猪舍不同通风模式对空气质量及猪只健康的影响

2023-05-12白红杰闫祥洲

畜牧与饲料科学 2023年2期

白红杰，闫祥洲，范磊，王璟

（1.河南省农业科学院，河南郑州 450002；2.河南省农业科学院畜牧兽医研究所，河南郑州 450002）

白红杰，闫祥洲，范磊，等.猪舍不同通风模式对空气质量及猪只健康的影响［J］.畜牧与饲料科学，2023，44（2）：72-80.

养猪生产的后非洲猪瘟时代，为防范烈性传染病，通常采用减少通风、清粪等被动措施，造成舍内卫生条件恶化，舍内有害气体、粉尘和微生物气溶胶浓度蓄积性超标［1］。高浓度有害物质造成猪只缺氧、呼吸系统过敏、免疫力降低［2］，同时其可携带多种病原微生物［3］，直接、间接和媒介传播病原菌［4］，诱发猪只支气管炎、慢性肺炎以及其他疾病，造成淘汰率和死亡率升高［5］，危害猪只健康［6-7］，也对饲养人员健康造成威胁［8］。突发的烈性传染病中70%以上与通风不良有直接关系［9］。猪舍自然通风和简单机械通风均存在严重的生物安全漏洞，存在传播疫病的风险。当前，安全可靠的猪舍通风换气模式研究较少，成熟方案鲜有报道。基于此，该试验优化过滤式垂直立体通风系统，突出生物安全的首要度，精准设计运行模式和运行系数，增加入舍空气过滤系统，避免空气中的杂质和病原菌进入猪舍；增加地下航道和舍内密闭进、出风管道系统，保证新鲜空气足量入舍和舍内有害物质充分净化。通过动态监控舍内有害气体浓度、悬浮尘埃、微生物气溶胶浓度、空气洁净度等数据，适时启动垂直通风系统，保证空气质量。垂直立体通风系统以独立的风道防止病菌在猪舍中传播、以较好的空气流动均匀性及时清除舍内有害物质。试验旨在研究垂直立体通风系统对空气质量、猪群健康度和生物安全的效果，为其在规模化养猪企业使用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验条件

2021 年9 月1—27 日，试验在河南省新乡市某万头猪场2 栋全封闭育肥猪舍进行。猪舍硬件建设条件一致，呈东西走向，长60 m、宽12 m、高4.5 m；南、北双排32 个猪栏，中间净道，舍内吊顶。舍内设施设备相同，同种料线、温控、通风等设备。管理条件一致，猪只为同一生产批次、87～90 日龄、体重44～45 kg 的去势二元猪。舍内净道相同位置（前、中、后）离地高度0.8 m 处，设置3 个测定点，安装有害气体、微粒和微生物气溶胶监测仪器。

1.2 通风换气系统

对照组为纵向通风、试验组为过滤式垂直立体通风。

1.2.1 纵向通风

由湿帘+风机组成。猪舍东西两侧长轴外墙壁分别安装湿帘、风机。一侧安装两块湿帘，规格3.6 m×1.8 m；另一侧安装2 台风机，风叶直径1.4 m、风量39 000 m3/h。以负压通风方式完成空气交换［10］。

1.2.2 过滤式垂直立体通风

采用美国Airworks 垂直通风系统，加装空气过滤系统和航道式密闭进、出风系统。空气过滤系统选用2 套F9 级（MERV15-16）中效空气过滤系统［11］，其额定功率3 200 m3/h、初阻力120 Pa。过滤分为3 层：第一层过滤PM10颗粒，第二层过滤PM2.5颗粒，第三层过滤PM1.0颗粒［12］。航道式密闭进、出风系统，试验猪舍中间净道下设置长56 m、宽3 m、深4m 航道，航道内安装2 条硬质复合材料进风管道、吊顶（阻燃矿岩板材）上安装2 条硬质塑料复合材料抽风管道。设计通风换气风量19 000～36 000 m3/h，入舍空气过滤处理后，由2 台正压风机经密闭管道送风、舍内污染空气经2 台风机负压排风到舍外。

1.3 检测仪器

英思科Mx6TBRid 复合气体检测仪、美国特赛TSI DUSTTRAKMDRS （8533EP 型）粉尘监测仪、Andersen-6 级采样器（美国Tisch environmental 型号 TE10 -800）、LAL 试剂盒（QLC -100BioWhittaker，Walkersvile，MD）、电热恒温培养箱（DH4000A 型）、ABI7600 荧光定量PCR 仪、酶标仪（TECAN，AUSTRIA）等。

