空间电场对冬春季畜舍温室气体的净化效果_郭娜.pdf

我国北方地区冬春季气候寒冷 在冬春季节 圈舍饲养家畜是我国北方草地畜牧业普遍采用的 生产方式 是防止草原退化 保护草原生态环境和 实现草地畜牧业可持续发展的重要措施 1 在冬 春季舍饲家畜时 环境卫生控制不好 会产生大量 有毒有害气体 粉尘和有害微生物 单独或综合对 家畜机体产生作用和影响 2 如果有害的因素超 过家畜机体所能忍受的限度 则会导致家畜机能 失调 引发疾病甚至死亡 因此 科学有效地控制 并保持家畜圈舍良好的环境卫生是保持家畜健 康 预防疾病 提高生产性能和降低饲养成本的有 力保障 通风是减少畜舍内有毒有害气体 粉尘和有 害微生物的主要方法 但在北方寒冷的季节 牧民 为了保持畜舍的温度会尽可能减少通风 从而导 致畜舍内有害物的浓度严重超标 空间电场是一 种家畜圈舍空气电净化防疫技术和粪道等离子除 臭灭菌技术的有机结合 应用于畜禽圈舍 可以起 到净化空气的作用 3 4 在畜舍内建立一个静电场 空间电场 可有效除尘 除臭 净化空气 灭菌消 毒 防病 防疫和促进钙质吸收 4 等离子体具有 空间电场对冬春季畜舍温室气体的净化效果 郭 娜 于志慧 唐家琦 王成杰 内蒙古农业大学草原与资源环境学院 内蒙古 呼和浩特 010011 摘要 目的 探讨空间电场对冬春季畜舍内温室气体的净化效果以及对舍内温湿度的影响 方法 在 畜舍内安装空间电场净化设备和温湿度监测仪 舍内外均设置 3 个取气点 每个取气点分 0 m 0 5 m 1 0 m和1 5 m 4 个采集高度 系统监测冬春季畜舍温室气体浓度以及温湿度变化情况 结果 空间电 场显著 P 0 05 或 P 0 000 1 降低了冬春季畜舍内 CH 4 NH 3 和 CO 2 气体的浓度 降低幅度分别可达 39 8 26 3 和24 0 空间电场可显著 P 0 05 降低冬季舍内20 00 8 00和12 00 15 00的环境 湿度 分别降低了4 5 和15 3 春季湿度在9 00 17 00降低了31 9 P 0 05 结论 空间电场可 有效地降低冬春季畜舍内CH 4 NH 3 和CO 2 气体浓度 同时显著降低畜舍内不同时间段的环境湿度 关键词 空间电场 畜舍 空气净化 中图分类号 S826 46 文献标志码 A 文章顺序编号 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 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 项目来源 内蒙古自治区科技计划项目 2019GG245 内蒙 古自治区 科技兴蒙 国际合作引导项目 2021CG 0020 作者简介 郭娜 1992 女 博士研究生 主要研究方向为 气候变化与草地生态 通信作者 王成杰 1968 男 教授 博士 主要研究方向 为草地生态和放牧家畜管理 郭 娜 于志慧 唐家琦 等 空间电场对冬春季畜舍温室气体的净化效果 J 畜牧与饲料科学 2022 43 1 46 52 DOI 10 12160 j issn 1672 5190 2022 01 007 Animal Husbandry and Feed Science 畜牧与饲料科学2022 43 1 46 52 强氧化性 可以有效分解氨气并杀灭细菌 缓解畜 舍内臭气污染 对家畜疾病进行预防和控制 这种 自动防疫系统多应用于规模化养猪场和养鸡场中 并取得良好的效果 该试验将空间电场技术应用于 内蒙古乌兰察布市四子王旗查干补力格苏木一牧 户的羊圈中 研究空间电场对冬春季畜舍温室气体 的净化效果 以期为该技术的推广应用提供参考 1 材料与方法 1 1 试验地点 试验地点位于内蒙古乌兰察布市四子王旗 