冬季分娩猪舍内主要有害气体分布规律及其影响因素探究

暴雪艳，张 静，张 楠，王同振，郝瑞荣，李清宏

（山西农业大学动物科技学院，山西 太谷 030801）

随着生猪产业逐渐向规模化、专业化的推进，猪舍环境问题越来越成为制约生猪健康发展的重要因素，其受到广泛关注[1]。猪舍有害气体的排放不仅对畜禽机体的伤害最直接，而且易诱发其他疾病。畜舍中的有害气体主要是氨气和硫化氢，通过有机物和无机物厌氧发酵等途径产生[2-4]。畜舍中氨气浓度过高，会通过呼吸进入毛细血管，与氧竞争性结合血红蛋白，降低运氧能力，导致动物机体贫血、组织缺氧[5]；高浓度的氨气会直接对体组织产生刺激作用，造成组织溶解和坏死，导致中枢神经麻痹、中毒性肝病和心肌受损[6]；降低小猪生长性能，使免疫力下降[6-9]。畜舍中的硫化氢是一种无色、易挥发、带有恶臭的气体，对黏膜的刺激性极大，易使家畜出现流泪、怕光和角膜混浊等应激反应，引发家畜气管炎和鼻炎等疾病。

为了进一步研究猪产房内主要有害气体的分布规律及其影响因素，本试验在山西金祥瑞农牧科技有限公司，对猪舍内温度、湿度以及氨气、硫化氢和二氧化碳等气体的浓度进行实时监测，并进行了回归分析，旨在为解决畜舍有害气体的影响提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 猪场选择

试验在太谷县山西金祥瑞农牧科技有限公司进行。

1.2 猪舍结构与测定设备布置

本试验选择在一个双坡式的全漏缝地板的分娩舍进行，长21.5 m，宽13.1 m，猪舍净高3.51 m，屋顶最高4.62 m，在南墙有2个1.7 m×3.6 m的窗户用于通风和采光，东西墙上各有2个风扇，风扇的中心距墙角2.1 m、地面1 m，直径为80 cm。北墙上有一个2.0 m×1.3 m的舍门，在门的左侧，距地面2.1 m处有个0.4 m×0.4 m的通风窗口，圈舍采用暖气取暖，其位于东西墙与风扇相连（图1中的符号○）。其工作原理为：当热水或冷却水流经水暖暖风机的散热管时，通过对流把热量传递到基管内壁，内壁再通过热传导把热量传递到外壁和翅片，外壁和翅片最后再以强制对流和辐射的方式加热或冷却周围的空气。该场的温度探头与进水管管壁相接，通风量为2.84 m3/s。试验于2017年1月3日开始，连续检测7 d，于1月9日结束。

1.3 饲养管理

全圈共有母猪22头，小猪219头，质量均为15 kg，早晚饲喂。圈舍采用干清粪，早晚各一次，粪便由刮粪机清理，尿液顺着管道流走。

1.4 检测仪器

MQ137氨气半导体传感器，检测浓度范围为5～500 mg/kg，MQ137气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在氨气时，传感器的电导率随空气中氨气浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。

MQ136硫化氢半导体传感器，检测浓度范围为1～200 mg/kg，原理同MQ137氨气半导体传感器。

MH-Z19B二氧化碳气体传感器，测定范围为0～10 000 mg/kg，是一个通用智能小型传感器，利用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的CO2进行探测，具有很好的选择性和无氧气依赖性，寿命长。内置温度补偿；同时具有数字输出、模拟输出及PWM输出，方便使用。该传感器是将成熟的红外吸收气体检测技术与精密光路设计、精良电路设计紧密结合而制作的高性能传感器。

SHT21IC温湿度传感器，温度检测范围为-40～120℃。数据采集卡将检测到的数据传输到计算机。

1.5 仪器的校准

在猪舍内分别用上述仪器和实验室法测定同一位置气体浓度，采集多次，做拟合曲线。其中，氨气的拟合曲线为y＝0.07x＋3.654；硫化氢的拟合曲线为y＝0.114x－0.109。其中，x为仪器所测得的数据。而二氧化碳传感器校准误差较小，由于二氧化碳浓度较大，属于误差正常范围，故直接采用读数。

