陳 丹，曹 昀，2*，王佳藝，李 梟，謝芹招

（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) 鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌330022）

【研究意義】我國氨的排放量呈逐年增加的趨勢(shì)，尤其是改革開放以來，畜牧、家禽飼養(yǎng)、氮肥生產(chǎn)和使用均迅速發(fā)展[1]。我國畜禽養(yǎng)殖氨排放量占人為源的40.79%[2]。畜禽養(yǎng)殖氨排放是農(nóng)業(yè)源氨排放最主要的來源，而農(nóng)業(yè)源則是大氣氨排放最主要的來源，因此從源頭上控制氨氣排放，對(duì)降低大氣二次無機(jī)鹽及PM2.5濃度水平，控制霧霾污染，大幅提升空氣環(huán)境質(zhì)量尤為重要[3]。生豬養(yǎng)殖所產(chǎn)生和排放的污染物是畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物產(chǎn)生和排放的主要來源[4]。豬舍內(nèi)產(chǎn)生的空氣污染物分為氣體、顆粒物和空氣微生物[5]，其中有代表性的氣體是氨和氮?dú)鈁6]。氨氣的產(chǎn)生既威脅到豬自身的健康，也對(duì)人類環(huán)境產(chǎn)生重大的影響?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】迄今為止，大多數(shù)豬舍內(nèi)氨和氮?dú)鉂舛鹊呐欧哦际前l(fā)達(dá)國家在進(jìn)行研究，主要是美國與歐盟[7]。我國對(duì)豬舍氨排放研究尚處于起步階段，國內(nèi)學(xué)者對(duì)開放性豬舍初步探討了欄舍地板結(jié)構(gòu)對(duì)欄舍氨排放的影響[8]。對(duì)欄舍氨排放與溫度、濕度等主要影響因子還缺乏深層次探討，此外還無針對(duì)特定春季期間育肥豬的氨排放做系統(tǒng)研究?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】江西省是全國養(yǎng)豬大省，2018年江西省生豬出欄量高達(dá)3 124.0萬頭，全國排名靠前[9]。南昌市生豬年出100頭以上規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)的養(yǎng)殖量占養(yǎng)殖總量的91.1%。散養(yǎng)戶數(shù)量龐大，但養(yǎng)殖數(shù)量比重較低[10]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究通過選取南昌市某規(guī)?；i養(yǎng)殖場(chǎng)，春季不同質(zhì)量的育肥豬欄舍氨排放濃度，核算育肥豬排放速率，跟蹤研究南昌市規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)春季欄舍氨排放變化特征，辨析氨排放重要影響因素，為我國研究畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染，區(qū)域性畜禽養(yǎng)殖業(yè)氨排放綜合治理提供技術(shù)支撐，為建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)，降低大氣污染做出科學(xué)性貢獻(xiàn)。

1 監(jiān)測(cè)方法

1.1 養(yǎng)殖場(chǎng)概況

圖1 養(yǎng)殖場(chǎng)平面圖Fig.1 Schematic of pig farm and sampling sites

監(jiān)測(cè)點(diǎn)選取南昌市某規(guī)?；i養(yǎng)殖場(chǎng)，該養(yǎng)殖場(chǎng)存欄量600頭，年出欄量1 000頭。育肥豬Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別于2019年3月27—30日、2019年4月11—14日、2019年5月28—31日進(jìn)行監(jiān)測(cè)，豬舍采用自然通風(fēng)方式，養(yǎng)殖區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化豬舍21棟，養(yǎng)殖場(chǎng)平面圖見圖1。調(diào)查豬群為不同質(zhì)量的育肥豬，地面為水泥實(shí)心板，清糞類型為高床養(yǎng)殖、人工干清糞清理模式，糞水通過人工清理集中到集糞池，其飼養(yǎng)管理按照正常的生長規(guī)程操作，監(jiān)測(cè)點(diǎn)欄舍概況見表1。

表1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)欄舍養(yǎng)殖與欄舍概況Tab.1 Farm description and information for pigs housed inside barns

