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(hù)草原生態(tài)環(huán)境和 實(shí)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(dú)或綜合對 家畜機(jī)體產(chǎn)生作用和影響 2 如果有害的因素超 過家畜機(jī)體所能忍受的限度 則會導(dǎo)致家畜機(jī)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(yán)重超標(biāo) 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(jī)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(jìn)鈣質(zhì)吸收 4 等離子體具有 空間電場對冬春季畜舍溫室氣體的凈化效果 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 摘要 目的 探討空間電場對冬春季畜舍內(nèi)溫室氣體的凈化效果以及對舍內(nèi)溫濕度的影響 方法 在 畜舍內(nèi)安裝空間電場凈化設(shè)備和溫濕度監(jiān)測儀 舍內(nèi)外均設(shè)置 3 個取氣點(diǎn) 每個取氣點(diǎn)分 0 m 0 5 m 1 0 m和1 5 m 4 個采集高度 系統(tǒng)監(jiān)測冬春季畜舍溫室氣體濃度以及溫濕度變化情況 結(jié)果 空間電 場顯著 P 0 05 或 P 0 000 1 降低了冬春季畜舍內(nèi) CH 4 NH 3 和 CO 2 氣體的濃度 降低幅度分別可達(dá) 39 8 26 3 和24 0 空間電場可顯著 P 0 05 降低冬季舍內(nèi)20 00 8 00和12 00 15 00的環(huán)境 濕度 分別降低了4 5 和15 3 春季濕度在9 00 17 00降低了31 9 P 0 05 結(jié)論 空間電場可 有效地降低冬春季畜舍內(nèi)CH 4 NH 3 和CO 2 氣體濃度 同時顯著降低畜舍內(nèi)不同時間段的環(huán)境濕度 關(guān)鍵詞 空間電場 畜舍 空氣凈化 中圖分類號 S826 46 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章順序編號 1672 5190 2022 01 0046 07 Purification Effect of Spatial Electric Field on Greenhouse Gas of Livestock House in Winter and Spring GUO Na YU Zhi hui TANG Jia qi WANG Cheng jie College of Grassland Resource and Environment Inner Mongolia Agricultural University Hohhot 010011 China Abstract Objective To assess the purification effect of spatial electric field on greenhouse gas and its impact on temperature and humidity in the livestock house in winter and spring Method The spatial electric field purification equipment as well as temperature and humidity monitors were installed in the livestock house Three air extraction points were set inside and outside livestock house respectively and four heights including 0 m 0 5 m 1 0 m and 1 5 m were set for each air extraction point The changes of greenhouse gas concentrations as well as temperature and humidity during winter and spring were systematically monitored Result Spatial electric field significantly P 0 05 or P 0 000 1 reduced the concentrations of CH 4 NH 3 and CO 2 inside the livestock house in winter and spring by 39 8 26 3 and 24 0 respectively Spatial electric field significantly P 0 05 decreased the ambient humidity inside the livestock house from 20 00 to 8 00 and from 12 00 to 15 00 in winter by 4 5 and 15 3 respectively In spring the ambient humidity inside the livestock house was significantly P 0 05 decreased by 31 9 from 9 00 to 17 00 Conclusion The spatial electric field can effectively reduce the concentrations of CH 4 NH 3 and CO 2 and significantly decrease the indoor humidity of different time duration in the livestock house in winter and spring Keywords spatial electric field livestock house air purification 收稿日期 2021 12 20 項(xiàng)目來源 內(nèi)蒙古自治區(qū)科技計劃項(xiàng)目 2019GG245 內(nèi)蒙 古自治區(qū) 科技興蒙 國際合作引導(dǎo)項(xiàng)目 2021CG 0020 作者簡介 郭娜 1992 女 博士研究生 主要研究方向?yàn)?