1.6 环境参数监测

于猪舍距地面1.6 m处，同一个层面采取3个点：畜舍正中和边上2点（图1中2，3号代表边上的2个点，4号代表畜舍中心位置），连续监测，测得水平位置参数规律；取畜舍中间垂直位置距地面0.1，1.55，3.1 m共3个点进行监测（图1中1，4，5号），测其垂直分布规律。

1.7 产房内NH3，H2S和CO2浓度与畜舍温湿度的关系

分析畜舍NH3，H2S和CO2浓度和温湿度的关系，应排除通风等其他因素的干扰，故选择相对封闭的夜间监测的数据。

1.8 数据处理

将采集到的数据中每2 h内数据的均值±标准差作为每个时间点的测定值，7 d的数据为重复值，进行SPSS方差与回归分析，采用GraphPad Prism软件作图。

2 结果与分析

2.1 猪舍内日变化规律

由图2可知，NH3，H2S和CO2昼夜浓度变化明显，9：00—17：00 各气体浓度均低于夜间浓度，其中，11：00 时，NH3，H2S 浓度最低，平均值分别为14.50，0.84 mg/kg，15：00 时 CO2浓底最低，平均值为684.54 mg/kg；一天内各气体的最高浓度分别为23.63，2.88，1 030.37 mg/kg。

2.2 猪舍内气体浓度的空间分布规律

2.2.1 猪舍内气体浓度水平位置变化 由图3可知，在同一水平面上，猪舍中心的NH3浓度均值为10.95 mg/kg，猪舍周边浓度均值为19.54 mg/kg；猪舍中心H2S浓度均值为1.72 mg/kg，周边浓度均值为2.07 mg/kg；猪舍中间位置CO2浓度与周边浓度均值分别为896.04，825.54 mg/kg。由此可见，猪舍中心NH3，H2S气体浓度低于四周靠墙位置，位于中间位置CO2的浓度高于四周，但差异不大。分析结果认为，畜舍各位置的有害气体浓度是与通风相关，气体流动性越好，主要有害气体浓度越低。

2.2.2 猪舍内气体浓度垂直高度变化 由图4可知，在动态监测过程中，NH3，H2S和CO2浓度在畜舍的不同高度间存在一定差异。0.1 m处的NH3浓度显著高于1.55，3.1 m处，在3.1 m处浓度最低；H2S浓度在1.55 m处最高，平均为1.47 mg/kg，于3.1 m处最低，浓度小于仪器所能检测的最低范围；3.1 m处CO2的浓度最高，为997.37 mg/kg，1.55 m处次之，平均为896.04 mg/kg，0.1 m处最低，平均为804 mg/kg。综上所述，NH3分布在整个畜舍的最下面，H2S位于畜舍中部的空气层，而CO2主要分布在畜舍的顶层。