1.2 監(jiān)測(cè)指標(biāo)與方法

在監(jiān)測(cè)豬舍內(nèi)外、背景點(diǎn)設(shè)置便攜式氣象站（Kestrel 5000），記錄氣象：風(fēng)速、氣溫、濕度、氣壓）數(shù)據(jù)；采用便攜式氣體檢測(cè)儀（smart pro 10，監(jiān)測(cè)量程為（0～100）×10-6，分辨率為0.01×10-6，傳感器為瑞士MEMBRAPOR-CR50，檢測(cè)精度為±2%F·S），在監(jiān)測(cè)期間每天記錄CO2、NH3數(shù)據(jù)。氣象要素觀測(cè)點(diǎn)與氣體檢測(cè)儀各采樣點(diǎn)布點(diǎn)位置、數(shù)量相同。各采樣點(diǎn)氣象要素觀測(cè)儀器安置高度與氣體檢測(cè)儀裝置相同。豬舍舍內(nèi)采樣點(diǎn)的氣體采集高度為離地面30 cm，對(duì)應(yīng)豬呼吸位置。舍外采樣點(diǎn)在距離欄舍5 m，高度為1.5 m處設(shè)立采樣點(diǎn)。在養(yǎng)殖場(chǎng)區(qū)常年盛行風(fēng)為上風(fēng)向的空曠地區(qū)（半徑15 m無糞污與欄舍設(shè)施）進(jìn)行背景采樣點(diǎn)布置，采樣點(diǎn)高1.5 m。

連續(xù)監(jiān)測(cè)96 h CO2、NH3，每10 min自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，每次測(cè)定前氣體檢測(cè)儀用標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行校正。欄舍內(nèi)外、背景點(diǎn)的溫度、濕度、氣壓測(cè)量次數(shù)、時(shí)間段與便捷式氣體檢測(cè)儀保持一致。

1.3 計(jì)算方法

1.3.1 采樣時(shí)間段欄舍通風(fēng)量 通風(fēng)量參考國家發(fā)布的《大氣氨源排放清單技術(shù)指南》，見式（1）。

式（1）中：Vi是采樣時(shí)間的欄舍的通風(fēng)量，m3/h；n為欄舍中個(gè)體數(shù)，頭；α為CO2濃度變化的振幅（α取值最大為0.2；一般取值0.1）；t為采樣所處的時(shí)間段，h；ρCO2為CO2密度，1.977 kg/m3；Cin.CO2與Cout.CO2分別為室內(nèi)外CO2濃度，mg/m3。

φtot為豬的代謝產(chǎn)熱，見公式（2）[11]

式（2）中：m為豬的平均體質(zhì)量，kg；ω為豬采食能量與維持生命活動(dòng)能量之間的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)不同體質(zhì)量的豬進(jìn)行關(guān)系數(shù)的取值，Tin為豬舍內(nèi)部溫度，℃。

1.3.2 氨排放速率

式（3）中：ai為采樣時(shí)間段欄舍氨排放速率，m3/h；見公式（3）[12]；Vi是采樣時(shí)間的欄舍的通風(fēng)量，m3/h；ρin與ρout分別為采樣時(shí)間段欄舍內(nèi)，外氨氣平均濃度，mg/m3；

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

方差分析采用單因素方差分析（one-way ANOVA），Duncan新復(fù)極差法統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)不同氨濃度的差異顯著性，顯著水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫濕度

對(duì)不同質(zhì)量的育肥豬欄舍內(nèi)外氨濃度、溫度和濕度進(jìn)行單因素方差分析（表2）。從溫度來看，監(jiān)測(cè)期間的舍外溫度來看平均溫度在11.49～22.17℃，舍內(nèi)平均溫度在11.96～24.37℃，舍內(nèi)溫度均值要高于舍外，與欄舍內(nèi)豬的自身散熱條件以及日常溫度變化有關(guān)。從濕度來看，其中舍外平均濕度分別為90.31%、87.32%、82.90%，舍內(nèi)平均濕度分別為87.73%、78.44%、75.39%，舍外的濕度要高于舍內(nèi)的濕度，主要原因?yàn)橛守i欄舍內(nèi)溫度較高，因此濕度相對(duì)舍外會(huì)較低一些，且豬舍的清糞方式為干清糞，對(duì)比大多數(shù)水沖清糞對(duì)濕度的影響，該清糞便方式對(duì)濕度影響作用不大。

