不同機械干清糞頻次對生長豬舍內環境和糞污排放的影響

阮蓉丹，曾雅瓊，蒲施樺，龍定彪，劉安芳，周曉容，王 浩*

（1.重慶市畜牧科學院，農業農村部西南設施養殖工程科學觀測實驗站，重慶 402460；2.西南大學動物科學學院，重慶 402460）

伴隨著規模化養殖業的發展，畜禽養殖污染成為行業發展的一個瓶頸問題。其中畜禽固態糞便中的營養物質溶入污水會使糞便的肥效降低，污水處理的難度增加；另外糞便若長時間停留在豬舍內會產生大量的有害氣體危及畜禽和人員的健康。以日本為代表的小型豬場采用的是發酵床養豬[1]；以法國和美國為代表的大中型豬場采用的是水沖式和水泡式清糞，并且與種植業相配套[2]。我國水沖式和水泡式清糞耗水量大、糞污排放量大及后續處理難度大，并且難以提供大量的配套土地。干清糞工藝符合減量化標準，畜禽糞便產生后即可初步分離，產生的污水量少且濃度低；固態糞便肥效價值高，可制作具有高效生物活性的有機肥[3]。

目前，國內規模化養豬場大都采用現代化養殖模式，清糞設備也逐步轉向機械化、自動化。Brockmann 等[4]研究發現，適當的糞污管理對避免環境影響和提高養分回收率至關重要。De Vries 等[5]和Aarnink 等[6]引入了一種新的V 型或橫向傾斜型傳送帶清糞系統，舍內污水產生后直接流入排尿溝，糞便則留在傳送帶上，傳送帶定期將糞便運送到畜舍一端并清出舍外。Amon 等[7]和Philippe 等[8]研究發現，用刮板式機械清糞及時將舍內糞便清出能有效減少舍內氨氣（NH3）和甲烷（CH4）產生量。Voermans 等[9]研究發現，應用在豬舍內的刮糞板清糞方式都能夠有效減少NH3產生量。趙許可[10]研究發現，輸送帶式機械清糞舍內NH3濃度比人工清糞降低25%左右，污水中各成分含量均低于人工清糞。陸乃升等[11]發現，采用機械干清糞工藝的豬場污水經過沼氣厭氧處理后沼液中的各指標含量遠低于水泡糞。本試驗以豬舍刮板式機械干清糞系統為研究對象，研究不同清糞頻次對生長豬舍內環境和糞污排放的影響，以期為生豬清潔養殖提供技術和設備支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗豬只與豬舍 試驗選取體況相似、胎次相同的90 日齡、體重39 kg 左右的三元雜交生長豬216 頭，將生長豬隨機分配在12 個豬欄中，保證108 頭/ 條糞溝。本試驗在重慶市畜牧科學院產業基地——重慶市種豬場進行，試驗所用豬舍是在原豬舍的基礎上進行改造，改建后試驗豬舍長30 m、寬9 m，豬舍圈欄采用雙列單走道形式布置；豬舍末端兩側墻處各有一個濕簾（高1.5 m、長2.5 m），前端門口處有2 個風機；試驗期間豬舍門窗呈關閉狀態。用于生長豬飼養的豬欄有12 個，每列圈欄為3.75 m×27 m，各列分別有6 個豬欄，單欄飼養生長豬18 頭。

1.1.2 飼養管理 試驗前完成豬舍圈欄改造并進行清洗、消毒。在每個試驗圈欄內的漏縫地板上方安裝4 個杯式飲水器，每個飲水器管道上方安裝水流量計用于統計每個圈欄的飲水消耗量。試驗期間，由同一飼養員進行飼養管理，生長豬自由采食、飲水，每天08:00 和16:00喂料。飼料為玉米-豆粕型生長豬全價料飼料，每次投料前對飼料進行稱重記錄，在第2 天晨飼前收集余料并進行稱重記錄。每隔7 d 將所有豬只稱重并記錄。試驗期間豬舍為縱向機械通風，每天根據舍內溫度狀況將風機打開（07:00 打開，22:00 關閉）進行通風；試驗期間舍內溫度較高，豬舍兩端的濕簾一直呈開啟狀態；按照各處理的時間間隔啟動清糞系統進行清糞。保持圈舍清潔，定期消毒，按常規進行免疫接種和驅蟲防鼠。所有試驗用豬轉入試驗豬舍前均單獨稱重編號，記錄生長豬每天采食飲水量、健康狀況以及飼養員清掃圈舍時的用水量等。

