黃 凱，唐 倩，沈 丹，戴鵬遠，劉俊澤，李延森，2，李春梅，2*

（1.南京農業(yè)大學動物科技學院，南京 210095；2.動物科學類國家級實驗教學示范中心，南京 210095）

畜禽生產過程中可產生大量懸浮顆粒物、有害氣體、氮氧化物以及微生物等空氣污染物[1]，這不僅嚴重危害舍內工作人員和動物的健康[2]，還可污染周圍大氣環(huán)境。畜禽養(yǎng)殖場已成為大氣環(huán)境中細顆粒物（PM2.5和 PM1，空氣動力學直徑分別≤2.5 μm 和≤1 μm）和可吸入顆粒物（PM10和PM4，空氣動力學直徑分別≤10 μm和≤4 μm）的重要貢獻源之一[3]。懸浮在空氣中的微生物氣溶膠和細顆粒物，在空氣中停留時間長、傳播距離遠，可隨著空氣的流動而擴散，這些懸浮的微生物氣溶膠和細顆粒物易攜帶各種微生物細菌或者病毒，一旦被吸入動物體，將對動物健康產生極大的危害[4-5]。微生物氣溶膠廣泛存在于自然界中，其中包括細菌、病毒、支原體、衣原體、立克次氏體等微生物顆粒，全球每年由微生物氣溶膠引起的呼吸道感染及相關并發(fā)癥位居首位[6]。畜禽舍內微生物氣溶膠的來源包括動物脫落的毛發(fā)、皮膚分泌物、飼料、墊料以及塵土等[7]。研究發(fā)現，雞采用新城疫病毒氣溶膠感染所需的病毒量僅是通過消化道感染所需量的1/200[8]；只要1～2個結核桿菌進入豬肺部就足以引起肺結核[9]。病原微生物氣溶膠粒徑≥6 μm的粒子通常只停留在上呼吸道內，而粒徑＜2.5 μm的粒子可進入下呼吸道甚至進入肺泡并沉積[10]，可導致畜禽發(fā)生氣管炎、支氣管炎或肺炎。封閉式豬舍環(huán)境中氣載需氧菌含量高，每日約有4.0×105cfu和4.9×106cfu氣載需氧菌可分別進入人和豬的小支氣管或直接侵入肺泡，從而對人和豬的健康構成潛在威脅[11]。微生物氣溶膠可引發(fā)動物傳染病、過敏性疾病和中毒等至少三種類型的動物疾病[12-13]。有研究發(fā)現，空氣中微生物氣溶膠的濃度與大氣中總懸浮顆粒物（TSP，空氣動力學直徑≤100 μm）濃度具有相關性[14-15]。但是，目前針對不同類型豬舍內顆粒物與微生物氣溶膠濃度以及兩者相關性的研究較少，因此，本文選取規(guī)模化養(yǎng)豬場中的三種主要類型豬舍（妊娠舍、分娩舍和保育舍）作為研究對象，探究不同類型豬舍內顆粒物和微生物氣溶膠濃度以及兩者之間的相關性。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測豬舍基本情況

本研究于2018年1月17日—31日對江蘇省淮安市某種豬場的保育舍、分娩舍和妊娠舍三種類型豬舍進行了監(jiān)測。保育舍、分娩舍和妊娠舍均為半封閉式構造，機械通風與自然通風相結合，冬季供暖采用暖風爐加風帶，暖風爐放置于室外，風帶位于中間走道，南北兩面墻上有窗戶，西面墻上裝有大風機，東面墻上裝有濕簾。

保育舍呈東西走向，長24 m，寬9 m，高2.5 m，面積為216 m2，舍內縱向排列2個飼養(yǎng)區(qū)域，二列三個走道，共24個飼養(yǎng)單元，每單元飼養(yǎng)15～18頭豬，共飼養(yǎng)400頭4周齡左右的保育豬。

分娩舍長30 m，寬15 m，高2 m，面積為450 m2，舍內共有4個飼養(yǎng)區(qū)域，四列五個走道，共有40個飼養(yǎng)單元，每單元飼養(yǎng)1頭分娩母豬和10～14頭15日齡左右哺乳仔豬。

