汪開英，吳捷剛，趙曉洋

?

畜禽場(chǎng)空氣污染物檢測(cè)技術(shù)綜述

汪開英，吳捷剛，趙曉洋

（浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程研究所，杭州 310058）

隨著畜禽養(yǎng)殖集約化程度的提高，高密度、集約化的畜禽養(yǎng)殖引起的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)空氣污染問(wèn)題日益突出，畜牧業(yè)已成為我國(guó)空氣污染的重要來(lái)源之一。畜禽場(chǎng)排放的氨氣（NH3）、硫化物（H2S）、顆粒物（particulate matters，PM）和揮發(fā)性有機(jī)物（volatile organic compounds，VOCs）等空氣污染物不僅對(duì)畜禽場(chǎng)人畜健康造威脅，還會(huì)擴(kuò)散到周圍環(huán)境中形成大氣污染。科學(xué)適用的空氣污染物檢測(cè)方法和技術(shù)是研究和控制畜禽場(chǎng)空氣污染的前提。文章對(duì)國(guó)內(nèi)外畜禽場(chǎng)的NH3、H2S、溫室氣體、PM以及惡臭等主要空氣污染物的檢測(cè)方法與技術(shù)進(jìn)行了介紹與分析。以NH3、H2S為代表的畜禽場(chǎng)有害氣體檢測(cè)方法主要有化學(xué)分析法、半導(dǎo)體氣體傳感器檢測(cè)法、光譜法、質(zhì)譜法與氣相色譜法，其中，濕化學(xué)法靈敏度高，成本低，可以準(zhǔn)確獲取氣體濃度，但檢測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且無(wú)法實(shí)時(shí)在線檢測(cè)；氣體檢測(cè)管法成本較低，操作簡(jiǎn)單，但誤差相對(duì)較大；電化學(xué)傳感器法靈敏度較高，成本適中，可以連續(xù)檢測(cè)氣體濃度，但存在裝置易老化、使用壽命較短等缺陷；光譜法、質(zhì)譜法以及氣相色譜法可快速準(zhǔn)確檢測(cè)氣體，但檢測(cè)儀器昂貴，使用成本較高，不適合生產(chǎn)性畜禽場(chǎng)的常規(guī)檢測(cè)。文章主要介紹與分析了反芻動(dòng)物腸道發(fā)酵、畜禽舍、糞污貯存與處理過(guò)程中溫室氣體CH4、CO2、N2O的檢測(cè)方法和技術(shù)。畜牧業(yè)溫室氣體排放隨時(shí)間、季節(jié)和采樣點(diǎn)等不同而不斷變化，實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)溫室氣體的精確監(jiān)測(cè)較為困難，目前仍未有國(guó)際通用的檢測(cè)方法與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，畜牧業(yè)溫室氣體檢測(cè)方法與技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)研究亟待開展。文章從物理特征、化學(xué)特征及生物特征三個(gè)方面對(duì)畜禽場(chǎng)排放的顆粒物檢測(cè)方法與技術(shù)進(jìn)行了綜述。畜禽場(chǎng)PM成分復(fù)雜，其吸附的NH3、惡臭化合物、微生物的影響有待評(píng)估，因此亟待完善PM的物理、化學(xué)和生物成分的檢測(cè)方法與技術(shù)，以獲取畜禽場(chǎng)PM的全面特征信息。文章對(duì)畜禽場(chǎng)的主要惡臭物質(zhì)成分和惡臭感官的檢測(cè)方法與技術(shù)進(jìn)行了綜述。相比氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法，采用專業(yè)嗅辨人員對(duì)惡臭濃度進(jìn)行嗅辨分析的方法成本更高，且主觀性較強(qiáng)。但氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)無(wú)法僅憑借氣體樣品確定所有氣態(tài)有機(jī)化合物，同時(shí)難以確定引起惡臭的化合物種類。因此結(jié)合氣相色譜與動(dòng)態(tài)嗅覺(jué)儀可更全面的分析惡臭樣品指標(biāo)。文章還對(duì)國(guó)內(nèi)外畜禽場(chǎng)空氣污染物（包含有害氣體、溫室氣體、顆粒物以及惡臭物質(zhì)）的主要檢測(cè)方法與技術(shù)進(jìn)行綜述，以期為我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的空氣污染物檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用提供參考。

畜禽場(chǎng)；空氣污染；檢測(cè)；有害氣體；顆粒物；惡臭物質(zhì)

0 引言

空氣污染物分為氣相和顆粒相[1]。畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽舍和糞污處理場(chǎng)所會(huì)排放有害氣體、溫室氣體和揮發(fā)性有機(jī)物（volatile organic compounds，VOCs）等氣相污染物，這些氣相污染物與畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)存在的粉塵、細(xì)菌、孢子等發(fā)生反應(yīng)，形成顆粒相（固相、液相）的空氣顆粒污染物（particulate matters，PM）[2-4]。畜禽場(chǎng)的空氣污染物不僅會(huì)引起人畜的呼吸系統(tǒng)疾病，且嚴(yán)重污染周圍環(huán)境，制約著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。科學(xué)的空氣污染物檢測(cè)技術(shù)是研究和控制畜禽場(chǎng)空氣污染的前提。

近二十年來(lái)歐美在畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)污染氣體檢測(cè)方面開展了相關(guān)研究，在畜禽場(chǎng)產(chǎn)生的氨氣（NH3）、硫化氫（H2S）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、顆粒物（PM）以及惡臭物質(zhì)（Odor）等空氣污染物的檢測(cè)技術(shù)取得了較大進(jìn)展[5-8]。但畜禽場(chǎng)空氣污染物方面的研究在國(guó)內(nèi)還處于起步階段。本文介紹與分析了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外有關(guān)畜禽場(chǎng)主要空氣污染物的檢測(cè)技術(shù)和方法，并展望了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，以期為我國(guó)畜禽養(yǎng)殖污染氣體檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供參考和依據(jù)。

1 NH3與H2S氣體

NH3是一種無(wú)色、有強(qiáng)烈刺激氣味的堿性氣體。畜禽場(chǎng)的NH3主要來(lái)自畜禽舍和糞尿貯存處理過(guò)程中含氮有機(jī)物的分解[9]。養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)過(guò)高的NH3濃度對(duì)工作人員及畜禽有著潛在的健康威脅，易引發(fā)炎癥與慢性呼吸道疾病[10]。H2S是一種無(wú)色、有毒的酸性氣體，低濃度時(shí)有臭雞蛋氣味。畜禽場(chǎng)H2S主要來(lái)自含硫有機(jī)物（糞尿、墊草和飼料等）的分解。H2S濃度過(guò)高，可能會(huì)導(dǎo)致人畜患病、中毒甚至死亡。因此，對(duì)畜禽場(chǎng)包含NH3與H2S等有害氣體進(jìn)行分布、排放及檢測(cè)方法的研究顯得尤為重要。

目前畜禽場(chǎng)NH3和H2S的檢測(cè)方法主要有化學(xué)分析法、接觸式傳感器法、光譜法、質(zhì)譜法及氣相色譜法等。

1.1 化學(xué)分析法

化學(xué)分析法的原理是利用化學(xué)反應(yīng)中顏色變化或沉淀生成等現(xiàn)象測(cè)定氣體濃度。多數(shù)化學(xué)分析方法無(wú)法實(shí)時(shí)在線測(cè)量，一般需要在一定時(shí)間內(nèi)人工采集某一位置的氣體樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，效率較低。傳統(tǒng)檢測(cè)污染空氣的化學(xué)方法主要包括pH試紙法、比色法、滴定法等，這些方法的靈敏度與測(cè)量極限均較低，且精度受操作者的操作技能影響較大。

我國(guó)現(xiàn)有空氣中NH3濃度的檢測(cè)國(guó)標(biāo)為比色法，主要包括納氏比色法和靛酚藍(lán)比色法[11]；滴定法主要包括標(biāo)準(zhǔn)滴定法[12]和電導(dǎo)滴定法[13]。碘量法和硝酸銀比色測(cè)定法經(jīng)常用于H2S濃度的檢測(cè)。碘量法分為用碘標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定待測(cè)液的直接法和用Na2S203標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定的間接法兩種[14]。用碘量法測(cè)量空氣中的H2S濃度時(shí)，通常采用間接碘量法。碘量法測(cè)量范圍廣，且不需要貴重儀器，操作簡(jiǎn)單，是分析空氣中H2S濃度最常用的方法之一。硝酸銀比色測(cè)定方法的原理是：H2S與AgNO3反應(yīng)生成褐色Ag2S膠體溶液，再比色定量；pH試紙法成本較低，操作簡(jiǎn)單，但靈敏度和精度較差。

1.1.1 電化學(xué)法 電化學(xué)法原理是利用物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)所引起的離子量變化或電流變化來(lái)測(cè)量氣體成分和濃度。該方法一般用于檢測(cè)高濃度氣體，對(duì)低濃度氣體測(cè)量效果較差[15]。

Xin等[16]采用電化學(xué)NH3傳感器開發(fā)了便攜式檢測(cè)儀器（PMU），并用PMU對(duì)禽舍中6—45mL·L-1的NH3濃度進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，測(cè)量結(jié)果與化學(xué)發(fā)光分析儀測(cè)量結(jié)果有較高的一致性；JI等[17]采用一種新型電化學(xué)氨氣傳感器對(duì)傳統(tǒng)PMU系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，使用該檢測(cè)儀器（iPMU）測(cè)定蛋雞場(chǎng)內(nèi)NH3濃度，結(jié)果表明該方法可用于畜禽場(chǎng)多點(diǎn)空氣質(zhì)量準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，檢測(cè)儀器分辨率及測(cè)量精度可達(dá)1 mL·L-1；WHEELER等[18]采用（PMUs）檢測(cè)肉雞養(yǎng)殖場(chǎng)NH3污染氣體濃度，試驗(yàn)監(jiān)測(cè)了400d禽舍NH3濃度，并研究了禽舍NH3排放量與舍內(nèi)溫度、雞齡之間的聯(lián)系；PREDICALA等[19]采用電化學(xué)傳感器比較了噴淋前后豬舍內(nèi)H2S濃度的變化；BICUDO等[20]采用美國(guó)Jerome 631-X型電化學(xué)H2S分析儀對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)H2S進(jìn)行了檢測(cè)研究；王嬌嬌等[21]設(shè)計(jì)的一種無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)綜合系統(tǒng)，可多點(diǎn)實(shí)時(shí)測(cè)量豬舍內(nèi)NH3及H2S濃度變化規(guī)律并能一定程度上擴(kuò)充傳感器節(jié)點(diǎn)的種類和數(shù)量；ZENG等[22]開發(fā)了一套基于電化學(xué)傳感器的低成本、環(huán)保的雞舍H2S濃度在線監(jiān)測(cè)傳感系統(tǒng)，試驗(yàn)結(jié)果表明氣體濃度在3、5與7 mL·L-1時(shí)系統(tǒng)檢測(cè)誤差均在±10%以內(nèi)，檢測(cè)穩(wěn)定性好，靈敏度高；MAASIKMETS等[23]采用電化學(xué)傳感器結(jié)合被動(dòng)采樣器對(duì)奶牛場(chǎng)NH3和H2S進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果與歐拉對(duì)流擴(kuò)散模型所得計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，總體具有良好的一致性；WHEELER等[24]對(duì)石膏墊層上牛糞堆積物攪拌過(guò)程所釋放的揮發(fā)性氣體進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)電化學(xué)法測(cè)定糞池周圍H2S濃度，結(jié)果表明采用石膏墊層的農(nóng)場(chǎng)在攪拌堆肥過(guò)程中產(chǎn)生的H2S濃度顯著高于采用傳統(tǒng)墊層的農(nóng)場(chǎng)。

