郭子立 郝曉霞宋威臻胡紅文 白 蓮白 林*

（1四川農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，四川成都 611130；2四川省內(nèi)江市農(nóng)業(yè)科學院，四川內(nèi)江 641000）

近年來，我國養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，一些養(yǎng)殖場在養(yǎng)殖過程中會向周圍環(huán)境中釋放大量的顆粒污染物[1]，空氣中的顆粒物會與水分子、微生物、氣體等相結合形成相對穩(wěn)定的膠體粒子[2-4]，從而對動物健康造成威脅。在秋冬季節(jié)，動物肺部易燥，且豬舍密閉保溫、通風不良，會導致舍內(nèi)空氣質(zhì)量下降，豬舍內(nèi)如果顆粒物含量過高，豬只長期受顆粒物刺激易患支氣管炎、氣管炎和肺炎。生長育肥豬發(fā)生呼吸道疾病后，會出現(xiàn)精神沉郁、咳嗽、打噴嚏、腹式呼吸、呼吸困難、成為“掉隊豬（僵豬）”等情況[5]。豬如果出現(xiàn)呼吸道綜合征后，機體免疫力下降，更容易感染其他病原菌而致病，最終導致生豬生長速度緩慢、飼料報酬下降、出欄時間推遲等[6]。

針對空氣中顆粒物對畜禽的危害，Bakutis等[7]將顆粒物作為畜禽舍中的空氣污染物進行了研究，Visser等[8]對隧道通風式雞舍內(nèi)外空氣中的顆粒物質(zhì)量濃度進行檢測，豬舍和牛舍內(nèi)空氣中顆粒物的分布，及其舍外傳播擴散規(guī)律也被陸續(xù)報道[9-13]。Kim[14]采用空氣過濾器有效降低了豬場空氣中的顆粒物和生物成分。國內(nèi)的相關研究主要集中在畜禽舍內(nèi)微生物氣溶膠以及向大氣環(huán)境擴散特征和潛在的生物安全風險[15-18]等方面，吳勝[19]和陳曉亮[20]等研究了規(guī)模化豬場內(nèi)總懸浮顆粒物（TSP）的舍內(nèi)分布規(guī)律，汪開英等[21]對保育豬舍內(nèi)顆粒物隨空氣條件的變化做了CFD模擬研究，閆懷峰[22]和王樹華等[23]研究了空氣電凈化自動防疫系統(tǒng)和空氣智能凈化系統(tǒng)對降低舍內(nèi)粉塵的作用。有關畜舍內(nèi)的PM2.5（粒徑≤2.5μm的顆粒物）、PM10（粒徑≤10μm的顆粒物）和TSP（粒徑≤100μm的顆粒物）質(zhì)量濃度的報道均只在育肥豬舍內(nèi)進行過檢測[12,25]。陳峰等[26]研究的蛋雞舍顆粒物濃度的結果表明，顆粒物質(zhì)量濃度還與畜禽種類、通風、晝夜、季節(jié)變化和飼養(yǎng)條件等因素有關。不同養(yǎng)殖階段豬舍空氣中顆粒物質(zhì)量濃度的變化尚缺乏詳細的研究，引起總顆粒物變動的粒徑主體也并不明確。

因此，本研究以四川地區(qū)某豬場為研究對象，針對該豬場不同養(yǎng)殖階段豬舍內(nèi)空氣中的顆粒物含量進行檢測，考察養(yǎng)殖類型、飼喂行為、通風條件和季節(jié)等因素對豬舍中PM2.5、PM10和TSP的影響，以期為規(guī)?；B(yǎng)殖場空氣質(zhì)量控制提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗豬舍

試驗在四川農(nóng)業(yè)大學雅安試驗基地的豬場進行，豬場布局見圖1。豬場內(nèi)設有飼料間、妊娠舍、哺乳舍、保育舍、育肥舍，還有較大面積的菜地。試驗豬場全場采用人工飼喂，飼料均為學校食堂剩飯剩菜經(jīng)過發(fā)酵后混合制成的顆粒飼料，鴨嘴式自動飲水器飲水。畜舍均為半開放式雙坡有窗結構，采用自然通風，玻璃窗安裝在兩側墻壁。豬舍檐高3 m，跨度10 m，長度各不相同（見表1），舍內(nèi)走道依畜舍結構也不相同，保育舍和哺乳舍均被分割為7個小單元舍。豬舍地面為全漏縫地板，水泡糞方式清糞，所有糞污均被集中于地下沼氣發(fā)酵設施中統(tǒng)一處理。各舍內(nèi)豬只數(shù)量不等，試驗期間舍內(nèi)均有空余圏欄。

