規模化蛋雞養殖場欄舍氨排放規律研究*

王佳藝 曹 昀,2# 陳 丹 王文林 吳曉晨

(1.江西師范大學地理與環境學院，江西 南昌 330022；2.江西師范大學鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室，江西 南昌 330022；3.生態環境部南京環境科學研究所，江蘇 南京 210042；4.海南省環境科學研究院，海南 海口 570206)

氨是家禽飼養過程中產生的主要惡臭氣體和有害氣體，氨的排放會導致家禽養殖場欄舍內空氣污染，影響家禽和工人的健康[1]。此外，氨作為堿性氣體，在大氣化學反應和氣溶膠形成過程中起著重要作用[2-3]，其易與二氧化硫、氮氧化物等反應生成PM2.5的關鍵成分硫酸銨和硝酸銨[4-6]，對區域乃至全球大氣環境產生不良影響[7]。其中，蛋雞養殖場欄舍內的氨排放潛力很大，研究其排放規律十分必要。

目前，針對蛋雞養殖場氨排放的估算方法[8-10]、排放特征[11-13]、影響因子[14-15]、減排措施[16-17]等已有較多研究，但蛋雞養殖場欄舍氨排放的日變化和季節變化規律研究還較少。溫度、濕度是蛋雞養殖場的主要環境因子，具有明顯的日變化和季節變化特征。蛋雞對溫度、濕度的變化十分敏感，很有可能影響其氨排放的日變化和季節變化。本研究在江西某規模化蛋雞養殖場內監測不同季節蛋雞欄舍氨排放濃度的日變化，核算氨排放量，探究規模化蛋雞養殖場欄舍氨排放特征，探討其與溫度、濕度的關系，以期為農業源氨排放清單編制以及大氣污染防控提供方法參考。

1 材料與方法

1.1 養殖場欄舍概況

欄舍大小為11.2 m×8.0 m×2.8 m，清糞帶式(M-B)結構，飼養蛋雞品種為黑羽綠殼蛋雞，飼養量為3 000只，采用兩層疊籠式籠養，人工喂料，飲水采用乳頭自動飲水方式。欄舍為全封閉式，采用機械通風，地面為水泥實心地板。采用機械干清糞，每3天清1次，糞水通過管道集中到集糞池，糞污由第三方定期集中清理后返回農田作有機肥料。

1.2 監測點布設

分別于2018年8月4—6日(夏季)、2018年9月27—29日(秋季)、2018年11月22—24日(冬季)、2019年4月16—18日(春季)開展每個季節連續3 d的監測。在欄舍的進風口和排風口設置監測點。其中進風口面積小于0.5 m2，流速分布比較均勻，在進風裝置外的中心位置設置1個監測點。排風口面積大于1.0 m2，流速分布不均勻，所以將排氣窗面按田字格狀等面積分成4小塊，在排氣窗面外各小塊的中心位置設置4個監測點，數據計算平均值。同時在欄舍的上風向(以常年盛行風向為準)空曠地帶設置1個背景監測點(半徑15.0 m范圍內無欄舍和集糞池)。

1.3 數據監測與處理

使用便攜式氨檢測儀(Smart Pro 10)連續測定監測點的氨濃度，每10 min監測1次。使用便攜氣象站(Kestrel 5000)同步測定各監測點的氣象要素(包括溫度、氣壓、相對濕度、風速等)。

根據式(1)計算小時欄舍通風量[18]。

(1)

式中：V為小時欄舍通風量，m3/h；vn為小時排風口平均風速，m/s；S為排風口面積，m2；t為小時排風口累計排風時長，s/h；P為小時排風口平均氣壓，kPa；T0為標準溫度，K，取273 K；P0為標準大氣壓，kPa，取101.3 kPa；T為小時排風口平均溫度，K。

每只蛋雞的小時欄舍氨排放量計算見式(2)[19]。

(2)

式中：Qh為每只蛋雞的小時欄舍氨排放量，mg/(h·只)；ρout、ρin分別為排風口和進風口的小時氨平均質量濃度，mg/m3；n為欄舍中蛋雞飼養量，只。

每日24 h的每只蛋雞的小時欄舍氨排放量加和即為每只蛋雞的日欄舍氨排放量，也就是編制排放清單時需要用到的排放因子。

2 結果與分析

2.1 欄舍氨濃度變化特征

由表1可見，進風口各季節氨質量濃度為0～1.175 mg/m3，日平均值為0.035 mg/m3；排風口各季節氨質量濃度為0.442～10.917 mg/m3，日平均值為1.531 mg/m3，日平均值低于《畜禽養殖產地環境評價規范》(HJ 568—2010)限值(5 mg/m3)。單因素方差分析表明，排風口各季節氨濃度存在顯著性差異(P<0.05)，冬季氨平均質量濃度最大，為2.452 mg/m3，最大值達到10.917 mg/m3；其次依次是春季和秋季，氨平均質量濃度分別為1.480、1.425 mg/m3；夏季氨平均質量濃度最低，為0.765 mg/m3，分別僅為冬季、春季和秋季的31.20%、51.69%、53.68%。但是進風口各季節氨濃度差異不顯著(P≥0.05)，表明欄舍的氨排放貢獻很明顯。

