CO2是猪舍中主要的温室气体,与其它有害气体不同的是,CO2已经以一定浓度存在于空气中,正常浓度范围的CO2不会对猪的健康有害,容易被人忽视。猪对CO2最敏感,CO2虽无毒,但猪舍内CO2含量过高时,氧气的含量则相对不足,长时间会使猪出现慢性缺氧、精神萎靡、食欲下降、增重延缓、体质虚弱、生产水平下降、易感染传染病等问题[1],而且对饲养员的健康构成威胁,严重时导致猪只和人员死亡。目前高浓度的CO2主要应用于动物无痛宰杀。
CO2含量是衡量猪舍内空气质量的有效标准,同时也是计算猪舍通风率的关键因素[1,2],关于CO2含量分析的研究,国外有很多,大多是关于舍内CO2受通风系统大小的影响以及如何计算舍内通风率。国内对猪舍CO2含量分析较少,所以对猪舍中CO2浓度的研究具有重要意义。
1 猪舍内CO2的主要来源
近年来,猪舍中CO2的排放量逐渐受到人们的关注,其主要来源有猪的呼吸、粪便排放、取暖设备等。有关生猪在断奶、育成、育肥、母猪不同生长时期,在漏缝地板、部分漏缝地板、垫草、木屑地板条件下CO2排放量的具体研究如表1。Table 1
表1
表1猪舍中CO2排放量研究
Table 1The study of CO2 production in pig house
| 猪的种类 Species of pig | 猪的平均质量 The average quality of a pig（kg） | 床的类型 The type of the floor | CO2排放 CO2 production（m3/(h·hpu)） | 参考文献 Reference |
|---|---|---|---|---|
| 育肥猪 Fattening pig | - | - | 0.185 | [5] |
| - | 部分漏缝地板 Partially leaky floor | 0.185 | [6] | |
| 67.8 | 漏缝地板 Leaky floor | 0.202 | [7] | |
| 67.0 | 垫草Mat grass | 0.230 | ||
| 64.4 | - | 0.202 | [8] | |
| 60.1-69.5 | 漏缝地板Leaky floor | 0.254 | [9] | |
| 67.6 | 漏缝地板Leaky floor | 0.206 | [10] | |
| 育成猪 Breeding pig | 67.0 | 垫草Mat grass | 0.151 | [11] |
| 68.6 | 木屑Wood chips | 0.149 | ||
| 70.2 | 垫草Mat grass | 0.181 | [12] | |
| 97.0 | 漏缝地板Leaky floor | 0.282 | [13] | |
| 断奶猪 Weaned pig | 12.9 | 垫草Mat grass | 0.173 | [14] |
| 13.0 | 木屑Wood chips | 0.178 | ||
| 12.3 | 漏缝地板Leaky floor | 0.122 | [15] | |
| 垫草Mat grass | 0.130 | |||
| 11.8 | 漏缝地板Leaky floor | 0.137 | [16] | |
| 木屑Wood chips | 0.168 | |||
| 母猪 The sow | 229 | - | 0.165 | [17] |
| 172 | - | 0.162 | [18] |
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经对比发现,育成猪和育肥猪比断奶猪的CO2产生量要高,且体重越大CO2产生量越高。对于相同生长阶段的猪,断奶猪在木屑或垫草地板条件下CO2产生量较漏缝地板条件下高;育成猪和育肥猪漏缝地板条件下的CO2产生量大多高于垫草地板,高于木屑地板,垫草地板和木屑地板条件下CO2的生产时比较接近。猪舍中的CO2排放量主要受外界环境、猪的数量和种类、猪舍体积以及粪便存储时间等因素影响[3]。ZONG等[4]评估了育肥猪的质量、活动量、通风量对CO2浓度和排放量的影响,结果表明,随着猪体质量的提高,二氧化碳的生产速度提高,测量猪从30.1—111.5kg,产生CO2量从30.3—99.0g,发现CO2总产量的2.3%—3.4%是由粪便释放出来的,CO2排放量日变化量主要受动物活动的影响。
