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舍内气态及气载有害物质对猪群健康的影响及其控制技术

来源: 畜牧环境 2021-06-04 15:22:47| 查看:


猪群健康跟饲养环境密切相关,良好的畜舍环境不仅是保证畜禽健康、充分发挥动物生产性能的必要条件,同时也是动物福利的要求。然而随着猪场饲养密度的不断增大,规模化养猪场面临很多新的问题,其中养殖环境恶劣已成为制约规模化养猪业发展的根本问题。

研究指出,环境对畜禽生产力的贡献率可达30%-40%。猪舍内空气环境是养猪环境的重要组成部分,舍内的空气质量直接影响猪群健康状况,卫生防疫和猪肉品质。因此,为猪群创造优良的舍内空气环境已经成为当前畜牧业发展的客观需要。

猪舍气载、气态有害物质的种类

猪舍气载、气态有害物质的分类及来:影响家畜健康的大气污染物按其性质可分为:化学性污染如氨气、硫化氢等有害气体;物理性污染如粉尘颗粒和生物性污染即微生物气溶胶。猪舍内对猪的健康有不良影响的气体统称为有害气体包括氨气(NH₃)、硫化氢(H₂S)、二氧化碳(CO₂)和挥发性有机化合物(VOC)等。

猪舍内氨气的来源主要有两种:一种由体内消化代谢产生,其中尿氮主要以尿素形式存在,在脲酶 的作用下,被水解生成氨气和二氧化碳(如图1)。水解产物直接导致PH值上升从而加快氨气的逸散。另一种由微生物对粪便、饲料残渣和垫料中含氮物质的腐败分解而产生,含氮类物质在微生物作用下分解转化为NH4﹢-N,而NH4﹢-N在50℃以上、pH>7的环境中以NH₃的形式挥发。

猪舍中 H₂S 气体主要来源于粪便、饲料残渣和垫料中含硫有机物的酵解,粪中大量的微生物可将粪中的硫酸盐还原产生 H₂S。此外,当猪只消化机能发生紊乱时,其采食富含硫的蛋白质饲料未被完全消化而经由肠道排出大量硫化氢气体。

粉尘(dust)是指悬浮在猪舍空气中的固体微粒,其粒径范围为0.1-100μm,主要来源于尘土、皮屑、饲料、干粪和垫草,其中饲料是最主要的来源。

微生物气溶胶是微生物在畜禽舍内空气中形成的一种相对稳定的存在形式,其粒径范围为0.002-30μm,由微生物以单独(单细胞)悬浮状态、或与干燥固体颗粒(尘埃)、液体微粒(液体小滴)相连接后在空气中悬浮形成,其中大部分是以凝集颗粒或与较大的尘埃相连接的形式存在,只有少数以单细胞形式存在。猪舍内的微生物气溶胶除了少部分由外界空气带入,其他主要来源于饲养管理过程:如猪只喷嚏和咳嗽、猪只采食和活动、粪和尿的飞溅 以及饲料和垫草等。

猪舍气载、气态有害物质的危害:氨气(NH₃)NH₃是一种无色、有特殊臭味的刺激性气体,相对分子质量为17.03,密度为 0.593g/cm³。NH₃极易溶于水,在0℃时每升水中可溶解907g,其在空气中含量很低,一般不会对人和动物造成危害。

猪的饲粮、饲养密度、通风换气和粪便的清除都会影响猪舍内NH₃的浓度,当猪舍通风换气不好,就会造成NH₃等有害气体大量蓄积,引起猪慢性或急性中毒。NH₃易附着于猪的鼻、咽喉、气管、支气管等黏膜及眼结膜上,致使粘液的pH值增大,纤毛活动功能丧失,黏膜细胞生长和代谢速率加快,从而造成氧和能量的需求量增加,同时由于氨的解 毒是一个高度耗能的过程,因此猪只用于生长和生 产的能量相应减少,生长性能也随之降低。

有研究表明,仔猪生活环境的空气中NH₃含量为50mg/m³时,其增重会下降12%,NH₃含量达100mg/m³时增重下降30%。此外,NH₃也可通过肺泡弥散进入血液中,由于NH₃为极性分子且分子量较小,比氧气更容易与血红蛋白结合,导致血红蛋白携氧能力、血液碱储和血红素的氧化性能降低,影响细胞线粒体内ATP的生成、体内蛋白质的合成以及正常的新陈代谢,猪只出现贫血和组织缺氧,机体免疫机能降低,体质变弱,对一些疾病的易感性增强,最终导致其生长缓慢。