電化學(xué)氣體傳感器體積小、價(jià)格適中，使用方便，常被用于畜禽舍內(nèi)有害氣體的實(shí)時(shí)抽樣監(jiān)測(cè)。但這種傳感器易老化、壽命短、易受其他氣體的交叉干擾，分辨率較低，且傳感器的探頭需要定期更換及校正。由于畜禽舍的H2S濃度在沒(méi)有糞液攪動(dòng)的情況下一般較低，因此，不建議用電化學(xué)傳感器檢測(cè)畜禽舍內(nèi)H2S濃度。

1.1.2 化學(xué)發(fā)光法和脈沖熒光法 化學(xué)發(fā)光法（chemiluminescence）是指利用化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象分析測(cè)定物質(zhì)成分和濃度[25]?；瘜W(xué)發(fā)光分析法靈敏度高，選擇性好，可有效地進(jìn)行測(cè)定多種污染物質(zhì)共存的大氣[26]。美國(guó)賽默飛公司（Thermo Fisher Scientific Inc.）生產(chǎn)的17C型光化學(xué)NH3分析儀精度可達(dá)±0.04 mL·L-1，在禽舍及豬舍NH3檢測(cè)方面有較好應(yīng)用[27-28]。

賽默飛公司生產(chǎn)的450i型H2S分析儀采用脈沖熒光（pulsed fluorescence）技術(shù)，檢測(cè)的靈敏度達(dá)到0.5 μL·L-1，可精確檢測(cè)畜禽場(chǎng)H2S濃度[5, 29-30]。

在開展畜禽場(chǎng)NH3和H2S等有害氣體相關(guān)科學(xué)研究和影響評(píng)估時(shí)，建議采用此類精密儀器，以獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

1.1.3 氣體探測(cè)管法 氣體探測(cè)管原理是根據(jù)被測(cè)氣體與指示劑的顯色反應(yīng)檢測(cè)氣體濃度，可以檢測(cè)超過(guò)300種氣體和有機(jī)揮發(fā)物。氣體探測(cè)管優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)獲取有害氣體濃度，使用方便且成本較低，但其難以檢測(cè)低濃度氣體。

氣體探測(cè)管分為主動(dòng)取樣和被動(dòng)取樣兩種。主動(dòng)取樣的氣體探測(cè)管采用手泵將氣體吸入，通過(guò)指示劑顏色的變化可以測(cè)得被測(cè)氣體的濃度。主動(dòng)采樣管可用于畜禽舍NH3和H2S氣體檢測(cè)[31-32]。PARBST等[33]采用Dragerwerk氣體探測(cè)管分別在冬季和夏季對(duì)豬舍中NH3和H2S進(jìn)行了檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果與化學(xué)熒光法測(cè)定結(jié)果對(duì)比并無(wú)顯著差異，可以準(zhǔn)確測(cè)量水泡糞模式下的育肥豬舍NH3和H2S濃度；許穩(wěn)等[34]采用主動(dòng)氣體采樣管對(duì)不同季節(jié)4個(gè)飼養(yǎng)階段豬舍內(nèi)NH3濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，比較不同階段豬舍，NH3濃度由高到低排列依次是妊娠舍>育肥舍>哺乳舍>保育舍，但彼此間差異不顯著（>0.05）。

主動(dòng)檢測(cè)管使用方便、檢測(cè)速度快，但只有當(dāng)主動(dòng)采樣管空氣輸送的技術(shù)特性與敏感的試劑系統(tǒng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)相匹配時(shí)，儀器才會(huì)產(chǎn)生精確的讀數(shù)。因此，采樣泵的容積及速率參數(shù)至關(guān)重要[35]。

區(qū)別于主動(dòng)取樣氣體探測(cè)管，被動(dòng)取樣的氣體探測(cè)管在使用時(shí)需充分暴露在待測(cè)氣體下，等待待測(cè)氣體逐漸擴(kuò)散到氣體探測(cè)管中。在NH3濃度檢測(cè)方面，被動(dòng)采樣的氣體探測(cè)管檢測(cè)準(zhǔn)確性較電化學(xué)傳感器差，但其檢測(cè)成本較低，使用方便[36]。CHENG等[37]采用DragerX-AM7000便攜式被動(dòng)氣體探測(cè)管評(píng)估飼料中添加某種新鮮發(fā)酵豆粕對(duì)保育豬舍環(huán)境NH3排放的影響，結(jié)果表明，飼料中添加該豆粕可顯著降低舍內(nèi)NH3濃度；SKEWES等[38]結(jié)合被動(dòng)采樣的氣體探測(cè)管和主動(dòng)采樣的氣體探測(cè)管檢測(cè)禽舍內(nèi)的NH3，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，主動(dòng)檢測(cè)管僅在一定的NH3濃度范圍內(nèi)結(jié)果較為準(zhǔn)確，而被動(dòng)檢測(cè)管檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，但可提供準(zhǔn)確的時(shí)間加權(quán)結(jié)果。

兩種氣體檢測(cè)管比較如表1所示，主動(dòng)采樣的氣體探測(cè)管檢測(cè)速度更快，但被動(dòng)采樣的氣體探測(cè)管檢測(cè)限更低，在低濃度氣體檢測(cè)方面有更好的效果。總而言之，采用氣體探測(cè)管法檢測(cè)畜禽舍有害氣體的檢測(cè)精度較低，不適用于低濃度有害氣體的精準(zhǔn)檢測(cè)。但是因?yàn)槠涑杀镜土?，使用方便，故?yīng)用較廣。

表1 主動(dòng)、被動(dòng)氣體檢測(cè)管法比較

1.2 半導(dǎo)體氣體傳感器法

半導(dǎo)體氣體傳感器原理是通過(guò)檢測(cè)各種半導(dǎo)體材料與氣體接觸后產(chǎn)生的性質(zhì)變化來(lái)檢測(cè)氣體成分及其濃度。

HUSSAIN等[39]在硼硅玻璃基板上制備了M0O3半導(dǎo)體膜氣體傳感器，可檢測(cè)濃度小于10 mL·L-1的NH3；KAWASHIMA等[40]利用Sn2O3半導(dǎo)體氣體傳感器對(duì)畜舍周圍的NH3濃度進(jìn)行了檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明，即使在氣溫較低的環(huán)境，該系統(tǒng)也可較準(zhǔn)確檢測(cè)NH3濃度。但該傳感器測(cè)量結(jié)果及響應(yīng)時(shí)間受環(huán)境水蒸汽氣壓影響，長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量可能會(huì)出現(xiàn)零電平漂移現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差；LI等[41]采用德國(guó)和美國(guó)進(jìn)口的半導(dǎo)體氣體傳感器可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)禽舍內(nèi)0—30 mL·L-1范圍的NH3和H2S濃度。

由于半導(dǎo)體氣體傳感器使用簡(jiǎn)單，對(duì)氣體成分具有一定的選擇性，成本較低，因此在有害氣體檢測(cè)中應(yīng)用較廣。

1.3 光譜法

光譜法是利用氣體對(duì)光線的選擇性吸收特性對(duì)氣體種類和濃度進(jìn)行檢測(cè)的一種方法。典型的光譜技術(shù)有紅外波段的傅里葉變換光譜（FTIR）、紫外/可見波段的差分光學(xué)吸收光譜學(xué)（DOAS）、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜（TDLAS）、非色散紅外光譜（NDIR）以及光聲光譜法（PAS）等。SECREST等[42]分別采用紫外吸收光譜法（UV-DOAS）以及FTIR測(cè)量豬場(chǎng)周圍的NH3濃度，結(jié)果表明兩者均有較好檢測(cè)效果；MOUNT等[43]采用UV-DOAS方法測(cè)量奶牛場(chǎng)區(qū)及氧化塘NH3濃度，檢測(cè)精度可達(dá)1μL·L-1；開路式激光采用單色光，紅外光譜輻射吸收固定波長(zhǎng)，對(duì)NH3有優(yōu)選性，避免其他氣體成分相互吸收干擾；何瑩等[44]采用開放式TDLAS技術(shù)設(shè)計(jì)了開放式NH3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)秋冬季奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)NH3排放濃度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，該方法可以快速、高靈敏度地獲得大范圍氣體排放特征結(jié)果；HARRIS等[45]采用開路傅立葉變換紅外光譜氣體分析儀（OP-FTIR）對(duì)不同地區(qū)豬舍全年NH3排放進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果表明，NH3排放的季節(jié)效應(yīng)十分明顯；高星星等[46]采用基于TDLAS光譜的自標(biāo)定式吸收方式對(duì)豬舍進(jìn)行連續(xù)兩周的NH3濃度檢測(cè)，結(jié)果表明該方法長(zhǎng)期檢測(cè)精度及穩(wěn)定性均顯著優(yōu)于電化學(xué)傳感器法；WORELY等[47]應(yīng)用開路式可調(diào)諧激光光譜氣體探測(cè)儀對(duì)肉雞舍外部的NH3濃度進(jìn)行檢測(cè)；HARRIS等[48]采用FTIR檢測(cè)畜禽舍NH3及H2S濃度，并采用非線性光譜法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提高了系統(tǒng)檢測(cè)精度。光聲光譜檢測(cè)法憑借其高靈敏度、監(jiān)測(cè)范圍廣以及多氣體檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)，在大氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。STEVEN等[49]采用光聲光譜多氣體采樣儀對(duì)實(shí)施不同飼料方案的豬舍環(huán)境NH3與H2S濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明調(diào)整飼料配比可有效降低豬舍內(nèi)有害氣體濃度；Chiumenti等[50]采用1302型光聲多氣體監(jiān)測(cè)儀對(duì)豬舍堆糞中的排放氣體進(jìn)行檢測(cè)，從而驗(yàn)證硝化與反硝化處理對(duì)減少堆糞排放氣體中氮元素的作用。結(jié)果表明硝化和完全反硝化反應(yīng)可以有效地降低堆糞中N元素的排放。