1.1 猪呼吸中的CO2产生量
猪舍中CO2的主要来源猪的呼吸。单头猪呼吸释放出CO2量与多种因素有关,如呼吸熵（产生CO2的量与消耗氧气量的比值）、采食量、猪的活动量以及种类和生理阶段等等[2,19],NI[20]等采用连续测量坑表面产生CO2和采用二氧化碳呼气速率模型(TCER)用于估计动物产生CO2的方法,得出质量为32—105kg的每头育肥猪呼出的CO2的量在41.5—73.9g·h-1之间。同时,猪舍内由猪呼吸释放的CO2总量还与猪的数量、活动、饲喂方式、猪只重量等因素有关[21,22]。育肥猪每天由呼吸产生的CO2（kg）=0.136×体重0.537[23],OUWERKERK[24]等通过CO2生产模型计算得出,在00:00—07:00之间,猪休息的时间段,CO2的产生量要低于估计值的10%;07:00—19:00,猪活动的时间段,CO2的产生量要高于估计值的18%。CHAO[2]等通过实验数据得出在早晨有个窄峰,在早上08:00左右,CO2的浓度从85 g/(h·pig)上升到115 g/(h·pig),这段时间猪主要进行进食、排便等活动;晚上的CO2的浓度在100 g/(h·pig)以下,白天在120 g/(h·pig)左右,因为白天猪只活动量大,呼出CO2的量也随之增加,这种日排放量的变化与动物每天的活动规律密切相关,SOENKE [25]人等根据示踪氨基酸试验得出,禁食一夜的猪体内的碳原子转换率为(58.1±4.8)%,饲喂一次的为(78.8±5.9)%,每小时饲喂一次的为（81.0±2.6）%,该试验得出CO2的产生量以及CO2原子的转换率饲喂过的都要明显高于禁食一夜的,但是饲喂一次的与每小时饲喂一次的没有明显不同。1.2 粪尿排放
排泄物是导致猪舍内CO2浓度增高的另一重要原因,排泄物释放CO2来源有两个,一是动物尿素在脲酶的水解、催化作用下产生CO2和氨气[26],另一个是沼气的产生。猪舍内的粪坑类似于一个沼气池,沼气是粪便中有机物通过厌氧消化作用的产物[27],沼气中CO2含量达35%—60% [28]。NI[21]等通过猪舍中有猪和无猪时CO2的产生量对比试验,证明粪便产生的CO2的量达到猪舍内猪只总体呼吸释放量的35%。所以粪便的CO2释放量不容小觑,定期清除粪便有助于减少舍内CO2含量[29]。BLANES[30-32,2]等发现影响粪便中CO2释放受一些因素影响,如粪浆温度,粪便的pH,空气温度,粪便储存的时间、通风率、气流速度等。粪便中CO2的释放可增大粪便表面pH,从而促进了氨气的排放[33,34,35]。AROGO[30]等发现酸性气体如CO2、硫化氢等从粪便中释放对粪浆表面的pH影响较大,使得pH增加,从而促进了粪便中氨气的挥发。CHAO[2]等研究得出CO2的释放量与猪只总重量（数量与平均质量的乘积）、粪便温度、以及通风率的相关系数分别为0.681、0.619以及0.626,粪便温度在10—20℃之间时,CO2的释放量随温度升高而加大;猪的体重越大,粪便越多,CO2的释放量就越大;通风量在1 000—50 000 m3·h-1范围内,粪便中CO2的释放量随着通风率的增加而增大。
1.3 取暖设备排放
猪舍中的燃气取暖设备,暖炉或者小型取暖器（燃烧丙烷或者天然气）易产生CO2[36]。冬季猪舍取暖时,由于猪舍冬季取暖的方式对猪舍中的CO2浓度造成一定影响,所以猪舍冬季取暖,尤其是北方天气寒冷地区的冬季取暖,需要注意采取有效的取暖方式、暖炉和猪舍的距离、舍内通风等,尽量降低猪活动范围内CO2的浓度,以减少猪只疾病的诱发。TRAYNOR[37]等在4所27m3 的室内空间内测量了8个全燃烧燃油加热器,在稳态状态下,所产生的CO2为0.193%— 1.11%。NI[38]人等监测了育成猪舍内3个加热器产生CO2为282g g·min-1,加热器在冬季和早春的147d周期内平均每天工作3.2h,养猪场加热器产生的CO2取决于农场的地理位置和天气状况,所以每年排放量可能会有所不同。2 舍内二氧化碳产生的影响
