聚落化猪场不同猪舍及清粪工艺对臭气排放的影响

梁晓飞，柴小龙，周思邈，李 同，闫之春

（山东新希望六和集团有限公司养猪研究院，山东青岛 266000）

生猪养殖在我国畜牧业中占有重要地位，聚落化集约化的生猪养殖模式在维持高效率生产的同时，带来了大气污染、水体富营养化等诸多环境问题。在养殖过程中，会产生大量的悬浮颗粒物（PM2.5和PM10）、氨气（NH3）和硫化氢（H2S）等有害物质。有关资料显示，一个年出栏量10.8 万头的猪场，每小时向大气排放菌体15 亿个，氨气159 kg，硫化氢14.5 kg，饲料粉尘25.9 kg[1]。这些有害物质不仅能够导致猪只呼吸系统疾病、过敏反应等，还会对饲养员及周边居民的健康产生一定的负面影响。恶臭污染是世界七大环境公害之一，《恶臭污染物排放标准》中规定了8 种恶臭物质，NH3和H2S 均在其中[2]。猪舍中的NH3、H2S 和颗粒物排放速率取决于猪舍结构、猪只类型、猪的饲养方式和饲料中粗蛋白含量、粪便管理及舍内环境条件等[3-6]。

目前，对聚落化养殖模式下不同猪舍类型、不同清粪方式所产生有害物质的研究较少。本文通过检测聚落化养殖猪场妊娠舍、分娩舍、育肥舍、育成舍以及妊娠舍不同清粪方式下的NH3、H2S、PM2.5和PM10的浓度特征，以了解中国典型聚落化猪场养殖模式下相关指标的排放情况，为猪舍臭气治理和技术开发提供相关的参考数据。

1 材料与方法

1.1 试验设施 本试验在山东省德州市夏津县苏留庄猪场（北纬N37°05'26.13'' 东经E116°07'46.03''）进行，该场的母猪规模为17 500 头，选择妊娠舍、分娩舍、育成舍和育肥舍4 种不同类型的猪舍进行测量。

妊娠舍简图如图1 所示，猪舍长70 m，宽40 m，猪只样本量为1 200 头左右，饲养阶段为成年母猪，体重为135～180 kg。猪舍东西走向，东墙为湿帘，西墙有15 个风量为58 000 m3/h 的轴流风机，南北两面墙各有2个无级变速风机，妊娠舍夏季最大需风量320 000 m3/h。

图1 妊娠舍简图

分娩舍（图2）长140 m，宽 32 m，猪舍南北走向，共分为10 个单元（图中只展示了1 个单元），每个单元有60 只左右临产母猪，体重为150～190 kg。西面墙设计为进风湿帘，东面墙装有出风的风机口，每个单元共5 个风机：4 个风量为58 000 m3/h，1 个风量为22 200 m3/h，分娩舍夏季最大需风量120 000 m3/h。

图2 分娩舍简图

育成舍/育肥舍（图3）每栋舍长69 米，宽37 米，分为2 个单元，共132 个大栏，育成舍每个单元的猪只样本量约为1 500 头，体重6～30 kg；育肥舍每个单元猪只样本量约为750 头，体重30～150 kg。东面墙设计为进风湿帘，西面墙设计为出风风机口，西面墙共16 个风机，其中14 个风量为58 000 m3/h，2 个风量为22 200 m3/h，南、北面墙各2 个22 200 m3/h 的风机，育成舍夏季最大需风量160 000 m3/h，育肥舍夏季最大需风量290 000 m3/h。

图3 育成舍、育肥舍简图

1.2 猪的饲养方式 妊娠舍饲养阶段为配种前到临产母猪，早（08:00）晚（16:00）各喂料1 次。分娩舍饲养阶段为分娩前3 d 妊娠母猪至仔猪断奶出栏（日龄0～3周），饲喂方式为自由饮水、采食。育成舍、育肥舍饲养阶段为仔猪断奶到出栏（日龄1～6 月），育成舍饲喂方式为自由饮水、采食，育肥舍采用定时饮水、采食的饲喂方式。

1.3 猪舍环境管理 妊娠舍有干清粪和水泡粪两种清粪方式，分娩舍、育成舍和育肥舍均为水泡粪工艺。干清粪通过V 型排粪沟下方的导尿管及时排出猪尿液，粪便通过刮粪板沿反方向刮出，每天早上（08:00 左右）、中午（12:00 左右）、下午（17:00 左右）各清粪1 次。水泡粪通过拔塞的方式进行清粪，清粪周期为25 d 左右（本次实验开始时为清粪后的第17 天），分娩舍的水泡粪粪池深度为0.8 m，妊娠舍、育成舍和育肥舍的水泡粪粪池深度为1.0 m。猪舍通风形式为机械通风，夏季采用纵向通风模式，室外空气通过湿帘进入猪舍内，猪舍气体从湿帘对面的风机口排出；冬季采用横向通风模式，空气从舍内顶部的新风系统进入，从南、北侧墙的4 个小风机排出，分娩舍从东墙上小风机排出（图中已标注）。通过猪舍内的温、湿度传感器控制风机的开启关闭时间，保持夏季舍内温度在20～22℃。

