蛋雞舍臭氣組成及不同管理措施對臭氣特性的影響

劉 羽，張國強，榮 莉，王朝元,4※，滕光輝,4

（1. 中國農業大學水利與土木工程學院，北京 100083； 2. 農業農村部設施農業工程重點實驗室，北京 100083；3. 丹麥奧胡斯大學土木與建筑工程系，奧胡斯 8000； 4. 北京市畜禽健康養殖環境工程技術研究中心，北京 100083）

0 引 言

近年來，中國家禽生產業高速發展，規模化養殖大幅增加。規模化蛋雞養殖過程中因微生物降解有機物而產生的臭氣及各類廢氣排入大氣環境中，已嚴重威脅了場區周邊地區居民健康和居住環境[1]，并導致大量投訴和罰款[2]。即使蛋雞舍臭氣中某些成分濃度低于嗅閾值，也會在心理和生理等多方面影響人體健康[3]。

畜禽舍臭氣成分復雜[2]，不同動物種類和飼養密度均會影響舍內的臭氣成分[4]。Lu 等[5]發現畜禽舍臭氣的組成與動物體內的酶活性有關，在肉雞舍臭氣的揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，VOC）中酮類物質含量最高，鹵代化合物含量最低[6]；而在豬舍臭氣VOC 中揮發性脂肪酸（Volatile Fatty Acids，VFA）含量最高，吲哚類含量最低[7]，然而目前尚缺乏對蛋雞舍中臭氣組成的研究。飼養密度會通過影響動物活動水平來影響畜禽舍內氣體的產生，飼養密度為752 cm2/只的蛋雞舍氨氣（NH3）排放速率是飼養密度為516 cm2/只的蛋雞舍的1.37倍[8]，但目前的研究主要集中于飼養密度對某種氣體排放特性的影響，對臭氣組成的影響還不清楚。

蛋雞舍臭氣主要來源于微生物對糞污的降解過程[9]。而動物糞便的狀態在收集、處理和儲存期間會受到舍內不同管理措施的顯著影響，從而影響臭氣濃度及其組成[10]。當豬只糞便稀釋度從0 增加到100%時，臭氣濃度約提高50%，同時臭氣中的VFA 濃度顯著增加[11]。此外，將豬只糞便溫度從10 ℃提高到30 ℃，臭氣濃度會提高216%，NH3、硫化氫（H2S）、4-甲基苯酚和3-甲基吲哚的濃度也顯著增加[11]。中國集約化蛋雞養殖過程中普遍采用清糞帶清糞，糞污在運出雞舍前會暫時滯留于清糞帶上，滯留期間雞舍內的喂料[12]、噴霧消毒和清糞等措施均會改變糞便的儲存環境，從而影響舍內臭氣性質。尤其在夏季，飼養員常會通過噴霧給雞舍降溫和消毒，由于臭氣中部分成分可溶于水[13]，會改變臭氣組成，但這部分的影響程度還不清楚[2]。此外，在蛋雞舍復雜的臭氣成分中只有小部分化合物是臭味的主要來源，但是該部分氣體成分的確定仍有很大爭議[14]。因此有必要研究不同管理措施對蛋雞舍內臭氣特性的影響，以便深入了解蛋雞生產過程中臭氣排放的關鍵控制點。

本研究通過對2 種不同類型和飼養密度的蛋雞舍（商品蛋雞舍和種用蛋雞舍）中臭氣進行采樣，綜合分析蛋雞舍臭氣的組成成分和不同成分對蛋雞舍臭氣的貢獻率，探究無管理操作、喂料、噴霧消毒以及清糞等4 種管理措施對臭氣特性的影響規律，為進一步了解蛋雞舍臭氣特征和合理制定臭氣減排措施提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗雞舍

本試驗于河北省邯鄲市的一個商品蛋雞舍（36.33°N，115.06°E）和一個種用蛋雞舍（36.41°N，113.49°E）進行。

商品蛋雞舍長109 m，寬14 m，高6.5 m；雞籠按照8 層5 列排布，共飼養海蘭褐蛋雞100 000 只，飼養密度為472 cm2/只。雞舍采用混合通風模式，以負壓縱向通風為主，采用清糞帶清糞，清糞周期為2 d。

