冬季分娩豬舍內主要有害氣體分布規律及其影響因素探究

暴雪艷，張 靜，張 楠，王同振，郝瑞榮，李清宏

（山西農業大學動物科技學院，山西 太谷 030801）

隨著生豬產業逐漸向規模化、專業化的推進，豬舍環境問題越來越成為制約生豬健康發展的重要因素，其受到廣泛關注[1]。豬舍有害氣體的排放不僅對畜禽機體的傷害最直接，而且易誘發其他疾病。畜舍中的有害氣體主要是氨氣和硫化氫，通過有機物和無機物厭氧發酵等途徑產生[2-4]。畜舍中氨氣濃度過高，會通過呼吸進入毛細血管，與氧競爭性結合血紅蛋白，降低運氧能力，導致動物機體貧血、組織缺氧[5]；高濃度的氨氣會直接對體組織產生刺激作用，造成組織溶解和壞死，導致中樞神經麻痹、中毒性肝病和心肌受損[6]；降低小豬生長性能，使免疫力下降[6-9]。畜舍中的硫化氫是一種無色、易揮發、帶有惡臭的氣體，對黏膜的刺激性極大，易使家畜出現流淚、怕光和角膜混濁等應激反應，引發家畜氣管炎和鼻炎等疾病。

為了進一步研究豬產房內主要有害氣體的分布規律及其影響因素，本試驗在山西金祥瑞農牧科技有限公司，對豬舍內溫度、濕度以及氨氣、硫化氫和二氧化碳等氣體的濃度進行實時監測，并進行了回歸分析，旨在為解決畜舍有害氣體的影響提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 豬場選擇

試驗在太谷縣山西金祥瑞農牧科技有限公司進行。

1.2 豬舍結構與測定設備布置

本試驗選擇在一個雙坡式的全漏縫地板的分娩舍進行，長21.5 m，寬13.1 m，豬舍凈高3.51 m，屋頂最高4.62 m，在南墻有2個1.7 m×3.6 m的窗戶用于通風和采光，東西墻上各有2個風扇，風扇的中心距墻角2.1 m、地面1 m，直徑為80 cm。北墻上有一個2.0 m×1.3 m的舍門，在門的左側，距地面2.1 m處有個0.4 m×0.4 m的通風窗口，圈舍采用暖氣取暖，其位于東西墻與風扇相連（圖1中的符號○）。其工作原理為：當熱水或冷卻水流經水暖暖風機的散熱管時，通過對流把熱量傳遞到基管內壁，內壁再通過熱傳導把熱量傳遞到外壁和翅片，外壁和翅片最后再以強制對流和輻射的方式加熱或冷卻周圍的空氣。該場的溫度探頭與進水管管壁相接，通風量為2.84 m3/s。試驗于2017年1月3日開始，連續檢測7 d，于1月9日結束。

1.3 飼養管理

全圈共有母豬22頭，小豬219頭，質量均為15 kg，早晚飼喂。圈舍采用干清糞，早晚各一次，糞便由刮糞機清理，尿液順著管道流走。

1.4 檢測儀器

MQ137氨氣半導體傳感器，檢測濃度范圍為5～500 mg/kg，MQ137氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫（SnO2）。當傳感器所處環境中存在氨氣時，傳感器的電導率隨空氣中氨氣濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。

MQ136硫化氫半導體傳感器，檢測濃度范圍為1～200 mg/kg，原理同MQ137氨氣半導體傳感器。

MH-Z19B二氧化碳氣體傳感器，測定范圍為0～10 000 mg/kg，是一個通用智能小型傳感器，利用非色散紅外（NDIR）原理對空氣中存在的CO2進行探測，具有很好的選擇性和無氧氣依賴性，壽命長。內置溫度補償；同時具有數字輸出、模擬輸出及PWM輸出，方便使用。該傳感器是將成熟的紅外吸收氣體檢測技術與精密光路設計、精良電路設計緊密結合而制作的高性能傳感器。

SHT21IC溫濕度傳感器，溫度檢測范圍為-40～120℃。數據采集卡將檢測到的數據傳輸到計算機。

1.5 儀器的校準

在豬舍內分別用上述儀器和實驗室法測定同一位置氣體濃度，采集多次，做擬合曲線。其中，氨氣的擬合曲線為y＝0.07x＋3.654；硫化氫的擬合曲線為y＝0.114x－0.109。其中，x為儀器所測得的數據。而二氧化碳傳感器校準誤差較小，由于二氧化碳濃度較大，屬于誤差正常范圍，故直接采用讀數。

