郭 娜，于志慧，唐家琦，王成杰

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011）

我國北方地區(qū)冬春季氣候寒冷，在冬春季節(jié)圈舍飼養(yǎng)家畜是我國北方草地畜牧業(yè)普遍采用的生產(chǎn)方式，是防止草原退化、保護草原生態(tài)環(huán)境和實現(xiàn)草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施［1］。在冬春季舍飼家畜時，環(huán)境衛(wèi)生控制不好，會產(chǎn)生大量有毒有害氣體、粉塵和有害微生物，單獨或綜合對家畜機體產(chǎn)生作用和影響［2］。如果有害的因素超過家畜機體所能忍受的限度，則會導(dǎo)致家畜機能失調(diào)，引發(fā)疾病甚至死亡，因此，科學(xué)有效地控制并保持家畜圈舍良好的環(huán)境衛(wèi)生是保持家畜健康、預(yù)防疾病、提高生產(chǎn)性能和降低飼養(yǎng)成本的有力保障。

通風(fēng)是減少畜舍內(nèi)有毒有害氣體、粉塵和有害微生物的主要方法。但在北方寒冷的季節(jié)，牧民為了保持畜舍的溫度會盡可能減少通風(fēng)，從而導(dǎo)致畜舍內(nèi)有害物的濃度嚴重超標。空間電場是一種家畜圈舍空氣電凈化防疫技術(shù)和糞道等離子除臭滅菌技術(shù)的有機結(jié)合，應(yīng)用于畜禽圈舍，可以起到凈化空氣的作用［3-4］。在畜舍內(nèi)建立一個靜電場（空間電場），可有效除塵、除臭、凈化空氣、滅菌消毒、防病、防疫和促進鈣質(zhì)吸收［4］。等離子體具有強氧化性，可以有效分解氨氣并殺滅細菌，緩解畜舍內(nèi)臭氣污染，對家畜疾病進行預(yù)防和控制。這種自動防疫系統(tǒng)多應(yīng)用于規(guī)?；B(yǎng)豬場和養(yǎng)雞場中，并取得良好的效果。該試驗將空間電場技術(shù)應(yīng)用于內(nèi)蒙古烏蘭察布市四子王旗查干補力格蘇木一牧戶的羊圈中，研究空間電場對冬春季畜舍溫室氣體的凈化效果，以期為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市四子王旗查干補力格蘇木王府一隊，羊圈四周建設(shè)結(jié)構(gòu)為1.5 m高的混凝土圍墻，上面架設(shè)透明采光板，建設(shè)結(jié)構(gòu)為拱形。圈舍長28 m、寬16 m、高4 m（見圖1），試驗期間容納綿羊220只，飼養(yǎng)方式為人工定時飼喂，每日上午、下午各投料1次，投料之后在水槽中放水，畜舍內(nèi)的羊群可自由飲水，每周進行人工清糞。

圖1 畜舍剖面與實景圖

1.2 空間電場布設(shè)與工作方式

1.2.1 試驗設(shè)備

試驗選用3DDF-450型空間電場（大連億佳田園環(huán)境科技有限公司產(chǎn)品），該設(shè)備也稱空氣電凈化自動防疫系統(tǒng)，工作原理是在畜舍內(nèi)建立一個靜電場，以除塵、除臭、凈化空氣和滅菌消毒、防病防疫。選用AS108A溫濕度儀（山東仁科測控技術(shù)有限公司產(chǎn)品）連續(xù)自動測定舍內(nèi)外溫度和濕度，該儀器溫度精度為±0.1℃，相對濕度精度為±1.5%，在-40～80℃可以連續(xù)監(jiān)測。

1.2.2 設(shè)備布設(shè)