種用蛋雞舍長120 m，寬12 m，高5.8 m；雞籠按照4 層4 列排布，共飼養海蘭灰蛋雞25 000 只，飼養密度為700 cm2/只。雞舍采用混合通風模式，以負壓縱向通風為主，采用清糞帶清糞，清糞周期為7 d。舍內每天進行一次噴霧消毒，消毒液分別為癸甲溴銨、苯扎溴銨和聚維酮碘，3 種消毒液交替使用。

1.2 雞舍環境參數及氣體濃度測定

本試驗于2019 年7 月10 日至9 月24 日對2 個雞舍內的溫度、濕度、臭氣濃度以及各氣體成分濃度進行監測。本試驗根據家禽舍中臭氣組成成分的6 大類別[15]及可檢出情況[6]共篩選并分析了21 種臭氣成分（表1）。

表1 臭氣成分列表[7,16]Table 1 Odorant compound list[7,16]

圖1 為商品蛋雞舍和種用蛋雞舍內氣體及溫濕度監測點示意圖。舍內溫濕度通過溫濕度記錄儀（HOBO，U23-001，美國）監測并記錄，采樣間隔為10 min。溫濕度記錄儀的溫度測試范圍–40～70 ℃，精度±0.18 ℃；相對濕度范圍0～100%，精度±2.5%。溫濕度記錄儀均勻分布于商品蛋雞舍1、3、5 列雞籠的第3 層和第7 層底網上，以及種用蛋雞舍1、3、4 列雞籠的第2 層和第4 層底網上；并在濕簾端和風機端1.5 m 高度處各安裝一個溫濕度記錄儀。試驗期間，商品蛋雞舍和種用蛋雞舍的溫濕度分別為（27.04±1.44）℃、（57.96±5.46）%和（26.42±1.05）℃、（76.16±5.17）%。

商品蛋雞舍的氣體采樣點均勻分布于雞舍中，距地面1.5 m。種用蛋雞舍的氣體采樣點與溫濕度記錄儀位置相同。每個采樣點處均使用2 個10 L 的聚酯無臭袋（分別用于臭氣濃度和NH3濃度測定）和2 個0.1 L 的Tedlar采氣袋（分別用于VOC 各成分濃度以及H2S 和二硫化碳濃度測定）進行采集。用于臭氣濃度測定的樣品在采完樣30 h 內送至實驗室，根據GB/T 14675-93（空氣質量 惡臭的測定 三點比較式臭袋法）的要求進行分析。NH3濃度采用光聲譜氣體檢測儀（INNOVA1412i，美國）進行檢測。VOC 各成分濃度與H2S 和二硫化碳濃度分別通過配有TCD 和SCD 檢出器的氣相色譜分析儀（GC，Agilent 7890A，美國）進行分析。

商品蛋雞舍的氣體樣品于每天9:00（無管理操作）和清糞結束后進行采集。種用蛋雞舍的氣體樣品在無管理操作、喂料、噴霧消毒和清糞等4 種管理工況下進行采集。

1.3 臭氣成分的貢獻率計算

臭氣成分對臭味的貢獻率可通過下列公式[17]進行計算：

式中Pi為臭氣成分i對臭味的貢獻率，%；OAVi為臭氣成分i的異味活度值；SOAV 為所有臭氣成分異味活度值之和；Ci為臭氣成分i的濃度，mg/m3；OTVi為成分i的嗅閾值，μg/m3。某一類成分對臭味的貢獻率Pc的計算方法與式（1）相似，其中OAVi為某一類成分中各物質異味活度值之和。

