蛋雞舍臭氣組成及不同管理措施對(duì)臭氣特性的影響

劉 羽，張國(guó)強(qiáng)，榮 莉，王朝元,4※，滕光輝,4

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083； 2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3. 丹麥奧胡斯大學(xué)土木與建筑工程系，奧胡斯 8000； 4. 北京市畜禽健康養(yǎng)殖環(huán)境工程技術(shù)研究中心，北京 100083）

0 引 言

近年來(lái)，中國(guó)家禽生產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，規(guī)模化養(yǎng)殖大幅增加。規(guī)模化蛋雞養(yǎng)殖過(guò)程中因微生物降解有機(jī)物而產(chǎn)生的臭氣及各類(lèi)廢氣排入大氣環(huán)境中，已嚴(yán)重威脅了場(chǎng)區(qū)周邊地區(qū)居民健康和居住環(huán)境[1]，并導(dǎo)致大量投訴和罰款[2]。即使蛋雞舍臭氣中某些成分濃度低于嗅閾值，也會(huì)在心理和生理等多方面影響人體健康[3]。

畜禽舍臭氣成分復(fù)雜[2]，不同動(dòng)物種類(lèi)和飼養(yǎng)密度均會(huì)影響舍內(nèi)的臭氣成分[4]。Lu 等[5]發(fā)現(xiàn)畜禽舍臭氣的組成與動(dòng)物體內(nèi)的酶活性有關(guān)，在肉雞舍臭氣的揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOC）中酮類(lèi)物質(zhì)含量最高，鹵代化合物含量最低[6]；而在豬舍臭氣VOC 中揮發(fā)性脂肪酸（Volatile Fatty Acids，VFA）含量最高，吲哚類(lèi)含量最低[7]，然而目前尚缺乏對(duì)蛋雞舍中臭氣組成的研究。飼養(yǎng)密度會(huì)通過(guò)影響動(dòng)物活動(dòng)水平來(lái)影響畜禽舍內(nèi)氣體的產(chǎn)生，飼養(yǎng)密度為752 cm2/只的蛋雞舍氨氣（NH3）排放速率是飼養(yǎng)密度為516 cm2/只的蛋雞舍的1.37倍[8]，但目前的研究主要集中于飼養(yǎng)密度對(duì)某種氣體排放特性的影響，對(duì)臭氣組成的影響還不清楚。

蛋雞舍臭氣主要來(lái)源于微生物對(duì)糞污的降解過(guò)程[9]。而動(dòng)物糞便的狀態(tài)在收集、處理和儲(chǔ)存期間會(huì)受到舍內(nèi)不同管理措施的顯著影響，從而影響臭氣濃度及其組成[10]。當(dāng)豬只糞便稀釋度從0 增加到100%時(shí)，臭氣濃度約提高50%，同時(shí)臭氣中的VFA 濃度顯著增加[11]。此外，將豬只糞便溫度從10 ℃提高到30 ℃，臭氣濃度會(huì)提高216%，NH3、硫化氫（H2S）、4-甲基苯酚和3-甲基吲哚的濃度也顯著增加[11]。中國(guó)集約化蛋雞養(yǎng)殖過(guò)程中普遍采用清糞帶清糞，糞污在運(yùn)出雞舍前會(huì)暫時(shí)滯留于清糞帶上，滯留期間雞舍內(nèi)的喂料[12]、噴霧消毒和清糞等措施均會(huì)改變糞便的儲(chǔ)存環(huán)境，從而影響舍內(nèi)臭氣性質(zhì)。尤其在夏季，飼養(yǎng)員常會(huì)通過(guò)噴霧給雞舍降溫和消毒，由于臭氣中部分成分可溶于水[13]，會(huì)改變臭氣組成，但這部分的影響程度還不清楚[2]。此外，在蛋雞舍復(fù)雜的臭氣成分中只有小部分化合物是臭味的主要來(lái)源，但是該部分氣體成分的確定仍有很大爭(zhēng)議[14]。因此有必要研究不同管理措施對(duì)蛋雞舍內(nèi)臭氣特性的影響，以便深入了解蛋雞生產(chǎn)過(guò)程中臭氣排放的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