猪舍既是猪群的生活环境,又是饲养人员的工作环境,我国北方冬季为了保温采取提高饲养密度、自然通风、密闭式的饲养模式,易造成舍内有害气体蓄积。如果猪舍内有害气体浓度超标,不仅对猪只呼吸系统造成刺激性伤害,导致猪体免疫力下降[39],影响猪只的生产性能[40],而且影响饲养员的健康。猪在0.2%—0.9%二氧化碳浓度的环境下得呼吸性疾病的概率要大于在0.1%—0.3%的浓度环境下[41]。按照CIGR规定,畜禽舍内最大允许的二氧化碳浓度为0.3%,对人的二氧化碳浓度为0.5% [42]。2.1 CO2对饲养员的影响
大气中CO2含量约为0.03%,对于人是无影响的,而长时间工作在通风不良的饲养环境内会出现头晕,神志不清,工作效率低等症状。随着暴露时间延长和二氧化碳浓度升高,所产生的生理影响越明显。张文明[43]综述了各种浓度二氧化碳对人体的影响（表2）。Table 2
表2
表2不同浓度CO2对人体的影响
Table 2Effects of different concentrations of CO2 on human body
| CO2浓度（%） Concentrations of CO2 | 人体影响 The effects of the human body |
|---|---|
| 0.03 | 对人体生理没有影响It doesn't affect body physiology |
| 0.1-0.2 0.3 | 感觉空气浑浊,疲倦[44]Feel the air cloudy and tired 心里性能下降,注意力能力下降[45]Decreased mental performance, decreased attention ability [45] |
| 0.5~0.8 | 长期暴露对机体生理影响轻微,头晕[43] Long-term exposure has slight physiological effects on the body and dizziness [43] |
| 1.0 | 每分钟呼吸量和潮气量增加60%,胃酸酸度升高,心力储备下降[43] Respiratory and tidal volume per minute increased by 60%, gastric acid level increased, and heart reserve decreased [43] |
| 1.5 | 类固醇激素分泌增加,EEG改变[43] Increased steroid hormone secretion and changes in EEG [43] |
| 2.0 | 运动适应能力开始下降[43] Motor adaptation begins to decline [43] |
| 3.0 | 每分钟呼吸量和潮气量增加100%~130%,呼吸频率加快,心率加快,心电图改变,基本生理功能改变,对中等体力活动没有影响[43],低碳酸血症[46] Respiratory and tidal volume per minute increased by 100% ~ 130%,Breathing speeds up, Heart rate goes up, Changes in electrocardiogram, Basic physiological changes. No effect on moderate physical activity [43], Hypocapnia[46] |
| 5.0 6.0 7.5 | 呼吸费力,呼吸量增加,头痛,潮气量约增加300% Breathing hard, Increased breathing, Headache, Tidal volume increased by about 300% 深呼吸呼,嗜睡 ,头痛[47] Deep breathing, drowsiness, headache [47] 心肌收缩力降低和高碳酸血症[46] Decreased myocardial contractility and hypercapnia [46] |
| 7.0-9.0 | 人体耐受极限It reach that endurance limit of human body |
| >10.0 | 意识丧失,呼吸变弱,血压下降,麻醉效果,头晕、昏迷甚至死亡[47] Loss of consciousness, weakened breathing, decreased blood pressure, anesthetic effect, dizziness, coma and even death [47] |