查干补力格苏木王府一队 羊圈四周建设结构为 1 5 m高的混凝土围墙 上面架设透明采光板 建 设结构为拱形 圈舍长28 m 宽16 m 高4 m 见图 1 试验期间容纳绵羊220只 饲养方式为人工定 时饲喂 每日上午 下午各投料 1 次 投料之后在 水槽中放水 畜舍内的羊群可自由饮水 每周进行 人工清粪 1 2 空间电场布设与工作方式 1 2 1 试验设备 试验选用 3DDF 450 型空间电场 大连亿佳 田园环境科技有限公司产品 该设备也称空气电 净化自动防疫系统 工作原理是在畜舍内建立一 个静电场 以除尘 除臭 净化空气和灭菌消毒 防 病防疫 选用AS108A温湿度仪 山东仁科测控技 术有限公司产品 连续自动测定舍内外温度和湿 度 该仪器温度精度为 0 1 相对湿度精度为 1 5 在 40 80 可以连续监测 1 2 2 设备布设 在畜舍内布置2列空间电场的阻燃塑料绝缘 子 空间电场发生器 每列7个 间距4 m 主机悬 挂在北侧墙上 在畜舍内外各布设3个采集气体 的点 采集高度分别为 0 m 0 5 m 1 0 m 和 1 5 m 温湿度仪安装在畜舍的中间位置 Y2 处 距地面 高度3 m 见图2 1 2 3 工作方式与测试项目 空间电场采用间歇式运行方式 获取对应时 期的数据 分析对空气净化的效果 空间电场设备 具体运行时间见表1 气体样品采集时间见表1 采用 PROCEAS CO 2 CH 4 N 2 O NH 3 H 2 O 分析仪 法 国 AP2E 分析气体样品中二氧化碳 CO 2 甲烷 CH 4 氧化亚氮 N 2 O 和氨气 NH 3 的浓度 温湿度仪连续工作 每隔 10 min 记录 1 次环 境温度和湿度数据 2021 年 3 月 15 21 日供电 设备损坏 温湿度仪停止工作 故该时期无温湿度 数据 1 3 数据处理 该试验将N 2 O CH 4 CO 2 和NH 3 等温室气体的 体积浓度单位 cm 3 m 3 统一换算为质量浓度单位 mg m 3 1cm 3 m 3 的N 2 O CH 4 CO 2 和NH 3 的气体换算 系数分别为1 964 0 714 1 965和0 759 5 畜舍内 外的温室气体浓度和空间电场运行与停止阶段的 气体浓度比较 均采用单因素方差分析 空间电场 处理和高度对畜舍内测定温室气体浓度的影响采 用双因素方差分析 2 结果 2 1 冬春季舍饲期间畜舍内外几种温室气体浓 度特征 试验测定期间 冬春季畜舍内外的温室气体 R 图 1 畜舍剖面与实景图 顶棚拱形钢架 养殖区 过道 过道 1 m 高 3 m 郭 娜等 空间电场对冬春季畜舍温室气体的净化效果第1期 47 浓度结果显示 畜舍内N 2 O气体浓度变化范围在 0 71 1 16 mg m 3 畜舍外 对照区 N 2 O的浓度变化 范围为0 71 0 78 mg m 3 畜舍内的N 2 O的气体浓 度显著 P 0 01 见图 3A 高于畜舍外 平均相差 0 20 mg m 3 畜舍内外 CH 4 气体的浓度差异显著 P 0 001 见图 3B 畜舍内外 CH 4 气体浓度平均 相差可达 11 79 mg m 3 畜舍内 NH 3 气体浓度显著 P 0 001 见图3C 高于室外 室内的平均 NH 3 浓 度 0 17 mg m 3 比室外 NH 3 气体浓度 0 08 mg m 3 高一倍 畜舍内平均 CO 2 气体浓度较室外高出 48 7 差异显著 P 0 01 见图 3D 说明畜舍在 冬春季室内的几种温室气体浓度均显著 P 0 01 或P 0 001 高于室外 见图3 将前4 次取气时 间段定义为冬季舍饲期 后 4 次 3 月 21 日之后 取气的时间定义为春季舍饲期 结果显示 见图 4 畜舍内冬季舍饲期间的 