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摘 要：畜禽棚舍是氨气排放的重要来源之一。该文论述了影响氨气排放的主要因子，分析了氨气排放的危害，介绍了减少氨气排放的途径，为减少氨气排放及污染，提高畜禽和人员健康提供参考。
关键词：畜禽棚舍;氨气;危害;减排措施
中图分类号 S831 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2021）16-0165-04
近年来，由于我国集约化畜禽养殖规模的不断扩大，粪便废弃物的产量日益增加。动物饲养排放的氨（NH3）对于水体富营养化、土壤酸化、气溶胶形成以及温室气体的形成等诸多问题都有着直接或间接的影响[1]。畜牧业排放产生的NH3促成最鲜为人知的过程是大气中细颗粒物的形成，动物粪便中NH3的形成和挥发过程几乎是瞬时的，并且在尿液和粪便排泄后立即开始。NH3一旦排放到大气中，形成空气动力学直径小于2.5μm的细小颗粒物质（PM2.5），这些颗粒物不但造成了空气污染，形成光散射气溶胶引起雾霾，使能见度下降，而且可吸入微粒物质对人类的影响要超过其他任何空气污染物，甚至低浓度的空气污染物（可吸入颗粒）也与一系列不良健康影响有关[2]。例如，细颗粒物（PM2.5）可能会到达细支气管的外围区域并干扰肺内的气体交换[3-4]，导致人们哮喘发病率升高。PM2.5被人体吸入后可以透过肺屏障进入血液系统，导致心血管疾病和呼吸道疾病，甚至癌症和死亡[5]。
畜禽被认为是气态NH3排放的最大贡献者，据估算，加拿大畜牧业氨气的排放量占该国氨气排放总量的64.0%[6-7]。对于我国氨排放总量及各个污染源的排放量，很多学者认为禽畜养殖对氨排放贡献超过50%[8]。畜禽养殖场内氨主要来自畜禽养殖生产和废弃物管理等过程，相比较而言，当前对畜禽养殖场内氨排放的研究仍较少。为此，本文对牛棚氨排放机理、特征危害及减排措施进行了论述。
1 氨的来源
氨气是畜禽养殖业产生的最主要的有害气体之一，在畜禽舍养殖业产生的有害气体中，氨气对养殖业的危害最为严重。氨主要是来源于畜禽粪便和肥料[9]。我国近20年一直是全球氨气排放量最大的国家，其中来自畜禽养殖和化肥施用的氨气排放占到80%以上[10]。随着我国养殖规模的不断扩大，氨气排放呈持续上升的趋势。
禽舍内氨主要来源于未消化完全的饲料和粪便中的尿酸。由于家禽类肠道短，肠道吸收率不高，70%的饲料尚未消化完全就被排出体外[11]。胃肠道内的氨主要来源于粪尿、肠胃消化物等，畜禽摄入的含氮物质主要是蛋白质，饲料中的蛋白质在消化道中通过各种酶的作用被分解为氨基酸，氨基酸再经过酶的催化氧化作用完成脱氨基，氨基可转变为尿素和尿酸[12]。畜禽舍内堆积的粪尿也会产生NH3舍内残余饲料中的含氮物质在微生物作用下与其他微生物所产生的酶共同反应，最终降解成为氨气，棚舍内环境的清洁程度是影响氨浓度高低的重要因素。
2 养殖场氨排放的影响因素
2.1 饲料成分 饲粮中的粗蛋白含量会影响畜禽氨气的排放。研究发现，降低饲料中的粗蛋白含量可显著降低畜禽舍排泄物中的氨气排放。当饲料中粗蛋白含量降低后，畜禽排泄物中的尿酸和尿素含量均会随之降低。畜禽动物经血液循环产生的尿素氮含量也会相应降低，从而使氨排放量降低。研究表明：猪场内日粮粗蛋白降低1%，氨排量则降低10%[13]。纤维素在微生物的分解作用下，产生丙酸和丁酸的个脂肪酸短链，进而降低畜禽盲肠和粪便的pH值，使得脲酶活性下降，进而抑制尿素的水解[14]，减少NH3的产生及温室气体的排放。