采用光譜法可快速連續(xù)檢測(cè)畜禽舍有害氣體，其靈敏度高，儀器性能穩(wěn)定，但是儀器設(shè)備昂貴，常用于科研和環(huán)境監(jiān)評(píng)中。

1.4 質(zhì)譜法

質(zhì)譜法在定性分析污染氣體類型與濃度方面運(yùn)用廣泛，其原理為利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)將運(yùn)動(dòng)的離子按質(zhì)荷比分離后通過(guò)測(cè)量離子準(zhǔn)確質(zhì)量確定離子的化合物組成。NORMAN等[51]運(yùn)用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜儀（Proton- Transfer-Reaction Mass Spectrometry，PTR-MS），以O(shè)2+離子為試劑，對(duì)大氣中NH3濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該方法在快速、高靈敏度地檢測(cè)NH3濃度的同時(shí)記錄NH3濃度30s內(nèi)的變化；FEILBERG等[52]采用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜法對(duì)集約化豬場(chǎng)和牛場(chǎng)H2S濃度進(jìn)行了測(cè)量。

1.5 氣相色譜法

氣相色譜法（gas chromatography，GC）指用氣體作為流動(dòng)相，根據(jù)氣相攜帶混合物中不同物質(zhì)在固定相中移動(dòng)速度不同對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分離，從而進(jìn)行檢測(cè)的一種色譜法。YOON等[53]采用安捷倫GC789-0A型氣相色譜儀對(duì)畜禽糞便糞便處理設(shè)施中H2S濃度進(jìn)行檢測(cè)，從而研究其與設(shè)施復(fù)合氣味濃度的相關(guān)性。結(jié)果表明，復(fù)合氣味濃度（稀釋比）與H2S濃度呈顯著正相關(guān)（<0.05）；ZHANG等[54]采用氣相色譜儀研究過(guò)磷酸鈣處理豬糞對(duì)堆肥區(qū)有害氣體排放的影響。結(jié)果表明，該方法在增加氮氧化合物排放的同時(shí)會(huì)顯著降低NH3與H2S的排放。

氣相色譜儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)靈敏度高，性能比較穩(wěn)定，對(duì)大多數(shù)物質(zhì)都有檢測(cè)反應(yīng)，適用于大氣中氣體成分及濃度的檢測(cè)分析。

NH3與H2S主要檢測(cè)方法對(duì)比如表2、表3所示。其中，濕化學(xué)法靈敏度高，成本低，可以準(zhǔn)確獲取氣體濃度，但其費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且無(wú)法實(shí)時(shí)在線檢測(cè)；氣體檢測(cè)管法價(jià)格便宜，操作簡(jiǎn)單，但誤差較大；電化學(xué)傳感器法靈敏度高，成本適中，可以連續(xù)檢測(cè)氣體濃度，但易受其他氣體的交叉干擾，且靈敏度和分辨率較低，傳感器的探頭需要定期更換及人工校正；半導(dǎo)體傳感器使用方便、成本較低，但檢測(cè)結(jié)果受環(huán)境因素影響較大；光譜法和質(zhì)譜法可快速準(zhǔn)確檢測(cè)氣體，但儀器昂貴，使用成本較高，不適合生產(chǎn)性畜禽場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

表2 NH3檢測(cè)方法對(duì)比[7]

表3 H2S檢測(cè)方法對(duì)比

2 溫室氣體

畜牧業(yè)是農(nóng)業(yè)源溫室氣體的主要排放源之一，家畜腸道發(fā)酵、畜禽糞污處理、畜禽飼養(yǎng)過(guò)程與飼料生產(chǎn)過(guò)程都會(huì)直接或間接產(chǎn)生大量溫室氣體甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）和一氧化二氮（N2O）[55]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，牛羊等反芻動(dòng)物的CH4總產(chǎn)量約為全球動(dòng)物和人類釋放總量的95%[56]，而CH4對(duì)全球變暖潛值是CO2的21倍[57]。反芻動(dòng)物通過(guò)腸胃發(fā)酵產(chǎn)生的CO2難以被畜體消化吸收，絕大部分都通過(guò)打嗝排出體外。目前呼吸代謝箱法、示蹤法、頭罩法、面罩法等在反芻動(dòng)物溫室氣體檢測(cè)中較為常用。

2.1 家畜腸道發(fā)酵溫室氣體

2.1.1 呼吸代謝箱法 呼吸代謝箱法通過(guò)建立空氣在動(dòng)物的頭、嘴和鼻子內(nèi)的循環(huán)系統(tǒng)，計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)空氣流速和濃度差得到CH4排放量。

史海山等[58]建立了密閉呼吸箱系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)定反芻動(dòng)物CH4和CO2濃度。呼吸代謝箱法僅能測(cè)量反芻動(dòng)物腸道發(fā)酵產(chǎn)生的溫室氣體，無(wú)法體現(xiàn)家畜體外環(huán)境中溫室氣體濃度，且儀器使用成本較高。

2.1.2 六氟化硫示蹤法 采用六氟化硫示蹤法測(cè)定動(dòng)物CH4排放原理是在動(dòng)物瘤胃內(nèi)置入以穩(wěn)定速率釋放六氟化硫的滲透管，根據(jù)已知的六氟化硫的排放速率測(cè)得與六氟化硫一起排出體外CH4濃度[59]。公式如下：

Q4=Q6×[4]/ [6] （2-1）

Q4為測(cè)定的反芻動(dòng)物CH4排放速率；Q6為六氟化硫的釋放速率；[4]為采樣氣體的CH4濃度；[6]為采樣氣體中六氟化硫的濃度。

六氟化硫示蹤法成本較低，能夠在一定生產(chǎn)條件下同時(shí)對(duì)大量動(dòng)物進(jìn)行測(cè)定，有較好應(yīng)用潛力，但其儀器測(cè)試設(shè)備仍有較大缺陷，亟待改進(jìn)。

2.1.3 頭罩法和面罩法 頭罩法采用一種環(huán)繞在動(dòng)物頭部周圍的密封箱，測(cè)量動(dòng)物口鼻排出的氣體濃度。相對(duì)于呼吸箱代謝法，頭罩法成本較低，但無(wú)法測(cè)得動(dòng)物尾腸排出的CH4濃度。面罩法只能針對(duì)單個(gè)個(gè)體使用，對(duì)動(dòng)物飲食等活動(dòng)造成諸多不利影響。上述3種家畜腸道發(fā)酵溫室氣體檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)如表4所示。

2.2 畜禽場(chǎng)溫室氣體

畜禽舍、糞污處理與施用是畜牧業(yè)溫室氣體的主要排放源[60]，目前畜禽場(chǎng)的溫室氣體檢測(cè)方法有如下幾種。

2.2.1 氣相色譜法 氣相色譜法分析速度快，靈敏度高，準(zhǔn)確性高，在畜禽場(chǎng)溫室氣體檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[61-62]。HAO等[63]采用氣相色譜法研究了畜禽場(chǎng)主動(dòng)與被動(dòng)兩種糞便堆肥方式對(duì)溫室氣體排放的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，被動(dòng)堆肥下氣體排放量較少，這主要是因?yàn)楸粍?dòng)堆肥情況下肥料的不完全分解和較低的氣體擴(kuò)散速率；WANG等[29]采用賽默飛55i型CH4分析儀對(duì)豬場(chǎng)沼液貯存中CH4濃度進(jìn)行了動(dòng)態(tài)檢測(cè)研究；XU等[64]使用裝配有火焰點(diǎn)燃探測(cè)器（FID）和熱傳導(dǎo)探測(cè)器（TCD）的氣相色譜儀準(zhǔn)確檢測(cè)牛舍堆肥過(guò)程中CO2和CH4濃度變化；GAUTAM等[65]運(yùn)用氣相色譜法檢測(cè)堆糞間CH4與CO2濃度研究納米氧化鋅對(duì)豬糞溫室氣體的減排作用，結(jié)果表明，納米氧化鋅可對(duì)上述兩種溫室氣體在糞肥厭氧條件的排放有顯著抑制作用；SARKER等[66]采用配備火焰電離檢測(cè)器（FID）和電子捕獲檢測(cè)器（ECD）的氣相色譜儀檢測(cè)溫室氣體（CH4、CO2）濃度以研究銅硅納米凝膠等三種納米顆粒對(duì)降低畜禽糞便溫室氣體排放的影響，并將三組的測(cè)定結(jié)果與對(duì)照組比較，結(jié)果表明添加該三種納米粒子可顯著降低豬舍堆糞間溫室氣體的排放。

表4 家畜腸道發(fā)酵溫室氣體檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

2.2.2 開路激光法 檢測(cè)畜禽場(chǎng)溫室氣體的開路激光法主要包括開路式傅里葉紅外光譜法（OP-FTIR）和開路式可調(diào)諧激光二極管吸收光譜法（OP- TDLS）。BJORNEBERG等[67]在1、3、6和9月分別測(cè)量了奶牛場(chǎng)圍欄、儲(chǔ)存池、堆肥區(qū)空氣的CH4和N2O的濃度，試驗(yàn)采用OP-FTIR法，精度可達(dá)0.01 mL·L-1；NAYLOR等[68]采用開放路徑FTIR光譜法量化蛋雞糞便中N2O和CH4的排放量，進(jìn)而評(píng)估使用防滲蓋對(duì)污染氣體排放的影響，結(jié)果表明防滲蓋的使用可顯著降低蛋雞糞便溫室氣體的排放量；SHAO等[69]采用OP-FTIR法對(duì)大型奶牛場(chǎng)的CH4、N2O等溫室氣體進(jìn)行檢測(cè)，并比較了偏最小二乘（PLS）法與經(jīng)典最小二乘（CLS）法對(duì)數(shù)據(jù)定量的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)PLS回歸所得的結(jié)果更佳；KYOUNG等[70]用OP-TDLS法對(duì)集約化畜禽場(chǎng)的CH4濃度進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)采用立式徑向流映射法（VRPM）構(gòu)建基于多路徑的綜合逸散氣體濃度測(cè)量垂直柱圖，大大提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。該法優(yōu)勢(shì)在于氣體檢測(cè)范圍廣，但因其使用時(shí)間受限，因此需要結(jié)合其他監(jiān)控方法獲取整年的溫室氣體數(shù)據(jù)。

與呼吸代謝法相比，開路激光法未限制動(dòng)物的行為，比較接近于動(dòng)物的自然放牧狀態(tài)，但由于其檢測(cè)范圍為整個(gè)畜禽場(chǎng)，因此無(wú)法說(shuō)明不同排放源的溫室氣體排放情況。