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冬季密闭式饲养方式,舍内CO2浓度高达0.3%,长期在此环境中工作将引发慢性健康危害,肺功能下降呼吸系统患病率增加（慢性咳嗽、痰量增加、炎症）。1969年GUDE [48]研究了在密闭环境下人体慢性暴露在不同CO2浓度的耐受值,及不同反映提出0.5%—0.8%对人体无明显影响,0.8%—3.0%长时间暴露可导致心理机能减退。3.0%作业能力下降。SCHAEFER[49]在6d时间内将人间歇性暴露于以浓度匀速变化CO2环境内（0.03到3.0%）,研究其血液的酸碱平衡参数。GUILLERM[50]提出人体暴露于0.5%—2%的二氧化碳浓度环境中,会出现轻微的呼吸性酸中毒。MILROY[51]等提出了人体暴露在CO2浓度0.65% 90d是安全的,认为0.65%的浓度是不引起人体效应的安全耐受值
2.2 二氧化碳对猪的影响
2.2.1 二氧化碳对猪的生理及行为影响 当舍内环境中二氧化碳的含量为4%时,猪的呼吸率明显提高,当二氧化碳的含量为9%时,则家畜会出现不舒服异动现象,当二氧化碳的含量为20%时,出现无法忍受的状态[52]。李永明[53]等研究表明,降低舍内二氧化碳浓度,为猪群创造了一个清洁的生长环境,可提高猪的日增重,降低猪群死亡率、呼吸道等疾病发病率。目前,国内在二氧化碳对生猪生理健康方面影响的研究较少,而国外研究起步早且比较详尽。LONCH [54]评估猪无意识暴露于气体混合物中70%的氮N2和30%的CO2（70N30C）,80% N2和20% CO2（80N20C）,85% N2和15% CO2 （85N15C）,90% CO2（90C）,通过意识指数,观察行为（喘息、失去平衡、发声、肌肉兴奋、呕吐）和脑干反射（角膜反射,呼吸节奏和对疼痛的敏感性）,现总结如表3。Table 3
表3
表3猪在不同二氧化碳浓度气体下行为反应
Table 3Behavioral responses of pigs at different CO2 concentrations(%)
| 混合气体浓度 Mixed gas concentration | 逃跑 Escape | 喘气 Breathing | 撤退 Retreat | 痉挛 Spasms | 角膜反射（持续110S以上） Corneal reflex (over 110S) | 有节奏呼吸 Rhythmic breathing |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 85N15C | 0 | 0 | 0 | 无None | 98 | 94 |
| 80N20C | 17 | 20 | 17 | 出现Appear | 98 | 94 |
| 70N30C | 17 | 62 | 17 | 出现Appear | 80 | 89 |
| 90C | 57 | 94 | 55 | 出现Appear | 0 | 0 |
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从表中可以分析到：猪接触到90 C比其他猪暴露在N2和CO2混合物显示更高比例的逃跑行为,喘气,较低比例的发声和短时肌肉兴奋。接触到90 C的没有猪会有角膜反射或有节奏的呼吸,而85%和92%的猪暴露在氮气和二氧化碳混合均会分别显示出角膜反射和有节奏的呼吸。
猪对周围的环境具有趋利避害的本能反应,若猪长期生长在有害气体的环境中,会导致猪对有毒有害气体的感知能力降低。NICKS等[55]监测生长在锯末、稻草窝的5批40头断奶猪,不清除批次之间的垃圾产物的条件下,以6d为一周期,连续大约一个月的时间,记录有毒有害气体的浓度,测得二氧化碳的浓度为4% （每天481— 463 g/猪）。KC [56]研究了断奶仔猪对不同浓度CO2的趋避反应,研究得出：仔猪进入浓度为10%CO2气体中未出现身体失衡和规避反应,进入浓度为20%CO2气体中出现张口呼吸,行为紊乱失调,进入30%气体6min后出现身体失衡,在20%和30% CO2测试,断奶仔猪显示出剧烈的神经肌肉兴奋。
