規(guī)?；半u養(yǎng)殖場欄舍氨排放規(guī)律研究*

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)過程中產(chǎn)生的主要惡臭氣體和有害氣體，氨的排放會導(dǎo)致家禽養(yǎng)殖場欄舍內(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，針對蛋雞養(yǎng)殖場氨排放的估算方法[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)模化蛋雞養(yǎng)殖場內(nèi)監(jiān)測不同季節(jié)蛋雞欄舍氨排放濃度的日變化，核算氨排放量，探究規(guī)?；半u養(yǎng)殖場欄舍氨排放特征，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)開展每個季節(jié)連續(xù)3 d的監(jiān)測。在欄舍的進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口設(shè)置監(jiān)測點(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個監(jiān)測點(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個監(jiān)測點(diǎn)，數(shù)據(jù)計算平均值。同時在欄舍的上風(fēng)向(以常年盛行風(fēng)向?yàn)闇?zhǔn))空曠地帶設(shè)置1個背景監(jiān)測點(diǎn)(半徑15.0 m范圍內(nèi)無欄舍和集糞池)。

1.3 數(shù)據(jù)監(jiān)測與處理

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

根據(jù)式(1)計算小時欄舍通風(fēng)量[18]。

(1)

式中：V為小時欄舍通風(fēng)量，m3/h；vn為小時排風(fēng)口平均風(fēng)速，m/s；S為排風(fēng)口面積，m2；t為小時排風(fēng)口累計排風(fēng)時長，s/h；P為小時排風(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為小時排風(fēng)口平均溫度，K。

每只蛋雞的小時欄舍氨排放量計算見式(2)[19]。

(2)

式中：Qh為每只蛋雞的小時欄舍氨排放量，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，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)境評價規(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 每只蛋雞的小時欄舍氨排放量變化特征

由圖2可見，4個季節(jié)每只蛋雞的小時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欄舍氨排放量明顯大于春季和冬季。

圖2 4個季節(jié)每只蛋雞的小時欄舍氨排放量日變化特征

根據(jù)各季節(jié)每只蛋雞的小時欄舍氨排放量計算各季節(jié)氨排放因子，4個季節(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 每只蛋雞的小時欄舍氨排放量與溫度、相對濕度的關(guān)系分析

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

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

注：1)P<0.01。表3同。

進(jìn)一步對每只蛋雞的小時欄舍氨排放量與溫度、相對濕度進(jìn)行二元線性回歸分析(見表3)發(fā)現(xiàn)，各季節(jié)每只蛋雞的小時欄舍氨排放量與溫度和相對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)絕對值大。

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

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

3 討 論

3.1 排放因子比較

本研究4個季節(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個季節(jié)的排放因子平均為0.372 g/(d·只)，高于國外同為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、相對濕度對氨排放的影響

4個季節(jié)蛋雞養(yǎng)殖場欄舍氨排放濃度和每只蛋雞的小時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欄舍氨排放量大，而冬季氨排放濃度高但每只蛋雞的小時欄舍氨排放量小。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是，本研究中的蛋雞養(yǎng)殖場欄舍采用機(jī)械通風(fēng)。由于夏季溫度高，開啟的排風(fēng)扇數(shù)量多且排風(fēng)時間長，欄舍通風(fēng)量較大導(dǎo)致排出欄舍外的氨排放量較大，氨不會大量積累，因此夏季每只蛋雞的小時欄舍氨排放量雖大但濃度較低；相反，由于冬季溫低，開啟的排風(fēng)扇數(shù)量少且排風(fēng)時間短，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欄舍氨排放量雖小但濃度較高。

本研究中，蛋雞養(yǎng)殖場欄舍氨排放濃度和每只蛋雞的小時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、相對濕度與各季節(jié)每只蛋雞的小時欄舍氨排放量的相關(guān)系數(shù)絕對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濕度的綜合作用影響。

4 結(jié) 論

(1)規(guī)?；半u養(yǎng)殖場欄舍氨排放濃度和每只蛋雞的小時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濕度的綜合影響。

(2)氨排放濃度和每只蛋雞的小時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欄舍氨排放量大，而冬季氨排放濃度高但每只蛋雞的小時欄舍氨排放量小，這與該蛋雞養(yǎng)殖場采用機(jī)械通風(fēng)有關(guān)。

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