各類成分的濃度占比計算公式為

式中PCc為某一類成分的濃度之和占總濃度之和的比例，%；Cci為某一類成分中的物質i的濃度，mg/m3。

1.4 數據分析

數據分析時，將低于各成分濃度分析儀器檢出限的值按0 計算。試驗數據采用Microsoft Excel 軟件和SPSS軟件進行整理和分析。

2 結果與分析

2.1 臭氣成分濃度分布

圖2 對比了2 種蛋雞舍中6 類臭氣成分的濃度和分布，由圖2 可知2 種蛋雞舍臭氣中6 類成分的濃度與進氣口處相比均有顯著增加（P<0.05），其中吲哚類增加幅度最大，分別為333.33%和428.57%；其次是NH3、VSC、胺類、VFA 和酚類。這是因為動物糞便和尿液均為吲哚類物質的來源，而其他成分僅主要來源于糞便或尿液[18]。6 類臭氣成分濃度的排序為NH3（2.26 mg/m3）＞VFA（0.93 mg/m3）＞VSC（0.40 mg/m3）＞酚類（0.36 mg/m3）＞吲哚類（0.32 mg/m3）＞胺類（0.12 mg/m3）。NH3是蛋雞舍臭氣中最主要的氣體成分[18]。VFA 來自于碳水化合物和蛋白質的降解[18]，是畜禽舍VOC 中含量最高的臭氣成分[19]。VSC 濃度與蛋雞數量有關，本文中VSC 濃度與Trabue 等[20]的研究結果相似。酚類和吲哚類成分僅分別通過酪氨酸和色氨酸的降解生成[18]，故濃度不高。胺類成分常產生于氨基酸的脫羧反應，在各類畜禽舍中含量低，且反應性強，文獻中少有報道[18]。

此外，飼養密度對商品蛋雞舍和種用蛋雞舍中臭氣各類物質的濃度無顯著影響（P>0.05），2 個蛋雞舍中臭氣各類物質濃度相似，商品蛋雞舍中NH3、胺類、VSC、吲哚類、酚類和VFA 的濃度比例分別為57.55%、2.12%、6.84%、6.13%、7.78%和19.58%；種用蛋雞舍中各類物質的濃度比例分別為55.56%、1.81%、11.55%、9.93%、4.32%和16.88%。主要是因為2 個蛋雞舍的飼料營養水平相似[21]，且清糞帶使蛋雞和糞污分離，減少了蛋雞活動對糞污的影響。

2.2 不同管理措施對蛋雞舍內臭氣的影響

本試驗在種用蛋雞舍內研究了不同管理措施對蛋雞舍內臭氣性質的影響。由表2 可知不同管理措施顯著影響蛋雞舍內的臭氣濃度。無管理操作和喂料時，相同采樣點的臭氣濃度無明顯差別（P>0.05），且臭氣各類成分的濃度也相似（圖3），說明飼料的味道對蛋雞舍臭氣影響較小，飼料主要通過后期的降解產物對臭氣產生影響。

表2 不同管理措施下蛋雞舍內臭氣濃度Table 2 Odor concentrations in layer house under different managements

噴霧消毒會顯著提高臭氣濃度（P<0.05），且噴霧時蛋雞舍內的臭氣濃度最高，這是由于噴霧可顯著增加舍內相對濕度和糞污含水量，為細菌的厭氧發酵提供良好的環境，同時也可提高脲酶的活性[22]。高濕環境會刺激肉桿菌屬和芽孢桿菌屬快速增殖[23]，這類細菌的數量與豬糞中吲哚類物質的濃度呈正相關[24]。此外，由于脲酶快速的反應性[22]和吲哚類物質來源的廣泛性[18]，噴霧后蛋雞舍內NH3和吲哚類成分的濃度分別是無管理操作時的1.9 和1.7 倍（圖3）。臭氣會通過增加NH3和吲哚類成分的濃度，來提高臭氣濃度[25]；Huang 等[26]也證明相對濕度與臭氣濃度存在顯著的正相關性。因此在制定臭氣減排措施時應特別注意噴霧消毒時段，當舍內空氣中細菌含量不高于25 000 CFU/m3時（NY/T 388-1999，畜禽場環境質量標準），可適當減少噴霧消毒頻率。

清糞時的臭氣濃度顯著高于無管理操作和喂料時的濃度（P<0.05），這是由于糞污從清糞帶末端掉落過程中糞污內部臭氣成分大量溢出造成的，由圖3 可知清糞時NH3和吲哚類成分的濃度顯著高于無管理操作和喂料時的（P<0.05）。研究表明，糞污表面結殼可以減少其內部NH3的揮發，而清糞時由于糞污翻滾破壞殼狀物，會增加的NH3的揮發，提高舍內NH3濃度[27]。在4 種管理措施下，雞舍內的臭氣濃度從濕簾端到風機端遞增，僅清糞條件下雞舍風機端臭氣濃度顯著高于中部（P<0.05），其他3 種管理措施下兩采樣點處無明顯差別，這也證明糞污從清糞帶掉落過程中會溢出大量臭氣成分。