FIEDLER [57]研究幼猪载畜率对CO2气体安乐死的影响,将猪分成以1、2、4和6头为单位的4组,送入浓度为80%CO2的安乐死的测试室,研究发现较高载畜率的组比断奶孤猪死亡时间要快,这样的结果是由于高密度的饲养所导致的,而且断奶孤猪发生焦虑和厌恶及逃跑的行为比例要高于其他组。BANHAZI [58]将68kg的猪置于不同浓度二氧化碳环境下,观察猪的生理反应。20 000 mg·kg-1 猪没有异常反应,30 000 mg·kg-1呼吸增加,40 000 mg·kg-1呆滞、嗜睡,60 000 mg·kg-1深度窒息性呼吸,300 000 mg·kg-1致死。RODRÍGUEZ 等[59]评估绵羊逐步暴露于90%的二氧化碳（CO2）的有效性,通过诱导昏迷中潜伏期听觉诱发电位（MLAEP）的中枢神经系统（CNS）,血液参数（pH、二氧化碳分压（P CO2）、氧分压力（氧分压）、血氧饱和度（血氧饱和度）和碳酸氢根（HCO3-）、行为（摇头,打喷嚏、喘气、呕吐）和生理反应（角膜反射、呼吸和对疼痛的敏感性）。暴露在高浓度二氧化碳环境下动物表现出厌恶和呼吸困难的迹象,VELARDE[60]研究了猪屠宰昏迷系统中注入70%、90%的二氧化碳,猪出现呼吸困难,喘息,和显示严重的排斥,试图逃离,直到出现昏迷的行为,出现排斥和逃离的行为的显著程度和二氧化碳的浓度有关,呼吸急促的猪的神经网络要比呼吸正常的猪的神经网络受损严重。
2.2.2 二氧化碳对猪肉品质影响 为了减少猪在屠杀过程中焦虑,痛苦、和疼痛,提高福利。目前广泛使用二氧化碳击晕再屠杀的安乐死方法,因为它具有一定镇痛和麻醉性质,高浓度的二氧化碳抑制中枢神经系统导致意识丧失和随后死亡,但二氧化碳浓度及作用时间将极大的影响肉品质。
高浓度的CO2将导致致死后的猪出现瘀斑,宰杀出现血溅,肉质的肉质pH、导电性、含水损失,极大影响猪肉的品质。LLONCH [61]评估暴露于70%的氮和30%的二氧化碳（70N30C）,80%的氮气和20%的二氧化碳（80N20C）和85%的氮气和15%的二氧化碳（85N15C）反应,与90%的二氧化碳（90C）相比对猪的酮体及肉质很大的影响。将68只母猪被分成4组被分别存于不同的气体混合物中。屠宰后,肉质pH,导电性,滴水损失和色彩,在胸部肌肉和半膜肌肌肉进行测量,暴露在N2和CO2混合肌肉收缩的持续时间增加,导致早期的事后剖析pH下降更快,因此渗出性猪肉和血溅的发生更高,将影响猪肉品质。动物在80 N20C和85 N15C 血液参数pH比动物暴露于90 c相对较低（P<0.01）。半膜肌（P<0.001）在90C比80N30C猪和85N15C猪的导电性相对较低,而在胸部肌肉部位90N15C比85N15C导电性降低（P<0.05）。25%的猪暴露在N2和CO2混合物其身体均有瘀斑,而猪在90 C是没有瘀斑。MONIN [62]认为在屠杀之前增加活动量,肉的pH下降,增加ATP酶活性及肌肉中的乳酸积累,而Lonch [61]认为猪产生抵触到失去平衡（约28 s）应激反应可能太弱,导致肌肉水平的代谢变化,导致肉品质差。WAL[63]表明,肌肉收缩期间对猪肉质量有负面影响,造成pH下降更快,减少储水,增加死亡蛋白质变性。MOTA-ROJAS [64]认为利用高浓度的CO2屠杀猪产生的应激行为以及高浓度的血乳酸将对猪肉品质产生不利的影响,从动物福利角度出发采用90%的氩气体或能使猪晕倒的最低浓度CO2气体。
3 猪舍内CO2的相关研究方法
3.1 CO2检测方法研究
CO2的检测方法主要分为光学方法和化学方法,光学方法有非分散红外光谱（NDIR）、红外光声光谱、傅里叶变换红外光谱、可调谐二极管激光吸收光谱等。化学方法有电化学方法、气相色谱法等。利用以上方法商业化的仪器很多,使用测量方便。如美国Rosemount公司 Binos4b 型非分散红外光谱气体分析仪、台湾泰仕公司TES-1370型非色散式CO2测试计、丹麦LumaSense公司INNOVA型红外光声谱气体监测仪和武汉四方光电科技有限公司GASBOARD红外气体分析仪。GASBOARD主要采用在探测器前添加滤光片的方法,其CO2检测精度±40ppm。徐鑫[65]、谢军飞[66]等人分别采用TES-1370型非色散式CO2测试计、国产GC-SP30A气相色谱仪测定CO2的浓度。