1.4 试验方法

1.4.1 有害气体采集

每日8：00 在舍内净道3 个固定监测点，使用英思科Mx6TBRid 复合气体检测仪可同时采集NH3、H2S、CO2、CH4浓度数据，数字显示浓度，NH3、H2S、CH4检测量程均为0～100 mg/m3，CO2检测量程为0～3 000 mg/m3；每种有害气体采集2 个样本，每舍每日采集24 个样本。采集通风前2 min和通风后2 min 的数据，每次测定时间0.5 min，间隔1 min，2 个重复。

1.4.2 微粒采集

每日16：00 在舍内3 个固定监测点，使用美国特赛粉尘监测仪检测微粒TSP、PM10、PM2.5、PM1.0浓度。特赛粉尘监测仪平均浓度可数字显示，测量范围设定为0.001～10 mg/m3，相对误差≤10%，每次监测时间1～2 min，每日每栋舍采集12 个微粒平均值样本。

1.4.3 微生物气溶胶采集检测

每日10：00 在舍内前、中、后3 个固定监测点，使用Andersen-6 级FA-1 型撞击式采样器采集微生物气溶胶。采样前，先消毒处理采样器。采样时，用5%绵羊血-琼脂培养液为采样介质，用75%酒精棉球擦拭消毒，晾干，将消毒处理后培养基平皿先后放入采样器内，打开采样器进气口，收集微粒、微生物气溶胶和病原菌，将其采集到直径80 mm、孔径0.2 μm 的滤膜上；每次采样驱动时间5～10 min。采样器的标准流量设为28.3 L/min，六级平板的总微生物数控制在25～300 个。每日每栋采集3 个样本，采样结束后，取回采样培养皿，标记好采样序号，带回实验室置于37 ℃恒温培养箱，培养48 h，计数，按照Andersen 校正表校正后，计算气载需氧菌含量（CFU/m3），计算公式如下：

C=（N×1 000）/（Q×T）

式中，C：浓度（CFU/m3）；N：六级平板上总微生物数（CFU）；T：采样时间（min）；Q：气体流量（28.3 L/min）。

1.4.4 抗体、病原菌鉴定

抗体、病原菌鉴定委托河南省农业科学院畜牧兽医研究所完成。每组猪舍每栏抽检1 头猪血清，以ELISA 方法检测猪群（猪瘟、猪伪狂犬病、猪圆环病毒病、猪繁殖与呼吸综合征、猪支原体肺炎）免疫抗体效价，分析猪群免疫抗体整齐度、评估保护率；病原鉴定样本采集自猪只扁桃体和病死猪，以PCR 诊断鉴定非洲猪瘟病毒、猪瘟病毒、猪圆环病毒、猪繁殖与呼吸综合征病毒；采集猪舍环境样本中的粪便和灰尘，培养并分离猪舍猪链球菌、副猪嗜血杆菌、猪肺炎支原体；通过定性和定量分析判断，做出猪群感染风险综合评价。

1.5 数据分析

1.5.1 有害气体、微粒

用Excel 进行均值处理，采用SPSS 19.0 统计学软件对数据独立样本进行t 检验，P＜0.05 为差异显著，P＜0.01 为差异极显著，数据分析结果以“平均值±标准差”表示。

1.5.2 微生物气溶胶

因微生物气溶胶数据非正态分布，舍内气载需氧菌浓度采用中间值（median）表示（适用于采样数量较少且数据浮动较大的样品统计），所获得的数据采用Excel 和SPSS 19.0 统计学软件，进行方差分析及差异性比较，用最大值与最小值反映数值的波动范围。

1.5.3 猪群健康度

抗体检测用Excel 进行均值处理，差异显著性采用SPSS 19.0 统计学软件对数据独立样本进行t检验；病原鉴定和细菌培养采用+/-方式进行阳性和阴性感染判断表示；猪群病死率用百分比表示。

2 结果与分析

2.1 有害气体浓度测定

从图1 可以看出，随着时间的推移，试验组舍内有害气体浓度逐渐降低，第7 天时NH3浓度降低到平均浓度6.54 mg/m3，保持稳定；对照组NH3浓度在第4 天降低到平均浓度12.23 mg/m3，NH3浓度在第2 天通风后在11～13 mg/m3区间，降低幅度不明显，变化无规律。H2S 浓度变化情况为，试验组H2S 浓度第3 天降到4.44 mg/m3，保持稳定；对照组H2S 浓度第6 天降低到8.63 mg/m3，浓度在7.78～8.87 mg/m3，变化规律不明显。由表1 可知，试验组和对照组相比，NH3浓度降低46.52%，差异极显著（P＜0.01）；H2S 浓度降低48.55%，差异极显著（P＜0.01）；CO2浓度降低29.84%，差异显著（P＜0.05）；CH4浓度降低26.98%，差异显著（P＜0.05）。