本研究通過(guò)對(duì)2 種不同類(lèi)型和飼養(yǎng)密度的蛋雞舍（商品蛋雞舍和種用蛋雞舍）中臭氣進(jìn)行采樣，綜合分析蛋雞舍臭氣的組成成分和不同成分對(duì)蛋雞舍臭氣的貢獻(xiàn)率，探究無(wú)管理操作、喂料、噴霧消毒以及清糞等4 種管理措施對(duì)臭氣特性的影響規(guī)律，為進(jìn)一步了解蛋雞舍臭氣特征和合理制定臭氣減排措施提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)雞舍

本試驗(yàn)于河北省邯鄲市的一個(gè)商品蛋雞舍（36.33°N，115.06°E）和一個(gè)種用蛋雞舍（36.41°N，113.49°E）進(jìn)行。

商品蛋雞舍長(zhǎng)109 m，寬14 m，高6.5 m；雞籠按照8 層5 列排布，共飼養(yǎng)海蘭褐蛋雞100 000 只，飼養(yǎng)密度為472 cm2/只。雞舍采用混合通風(fēng)模式，以負(fù)壓縱向通風(fēng)為主，采用清糞帶清糞，清糞周期為2 d。

種用蛋雞舍長(zhǎng)120 m，寬12 m，高5.8 m；雞籠按照4 層4 列排布，共飼養(yǎng)海蘭灰蛋雞25 000 只，飼養(yǎng)密度為700 cm2/只。雞舍采用混合通風(fēng)模式，以負(fù)壓縱向通風(fēng)為主，采用清糞帶清糞，清糞周期為7 d。舍內(nèi)每天進(jìn)行一次噴霧消毒，消毒液分別為癸甲溴銨、苯扎溴銨和聚維酮碘，3 種消毒液交替使用。

1.2 雞舍環(huán)境參數(shù)及氣體濃度測(cè)定

本試驗(yàn)于2019 年7 月10 日至9 月24 日對(duì)2 個(gè)雞舍內(nèi)的溫度、濕度、臭氣濃度以及各氣體成分濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本試驗(yàn)根據(jù)家禽舍中臭氣組成成分的6 大類(lèi)別[15]及可檢出情況[6]共篩選并分析了21 種臭氣成分（表1）。

表1 臭氣成分列表[7,16]Table 1 Odorant compound list[7,16]

圖1 為商品蛋雞舍和種用蛋雞舍內(nèi)氣體及溫濕度監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖。舍內(nèi)溫濕度通過(guò)溫濕度記錄儀（HOBO，U23-001，美國(guó)）監(jiān)測(cè)并記錄，采樣間隔為10 min。溫濕度記錄儀的溫度測(cè)試范圍–40～70 ℃，精度±0.18 ℃；相對(duì)濕度范圍0～100%，精度±2.5%。溫濕度記錄儀均勻分布于商品蛋雞舍1、3、5 列雞籠的第3 層和第7 層底網(wǎng)上，以及種用蛋雞舍1、3、4 列雞籠的第2 層和第4 層底網(wǎng)上；并在濕簾端和風(fēng)機(jī)端1.5 m 高度處各安裝一個(gè)溫濕度記錄儀。試驗(yàn)期間，商品蛋雞舍和種用蛋雞舍的溫濕度分別為（27.04±1.44）℃、（57.96±5.46）%和（26.42±1.05）℃、（76.16±5.17）%。

商品蛋雞舍的氣體采樣點(diǎn)均勻分布于雞舍中，距地面1.5 m。種用蛋雞舍的氣體采樣點(diǎn)與溫濕度記錄儀位置相同。每個(gè)采樣點(diǎn)處均使用2 個(gè)10 L 的聚酯無(wú)臭袋（分別用于臭氣濃度和NH3濃度測(cè)定）和2 個(gè)0.1 L 的Tedlar采氣袋（分別用于VOC 各成分濃度以及H2S 和二硫化碳濃度測(cè)定）進(jìn)行采集。用于臭氣濃度測(cè)定的樣品在采完樣30 h 內(nèi)送至實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)GB/T 14675-93（空氣質(zhì)量 惡臭的測(cè)定 三點(diǎn)比較式臭袋法）的要求進(jìn)行分析。NH3濃度采用光聲譜氣體檢測(cè)儀（INNOVA1412i，美國(guó)）進(jìn)行檢測(cè)。VOC 各成分濃度與H2S 和二硫化碳濃度分別通過(guò)配有TCD 和SCD 檢出器的氣相色譜分析儀（GC，Agilent 7890A，美國(guó)）進(jìn)行分析。