表1 試驗豬舍基本情況

1.2 試驗材料

顆粒物便攜式采樣器（型號為MiniVol，美國AiaMetrics公司）；玻璃纖維濾膜（英國Whatman公司）；電子分析天平（BSA124S Sartorius）；干燥器、硅膠、凡士林、濾紙、鑷子、氣壓計、溫濕度計等（萬科公司）。

1.3 測點布置

顆粒物采樣點的布置見圖1中星型圖標所示。妊娠舍和育肥舍內(nèi)的顆粒物監(jiān)測點位于豬舍走道中部，保育舍和哺乳舍均是由7個小單元舍構成，采樣時選擇位于較中間的小單元，采樣點布于單元內(nèi)的走廊中間位置。所有采樣點均距離舍內(nèi)地面1.5 m，PM2.5、PM10和TSP切割頭的高度相同。

1.4 監(jiān)測指標

試驗時間為2017年6—9月份和2017年11月至2018年1月。試驗監(jiān)測指標為豬舍中的PM2.5、PM10和TSP質(zhì)量濃度。每棟豬舍的不同指標連續(xù)測量3 d，每天采樣 4 次，每次 2 h，分別在 5：00—7：00、9：00—11：00、12：00—14：00、16：00—18：00 進行采樣，采樣的同時監(jiān)測豬舍內(nèi)的溫度、濕度、大氣壓強，以免舍內(nèi)溫濕環(huán)境出現(xiàn)巨大變化對試驗結果造成影響。分別在妊娠舍、哺乳舍、保育舍、育肥舍內(nèi)監(jiān)測顆粒物質(zhì)量濃度，并關注畜舍的喂料時間，于飼喂前后檢測顆粒物質(zhì)量濃度變化。夏季人為設置風機，觀測不同通風情況對顆粒物質(zhì)量濃度的影響。分別于夏季和冬季進行監(jiān)測，記錄顆粒物質(zhì)量濃度隨季節(jié)變化的情況。

圖1 豬場布局圖

采用便攜式顆粒物采樣器進行自動采樣，方法如下。

①將收集顆粒物的濾紙在干燥器中干燥24 h，然后稱干燥后的濾紙重，計為m1（mg）；

②在豬舍中心位置放顆粒物采樣器，將采樣器安裝固定好，并置于相對安全的位置，防止豬將設備弄壞；將干燥后已稱重的濾紙放置在顆粒物采樣器中承接灰塵的濾網(wǎng)一面，設置采集顆粒物時段，設定好采集時段及空氣流速后開始采集顆粒物；采集顆粒物后，將濾紙從采樣器中取出，放入干燥器中干燥24 h，干燥后稱含顆粒物的濾紙重，計為m2；

③在采集顆粒物的時段內(nèi)，通過觀察壓力計進行讀數(shù)，測定豬舍的氣壓（mmHg）并記錄；讀取溫濕度計上的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并記錄。

采用TSP與PM10的差值和PM10與PM2.5的差值分別計算出PM10～100（空氣動力學粒徑在10～100μm之間的顆粒物）和PM2.5～10（空氣動力學粒徑在2.5～10μm之間的顆粒物）的濃度。

1.5 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學分析

顆粒物質(zhì)量濃度的計算公式如下：

其中，m1和m2分別為采樣前后濾紙的重量（mg）；v為采樣器上轉(zhuǎn)子流量計顯示的流量（L/min）；P0為標準狀態(tài)下的氣壓（mmHg），T0為標準狀態(tài)下的溫度（℃）；P為試驗狀態(tài)下的氣壓（mmHg），T為試驗狀態(tài)下的溫度（℃）。

數(shù)據(jù)結果以平均數(shù)±標準差表示，采用SPSS 20.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，組間比較采用Duncan法，＞0.05為差異不顯著，＜0.05為差異顯著，＜0.01為極顯著。