黄华[67]等人利用红外CO2传感器OEM6004作为检测元件,设计了一套畜禽舍污染气体检测控制系统,系统测量精度±40 p/min,测量误差在±3%。叶章颖等[68]利用由红外光声谱气体监测仪INNOVA1312和多点采样器INNOVA 1309,对液态猪粪便释放的CO2进行测量。2014年,DUBEŇOVÁ[3,7]等利用红外光声谱气体监测仪INNOVA 1412以及多点采样器INNOVA 1309对CO2含量进行研究。NI等[8]检测了两个育成猪舍（60.1m×13.2m）,距地面4m的排风扇处,通过气体采样系统抽取空气样本,利用红外光声谱气体监测仪测量CO2浓度,利用双频光声红外吸收率校正CO2含有的水气浓度。PHILIPPE[12]研究了32只育肥猪分成两组饲喂高粗蛋白水平饮食和低蛋白水平饮食,以垫草为饲养环境,利用红外光声谱气体监测仪INNOVA1312测量地板底部CO2浓度,NICKS等[14,15]研究40头断奶仔猪在锯末和垫草两种地板条件下,通过红外光声谱气体监测仪INNOVA1312和多点采样器,测取排风扇处、进气口处CO2浓度。DUBENOVA[69]人等在自然通风条件下测取哺乳母猪舍的角落和中间位置处距地板0.25m高度,通过红外光声谱气体监测仪INNOVA 1412及多点采样器INNOVA 1309连续48h监测CO2平均浓度为515.293×10-6—519.580×10-6。FEDDES[70]等人认为二氧化碳也可以被视为一种示踪气体。这种气体的多少取决于动物代谢速度,并均匀地分布于畜舍内,可通过计算排风设施的通风率估算畜舍内二氧化碳浓度。
3.2 CO2与通风系统研究
猪舍中通风系统的主要作用为改善空气质量、增加体内散热、增加舒适度、调节舍内温度。通风系统有利于NH3、H2S、CO2、粉尘等不利于动物正常生长的因素排出,让新鲜空气进入舍中,对动物的正常生长起着关键作用。猪舍内通风系统强度的选择至关重要,尤其是冬天,外界温度比舍内低,过大的通风强度虽然有利于改善空气质量,但同时也会造成舍内温度的骤低,由此引发猪只咳嗽、感冒等甚至更严重的疾病。通风系统可以分为自然通风和机械通风,自然通风是利用室外空气温差所产生的热压,或利用室外风力作用在建筑物上所形成的压差,使舍内外的空气进行交换,从而改善室内的空气环境。机械通风是靠风机动力使空气流动的方法,进风排风可进行处理,通风参数可以根据要求选择确定,可确保通风效果。
无论自然通风还是机械通风猪舍,通风量大小是保持舍内足够新鲜空气的重要因素。猪舍中通风量与舍内的空气质量、动物舒适度、有害气体排放等息息相关[6]。不同种类的猪舍在不同的季节所需的通风量的大小不同。根据美国中西部规划服务标准[71] MWPS-32猪在不同生长阶段不同季节所需通风量大小如表4所示。
Table 4
表4
表4猪舍通风量
Table 4Ventilation in pig house
| 猪的生长阶段 The growth stage of a pig | 体重 Weight（lb） | 冬季通风量 Winter ventilation (cfm/pig) | 春秋季节通风量 Ventilation in spring and autumn(cfm/pig) | 夏季通风量 Summer ventilation (cfm/pig) |
|---|---|---|---|---|
| 待产母猪Sow to be produced | 400 | 20 | 80 | 500 |
| 哺乳仔猪Lactation piglet | 12-30 | 2 | 10 | 25 |
| 保育断奶猪Nursing weaned pigs | 30-75 | 3 | 15 | 35 |
| 生长期猪Growing pigs | 75-150 | 7 | 24 | 75 |
| 肥育猪Fattening pigs | 150-220 | 10 | 35 | 120 |
| 妊娠母猪The pregnancy sow | 325 | 12 | 40 | 150 |
| 公/种母猪Boar | 400 | 14 | 50 | 300 |