商品蛋雞舍的氣體樣品于每天9:00（無(wú)管理操作）和清糞結(jié)束后進(jìn)行采集。種用蛋雞舍的氣體樣品在無(wú)管理操作、喂料、噴霧消毒和清糞等4 種管理工況下進(jìn)行采集。

1.3 臭氣成分的貢獻(xiàn)率計(jì)算

臭氣成分對(duì)臭味的貢獻(xiàn)率可通過(guò)下列公式[17]進(jìn)行計(jì)算：

式中Pi為臭氣成分i對(duì)臭味的貢獻(xiàn)率，%；OAVi為臭氣成分i的異味活度值；SOAV 為所有臭氣成分異味活度值之和；Ci為臭氣成分i的濃度，mg/m3；OTVi為成分i的嗅閾值，μg/m3。某一類(lèi)成分對(duì)臭味的貢獻(xiàn)率Pc的計(jì)算方法與式（1）相似，其中OAVi為某一類(lèi)成分中各物質(zhì)異味活度值之和。

各類(lèi)成分的濃度占比計(jì)算公式為

式中PCc為某一類(lèi)成分的濃度之和占總濃度之和的比例，%；Cci為某一類(lèi)成分中的物質(zhì)i的濃度，mg/m3。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析時(shí)，將低于各成分濃度分析儀器檢出限的值按0 計(jì)算。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 軟件和SPSS軟件進(jìn)行整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 臭氣成分濃度分布

圖2 對(duì)比了2 種蛋雞舍中6 類(lèi)臭氣成分的濃度和分布，由圖2 可知2 種蛋雞舍臭氣中6 類(lèi)成分的濃度與進(jìn)氣口處相比均有顯著增加（P<0.05），其中吲哚類(lèi)增加幅度最大，分別為333.33%和428.57%；其次是NH3、VSC、胺類(lèi)、VFA 和酚類(lèi)。這是因?yàn)閯?dòng)物糞便和尿液均為吲哚類(lèi)物質(zhì)的來(lái)源，而其他成分僅主要來(lái)源于糞便或尿液[18]。6 類(lèi)臭氣成分濃度的排序?yàn)镹H3（2.26 mg/m3）＞VFA（0.93 mg/m3）＞VSC（0.40 mg/m3）＞酚類(lèi)（0.36 mg/m3）＞吲哚類(lèi)（0.32 mg/m3）＞胺類(lèi)（0.12 mg/m3）。NH3是蛋雞舍臭氣中最主要的氣體成分[18]。VFA 來(lái)自于碳水化合物和蛋白質(zhì)的降解[18]，是畜禽舍VOC 中含量最高的臭氣成分[19]。VSC 濃度與蛋雞數(shù)量有關(guān)，本文中VSC 濃度與Trabue 等[20]的研究結(jié)果相似。酚類(lèi)和吲哚類(lèi)成分僅分別通過(guò)酪氨酸和色氨酸的降解生成[18]，故濃度不高。胺類(lèi)成分常產(chǎn)生于氨基酸的脫羧反應(yīng)，在各類(lèi)畜禽舍中含量低，且反應(yīng)性強(qiáng)，文獻(xiàn)中少有報(bào)道[18]。

此外，飼養(yǎng)密度對(duì)商品蛋雞舍和種用蛋雞舍中臭氣各類(lèi)物質(zhì)的濃度無(wú)顯著影響（P>0.05），2 個(gè)蛋雞舍中臭氣各類(lèi)物質(zhì)濃度相似，商品蛋雞舍中NH3、胺類(lèi)、VSC、吲哚類(lèi)、酚類(lèi)和VFA 的濃度比例分別為57.55%、2.12%、6.84%、6.13%、7.78%和19.58%；種用蛋雞舍中各類(lèi)物質(zhì)的濃度比例分別為55.56%、1.81%、11.55%、9.93%、4.32%和16.88%。主要是因?yàn)? 個(gè)蛋雞舍的飼料營(yíng)養(yǎng)水平相似[21]，且清糞帶使蛋雞和糞污分離，減少了蛋雞活動(dòng)對(duì)糞污的影響。

2.2 不同管理措施對(duì)蛋雞舍內(nèi)臭氣的影響

本試驗(yàn)在種用蛋雞舍內(nèi)研究了不同管理措施對(duì)蛋雞舍內(nèi)臭氣性質(zhì)的影響。由表2 可知不同管理措施顯著影響蛋雞舍內(nèi)的臭氣濃度。無(wú)管理操作和喂料時(shí)，相同采樣點(diǎn)的臭氣濃度無(wú)明顯差別（P>0.05），且臭氣各類(lèi)成分的濃度也相似（圖3），說(shuō)明飼料的味道對(duì)蛋雞舍臭氣影響較小，飼料主要通過(guò)后期的降解產(chǎn)物對(duì)臭氣產(chǎn)生影響。