2.3 猪舍内NH3和CO2浓度与畜舍温湿度的关系

NH3，CO2浓度与猪舍内的温湿度均有显著关系（式（1），（2））。经回归分析，H2S与温湿度间没有显著相关性。

式中，y 表示 NH3浓度（mg/kg），x1表示温度（℃），x2表示湿度（%）。r（y，x1）＝0.898，r（y，x2）＝0.815，P＜0.05。

式中，y 表示 CO2浓度 （mg/kg），x1表示温度（℃），x2表示湿度（%）。r（y，x1）＝0.856，r（y，x2）＝0.945，P＜0.05。

表1、表2为根据以上回归关系得到的NH3和CO2与温湿度在拟合情况下的数据，结果显示，NH3和CO2随着温湿度的增加而增加。

表1 猪舍在不同温湿度下氨气浓度 mg/kg

表2 猪舍在不同温湿度下二氧化碳浓度 mg/kg

3 讨论

3.1 猪舍时空分布规律

猪舍内气体的浓度与猪场的日常管理密切相关。本试验结果表明，猪舍内的气体浓度变化与时间规律存在一定关联，NH3，H2S和CO2气体的浓度在9：00—17：00均处于较低水平，而在夜间较高。该现象可能是由于舍内NH3和H2S浓度随着通风的变化而变化，冬季外面温度较低，畜舍夜间门窗紧闭，晚上饲喂之后，饲养员出入减少，通风随之减少，处于一个相对封闭的环境，减少了粪便和猪只呼吸产生气体的排放，NH3，H2S和CO2浓度随之升高。23：00之后各气体浓度均下降，可能是由于猪只进入睡眠状态以后，活动减少，气体通过门窗和通风窗口少量排出，导致气体浓度降低。而在白天（9：00—17：00），随着畜舍外温度升高，饲养员进出畜舍，舍内的空气流出，各气体浓度降低，该结果与龚建军等[10]和朱志平等[11]的研究结果相似。

由于各气体理化性质的不同，会导致不同气体在畜舍中不同位置的差异分布。本试验通过分析舍内气体的空间分布规律发现，在同一水平面，畜舍角落与中心气体浓度分布不均匀，畜舍内四周的NH3和H2S浓度偏高，可能是由于畜舍门窗封闭不严实形成的对流风使得畜舍中央气体浓度偏低，四周较高；CO2的中央与四周浓度差距不明显，没有类似规律。NH3，H2S和CO2浓度表现出明显的垂直分布规律，在畜舍下方NH3浓度最高，垂直向上呈递减的趋势，可能是因为氨气主要由粪便产生，由于粪沟清理不及时，产生NH3，扩散到地面，NH3遇水形成氨水，分子量变大，故地表NH3浓度最高；H2S浓度在0.1，1.55 m处差异不明显，均高于3.1 m处的浓度，可能是由于H2S的分子量较大，处于空气下层，且其垂直高度基本与试验动物等高。CO2的空间分布差异不大，CO2是由猪只的呼吸产生，气体所处位置理论上与动物体等高，可能受排风扇的影响将气体挤向两边，导致畜舍空间顶层浓度高于理论位置，此外，由于CO2分子量比空气质量大，故挤到下面的CO2沉降到漏缝地板下。欧阳宏飞等[12]研究表明，在冬季的密闭羊舍内各气体浓度呈垂直规律分布，与本试验结果一致。

3.2 猪舍各环境参数之间的互作效应

猪舍内NH3，H2S和CO2的浓度受畜舍温度和湿度的显著影响。本试验结果表明，猪舍内各气体浓度与温湿度之间存在明显的正相关关系，在其他条件一致的情况下，随着温度的升高，猪舍内的NH3浓度升高。可能是因为猪舍内的NH3主要由微生物对粪尿、饲料的残渣和垫草的分解产生，粪便中的部分有机物未被机体分解，含有蛋白质和氨基酸等有机物[13]，经微生物分解产生NH4+，在温湿度、pH适宜的情况下，挥发生成NH3[14]；在粪尿与胃肠道的消化物中，尿素以尿氮的形式存在，在脲酶的作用下，尿素分解生成NH3，而脲酶在适宜的温度范围内随着温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 不稳定，受热易分解形成NH3，溶解度减小，NH3挥发加快。在其他条件一致的情况下，脲酶活性随湿度的增加而增加[16]，畜舍湿度加大时，NH3与水结合滞留在畜舍内，而且高湿度的NH3更有利于粪便中微生物的繁殖、NH3的生成。

在其他条件一致的情况下，随着室内温度的升高，CO2浓度升高。温度越高，猪只的新陈代谢越旺盛，呼吸加快，CO2浓度增加。同时，舍内温度升高，粪便温度随之升高，CO2排放量增加[17]。本试验结果表明，在其他条件一致的情况下，CO2浓度随着湿度的增加而增加。而张子军等[18]研究表明，江淮地区夏季羊舍内，CO2浓度与温湿度存在着不显著的负相关关系，其结果与本试验冲突，可能是由测试季节、分布区域以及试验动物种类的差异所导致的。

4 结论

本研究表明，猪分娩舍内的氨气、硫化氢和二氧化碳浓度存在时空分布规律，畜舍中间的各气体浓度相对较低，垂直分布明显。

猪分娩舍内的氨气、硫化氢和二氧化碳浓度的高低受畜舍的温湿度和通风的影响。

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