2 結果與分析

2.1 不同豬舍內(nèi)的顆粒物分布

對不同養(yǎng)殖階段豬舍（育肥舍、保育舍、哺乳舍和妊娠舍）內(nèi)的PM2.5、PM10和TSP質(zhì)量濃度進行測定，因筆者前期研究發(fā)現(xiàn)夏季畜舍內(nèi)PM2.5的含量較低，能檢測到的概率很小，因此未進行夏季畜舍內(nèi)顆粒物質(zhì)量濃度的檢測。只對冬季不同養(yǎng)殖階段豬舍內(nèi)顆粒物的質(zhì)量濃度進行了檢測，以每日顆粒物質(zhì)量濃度較高的時間段（12—14時）比較不同豬舍間顆粒物質(zhì)量濃度，結果見圖2。

由圖2可知，冬季保育舍內(nèi)PM2.5、PM10、TSP含量分別高達 0.86 mg/m3、0.91 mg/m3、1.30 mg/m3，顯著（＜0.05）高于育肥舍、哺乳舍和妊娠舍，哺乳舍與妊娠舍顆粒物含量最低，PM2.5、PM10、TSP的含量分別為0.3 mg/m3、0.6 mg/m3、0.8 mg/m3，育肥舍顆粒物質(zhì)量濃度居中。針對豬舍內(nèi)顆粒物含量的研究多集中于育肥舍和保育舍，許穩(wěn)[27]等發(fā)現(xiàn)冬季育肥舍內(nèi)的PM2.5、PM10、TSP 的含量 （0.4 mg/m3、0.88 mg/m3、2.39 mg/m3）顯著高于保育舍，與本研究所得的結果有差異。本研究中，保育舍和育肥舍的建筑面積相似，但是建筑結構截然不同，保育舍的小單間結構縮小了空氣采樣時的空間。由表1可知，保育舍內(nèi)的仔豬飼養(yǎng)密度約為試驗育肥舍的2.3倍，且試驗時觀察到仔豬活動量大，飼喂時爭食搶食嚴重，自由采食時造成的浪費大，導致保育舍空氣中顆粒物的含量高。參考我國空氣環(huán)境質(zhì)量二級標準 GB 3095—2012（TSP：300 μg/m3；PM10：150μg/m3；PM2.5：75μg/m3）發(fā)現(xiàn)，畜舍內(nèi)的顆粒物含量均嚴重超標，采取提高空氣質(zhì)量的措施迫在眉睫。

圖2 冬季不同豬舍內(nèi)的顆粒物質(zhì)量濃度

在不同豬舍內(nèi)，PM10占TSP的比例分別為育肥舍93.0%、保育舍70.0%、哺乳舍75.0%和妊娠舍75.0%，可見豬舍內(nèi)顆粒物污染以PM10為主。進一步細分顆粒物粒徑發(fā)現(xiàn)，在育肥舍和哺乳舍內(nèi)顆粒物質(zhì)量濃度均表現(xiàn)出PM2.5/TSP（49.90%，66.15%）＞PM2.5-10/TSP（43.10%，3.85%），因此可以認為在育肥舍和哺乳舍內(nèi)PM2.5是導致豬舍內(nèi)顆粒物濃度升高的主要原因。PM2.5由于粒徑很小而很容易積存到動物肺中，給動物健康帶來極大威脅[28]。哺乳舍與保育舍的建筑結構相似，但是哺乳舍小單間內(nèi)豬群密度較小（表1），而且母豬與初生仔豬的活動量相對較小，一個母豬配備一個食槽不會造成飼料的爭搶與浪費，因此舍內(nèi)顆粒物含量較低。妊娠舍為大圈飼養(yǎng)，空間大，空氣流通較快，飼料主要是豆渣麥麩潲水，無粉質(zhì)飼料，散逸到空氣中的飼料顆粒較少。

2.2 人工飼喂對顆粒物質(zhì)量濃度的影響

以夏季自然通風條件下哺乳舍內(nèi)總顆粒物含量為檢測對象，研究人工飼喂對顆粒物質(zhì)量濃度的影響，白天的波動曲線見圖3。哺乳舍內(nèi)人工飼喂的時間分別為8：00、11：30 和 18：30。