表1 不同季節欄舍進風口、排風口氨質量濃度

分析圖1發現，春季、秋季和冬季排風口氨濃度存在明顯的日變化特征，即白天氨濃度高，夜間氨濃度低，而夏季由于氨濃度總體較小而日變化特征不明顯。各季節氨質量濃度最大值均出現在一天中溫度最高的14:00，分別為1.979、0.868、1.740、3.798 mg/m3，冬季是夏季的4.38倍；而各季節氨濃度最小值基本都出現在溫度最低的午夜至凌晨，分別為1.122、0.647、1.277、1.332 mg/m3，冬季是夏季的2.06倍。

圖1 4個季節蛋雞欄舍排風口氨質量濃度日變化特征

2.2 每只蛋雞的小時欄舍氨排放量變化特征

由圖2可見，4個季節每只蛋雞的小時欄舍氨排放量日變化特征與排風口氨濃度的日變化特征相似，也是峰值均出現在14:00，谷值也基本出現在午夜至凌晨。但季節變化特征明顯不同，夏季和秋季的每只蛋雞小時欄舍氨排放量明顯大于春季和冬季。

圖2 4個季節每只蛋雞的小時欄舍氨排放量日變化特征

根據各季節每只蛋雞的小時欄舍氨排放量計算各季節氨排放因子，4個季節的排放因子分別為0.280、0.508、0.458、0.240 g/(d·只)，夏季最大，分別是春季、秋季、冬季的1.81、1.10、2.12倍。

2.3 每只蛋雞的小時欄舍氨排放量與溫度、相對濕度的關系分析

由表2的一元線性回歸分析可見，每只蛋雞的小時欄舍氨排放量與溫度呈極顯著正相關(P<0.01)，與相對濕度呈極顯著負相關(P<0.01)。

表2 各季節每只蛋雞的小時欄舍氨排放量與溫度、相對濕度的一元線性回歸系數1)

注：1)P<0.01。表3同。

進一步對每只蛋雞的小時欄舍氨排放量與溫度、相對濕度進行二元線性回歸分析(見表3)發現，各季節每只蛋雞的小時欄舍氨排放量與溫度和相對濕度的二元線性回歸相關系數均比一元線性回歸相關系數絕對值大。

表3 各季節每只蛋雞的小時欄舍氨排放量與溫度、相對濕度的二元線性回歸

注：1)y為每只蛋雞的小時欄舍氨排放量，mg/(h·只)；x1為溫度，℃；x2為相對濕度，%。

3 討 論

3.1 排放因子比較

本研究4個季節每只蛋雞的氨排放因子分別為0.280、0.508、0.458、0.240 g/(d·只)，表明排放因子具有明顯的季節差異[20-21]。欄舍結構對排放因子的影響較大。通常，M-B結構欄舍的氨排放因子明顯低于高床飼養(H-R)結構欄舍[22-23]。本研究中，4個季節的排放因子平均為0.372 g/(d·只)，高于國外同為M-B結構欄舍的排放因子[24-25]。分析原因，H-R結構欄舍的清糞頻率一般為每年1次，國外研究中的M-B結構欄舍的清糞頻率為每天1次，而本研究中的M-B結構欄舍清糞頻率為每3天1次。

3.2 溫度、相對濕度對氨排放的影響

4個季節蛋雞養殖場欄舍氨排放濃度和每只蛋雞的小時欄舍氨排放量具有明顯的季節變化特征，夏季氨排放濃度低但每只蛋雞的小時欄舍氨排放量大，而冬季氨排放濃度高但每只蛋雞的小時欄舍氨排放量小。產生這一現象的原因可能是，本研究中的蛋雞養殖場欄舍采用機械通風。由于夏季溫度高，開啟的排風扇數量多且排風時間長，欄舍通風量較大導致排出欄舍外的氨排放量較大，氨不會大量積累，因此夏季每只蛋雞的小時欄舍氨排放量雖大但濃度較低；相反，由于冬季溫低，開啟的排風扇數量少且排風時間短，欄舍通風量較小導致排出欄舍外的氨排放量較小，因此冬季每只蛋雞的小時欄舍氨排放量雖小但濃度較高。

本研究中，蛋雞養殖場欄舍氨排放濃度和每只蛋雞的小時欄舍氨排放量具有明顯的日變化特征，與SIMSEK等[26]和沈豐菊等[27]的結果一致，這可能與溫度、相對濕度的日周期性變化有關。二元線性回歸分析發現，溫度、相對濕度與各季節每只蛋雞的小時欄舍氨排放量的相關系數絕對值均大于一元線性回歸相關系數，表明蛋雞欄舍氨排放受溫度和相對濕度的綜合作用影響。

4 結 論

(1)規模化蛋雞養殖場欄舍氨排放濃度和每只蛋雞的小時欄舍氨排放量具有明顯的日變化特征，即白天高、夜間低，主要是受溫度和相對濕度的綜合影響。

(2)氨排放濃度和每只蛋雞的小時欄舍氨排放量也具有明顯的季節變化特征，夏季氨排放濃度低但每只蛋雞的小時欄舍氨排放量大，而冬季氨排放濃度高但每只蛋雞的小時欄舍氨排放量小，這與該蛋雞養殖場采用機械通風有關。

(3)本研究4個季節每只蛋雞的氨排放因子平均為0.372 g/(d·只)，較國外同為M-B結構欄舍的排放因子高，建議提高清糞頻率。