会直接导致舍内氨气浓度增加。李保明等[29]研究表明，温度升高能够促进氨气的释放；暴雪艳等[30]监测结果表明，封闭式分娩舍内气体1 d 内呈周期性变化，白天气体浓度低于夜间，并且舍内气体中氨气和二氧化碳浓度与圈舍温、湿度存在显著正相关（r=0.898，r=0.945）。这是因为温度升高会使脲酶活性增高，进而使水相的迅速转化为气相的氨气[31]。戴四发等[32]研究发现，舍内湿度过高时，氨气和硫化氢等有害气体会被舍内的水分吸附，当温度升高时又散发出来。所以将猪舍内的温湿度控制在适宜范围有利于猪的生长增重，可以有效降低猪舍氨气浓度，提高舍内空气质量。

表1 降低日粮粗蛋白质，平衡氨基酸对氨气减排效果的研究

表2 饲料添加剂的种类及其效果

2.2 微生物发酵床 微生物发酵床养猪技术有“零污染养猪技术”之称，其核心是通过筛选功能性优势微生物，再按微生物的一定比例掺拌木屑、谷壳和农作物秸秆等，在一定条件下发酵后制成有机垫料。垫料会以一定厚度铺洒在猪舍内形成微生物发酵床，利用猪翻拱的生活习性将猪排泄物与垫料充分混合，通过微生物分解、消纳排泄物中的有机质（OM），大大降低猪舍臭气，达到无污染养猪的目的[33]。曹传闺等[34]研究表明，与传统方式养猪相比，微生物发酵床不仅能提高猪的生长性能，还能够明显改善猪舍环境质量，猪舍内无臭味。此外，薛慧琴等[34]对比了普通（水泥地面）圈舍和发酵床圈舍内的氨气浓度，发酵床圈舍中氨气含量（4.00 mg/m3）比普通圈舍氨气含量（6.74 mg/m3）低40.65%。刘波等[35]设计并运用了一种新型的低位微生物发酵床（即在传统漏缝地板下方建立微生物发酵床）猪舍，很好地解决了动物防疫问题，并且猪舍内无臭味，但未对氨气的减排效果做可量化的数据研究。齐刚等[36]研究发现，夏季2 个月（5、6 月）微生物发酵床的氨气浓度较实心地面低了1.05 mg/m3（0.7 mg/m3vs 1.75 mg/m3）、0.55 mg/m3（0.45 mg/m3vs 1 mg/m3）；冬季2 个月（11、12 月）微生物发酵床比实心地面舍内氨气浓度降低了5.36 mg/m3（4.44 mg/m3vs 10 mg/m3）、10.05 mg/m3（10.7 mg/m3vs 20.75 mg/m3）。由此可见，微生物发酵床能大大提高猪舍的环境质量，但是由于垫料资源、动物防疫等问题阻碍了微生物发酵床的应用推广。因此，在垫料资源丰富的地区可进行适度规模的微生物发酵床养猪，在提高生猪生长性能的同时实现真正意义上的节能减排。

2.3 清粪频次和粪尿分离 粪便是猪舍内氨气的主要来源，粪便和尿液长时间置放于猪舍内，粪便中的有机质发酵分解产生氨气，直接导致猪舍内氨气浓度增大，因此生产管理上合理的清粪频次是猪舍内氨气减排的有效措施。Panetta 等[37]在实验室条件下，将尿液从粪便中分离可以使氨气排放量降低99%。Lachance 等[38]研究表明，在同样水泡粪猪舍中，每周清空粪沟3 次比每周清空1 次的氨气排放降低46%；刮粪板清粪且每周刮粪3 次比水泡粪每周清空1 次氨气排放量降低49%；但是在相同刮粪板清粪工艺下，每周刮粪7 次比3 次的氨气排放量增加了11%，这表明频繁的清粪会让更多新鲜粪便暴露在空气中，从而促进氨气挥发。因此，生产上应该根据是否固液分离选择合适的清粪频次。Ni 等[39]研究表明，水泡粪猪舍内的60%～70%的氨气来源于水泡粪坑。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[40]。猪粪便中的氮分解产生氨气是一个非常缓慢的过程，通常需要数周的时间且产生氨气的数量也较少，但是尿素分解为氨气的过程却很快，在常温下只需要几小时[41]。因此，将粪尿分离可以及时将尿液排向集中处理池，有效减少猪舍氨气排放量，并且可降低粪污的后续处理难度。

3 末端处理

关于畜禽舍NH3减排的末端处理的研究显示其减排效果显著。如在蓄粪池里加入沸石粉[42]，将舍内的浊气经生物滤器处理后排向外界。生物滤器是畜禽舍恶臭气体处理最具有使用前景且使用广泛的生物处理方式。