2.2 棚内温湿度 环境温度是影响畜禽动物舒适度的重要指标，也会对氨气浓度和排放速率产生一定的影响。主要是影响畜禽棚舍中粪尿的脲酶活性，随着环境温度的升高，尿酸酶的活性也会随之增加，脲酶活性的增加会加速尿素的分解[15]。夏季环境温度较高，棚舍内部温度较高，因此棚舍要保持通风状态，以降低氨及其他有害气体的浓度，从而减少排放量。研究发现：氨气排放与棚内温度呈正相关关系[16]。棚舍内的垫料和粪污湿度均会影响NH3的排放，垫料及粪污内的含氮化合物向氨气转化的过程会随其湿度的降低而减弱[17]。
2.3 棚内通风量 综合我国牛棚养殖情况和牛棚结构特点，大部分牛棚为半封闭式养殖类型，棚内通风主要以自然通风为主[18]。在自然通风的情况下，舍内氨浓度高低主要受季节环境温度湿度变化的影响，一般呈现出夏天氨排放高，冬天氨排放低的特点[19]。如果棚内配备排风扇或通风橱等设施，可通过增加通风量来加快舍内氨气的流通，达到降低棚內氨浓度，减少舍内氨气蓄积的效果。
2.4 棚舍清粪工艺及频率 粪尿的产生是引起畜禽舍氨及温室气体排放的主要原因，因而畜禽粪尿的清理方式、清洁频率都会显著影响畜禽棚内氨气及温室气体的浓度。延长粪尿的堆放时间，一方面会加速大量有害微生物的滋生，粪污内部温度也会随时间的推移而不断升高，促使脲酶活性增加，进而导致氨浓度和氨排放量增长[20]。研究发现，通过采用人工刮粪和刮粪板自动清粪技术对羊舍内粪污进行清理，刮粪板清粪显著降低了羊舍内的氨气浓度[21];将深坑自然积粪的粪污处理方式改变为7d进行1～2次的清粪，可使氨排放减少52%～63%[22]。此外，近年来推行的粪污进行固液分离技术，也是降低禽畜粪便中氨排放量的一项有效措施[23]。通过对粪尿进行分离液态粪便中的固体成分，增加土壤对粪污的吸收率，可降低氨气及温室气体挥发到大气中的概率。
3 氨气排放的危害
氨气是一种无色、具有强烈刺激性气味的气体，在水中的溶解度大，溶解度会随着液体温度的升高而降低。氨气溶于水后以NH3·H2O的形式存在，少量会水解成NH4十和OH一，所以氨的水溶液呈现弱碱性，并且对呼吸粘膜具有强烈的刺激性伤害，严重时可发生碱灼伤，引起眼睛流泪、灼痛、角膜和结膜发炎、视觉障碍[24]。
3.1 对畜禽养殖业的危害 畜禽舍内氨气浓度的高低对畜禽动物的生长发育具有潜在的负面影响，可直接或间接地降低养殖场的生产效率。氨气是一种无色有刺激性气味的气体，质量分数小于空气，易溶于水。在20℃，700体积氨气可溶于1体积水[25]。由于氨气的水水解会形成OH-，所以对眼睛以及呼吸道黏膜具有较强的刺激性，长时间的吸入还会导致结膜炎、支气管炎等疾病[26]。氨气还可经呼吸系统进入血液循环系统，与氧气竞争性结合血红蛋白，降低血红蛋白的携氧能力，从而使畜禽动物出现贫血和组织缺氧等症状[27]。高浓度的氨气会降低机体对疾病的抵抗能力，使得呼吸中枢麻痹而致死[28]。研究发现，畜禽舍内高浓度的氨还会对畜禽动物的生长产生影响，特别是在其幼小时期。 3.2 对人体的危害 畜禽棚舍内的氨排放不仅会影响畜禽动物的健康生长，还会对养殖场内工作人员的身体健康造成直接或间接的负面影响。人体能感知的氨浓度最低值为5.3mg/L。长时间接触低浓度的氨气会对身体产生刺激伤害，从而会引起慢性鼻炎、音嘶哑等症状[29]。人体吸入过多的氨气可能会引起肺肿胀而致死。当浓度达到0.25mg/L时，人体的耐受时间不超过1h[30]。因此，畜禽养殖产生的氨对人体健康的伤害是不可忽视的。