图1 对照组和试验组NH3 和H2S 浓度变化

表1 有害气体浓度

2.2 微粒测定

从图2、图3 可以看出，总悬浮颗粒（TSP）浓度，试验组第4 天降低到0.813 mg/m3，保持稳定，对照组降低幅度不大、规律不明显；PM10浓度，试验组第8 天降低到0.528 mg/m3，保持稳定，对照组第10 天降低到接近平均浓度，变化规律不明显；PM2.5浓度，试验组第14 日降低到0.144 mg/m3，对照组第17 天降低到0.382 mg/m3；PM1.0浓度变化，试验组第14 天降低到平均浓度0.093 mg/m3后，随着通风持续，浓度在0.04～0.06 mg/m3区间，对照组第9 天浓度0.286 mg/m3，变化幅度大，无规律。由表2 可知，试验组和对照组相比，总悬浮颗粒（TSP）、PM10浓度分别降低29.12%、23.92%，差异显著（P＜0.05）；PM2.5浓度降低62.30%，差异极显著（P＜0.01）；PM1.0浓度降低67.48%，差异极显著（P＜0.01）。

表2 微粒测定

图2 试验组微粒浓度

图3 对照组微粒浓度

2.3 微生物气溶胶浓度（需氧菌）测定

从图4、图5 看出，试验组舍前端、舍中间、舍后端3 个监测点微生物气溶胶平均浓度分别为1.45×104、1.57×104、1.56×104CFU/m3；通风第9 天舍中间微生物气溶胶浓度降低到1.53×104CFU/m3，保持稳定；对照组舍前端、舍中间、舍后端3 个测量点微生物气溶胶平均浓度分别为2.43×104、3.83×104、3.78×104CFU/m3；通风第2 日舍中间微生物气溶胶浓度降低到3.35×104CFU/m3，此后浓度变化无规律。由表3 可知，试验组和对照组相比，微生物气溶胶浓度最小值、中间值和最大值分别降低84.04%、54.33%、73.09%，差异极显著（P＜0.01）；由表4 可知，对照组舍前端气溶胶浓度比舍中间、舍后端分别降低36.55%、35.71%，差异极显著（P＜0.01）；试验组舍前端、舍中间、舍后端气溶胶浓度相差不大，差异不显著（P＞0.05）。

表4 舍内不同检测点微生物气溶胶（气载需氧菌）浓度

图4 试验组微生物气溶胶浓度

图5 对照组微生物气溶胶浓度

表3 微生物气溶胶（气载需氧菌）浓度的最小值、中间值和最大值

2.4 抗体检测

由表5 可知，试验组和对照组相比，猪瘟病毒、猪伪狂犬病病毒gB、猪圆环病毒抗体阳性率分别提高9.52%、13.18%、9.81%，差异显著（P＜0.05）；猪繁殖与呼吸综合征病毒、猪肺炎支原体分别提高29.97%、26.64%，差异极显著（P＜0.01）；抗体离散度试验组和对照组相比，猪瘟病毒、猪伪狂犬病病毒gB、猪圆环病毒、猪繁殖与呼吸综合征病毒、猪肺炎支原体分别降低36.14%、39.89%、34.09%、37.77%、42.53%，差异极显著（P＜0.01）。

表5 抗体检测结果

2.5 抗原鉴定和细菌培养

由表6 可知，试验组共采样41 份样本，包括24 份环境样本、16 份猪只扁桃体样本、1 头淘汰猪样本；对照组样本共44 份，包括24 份环境样本、16 份猪只扁桃体样本、4 头淘汰猪样本。试验组只检出猪链球菌；对照组检测出猪圆环病毒、猪繁殖与呼吸综合征病毒、猪链球菌、副猪嗜血杆菌、猪肺炎支原体。两组均未检出非洲猪瘟病原。

表6 病原检测和细菌培养结果单位：份

3 讨论

猪舍通风需要符合GB/T 17824.3—2008、GB/T 17824—1999 规定，满足猪只生产性能发挥和健康的需要［13］。试验组垂直立体通风系统的气流运动路径自上而下，相对独立，可将舍内有害物质通过上、下密闭通风管道直接排出舍外，进风和排风之间无交叉感染［14］。当某猪只出现了病情，垂直立体通风会将带病菌的有害空气沿着气流垂直方向排到舍外，减少其他猪只感染［15］，降低呼吸道疾病发生概率。