3.1 生物过滤 生物过滤法处理氨气是一项新兴的污染气体处理技术，因其易于操作管理、处理效果明显、无二次污染等特点受到人们青睐，发展潜力巨大，应用前景也十分广阔。虽然猪舍通风直接将舍内浊气排出舍外是最直接有效降低猪舍氨气浓度的方法，但并没有从根本上解决氨气的减排。生物滤器一般应用于机械通风舍，需要将通风系统与过滤装置进行组合，猪舍排出的污浊气体进入相关的生物过滤腔内。气体进入生物滤器后，经气、水界面传递到附着于填料表面的生物膜中，膜中微生物利用有机气体污染物作为其生长繁殖所需的基质，经过不同的转化途径将大分子结构的有机气体污染物最终氧化分解为简单无害或少害的CO2、、H2O等无机物，达到净化的目的。

生物过滤器降解氨气的性能取决于微生物的活性和充足的O2和H2O[43]。鉴于此，生物滤器对过滤腔内填充物以及理化参数有一定的要求。蒲施华等[44]研究发现，以蚯蚓粪、木屑和活性炭为填料，其氨气的降解效率呈先下降再上升的趋势，与Tao 等[45]的研究结果一致。Hartung 等[46]在生产中对2 个生物滤池进行长期（6.5 年）监测，2 个微生物滤池对氨气的平均去除率分别为15%、36%（滤床材料未知），并且将滤料的含水率从20%升高到40%，可提高生物滤器的清洗效率。Taghipour 等[47]比较了1 层和3 层台架式的生物过滤池在处理不同浓度氨气和进气气流速率的降解性能，发现3 层的生物滤池在最大清除能力、加载速率等方面均优于1 层的生物滤池，且压降小。所以与1 层生物滤池相比，3 层生物与滤池性能优越，消除能力强，稳态运行时间长，压降小。为了达到良好的氨气去除效果，可以在填料中接种优势除臭除氨菌种，增加生物过滤器中微生物的丰富度和数量。白林等[48]探究堆肥、锯末、蚯蚓粪和珍珠岩的不同组合作为填料的降解效果，发现用堆肥、蚯蚓粪和锯末混合填料效果最佳，并且该填料中存在活蚯蚓。此外，生物滤器在猪粪堆肥的过程中去除氨气的效果也比较好，在为期4 周的堆肥期间，空床停留时间为101 s，每小时通过生物滤池的氨气浓度在0.03～0.23kg/m3，1～4 周的日平均氨气去除率为94.7%、98.1%、98.7%、99.1%[45]。Dumont 等[49]研究发现，夏季空床停留时间为12 s 时氨气去除效率在90%～100%，空床停留时间为6 s 时氨气去除效率在30%～50%，生物滤池负载速率急剧增加，可能是NH3去除率存在差异的原因；秋季空床停留时间为12 s 时氨气的去除率约为80%，在相对干燥的秋季要特别注意生物滤池的加湿处理，但生物滤池介质含水率的精确控制对养殖者是一个大的挑战。生物过滤末端处理在养殖环境保护方面具有很大的发展潜力，值得对微生物种类、丰富度、作用机理等做更多研究。

3.2 粪便除臭剂 通过降低粪便p H（酸化剂），在猪粪中添加吸附类物质（吸附剂、掩饰剂）及在粪便中添加除臭优势菌种（除臭剂）等措施都可以减少粪便氨气的产生。当温度保持不变时，pH 决定了NH4+和氨气之间的平衡，较低的pH 会降低氨水比例，因此氨水挥发的可能性较低，动物粪便酸化以减轻氮的损失就是依赖这一原理。NH3释放量的最大程度增加发生在p H 7～10，pH 降低到7 以下会抑制氨气的挥发，但是在pH 4.5 左右，几乎没有可以测量的游离氨[50]。末端微生物除臭剂可以将菌剂直接喷洒到猪粪便上，或者作为微生物发酵液直接添加到猪排泄物中，利用微生物的硝化作用和反硝化作用来转换氮元素[51]，以及微生物之间的协同、繁殖、共生作用转化分解粪便中的有机物质，以达到降低氨气排放的目的。

4 小 结

综上所述，控制猪舍氨气的排放有利于猪只福利和一线工作者的健康，减少养殖业有害气体的排放，进而减少大气、水体和土壤的污染。所以在养猪生产上控制氨气的排放是至关重要的。目前，在饲料源头控制氮排放的研究已经比较成熟，可通过全阶段的饲粮调整，且有标准可依；市面上也有各种类型的饲料添加剂可满足生产需要，但是对于经济高效、无抗等方面的添加剂仍在继续研究。饲养过程减排与饲养管理密切相关，难以对所有养殖场统一标准，统一要求。氨气的末端处理在养殖环境保护方面有很大潜力，减排效果也很理想，是今后猪舍氨气减排的大趋势。氨气末端处理的主要技术挑战是在较高负载速率下如何不降低氨气的减排效果，以及增加生物滤器介质的使用寿命、增加生物滤器介质中微生物的丰富度和数量等。