1.4 样品采集与分析 试验在 2020 年6 月11 日—2020年6 月25 日进行，检测点为各猪舍外风机口处，距离风机水平距离2.0 m，距离地面垂直高度 1.5 m。在2个时间点（10:00，16:00）分别测定不同猪舍外风机口处NH3、H2S、PM2.5和PM10浓度；然后，对5 个类型猪舍（干清粪妊娠舍、水泡粪妊娠舍、水泡粪分娩舍、水泡粪育成舍和水泡粪育肥舍）分别选择一个数据差异性不大的风机口按照相同的测量方式对NH3、H2S 浓度进行连续监测（10:00—15:00）。NH3和H2S 检测设备为便携式多功能二合一气体检测仪（Smart pro 10-C4-D-PID，山盾科技，H2S检测范围：0-50 PPM/0.01 PPM 电化学原理，NH3检测范围：0-100 PPM/0.01 PPM 电化学原理），PM2.5和PM10检测设备为激光PM2.5检测仪（JSA2-PM2.5，吉顺安科技，PM2.5检测范围：0～2 999 μg/m3，PM2.5分辨率0.1 μg/m3，PM10检测范围：0～5 999μg/m3，PM10分辨率0.1 μg/m3，原理为激光检测法）。

1.5 统计分析 使用 Excel 进行数据处理，差异显著性用 LSD 法进行比较，显著水平设为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 清粪方式对臭气和颗粒物浓度的影响 如图4 所示，干清粪妊娠舍排风口处NH3和H2S 的浓度均低于水泡粪妊娠舍，干清粪妊娠舍NH3浓度为0.71～1.06 mg/m3，H2S 浓度为0.08～0.24 mg/m3，水泡粪妊娠舍NH3浓度为1.63～5.34 mg/m3，H2S 浓 度为0.21～0.99 mg/m3。干清粪妊娠舍不同风机口处NH3和H2S 浓度相较于水泡粪妊娠舍更稳定。分别对两种清粪工艺妊娠舍的某一个风机口进行NH3和H2S 连续检测（10:00—15:00）后发现，水泡粪妊娠舍的NH3和H2S 浓度在11:00—12:00时间段内显著升高，而干清粪妊娠舍的NH3和H2S 浓度变化不显著。

如图5 所示，干清粪妊娠舍PM2.5和PM10浓度均小于水泡粪妊娠舍，水泡粪妊娠舍PM2.5浓度为10～24 μg/m3，PM10浓度为25～53μg/m3；干清粪妊娠舍PM2.5浓度为3～10 μg/m3，PM10浓度为11～50 μg/m3。

图5 不同清粪工艺妊娠舍各风机口处颗粒物浓度

2.2 不同猪舍类型对臭气及颗粒物浓度的影响 如图6 所示，水泡粪清粪工艺下不同类型猪舍的NH3浓度差异性显著，其中育肥舍的NH3浓度最高（1.21～10.04 mg/m3），育成舍NH3浓度最低（0.78～3.49 mg/m3）；水泡粪清粪工艺下不同类型猪舍的H2S 浓度差异性显著（P＜0.05），分娩舍的H2S 浓度最高（1.08～4.52 mg/m3），妊娠舍H2S 浓度最低（0.21～0.99 mg/m3）。特别地，干清粪妊娠舍的NH3浓度（0.71～1.06 mg/m3）和H2S浓度（0.08～0.24 mg/m3）均低于水泡粪工艺猪舍。

图6 不同猪舍风机口处氨气和硫化氢气体排放浓度

由图7 可知，分娩舍、育成舍和育肥舍的PM2.5和PM10浓度较高。其中水泡粪育肥舍风机口处PM2.5和PM10浓度最高，分别为44～60、74～100 μg/m3；水泡粪妊娠舍PM2.5和PM10浓度最低，分别为10～24、25～53 μg/m3。