3.3 对生态系统的危害 尽管氨不是温室气体，但它可能间接导致农业排放一氧化二氮（N2O），这是一种潜在的温室气体，全球温室效应潜能约为二氧化碳的300倍[31]。氮作为肥料添加到土壤中会直接或间接导致N2O排放。例如，从粪肥中挥发的氨可以重新沉积在土壤上，最终转化为N2O。因此，NH3粪便挥发可直接导致动物农业的温室气体排放[32]。并且氨气为碱性气体，是大气的重要组成成分，但是大气中过量的氨气会破坏生态系统平衡，从而影响大气环境。
4 氨气的有效减排途径
4.1 合理的日粮配方及饲料加工 粪尿中的氮一大部分来自饲料中蛋白质的分解，日粮配比和饲料转化率是影响畜禽排泄物中含氮量的主要因素。通过改善畜禽养殖业日常日粮的配比，可以进一步降低25%左右的氨气排放量。研究发现，饲料中粗蛋白质含量在19%时比21%时氨排放降低28.09%，粗蛋白含量17%时比19%时氨气排放量降低14.89%[33-34]。为了保证饲料中的蛋白质营养供给，在降低饲料中粗蛋白含量水平的同时，还需要保证必需氨基酸的含量。过量的减少日粮中的粗蛋白含量水平，如低于19%时，则会加速氨气的排放。还有研究发现，通过在饲料中添加樟科植物的提取物和腐殖酸及其复合物，使得脲酶活性显著下降，粪样的pH酸碱度也下降，樟科植物提取物和腐殖酸能降低尿素的分解，从而减少氨气的排放[35]。周学光[36]等通过在饲料中添加丝兰属植物提取物发现其能降低氨的排放。根据以上研究推断，在畜禽养殖场日常饲料中添加有机酸或者柠檬酸等酸性物質，可以降低尿液粪便中的酸碱度，从而降低氨排放量，或者在畜禽棚舍内粪尿上喷洒酸化剂来降低其pH值，抑制氨气的挥发，提高饲料的吸收率，充分吸收营养物质，降低氨的排放。通过将饲料研磨成粉状和草料充分混匀，可以增加养殖场动物对饲料及草料等营养物质的吸收水平，在一定程度上也减少了对饲料和草料的浪费，同时降低了氨排放量及其对环境的污染。
4.2 饲养方式及环境温湿条件调控 环境温湿度是影响氨气排放量的因素之一，也是经济成本相对较低的减排方式。研究发现，粪污在50h内达到60%的干燥率，其氨气释放率最低[37]。养殖场棚舍内部具有良好的饮水系统，能够有效防止畜禽舍内含水量的升高，保持棚舍内地面的干燥，进而降低氨的排放。此外，通过添加相关的吸附剂也会减少氨气的排放，如活性炭、黏土等，但由于这些经济花销太大，会影响养殖场的管理效益和养殖成本。环境条件决定了氮的存在形式，降低排泄物或者棚舍内草垫的pH值，可以减少氨气的挥发[38]。当畜禽粪尿排泄物的pH下降1个单位时，氨气的排放量下降45%[39]。刘娟等[40]通过在畜禽粪尿表层喷洒酸化剂发现，圈舍粪尿表面酸化可以有效地降低氨气挥发，且在一定pH范围内酸性越强，对氨的减排效果越好。因此，在粪尿表层酸化是减少畜禽氨排放经济有效的方法之一。
5 结语
畜禽棚舍内氨气及其他有害气体已经严重影响到牛群健康及棚内工作人员的健康，通过了解畜禽棚舍内氨气的来源和氨排放的特征和危害，即使处在较低浓度的环境中也会降低牛群的抵抗力、生长和生产性能，影响经济效益价值。养殖场的环境优化被认为是最重要的减少氨气毒害的措施，定期通风清洁畜舍，调节家畜饮食结构，对家畜粪便进行酸化处理，被认为是有效降低氨毒害的有效措施，对于保护牛舍内牛群健康和工作人员健康，促进生产具有重要的意义。