1.2 試驗設計 試驗采用刮板式機械干清糞系統，此系統主要包括豬舍內部和舍外兩大部分。豬只糞尿產生后落在漏縫地板下的V 型刮糞溝上，V 型刮糞溝底部中央設有排尿管，尿液等液體污物通過重力作用沿刮糞溝斜面流入排尿溝，糞便則留在刮糞溝斜面上，糞尿在收集前即實現分離。豬的排泄有一定的時間性和區域性，一般多在采食飲水后或起臥時選擇潮濕光亮的角落排泄，且受鄰近豬的影響；據觀察14:00—15:00 是生長豬排泄高峰。試驗期為2018 年8 月8 日—9 月18 日，根據豬的排泄特征設置2 種清糞頻次作為試驗處理（2、3 次/d），每種清糞頻次連續做3 d 為1 個處理，試驗期間2 個處理分別重復7 次。試驗以第1 天的0:00 到第2 天0:00 為一整天，處理1 每天07:00 和16:00 各開啟1 次機械清糞系統電源，處理2 是每天07:00、10:00和16:00 各開啟1 次機械清糞系統電源，將糞便運送至舍外。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 舍內環境測定

1.3.1.1 溫濕度 試驗期間，在豬舍內兩邊豬欄高度處各懸掛溫濕度自動記錄儀4 只，舍外兩邊各懸掛1 個溫濕度記錄儀，試驗期間每天連續監測豬舍內外溫度和相對濕度。取舍內8 個、舍外2 個溫濕度計的平均溫度與濕度作為此刻的溫度和相對濕度。

1.3.1.2 NH3和CO2濃度 在豬舍過道、圈舍的正中間取5 個（五點法）具有代表意義的監測點，每天用氣體監 測 儀（Photoacoustic Gas Monitor-INNOVA 1412i）分別測定各點0.5 m（豬呼吸高度）處、1.5 m（人呼吸高度）處的NH3和CO2濃度。由于試驗條件限制，氣體監測系統沒有布設多通道氣體采集管路，因此試驗期間該儀器僅作為移動設備，人工將其移動到豬舍相應測試位置和高度進行測量，并選取了白天的5 個時間點進行測試，監測時間為08:00、11:00、14:00、17:00、20:00。以5 個監測點各高度的平均NH3、CO2濃度作為每個高度此刻的氣體濃度。

1.3.2 生產性能 分別在試驗前和試驗后以及每隔7 d對豬只進行稱重并統計平均體重，試驗期間稱量并記錄每只豬每天消耗的飼料量，根據記錄的數據，計算出單位體重豬只采食量。

單位體重豬只飼料消耗量（g/kg）=飼料日總消耗量（kg）×1000/豬只日平均體重（kg）/216

1.3.3 糞污測定

1.3.2.1 糞污排放量 每天按照試驗處理定時啟動機械清糞系統收集糞溝內的固態糞便，并在每次處理前人工用掃帚將圈舍內未落入漏縫地板下的糞便清掃收集，稱重后記錄兩者總量。在排尿溝的末端放置水桶接收污水并稱重，應避免雨水干擾。每次統計數據時將沖洗圈舍當天的數據作為異常數據剔除，避免圈舍沖洗水對糞污排放量和指標的影響。

1.3.2.2 糞污指標 每次處理結束后留取2個糞便樣品（約500 g/個），其中一個不進行任何處理，用于含水率測定；另外一個現場加硫酸（濃度為4.5 mol/L H2SO4，添加比例為每100 g 鮮糞加20 mL）用于測定其他指標。將收集的污水制成混合樣，同時使用便攜式pH 計測定污水pH，現場加硫酸做預處理（濃度為4.5 mol/L H2SO4，添加比例為每100 mL 污水加2 mL），每批留取樣品約500 mL。將采集的糞便與污水樣品及時送到實驗室，分析含水率、有機質、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、pH、化學需氧量（COD）。糞便和污水各項指標的檢測方法及參考標準如表1 所示。