图7 不同猪舍风机口处颗粒物排放浓度

3 讨论

3.1 清粪方式对风机口处臭气和颗粒物浓度的影响 清粪方式是影响猪舍内臭气排放的重要因素，NH3和H2S主要来源于粪尿中蛋白质、氨基酸、尿素等物质的微生物降解过程[7-8]；可吸入颗粒物（PM10）与入肺颗粒物（PM2.5）主要来源于饲料、粪便、动物皮肤、体毛和羽毛[7]，吸入的PM2.5会破坏猪的呼吸系统和心血管系统的结构和功能。粉尘大，NH3和H2S 等臭气浓度过高都会增加肺部疾病、心血管疾病和神经系统疾病的发病率，使猪只的机体免疫和生长性能下降[9-10]。汪开英等[11]研究了猪舍地面类型、温度和猪体重与NH3排放的相关性，发现清粪方式对臭气排放有很大影响，生物发酵床NH3的排放量最低，对NH3的减排有一定效果。刘安芳等[12]研究发现水泡粪工艺因为粪尿长时间留在舍内，易形成厌氧发酵产生大量有害气体，使得舍内臭气浓度较高。干清粪通过V 型排粪沟下方的导尿管能够及时排出猪的尿液，粪便则通过刮粪板沿反方向刮出，每天上、下午各清粪1 次，清粪更及时，因此干清粪妊娠舍NH3和H2S 浓度普遍低于水泡粪妊娠舍。同时，NH3和H2S 又是PM2.5和PM10形成的前体物，故水泡粪的PM2.5和PM10浓度偏高[13-15]。

本试验连续检测（10:00—15:00）水泡粪妊娠舍风机口的NH3和H2S 浓度，发现11:00—12:00 时间段内NH3和H2S 浓度明显升高，可能是由于中午舍内温度升高，猪只活动剧烈，粪尿排放集中，并且微生物活性增强而导致NH3浓度较高[4]。

3.2 不同猪舍风机口处臭气及颗粒物浓度比较 不同猪舍对应的猪只日龄不同，不同日龄猪只的饲喂管理方式、猪舍构造以及通风模式都不同。Huaitalla 等[16]利用红外光探测仪在线监测了不同猪舍内 PM10、PM2.5和 PM1在冬季的实时浓度，发现不同猪舍内检测指标差异显著，妊娠舍PM10浓度为0.29 mg/m3，产房为0.46 mg/m3，育肥0.98 mg/m3,；妊娠舍PM1浓度为0.25 mg/m3，产房为0.15 mg/m3，保育和育肥舍为0.35 mg/m3。许稳等[17]研究表明妊娠舍内NH3浓度高于育肥舍，与本试验结果相反，这可能跟猪舍通风方式不同有关，许稳团队采集气体的育肥舍为自然通风，而本试验中猪舍全部为机械通风。本试验发现，育肥舍的NH3浓度最高，分娩舍、妊娠舍和育成舍NH3浓度依次减小，这可能与猪只饲养密度不同有关：育肥舍为大栏圈养，饲养密度大，猪只自由饮水采食，活动量较大，新陈代谢能力强，从而NH3排放浓度较高[7]。育肥舍和分娩舍风机口处H2S 浓度也明显高于其他猪舍，分娩舍和育肥舍饲料中粗蛋白含量高于其他阶段，使得粪便中的蛋白质含量也较高，而H2S 主要由粪便中蛋白质分解产生[18-19]，因此H2S浓度较高。

本试验中，分娩舍、育成舍和育肥舍的PM2.5和PM10浓度显著高于妊娠舍，这也与猪只日龄和状态、猪舍构造以及猪只管理有关[20]。妊娠舍为限位栏，饲养密度小，猪只活动量小，PM2.5和PM10浓度小。育成舍和育肥舍为大栏圈养，自由采食，饲养密度大，猪只活动量大，因此 PM2.5和PM10浓度高。分娩舍虽然也是限位栏，但分娩母猪自由采食代谢快、排泄多，另外仔猪保温板上铺撒的干燥粉也会引起PM2.5和PM10浓度升高。除此之外，妊娠舍饲喂方式特殊，饲料和水都在同一个槽内，一定程度上减少了饲料颗粒的扩散，所以分娩舍、育成舍和育肥舍PM2.5和PM10浓度高于妊娠舍[21]。

4 结论

1）干清粪与水泡粪相比，干清粪工艺能够有效降低风机口处NH3、H2S、PM2.5和PM10浓度，且统计学水平显著。

2）不同类型猪舍的NH3和H2S 浓度差异性显著，其中，水泡粪育肥舍风机口处NH3浓度最高，水泡粪育成舍风机口处NH3浓度最低；水泡粪分娩舍风机口处H2S 浓度最高，水泡粪妊娠舍风机口处H2S 浓度最低；分娩舍、育成舍和育肥舍风机口处PM2.5和PM10浓度显著高于妊娠舍。

3）水泡粪妊娠舍风机口处NH3和H2S 浓度在10:00—12:00 时间段内有明显的升高过程。