妊娠舍呈東西走向，長50 m，寬16 m，高2 m，面積為800 m2，舍內縱向排列4個飼養(yǎng)區(qū)域，四列五個走道，每列共有68個限位欄，共272個限位欄，舍內共飼養(yǎng)妊娠母豬250頭左右。

1.2 豬舍日常飼養(yǎng)管理

妊娠舍內熱風爐自動控溫。飼養(yǎng)員每日7：00喂料1次并檢查豬群狀況，上午9：00清理1次糞便。妊娠舍內母豬飼喂采用自動料筒飼喂顆粒飼料。

分娩舍內保溫燈全天開放，熱風爐自動控溫。飼養(yǎng)員每日7：00、15：00、17：30飼喂3次并檢查豬群狀況，上午9：00和下午17：00清理2次糞便，15：00進行疾病預防等工作。分娩舍內母豬飼喂粉狀飼料，每日根據哺乳母豬飼喂情況人工適量添加。

保育舍內保溫燈全天開放，熱風爐自動控溫。飼養(yǎng)員每日7：00、10：30、15：00、17：30喂料4次并檢查豬群狀況，每日上午9：00清理1次糞便，15：30進行疾病預防與注射治療等工作。保育仔豬飼喂添加益生菌類的發(fā)酵飼料，每日人工適量添加。

監(jiān)測試驗期間妊娠舍、分娩舍和保育舍內平均溫度分別為17.38、21.33℃和21.28℃，相對濕度分別為49.36%、68.45%和54.37%，風速分別為0.17、0.09 m·s-1和 0.1 m·s-1。

1.3 試驗儀器和數據采集

試驗采用美國特賽TSI DUSTTRAKTMDRX（8533EP型）粉塵監(jiān)測儀監(jiān)測不同粒徑顆粒物（PM1、PM2.5、PM4、PM10和 TSP）濃度，監(jiān)測時間設為1 min，儀器測量范圍為0.001～10 mg·m-3，相對誤差≤10%。采用ZYK-6型六級篩孔撞擊式微生物采樣器（常州普森）監(jiān)測并采集微生物氣溶膠，儀器采樣時間設定3 min，流速設定28.3 L·min-1，六級采樣器捕獲粒子范圍見表1。

表1 ZYK-6型六級篩孔撞擊式微生物采樣器捕獲粒子范圍Table 1 ZYK-6 six-stage sieve percussion microbial sampler particle range

采用BPN-40CRH微生物培養(yǎng)箱進行細菌和真菌培養(yǎng)，立式自動電熱壓力蒸汽滅菌器LDZX-40BI，溫度和相對濕度使用TH101C型溫濕度儀，測量誤差分別為≤±1℃和≤±5%，風速測量使用Testo 425型風速儀（德圖公司），測量誤差≤±0.01 m·s-1。

1.4 監(jiān)測試驗方案

圖1為三種類型豬舍采樣及監(jiān)測位置設置的平面圖，1號位置點位于門口處，2號位置點位于舍內中間處，3號位置點位于風機處，4號位置點位于南面墻中間處，5號位置點位于北面墻中間處，高度均設為0.8 m。不同粒徑顆粒物監(jiān)測點為1、2、3、4和5共5個位置，微生物氣溶膠采樣點設置于2號處。每日分別于3：00、7：00、9：00、11：00、15：00、17：00和22：00監(jiān)測不同粒徑顆粒物（TSP、PM10、PM4、PM2.5、PM1）濃度，每日于3：00、9：00、15：00和22：00采集和監(jiān)測不同粒徑微生物氣溶膠（細菌和真菌），連續(xù)進行3 d。細菌氣溶膠采樣使用普通瓊脂（LB）培養(yǎng)基，37℃培養(yǎng)24 h后計數；真菌氣溶膠采樣使用虎紅氯霉素瓊脂（RBC）培養(yǎng)基，28℃培養(yǎng)48 h后進行計數分析。