氣候變化與草地生態(tài) 通信作者 王成杰 1968 男 教授 博士 主要研究方向 為草地生態(tài)和放牧家畜管理 郭 娜 于志慧 唐家琦 等 空間電場對冬春季畜舍溫室氣體的凈化效果 J 畜牧與飼料科學(xué) 2022 43 1 46 52 DOI 10 12160 j issn 1672 5190 2022 01 007 Animal Husbandry and Feed Science 畜牧與飼料科學(xué)2022 43 1 46 52 強(qiáng)氧化性 可以有效分解氨氣并殺滅細(xì)菌 緩解畜 舍內(nèi)臭氣污染 對家畜疾病進(jìn)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(yàn)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(bǔ)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(yàn)地點(diǎn) 試驗(yàn)地點(diǎn)位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市四子王旗 查干補(bǔ)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(yàn)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(jìn)行 人工清糞 1 2 空間電場布設(shè)與工作方式 1 2 1 試驗(yàn)設(shè)備 試驗(yàn)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(jī)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(diǎn) 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 1 2 3 工作方式與測試項(xiàng)目 空間電場采用間歇式運(yùn)行方式 獲取對應(yīng)時 期的數(shù)據(jù) 分析對空氣凈化的效果 空間電場設(shè)備 具體運(yùn)行時間見表1 氣體樣品采集時間見表1 采用 PROCEAS CO 2 CH 4 N 2 O NH 3 H 2 O 分析儀 法 國 AP2E 分析氣體樣品中二氧化碳 CO 2 甲烷 CH 4 氧化亞氮 N 2 O 和氨氣 NH 3 的濃度 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(yàn)將N 2 O CH 4 CO 2 和NH 3 等溫室氣體的 體積濃度單位 cm 3 m 3 統(tǒng)一換算為質(zhì)量濃度單位 mg m 3 1cm 3 m 3 的N 2 O CH 4 CO 2 和NH 3 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(yùn)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(yàn)測定期間 冬春季畜舍內(nèi)外的溫室氣體 R 圖 1 畜舍剖面與實(shí)景圖 頂棚拱形鋼架 養(yǎng)殖區(qū) 過道 過道 1 m 高 3 m 郭 娜等 空間電場對冬春季畜舍溫室氣體的凈化效果第1期 47 濃度結(jié)果顯示 畜舍內(nèi)N 2 O氣體濃度變化范圍在 0 71 1 16 mg m 3 畜舍外 對照區(qū) N 2 O的濃度變化 范圍為0 71 0 78 mg m 3 畜舍內(nèi)的N 2 O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 m 3 畜舍內(nèi)外 CH 4 氣體的濃度差異顯著 P 0 001 見圖 3B 畜舍內(nèi)外 CH 4 氣體濃度平均 相差可達(dá) 11 79 mg m 3 畜舍內(nèi) NH 3 氣體濃度顯著 P 0 001 見圖3C 高于室外 室內(nèi)的平均 NH 3 濃 度 0 17 mg m 3 比室外 NH 3 氣體濃度 0 08 mg m 3 高一倍 畜舍內(nèi)平均 CO 2 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 N 2 O CH 4 CO 2 和 NH 3 4 種溫室氣體濃度顯著 P 0 05 或 P 0 01 高于 春季 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(yùn)行和停止期間畜舍內(nèi) 的N 2 O CH 4 NH 3 和CO 2 氣體濃度 結(jié)果顯示 CH 4 氣體在空間電場運(yùn)行期間的平均值為 10 16 mg m 3 較停止運(yùn)行期間的 CH 4 氣濃度 16 88 mg m 3 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 NH 3 的氣體濃度 降低幅度達(dá) 26 3 畜舍內(nèi) CO 2 的濃度正常情況下平均約為1 412 07 mg m 3 使用 空間電場期間降低了24 0 P0 05 見表 2 差異 但 NH 3 從 0 1 5 m 氣 體濃度有逐漸降低的趨勢 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(yùn)行時可以顯著 P0 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 春季監(jiān)測結(jié)果顯示 畜舍內(nèi) 9 00 17 00 設(shè) 備運(yùn)行時 平均空氣濕度 18 83 較設(shè)備停運(yùn)時 27 65 平均降低了 31 9 差異顯著 P0 05 差異 但空間電場運(yùn)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 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 N 2 O CH 4 NH 3 和 CO 2 等 冬季 春季 冬季 春季 冬季 春季 冬季 春季 P 0 01 P 0 01 P 0 01 P 0 05 A 畜舍內(nèi)冬春季 N 2 O 氣體濃度 B 畜舍內(nèi)冬春季 CH 4 氣體濃度 C 畜舍內(nèi)冬春季 NH 3 氣體濃度 D 畜舍內(nèi)冬春季 CO 2 氣體濃度 小寫字母不同表示差異顯著 P 0 05或P 0 01 圖 4 畜舍內(nèi)冬春季溫室氣體濃度對比 a N 2 O m g m 3 1 4 1 2 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 30 25 20 15 10 5 0 0 4 0 3 0 2 0 1 0 1 800 1 600 1 400 1 200 1 000 800 600 400 200 0 a a a b b b b C H 4 m g m 3 N H 3 m g m 3 C O 2 m g m 3 