表2 不同管理措施下蛋雞舍內(nèi)臭氣濃度Table 2 Odor concentrations in layer house under different managements

噴霧消毒會(huì)顯著提高臭氣濃度（P<0.05），且噴霧時(shí)蛋雞舍內(nèi)的臭氣濃度最高，這是由于噴霧可顯著增加舍內(nèi)相對(duì)濕度和糞污含水量，為細(xì)菌的厭氧發(fā)酵提供良好的環(huán)境，同時(shí)也可提高脲酶的活性[22]。高濕環(huán)境會(huì)刺激肉桿菌屬和芽孢桿菌屬快速增殖[23]，這類(lèi)細(xì)菌的數(shù)量與豬糞中吲哚類(lèi)物質(zhì)的濃度呈正相關(guān)[24]。此外，由于脲酶快速的反應(yīng)性[22]和吲哚類(lèi)物質(zhì)來(lái)源的廣泛性[18]，噴霧后蛋雞舍內(nèi)NH3和吲哚類(lèi)成分的濃度分別是無(wú)管理操作時(shí)的1.9 和1.7 倍（圖3）。臭氣會(huì)通過(guò)增加NH3和吲哚類(lèi)成分的濃度，來(lái)提高臭氣濃度[25]；Huang 等[26]也證明相對(duì)濕度與臭氣濃度存在顯著的正相關(guān)性。因此在制定臭氣減排措施時(shí)應(yīng)特別注意噴霧消毒時(shí)段，當(dāng)舍內(nèi)空氣中細(xì)菌含量不高于25 000 CFU/m3時(shí)（NY/T 388-1999，畜禽場(chǎng)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)），可適當(dāng)減少?lài)婌F消毒頻率。

清糞時(shí)的臭氣濃度顯著高于無(wú)管理操作和喂料時(shí)的濃度（P<0.05），這是由于糞污從清糞帶末端掉落過(guò)程中糞污內(nèi)部臭氣成分大量溢出造成的，由圖3 可知清糞時(shí)NH3和吲哚類(lèi)成分的濃度顯著高于無(wú)管理操作和喂料時(shí)的（P<0.05）。研究表明，糞污表面結(jié)殼可以減少其內(nèi)部NH3的揮發(fā)，而清糞時(shí)由于糞污翻滾破壞殼狀物，會(huì)增加的NH3的揮發(fā)，提高舍內(nèi)NH3濃度[27]。在4 種管理措施下，雞舍內(nèi)的臭氣濃度從濕簾端到風(fēng)機(jī)端遞增，僅清糞條件下雞舍風(fēng)機(jī)端臭氣濃度顯著高于中部（P<0.05），其他3 種管理措施下兩采樣點(diǎn)處無(wú)明顯差別，這也證明糞污從清糞帶掉落過(guò)程中會(huì)溢出大量臭氣成分。

在4 種管理措施下，除二硫化碳和庚酸外，其他19種成分的異味活度值均大于1（表3），在臭氣中起主要作用[28]。蛋雞舍內(nèi)各類(lèi)成分對(duì)臭氣的貢獻(xiàn)率為吲哚類(lèi)（72.91%）＞酚類(lèi)（10.07%）＞VSC（7.85%）＞VFA（4.93%）＞胺類(lèi)（4.23%）＞NH3（0.01%），這與Trabue 等[6]在肉雞舍中的檢測(cè)結(jié)果相似。由于不同成分的嗅閾值不同，濃度低的成分會(huì)因?yàn)樾衢撝档投菀妆宦劦?，如吲哚?lèi)，所以在臭氣中起主要作用的成分可能不是濃度最高的[29]。因此在蛋雞舍除臭時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮處理吲哚類(lèi)成分或總VOC，但現(xiàn)有的臭氣成分減排研究主要集中于NH3[30]，并不利于提高除臭措施的有效性和顯著性。

表3 不同管理措施下蛋雞舍內(nèi)臭氣組成成分異味活度值Table 3 Odor activity value of odorant compound detected in layer houses under different managements