2.2.3 光聲光譜檢測(cè)法 NGWABIE等[71]使用1412型光聲多氣體分析儀對(duì)自然通風(fēng)奶牛舍的溫室氣體進(jìn)行多點(diǎn)采樣分析，N2O、CH4和CO2的檢測(cè)限分別為0.03、0.4和1.5 mL·L-1；SHIRAISHI等[72]在夏天和冬天使用紅外聲光探測(cè)器對(duì)肉牛糞便堆肥的溫室氣體進(jìn)行檢測(cè)，研究糞便含水量對(duì)溫室氣體排放的影響；MAIALEN等[73]采用1302型多功能光聲氣體分析儀評(píng)估管理模式和環(huán)境參數(shù)對(duì)春季和秋季堆糞處溫室氣體排放的影響。結(jié)果表明，氣溫、降水情況以及堆糞管理方式對(duì)溫室氣體排放均有一定影響。

進(jìn)行畜禽舍溫室氣體檢測(cè)時(shí)應(yīng)結(jié)合家畜種類、生產(chǎn)環(huán)境等不同因素選擇科學(xué)合適的檢測(cè)方法。紅外光譜法、氣相色譜法、質(zhì)譜法、激光法等檢測(cè)技術(shù)較之化學(xué)分析方法更加快速精確。

畜牧業(yè)溫室氣體檢測(cè)隨時(shí)間、季節(jié)和采樣點(diǎn)等不同而不斷變化，實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)溫室氣體的精確監(jiān)測(cè)較為困難，目前仍未有國(guó)際通用的檢測(cè)方法與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，畜牧業(yè)溫室氣體檢測(cè)方法與技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)研究亟待開展。

3 顆粒物

大氣顆粒物（particulate matters，PM）是在大氣中存在的各種固態(tài)、液態(tài)顆粒狀物質(zhì)的總稱，包括灰塵、霧、霾等。按粒徑大小顆粒物可分為總懸浮顆粒物（total suspended particulate，TSP）、可吸入顆粒物（inhalable particulate matter，IPM）、可入肺顆粒物（respirable particulate matter，RPM）等[74]。TSP指大氣中空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于或等于100μm的顆粒物；PM10被稱為可吸入顆粒物，可以通過(guò)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體，其空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于或等于10μm；PM2.5指空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于或等于2.5μm的大氣顆粒物，它們能夠進(jìn)入人體肺泡，因此也稱為可入肺顆粒物[75]。

研究表明，畜禽養(yǎng)殖業(yè)PM是農(nóng)業(yè)源主要來(lái)源之一。隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的高速發(fā)展，其PM的排放占比還將持續(xù)增加[76]。畜禽舍內(nèi)的PM攜帶惡臭和污染氣體，通常還含有種類繁多的細(xì)菌和微生物，從而使其具有生物活性，且濃度是其它室內(nèi)環(huán)境的10—100倍[77]，因此畜禽場(chǎng)PM對(duì)畜禽健康、福利以及對(duì)環(huán)境影響巨大。對(duì)畜禽場(chǎng)PM檢測(cè)技術(shù)的研究已成為提高畜禽福利、改善養(yǎng)殖環(huán)境的重要研究方向。

畜禽場(chǎng)PM不僅影響動(dòng)物的生長(zhǎng)性能以及福利水平，而且嚴(yán)重影響工作人員的健康和周邊環(huán)境質(zhì)量[78]。隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，當(dāng)前畜禽場(chǎng)PM的研究仍欠缺大量的定量信息，PM源解析技術(shù)亟待發(fā)展。畜禽場(chǎng)PM吸附的NH3、惡臭化合物、各種微生物對(duì)畜禽以及工作人員健康的影響有待評(píng)估。因此，完善PM特征檢測(cè)技術(shù)，獲取更全面的PM特征信息對(duì)揭示畜禽場(chǎng)PM對(duì)環(huán)境影響、減少PM排放有至關(guān)重要的作用。

3.1 PM物理特征檢測(cè)

3.1.1 PM濃度的檢測(cè) 目前PM濃度的檢測(cè)方法主要包括稱重法和光學(xué)法兩種。稱重法可以得到PM的質(zhì)量濃度，即PM質(zhì)量與空氣體積之比；而光學(xué)法可以得到PM的數(shù)量濃度，即PM數(shù)量與空氣體積之比。質(zhì)量濃度在PM研究中較為常用，數(shù)量濃度可結(jié)合PM的密度及其粒徑等信息轉(zhuǎn)化為質(zhì)量濃度。

稱重檢測(cè)法原理為：一定流量的空氣通過(guò)采樣器的濾膜時(shí)，空氣中的PM吸附在濾膜上，然后根據(jù)采樣后濾膜增加的質(zhì)量除以空氣流量，計(jì)算出單位體積PM的質(zhì)量，即PM的質(zhì)量濃度。針對(duì)不同粒徑的PM（如PM10、PM2.5）檢測(cè)，需要在采樣器上添加不同類型的切割頭進(jìn)行過(guò)濾。當(dāng)前畜禽場(chǎng)PM質(zhì)量濃度檢測(cè)儀器使用較多的有微量震蕩天平（TEOMs）和β衰減PM監(jiān)測(cè)儀（Beta Gauge），兩者都可以實(shí)現(xiàn)PM的自動(dòng)、連續(xù)、精確監(jiān)測(cè)[79-82]。兩者差異主要在于TEOMs可以通過(guò)其獨(dú)特的微量天平系統(tǒng)測(cè)定濾膜上的PM質(zhì)量變化。

PM濃度的光學(xué)檢測(cè)儀器主要包括便攜式PM檢測(cè)儀和光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器等，光學(xué)檢測(cè)法的檢測(cè)精確度低于稱重法[83-85]。但這類檢測(cè)儀器便于攜帶和操作，可連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣體濃度，因此在畜禽場(chǎng)PM的濃度檢測(cè)中應(yīng)用廣泛[86]。

3.1.2 PM粒徑分布檢測(cè) PM粒徑分布檢測(cè)方法主要包括空氣動(dòng)力學(xué)檢測(cè)與光學(xué)檢測(cè)。

目前主要采用級(jí)聯(lián)撞擊器或者氣動(dòng)粒度儀進(jìn)行PM空氣動(dòng)力學(xué)檢測(cè)。級(jí)聯(lián)撞擊器可以對(duì)不同粒徑范圍的PM進(jìn)行收集并最終計(jì)算其分布，其原理是在不同的撞擊階段利用慣性去除將不同粒徑的PM分離。但由于慣性與顆粒質(zhì)量成正相關(guān)，難以分離小微粒，因此該方法大多被用于微米級(jí)PM中較大粒徑的分布檢測(cè)[87]?？諝鈩?dòng)力學(xué)粒徑譜儀（aerodynamic particle sizer，APS）操作簡(jiǎn)便，便于攜帶，可實(shí)時(shí)測(cè)量顆粒污染物種類、粒徑及其分布[88-89]。微孔均勻沉積式多級(jí)碰撞采樣器（micro-orificeuniform deposit impactor，MOUDI）是一種常用的8級(jí)串聯(lián)撞擊式顆粒物測(cè)量?jī)x，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，但無(wú)法實(shí)時(shí)獲得空氣顆粒物污染數(shù)據(jù)[90-91]。而氣動(dòng)粒度儀則是能夠提供實(shí)時(shí)、高分辨率的PSD測(cè)量，測(cè)量的范圍為0.5—20μm[92]。

PM的光學(xué)檢測(cè)主要利用光通過(guò)顆粒的散射及衍射現(xiàn)象，并結(jié)合PM的密度和形狀信息對(duì)PM的空氣動(dòng)力學(xué)直徑進(jìn)行分析。采用的儀器主要包括光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器和光散射粒度儀兩類。光學(xué)檢測(cè)法的測(cè)量粒徑范圍較廣，重復(fù)性較好，但需要在PM采集完成后才能進(jìn)行粒徑分析[93]。激光粒度分析儀（LS13320）測(cè)得的顆粒物直徑結(jié)果較為準(zhǔn)確，但是LS13320無(wú)法直接采集顆粒物樣本，且需要在特定的溶劑內(nèi)進(jìn)行分析，無(wú)法實(shí)時(shí)測(cè)量。

3.2 PM的化學(xué)特征檢測(cè)

PM的化學(xué)特征主要指PM的化學(xué)成分，是開展畜禽場(chǎng)PM來(lái)源分析的重要參數(shù)。Cambra-López等[94]對(duì)家禽舍與豬舍的PM進(jìn)行分析，研究不同源對(duì)畜禽舍PM的貢獻(xiàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，單純采用PM化學(xué)特性分析正確率較高，在60%—68%之間，而分析形態(tài)特征正確率僅在40%—62%之間，綜合兩種特征正確率可達(dá)69%。畜禽場(chǎng)PM化學(xué)成分主要為元素（Al、Si、Fe等）、離子（SO42-、NO3-、NH4+等）以及有機(jī)碳（OC）和元素碳（EC），PM的化學(xué)特征檢測(cè)方法主要包括離子色譜法、X射線光譜法和熱光學(xué)分析法等。

離子色譜法主要用于測(cè)定各種離子的含量，原理是將改進(jìn)后的電導(dǎo)檢測(cè)器安裝在離子交換樹脂柱的后面，通過(guò)離子交換的方法分離出樣品離子，再用檢測(cè)器對(duì)樣品離子進(jìn)行檢測(cè)響應(yīng)。目前離子色譜可以測(cè)定的離子包括堿金屬、有機(jī)陰離子、重金屬、堿土金屬、有機(jī)酸和稀土離子以及胺和銨鹽等[95-97]。MASIOL等[98]在威尼斯3個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)PM2.5進(jìn)行分季度采樣，用離子色譜法定量分析了樣品的元素組成、無(wú)機(jī)離子和多環(huán)芳烴濃度，并建立基于元素和無(wú)機(jī)離子數(shù)據(jù)的多部位PMF受體模型。

X射線光譜分析法根據(jù)試樣發(fā)出的X射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度，測(cè)定試樣所含的元素與元素的相對(duì)含量，該方法精密度高、成本低、無(wú)污染[99]。

熱光學(xué)分析法通過(guò)加熱分離樣品中的OC和EC，之后采用光學(xué)的方法分別測(cè)定兩者的含量[100]。LI等[101]采用熱光學(xué)分析法研究雞舍空氣PM中OC與EC的比例，進(jìn)而分析雞舍中PM的來(lái)源。