表1 糞便和污水各項指標檢測方法與參考標準

1.4 統計分析 使用Excel 進行試驗數據處理，采用SPSS 進行方差分析，并進行顯著性檢驗。數據以平均數±標準差表示，P＞0.05 表示差異不顯著，0.01＜P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01 表示差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 不同清糞頻次下舍內環境比較 由表2 可知，2 種不同清糞頻次的日平均溫度基本一致（P＞0.05），日清糞2 次的平均濕度比日清糞3 次高4.29%（P＜0.05）。不同清糞頻次下舍內不同高度處平均NH3濃度差異均不顯著。日清糞2 次較日清糞3 次的豬呼吸處的平均CO2濃度降低8.78%（P＜0.01），人呼吸處的平均CO2濃度升高4.87%（P＜0.05）。

由圖1 可以看出，不同清糞頻次下舍內相對濕度在24 h 內均高于舍外濕度，舍內相對濕度和舍外濕度的變化趨勢基本一致，舍內的相對濕度均在08:00 時達到最高；日清糞2 次24 h 內的相對濕度幾乎都高于日清糞3次，清糞前后舍內相對濕度沒有明顯變化。由圖2 可以看出，24 h 內不同清糞頻次舍內溫度的變化情況基本一致，且溫度變化沒有很大差距；不同清糞頻次下清糞前后舍內溫度均沒有明顯變化。

表2 不同清糞頻次下舍內環境各項指標比較

圖1 不同清糞頻次24 h 舍內外相對濕度的變化情況

圖2 不同清糞頻次24 h 舍內外溫度的變化情況

由圖3、4 可以看出，白天12 h 內日清糞2 次條件下豬呼吸高度處和人呼吸高度處的平均NH3濃度和平均CO2濃度始終低于日清糞3 次。日清糞2 次時豬呼吸高度處的NH3濃度始終低于人呼吸高度，日清糞3次時剛好相反；每次清糞后舍內NH3濃度都高于清糞前，2 個不同處理后12 h 內舍內NH3濃度呈先上升后下降的趨勢，均在17:00 左右達到最高；日清糞2 次時20:00 左右舍內NH3濃度能降回到最低水平，而日清糞3 次降低幅度比較小。白天12 h 內不同清糞頻次處理后，舍內豬呼吸高度處的CO2濃度始終高于人呼吸高度處，日清糞2 次舍內CO2濃度始終低于日清糞3 次。

圖3 不同清糞頻次白天12 h 舍內NH3 濃度的變化情況

圖4 不同清糞頻次白天12 h 舍內CO2 濃度的變化情況

2.2 糞污理化特性

2.2.1 糞污收集量的比較 如表3 所示，不同清糞頻次下豬只單位體重糞污收集總量分別為104.71、104.47 g/kg；在豬只飼養數量相同、單位體重糞污總收集量和飼料消耗量及飲水量基本一致的情況下，日清糞2 次的單位體重糞便收集量較日清糞3 次顯著提高32.3%（P＜0.05），單位體重污水收集量降低（P＞0.05）。

2.2.2 糞便成分分析 如表4 所示，日清糞2 次的糞便含水率比日清糞3 次高，不同清糞頻次下糞便各成分含量均無顯著差異。除NH3-N 外，日清糞2 次糞便的其他成分都略高于日清糞3 次。

2.2.3 污水成分分析 不同清糞頻次下污水的pH 都在7.5～8.0，偏堿性。如表5 所示，與日清糞3 次相比，日清糞2 次污水中各污染物濃度除TN 外均有所降低。

表3 試驗初始階段不同清糞頻次每天糞污收集量對比

3 討 論

3.1 不同機械干清糞頻次對舍內環境的影響 試驗期間外界溫度高達30℃左右，豬舍兩邊的濕簾和風機都呈開啟狀態，豬舍內的相對濕度高達86%～90%；2 個處理舍內的日平均溫度基本相似，都在28.8℃左右波動；并且將每次沖洗圈舍當天的數據作為異常數據剔除，試驗結果表明舍內溫濕度與舍外溫濕度的變化趨勢一致，說明舍外的氣候可能是影響舍內溫濕度的主要因素。