2.3 糞污不同滯留時(shí)間對(duì)蛋雞舍內(nèi)臭氣的影響

中國(guó)蛋雞舍的清糞周期通常為2 d[31]，清糞帶上的糞污總量隨著滯留時(shí)間的增長(zhǎng)而增多，給微生物的生長(zhǎng)提供了豐富的有機(jī)質(zhì)，并產(chǎn)生大量有臭味的代謝產(chǎn)物。本試驗(yàn)以商品蛋雞舍為例探討糞污滯留時(shí)間對(duì)臭氣特性的影響。

由表4 可知NH3濃度隨著糞污滯留時(shí)間的增長(zhǎng)而顯著增加（P<0.05），其他臭氣成分濃度在滯留期間內(nèi)保持穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)深坑籠養(yǎng)蛋雞舍的NH3排放率每日增加30%～40%[32]，并且新鮮糞便的加入會(huì)顯著提高NH3排放率[33]。本研究的NH3濃度在糞污滯留期間內(nèi)增加了6 倍，但均未超過(guò)NY/T 388-1999（畜禽場(chǎng)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定的15 mg/m3的限制，且NH3對(duì)臭氣貢獻(xiàn)率僅為0.01%，因此糞污滯留期間不需將治理NH3作為臭氣減排的重點(diǎn)。

表4 糞污滯留時(shí)間對(duì)臭氣成分濃度的影響Table 4 Impact of manure accumulation period on odorant compound concentrations

除NH3外，胺類(lèi)、揮發(fā)性含硫化合物、吲哚類(lèi)、酚類(lèi)和揮發(fā)性脂肪酸均需在厭氧環(huán)境下產(chǎn)生，于腸道生成并隨糞尿排出或排出體外后由微生物降解產(chǎn)生[19]。而2 d 的滯留時(shí)間內(nèi)，清糞帶上的糞污厚度小，且夏季較大的通風(fēng)量使糞污快速干燥，很難于短時(shí)間內(nèi)在清糞帶上形成良好的厭氧環(huán)境，因此糞污滯留期間，這5 類(lèi)成分主要由腸道內(nèi)微生物生成并隨糞尿排出，從而使其濃度在糞污滯留期間相對(duì)穩(wěn)定。但在本研究中，該5 類(lèi)成分對(duì)臭氣的貢獻(xiàn)率高達(dá)99.99%，可通過(guò)科學(xué)配制蛋雞日糧、合理使用飼料添加劑的方式來(lái)抑制此類(lèi)成分的生成[23]。

3 結(jié) 論

本研究通過(guò)對(duì)典型商品蛋雞舍和種用蛋雞舍內(nèi)的臭氣進(jìn)行分析，綜合討論了夏季蛋雞舍的主要臭氣成分濃度及對(duì)臭氣貢獻(xiàn)水平，探索了無(wú)管理操作、喂料、噴霧消毒、清糞等4 種管理措施對(duì)臭氣組成和濃度的影響。主要得出以下結(jié)論：

1）蛋雞舍內(nèi)6 類(lèi)臭氣成分濃度從高到低依次為NH3（2.26 mg/m3）、揮發(fā)性脂肪酸（0.93 mg/m3）、揮發(fā)性含硫化合物（0.40 mg/m3）、酚類(lèi)（0.36 mg/m3）、吲哚類(lèi)（0.32 mg/m3）和胺類(lèi)（0.12 mg/m3），對(duì)臭氣貢獻(xiàn)率從大到小依次為吲哚類(lèi)（72.91%）、酚類(lèi)（10.07%）、揮發(fā)性含硫化合物（7.85%）、揮發(fā)性脂肪酸（4.93%）、胺類(lèi)（4.23%）和NH3（0.01%）。

2）無(wú)管理操作和喂料過(guò)程臭氣組成比例和濃度相似，飼料的味道對(duì)蛋雞舍臭氣濃度影響較小，糞污是蛋雞舍臭氣的主要來(lái)源。

3）噴霧消毒后蛋雞舍內(nèi)NH3和吲哚類(lèi)成分的濃度是無(wú)管理操作時(shí)的1.9 和1.7 倍。噴霧消毒后蛋雞舍臭氣濃度最高，其次是清糞過(guò)程。

4）糞污在清糞帶上滯留期間，NH3濃度增加6 倍，胺類(lèi)、揮發(fā)性含硫化合物、吲哚類(lèi)、酚類(lèi)和揮發(fā)性脂肪酸的濃度相對(duì)穩(wěn)定，但除NH3以外的其他成分對(duì)臭氣貢獻(xiàn)率高達(dá)99.99%。