1.6 環境參數監測

于豬舍距地面1.6 m處，同一個層面采取3個點：畜舍正中和邊上2點（圖1中2，3號代表邊上的2個點，4號代表畜舍中心位置），連續監測，測得水平位置參數規律；取畜舍中間垂直位置距地面0.1，1.55，3.1 m共3個點進行監測（圖1中1，4，5號），測其垂直分布規律。

1.7 產房內NH3，H2S和CO2濃度與畜舍溫濕度的關系

分析畜舍NH3，H2S和CO2濃度和溫濕度的關系，應排除通風等其他因素的干擾，故選擇相對封閉的夜間監測的數據。

1.8 數據處理

將采集到的數據中每2 h內數據的均值±標準差作為每個時間點的測定值，7 d的數據為重復值，進行SPSS方差與回歸分析，采用GraphPad Prism軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 豬舍內日變化規律

由圖2可知，NH3，H2S和CO2晝夜濃度變化明顯，9：00—17：00 各氣體濃度均低于夜間濃度，其中，11：00 時，NH3，H2S 濃度最低，平均值分別為14.50，0.84 mg/kg，15：00 時 CO2濃底最低，平均值為684.54 mg/kg；一天內各氣體的最高濃度分別為23.63，2.88，1 030.37 mg/kg。

2.2 豬舍內氣體濃度的空間分布規律

2.2.1 豬舍內氣體濃度水平位置變化 由圖3可知，在同一水平面上，豬舍中心的NH3濃度均值為10.95 mg/kg，豬舍周邊濃度均值為19.54 mg/kg；豬舍中心H2S濃度均值為1.72 mg/kg，周邊濃度均值為2.07 mg/kg；豬舍中間位置CO2濃度與周邊濃度均值分別為896.04，825.54 mg/kg。由此可見，豬舍中心NH3，H2S氣體濃度低于四周靠墻位置，位于中間位置CO2的濃度高于四周，但差異不大。分析結果認為，畜舍各位置的有害氣體濃度是與通風相關，氣體流動性越好，主要有害氣體濃度越低。

2.2.2 豬舍內氣體濃度垂直高度變化 由圖4可知，在動態監測過程中，NH3，H2S和CO2濃度在畜舍的不同高度間存在一定差異。0.1 m處的NH3濃度顯著高于1.55，3.1 m處，在3.1 m處濃度最低；H2S濃度在1.55 m處最高，平均為1.47 mg/kg，于3.1 m處最低，濃度小于儀器所能檢測的最低范圍；3.1 m處CO2的濃度最高，為997.37 mg/kg，1.55 m處次之，平均為896.04 mg/kg，0.1 m處最低，平均為804 mg/kg。綜上所述，NH3分布在整個畜舍的最下面，H2S位于畜舍中部的空氣層，而CO2主要分布在畜舍的頂層。