圖1 豬舍內采樣及監(jiān)測位置設置平面圖Figure 1 Plan of pig house and sampling position

1.5 數據處理與分析

空氣中微生物濃度計算公式為空氣中微生物數量（cfu·m-3）=平皿上菌落數/[采樣時間（min）×28.3 L·min-1]×1000。所有試驗原始數據用Excel進行初步整理，再使用GraphPad Prism 6.0以及SPSS 20進行統計分析。用單因素ANOVA統計分析差異顯著性，P＜0.05表示差異顯著，相關性分析中P＜0.05表示顯著相關。試驗數據均以平均值±標準誤（Mean±SEM）表示。同一指標內相同字母差異不顯著（P＞0.05），不同字母代表差異顯著（P＜0.05）。豬舍采樣平面圖由Au?toCAD 2016軟件繪制。

2 結果與討論

2.1 三種不同類型豬舍內不同粒徑顆粒物濃度分析

從表2可知，妊娠舍內TSP、PM10、PM4、PM2.5、PM1平均質量濃度分別為 1.734、0.760、0.313、0.270、0.249 mg·m-3。分娩舍內TSP、PM10、PM4、PM2.5、PM1平均質量濃度分別為 3.102、1.385、0.492、0.408、0.369 mg·m-3。保育舍內 TSP、PM10、PM4、PM2.5、PM1平均質量濃度分別為 1.284、0.572、0.271、0.245、0.230 mg·m-3。三個舍內的不同粒徑顆粒物（TSP、PM10、PM4、PM2.5、PM1）濃度，分娩舍均顯著高于妊娠舍和保育舍（P＜0.05），妊娠舍內的TSP、PM10和PM4質量濃度分別顯著高于保育舍（P＜0.05），妊娠舍和保育舍兩舍之間PM2.5和PM1質量濃度差異不顯著（P＞0.05）。由圖2可知，不同舍內顆粒物質量濃度日變化趨勢不一致。妊娠舍（圖2A）大致呈現夜間高于白天的趨勢；分娩舍（圖2B）內9：00和17：00兩個時間點濃度較高，夜間22：00最低；保育舍（圖2C）內11：00點濃度最高，夜間22：00最低。

表2 三種不同類型豬舍內不同粒徑顆粒物的質量濃度（mg·m-3）Table 2 The mass concentration of different particle sizes in three kinds of pigsty（mg·m-3）

圖2 三種不同類型豬舍內不同粒徑顆粒物質量濃度日變化Figure 2 Time variation of mass concentration of particulate matter in three pig houses in one day

豬舍內顆粒物濃度大小受很多因素影響，本研究發(fā)現，三種類型豬舍內顆粒物濃度分布不同，分娩舍濃度最高，其次是妊娠舍，保育舍最低，造成這種差異的原因可能與豬舍構造、飼養(yǎng)動物大小以及飼養(yǎng)管理方式不同有關。Van等[16]研究也發(fā)現豬舍內的顆粒物濃度與豬的日齡和狀態(tài)、豬舍地板構造以及日常管理相關。本研究監(jiān)測到的妊娠舍、分娩舍和保育舍內的TSP濃度均高于國家標準《規(guī)模豬場環(huán)境參數及環(huán)境管理》（GB/T 17824.3—2008）中規(guī)定的TSP濃度（妊娠舍 1.5 mg·m-3、分娩舍 1.2 mg·m-3、保育舍 1.2 mg·m-3），表明目前我國規(guī)?；i舍內顆粒物濃度偏高，不利于動物健康，需要探究降低舍內顆粒物濃度的有效方法。在汪開英等[17]的研究中，保育豬舍內TSP、PM10、PM2.5濃度分別為 0.58～0.81、0.17～0.30、0.016～0.025 mg·m-3，低于本研究在保育舍內監(jiān)測的結果（TSP、PM10、PM2.5平均質量濃度分別為 1.284、0.572、0.245 mg·m-3）。這可能與兩個保育舍的大小、飼養(yǎng)管理模式以及飼養(yǎng)密度等不同有關。另外，喂料、清糞以及豬群狀態(tài)等也會引起懸浮顆粒物濃度的變化。本研究中的妊娠舍喂料僅在上午7：00進行1次，妊娠母豬由于饑餓，易發(fā)生躁動不安，導致豬群活動增加，使舍內的顆粒物質量濃度增加。分娩舍喂料在上午9：00和下午15：00進行2次，此時間點豬群活動量明顯增加，引起顆粒物質量濃度增加，達到當日的最高值。保育舍一般在上午10：00清糞，11：00和15：00喂料，故舍內顆粒物濃度在11：00和15：00有兩個峰值，夜間22：00關掉照明，豬群睡覺處于安靜狀態(tài)，因此顆粒物濃度有所降低，劉楊等[18]的研究結果與本研究結果相似。豬舍內顆粒物主要來源于飼料和家畜活動，飼料形態(tài)不同也會引起舍內顆粒物濃度的改變，飼喂粉狀飼料的豬舍TSP和PM10濃度比飼喂顆粒飼料高[19]。本試驗中分娩舍飼喂粉狀飼料，妊娠舍飼喂顆粒飼料，保育舍飼喂顆粒半濕狀的發(fā)酵飼料，這也是導致三種類型豬舍內顆粒物濃度不同的原因之一。