圖3 夏季不同時段哺乳舍內(nèi)顆粒物質(zhì)量濃度

由圖3可知，人工飼喂導致舍內(nèi)總顆粒物和PM10含量顯著（＜0.01）增加。早上8：00飼喂前后2個時段內(nèi)測量的顆粒物含量均為0.29 mg/m3，飼喂前后顆粒物含量無明顯差異；11：30飼喂后測得的顆粒物含量為0.58 mg/m3，較飼喂前顆粒物含量顯著增加，下午時段顆粒物含量為0.29 mg/m3，降至飼喂前平均水平。PM10的變化也遵循相似的規(guī)律，11：30飼喂后于12：00—14：00的檢測值約為飼喂前的2.9倍。而PM10在TSP中的占比在一天內(nèi)呈上升趨勢，在飼喂前均維持在50%左右，飼喂后即升高到76%，晚上即上升到90%。

早上8：00飼喂，哺乳舍仔豬多處于睡眠狀態(tài)，活動量較小，顆粒物含量無顯著差異，而13：30的人工飼喂后，舍內(nèi)顆粒物質(zhì)量濃度增加，其主要原因是人工飼喂增加了動物的活動量，促進顆粒物進入到空氣中再逸散傳播，而動物活動已經(jīng)被確定為舍內(nèi)顆粒物的重要來源之一[25]，因此可以認為人工飼喂會使舍內(nèi)顆粒物質(zhì)量濃度增加。此外，由PM10/TSP比例可得出，飼喂活動使動物PM10的占比升高，采食活動主要導致了空氣中PM10含量的顯著升高，進而提高了空氣中顆粒物含量。對應的下午16：00—18：00時，PM10的降低只是TSP降低的部分原因，粒徑在10～100μm之間的顆粒物質(zhì)量濃度降低是TSP降低的主要原因，從而使PM10/TSP比例高達90%。

2.3 通風情況對顆粒物質(zhì)量濃度的影響

以保育舍為檢測對象研究通風情況對顆粒物質(zhì)量濃度的影響，畜舍舍內(nèi)沒有機械通風設備，均采用自然通風，本研究采用人為架設風扇，夏季在保育舍內(nèi)避開試驗動物，對著窗戶進行強制通風。

圖4 夏季保育舍不同通風條件下的顆粒物質(zhì)量濃度

保育舍內(nèi)所測得12：00—14：00時段的PM10和總顆粒物TSP的含量如圖4所示，由此可知，機械通風對降低舍內(nèi)顆粒物含量有巨大的作用。舍內(nèi)只進行自然通風時PM10和TSP的含量為別為0.30 mg/m3和0.32mg/m3，使用機械通風時舍內(nèi)PM10與TSP都降為0.16 mg/m3，明顯低于自然通風時舍內(nèi)的顆粒物含量（＜0.05）。豬舍內(nèi)僅使用自然通風時，因為自然通風的通風口有限，通風效率低，導致舍內(nèi)空氣流通緩慢，無法排除舍內(nèi)顆粒物含量較高的空氣，而使用機械通風可以增加舍內(nèi)通風速率，從而降低舍內(nèi)空氣中的顆粒物含量[29]。2種通風條件下，PM10占TSP的比例分別為93%和99%，說明夏季保育舍內(nèi)空氣中的顆粒物污染以PM10為主，通風可去除絕大部分粒徑小于10μm的顆粒物，而且通風條件對PM10/TSP的影響不大。

2.4 冬夏兩季顆粒物質(zhì)量濃度變化

以哺乳舍為檢測對象研究顆粒物質(zhì)量濃度在冬夏兩季的變化，分別于夏季和冬季檢測舍內(nèi)空氣中的PM2.5、PM10和總顆粒物TSP的質(zhì)量濃度，結果見圖5。

圖5 不同季節(jié)哺乳舍內(nèi)顆粒物的質(zhì)量濃度

3 結論

不同豬舍中顆粒物PM2.5、PM10、TSP的含量各不相同，保育舍內(nèi)含量最高，分別為0.86 mg/m3，0.91 mg/m3，1.30 mg/m3，其次是育肥豬舍，哺乳舍和妊娠舍顆粒物質(zhì)量濃度最低。而且在各個豬舍內(nèi)，PM10均是總顆粒物的主要組成。

在夏季，保育舍內(nèi)的TSP主要由PM10組成，與自然通風相比，使用機械通風能有效降低TSP和PM10質(zhì)量濃度50%左右。

冬季哺乳舍內(nèi)PM2.5、PM10、TSP的含量分別可達到 0.3 mg/m3、0.6 mg/m3、0.8 mg/m3，顯著 （＜0.05）高于夏季。