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（责编：张宏民）
关键词：畜禽棚舍;氨气;危害;减排措施
中图分类号 S831 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2021）16-0165-04
近年来，由于我国集约化畜禽养殖规模的不断扩大，粪便废弃物的产量日益增加。动物饲养排放的氨（NH3）对于水体富营养化、土壤酸化、气溶胶形成以及温室气体的形成等诸多问题都有着直接或间接的影响[1]。畜牧业排放产生的NH3促成最鲜为人知的过程是大气中细颗粒物的形成，动物粪便中NH3的形成和挥发过程几乎是瞬时的，并且在尿液和粪便排泄后立即开始。NH3一旦排放到大气中，形成空气动力学直径小于2.5μm的细小颗粒物质（PM2.5），这些颗粒物不但造成了空气污染，形成光散射气溶胶引起雾霾，使能见度下降，而且可吸入微粒物质对人类的影响要超过其他任何空气污染物，甚至低浓度的空气污染物（可吸入颗粒）也与一系列不良健康影响有关[2]。例如，细颗粒物（PM2.5）可能会到达细支气管的外围区域并干扰肺内的气体交换[3-4]，导致人们哮喘发病率升高。PM2.5被人体吸入后可以透过肺屏障进入血液系统，导致心血管疾病和呼吸道疾病，甚至癌症和死亡[5]。
畜禽被认为是气态NH3排放的最大贡献者，据估算，加拿大畜牧业氨气的排放量占该国氨气排放总量的64.0%[6-7]。对于我国氨排放总量及各个污染源的排放量，很多学者认为禽畜养殖对氨排放贡献超过50%[8]。畜禽养殖场内氨主要来自畜禽养殖生产和废弃物管理等过程，相比较而言，当前对畜禽养殖场内氨排放的研究仍较少。为此，本文对牛棚氨排放机理、特征危害及减排措施进行了论述。
1 氨的来源
氨气是畜禽养殖业产生的最主要的有害气体之一，在畜禽舍养殖业产生的有害气体中，氨气对养殖业的危害最为严重。氨主要是来源于畜禽粪便和肥料[9]。我国近20年一直是全球氨气排放量最大的国家，其中来自畜禽养殖和化肥施用的氨气排放占到80%以上[10]。随着我国养殖规模的不断扩大，氨气排放呈持续上升的趋势。
禽舍内氨主要来源于未消化完全的饲料和粪便中的尿酸。由于家禽类肠道短，肠道吸收率不高，70%的饲料尚未消化完全就被排出体外[11]。胃肠道内的氨主要来源于粪尿、肠胃消化物等，畜禽摄入的含氮物质主要是蛋白质，饲料中的蛋白质在消化道中通过各种酶的作用被分解为氨基酸，氨基酸再经过酶的催化氧化作用完成脱氨基，氨基可转变为尿素和尿酸[12]。畜禽舍内堆积的粪尿也会产生NH3舍内残余饲料中的含氮物质在微生物作用下与其他微生物所产生的酶共同反应，最终降解成为氨气，棚舍内环境的清洁程度是影响氨浓度高低的重要因素。
2 养殖场氨排放的影响因素
2.1 饲料成分 饲粮中的粗蛋白含量会影响畜禽氨气的排放。研究发现，降低饲料中的粗蛋白含量可显著降低畜禽舍排泄物中的氨气排放。当饲料中粗蛋白含量降低后，畜禽排泄物中的尿酸和尿素含量均会随之降低。畜禽动物经血液循环产生的尿素氮含量也会相应降低，从而使氨排放量降低。研究表明：猪场内日粮粗蛋白降低1%，氨排量则降低10%[13]。纤维素在微生物的分解作用下，产生丙酸和丁酸的个脂肪酸短链，进而降低畜禽盲肠和粪便的pH值，使得脲酶活性下降，进而抑制尿素的水解[14]，减少NH3的产生及温室气体的排放。