3.1 通风模式对有害气体的影响

NH3、H2S 为猪舍有害气体中主要成分，具有毒性［16］，当舍内有害气体浓度较低时，会造成猪只体质变弱、抗病力减弱；当舍内有害气体浓度较高时，损伤猪只呼吸道黏膜，破坏黏膜免疫屏障，导致猪只呼吸麻痹，窒息死亡。猪只长时间处于有害气体含量超标环境中，会造成猪只生长发育迟缓，增加空气传播疾病的易感性，危害猪只健康。

猪舍中NH3由尿素水解和粪便、浪费饲料中有机氮分解产生［17］，进入呼吸系统后，引起上呼吸道黏膜充血，咳嗽，甚至引起肺部出血和炎症［18］。当NH3浓度达到7.7～11.6 mg/m3时，猪只缺氧、贫血；浓度达到38 mg/m3时，猪只中枢神经麻痹，呼吸系统疾病和萎缩性鼻炎发病率大幅增加［19］。NH3浓度也会影响猪只生产性能，猪只增重和环境中NH3浓度呈负相关，料重比随着NH3浓度的升高而升高［20］。NH3比重小于空气，舍内NH3浓度分布呈现由下向上逐渐递增，舍内上层分布比重轻于空气的NH3，试验组的垂直立体通风系统由舍底送风、舍顶抽风组成，舍内NH3被快速从密闭抽风通道排出舍外。试验组和对照组相比，舍内NH3浓度降低46.52%，差异极显著（P＜0.01）；舍内H2S 由于饲料中蛋白配比过剩，剩余的蛋白质在猪只肠道中发酵产生；舍内通风不良时，H2S 浓度超标，会引起猪只怕光、不食、丧失食欲等。试验组和对照组相比，H2S 浓度降低48.55%，差异极显著（P＜0.01）。

舍内CO2含量反映卫生状况和通风效果，CO2浓度和O2含量呈负相关，CO2超标则O2含量不足，猪只慢性缺氧。CH4超标，猪只乏力、呼吸加速、共济失调。试验组和对照组相比，CO2、CH4浓度分别降低29.84%、26.98%，差异显著（P＜0.05）。

垂直立体通风系统通过其特殊的通风方式和通风路径，提升净化有害气体效率，显著降低舍内有害气体含量。

3.2 通风模式对微粒和微生物气溶胶的影响

舍内微粒、气溶胶和细菌通常悬浮舍内，当其含量超标时可诱发猪只呼吸道疾病［21］。

3.2.1 对微粒的影响

舍内微粒多为猪只争抢饲料时产生的飞沫、粉尘等。多数微粒直径范围在5～10 μm，PM10可进入上呼吸道，PM2.5可进入支气管，PM1.0可进入肺；试验证明，颗粒直径越小，在空气中停留的时间越长，可传播到较远距离，粒径小于2.0 μm 的颗粒进入支气管，一部分沉积在肺部，影响肺部气体交换［22］。舍内微粒含量越高、颗粒越细，对猪只危害越严重［23］。猪舍内微粒的产生受多种因素影响，该试验在16：00 饲喂开始前采样，以减少由于猪群争抢饲料、活动量增加导致微粒浓度上升而对试验产生的影响。试验组微粒浓度显著低于育肥猪舍标准（GB/T 17824.3—2008），可见垂直通风系统加装空气过滤系统后，入舍空气内杂质减少、洁净度提升，加上垂直通风密闭风道减少了微粒在舍内漂浮。试验组与对照组相比：PM2.5、PM1.0浓度降低明显，差异极显著（P＜0.01）。穆钰等［24］研究证明，纵向通风方式虽有较好的排污效率，能够使舍内颗粒逃逸；但这种通风方式会使病毒颗粒扩散，产生交叉感染。在常态化防范ASF 的生物安全要求下，纵向通风存在安全隐患。