2.2 氨質(zhì)量濃度

育肥豬舍外的氨平均質(zhì)量濃度均低于舍內(nèi)，育肥豬Ⅲ舍內(nèi)的氨平均質(zhì)量濃度明顯較高于育肥豬Ⅰ、Ⅱ舍內(nèi)外氨平均質(zhì)量濃度。舍外的氨平均質(zhì)量濃度在0.09～0.20 mg/m3，舍內(nèi)氨平均質(zhì)量濃度在0.88～1.23 mg/m3。育肥豬Ⅰ的氨質(zhì)量平均濃度最低，舍內(nèi)外的氨質(zhì)量濃度平均值分別為0.88 mg/m3、0.09 mg/m3；育肥豬Ⅱ舍內(nèi)外的氨質(zhì)量濃度平均值分別為1.09 mg/m3、0.10 mg/m3；育肥豬Ⅲ的氨質(zhì)量平均濃度最高，舍內(nèi)外的氨質(zhì)量濃度平均值分別為1.23 mg/m3、0.20 mg/m3。相對(duì)于育肥豬Ⅰ、Ⅱ而言，育肥豬Ⅲ的質(zhì)量較大，養(yǎng)殖數(shù)量也較多，且養(yǎng)殖場(chǎng)所在區(qū)域3、4月份的均溫要低于5月份的均溫，因此育肥豬Ⅲ的舍內(nèi)氨平均質(zhì)量濃度呈最高值（表2）。

表2 不同質(zhì)量育肥豬欄舍內(nèi)外的平均溫度與平均濕度、氨平均濃度Tab.2 NH3 concentration，temperature and humidity in and out of fattening pigpen of different quality

2.3 氨質(zhì)量濃度日變化過程

欄舍內(nèi)外的氨濃度存在明顯的日變化過程，大致表現(xiàn)為早晨氨濃度開始波動(dòng)上升，至午后開始有所降低，夜間的氨濃度波動(dòng)不大并且數(shù)值較低。氨最大濃度由高到低依次為育肥豬Ⅲ舍內(nèi)、育肥豬Ⅱ舍內(nèi)、育肥豬Ⅰ舍內(nèi)、育肥豬Ⅲ舍外、育肥豬Ⅱ舍外和育肥豬Ⅰ舍外，欄舍內(nèi)氨濃度最大值均出現(xiàn)在06：00—12：00左右。育肥豬Ⅲ欄舍由于養(yǎng)殖量和豬的重量相對(duì)較大，氨濃度日變化過程尤為明顯；最小值出現(xiàn)在夜間。欄舍外氨濃度日變化相對(duì)較小，其波動(dòng)趨勢(shì)與欄舍內(nèi)日變化基本一致（圖2）。

圖2 育肥豬欄舍內(nèi)外氨質(zhì)量濃度日變化過程Fig.2 Diurnal variation of ammonia concentration in and out of fattening pigpen

2.4 氨排放速率

2.4.1 小時(shí)排放速率 欄舍每小時(shí)單位育肥豬的氨排放量具有顯著的日變化過程，與舍內(nèi)外氨排放濃度日變化趨勢(shì)相似，即06：00氨排放速率開始逐漸上升，到中午呈相對(duì)高值，午后排放速率逐漸降低，至夜間呈現(xiàn)低排放速率（圖3、4、5）。

上午受到人為活動(dòng)的干擾以及育肥豬自身活動(dòng)的影響，氨排放峰值出現(xiàn)在12：00。育肥豬Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ每日最大小時(shí)氨排放速率平均值分別為124.27，203.71，294.85 mg/(h·頭），育肥豬Ⅲ的每日最大小時(shí)氨排放速率是育肥豬Ⅰ的2.37倍，育肥豬Ⅱ的1.45倍。夜間豬處于睡眠狀態(tài)，無人為因素干擾，因此21：00至03：00保持低排放速率。育肥豬Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ每日最小小時(shí)氨排放速率平均值分別為79.73，170.47，181.14 mg/(h·頭）。