2.2 三種不同類型豬舍內不同粒徑細菌氣溶膠濃度分析

由圖3可知，不同豬舍內細菌氣溶膠濃度基本呈現逐級降低的趨勢。妊娠舍、分娩舍和保育舍內空氣細菌分布在第 1級（粒徑＞7 μm）最高，分別為32.36%、33.06%和35.24%。不同豬舍內不同時間點的細菌氣溶膠濃度不相同（圖4）。妊娠舍、分娩舍和保育舍細菌氣溶膠濃度分別為 1.56×104～2.19×104、7.9×103～1.56×104cfu·m-3和2.7×103～4.1×103cfu·m-3。妊娠舍、分娩舍和保育舍內出現細菌氣溶膠濃度最高時間點分別是9：00、15：00和15：00。分娩舍內細菌氣溶膠濃度3：00—15：00呈現出逐漸增加趨勢，15：00—22：00有所下降。保育舍內細菌氣溶膠濃度3：00—15：00呈現出逐漸增加，15：00—22：00逐漸降低趨勢。妊娠舍內細菌氣溶膠濃度在3：00—9：00逐漸增加，并達到最高值，從9：00以后開始有所下降，15：00開始又再次升高。

圖3 三種不同類型豬舍ZYK-6型六級篩孔撞擊式微生物采樣器各級細菌氣溶膠濃度比例Figure 3 Concentration ratio of bacterial aerosol at different levels in three pig houses ZYK-6 six-stage sieve percussion microbial sampler

圖4 三種不同類型豬舍內細菌氣溶膠濃度的日變化Figure 4 Time variation of bacterial aerosol concentration in three pig houses in one day