目前上述三種PM化學(xué)成分分析方法均需要現(xiàn)場(chǎng)采樣后送實(shí)驗(yàn)室分析，詳見表5所示。

表5 畜禽場(chǎng)PM的化學(xué)成分分析方法

3.3 PM生物特征檢測(cè)

顆粒物的生物特征主要是指PM內(nèi)包括細(xì)菌、真菌、病毒等微生物的種類、數(shù)量等信息。PM中的微生物樣品通過(guò)采集空氣樣本導(dǎo)入吸收液進(jìn)行采集，之后取定量吸收液進(jìn)行培養(yǎng)，再用16S核糖體分析方法對(duì)微生物的種屬進(jìn)行鑒別。

16S核糖體分析法可以用于未知樣品的快速種屬分析或?yàn)樯b定提供指導(dǎo)信息。對(duì)于難以獲得純培養(yǎng)的細(xì)菌，該分析法是目前唯一可用的鑒定方法。GERALD等[102]曾對(duì)不同畜禽舍的顆粒物進(jìn)行采集，并通過(guò)培養(yǎng)基對(duì)PM的微生物進(jìn)行培養(yǎng)分析，試驗(yàn)結(jié)果表明，雖然不同畜禽舍內(nèi)PM攜帶的微生物種類不盡相同，但李斯特菌在其中的含量均最高。

4 惡臭物質(zhì)

禽畜養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，其帶來(lái)的惡臭污染問(wèn)題也日益凸顯[103]，當(dāng)前畜禽養(yǎng)殖業(yè)的惡臭污染問(wèn)題引起了廣泛的關(guān)注。

畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的惡臭不但氣味令人厭惡，而且伴隨著病原微生物、懸浮顆粒、寄生蟲卵、NH3、H2S等有毒有害成分，造成嚴(yán)重的空氣污染，威脅人畜的身心健康[104]。20世紀(jì)60年代以來(lái)，歐美國(guó)家在對(duì)惡臭成分開展鑒定分析和科學(xué)評(píng)估的基礎(chǔ)上，出臺(tái)了一系列惡臭監(jiān)測(cè)與管理的標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)[105]。

畜禽惡臭釋放源多樣，物質(zhì)組成復(fù)雜。隨著惡臭物質(zhì)分析測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，新惡臭成分不斷被發(fā)現(xiàn)，通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）分析確定多達(dá)331種揮發(fā)性有機(jī)化合物和NH3、H2S等固定氣體[106]等惡臭物質(zhì)。因此，識(shí)別畜禽養(yǎng)殖惡臭來(lái)源及物質(zhì)組成、了解惡臭表征與評(píng)估方法，對(duì)于判別畜禽惡臭關(guān)鍵物質(zhì)、科學(xué)評(píng)估惡臭危害、針對(duì)性地提出惡臭控制措施有重要意義。

惡臭物質(zhì)的檢測(cè)主要有成分分析和感官分析。

4.1 惡臭成分分析

不同的分析測(cè)定方法對(duì)于不同種類惡臭物質(zhì)的選擇性和靈敏度不同。NH3、H2S以及揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）等惡臭物質(zhì)的常用分析方法有分光光度法、氣相色譜法、氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用法等，這些畜禽場(chǎng)惡臭物質(zhì)的成分分析方法比較如表6所示。

4.2 惡臭感官分析

感官法是利用人鼻來(lái)測(cè)知有無(wú)臭氣以及臭氣的質(zhì)和量。然而當(dāng)臭氣物質(zhì)缺少特異性時(shí)，感官法就難以辨別其質(zhì)與量。感官分析法分為直接法和稀釋法兩種。

直接法是一種定性方法，直接通過(guò)嗅覺(jué)感知的惡臭感覺(jué)對(duì)照惡臭強(qiáng)度分級(jí)判定惡臭程度，即用數(shù)字等級(jí)或語(yǔ)言描述表示臭氣強(qiáng)弱[121]。稀釋法是一種相對(duì)定量方法，是指用無(wú)臭空氣對(duì)某一惡臭樣品進(jìn)行連續(xù)稀釋，直至達(dá)到無(wú)臭狀態(tài)。根據(jù)稀釋方法分為靜態(tài)稀釋法和動(dòng)態(tài)稀釋法。靜態(tài)稀釋法主要包括無(wú)臭室法、注射器法和三點(diǎn)比較式臭袋法。其測(cè)量精度相對(duì)較高，測(cè)量的重復(fù)性和再現(xiàn)性好，嗅辨員個(gè)體之間的誤差小。

表6 畜禽場(chǎng)惡臭成分分析方法

動(dòng)態(tài)稀釋法是使用儀器設(shè)備對(duì)臭氣樣品進(jìn)行連續(xù)稀釋后供人嗅辨的方法。動(dòng)態(tài)嗅覺(jué)儀使用電腦控制自動(dòng)完成樣品定比稀釋，提高了稀釋效率，同時(shí)提高了稀釋精度和重復(fù)精度。

惡臭樣品的感官指標(biāo)主要分為惡臭濃度、惡臭強(qiáng)度、惡臭容忍度、惡臭愉悅度及惡臭特征描述等5類。其分析方法如下：

（1）惡臭濃度（Odor Concentration，OC）是用無(wú)臭空氣對(duì)某一惡臭樣品進(jìn)行連續(xù)稀釋時(shí)，剛剛達(dá)到無(wú)臭狀態(tài)（在人的感覺(jué)閾值以下）時(shí)的稀釋倍數(shù)?？捎靡韵鹿奖硎荆?/p>

式中，D/T—稀釋倍數(shù)/閾值（dilution to threshold）；Vo—惡臭樣品體積（volume of odorous air）；Va—潔凈空氣體積（volume of fresh air）

由于惡臭濃度數(shù)值有時(shí)很大，不易于惡臭給人的感覺(jué)聯(lián)系起來(lái)，且誤差較大，目前常用惡臭指數(shù)（odor index，OI），表示惡臭污染的程度，計(jì)算公式如式（2）：

OI=10×lg（） （2）

式中，OI—惡臭指數(shù)；—惡臭濃度，無(wú)量綱（國(guó)標(biāo)）或/3（歐標(biāo)）。

惡臭指數(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下：

① OI符合Weber-Fechner定律；

②任何惡臭均可用2位有效數(shù)字表示，評(píng)價(jià)尺度簡(jiǎn)單；

③ OI易進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

（2）惡臭強(qiáng)度（odor intensity）是指惡臭樣品（確認(rèn)閾值以上）的相對(duì)強(qiáng)度，可通過(guò)等級(jí)描述法、估量法、參考等級(jí)法定性描述。

（3）惡臭容忍度（odor persistency，OP-dose response）用于描述人體感受到的惡臭強(qiáng)度隨惡臭濃度被稀釋時(shí)降低的速率。

據(jù)Steven's法則，惡臭強(qiáng)度與惡臭濃度間的關(guān)系如（3）所示

I=(C)（3）

式中，I—Odor Intensity；C—Odor concentration；，—常數(shù)

惡臭容忍度關(guān)系式可表述為“劑量—反映”（dose response）（冪函數(shù)），呈線性相關(guān),如下式所示：

=+（4）

（4）氣味愉悅度（hedonic tone），是用于評(píng)價(jià)氣味樣品的令人愉悅程度，通常使用21點(diǎn)等級(jí)，如+10、0、-10，該等級(jí)需由經(jīng)培訓(xùn)的嗅辨員確定。

（5）氣味特征描述需要嗅辨員描述氣味的感官感受特征。氣味特征描述可分為蔬菜味、水果味、花朵味、泥土味等。感受特征描述可分為發(fā)癢的、發(fā)麻的、溫暖的等。以上每種氣味都可分為4個(gè)級(jí)別，由嗅辨員給出，作為評(píng)價(jià)惡臭的指標(biāo)。除此之外，還可以運(yùn)用電子鼻分析惡臭感官指標(biāo)。

專業(yè)嗅辨人員的惡臭分析要比氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法成本高，而且主觀性較強(qiáng)，但是氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)也有局限，無(wú)法僅憑一個(gè)樣品確定所有氣態(tài)有機(jī)化合物，以及難以確定引起惡臭的化合物種類。因此采用氣相色譜與動(dòng)態(tài)嗅覺(jué)儀聯(lián)合的方法可更全面分析惡臭樣品指標(biāo)。

5 展望

我國(guó)是畜禽養(yǎng)殖大國(guó)，畜禽場(chǎng)的空氣污染問(wèn)題已成為畜牧業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的主要制約因素之一。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)術(shù)界、畜牧行業(yè)、公眾及政府對(duì)畜禽場(chǎng)空氣污染問(wèn)題日益關(guān)注。科學(xué)準(zhǔn)確地獲取畜禽場(chǎng)各種主要空氣污染物信息是探明空氣污染物排放機(jī)理、對(duì)人畜健康影響機(jī)制、擴(kuò)散及對(duì)周邊環(huán)境空氣質(zhì)量影響、控制技術(shù)研發(fā)與效果評(píng)估等的前提。因此，在選擇應(yīng)用畜禽場(chǎng)空氣污染物檢測(cè)技術(shù)與方法時(shí)，要根據(jù)空氣污染物排放源與污染物特征、檢測(cè)目的、檢測(cè)點(diǎn)數(shù)及檢測(cè)時(shí)間等科學(xué)選用，并嚴(yán)格遵守相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、操作維護(hù)要求，以確保所獲得的各種空氣污染物檢測(cè)濃度的準(zhǔn)確性和可靠性。

畜禽場(chǎng)的空氣污染物成分復(fù)雜，各種污染物在檢測(cè)過(guò)程中存在相互干擾，如何從畜禽場(chǎng)的空氣污染物中快速、準(zhǔn)確檢測(cè)出各種污染物成分及濃度是未來(lái)的研發(fā)重點(diǎn)。與此同時(shí)，目前用于畜禽場(chǎng)空氣污染物連續(xù)檢測(cè)的精密儀器多數(shù)只能單點(diǎn)檢測(cè)，使用和維護(hù)成本較高，主要以美國(guó)Thermo Scientific等外國(guó)公司為主導(dǎo)，而完全具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)內(nèi)同類檢測(cè)儀器鮮有。因此，亟待開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、低成本、高效、精準(zhǔn)的多點(diǎn)實(shí)時(shí)在線空氣污染物檢測(cè)方法與技術(shù)。

[1] SCHAUER J J, CASS G R. Source apportionment of wintertime gas-phase and particle-phase air pollutants using organic compounds as tracers., 2000, 34(9): 1821-1832.

[2] BENCS L, RAVINDRA K, de HOOG J, RASOAZANANY E O, DEUTSCH F, BLEUX N, BERGHMANS P, ROEKENS E, KRATA A, Van GRIEKEN R. Mass and ionic composition of atmospheric fine particles over Belgium and their relation with gaseous air pollutants., 2008, 10(10): 1148-1157.

[3] SHEPHERD T A, ZHAO Y, LI H, STINN J P, HAYES M D, XIN H. Environmental assessment of three egg production systems - Part II-Ammonia, greenhouse gas, and particulate matter emissions., 2015, 94(3): 534-543.

