高架发酵床模式下封闭式育肥猪舍的热环境和空气环境特征

陈佳颖，梁家娣，米见对，叶钰怡，吴银宝

(华南农业大学 动物科学学院，广东 广州 510642)

目前，养殖场带来的臭气污染问题受到了人们的日益关注，严重影响了畜禽和人类健康，制约了养殖业的可持续发展。其中，氨气(NH3)和硫化氢(H2S)是养殖场臭气的主要成分[1-2]。长期处于低浓度的NH3、H2S环境中，可导致猪体质变弱，抵抗力下降，增重缓慢，发病率上升[3]。

已有研究表明，发酵床猪舍有利于减少NH3和H2S的排放[4]，但发酵床在温热潮湿的南方区域，尤其在夏季不易降温，从而导致猪的生长性能下降。基于发酵床模式而来的异位发酵床模式作为中国西南地区和东部沿海地区畜禽粪污资源化利用中的主推模式之一，其中的高架发酵床模式分为上下两层，上层养猪，下层为发酵床，避免了生猪与发酵床直接接触，并有效地减少了养殖场的用地面积，实现了粪污零排放。目前国内关于高架发酵床模式猪舍热环境和空气环境的研究较少，因此本试验测定了高架发酵床模式下封闭式猪舍的热环境因素(温度、湿度)和空气环境特征(PM2.5、PM10、 NH3、H2S)，为高架发酵床模式下猪舍的环境调控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 高架发酵床猪舍概况

选取广东江门市某公司采用高架发酵床模式的猪场，该猪场共有2×104头育肥猪，自由采食，采用机械负压通风-湿帘系统。选择其中一个封闭式猪舍作为监测对象：上层为猪舍，养猪层中间为走道，左右两侧为猪栏，共有12栏，饲养539头140日龄的育肥猪；下层为发酵床，共有4条发酵槽，每条发酵槽长36 m、宽3 m，以30%木糠和70%谷壳为垫料，垫料厚度为0.8 m。猪舍层和发酵床层的高度均为2.5 m。猪舍层和发酵床层各安装4个风机，风机功率为1.1 kW，安装高度距地面0.5 m。

1.2 采样点设置

分别于进风口、猪舍层、发酵床层、风机口(即出风口)设置采样点，其中猪舍层和发酵床层采取五点采样法设置采样点(如图1，2所示)。进风口采样点水平距离猪舍1 m，风机口采样点距离风机1 m，所有采样点距离地面或垫料1.2 m。于每个采样点测定热环境因素(温度、湿度)和空气环境特征(PM2.5、PM10、 NH3、H2S)。试验于2018年3月21日-3月25日进行，共测定5 d，取3 d的有效数据。测定时，猪舍层只有1台风机工作，发酵床层4台风机均工作。

1.3 指标测定方法

采用温湿度计(TH101B, 广东美德时仪器仪表有限公司，中国)于各采样点测定温度、湿度，采用迷你空气质量检测仪(DT-96B, 深圳市华盛昌科技实业股份公司，中国)于各采样点测定PM2.5和PM10。

采用纳氏试剂比色法测定NH3[5]。采用电磁式空气压缩机(广东海利集团有限公司，中国)于各采样点吸收氨气，吸收液为0.005 mol/L稀硫酸溶液，时间为3 h，流速为1 L/min。纳氏试剂显色10 min后，于420 nm波长下测定吸光度，并根据所绘制的标准曲线将吸光度换算成NH3浓度。

采用亚甲蓝分光光度法测定H2S[6]。采用电磁式空气压缩机(广东海利集团有限公司，中国)于各采样点吸收硫化氢，吸收液为硫酸镉-氢氧化钠-聚乙烯醇磷酸铵溶液(现配现用)，时间为40 min，流速为1 L/min。使用混合显色液(按1 mL对氨基二甲基苯胺溶液加1滴三氯化铁溶液混合)进行显色30 min后加入1滴磷酸氢二铵溶液，于665 nm波长下测定吸光度，并根据所绘制的标准曲线将吸光度换算成H2S浓度。

