王佳藝 曹 昀,2# 陳 丹 王文林 吳曉晨

(1.江西師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330022；2.江西師范大學(xué)鄱陽(yáng)湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330022；3.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042；4.海南省環(huán)境科學(xué)研究院，海南 ?？?570206)

氨是家禽飼養(yǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的主要惡臭氣體和有害氣體，氨的排放會(huì)導(dǎo)致家禽養(yǎng)殖場(chǎng)欄舍內(nèi)空氣污染，影響家禽和工人的健康[1]。此外，氨作為堿性氣體，在大氣化學(xué)反應(yīng)和氣溶膠形成過(guò)程中起著重要作用[2-3]，其易與二氧化硫、氮氧化物等反應(yīng)生成PM2.5的關(guān)鍵成分硫酸銨和硝酸銨[4-6]，對(duì)區(qū)域乃至全球大氣環(huán)境產(chǎn)生不良影響[7]。其中，蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)欄舍內(nèi)的氨排放潛力很大，研究其排放規(guī)律十分必要。

目前，針對(duì)蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)氨排放的估算方法[8-10]、排放特征[11-13]、影響因子[14-15]、減排措施[16-17]等已有較多研究，但蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)欄舍氨排放的日變化和季節(jié)變化規(guī)律研究還較少。溫度、濕度是蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)的主要環(huán)境因子，具有明顯的日變化和季節(jié)變化特征。蛋雞對(duì)溫度、濕度的變化十分敏感，很有可能影響其氨排放的日變化和季節(jié)變化。本研究在江西某規(guī)?；半u養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)監(jiān)測(cè)不同季節(jié)蛋雞欄舍氨排放濃度的日變化，核算氨排放量，探究規(guī)模化蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)欄舍氨排放特征，探討其與溫度、濕度的關(guān)系，以期為農(nóng)業(yè)源氨排放清單編制以及大氣污染防控提供方法參考。

1 材料與方法

1.1 養(yǎng)殖場(chǎng)欄舍概況

欄舍大小為11.2 m×8.0 m×2.8 m，清糞帶式(M-B)結(jié)構(gòu)，飼養(yǎng)蛋雞品種為黑羽綠殼蛋雞，飼養(yǎng)量為3 000只，采用兩層疊籠式籠養(yǎng)，人工喂料，飲水采用乳頭自動(dòng)飲水方式。欄舍為全封閉式，采用機(jī)械通風(fēng)，地面為水泥實(shí)心地板。采用機(jī)械干清糞，每3天清1次，糞水通過(guò)管道集中到集糞池，糞污由第三方定期集中清理后返回農(nóng)田作有機(jī)肥料。

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

分別于2018年8月4—6日(夏季)、2018年9月27—29日(秋季)、2018年11月22—24日(冬季)、2019年4月16—18日(春季)開(kāi)展每個(gè)季節(jié)連續(xù)3 d的監(jiān)測(cè)。在欄舍的進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其中進(jìn)風(fēng)口面積小于0.5 m2，流速分布比較均勻，在進(jìn)風(fēng)裝置外的中心位置設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。排風(fēng)口面積大于1.0 m2，流速分布不均勻，所以將排氣窗面按田字格狀等面積分成4小塊，在排氣窗面外各小塊的中心位置設(shè)置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，數(shù)據(jù)計(jì)算平均值。同時(shí)在欄舍的上風(fēng)向(以常年盛行風(fēng)向?yàn)闇?zhǔn))空曠地帶設(shè)置1個(gè)背景監(jiān)測(cè)點(diǎn)(半徑15.0 m范圍內(nèi)無(wú)欄舍和集糞池)。

1.3 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與處理

使用便攜式氨檢測(cè)儀(Smart Pro 10)連續(xù)測(cè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氨濃度，每10 min監(jiān)測(cè)1次。使用便攜氣象站(Kestrel 5000)同步測(cè)定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氣象要素(包括溫度、氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)速等)。