2.3 豬舍內NH3和CO2濃度與畜舍溫濕度的關系

NH3，CO2濃度與豬舍內的溫濕度均有顯著關系（式（1），（2））。經回歸分析，H2S與溫濕度間沒有顯著相關性。

式中，y 表示 NH3濃度（mg/kg），x1表示溫度（℃），x2表示濕度（%）。r（y，x1）＝0.898，r（y，x2）＝0.815，P＜0.05。

式中，y 表示 CO2濃度 （mg/kg），x1表示溫度（℃），x2表示濕度（%）。r（y，x1）＝0.856，r（y，x2）＝0.945，P＜0.05。

表1、表2為根據以上回歸關系得到的NH3和CO2與溫濕度在擬合情況下的數據，結果顯示，NH3和CO2隨著溫濕度的增加而增加。

表1 豬舍在不同溫濕度下氨氣濃度 mg/kg

表2 豬舍在不同溫濕度下二氧化碳濃度 mg/kg

3 討論

3.1 豬舍時空分布規律

豬舍內氣體的濃度與豬場的日常管理密切相關。本試驗結果表明，豬舍內的氣體濃度變化與時間規律存在一定關聯，NH3，H2S和CO2氣體的濃度在9：00—17：00均處于較低水平，而在夜間較高。該現象可能是由于舍內NH3和H2S濃度隨著通風的變化而變化，冬季外面溫度較低，畜舍夜間門窗緊閉，晚上飼喂之后，飼養員出入減少，通風隨之減少，處于一個相對封閉的環境，減少了糞便和豬只呼吸產生氣體的排放，NH3，H2S和CO2濃度隨之升高。23：00之后各氣體濃度均下降，可能是由于豬只進入睡眠狀態以后，活動減少，氣體通過門窗和通風窗口少量排出，導致氣體濃度降低。而在白天（9：00—17：00），隨著畜舍外溫度升高，飼養員進出畜舍，舍內的空氣流出，各氣體濃度降低，該結果與龔建軍等[10]和朱志平等[11]的研究結果相似。

由于各氣體理化性質的不同，會導致不同氣體在畜舍中不同位置的差異分布。本試驗通過分析舍內氣體的空間分布規律發現，在同一水平面，畜舍角落與中心氣體濃度分布不均勻，畜舍內四周的NH3和H2S濃度偏高，可能是由于畜舍門窗封閉不嚴實形成的對流風使得畜舍中央氣體濃度偏低，四周較高；CO2的中央與四周濃度差距不明顯，沒有類似規律。NH3，H2S和CO2濃度表現出明顯的垂直分布規律，在畜舍下方NH3濃度最高，垂直向上呈遞減的趨勢，可能是因為氨氣主要由糞便產生，由于糞溝清理不及時，產生NH3，擴散到地面，NH3遇水形成氨水，分子量變大，故地表NH3濃度最高；H2S濃度在0.1，1.55 m處差異不明顯，均高于3.1 m處的濃度，可能是由于H2S的分子量較大，處于空氣下層，且其垂直高度基本與試驗動物等高。CO2的空間分布差異不大，CO2是由豬只的呼吸產生，氣體所處位置理論上與動物體等高，可能受排風扇的影響將氣體擠向兩邊，導致畜舍空間頂層濃度高于理論位置，此外，由于CO2分子量比空氣質量大，故擠到下面的CO2沉降到漏縫地板下。歐陽宏飛等[12]研究表明，在冬季的密閉羊舍內各氣體濃度呈垂直規律分布，與本試驗結果一致。

3.2 豬舍各環境參數之間的互作效應

豬舍內NH3，H2S和CO2的濃度受畜舍溫度和濕度的顯著影響。本試驗結果表明，豬舍內各氣體濃度與溫濕度之間存在明顯的正相關關系，在其他條件一致的情況下，隨著溫度的升高，豬舍內的NH3濃度升高。可能是因為豬舍內的NH3主要由微生物對糞尿、飼料的殘渣和墊草的分解產生，糞便中的部分有機物未被機體分解，含有蛋白質和氨基酸等有機物[13]，經微生物分解產生NH4+，在溫濕度、pH適宜的情況下，揮發生成NH3[14]；在糞尿與胃腸道的消化物中，尿素以尿氮的形式存在，在脲酶的作用下，尿素分解生成NH3，而脲酶在適宜的溫度范圍內隨著溫度的升高其活性增大[15-16]；此外，由于NH3遇水形成 NH3·H2O，而 NH3·H2O 不穩定，受熱易分解形成NH3，溶解度減小，NH3揮發加快。在其他條件一致的情況下，脲酶活性隨濕度的增加而增加[16]，畜舍濕度加大時，NH3與水結合滯留在畜舍內，而且高濕度的NH3更有利于糞便中微生物的繁殖、NH3的生成。

在其他條件一致的情況下，隨著室內溫度的升高，CO2濃度升高。溫度越高，豬只的新陳代謝越旺盛，呼吸加快，CO2濃度增加。同時，舍內溫度升高，糞便溫度隨之升高，CO2排放量增加[17]。本試驗結果表明，在其他條件一致的情況下，CO2濃度隨著濕度的增加而增加。而張子軍等[18]研究表明，江淮地區夏季羊舍內，CO2濃度與溫濕度存在著不顯著的負相關關系，其結果與本試驗沖突，可能是由測試季節、分布區域以及試驗動物種類的差異所導致的。

4 結論

本研究表明，豬分娩舍內的氨氣、硫化氫和二氧化碳濃度存在時空分布規律，畜舍中間的各氣體濃度相對較低，垂直分布明顯。

豬分娩舍內的氨氣、硫化氫和二氧化碳濃度的高低受畜舍的溫濕度和通風的影響。

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