N 2 O CH 4 CO 2 和 NH 3 4 种温室气体浓度显著 P 0 05 或 P 0 01 高于 春季 2 2 空间电场对畜舍内几种温室气体浓度的影响 监测冬春季空间电场运行和停止期间畜舍内 的N 2 O CH 4 NH 3 和CO 2 气体浓度 结果显示 CH 4 气体在空间电场运行期间的平均值为 10 16 mg m 3 较停止运行期间的 CH 4 气浓度 16 88 mg m 3 降低了39 8 差异显著 P 0 00 见表2 畜舍内 使用空间电场期间显著 P 0 01 见表 2 降低了 NH 3 的气体浓度 降低幅度达 26 3 畜舍内 CO 2 的浓度正常情况下平均约为1 412 07 mg m 3 使用 空间电场期间降低了24 0 P0 05 见表 2 差异 但 NH 3 从 0 1 5 m 气 体浓度有逐渐降低的趋势 2 3 空间电场对畜舍内温湿度的影响 冬季监测结果显示 环境温湿度在一天内呈 现节律性变化 见图 5 冬季 主要为 12 月中下 旬 空间电场运行时可以显著 P0 05 见 图6A 说明空间电场设备可有效调节冬季畜舍内 夜间和中午的环境湿度 同时 由于空气中湿度的 降低 显著 P 0 05 见图6B 提高了冬季畜舍内的 一定时间段 如 20 00 8 00 和 12 00 15 00 的空气温度 春季监测结果显示 畜舍内 9 00 17 00 设 备运行时 平均空气湿度 18 83 较设备停运时 27 65 平均降低了 31 9 差异显著 P0 05 差异 但空间电场运行处理下舍内的湿度比停止期间 低 同时 9 00 17 00的环境温度显著 P 0 05 见图6D 提高 3 讨论 3 1 空间电场对畜舍内温室气体浓度的影响 冬春季舍饲养殖家畜生产过程中 会排放大 量的温室气体 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 畜舍内冬春季 N 2 O 气体浓度 B 畜舍内冬春季 CH 4 气体浓度 C 畜舍内冬春季 NH 3 气体浓度 D 畜舍内冬春季 CO 2 气体浓度 小写字母不同表示差异显著 P 0 05或P 0 01 图 4 畜舍内冬春季温室气体浓度对比 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 冬春季畜舍内外 N 2 O气体浓度 B 冬春季畜舍内外 CH 4 气体浓度 C 冬春季畜舍内外 NH 3 气体浓度 D 冬春季畜 舍内外 CO 2 气体浓度 小写字母不同表示差异显著 P 0 01或P 0 001 图 3 冬春季畜舍内外温室气体浓度对比 畜舍外 畜舍内 畜舍外 畜舍内 畜舍外 畜舍内 畜舍外 畜舍内 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 空间电场对冬春季畜舍温室气体的净化效果第1期 49 气体 对家畜生存环境产生一定的影响 6 家畜产 生的温室气体会对全球气候变化产生重大影响 NH 3 是一种有毒气体 对人和舍内动物有潜在的 危害 7 根据地方标准 畜舍内 NH 3 浓度不高于 18 mg m 3 CO 2 等浓度不高于 1 500 mg m 3 8 该文 的测定结果显示 在空间电场停止运行处理下 畜 舍内 NH 3 平均浓度为 0 19 mg m 3 低于地方标准 要求 李保明等 9 人在奶牛舍测定的 NH 3 浓度为 1 1 73 mg m 3 高于该试验测定的结果 但CO 2 平 均浓度在空间电场停止运行期间的均值为 1 412 07 mg m 3 虽然略低于地方标准的要求浓度 但是基本接近要求值 在12 月24日空间电场停 止使用期间的气体浓度均值达到 