根據(jù)式(1)計(jì)算小時(shí)欄舍通風(fēng)量[18]。

(1)

式中：V為小時(shí)欄舍通風(fēng)量，m3/h；vn為小時(shí)排風(fēng)口平均風(fēng)速，m/s；S為排風(fēng)口面積，m2；t為小時(shí)排風(fēng)口累計(jì)排風(fēng)時(shí)長(zhǎng)，s/h；P為小時(shí)排風(fēng)口平均氣壓，kPa；T0為標(biāo)準(zhǔn)溫度，K，取273 K；P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，kPa，取101.3 kPa；T為小時(shí)排風(fēng)口平均溫度，K。

每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量計(jì)算見(jiàn)式(2)[19]。

(2)

式中：Qh為每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量，mg/(h·只)；ρout、ρin分別為排風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口的小時(shí)氨平均質(zhì)量濃度，mg/m3；n為欄舍中蛋雞飼養(yǎng)量，只。

每日24 h的每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量加和即為每只蛋雞的日欄舍氨排放量，也就是編制排放清單時(shí)需要用到的排放因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 欄舍氨濃度變化特征

由表1可見(jiàn)，進(jìn)風(fēng)口各季節(jié)氨質(zhì)量濃度為0～1.175 mg/m3，日平均值為0.035 mg/m3；排風(fēng)口各季節(jié)氨質(zhì)量濃度為0.442～10.917 mg/m3，日平均值為1.531 mg/m3，日平均值低于《畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)地環(huán)境評(píng)價(jià)規(guī)范》(HJ 568—2010)限值(5 mg/m3)。單因素方差分析表明，排風(fēng)口各季節(jié)氨濃度存在顯著性差異(P<0.05)，冬季氨平均質(zhì)量濃度最大，為2.452 mg/m3，最大值達(dá)到10.917 mg/m3；其次依次是春季和秋季，氨平均質(zhì)量濃度分別為1.480、1.425 mg/m3；夏季氨平均質(zhì)量濃度最低，為0.765 mg/m3，分別僅為冬季、春季和秋季的31.20%、51.69%、53.68%。但是進(jìn)風(fēng)口各季節(jié)氨濃度差異不顯著(P≥0.05)，表明欄舍的氨排放貢獻(xiàn)很明顯。

表1 不同季節(jié)欄舍進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口氨質(zhì)量濃度

分析圖1發(fā)現(xiàn)，春季、秋季和冬季排風(fēng)口氨濃度存在明顯的日變化特征，即白天氨濃度高，夜間氨濃度低，而夏季由于氨濃度總體較小而日變化特征不明顯。各季節(jié)氨質(zhì)量濃度最大值均出現(xiàn)在一天中溫度最高的14:00，分別為1.979、0.868、1.740、3.798 mg/m3，冬季是夏季的4.38倍；而各季節(jié)氨濃度最小值基本都出現(xiàn)在溫度最低的午夜至凌晨，分別為1.122、0.647、1.277、1.332 mg/m3，冬季是夏季的2.06倍。

圖1 4個(gè)季節(jié)蛋雞欄舍排風(fēng)口氨質(zhì)量濃度日變化特征

2.2 每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量變化特征

由圖2可見(jiàn)，4個(gè)季節(jié)每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量日變化特征與排風(fēng)口氨濃度的日變化特征相似，也是峰值均出現(xiàn)在14:00，谷值也基本出現(xiàn)在午夜至凌晨。但季節(jié)變化特征明顯不同，夏季和秋季的每只蛋雞小時(shí)欄舍氨排放量明顯大于春季和冬季。

圖2 4個(gè)季節(jié)每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量日變化特征

根據(jù)各季節(jié)每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量計(jì)算各季節(jié)氨排放因子，4個(gè)季節(jié)的排放因子分別為0.280、0.508、0.458、0.240 g/(d·只)，夏季最大，分別是春季、秋季、冬季的1.81、1.10、2.12倍。

2.3 每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量與溫度、相對(duì)濕度的關(guān)系分析