1.4 数据统计

采用Excel、SPSS 24.0分析软件对数据进行ANOVA单因素方差分析，数据以平均值±标准误表示，采用GraphPad Prism 8.0 进行作图分析，显著性水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 高架发酵床猪舍的热环境和空气环境特征

各采样点的温度、湿度、PM2.5和PM10浓度如表1所示。各采样点温度范围为(23.53±0.42)～(25.63±1.34)，属于正常范围。方差分析表明，各采样点之间温度没有显著差异(P>0.05)。各采样点湿度范围为(43.23±8.89)～(59.50±4.80)，其中，风机口湿度最高。方差分析表明，各采样点之间湿度没有显著差异(P>0.05)。

表1 高架发酵床猪舍各采样点平均温度、湿度、PM2.5、PM10Table 1 The average concentration of temperature, humidity, PM2.5, PM10 in pig pen

属于生猪活动区域的猪舍层PM2.5和PM10浓度最高。方差分析表明，各采样点之间PM2.5和PM10均没有显著差异(P>0.05)。

每次测定时，猪舍层只有1台风机工作，发酵床层4台风机均工作。每台风机的通风量为45 000m3/h。如表2所示，发酵床层的通风量和平均风速均高于猪舍层。

表2 猪舍层和发酵床层的通风量和风速Table 2 The ventilation volume and airvelocity in pigsty layer and fermentation layer

2.2 各采样点的NH3浓度

各采样点的NH3浓度如图3所示，NH3平均浓度范围为(8.64±0.25)～(10.92±1.77) mg/m3。方差分析表明，各采样点之间NH3浓度无显著差异(P>0.05)。其中，微生物代谢旺盛的发酵床层的NH3平均浓度最高。

2.3 各采样点的H2S浓度

各采样点的H2S浓度如图4所示，H2S平均浓度范围为(17.13±5.90)～(22.25±3.35)μg/m3。方差分析表明，各采样点之间H2S浓度无显著差异(P>0.05),猪舍层的H2S平均浓度略低于发酵床层的H2S平均浓度。

3 讨 论

3.1 温度会影响NH3和H2S的排放

在堆肥过程中，臭气的产生主要发生在猪粪堆肥的升温及高温期[7]，通过冷却装置对猪粪进行冷却可以减缓NH3和H2S的排放[8]。H2S由硫酸盐还原菌所产生[9]，而温度是控制硫酸盐还原菌生物活性的重要因素[10]。程秀花等[11]探究了冬季密闭鸡舍内温度、相对湿度与NH3浓度之间的相关性，发现冬季密闭鸡舍内NH3浓度与温度有强的相关性，但相对湿度与NH3浓度无显著相关性。付典林等[12]认为当生猪在高湿度环境下生长时容易引起生猪打喷嚏、感冒和肺炎等疾病, 并且高湿度环境还会有助于微生物的生长和繁殖, 使生猪皮肤病和呼吸道疾病增加。反之, 当生猪在低湿度环境下生长时, 容易导致猪体表面水分蒸发过多, 使得生猪皮肤和外露黏膜干裂, 也容易引发生猪呼吸道疾病等。所以控制猪舍温湿度是猪舍臭气排放与保证生猪生产性能的重要调控指标。GB/T17824.3-2008《规模猪场环境参数及环境管理》[13]规定，生长育肥舍的适宜温度是15 ～ 23 ℃。本次试验中各采样点的温度均无显著差异，但各采样点的平均温度稍高于国家标准，应配备良好的降温设施以改善猪舍的温热环境，降低臭气的浓度。

3.2 猪只活动可能会影响猪舍空气环境

由表1也可看出，属于生猪活动区域的猪舍层PM2.5和PM10浓度最高。Kim等[14]探讨了猪活动与空气环境之间的关系，发现当温度处于24～31 ℃和相对湿度在63%～91%的炎热夏季时候，猪的活动会减少，使得空气中的粉尘会下降，说明空气中的颗粒物质与猪的活动情况息息相关。且研究表明， 猪舍层灰尘主要由猪舍层的饲料、粪便、生猪皮毛等产生[12]。在本次试验中，尽管各采样点的PM2.5和PM10无显著差异，但猪舍层PM2.5和PM10的平均浓度略高于发酵床层PM2.5和PM10的平均浓度，其原因可能是喂料时生猪的采食活动造成空气中的粉尘增加。