圖3 育肥豬Ⅰ欄舍內(nèi)每小時(shí)氨排放速率日變化過程Fig.3 Changes of ammonia emission rate concentration per 1 hour indoor of fattening pigpen-Ⅰ

圖4 育肥豬Ⅱ欄舍內(nèi)每小時(shí)氨排放速率日變化過程Fig.4 Changes of ammonia emission rate concen tration per 1 hour indoor of fattening pigpen-Ⅱ

圖5 育肥豬Ⅲ欄舍每小時(shí)氨排放速率日變化過程Fig.5 Changes of ammonia emission rate concentration per 1 hour indoor of fattening pigpen-Ⅲ

2.4.2 日排放速率 育肥豬Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的欄舍日排放速率分別為3.46，4.99，5.68 g/(頭·d），在獲取育肥豬舍氨排放濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，分別計(jì)算不同質(zhì)量育肥豬氨排放總量，育肥豬Ⅰ、育肥豬Ⅱ、育肥豬欄舍日排放總量別為1 243.59，1 648.07，1 892.01 g/d。育肥豬Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平均個(gè)體質(zhì)量分別為20，27.5，35 kg，育肥階段，更高體質(zhì)量的育肥豬隨著飼喂量的上升，氨排放速率隨之呈上升趨勢(shì)[13]。氨排放量隨著個(gè)體質(zhì)量的增大而增大，質(zhì)量相對(duì)較大的育肥豬Ⅲ的日氨排放速率是育肥豬Ⅰ的1.64倍，育肥豬Ⅱ的1.12倍。

圖6 氨排放速率與溫度相關(guān)關(guān)系Fig.6 Relationship between ammonia emission rate and temperature

2.5 氨排放影響因素研究

溫度、濕度是影響育肥豬舍氨排放速率的重要因素，溫度高、濕度低條件下氨排放速率會(huì)增大，反之則減小[14]。在相應(yīng)的溫濕度條件下，對(duì)育肥豬舍的氨排放速率與溫濕度進(jìn)行單因素相關(guān)分析，結(jié)果顯示與溫度呈極顯著正相關(guān)（圖6），與濕度呈極顯著負(fù)相關(guān)（圖7）。對(duì)欄舍氨小時(shí)排放速率與溫度、濕度的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行二元線性回歸分析發(fā)現(xiàn)氨排放速率與溫、濕度響應(yīng)關(guān)系顯著（表3）。育肥豬Ⅰ、Ⅱ的氨排放速率與溫濕度之間存在顯著性差異（P＜0.01），育肥豬Ⅲ的氨排放速率與溫濕度之間存在極顯著差異（P＜0.001）。育肥豬Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ欄舍溫濕度與與氨排放速率線性回歸關(guān)系存在較大的差異，相關(guān)系數(shù)分別為0.911，0.609，0.956，由大到小依次為育肥豬Ⅲ、育肥豬Ⅰ和育肥豬Ⅱ。

圖7 氨排放速率與濕度相關(guān)關(guān)系Fig.7 Relationship between ammonia emission rate and humidity

表3 欄舍氨排放速率與溫度、濕度響應(yīng)關(guān)系Tab.3 Response relationship between ammonia emission rate and temperature and humidity in layer house