在4 種管理措施下，除二硫化碳和庚酸外，其他19種成分的異味活度值均大于1（表3），在臭氣中起主要作用[28]。蛋雞舍內各類成分對臭氣的貢獻率為吲哚類（72.91%）＞酚類（10.07%）＞VSC（7.85%）＞VFA（4.93%）＞胺類（4.23%）＞NH3（0.01%），這與Trabue 等[6]在肉雞舍中的檢測結果相似。由于不同成分的嗅閾值不同，濃度低的成分會因為嗅閾值低而更容易被聞到，如吲哚類，所以在臭氣中起主要作用的成分可能不是濃度最高的[29]。因此在蛋雞舍除臭時應優先考慮處理吲哚類成分或總VOC，但現有的臭氣成分減排研究主要集中于NH3[30]，并不利于提高除臭措施的有效性和顯著性。

表3 不同管理措施下蛋雞舍內臭氣組成成分異味活度值Table 3 Odor activity value of odorant compound detected in layer houses under different managements

2.3 糞污不同滯留時間對蛋雞舍內臭氣的影響

中國蛋雞舍的清糞周期通常為2 d[31]，清糞帶上的糞污總量隨著滯留時間的增長而增多，給微生物的生長提供了豐富的有機質，并產生大量有臭味的代謝產物。本試驗以商品蛋雞舍為例探討糞污滯留時間對臭氣特性的影響。

由表4 可知NH3濃度隨著糞污滯留時間的增長而顯著增加（P<0.05），其他臭氣成分濃度在滯留期間內保持穩定。研究發現深坑籠養蛋雞舍的NH3排放率每日增加30%～40%[32]，并且新鮮糞便的加入會顯著提高NH3排放率[33]。本研究的NH3濃度在糞污滯留期間內增加了6 倍，但均未超過NY/T 388-1999（畜禽場環境質量標準）規定的15 mg/m3的限制，且NH3對臭氣貢獻率僅為0.01%，因此糞污滯留期間不需將治理NH3作為臭氣減排的重點。

表4 糞污滯留時間對臭氣成分濃度的影響Table 4 Impact of manure accumulation period on odorant compound concentrations

除NH3外，胺類、揮發性含硫化合物、吲哚類、酚類和揮發性脂肪酸均需在厭氧環境下產生，于腸道生成并隨糞尿排出或排出體外后由微生物降解產生[19]。而2 d 的滯留時間內，清糞帶上的糞污厚度小，且夏季較大的通風量使糞污快速干燥，很難于短時間內在清糞帶上形成良好的厭氧環境，因此糞污滯留期間，這5 類成分主要由腸道內微生物生成并隨糞尿排出，從而使其濃度在糞污滯留期間相對穩定。但在本研究中，該5 類成分對臭氣的貢獻率高達99.99%，可通過科學配制蛋雞日糧、合理使用飼料添加劑的方式來抑制此類成分的生成[23]。

3 結 論

本研究通過對典型商品蛋雞舍和種用蛋雞舍內的臭氣進行分析，綜合討論了夏季蛋雞舍的主要臭氣成分濃度及對臭氣貢獻水平，探索了無管理操作、喂料、噴霧消毒、清糞等4 種管理措施對臭氣組成和濃度的影響。主要得出以下結論：

1）蛋雞舍內6 類臭氣成分濃度從高到低依次為NH3（2.26 mg/m3）、揮發性脂肪酸（0.93 mg/m3）、揮發性含硫化合物（0.40 mg/m3）、酚類（0.36 mg/m3）、吲哚類（0.32 mg/m3）和胺類（0.12 mg/m3），對臭氣貢獻率從大到小依次為吲哚類（72.91%）、酚類（10.07%）、揮發性含硫化合物（7.85%）、揮發性脂肪酸（4.93%）、胺類（4.23%）和NH3（0.01%）。

2）無管理操作和喂料過程臭氣組成比例和濃度相似，飼料的味道對蛋雞舍臭氣濃度影響較小，糞污是蛋雞舍臭氣的主要來源。

3）噴霧消毒后蛋雞舍內NH3和吲哚類成分的濃度是無管理操作時的1.9 和1.7 倍。噴霧消毒后蛋雞舍臭氣濃度最高，其次是清糞過程。

4）糞污在清糞帶上滯留期間，NH3濃度增加6 倍，胺類、揮發性含硫化合物、吲哚類、酚類和揮發性脂肪酸的濃度相對穩定，但除NH3以外的其他成分對臭氣貢獻率高達99.99%。