最后,NH₃干扰神经细胞膜上的Na﹢-K﹢ATP酶,使复极后膜离子转运障碍,导致膜电位改变和兴奋性异常;NH₃和K﹢有竞争作用,影响Na﹢和K﹢在神经细胞膜上的正常分布,从而干扰神经传导活动。中枢神经系统在低浓度NH₃的作用下,呼吸和血管中枢产生兴奋;而高浓度NH₃可引起中枢神经麻痹、反射性呼吸停止和心脏停搏等。

硫化氢(H₂S)H₂S为无色、易挥发,具有臭鸡蛋气味的有毒气体,易溶于水,相对分子量为34.08,密度为1.190g/cm,越接近地面其浓度越高。H₂S主要经猪呼吸道吸入,亦可经胃肠道吸收,经皮肤吸收较少。H₂S易被呼吸道粘膜和眼结膜吸附,由于其化学性质不稳定易与钠离子结合形成硫化钠,对粘膜产生强烈刺激,引起猪只眼炎和呼吸道炎症。

进入血液中的H₂S大部分在体内氧化成硫酸盐和硫代硫酸盐而随尿排出,少部分H₂S经甲基化形成低毒的甲硫醇和甲硫醚,甲硫醇浓度较高时对中枢神经系统具有麻醉作用。而未被氧化的游离H₂S可与细胞中氧化型细胞色素氧化酶中的二硫键或Fe³﹢结合,使之失去传递电子的能力,使酶失去活性,进而阻断组织细胞的内呼吸,造成组织细胞缺氧。同时还有部分H₂S可作用于血红蛋白产生硫化血红蛋白,降低血红蛋白携氧能力,导致细胞窒息、组织缺氧,抑制细胞活性。

此外,H₂S还能降低脑和肝中的ATP酶活性;与体内谷胱甘肽中的巯基结合使其失活影响体内生物氧化过程。高浓度H₂S可作用于颈动脉窦及主动脉的化学感受器,引起反射性呼吸抑制且可直接作用于延髓的呼吸及血管运动中枢,造成“电击型”死亡。猪长期处于低浓度H₂S环境中,其体质变弱、抵抗力降低,增重减缓;处于高浓度 H₂S猪舍中,猪畏光、流泪、咳嗽,同时结膜炎、支气管炎、气管炎发病率增高,严重时可引起中毒性肺炎、肺水肿等。

二氧化碳(CO₂)CO₂是无色无味的气体,密度为1.524g/cm。CO₂在常态下无毒,其浓度的安全阈值比较高,但是当猪长期处于高浓度CO₂环境中,会出现慢性缺氧、生产力下降、体质衰弱和易感染慢性传染病等情况。CO₂的含量表明了猪舍通风状况和空气的污浊程度,当CO₂浓度增大时,其他的有害气体含量也可能增多。因此,CO₂浓度通常被作为评定空气污染程度的可靠指标。

粉尘:粉尘指悬浮于空气中的固体微粒,按胶体化学的观点,粉尘是一种气溶胶,其分散介质是空气,分散相是固体微粒,其按粒径的大小可分为
总悬浮颗粒(TSP)、可吸入颗粒物(PM10)、可入肺颗粒物(PM2.5)和烟尘(PM1.0)等。

TSP是指空气中粒径小于100μm的所有固体微粒;可吸入颗粒物(PM10)是指粒径小于10μm的固体颗粒,能够进入上呼吸道;可入肺颗粒物(PM2.5)烟尘(PM1.0)是指粒径分别在2.5μm和1μm以下的细颗粒物,被吸入机体后会进入支气管,有部分沉积在肺部,影响肺部的气体交换,甚至这些颗粒还可以通过支气管和肺泡进入血液,其中附着的有害气体、重金属等溶解在血液中,严重危害动物健康。

猪舍内的粉尘是有毒、有害成分如病毒、细菌、放线菌和立克次体等的载体,附着后形成微生物气溶胶(microbial aerosol),随呼吸进入猪只机体的肺部和上、下呼吸道,引发呼吸道传染病的传播。

当猪舍内的粉尘降落在猪体表面,不仅影响皮肤的散热作用,而且使皮肤发痒,甚至发炎,当其被猪吸入呼吸道,则会对鼻腔粘膜产生机械性刺激作用,导致鼻腔滤尘机能显著下降,进而引起咽炎、喉炎、气管炎和支气管炎等。猪舍内粉尘颗粒大小和含量与其危害性相关,尘埃粒径越小、含量越高则危害越大。粒径在2.5μm以下的细颗粒物,直径相当于人类头发的1/10大小,被吸入机体后会进入支气管,可引发包括哮喘、支气管炎等方面的疾病。