3 討論與結(jié)論

3.1 欄舍氨排放濃度變化

各欄舍氨排放濃度存在顯著差異，育肥豬Ⅰ欄舍內(nèi)外的氨質(zhì)量平均濃度分別為0.882 mg/m3和0.093 mg/m3，育肥豬Ⅱ欄舍內(nèi)外的氨質(zhì)量平均濃度分別為1.091 mg/m3和0.104 mg/m3，育肥豬Ⅲ欄舍內(nèi)外的氨質(zhì)量平均濃度分別為1.235 mg/m3和0.201 mg/m3，育肥豬Ⅲ欄舍內(nèi)的氨濃度最高。春季育肥豬欄舍外氨濃度最大值出現(xiàn)在5月28日，為0.28 mg/m3，最小值出現(xiàn)在3月27日，為0.03 mg/m3，最大值是最小值的9.33倍；舍內(nèi)氨氣濃度最大值出現(xiàn)在5月28日，為2.01 mg/m3，最小值出現(xiàn)在3月30日，為0.52 mg/m3，最大值是最小值的3.87倍。春季的環(huán)境溫度較低，舍內(nèi)外的溫度差較大，導(dǎo)致欄舍內(nèi)外的氨濃度差距較大。由于本研究的育肥豬重量較小并且數(shù)量低，結(jié)果較低于5月棚舍空氣中平均氨濃度研究結(jié)果[15-16]。欄舍氨濃度變化趨勢(shì)與規(guī)模化豬場(chǎng)NH3排放特征及影響因素研究[17]一致，氨濃度日變化呈現(xiàn)上午波動(dòng)升高，晚上濃度降低的趨勢(shì)。

3.2 欄舍氨排放速率變化

根據(jù)育肥豬舍氨排放速率分析表明，日變化過程十分顯著。飼喂、清糞等人為擾動(dòng)會(huì)增加欄舍的氨排放[18]，呈現(xiàn)06：00育肥豬逐漸開始活動(dòng)，氨排放隨之增大，受人為清糞的影響，在清糞時(shí)間段后氨濃度有所下降，氨排放速率由此降低，這一結(jié)果與Wang[19]研究結(jié)果一致。中午的溫度較高，氨排放速率達(dá)到一個(gè)相對(duì)的較高值，下午受人為飼喂的影響，13：00—15：00的氨排放速率也會(huì)相對(duì)較高，隨后至夜間保持低值速率。本研究結(jié)果符合白天氨排放速率均高于夜間，育肥豬在上下午期間氨排放速率會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)較高值實(shí)驗(yàn)證明[20]。由于3、4月份的溫度還處于冬季的轉(zhuǎn)換階段，5月份的氣溫較高，加快了微生物的活性，促成了欄舍內(nèi)排泄物的分解[21]，3、4月份的氨排放速率低于5月份。

3.3 不同重量育肥豬氨排放速率比較、與溫濕度相互關(guān)系

育肥豬Ⅰ、育肥豬Ⅱ、育肥豬Ⅲ欄舍內(nèi)日排放速率分別為3.46，4.99，5.68 g/(頭·d）；育肥豬Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ欄舍內(nèi)每日最小小時(shí)氨排放速率平均值分別為79.73，170.47，181.14 mg/(h·頭）。育肥豬Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ欄舍內(nèi)每日最大小時(shí)氨排放速率平均值分別為124.27，203.71，294.85 mg/(h·頭）；3、4、5月份氨排放速率與溫度的相關(guān)系數(shù)分別為0.614，0.839，0.745；與濕度的相關(guān)系數(shù)分別為0.883，0.589，0.813。小時(shí)氨排放速率與溫度呈極顯著正相關(guān)（P＜0.001），與濕度呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.001），氨排放速率與溫濕度響應(yīng)關(guān)系顯著，這與Dourmad等[22]研究結(jié)果一致。

本研究通過監(jiān)測(cè)分析顯示自然通風(fēng)、干清糞、高床養(yǎng)殖下育肥豬舍的氨氣小時(shí)變化速率、日變化速率以及育肥豬舍的NH3濃度與溫濕度之間存在的關(guān)系。根據(jù)研究[23-25]表明通風(fēng)設(shè)施、豬舍建設(shè)、調(diào)整飼料的組成與豬舍的空氣質(zhì)量有直接的聯(lián)系，因此在豬舍合理建設(shè)以及飼糧調(diào)控影響下，適當(dāng)?shù)臏貪穸扰c通風(fēng)條件，不僅能更好促進(jìn)豬的生長發(fā)育，對(duì)豬舍氨排放量降低也有相應(yīng)作用。