由表2的一元線性回歸分析可見(jiàn)，每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量與溫度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與相對(duì)濕度呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。

表2 各季節(jié)每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量與溫度、相對(duì)濕度的一元線性回歸系數(shù)1)

注：1)P<0.01。表3同。

進(jìn)一步對(duì)每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量與溫度、相對(duì)濕度進(jìn)行二元線性回歸分析(見(jiàn)表3)發(fā)現(xiàn)，各季節(jié)每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量與溫度和相對(duì)濕度的二元線性回歸相關(guān)系數(shù)均比一元線性回歸相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值大。

表3 各季節(jié)每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量與溫度、相對(duì)濕度的二元線性回歸

注：1)y為每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量，mg/(h·只)；x1為溫度，℃；x2為相對(duì)濕度，%。

3 討 論

3.1 排放因子比較

本研究4個(gè)季節(jié)每只蛋雞的氨排放因子分別為0.280、0.508、0.458、0.240 g/(d·只)，表明排放因子具有明顯的季節(jié)差異[20-21]。欄舍結(jié)構(gòu)對(duì)排放因子的影響較大。通常，M-B結(jié)構(gòu)欄舍的氨排放因子明顯低于高床飼養(yǎng)(H-R)結(jié)構(gòu)欄舍[22-23]。本研究中，4個(gè)季節(jié)的排放因子平均為0.372 g/(d·只)，高于國(guó)外同為M-B結(jié)構(gòu)欄舍的排放因子[24-25]。分析原因，H-R結(jié)構(gòu)欄舍的清糞頻率一般為每年1次，國(guó)外研究中的M-B結(jié)構(gòu)欄舍的清糞頻率為每天1次，而本研究中的M-B結(jié)構(gòu)欄舍清糞頻率為每3天1次。

3.2 溫度、相對(duì)濕度對(duì)氨排放的影響

4個(gè)季節(jié)蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)欄舍氨排放濃度和每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量具有明顯的季節(jié)變化特征，夏季氨排放濃度低但每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量大，而冬季氨排放濃度高但每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量小。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是，本研究中的蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)欄舍采用機(jī)械通風(fēng)。由于夏季溫度高，開(kāi)啟的排風(fēng)扇數(shù)量多且排風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)，欄舍通風(fēng)量較大導(dǎo)致排出欄舍外的氨排放量較大，氨不會(huì)大量積累，因此夏季每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量雖大但濃度較低；相反，由于冬季溫低，開(kāi)啟的排風(fēng)扇數(shù)量少且排風(fēng)時(shí)間短，欄舍通風(fēng)量較小導(dǎo)致排出欄舍外的氨排放量較小，因此冬季每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量雖小但濃度較高。

本研究中，蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)欄舍氨排放濃度和每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量具有明顯的日變化特征，與SIMSEK等[26]和沈豐菊等[27]的結(jié)果一致，這可能與溫度、相對(duì)濕度的日周期性變化有關(guān)。二元線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，溫度、相對(duì)濕度與各季節(jié)每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值均大于一元線性回歸相關(guān)系數(shù)，表明蛋雞欄舍氨排放受溫度和相對(duì)濕度的綜合作用影響。

4 結(jié) 論

(1)規(guī)?；半u養(yǎng)殖場(chǎng)欄舍氨排放濃度和每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量具有明顯的日變化特征，即白天高、夜間低，主要是受溫度和相對(duì)濕度的綜合影響。

(2)氨排放濃度和每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量也具有明顯的季節(jié)變化特征，夏季氨排放濃度低但每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量大，而冬季氨排放濃度高但每只蛋雞的小時(shí)欄舍氨排放量小，這與該蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)采用機(jī)械通風(fēng)有關(guān)。

(3)本研究4個(gè)季節(jié)每只蛋雞的氨排放因子平均為0.372 g/(d·只)，較國(guó)外同為M-B結(jié)構(gòu)欄舍的排放因子高，建議提高清糞頻率。