豬舍內空氣環(huán)境微生物的含量與豬的生產性能和飼養(yǎng)人員的健康密切相關，研究表明舍內空氣中細菌濃度過高不僅會降低動物的生產性能和對疾病的抵抗能力，還會增加工作人員呼吸道疾病的患病幾率。世界衛(wèi)生組織認為，空氣中細菌濃度達到700～1800 cfu·m-3，是發(fā)生經空氣感染的重要因素。本結果中妊娠舍、分娩舍與保育舍細菌氣溶膠濃度均遠超過1800 cfu·m-3，也高于現行國家農業(yè)行業(yè)標準《畜禽場環(huán)境質量標準》（NY/T388—1999）中規(guī)定的豬場環(huán)境中細菌標準1.7×104cfu·m-3，表明冬季豬舍內空氣環(huán)境質量存在一定的安全隱患。然而Kim等[20]研究發(fā)現韓國15個豬場5種類型豬舍內細菌氣溶膠平均濃度為1.35×104cfu·m-3，濃度范圍14.5～1.82×1010cfu·m-3，與本研究結果相接近。不同豬舍內細菌氣溶膠粒徑分布基本呈現逐級降低的趨勢，且濃度呈現出妊娠舍＞分娩舍＞保育舍規(guī)律。本研究發(fā)現，細菌氣溶膠主要存在于粒徑＞2.1 μm級層上，這可能與細菌本身特性相關，大多數桿菌中等大小長2～5 μm，寬0.3～1 μm，螺旋菌一般長5～50 μm，寬0.5～5 μm，球菌直徑為 0.5～1 μm。另外，豬舍內 TSP、PM10、PM4、PM2.5和PM1質量濃度依次遞減，空氣中的細菌易吸附于顆粒物上，所以細菌氣溶膠濃度易呈現從1級到6級逐級減少的趨勢。胡慶軒等[21]研究發(fā)現大氣中細菌粒子的粒度分布從1級到6級所占百分比逐級減小，這與本試驗結果相似。劉傳德[22]研究表明飼養(yǎng)時間和糞便清理時間的長短會引起豬舍內細菌氣溶膠濃度的改變。本研究中監(jiān)測的三種不同類型的豬舍內豬群飼養(yǎng)時間不同，妊娠舍內的妊娠母豬飼養(yǎng)時間長達3個月，分娩舍的母豬飼養(yǎng)時間為1個月，保育舍內的豬飼養(yǎng)時間為0.5個月，因此細菌氣溶膠濃度表現為妊娠舍＞分娩舍＞保育舍。另外，本試驗中保育舍和分娩舍內細菌氣溶膠濃度最高值均出現在15：00，可能是15：00時舍內溫度相對較高，這有利于細菌微生物的繁殖與生長。這與黃藏宇[23]的結論不一致，其研究發(fā)現封閉豬舍內細菌濃度最低值出現在上午11：00，濃度高峰出現在下午17：00，造成這種差異的原因，可能是由于空氣中的微生物變化多端，且當時的環(huán)境因素（如季節(jié)等）以及污染條件不同。

2.3 不同類型豬舍內不同粒徑真菌氣溶膠濃度分析

由圖5可見，妊娠舍、分娩舍和保育舍內真菌氣溶膠粒徑最高比例出現于第4級（粒徑范圍2.1～3.3 μm）或者第5級（粒徑范圍1.1～2.1 μm）內，其中真菌氣溶膠粒徑小于3.3 μm所占比例分別為66%、53%和55%。由圖6可知，妊娠舍、分娩舍和保育舍真菌氣溶膠濃度分別為260～527、488～1562、421～802 cfu·m-3。妊娠舍內真菌氣溶膠濃度最低點出現在15：00，15：00—9：00時間段呈現逐漸升高的趨勢；分娩舍內，3：00—15：00呈現出升高的趨勢，15：00—3：00呈下降的趨勢；保育舍內，9：00—3：00呈現出逐漸降低的趨勢。

圖5 三種不同豬舍的ZYK-6型六級篩孔撞擊式微生物采樣器各級真菌氣溶膠濃度比例Figure 5 Concentration ratio of fungal aerosol at different levels in three pig houses ZYK-6 six-stage sieve percussion microbial sampler

圖6 三種不同類型豬舍內真菌氣溶膠濃度的日變化Figure 6 Diurnal variation of fungal aerosol concentrations in three types of pig houses