在畜舍內(nèi)布置2列空間電場的阻燃塑料絕緣子（空間電場發(fā)生器），每列7個，間距4 m；主機懸掛在北側(cè)墻上。在畜舍內(nèi)外各布設(shè)3個采集氣體的點，采集高度分別為0 m、0.5 m、1.0 m和1.5 m。溫濕度儀安裝在畜舍的中間位置（Y2處，距地面高度3 m）（見圖2）。

圖2 空間電場布設(shè)和測試采樣點平面圖

1.2.3 工作方式與測試項目

表1 空間電場運行與氣體樣品采集時間

溫濕度儀連續(xù)工作，每隔10 min記錄1次環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)（2021年3月15—21日供電設(shè)備損壞，溫濕度儀停止工作，故該時期無溫濕度數(shù)據(jù)）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

該試驗將N2O、CH4、CO2和NH3等溫室氣體的體積濃度單位（cm3/m3）統(tǒng)一換算為質(zhì)量濃度單位mg/m3（1cm3/m3的N2O、CH4、CO2和NH3的氣體換算系數(shù)分別為1.964、0.714、1.965和0.759）［5］。畜舍內(nèi)外的溫室氣體濃度和空間電場運行與停止階段的氣體濃度比較，均采用單因素方差分析，空間電場處理和高度對畜舍內(nèi)測定溫室氣體濃度的影響采用雙因素方差分析。

2 結(jié)果

2.1 冬春季舍飼期間畜舍內(nèi)外幾種溫室氣體濃度特征

試驗測定期間，冬春季畜舍內(nèi)外的溫室氣體濃度結(jié)果顯示：畜舍內(nèi)N2O氣體濃度變化范圍在0.71～1.16 mg/m3，畜舍外（對照區(qū)）N2O的濃度變化范圍為0.71～0.78 mg/m3，畜舍內(nèi)的N2O的氣體濃度顯著（P<0.01，見圖3A）高于畜舍外，平均相差0.20 mg/m3；畜舍內(nèi)外CH4氣體的濃度差異顯著（P<0.001，見圖3B），畜舍內(nèi)外CH4氣體濃度平均相差可達11.79 mg/m3；畜舍內(nèi)NH3氣體濃度顯著（P<0.001，見圖3C）高于室外，室內(nèi)的平均NH3濃度（0.17 mg/m3）比室外NH3氣體濃度（0.08 mg/m3）高一倍；畜舍內(nèi)平均CO2氣體濃度較室外高出48.7%，差異顯著（P<0.01，見圖3D）；說明畜舍在冬春季室內(nèi)的幾種溫室氣體濃度均顯著（P<0.01或P<0.001）高于室外（見圖3）。將前4次取氣時間段定義為冬季舍飼期，后4次（3月21日之后）取氣的時間定義為春季舍飼期，結(jié)果顯示（見圖4），畜舍內(nèi)冬季舍飼期間的N2O、CH4、CO2和NH34種溫室氣體濃度顯著（P<0.05或P<0.01）高于春季。

圖3 冬春季畜舍內(nèi)外溫室氣體濃度對比

圖4 畜舍內(nèi)冬春季溫室氣體濃度對比

2.2 空間電場對畜舍內(nèi)幾種溫室氣體濃度的影響

監(jiān)測冬春季空間電場運行和停止期間畜舍內(nèi)的N2O、CH4、NH3和CO2氣體濃度，結(jié)果顯示，CH4氣體在空間電場運行期間的平均值為10.16 mg/m3，較停止運行期間的CH4氣濃度（16.88 mg/m3）降低了39.8%，差異顯著（P=0.00，見表2）。畜舍內(nèi)使用空間電場期間顯著（P=0.01，見表2）降低了NH3的氣體濃度，降低幅度達26.3%；畜舍內(nèi)CO2的濃度正常情況下平均約為1 412.07 mg/m3，使用空間電場期間降低了24.0%（P<0.000 1，見表2）。而N2O在空間電場設(shè)備運行期間與停止期間無統(tǒng)計學(xué)差異（P=0.39，見表2）。