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通风系统的强度与通风量的大小是密切相关的,根据猪舍所需通风量的大小调节通风强度的大小,同时通风系统强度大小、进出气口位置外形、开窗的位置与时间等都会影响舍内有害气体的排放[72]。JEREZ等[73] 2003年10月到2004年3月测量了伊利诺斯州的两个机械通风的妊娠猪舍排放CO2最高浓度为2 500×10-6,在供暖时期CO2最大扩散率为16 000 g·d-1 。DUBEŇOVÁ等[3]在每平方米地板表面设置低、中、高3种通风强度,分别为0.006、0.013、0.022 m3·s-1,测得猪舍中CO2质量分数分别为816.341×10-6、744.042×10-6、714.032× 10-6,试验结果表明随着通风系统强度的增加,舍内CO2浓度是减少的。DONG[74]研究了北京郊区猪舍CO2排放浓度,春季为2 183±1 376 mg·m-3,夏季为1 530±364 mg·m-3,估算了每头猪每天CO2气体平均扩算率2 033g或体重为500Kg的猪每天的平均扩算率11 264 g。叶章颖等[68]比较了3种粪坑内粪便高度分别为0.15、0.40、0.65m,4种通风量分别为211、650、1 852、3 088 m3·h-1,粪坑内有无挡板情况下冬季猪舍粪便贮存过程中CO2排放量进行测试,结果表明CO2的排放量随着通风量的增大而增大;粪便高度对CO2的排放量影响不大;使用挡板可以有效降低CO2的排放量。
自坑通风系统在猪舍的应用,通过坑排放系统抽取粪坑的上部分最集中的气体污染的空气,通过净化系统会很大程度上的减少有害气体的排放[6,72-73],坑通风系统通风强度[74]、进气口的不同[10]、地板开口大小[48]等都会影响猪舍中有害气体的含量。2014年,ZONG等[10]通过试验对比了不同进气口的坑通风系统,结果表明坑通风系统能够排出氨气的量接近总氨气含量的一半。WU等[75,76]通过试验研究得出,坑通风率分别为120和60 m3·h-1时,排出约为79%和67%的二氧化碳;当地板开口率为21%时,高坑通风率（120 m3·h-1）和低通风率（60 m3·h-1）,排出78%的二氧化碳;当地板开口率为9.7%时,高坑通风率（120 m3·h-1）排出89%的二氧化碳,低坑通风率（60 m3·h-1）排出79%的二氧化碳。该系统能够有效、省时、省力的减少猪舍中有害气体的含量,且避免对猪只产生行为上的影响。坑通风系统作为一项有效改善空气质量的技术,增加了猪的福利。
3.3 CO2与通风率的研究
单位面积的通风量称为通风率,最小通风率指保证动物可接受空气质量前提下最低换气次数[21,70],其研究一直是调节畜舍舍内空气质量的重点。猪舍中计算通风率的方法有3种,一是利用动物本身体温平衡来计算,二是利用湿度来测定,三是CO2平衡[5,19,21]。2002年,CIGR给出3种平衡方法的等式方程,以及动物活动的日常模型[6]。有关3种平衡方法（温度平衡,湿度平衡,CO2平衡）研究通风率的研究分类如表5。
Table 5
表5
表5CO2应用通风率研究
Table 5Research on the application of CO2 in the ventilation rate
| 年份 Year | 作者 Author | 实验地点 Experimental location | 研究内容 Contents of the research |
|---|---|---|---|
| 1998 | PEDERSEN[19] | 猪舍,牛舍,鸡舍 Piggery, barn, chicken coop | 热平衡、水分平衡以及CO2平衡 Thermal equilibrium, moisture balance, and CO2 balance |
| 2005 | BLANES[6] | 猪舍 Piggery | 三种测定通风率的方法比较 Comparison of three methods for measuring ventilation rate |
| 2000 | SCHAUBERGER [78] | 育成猪舍Bred piggery | |
| 2000 | PEDERSEN [79] | 肉鸡舍 Meat chicken coop | 热平衡、水分平衡测定通风率 Thermal equilibrium, Moisture balance measures ventilation rate |