了解真菌氣溶膠顆粒的空氣動力學直徑大小可以估計它們的傳播距離和進入呼吸道的深度及其進入肺泡和在空氣中的懸浮時間，可以間接地評價真菌氣溶膠對人及動物的危害程度[24]。本研究發(fā)現，3個豬舍內的真菌氣溶膠粒徑小于3.3 μm所占比例均超過50%，說明不同類型豬舍內真菌氣溶膠粒徑均主要集中在3.3 μm以下，容易伴隨呼吸進入到動物以及人體支氣管以及肺泡內，進而可影響呼吸道健康，這與王雅玲[25]研究結果相似。另外，本研究結果顯示，妊娠舍、分娩舍和保育舍內的真菌氣溶膠濃度日變化規(guī)律不同，這可能與不同豬舍的飼養(yǎng)管理模式不同有關。妊娠舍里每日下午15：00增加通風換氣量，這個時間點妊娠舍內的真菌氣溶膠含量相對降低，而其他兩舍均未進行通風換氣處理，舍內的真菌氣溶膠含量比妊娠舍高，表明通風換氣是影響舍內真菌氣溶膠濃度變化的重要因素之一。保育舍上午7：00和9：00的真菌氣溶膠濃度最高，這個時間正好是保育舍喂料和清理糞便時間，說明喂料和清理糞便等養(yǎng)豬生產的日常管理都會影響舍內氣溶膠濃度的改變。劉建偉等[26]研究結果顯示，妊娠舍、保育舍和育肥舍真菌氣溶膠濃度范圍分別為690～28 000、6900～78 000 cfu·m-3和 80～12 000 cfu·m-3，這與本研究結果不一致。Kim等[20]對韓國15個豬場5種類型的豬舍進行真菌氣溶膠監(jiān)測，平均濃度為1380 cfu·m-3，這與本研究結果相近。導致研究結果不一致，可能與所監(jiān)測豬舍的地理位置、氣候條件、養(yǎng)殖方式、清糞方式以及豬舍內的衛(wèi)生狀況有關。

2.4 顆粒物與微生物相關性分析結果

由表3可見，不同粒徑顆粒物之間顯著相關（P＜0.05），細菌氣溶膠濃度與真菌氣溶膠濃度之間沒有相關性（P＞0.05）。TSP與總細菌濃度以及不同粒徑細菌氣溶膠濃度均顯著相關（P＜0.05），PM10、PM4和PM2.5都分別與總細菌濃度以及粒徑大于1.1 μm細菌氣溶膠濃度顯著相關（P＜0.05），PM1與粒徑小于2.1 μm細菌氣溶膠濃度沒有相關性（P＞0.05）。不同粒徑顆粒物質量濃度均與真菌氣溶膠濃度沒有相關性（P＞0.05）。

PM1與粒徑小于2.1 μm細菌氣溶膠濃度沒有相關性（P＞0.05），說明細菌不易附著于PM1上。而不同粒徑顆粒物質量濃度均與真菌氣溶膠濃度沒有相關性（P＞0.05），說明真菌不易附著于顆粒物上。研究表明，空氣顆粒物可能是空氣細菌的載體，而真菌可能是以孢子的形式獨立漂浮于空氣中，故與顆粒物濃度沒有相關性[27]。另外，本實驗采用的顆粒物監(jiān)測儀器的工作原理為動態(tài)光散射原理[28]，測量粒子粒徑具有準確、快速、可重復性好等優(yōu)點，已經成為納米科技中比較常規(guī)的一種表征方法。但是以獨立形式存在的細菌和真菌氣溶膠具有一定的消光系數，消光后散射比與顆粒物散射比有所偏差，因此可能不適合監(jiān)測獨立懸浮在空氣中細菌和真菌的質量濃度[29]。

3 結論

（1）豬舍內顆粒物質量濃度分布情況為分娩舍＞妊娠舍＞保育舍，不同類型豬舍之間TSP和PM10質量濃度差異顯著，PM4、PM2.5與PM1之間差異不顯著。

（2）豬舍內細菌氣溶膠粒徑分布表現為逐級減少的趨勢，不同類型豬舍內細菌氣溶膠濃度存在差異，表現為妊娠舍＞分娩舍＞保育舍。

（3）豬舍內真菌氣溶膠粒徑分布主要在粒徑小于3.3 μm以下，不同類型豬舍內真菌氣溶膠濃度大小表現為分娩舍＞妊娠舍＞保育舍。

（4）粒徑小于1.1 μm的細菌氣溶膠和真菌氣溶膠的濃度與不同粒徑的顆粒物質量濃度均無顯著相關，細菌氣溶膠濃度與真菌氣溶膠濃度之間也沒有相關性。

表3 顆粒物濃度與微生物相關分析Table 3 Particles and microorganisms related analysis table