[4] 閻波杰, 潘瑜春. 規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)糞便養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)空間化表征方法. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2014, 45(11): 154-158.

YAN B J, PAN Y C. Research on characterization method of statistical data of scale raising farms., 2014, 45(11): 154-158. (in Chinese)

[5] NI J Q, HEBER A J, LIM T T, DIEHL C A, DUGGIRALA R K, HAYMORE B L. Hydrogen sulphide emission from two large pig-finishing buildings with long-term high-frequency measurements., 2002, 138(2): 227-236.

[6] TREMBLAY F J B, MASSE D I. Instrumentation for precise quantification of methane emissions from dairy herds., 2008, 50: 721-728.

[7] NI J, HEBER A J. Sampling and measurement of ammonia at animal facilities//Sparks D. L.. 2008: 201-269.

[8] CAI L, KOZIEL J A, LIANG Y, NGUYEN A T, XIN H. Evaluation of zeolite for control of odorants emissions from simulated poultry manure storage. ., 2007, 36(1): 184-193.

[9] 代小蓉. 集約化豬場(chǎng)NH3的排放系數(shù)研究. 浙江大學(xué), 2010.

DAI X R. Study on ammonia emission factors in intensive pig farms. Zhejiang University, 2010. (in Chinese)

[10] DONHAM K J, REYNOLDS S J, WHITTEN P, MERCHANT J A, BURMEISTER L, POPENDORF W J. Respiratory dysfunction in swine production facility workers - dose-response relationships of environmental exposures and pulmonary-function., 1995, 27(3): 405-418.

[11] 劉春青, 張勇. 豬舍氨氣含量檢測(cè)方法綜述. 豬業(yè)科學(xué), 2011, 28(11): 80-82.

LIU C Q, ZHANG Y. Review on detection methods of ammonia content in pigsty., 2011, 28(11): 80-82. (in Chinese)

[12] CURTIS S E, ANDERSON C R, SIMON J, JENSEN A H, DAY D L, KELLEY K W. Effects of aerial ammonia, hydrogen-sulfide and swine-house dust on rate of gain and respiratory-tract structure in swine., 1975, 41(3): 735-739.

[13] MANNEBECK H. Comparison of the effects of different systems on ammonia emissions., 1991.

[14] 潘序武, 王愛(ài)軍. 碘量法中標(biāo)準(zhǔn)溶液配置與標(biāo)定應(yīng)注意的問(wèn)題. 職業(yè)與健康, 2008, 24(19): 2030-2031.

Pan X W, WANG A J. Issues on preparation and demarcation of standard solution of iodimetry., 2008, 24(19): 2030-2031. (in Chinese)

[15] NJAGI J, ERLICHMAN J S, ASTON J W, LEITER J C, ANDREESCU S. A sensitive electrochemical sensor based on chitosan and electropolymerized Meldola blue for monitoring NO in brain slices., 2010, 143(2): 673-680.

[16] XIN H, LIANG Y, TANAKA A, GATES R S, WHEELER E F, CASEY K D, HEBER A J, NI J Q, LI H. Ammonia emissions from u. s. poultry houses: part i - measurement system and techniques,, 2003.

[17] JI B, ZHENG W, GATES R S, GREEN A R. Design and performance evaluation of the upgraded portable monitoring unit for air quality in animal housing., 2016, 124: 132-140.

[18] WHEELER E F, CASEY K D, GATES R S, XIN H, ZAJACZKOWSKI J L, TOPPER P A, LIANG Y, PESCATORE A J. Ammonia emissions from twelve u. s. Broiler chicken houses., 2006, 49(5): 1495-1512.

[19] PREDICALA B Z, CORTUS E L, FENGLER R, CHRISTIANSON S K. Assessing the performance of hydrogen sulfide monitoring devices and a water spray method to reduce worker exposure in swine buildings: 2006 portland,, July 9-12, 2006 .

[20] BICUDO J R, TENGMAN C L, JACOBSON L D, SULLIVAN J E. Odor, hydrogen sulfide and ammonia emissions from swine farms in minnesota., 2000: 589-608.

[21] 王嬌嬌, 高云, 雷明剛, 童宇, 黎煊, 吳雨桐, 楊天園, 李冬, 朱望武. 無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)下的豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì). 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 34(6): 130-135.

WANG J J, GAO Y, LEI M G, TONG Y, LI X, WU Y T, YANG T Y, LI D, ZHU W W. Design of a piggery environmental monitoring system in the wireless Mesh network., 2015, 34(6): 130-135. (in Chinese)

[22] ZENG L, HE M, YU H, LI D. An H2S sensor based on electrochemistry for chicken coops., 2016, 16(9): 1398.

[23] MAASIKMETS M, TEINEMAA E, KAASIK A, KIMMEL V. Measurement and analysis of ammonia, hydrogen sulphide and odour emissions from the cattle farming in Estonia., 2015, 139: 48-59.

[24] FABIAN-WHEELER E E, HILE M L, MURPHY D J, HILL D E, MEINEN R, BRANDT R C, ELLIOTT H A, HOFSTETTER D. Operator exposure to hydrogen sulfide from dairy manure storages containing gypsum bedding., 2017, 23(1): 9-22.

[25] OH K S, WOO S I. Chemiluminescence analyzer of NOx as a high-throughput screening tool in selective catalytic reduction of NO., 2011, 12(5): 1425-1432.

[26] POLLACK I B, LERNER B M, RYERSON T B. Evaluation of ultraviolet light-emitting diodes for detection of atmospheric NO2by photolysis - chemiluminescence., 2010, 65(2-3): 111-125.

[27] LIU Z, WANG L, BEASLEY D, OVIEDO E. Effect of moisture content on ammonia emissions from broiler litter: A laboratory study., 2007, 58(1): 41-53.

[28] HEBER A J, NI J Q, HAYMORE B L, DUGGIRALA R K, KEENER K M. Air quality and emission measurement methodology at swine finishing buildings., 2001, 44(44): 1765-1778.

[29] WANG K, HUANG D, YING H, LUO H. Effects of acidification during storage on emissions of methane, ammonia, and hydrogen sulfide from digested pig slurry., 2014, 122: 23-30.

[30] JIN Y, TENG T L, NI J. Aerial emission monitoring at a dairy farm in indiana:, 2010.

[31] WORLEY J W, DAS K C. Swine manure solids separation and composting using alum. ., 2000, 16(5): 555-561.

[32] JACOBSON L D, JANNI K A, ARELLANO P E, PIJOAN C J. Winter swine ventilation evaluation using air quality criteria., 1992, 56(1): 103-119.

[33] PARBST K E, KEENER K M, HEBER A J, NI J Q. Comparison between low-end discrete and high-end continuous measurements of air quality in swine buildings. ., 2000, 16(16): 693-699.

[34] 許穩(wěn), 劉學(xué)軍, 孟令敏, 鄭鯤. 不同養(yǎng)殖階段豬舍氨氣和顆粒物污染特征及其動(dòng)態(tài). 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2018, 37(6): 1248-1254.

XU W, LIU X J, MENG L M, ZHENG K. Dynamics and pollution features of ammonia and particulate matter during different pig breeding stages.2018, 37(6): 1248-1254. (in Chinese)

[35] DRAGER. Drager-Tube Handbook. 9th Ed. Lubeck, Germany: 1994.

[36] WHEELER E F, WEISS R W J, WEIDENBOERNER E. Evaluation of instrumentation for measuring aerial ammonia in poultry houses., 2000, 9(9): 443-452.

[37] CHENG S, LI Y, GENG S, HU L, FU X, HAN X. Effects of dietary fresh fermented soybean meal on growth performance, ammonia and particulate matter emissions, and nitrogen excretion in nursery piglets., 2017, 18(12): 1083-1092.

[38] SKEWES P A，HARMON J D. Ammonia quick test and ammonia dosimeter tubes for determining ammonia levels in broiler facilities., 1995(4): 148-153.

[39] HUSSAIN O M, RAO K S. Characterization of activated reactive evaporated MoO3thin films for gas sensor applications., 2003, 80(3): 638-646.

[40] KAWASHIMA S, YONEMURA S. Measuring ammonia concentration over a grassland near livestock facilities using a semiconductor ammonia sensor., 2001, 35(22): 3831-3839.

[41] LI L H, GAO L A. Remote monitoring system of henhouse harmful gases:, 2010.

[42] SECREST C D. Field measurement of air pollutants near swine confined animal feeding operations using UV DOAS and FTIR.. 2001: 98-104.

[43] MOUNT G H, RUMBURG B, HAVIG J, LAMB B, WESTBERG H. Measurement of atmospheric ammonia at a dairy using differential optical absorption spectroscopy in the mid-ultraviolet., 2002(36): 1799-1810.

[44] 何瑩, 張玉鈞, 尤坤, 王立明, 高彥偉, 徐金鳳, 高志嶺, 馬文奇. 奶牛場(chǎng)氨排放特征的光譜檢測(cè). 光譜學(xué)與光譜分析, 2016, 36(3): 783-787.

HE Y, ZHANG Y J, YOU K, WANG L M, GAO Y W, XU J F, GAO Z L, MA W Q. Study on Ammonia Emission Rules in a Dairy Feedlot Based on Laser Spectroscopy Detection Method., 2016, 36(3): 783-787. (in Chinese)

[45] HARRIS D B, SHORES R C, JONES L G. Ammonia emission factors from swine finishing operations., 2001.

[46] 高星星, 張尉, 方賢才, 肖進(jìn), 羅友誼. 自校準(zhǔn)式NH3濃度檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)與研究. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào), 2017, 38(8): 82-86.

GAO X X, ZHANG W, FANG X C, XIAO J, LUO Y Y. Design and research of self-calibration NH3 gas detection device., 2017, 38(8): 82-86. (in Chinese)

[47] WORLEY J W, CZARICK M, FAIRCHILD B D, RITZ C W, HARPER L A, HALE B D, NAEHER L P. Monitoring of ammonia and fine particulates downwind of broiler houses:2008.

[48] HARRIS D B, KIRCHGESSNER D A, NATSCHKE D F, THOMPSON E L, CHILDERS J W, CLAYTON M, PHILLIPS W J. Comparison of an innovative nonlinear algorithm to classical least-squares for analyzing open-path fourier transform infrared spectra collected at a concentrated swine production facility., 2002, 56(3): 325-336.

[49] TRABUE S, KERR B, SCOGGIN K. Odor and odorous compound emissions from manure of swine fed standard and dried distillers grains with soluble supplemented diets., 2016, 45(3): 915-923.

[50] CHIUMENTI A. Complete nitrification–denitrification of swine manure in a full-scale, non-conventional composting system., 2015, 46: 577-587.