| 2005 | MENDES [80] | 肉鸡舍Meat chicken coop | CO2平衡方程计算自然通风系统通风率 The CO2 balance equation is used to calculate the ventilation rate of natural ventilation system |
| 2014 | SAMER [81] | 牛舍The barn | |
| 1994 | KLOOSTER[82] | 猪舍piggery | CO2平衡方程计算通风率 The ventilation rate is calculated by the CO2 balance equation |
| 2009 | HONGWEIXIN [83] | 肉鸡舍Meat chicken coop | |
| 2011 | CALVET [84] | 母鸡舍Hen house | |
| 2012 2016 | MOSQUERA [85] LIU [86] | 畜牧舍 Livestock shed | |
| 2011 | ESTELLES [87] | 育肥兔 Fattening rabbit | CO2平衡以及进出口处CO2浓度变化测定通风率 Measurement of ventilation rate of CO2 balance and change of CO2 concentration at inlet and outlet |
| 2016 | EDOUARD [88] | 乳牛舍 Dairy barn | CO2和SF6为基础的示踪气体方法 CO2 and SF6 are based on tracer gas methods |
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BLANCE等[6]发现用这3种方法（温度平衡,湿度平衡,CO2平衡）计算超过24h的通风率是准确的,但是计算1小时的通风率,3种方法各不相同,水分和热量平衡方法计算得出的通风率要比真实测量的低9%,CO2平衡方法计算的要比真实的高8%。PEDERSEN[19]等对昼夜情况分别考虑,根据监测猪舍产生的热量、水分以及CO2的量计算通风率（热量和水分主要是来自新鲜食物、粪便以及尿液）,得出晚上通风率要比白天的大,原因在于没有考虑到猪的活动。在舍内每小时内外温度差高于2℃时,绝对湿度高于0.5×10-3 kg·m-3时,CO2浓度高于0.02%时,可以通过3种平衡方法计算通风率（超过24h）。2011年,ESTELLES[87]等采用INNOVA 1412测量进出口气体中CO2的浓度,利用CO2平衡等式计算舍内的通风率,验证了利用CO2平衡测定的通风率的准确性。FEDDES[77]等研究发现饲料消耗量和猪只呼吸产生的CO2的量有一定相关性,所以饲料消耗量也是计算猪舍中的最小通风率一个重要参数。除此以外,氨气浓度、粉尘浓度等同样可以作为空气质量的衡量因素[7,24],但由于其测量传感器价格昂贵、精度较差、使用寿命较短等缺陷,所以它们仍然无法取代CO2作为空气质量的示踪气体。因此,利用空气中的CO2平衡特性,监测CO2浓度,根据CO2浓度与通风率的关系等式,计算通风率的大小,仍是当前的主流方法。
4 总结及展望
CO2是温室气体之一,对全球气候影响很大。畜牧舍中CO2的含量关乎动物能否健康生长,以上综述了CO2量的产生和造成的影响以及对CO2与通风强度、通风率、进风口位置之间的关系的研究。对CO2的研究是一项长期任务,优化CO2排放可达到提高饲养管理水平,实现经济效益最大化的目的。目前欧美养殖者普遍接受在尽量满足猪生理需要前提下,通过降低猪体3%的占用面积,降低猪1%的日增重和日采食量[89],即适当减少猪的占用面积,降低个体生长,减小生猪体积和采食量,来达到降低投入成本,同时降低舍内CO2的产生量,使猪舍经济、环境收益做到最大化。未来可通过选育优良品种、改良猪性状,来实现以经济利益为基础,降低舍内CO2排放量。
（责任编辑 林鉴非）
The authors have declared that no competing interests exist.