3.3 猪舍通风量可影响猪舍中的臭气浓度

猪舍通风量的大小不仅直接影响舍内环境温湿度，还会影响舍内空气粉尘浓度与臭气浓度。邬本成等[15]对生长育肥猪舍的通风量推荐值为春秋季60.00 m3/(h · 只)，本试验猪舍层的通风量为83.49，高于此标准，通风量充足。生产上规模化封闭猪场经常存在通风量不足的问题，尤其是冬季，导致舍内空气粉尘浓度与臭气浓度过高，影响猪只的生长发育，因此，在生产中采取适当的通风措施可降低舍内有害气体质量浓度，同时应做好通风与温度的协调控制，并保证猪舍热环境和空气质量条件，使猪体健康，充分发挥其生产力。

3.4 养殖模式影响猪舍NH3、H2S浓度

GBT17824.3-2008《规模猪场环境参数及环境管理》[13]中对不同生长阶段的猪舍层NH3、H2S浓度做出了明确的规定，其中生长肥育猪舍的NH3含量上限值为25 mg/m3，H2S含量上限为10 mg/m3。本次试验中所测的NH3、H2S平均浓度符合以上标准。尽管猪舍层和发酵床层的NH3、H2S平均浓度均无显著差异(P>0.05)，但猪舍层NH3、H2S浓度均稍低于发酵床层NH3、H2S平均浓度，这有助于减少NH3和H2S对生猪的刺激。本次试验猪舍层最高的NH3浓度达到10.58±0.16 mg/m3，最高的H2S浓度达到43.4±3.93 μg/m3。Kim等[14]测定的不同类型的猪舍空气中H2S的浓度，为0.8～21.4 ppm，但本次试验所测的NH3浓度高于其所测的NH3浓度，为286.5 ppb ～7.5 ppm，每头猪的NH3和H2S排放量为250.2 mg/h和37.8 mg/h。王国华等[16]测定了不同采样高度时实心地面猪舍内NH3、H2S浓度，分别为7.78±1.24～13.45±1.17 mg/m3、0.72±0.26～1.52±1.17 mg/m3，与本次测定的NH3、H2S浓度有所不同，这可能与饲料的粗蛋白水平、采样点的测定高度、猪舍通风、清粪等管理因素有关[17]。

已有研究表明，高架发酵床模式有利于减少猪舍层NH3和H2S的浓度。俸祥仁等[18]比较了水泥地养猪、传统发酵床养猪和经济型高床式微生态发酵床养猪三种模式中猪舍的NH3和H2S浓度，发现高架床式微生态发酵床模式和传统发酵模式猪舍中的NH3和H2S浓度均显著低于水泥地猪舍。不同垫料成分的发酵床产生的NH3、H2S浓度也不一样，盛清凯等[19]测定了发酵床中添加不同比例的金针菇菌渣和杏鲍菇菌渣对臭气产生的影响，发现金针菇菌渣和杏鲍菇菌渣的添加体积比为45%发酵床的NH3、H2S浓度最低，分别为1.31±0.08 mg/m3、0.26±0.07 mg/m3。此结果所测得的NH3浓度低于本试验所使用的30%木糠和70%谷壳无菌渣垫料时测得的NH3浓度，但H2S浓度高于本次试验所测。Kapuinen[20]和Groenestein等[21]研究比较了不同的垫料对氨挥发的影响，结果表明秸秆与木屑或草炭配合使用，可减少NH3挥发损失。

4 结 论

高架发酵床模式下育肥猪舍各采样点的NH3与H2S平均浓度符合《规模猪场环境参数及环境管理》(GBT17824.3-2008)要求，且发酵床层未显著影响猪舍层的空气环境质量，这说明高架发酵床模式对生猪是安全无害的，试验数据可为高架发酵床模式下猪舍的环境调控提供参考。