1 812 38 mg m 3 明显高于地方标准要求的浓度阈值 有必要进行 畜舍内的环境改善工作 空间电场在电场力的作用下可以吸附或清除 环境中的粉尘 飞沫等 从而使畜禽舍空气保持清 洁 10 结合实测的气体浓度数据可知 在空间电场 运行阶段的畜舍内的CH 4 NH 3 和CO 2 等有害温室 气体浓度显著降低 降低幅度分别可达到 39 8 26 3 和 24 0 说明使用空间电场可有效降低畜 舍内的温室气体浓度 尤其是NH 3 浓度的降低可 有效消减恶臭气味 提高畜舍环境质量 吴媛媛 7 的研究探讨了安装光等离子体空气净化器与紫 外灯装置结合净化猪舍空气质量的效果 研究方 法与该文类似 但使用的净化设备不同 研究结 果显示使用光等离子净化装置仅能降低 21 7 的 CO 2 浓度 该研究使用的空间电场设备降低幅度 可达到24 0 与该研究结果不同的是 徐鑫等 11 对鸡舍安装空间电场前后 NH 3 平均质量浓度进 行比较 二者差异不显著 而该研究中空间电场 运行阶段的 NH 3 浓度显著低于停止期间 说明在 畜舍内使用空间电场对降低 NH 3 浓度作用显著 3 2 空间电场对畜舍内环境指标的影响 舍饲可有效解决冬春季家畜过冬问题 同时 可缓解草地早春的放牧压力 对于草地资源可持续 利用和畜牧业可持续发展具有重要意义 圈舍内温 湿度的高低对舍内家畜的生长具有极大的影响 同时对圈舍内 CH 4 等温室气体的浓度有很大影 响 9 根据山西省牛羊规模化养殖场地方标准的 要求 成年羊畜舍内的环境温度应保持在5 30 湿度保持在30 70 8 该研究在内蒙古四子王 旗测定的结果显示 冬春季畜舍内的平均环境 温度为 14 2 34 3 平均湿度在 14 3 98 3 波动 四子王旗 2007 2018 年的年均温度仅为 3 9 12 远低于山西省的年均温度 因此最低温 气体 N 2 O CH 4 NH 3 CO 2 表 2 畜舍内空间电场处理对温室气体的影响分析 取气高度 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 处理 0 39 0 00 0 01 0 05 肩标小写字母不同 表示差异显 著 P 0 05或P0 05 小写字母不同 表示差异显著 P 0 05 图 6 冬春季畜舍内不同时间段环境温湿度在空间电场运行和停止处理下的比较结果 时间段 时间段 时间段 冬 季 温 度 春 季 温 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 运行 停止 运行 停止 运行 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 湿 度 a a a a a b b 春 季 湿 度 a a a a a a a b 运行 停止 a a a b a a A B C D 时间段 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 畜牧与饲料科学52 第43卷 64 69 何晴 畜禽场空气净化技术研究 D 北京 中国农业 科学院 2000 郭光照 空间电场和声波助长仪对日光温室蔬菜生长 发育的影响 D 乌鲁木齐 新疆农业大学 2014 孙宗发 空间电场防病促生系统电场分布规律及效果 研究 D 乌鲁木齐 新疆农业大学 2013 梅玮 新疆南北疆集约化肉牛养殖场夏冬两季环境指 标的比较研究 D 乌鲁木齐 新疆农业大学 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 吴媛媛 光等离子体净化器改善母猪舍空气质量及生 产性能的研究 D 南京 南京农业大学 2018