A B C D A 冬春季畜舍內(nèi)外 N 2 O氣體濃度 B 冬春季畜舍內(nèi)外 CH 4 氣體濃度 C 冬春季畜舍內(nèi)外 NH 3 氣體濃度 D 冬春季畜 舍內(nèi)外 CO 2 氣體濃度 小寫字母不同表示差異顯著 P 0 01或P 0 001 圖 3 冬春季畜舍內(nèi)外溫室氣體濃度對比 畜舍外 畜舍內(nèi) 畜舍外 畜舍內(nèi) 畜舍外 畜舍內(nèi) 畜舍外 畜舍內(nèi) P 0 01 P 0 001 P 0 001 P 0 01 N 2 O m g m 3 b a b a C H 4 m g m 3 N H 3 m g m 3 C O 2 m g m 3 a a b b 1 2 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 20 15 10 5 0 0 2 0 1 0 1 600 1 400 1 200 1 000 800 600 400 200 0 A B C D 郭 娜等 空間電場對冬春季畜舍溫室氣體的凈化效果第1期 49 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 NH 3 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(biāo)準(zhǔn) 畜舍內(nèi) NH 3 濃度不高于 18 mg m 3 CO 2 等濃度不高于 1 500 mg m 3 8 該文 的測定結(jié)果顯示 在空間電場停止運(yùn)行處理下 畜 舍內(nèi) NH 3 平均濃度為 0 19 mg m 3 低于地方標(biāo)準(zhǔn) 要求 李保明等 9 人在奶牛舍測定的 NH 3 濃度為 1 1 73 mg m 3 高于該試驗(yàn)測定的結(jié)果 但CO 2 平 均濃度在空間電場停止運(yùn)行期間的均值為 1 412 07 mg m 3 雖然略低于地方標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到 1 812 38 mg m 3 明顯高于地方標(biāo)準(zhǔn)要求的濃度閾值 有必要進(jìn)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(shí)測的氣體濃度數(shù)據(jù)可知 在空間電場 運(yùn)行階段的畜舍內(nèi)的CH 4 NH 3 和CO 2 等有害溫室 氣體濃度顯著降低 降低幅度分別可達(dá)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NH 3 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 CO 2 濃度 該研究使用的空間電場設(shè)備降低幅度 可達(dá)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 NH 3 平均質(zhì)量濃度進(jìn) 行比較 二者差異不顯著 而該研究中空間電場 運(yùn)行階段的 NH 3 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 NH 3 濃度作用顯著 3 2 空間電場對畜舍內(nèi)環(huán)境指標(biāo)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) CH 4 等溫室氣體的濃度有很大影 響 9 根據(jù)山西省牛羊規(guī)模化養(yǎng)殖場地方標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)低于山西省的年均溫度 因此最低溫 氣體 N 2 O CH 4 NH 3 CO 2 表 2 畜舍內(nèi)空間電場處理對溫室氣體的影響分析 取氣高度 m 0 0 5 1 0 1 5 均值 0 0 5 1 0 1 5 均值 0 0 5 1 0 1 5 均值 0 0 5 1 0 1 5 均值 處理 0 39 0 00 0 01 0 05 肩標(biāo)小寫字母不同 表示差異顯 著 P 0 05或P0 05 小寫字母不同 表示差異顯著 P 0 05 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(yùn)行和停止處理下的比較結(jié)果 時間段 時間段 時間段 冬 季 溫 度 春 季 溫 度 120 100 80 60 40 20 0 120 100 80 60 40 20 0 30 25 20 15 10 5 0 10 5 0 5 10 15 20 運(yùn)行 停止 運(yùn)行 停止 運(yùn)行 停止 a a a b a 20 00 8 00 9 00 11 00 12 00 15 00 16 00 19 00 a b a a a 冬 季 濕 度 a a a a a b b 春 季 濕 度 a a a a a a a b 運(yùn)行 停止 a a a b a a A B C D 時間段 20 00 8 00 9 00 11 00 12 00 15 00 16 00 19 00 22 00 6 00 7 00 8 00 9 00 17 00 18 00 21 00 22 00 6 00 7 00 8 00 9 00 17 00 18 00 21 00 a 畜牧與飼料科學(xué)52 第43卷 64 69 何晴 畜禽場空氣凈化技術(shù)研究 D 北京 中國農(nóng)業(yè) 科學(xué)院 2000 郭光照 空間電場和聲波助長儀對日光溫室蔬菜生長 發(fā)育的影響 D 烏魯木齊 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 2014 孫宗發(fā) 空間電場防病促生系統(tǒng)電場分布規(guī)律及效果 研究 D 烏魯木齊 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 2013 梅瑋 新疆南北疆集約化肉牛養(yǎng)殖場夏冬兩季環(huán)境指 標(biāo)的比較研究 D 烏魯木齊 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 2015 CABARAUX J F PHILIPPE F X LAITAT M et al Gaseous emissions from weaned pigs raised on different floor systems J Agriculture Ecosystems and Environment 2009 130 86 92 吳媛媛 光等離子體凈化器改善母豬舍空氣質(zhì)量及生 產(chǎn)性能的研究 D 南京 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 2018