2.2 棚内温湿度 环境温度是影响畜禽动物舒适度的重要指标，也会对氨气浓度和排放速率产生一定的影响。主要是影响畜禽棚舍中粪尿的脲酶活性，随着环境温度的升高，尿酸酶的活性也会随之增加，脲酶活性的增加会加速尿素的分解[15]。夏季环境温度较高，棚舍内部温度较高，因此棚舍要保持通风状态，以降低氨及其他有害气体的浓度，从而减少排放量。研究发现：氨气排放与棚内温度呈正相关关系[16]。棚舍内的垫料和粪污湿度均会影响NH3的排放，垫料及粪污内的含氮化合物向氨气转化的过程会随其湿度的降低而减弱[17]。
2.3 棚内通风量 综合我国牛棚养殖情况和牛棚结构特点，大部分牛棚为半封闭式养殖类型，棚内通风主要以自然通风为主[18]。在自然通风的情况下，舍内氨浓度高低主要受季节环境温度湿度变化的影响，一般呈现出夏天氨排放高，冬天氨排放低的特点[19]。如果棚内配备排风扇或通风橱等设施，可通过增加通风量来加快舍内氨气的流通，达到降低棚內氨浓度，减少舍内氨气蓄积的效果。
2.4 棚舍清粪工艺及频率 粪尿的产生是引起畜禽舍氨及温室气体排放的主要原因，因而畜禽粪尿的清理方式、清洁频率都会显著影响畜禽棚内氨气及温室气体的浓度。延长粪尿的堆放时间，一方面会加速大量有害微生物的滋生，粪污内部温度也会随时间的推移而不断升高，促使脲酶活性增加，进而导致氨浓度和氨排放量增长[20]。研究发现，通过采用人工刮粪和刮粪板自动清粪技术对羊舍内粪污进行清理，刮粪板清粪显著降低了羊舍内的氨气浓度[21];将深坑自然积粪的粪污处理方式改变为7d进行1～2次的清粪，可使氨排放减少52%～63%[22]。此外，近年来推行的粪污进行固液分离技术，也是降低禽畜粪便中氨排放量的一项有效措施[23]。通过对粪尿进行分离液态粪便中的固体成分，增加土壤对粪污的吸收率，可降低氨气及温室气体挥发到大气中的概率。
3 氨气排放的危害
氨气是一种无色、具有强烈刺激性气味的气体，在水中的溶解度大，溶解度会随着液体温度的升高而降低。氨气溶于水后以NH3·H2O的形式存在，少量会水解成NH4十和OH一，所以氨的水溶液呈现弱碱性，并且对呼吸粘膜具有强烈的刺激性伤害，严重时可发生碱灼伤，引起眼睛流泪、灼痛、角膜和结膜发炎、视觉障碍[24]。
3.1 对畜禽养殖业的危害 畜禽舍内氨气浓度的高低对畜禽动物的生长发育具有潜在的负面影响，可直接或间接地降低养殖场的生产效率。氨气是一种无色有刺激性气味的气体，质量分数小于空气，易溶于水。在20℃，700体积氨气可溶于1体积水[25]。由于氨气的水水解会形成OH-，所以对眼睛以及呼吸道黏膜具有较强的刺激性，长时间的吸入还会导致结膜炎、支气管炎等疾病[26]。氨气还可经呼吸系统进入血液循环系统，与氧气竞争性结合血红蛋白，降低血红蛋白的携氧能力，从而使畜禽动物出现贫血和组织缺氧等症状[27]。高浓度的氨气会降低机体对疾病的抵抗能力，使得呼吸中枢麻痹而致死[28]。研究发现，畜禽舍内高浓度的氨还会对畜禽动物的生长产生影响，特别是在其幼小时期。 3.2 对人体的危害 畜禽棚舍内的氨排放不仅会影响畜禽动物的健康生长，还会对养殖场内工作人员的身体健康造成直接或间接的负面影响。人体能感知的氨浓度最低值为5.3mg/L。长时间接触低浓度的氨气会对身体产生刺激伤害，从而会引起慢性鼻炎、音嘶哑等症状[29]。人体吸入过多的氨气可能会引起肺肿胀而致死。当浓度达到0.25mg/L时，人体的耐受时间不超过1h[30]。因此，畜禽养殖产生的氨对人体健康的伤害是不可忽视的。