豬舍中的NH3、CO2都是均勻分布在整個舍內且易被檢測，所以可作為豬舍內環境衛生評定的2 項指標[12]。朱志平等[13]觀察發現，生長育肥豬舍內NH3濃度呈季節性變化，夏季時豬舍通風較好，舍內NH3濃度相對穩定。本試驗在8 月進行，豬舍內通風較好，規避了其他因素對NH3濃度的影響，與日清糞3 次相比，日清糞2 次能有效降低22%的NH3濃度和8.78%的CO2濃度。豬舍內的NH3濃度與舍內糞污的揮發面積、CO2排放及糞污pH 和溫度等有密切聯系。有研究表明，溫度升高、CO2排放增加能夠促進NH3釋放[14-17]。本試驗中，每天17:00 左右舍內溫度達到最高，促進了舍內NH3濃度在相同時間達到最高；日清糞3 次舍內不同高度處的CO2濃度始終高于日清糞2 次，因為CO2排放增加會促進NH3釋放，所以日清糞3 次舍內不同高度處的NH3濃度始終高于日清糞2 次。馬占威[18]和牛歡等[19]發現，運用清糞設施及時地將糞尿送出舍外，能縮短有害氣體在舍內產生的時間，但是清糞過程會促進NH3釋放，機械清糞頻次較多會加速NH3釋放。Misselbrook 等[20]和Wood 等[21]研究發現，糞污表面結殼形成已被確定為潛在的NH3緩解策略，去除結殼可能導致舍內產生更高水平的NH3。清糞時伴隨著糞便的翻滾，糞便表面不容易形成結殼，所以導致本試驗中每次清糞后舍內NH3濃度都高于清糞前。日清糞2 次20:00 左右舍內NH3濃度能降回到最低水平，而日清糞3 次降低幅度比較小。這是由于清糞頻次過多加速了NH3釋放，導致舍內NH3沉積過多。

表4 不同清糞頻次下糞便成分分析

表5 不同清糞頻次下污水成分分析 mg/L

試驗期間豬舍內的NH3和CO2濃度都沒有超過畜禽場環境質量標準值。日清糞2 次對于保持豬舍空氣環境有非常大的作用，在保證經濟效益的同時又能及時清除舍內糞便，降低了有害氣體濃度，能維持豬舍內較好空氣環境質量。

3.2 不同機械干清糞頻次對糞污理化特性的影響 本試驗中，不同清糞頻次下單位體重糞污總收集量差異不大，這是因為單位體重豬只的飼料消耗量、飲水量相近，所以消化率相近，所收集到的糞污量也基本相同。在豬只飼養數量相同、單位體重糞污總收集量和飼料消耗量及飲水量基本一致的情況下，與日清糞3 次相比，日清糞2 次單位體重糞便收集量顯著提高32.3%、污水收集量降低3.39%。糞便被污水稀釋的量減少，所以流入尿溝的整體污水收集量也相對降低。

趙許可[10]用輸送帶式機械清糞分離出的固體糞便含水率在70% 以下。本試驗中2 個處理糞便的含水率都在47% 以下，刮板式機械干清糞分離出的糞便含水率較低，符合有機肥制作的水分要求，并且在運輸過程中不會外漏造成環境污染。每天啟動2 次機械清糞系統使糞便和污水產生即分離，糞便含水率低，TN、TP、有機質等營養物質損失較少，所以有機肥利用價值也相對較高。衡量水體污染的主要指標包括COD、TN、TP、NH3-N 等，其含量的多少代表水體富營養化程度的高低[22]。本試驗結果表明，日清糞2 次污水的NH3-N、TP、COD 的濃度分別比日清糞3 次低10.58%、40.41%、13.93%，這說明日清糞2 次時糞便和污水接觸較少，可以有效減少糞便中營養物質混入污水，有利于降低污水后續處理的難度。

4 結 論

本試驗條件下，與日清糞3 次相比，日清糞2 次能有效降低22%的NH3濃度和8.78%的CO2濃度，每天清糞頻率為2 次足以滿足豬舍空氣環境質量要求；日清糞2 次單位體重糞便收集量顯著提高32.3%，單位體重污水收集量降低3.39%；日清糞2 次污水和糞便的理化成分與日清糞3 次無顯著差異。生長豬舍運用機械干清糞系統清糞時采用2 次/d 的清糞頻率可以滿足豬舍空氣環境質量要求和污水處理難度。