同時，該試驗在取氣時測定了畜舍內(nèi)不同高度的氣體濃度，結(jié)果顯示，0～1.5 m的4個不同高度上，N2O、CH4、NH3和CO2等幾種溫室氣體并無顯著（P>0.05，見表2）差異，但NH3從0～1.5 m氣體濃度有逐漸降低的趨勢。

表2 畜舍內(nèi)空間電場處理對溫室氣體的影響分析

2.3 空間電場對畜舍內(nèi)溫濕度的影響

冬季監(jiān)測結(jié)果顯示：環(huán)境溫濕度在一天內(nèi)呈現(xiàn)節(jié)律性變化（見圖5）；冬季（主要為12月中下旬）空間電場運行時可以顯著（P<0.05）降低畜舍內(nèi)20：00—8：00（飼養(yǎng)動物休息期間）和12：00—15：00的環(huán)境濕度（見圖6A），其中20：00—8：00畜舍內(nèi)的濕度降低了4.5%，12：00—15：00的畜舍內(nèi)的濕度降低了15.3%；9：00—11：00和16：00—19：00雖然有降低趨勢但差異不顯著（P>0.05，見圖6A）。說明空間電場設(shè)備可有效調(diào)節(jié)冬季畜舍內(nèi)夜間和中午的環(huán)境濕度。同時，由于空氣中濕度的降低，顯著（P<0.05，見圖6B）提高了冬季畜舍內(nèi)的一定時間段（如20：00—8：00和12：00—15：00）的空氣溫度。

圖5 冬春季畜舍內(nèi)環(huán)境溫濕度日動態(tài)

春季監(jiān)測結(jié)果顯示：畜舍內(nèi)9：00—17：00，設(shè)備運行時，平均空氣濕度（18.83%）較設(shè)備停運時（27.65%）平均降低了31.9%，差異顯著（P<0.05，見圖6C）；其余時間段內(nèi)，雖無顯著（P>0.05）差異，但空間電場運行處理下舍內(nèi)的濕度比停止期間低。同時，9：00—17：00的環(huán)境溫度顯著（P<0.05，見圖6D）提高。

圖6 冬春季畜舍內(nèi)不同時間段環(huán)境溫濕度在空間電場運行和停止處理下的比較結(jié)果

3 討論

3.1 空間電場對畜舍內(nèi)溫室氣體濃度的影響

冬春季舍飼養(yǎng)殖家畜生產(chǎn)過程中，會排放大量的溫室氣體，主要包括N2O、CH4、NH3和CO2等氣體，對家畜生存環(huán)境產(chǎn)生一定的影響［6］。家畜產(chǎn)生的溫室氣體會對全球氣候變化產(chǎn)生重大影響，NH3是一種有毒氣體，對人和舍內(nèi)動物有潛在的危害［7］。根據(jù)地方標準，畜舍內(nèi)NH3濃度不高于18 mg/m3，CO2等濃度不高于1 500 mg/m3［8］。該文的測定結(jié)果顯示，在空間電場停止運行處理下，畜舍內(nèi)NH3平均濃度為0.19 mg/m3，低于地方標準要求。李保明等［9］人在奶牛舍測定的NH3濃度為1～1.73 mg/m3，高于該試驗測定的結(jié)果。但CO2平均濃度在空間電場停止運行期間的均值為1 412.07 mg/m3，雖然略低于地方標準的要求濃度，但是基本接近要求值，在12月24日空間電場停止使用期間的氣體濃度均值達到1 812.38 mg/m3，明顯高于地方標準要求的濃度閾值，有必要進行畜舍內(nèi)的環(huán)境改善工作。