3.3 对生态系统的危害 尽管氨不是温室气体，但它可能间接导致农业排放一氧化二氮（N2O），这是一种潜在的温室气体，全球温室效应潜能约为二氧化碳的300倍[31]。氮作为肥料添加到土壤中会直接或间接导致N2O排放。例如，从粪肥中挥发的氨可以重新沉积在土壤上，最终转化为N2O。因此，NH3粪便挥发可直接导致动物农业的温室气体排放[32]。并且氨气为碱性气体，是大气的重要组成成分，但是大气中过量的氨气会破坏生态系统平衡，从而影响大气环境。
4 氨气的有效减排途径
4.1 合理的日粮配方及饲料加工 粪尿中的氮一大部分来自饲料中蛋白质的分解，日粮配比和饲料转化率是影响畜禽排泄物中含氮量的主要因素。通过改善畜禽养殖业日常日粮的配比，可以进一步降低25%左右的氨气排放量。研究发现，饲料中粗蛋白质含量在19%时比21%时氨排放降低28.09%，粗蛋白含量17%时比19%时氨气排放量降低14.89%[33-34]。为了保证饲料中的蛋白质营养供给，在降低饲料中粗蛋白含量水平的同时，还需要保证必需氨基酸的含量。过量的减少日粮中的粗蛋白含量水平，如低于19%时，则会加速氨气的排放。还有研究发现，通过在饲料中添加樟科植物的提取物和腐殖酸及其复合物，使得脲酶活性显著下降，粪样的pH酸碱度也下降，樟科植物提取物和腐殖酸能降低尿素的分解，从而减少氨气的排放[35]。周学光[36]等通过在饲料中添加丝兰属植物提取物发现其能降低氨的排放。根据以上研究推断，在畜禽养殖场日常饲料中添加有机酸或者柠檬酸等酸性物質，可以降低尿液粪便中的酸碱度，从而降低氨排放量，或者在畜禽棚舍内粪尿上喷洒酸化剂来降低其pH值，抑制氨气的挥发，提高饲料的吸收率，充分吸收营养物质，降低氨的排放。通过将饲料研磨成粉状和草料充分混匀，可以增加养殖场动物对饲料及草料等营养物质的吸收水平，在一定程度上也减少了对饲料和草料的浪费，同时降低了氨排放量及其对环境的污染。
4.2 饲养方式及环境温湿条件调控 环境温湿度是影响氨气排放量的因素之一，也是经济成本相对较低的减排方式。研究发现，粪污在50h内达到60%的干燥率，其氨气释放率最低[37]。养殖场棚舍内部具有良好的饮水系统，能够有效防止畜禽舍内含水量的升高，保持棚舍内地面的干燥，进而降低氨的排放。此外，通过添加相关的吸附剂也会减少氨气的排放，如活性炭、黏土等，但由于这些经济花销太大，会影响养殖场的管理效益和养殖成本。环境条件决定了氮的存在形式，降低排泄物或者棚舍内草垫的pH值，可以减少氨气的挥发[38]。当畜禽粪尿排泄物的pH下降1个单位时，氨气的排放量下降45%[39]。刘娟等[40]通过在畜禽粪尿表层喷洒酸化剂发现，圈舍粪尿表面酸化可以有效地降低氨气挥发，且在一定pH范围内酸性越强，对氨的减排效果越好。因此，在粪尿表层酸化是减少畜禽氨排放经济有效的方法之一。
5 结语
畜禽棚舍内氨气及其他有害气体已经严重影响到牛群健康及棚内工作人员的健康，通过了解畜禽棚舍内氨气的来源和氨排放的特征和危害，即使处在较低浓度的环境中也会降低牛群的抵抗力、生长和生产性能，影响经济效益价值。养殖场的环境优化被认为是最重要的减少氨气毒害的措施，定期通风清洁畜舍，调节家畜饮食结构，对家畜粪便进行酸化处理，被认为是有效降低氨毒害的有效措施，对于保护牛舍内牛群健康和工作人员健康，促进生产具有重要的意义。
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（责编：张宏民）