[51] NORMAN M, HANSEL A, WISTHALER A. O2+ as reagent ion in the PTR-MS instrument: Detection of gas-phase ammonia., 2007, 265(2-3): 382-387.

[52] FEILBERG A, HANSEN M J, LIU D, NYORD T. Contribution of livestock H2S to total sulfur emissions in a region with intensive animal production., 2017, 8(1): 1069.

[53] YOON H S, SEONG K W, CHOI K S. A study of odor emission characteristics from human waste/livestock manure treatment facilities in Korea., 2015, 19(3): 564-571.

[54] ZHANG D, LUO W, YUAN J, LI G, LUO Y. Effects of woody peat and superphosphate on compost maturity and gaseous emissions during pig manure composting., 2017, 68.

[55] 汪開英, 黃丹丹, 應(yīng)洪倉(cāng). 畜牧業(yè)溫室氣體排放與減排技術(shù). 中國(guó)畜牧雜志, 2010(24): 20-22, 26.

WANG K Y, HUANG D D, YING H C. The greenhouse gas emission and mitigation technologies of animal husbandry., 2010(24): 20-22, 26. (in Chinese)

[56] 張運(yùn)濤, 方德羅. 反芻動(dòng)物甲烷排放及其對(duì)全球變暖的影響. 中國(guó)畜牧雜志, 1999, 35(1): 47-48.

ZHANG Y T, FANG D L. Effects of methane emissions from ruminants on global warming., 1999, 35(1): 47-48. (in Chinese)

[57] IPPC. Climate change 2001: the scientific basis, contribution of group 1 to the third assessment report of the intergovernmental panel on climate change., 2001.

[58] 史海山, 丁學(xué)智, 龍瑞軍, 黃小丹, 陽(yáng)伏林, 齊小晶. 舍飼綿羊甲烷和二氧化碳的日排放動(dòng)態(tài). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(2): 877-882.

SHI H S, DING X Z, LONG R J, HUANG X D, YANG F L, QI X J. Diurnal dynamics of methane and carbon dioxide released from indoor-fed sheep., 2008, 28(2): 877-882. (in Chinese)

[59] JOHNSON K, HUYLER M, WESTBERG H, LAMB B, ZIMMERMAN P. Measurement of methane emissions from ruminant livestock using a sf6 tracer technique., 1994, 28(2): 359-362.

[60] HASSOUNA M, EGLIN T. Measuring emissions from livestock farming: greenhouse gases, ammonia and nitrogen oxides. 2017.

[61] NAYLOR T A, WIEDEMANN S G, PHILLIPS F A, WARREN B, MCGAHAN E J, MURPHY C M. Emissions of nitrous oxide, ammonia and methane from Australian layer-hen manure storage with a mitigation strategy applied., 2016, 56(9): 1367.

[62] LI J, LUO J, SHI Y, LINDSEY S, HOULBROOKE D, LEDGARD S. Nitrous oxide emissions from dairy farm effluent applied to a new zealand pasture soil., 2015, 31(2): 279-289.

[63] HAO X, CHANG C, LARNEY F J, TRAVIS G R. Greenhouse gas emissions during cattle feedlot manure composting., 2001, 30(2): 376.

[64] XU S, HAO X, STANFORD K, MCALLISTER T, LARNEY F J, WANG J. Greenhouse gas emissions during co-composting of cattle mortalities with manure., 2007, 78(2): 177-187.

[65] GAUTAM D P, RAHMAN S, FORTUNA A M, BORHAN M S, SAINI-EIDUKAT B, BEZBARUAH A N. Characterization of zinc oxide nanoparticle (nZnO) alginate beads in reducing gaseous emission from swine manure., 2016, 38(9): 1-24.

[66] SARKER N C, RAHMAN S, BORHAN M S, RAJASEKARAN P, SANTRA S, OZCAN A. Nanoparticles in mitigating gaseous emissions from liquid dairy manure stored under anaerobic condition., 2019.

[67] BJORNEBERG D L L A B W. Measurements of atmospheric ammonia, methane, and nitrous oxide at a concentrated dairy production facility in southern idaho using openpath FTIR spectrometry., 2009: 52-55.

[68] NAYLOR T A, WIEDEMANN S G, PHILLIPS F A, WARREN B, MCGAHAN E J, MURPHY C M. Emissions of nitrous oxide, ammonia and methane from australian layer-hen manure storage with a mitigation strategy applied., 2016, 56(9): 1367.

[69] SHAO L, GRIFFITHS P R, LEYTEM A B. Advances in data processing for open-path Fourier transform infrared spectrometry of greenhouse gases., 2010, 82(19): 8027-8033.

[70] KYOUNG S RO P G H S. Estimating ammonia and methane emissions from CAFOS using an openpath optical remote sensing technology:, 2007.

[71] NGWABIE N M, JEPPSSON K H, NIMMERMARK S, SWENSSON C, GUSTAFSSON G. Multi-location measurements of greenhouse gases and emission rates of methane and ammonia from a naturally-ventilated barn for dairy cows., 2009, 103(1): 68-77.

[72] SHIRAISHI M W N T E. Measurement and regulation of environmental hazardous gas emissions from beef cattle manure composting., 2006: 1293-1303.

[73] VIGURIA M, LóPEZ D M, ARRIAGA H, MERINO P. Ammonia and greenhouse gases emission from on-farm stored pig slurry., 2015, 226(9): 285.

[74] GB. 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn). 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2012.

GB. Ambient air quality standard., 2012. (in Chinese)

[75] MELO J O, SOTO S F, KATAYAMA I A, WENCESLAU C F, PIRES A G, VERAS M M, FURUKAWA L N S, de CASTRO I, NASCIMENTO SALDIVA P H, HEIMANN J C. Inhalation of fine particulate matter during pregnancy increased IL-4 cytokine levels in the fetal portion of the placenta., 2015, 232(2): 475-480.

[76] OLE-KENNETH NIELSEN M P M N. Projection of SO2, NOX, NMVOC, NH3and particle emissions – 2012-2035. 2013.

[77] CAMBRA-LOPEZ M, TORRES A G, AARNINK A J A, OGINK N W M. Source analysis of fine and coarse particulate matter from livestock houses., 2011, 45(3): 694-707.

[78] 汪開英, 戴圣炎, 王玲娟. 畜禽場(chǎng)空氣懸浮顆粒物污染與其監(jiān)控技術(shù)研究進(jìn)展. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2017, 48(6): 232-241.

WANG K Y, DAI S Y, WANG L J. Research progress on pollution and monitoring technology of particulate matter from livestock and poultry farms., 2017, 48(6): 232-241. (in Chinese)

[79] HEBER A J, BOGAN B W, NI J Q, LIM T T, RAMIREZDORRONSORO J C, CORTUS E L, DIEHL C A, HANNI S M, XIAO C H, CASEY K D. The national air emissions monitoring study: overview of barn sources. : central theme, technology for all: sharing the knowledge for development.2008.

[80] HAYES M, XIN H W, LI H, SHEPHERD T, CHEN Y X, ZHAO Y, STINN J. Ammonia, greenhouse gas, and particulate matter concentrations and emissions of aviary layer houses in the Midwestern USA. :, 2012.

[81] MAGHIRANG R G, PUMA M C, CLARK P, LIU Y L. Dust concentrations and particle size distribution in an enclosed swine nursery., 1997, 40(40): 749-754.

[82] LIN X J, CORTUS E L, ZHANG R, JIANG S, HEBER A J. Air Emissions from Broiler Houses in California. Transactions of the Asabe, 2012, 55(5): 1895-1908.

[83] ULENS T, MILLET S, WEYENBERG S V, MEEREN P V D, LANGENHOVE H V, DEMEYER P. Results of measurements of particulate matter concentrations inside a pig fattening facility. ., 2016, 20(1): 13-16.

[84] MOSTAFA E, NANNEN C, HENSELER J, DIEKMANN B, GATES R, BUESCHER W. Physical properties of particulate matter from animal houses—empirical studies to improve emission modelling., 2016, 23(12): 12253-12263.

[85] 吳勝, 沈丹, 唐倩, 戴鵬遠(yuǎn), 李延森, 李春梅. 規(guī)?；敕忾]式豬場(chǎng)舍內(nèi)顆粒物、氨氣和二氧化碳分布規(guī)律. 畜牧與獸醫(yī), 2018, 50(3): 30-38.

WU S, SHEN D, TANG Q, DAI P Y, LI Y S, LI C M. Distribution of particulate matters and noxious gases in large-scale semi-enclosed swine houses., 2018, 50(3): 30-38. (in Chinese)

[86] ROUMELIOTIS T S, DIXON B J, HEYST B J V. Characterization of gaseous pollutant and particulate matter emission rates from a commercial broiler operation part I: Observed trends in emissions., 2010, 44(31): 3770-3777.

[87] HINDS W C. Aerosol technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles., 1999, 31(9): 1121-1122.

[88] JUNG J H, SUN Y P, LEE J E, LEE B U, BAE G N. Distinguishing biotic and abiotic particles using an ultraviolet aerodynamic particle sizer for real-time detection of bacterial bioaerosols., 2012, 29(9): 866-874.

[89] PETERS T M, OTT D, O'SHAUGHNESSY P T. Comparison of the Grimm 1. 108 and 1. 109 portable aerosol spectrometer to the TSI 3321 aerodynamic particle sizer for dry particles. ., 2006, 50(8): 843.

[90] 趙鵬, 朱彤, 梁寶生, 胡敏, 康凌, 宮繼成. 北京郊區(qū)農(nóng)田夏季大氣顆粒物質(zhì)量和離子成分譜分布特征. 環(huán)境科學(xué), 2006, 27(2): 193-199.

ZHAO P, ZHU T, LIANG B S, HU M, KANG L, GONG J C. Characteristics of mass distributions of aerosol particle and its inorganic water soluble ions in summer over a suburb farmland in beijing., 2006, 27(2): 193-199. (in Chinese)

[91] MARPLE V, OLSON B, ROMAY F, HUDAK G, GEERTS S M, LUNDGREN D. Second generation micro-orifice uniform deposit impactor, 120 moudi-ii: design, evaluation, and application to long-term ambient sampling., 2014, 48(4): 427-433.

[92] MCCLURE J W. Determination of particulate emissions from confined animal housing., 2009.

[93] JOO H S, NDEGWA P M, HEBER A J, NI J Q, BOGAN B W, RAMIREZ-DORRONSORO J C, CORTUS E L. Particulate matter dynamics in naturally ventilated freestall dairy barns., 2013, 69(69): 182-190.

[94] CAMBRA-LóPEZ M, HERMOSILLA T, AARNINK A J A, OGINK N W M. A methodology to select particle morpho-chemical characteristics to use in source apportionment of particulate matter from livestock houses., 2012, 81(2): 14-23.