微生物气溶胶(microbial aerosol)畜禽舍内空气中的微生物大多附着在粉尘粒子上,以微生物气溶胶的形式悬浮于空气中并且可以在空气中长时间停留。由于空气具有高度的流动性和扩散性, 病原微生物气溶胶微粒可以在空气中四处扩散,从而引发相关疾病的传播。

微生物气溶胶在一定条件下可引起动物感染甚至传染病的传播和流行,有研究证明只需要极少量的细菌就能引起动物气源性感染,使机体呈现相应的显性感染、隐性感染或带毒,直接影响畜禽的健康和生产性能的发挥,导致传染性疾病的蔓延。

经空气传播的传染病很多,如马立克氏病、结核病、牛肺疫、猪气喘病、猪流行性感冒、鸡传染性喉气管炎、炭疽、禽流感、猪繁殖与呼吸综合征、禽曲霉菌病 和鸡痘等。口蹄疫过去一直认为是高度接触性传播,现在则认为以气溶胶传播为主。一般情况下猪舍空气中的微生物气溶胶浓度越高,存在致病性微生物的可能性越大,被病原微生物污染的空气成为传染的来源或媒介,引起传染病的流行,使猪只感染而致病。

猪舍内空气净化技术

通风是目前减少猪舍内有毒有害气体、有害微生物和粉尘,净化猪舍空气的主要方法。通风换气可将舍内大量污浊、潮湿的气体排出,同时带走大量粉尘、微生物和热量,补进干燥、清洁的新鲜空气,从而保证猪群健康成长,减少呼吸道疾病的发生。通风可分为自然通风和机械通风。

自然通风是指通过有目的的开口,产生空气流动,我国传统猪舍主要为敞开式和开窗式,可以利用自然通风的热压和风压动力作用,形成“扫地风”和“穿堂风”。但由于自然通风受天气、室外风向、猪舍形状、周围环境等众多因素影响,可控性太差,所以规模化猪场一般采用机械通风,当前猪场常用的机械通风方式主要有纵向机械通风、正压过滤通风技术、地下管道通风、屋顶排风的负压通风技术、管道正压通风技术、侧墙体进风、多孔天花板和漏终地板底部通风等。

根据机械通风系统的驱动原理不同可将其分为负压通风系统、正压通风系统和等压通风系统三大类。目前应用较多的为负压通风系统,负压通风是在相对密封的空间内,通过排风扇等机械设施强行将畜禽舍内的空气抽出,形成瞬时负压,室外空气在畜禽舍内外压力差的驱动下通过进气口自动流入室内的通风模式。

负压通风系统的结构相对较简单,投资和管理费用较低,但是,这种系统对跨度在20m以上的畜舍,效果不是很明显,而且对进入舍内空气的某些状态(如温湿度等)不能有效控制,故对于多风严寒地区不太适用。正压通风系统是利用风机将舍外的空气送入畜禽舍内,造成舍内空气压力稍高于舍外大气压,舍内的空气在舍内外的气压差的驱使下通过排气口排出舍外,实现通风换气。

正压通风系统可对进入空气进行加热、冷却、过滤等预处理,从而有效保证猪舍内的适宜温湿度和优良的空气品质,特别适用于严寒及炎热地区,但它的结构一般比较复杂,造价和管理费用相对较高。等压通风系统是同时使用正压风机和负压风机,正压风机将舍外的新鲜空气通过送风管道送入舍内,使舍内大气压稍微增加;负压风机将舍内的污浊空气排出,使舍内大气压稍微降低.等压通风系统运行时正压风机和负压风机同时运作。

到了严寒季节,由于保温的需要,猪舍常处于密闭状态,采用可调节风速和风量的等压通风系统如新风系统可有效改善舍内气体质量。新风系统由热交换主机、空气净化器和管道输送系统组成。运行时可将舍内含大量粉尘、病原微生物和有害气体的污浊空气经过滤后不断排出舍外,洁净空气不断输送进入舍内,使猪舍内的空气随时得到更新,同时由于新风和浊风在主机中进行了能量交换,降低了猪舍内空气温度的波动幅度。

在猪舍内使用新风系统,可明显降低舍内粉尘、病原微生物和有害气体浓度,尤其是对寒冷季节为保温而采取封闭措施的猪舍,效果更加明显,但是由于设备投资大,维护成本高,目前在畜牧业还没有得到广泛使用。