3.2.2 对微生物气溶胶的影响

舍内通风次数减少、空气流动性变差，污染性加重［25］，悬浮的固体微粒、液体粒子、微生物和水结合后形成微生物气溶胶［26］。微生物气溶胶浓度是空气环境质量的主要指征［27］。猪舍微生物气溶胶包括细菌气溶胶、真菌气溶胶和病毒气溶胶三大类［28］，随着需氧菌浓度增加、气源性致病微生物含量随之增高［29］。猪舍中44.00%气载需氧菌可进入上呼吸道，部分进入支气管、肺泡，最后进入血液系统，粒径大小决定了其在空中扩散距离、悬浮时间和进入呼吸道的深度［30］；粒径10 μm 以上被阻在鼻腔内、粒径5～10 μm 被阻在呼吸道和支气管内、粒径5 μm 以下进入细支气管、粒径小于1 μm 进入肺泡内。粒径1～2 μm 有50%沉积在肺部，沉积量随粒径变小而增加。舍内高浓度气溶胶致使猪只机体免疫负荷增重，免疫功能受损［31］，猪只对疫病的抵抗力降低，对猪群产生重大威胁［32］。试验组舍内前、中、后3 个检测点微生物气溶胶浓度，舍前端浓度比舍中间浓度、舍后端浓度分别降低7.64%、7.01%，差异不显著，舍中间和舍后端需氧菌浓度差距仅为0.01×104CFU/m3，变化不大。舍内空气流动均匀，通风换气无死角。舍内微生物气溶胶浓度含量低，分布均匀，各个区域浓度变化不明显。对照组舍内前、中、后3 个检测点微生物气溶胶浓度，舍前端浓度比舍中间浓度、舍后端浓度分别低36.55%、35.71%，差异极显著（P＜0.01）。垂直立体通风比纵向通风换气更彻底，舍内微生物气溶胶浓度净化率更高。由试验结果可知，垂直立体通风系统比纵向通风系统更能显著降低舍内微生物气溶胶浓度。

3.3 通风模式对猪只健康的影响

猪舍通风不良导致舍内有害物质蓄积，诱导猪只产生明显的免疫抑制和免疫麻痹，造成免疫抗体阳性率不合格、离散度过高；猪群抗病力下降，呼吸系统疾病发生，死淘率升高。纵向通风使带病菌的空气在舍内大范围流动，随着气体流动方向传染其他猪只；垂直通风方式上、下固定风路，避免病菌传播风险，为猪只提供安全可靠的小环境。

3.3.1 对免疫抗体的影响

猪群抗体阳性率和免疫力成正相关，抗体阳性率高，形成牢固的免疫屏障，猪群抗病力强［33］；猪群免疫抗体离散度和猪群健康呈负相关，离散度越大，免疫效果越差；商品猪群抗体离散度要求≤25%，种猪抗体离散度要求≤20%［34］。试验组通风换气时噪声小，对猪群应激较小；猪群接种疫苗后，产生的抗体水平高、整齐度好、离散度小。试验组和对照组相比，猪瘟、猪伪狂犬病、猪圆环病毒病等非呼吸系统疾病的免疫抗体阳性率分别提高9.52%、13.18%、9.81%，差异显著（P＜0.05）；猪呼吸系统疾病猪繁殖与呼吸综合征、支原体肺炎的免疫抗体阳性率提高29.97%、26.64%，差异极显著（P＜0.01）；与对照组相比，试验组猪瘟、猪伪狂犬病、猪圆环病毒病、猪繁殖与呼吸综合征、猪支原体肺炎抗体离散度分别降低36.14%、39.89%、34.09%、37.77%、42.53%，差异极显著（P＜0.01）。试验组的垂直通风方式对呼吸性疾病的猪繁殖与呼吸综合征和支原体肺炎免疫效果改善最显著，猪群注射疫苗后，产生抗体阳性率高、离散度小。通风系统通过改善舍内小环境空气质量是否对猪只免疫抗体产生形成良性作用，对免疫抗体的产生、活性、稳定性形成正关联，以后在生产实践中将继续探索。各组均未注射非洲猪瘟疫苗，也未检测出非洲猪瘟病毒抗体。

3.3.2 对病原和细菌的影响

试验期间，试验组淘汰1 头猪，对照组淘汰4头猪。对淘汰猪只进行临床诊断和实验室鉴定，试验组淘汰猪只瘦弱，为消化性疾病，未检测出病原，失去经济价值，主动淘汰；在对照组4 头淘汰猪只中检测出猪圆环病毒、猪繁殖与呼吸综合征病毒和猪肺炎支原体。根据育肥猪育成率98%～99%估算，试验组合格，对照组不合格。各组未检出非洲猪瘟病原。

试验组和对照组猪舍均符合GB/T 17093—1997 中规定的细菌总数≤4×103CFU/m3卫生标准。通过对24 份环境样本和淘汰猪只进行检测发现，对照组检出猪圆环病毒、猪繁殖与呼吸综合征病毒、猪链球菌、副猪嗜血杆菌、猪肺炎支原体等病原；试验组只检测出猪链球菌。由此可见，在其他饲养条件一致的情况下，不同通风方式对舍内病原菌有重要影响。