空間電場在電場力的作用下可以吸附或清除環(huán)境中的粉塵、飛沫等，從而使畜禽舍空氣保持清潔［10］。結(jié)合實測的氣體濃度數(shù)據(jù)可知，在空間電場運行階段的畜舍內(nèi)的CH4、NH3和CO2等有害溫室氣體濃度顯著降低，降低幅度分別可達到39.8%、26.3%和24.0%，說明使用空間電場可有效降低畜舍內(nèi)的溫室氣體濃度，尤其是NH3濃度的降低可有效消減惡臭氣味，提高畜舍環(huán)境質(zhì)量。吳媛媛［7］的研究探討了安裝光等離子體空氣凈化器與紫外燈裝置結(jié)合凈化豬舍空氣質(zhì)量的效果，研究方法與該文類似，但使用的凈化設(shè)備不同，研究結(jié)果顯示使用光等離子凈化裝置僅能降低21.7%的CO2濃度，該研究使用的空間電場設(shè)備降低幅度可達到24.0%。與該研究結(jié)果不同的是，徐鑫等［11］對雞舍安裝空間電場前后NH3平均質(zhì)量濃度進行比較，二者差異不顯著。而該研究中空間電場運行階段的NH3濃度顯著低于停止期間，說明在畜舍內(nèi)使用空間電場對降低NH3濃度作用顯著。

3.2 空間電場對畜舍內(nèi)環(huán)境指標的影響

舍飼可有效解決冬春季家畜過冬問題，同時可緩解草地早春的放牧壓力，對于草地資源可持續(xù)利用和畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。圈舍內(nèi)溫濕度的高低對舍內(nèi)家畜的生長具有極大的影響，同時對圈舍內(nèi)CH4等溫室氣體的濃度有很大影響［9］。根據(jù)山西省牛羊規(guī)?；B(yǎng)殖場地方標準的要求，成年羊畜舍內(nèi)的環(huán)境溫度應(yīng)保持在5～30℃，濕度保持在30%～70%［8］。該研究在內(nèi)蒙古四子王旗測定的結(jié)果顯示，冬春季畜舍內(nèi)的平均環(huán)境溫度為-14.2～34.3℃，平均濕度在14.3%～98.3%波動。四子王旗2007—2018年的年均溫度僅為3.9℃［12］，遠低于山西省的年均溫度，因此最低溫度會較低。有研究利用光等離子體凈化器改善夏季妊娠母豬舍高溫高濕環(huán)境［7］，結(jié)果顯示，在不同時間段，對照舍與凈化舍環(huán)境溫度和濕度的差異均不顯著，效果均不理想。該研究結(jié)果顯示，利用空間電場設(shè)備可以有效控制冬春季畜舍內(nèi)的環(huán)境溫濕度，冬季主要調(diào)控時間段為動物休息期間（20：00—8：00）和中午（12：00—15：00），該時段內(nèi)運行空間電場時舍內(nèi)濕度降低了4.5%～15.3%。春季可以降低9：00—17：00羊群活動期間舍內(nèi)的環(huán)境濕度（31.9%）。同時降低濕度后，冬春季畜舍內(nèi)的環(huán)境溫度也會相應(yīng)提高。冬春季節(jié)環(huán)境溫度的升高和濕度的降低，有利于家畜維持自身正?；顒拥哪芰浚?］。

4 結(jié)論

①冬春季畜舍內(nèi)測定的4種溫室氣體濃度顯著高于室外，且舍飼期間，冬季畜舍內(nèi)N2O、CH4、NH3和CO2的濃度顯著高于春季。

②利用空間電場設(shè)備顯著降低了冬春季畜舍內(nèi)NH3、CH4和CO2等3種氣體的濃度，但對N2O氣體濃度的影響不顯著。

③畜舍內(nèi)N2O、CH4、NH3和CO2的氣體濃度在不同高度之間均無顯著差異。

④空間電場在降低畜舍環(huán)境濕度方面的作用顯著，且冬季和春季的調(diào)控時間段不同，冬季主要在夜間和中午的作用顯著，春季主要可以調(diào)節(jié)羊群白天（9：00—17：00）活動期間的溫濕度。