饲料的合理配制及营养调控

合理配制饲料是从根源上减少氨气等有害气体产生的重要方法之一。首先,选择合理的原料:多使用消化率高、营养变异小的原料。有研究表明选择高消化率的饲料至少可以减少粪尿中5%氮的排出量。其次,对饲料进行适宜加工:猪群对经过不同处理加工饲料的消化吸收能力不同。例如膨化和颗粒化加工可以破坏和抑制饲料中的抗营养因子、有毒有害物质和微生物,改善饲料卫生,提高猪群对养分的消化率,减少粪便干物质排出量。再者,依据“理想蛋白质模式”配制氨基酸平衡日粮:配制氨基酸水平与动物氨基酸水平相适应的日粮。

有研究发现饲料氨基酸平衡较好的条件下,饲粮粗蛋白水平降低2%对动物生产性能无明显影响,而氮的排放量可降低10%-20%。因此在满足猪只对氨基酸需求的基础上有效降低日粮的蛋白质水平,可明显降低粪尿中氮的排出量。最后,根据动物不同生长阶段,制定合理的饲料配方,随着畜禽体重的增加,维持需要减少,所需日粮的营养浓度可逐步降低。

微生态制剂是指用于调整微生态失调,保持微生态平衡,提高宿主健康水平的正常菌群及其代谢产物和选择性促进宿主正常菌群生长的物质制剂总称。当猪肠道内大肠杆菌等有害菌活动增强时,会导致蛋白质转化为氨、胺等有害物 质,而合理利用微生态添加剂如酶制剂、酸化剂、益 生素和寡聚糖等,能够有效调控畜禽消化道微生态环境,影响氮、硫等的消化吸收及其在后肠的发酵,从而减少有害气体以及其他腐败物的排放量,改善饲养环境。

张莉平研究发现在日粮中添加3g/kg,由地衣芽孢杆菌、粪肠球菌、嗜酸乳杆菌等组成的酶制剂,可显著降低空气中微生物和氨气的含量。计成等研究发现在肉鸡日粮添加0.3%果寡糖可以使发酵粪中NH₃和H₂S的散发量分别降低38.28%和24.35%,而同时添加0.3%果寡糖+0.1%枯草芽孢杆菌可使发酵粪中NH₃和H₂S的散发量分别降低62.14%和28.49%。

丝兰属和樟科提取物:丝兰属提取物的有效成分主要为丝兰皂角苷,具有抑制尿酶活性的作用。大量试验研究证实丝兰提取物和其制剂(如除臭灵)在除臭、改善畜禽舍内环境方面具有明显效果。研究表明饲料中添加丝兰属提取物拌料能够显著降低猪排泄物中氨气的产生量,对肉用鸡、笼养的产蛋鸡、火鸡舍内的氨浓度均有抑制效果,此外丝兰提取物不仅能除臭,还能改善猪、禽、肉牛等生产性能。

潘倩等在断奶仔猪日粮中添加樟科植物提取物,发现能显著促进仔猪生长,抑制粪中脲酶活性,减少氨气产生,添加量为450mg/kg 时效果最
佳。梁国旗等发现樟科提取物可有效抑制仔猪排泄物中脲酶活性,减缓尿素分解,减少氨散发,同时还可有效减缓可溶性硫化物产生,减少硫化氢散发,改善猪舍空气环境,其作用效果略优于丝兰提取物。杨彩梅等将樟科植物提取物直接用于猪粪可较好的抑制脲酶活性,减少猪粪中氨气的产生。

空间电场净化系统由控制器、直流高压电源、电极线构成,运行时高电压小电流,确保对人畜无直接危害。猪舍内空间电净化系统工作时,空气中的粉尘即刻在直流电晕电场中带有电荷,同时在电场对其产生的电场力的作用下做定向运动,在极短的时间内吸附于舍内的墙壁和地面上。同时空间电场净化系统放电产生的高能带电粒子(低温等离子体)和微量臭氧可对猪舍内有机恶臭气体进行氧化与分解,灭活附着在粉尘粒子、飞沫上的病原微生物。

在猪舍内安装空气电净化系统可明显降低舍内粉尘、各种有害气体及病原微生物浓度,从而改善猪舍内空气质量。刘滨疆等研究发现空间电场净化系统在寒冷封闭畜禽舍应用可使舍内粉尘降低70%-94%气载需氧菌总数降低50%-93%,有害气体的去除率可达40%以上。

结语:猪舍空气环境不断恶化已经成为困扰现代养猪业的重大难题,其中猪舍内高浓度的粉尘、有害气体和病原微生物严重威胁着猪群的健康。因此,我们必须不断改善猪群生长的舍内空气环境,探索适合中国国情的特定饲养模式,通过有效通风、合理的日粮配制和先进的科技手段改善猪舍内空气环境,实现中国养猪业的健康发展。
 

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