[95] 王麗文, 王云艷. 離子色譜法同時(shí)測(cè)定大氣顆粒物中七種陰離子分析方法的研究. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè), 1993(4): 12-13.

WANG L W, WANG Y Y. Study on simultaneous determination of seven anions in atmospheric particles by ion chromatography., 1993(4): 12-13. (in Chinese)

[96] 王紅偉, 方建龍, 林少彬. 超聲提取離子色譜法測(cè)定大氣PM2. 5中9種陰、陽(yáng)離子. 中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志, 2015(24): 4203-4206.

WANG H W, FANG J L, LIN S B. Determination of 9 kinds of anions and cations in atmospheric PM2. 5by ultrasonic extraction ion chromatography,, 2015(24): 4203-4206. (in Chinese)

[97] DING Y, MOU S. [Determination of choline chloride and trimethylamine in feedstuff by ion chromatography]., 2004, 22(2): 174.

[98] MASIOL M, SQUIZZATO S, RAMPAZZO G, PAVONI B. Source apportionment of PM2. 5at multiple sites in Venice (Italy): Spatial variability and the role of weather., 2014, 98: 78-88.

[99] 徐海, 劉琦, 王龍山. X射線熒光光譜法測(cè)定土壤樣品中碳氮硫氯等31種組分. 巖礦測(cè)試, 2007, 26(6): 490-492.

XU H, LIU Q, WANG L S. Determination of 31 components in soil samples by x-ray fluorescence spectrometry., 2007, 26(6): 490-492. (in Chinese)

[100] BIRCH M E, CARY R A. Elemental Carbon-Based Method for Monitoring Occupational Exposures to Particulate Diesel Exhaust., 1996,25(3):221-241

[101] LI Q F, WANGLI L, JAYANTY R K M, SHAH S B. Organic and elemental carbon in atmospheric fine particulate matter in an animal agriculture intensive area in north carolina: estimation of secondary organic carbon concentrations., 2013, 2(1): 7-18.

[102] GERALD. A biophysiochemical analysis of settled livestock and poultry housing dusts., 2014, 9(2): 153-166.

[103] 汪開英, 魏波, 羅皓杰. 畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)的惡臭檢測(cè)與評(píng)估方法. 中國(guó)畜牧雜志, 2009, 45(24): 24-27.

WANG K Y, WEI B, LUO H J. Odor detection and evaluation method for livestock and poultry scale farms., 2009, 45(24): 24-27. (in Chinese)

[104] SCHIFFMAN S S, WILLIAMS C M. Science of odor as a potential health issue., 2005, 34(1): 129.

[105] APT V H, HEERES P, HARSSEMA H. A review of 20 years of standardization of odor concentration measurement by dynamic olfactometry in europe., 1999, 49(6): 705-715.

[106] SCHIFFMAN S S, BENNETT J L, RAYMER J H. Quantification of odors and odorants from swine operations in north carolina., 2001, 108(3): 213-240.

[107] 程秉珂, 池靖, 張欣. 4-己基間苯二酚分光光度法測(cè)定大氣中的丙烯醛. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè), 1990(5): 20-23.

CHENG B K, CHI J, ZHANG X. Spectrophotometric determination of acrolein in the atmosphere with 4-hexyl resorcinol,, 1990(5): 20-23. (in Chinese)

[108] JACOBSON L D, JANNI K A, ARELLANO P E, PIJOAN C J. Winter swine ventilation evaluation using air quality criteria., 1992, 56(1): 103-119.

[109] MELSE R W, WERF A W V D. Biofiltration for mitigation of methane emission from animal husbandry. ., 2005, 39(14): 5460.

[110] 金勝昔, 徐伯洪, 肖宏瑞, 閆慧芳. 空氣中吲哚和甲基吲哚的氣相色譜法. 衛(wèi)生研究, 1997(1): 18-19.

JIN S X, XU B H, XIAO H R, YAN H F. Determinations of indole and methylindole in air by gas chromatography., 1997(1): 18-19. (in Chinese)

[111] 韓叢碧, 李凌波. 硫化學(xué)發(fā)光檢測(cè)器-氣相色譜法測(cè)定廢氣中揮發(fā)性硫化物. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè), 2012, 28(3): 93-96.

HAN C B, LI L B. Analysis of volatile sulfur compounds in waste gases by gas chromatography with a sulfur chemiluminescence detector., 2012, 28(3): 93-96. (in Chinese)

[112] 魯麗娜, 賀東霞. 氣相色譜法同時(shí)測(cè)定室內(nèi)裝修后的多種有害氣體. 中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志, 2005, 15(12): 1482, 1520.

LU L N, HE D X. Simultaneous determination of various harmful gases after interior decoration by gas chromatography,, 2005, 15(12): 1482, 1520. (in Chinese)

[113] 李芳, 凌大鵬, 陸平, 嚴(yán)奉軒, 陳寧. 空氣中苯、甲苯、乙苯等有害氣體的質(zhì)譜在線監(jiān)測(cè): 中國(guó)物理學(xué)會(huì)質(zhì)譜分會(huì)全國(guó)學(xué)術(shù)交流會(huì), 2008.

LI F, LING D P, LU P, YAN F X, CHEN N. On-line monitoring of harmful gases such as benzene, toluene and ethylbenzene in the air:, 2008. (in Chinese)

[114] FEILBERG A, BILDSOE P, NYORD T. Application of PTR-MS for measuring odorant emissions from soil application of manure slurry., 2015, 15(1): 1148.

[115] HANSEN M J, KASPER P L, APS A, FEILBERG A. Key odorants from pig production based on improved measurements of odor threshold values combining olfactometry and proton-transfer-reaction mass spectrometry (ptr-ms)., 2018, 18(3): 788.

[116] KASPER P L, MANNEBECK D, OXB?L A, NYGAARD J V, HANSEN M J, FEILBERG A. Effects of dilution systems in olfactometry on the recovery of typical livestock odorants determined by ptr-ms., 2017, 17(8): 1859.

[117] AKDENIZ N, JACOBSON L D, HETCHLER B P, BEREZNICKI S D, HEBER A J, KOZIEL J A, CAI L, ZHANG S, PARKER D B. Odor and odorous chemical emissions from animal buildings: Part 2. Odor Emissions., 2010, IN PRESS(6): 2357-2368.

[118] CAI L, KOZIEL J A, LIANG Y, NGUYEN A T, XIN H. Evaluation of zeolite for control of odorants emissions from simulated poultry manure storage., 2007, 36(1): 184-193.

[119] 王玉軍, 邢志賢, 張秀芳, 侯志廣, 趙曉松, 竇森, 周米平. 便攜式氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定畜禽糞便堆肥中揮發(fā)性有機(jī)物. 分析化學(xué), 2012, 40(6): 899-903.

WANG Y J, XING Z X, ZHANG X F, HOU Z G, ZHAO X S, DOU S, ZHOU M P. On-site detection of volatile organic compounds during composting treatment of livestock and poultry manure by gc-ms., 2012, 40(6): 899-903. (in Chinese)

[120] ZHU W, KOZIEL J A, MAURER D L. Mitigation of livestock odors using black light and a new titanium dioxide-based catalyst: proof-of-concept., 2017, 8(6): 103.

[121] 劉波, 王文林, 劉筱, 范婤, 楊婉靜, 徐喬, 關(guān)雷, 曾杰亮, 李文靜, 何斐. 畜禽養(yǎng)殖惡臭物質(zhì)組成與測(cè)定及評(píng)估方法研究進(jìn)展. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào), 2017(10): 872-881.

LIU B, WANG W L, LIU X, FAN C, YANG W J, XU Q, GUAN L, CENG J L, LI W J, HE F. A review of researches on composition, measurement and assessment of odorants in livestock and poultry breeding., 2017(10): 872-881. (in Chinese)

Review of Measurement Technologies for Air Pollutants at Livestock and Poultry Farms

WANG KaiYing, WU JieGang, ZHAO Xiaoyang

（Institute of Agricultural Bio-Environmental Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058）

With the intensification of livestock breeding, the air quality problem of livestock farms caused by high density breeding is becoming more and more serious. Animal husbandry has become one of the important sources of air pollutants in China. Air emitted from most intensive livestock houses contains a large amount of pollutants, including ammonia, sulfides, particulate matters (PM), volatile organic compounds (VOCs), which not only poses a big threat to animals and workers in livestock farms, but also spreads to the surrounding environment resulting in air pollution. Scientific and applicable air pollutants measuring methods are the basis of monitoring and controlling air pollution in livestock and poultry farms. In this article, the detection methods of livestock farming related hazardous gases (e.g., NH3, H2S), greenhouse gases, particulate matters and odor were summarized. The detection methods of hazardous gases in livestock houses mainly include chemical analysis, semiconductor gas sensor detection, spectroscopic methodology and mass spectrometry. The wet-chemical method is cheap and can detect gases sensitively and accurately, while it cannot detect gases in real time, and the process is time-consuming and labor-intensive. The gas tube is cheap and easy to operate, but the deviation is great. Electrochemical sensor is of high sensitivity, moderate cost and can be used to detect gas concentration continuously, however, the devices are easy to age. Spectrum method and mass spectrometry can detect gas quickly and accurately, but it is not suitable for conventional air detection of productive livestock farming due to its high costs. In this paper, the detection methods of greenhouse gases (e.g., CH4, CO2) generated from animal intestinal fermentation and livestock environment were also summarized. It is hard to conclude an accurate detection of greenhouse gases in animal husbandry, because the concentrations of greenhouse gases in animal husbandry changes all the time (diurnal and seasonal) and are related to other factors including sampling points. No international common testing method and measurement standard are concluded till now, therefore, the research of greenhouse gases detection method and standard in animal husbandry should be carried out as soon as possible. The detection methods of particulate matters (PM) in livestock farms were reviewed from three aspects: physical, chemical and biological characteristics. PM contains complex components in livestock farms, therefore, it is highly needed to improve PM detection technology. Besides, the component analysis and sensory analysis of odorous substances in livestock farms were overviewed. The odor analysis of professional olfactory discernment personnel owns stronger subjectivity and costs higher than gas chromatography- mass spectrometry. While, using gas chromatography-mass spectrometry is unable to determine all gaseous organic compounds with one sample. Combining gas chromatography and dynamic olfactometer can be more efficient for comprehensive analysis of odor samples. In this article, detection methods and techniques of air pollutants in animal husbandry were comprehensively reviewed to provide a reference for the development of air pollutants detection technologies in livestock and poultry breeding in China.

livestock and poultry farm; air pollution; measurement; harmful gases; particulate matter; odor

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.08.015

2018-08-02；

2019-02-22

十三五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0500504）

汪開英，E-mail：zjuwky@zju.edu.cn

（責(zé)任編輯 林鑒非）