《家畜环境卫生学及牧场设计》 | 第三章 有害气体、微粒和微生物（第一节 大气中的有害气体）

【本章学习要点】

1．大气中的主要有害气体及其危害；

2．畜舍内有害气体的主要成分；

3．畜舍内空气中的微粒对家畜的危害；

4．畜舍内空气中微生物对家畜的危害；

5．减少或消除畜舍内有害气体、微粒与有害微生物的措施。

【教学案例17】冬季的家禽育雏舍

2005年初张某退伍回到自己的家乡四川某地，购买一闲置的小学校，经简易改造后于2005年的11中旬开始进行鹅的孵化与育雏。他利用二楼上的4间教室（原有的门窗不变，每间约30平方米）作为育雏舍，进行3层式网上育雏，网上育雏密度在25只/平方米左右，采用蜂窝煤炉加热保温，通过烟囱管从上面的窗子伸出舍外排烟，平时不做舍内卫生，为防止舍内湿度过大，直接把煤球渣铺在地面，准备育雏到2周龄出售。在育雏到第8天早上时，张某发现每间育雏舍中大约30%的小鹅表现出精神萎靡，而且眼角有黏糊状污物，有时还能听见咳嗽声。

提问：1．该育雏舍内小鹅眼角有黏糊状污物、精神萎靡的原因是什么？

2．在寒冷的冬季，用哪些办法可以减少家禽育雏舍内微粒、有害气体及有害微生物的产生？

3．到了夏季，育雏舍又该采取哪些措施以提高生产效益呢？

4．在现代化与信息化家禽生产业中，能采取哪些措施保证育雏舍内的空气质量，以提高育雏效果？

本章主要介绍畜舍空气中有害气体、微粒和微生物的来源及其对家畜、家禽的影响，以及减少或消除其危害的措施。

一、大气的成分

（一）大气组成

大气组成（Atmospheric composition）指组成大气的各种气体和微粒，包括干洁空气、水蒸气与尘埃（固体杂质）。其物质组成主要有：氮、氧、氩等主要的气体成分；二氧化碳、一氧化二氮等含量大体上比较固定的气体成分；水汽、一氧化碳、二氧化硫和臭氧等变化很大的气体成分；悬浮的尘埃、烟粒、盐粒、水滴、冰晶、花粉、孢子、细菌和液态的气溶胶粒子等（表3.1）。

（二）大气成分的变化

各种自然变化可能会引起大气成分的变化，如火山喷发会增加大气中的粉尘和二氧化碳含量，造成火山喷发地区烟雾弥漫；雷电原因引起的森林大面积火灾也会增加二氧化碳和烟粒的含量。但一般来说，这种自然变化是局部的、短时间的。而随着现代工业和交通运输业的发展，石化燃料的大量使用、生物体的燃烧、汽车尾气的排放等，引起大气成分的浓度和空间分布均发生显著变化。

1．CO2（二氧化碳）、CH4（甲烷）、N2O（一氧化二氮）含量增加　自工业革命以来，大气中的CO2含量增加了29%，其年增加率逐步加大，每年达0.6%～1.5%；CH4以0.75%的速率增加；N2O的年增加速率达0.2%～0.3%。

2．O3（臭氧）总量减少　据1970～1980年对平流层上层大气的观测，每10年臭氧减少2%～3%。臭氧层是地球上生命的保护伞，能够吸收掉99%的太阳光辐射到地球的紫外线，能让地球表面生物不受紫外线侵害。据悉，从20世纪50年代起，随着电冰箱和空调的大量普及，大气中氟利昂等成分逐年递增，到2000年达到峰值，以致臭氧层破坏，在南极形成空洞，引起气温上升，紫外线辐射加强。

（三）大气平衡

1．温室效应与阳伞效应的平衡

温室效应（Greenhouse effect），是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，也就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，使地表增温；而地面增温后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，减少地表热量的外散，使气温升高，从而产生大气变暖的效应。大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃，使地球变成了一个大暖房。除二氧化碳以外，对产生温室效应有重要作用的气体还有甲烷、臭氧、氟氯烃以及水汽等。

阳伞效应（Umbrella effect），是指悬浮在空气中的微尘，能将部分太阳辐射反射回宇宙空间从而削弱到达地面的太阳辐射能；同时吸湿性的微尘又能作为凝结核，促使周围的水汽在其上面凝结，导致低云、雾增多，从而减少了到达地面的太阳辐射能，使地面降温，这种现象类似于遮阳伞，因而称为“阳伞效应”。“阳伞效应”的产生使得阴、雾天气增多。

地表因温室气体造成的“温室效应”和因大气尘埃造成的“阳伞效应”是相互联系、相互制约的。一方面全球气候变暖（发生“温室效应”）时，加快了水分的蒸发，大气日趋湿润，云量增多，从而使较多的阳光反射回宇宙空间，气温下降；另一方面气候变冷（发生“阳伞效应”）时，减少了水分的蒸发，大气日趋干燥，云层变薄，从而使较多的太阳辐射能得以到达地面，气温升高。大气以其“温室效应”与“阳伞效应”两种机制维持着地球气候的热平衡，在没有人类活动或人类活动影响不大的自然状态时，处于自我调整的动态平衡中。

2．大气环境的生态平衡

大气环境是指生物赖以生存的空气的物理、化学和生物学环境。在一定的范围与程度上，大气能通过自净作用把大气中的污染物除去或浓度降低。进入大气中的污染物，经过自然条件下的物理和化学作用，或是向广阔的空间扩散、稀释，使其浓度大幅度下降；或是受重力作用，使较重粒子沉降到地面；或是在雨水的洗涤作用下返回大地；或是被分解破坏等，从而使空气得以净化。例如，排入大气的一氧化碳，经稀释扩散，浓度降低，再经氧化变为二氧化碳，被绿色植物吸收后，空气成分恢复到原来的状态，以维持生态平衡。但是，一旦排入大气的污染物的量超出大气的自净能力，原有空气的组成发生改变，即引起污染，从而造成全球气候变化，破坏生态平衡。

大气自净能力与当地的生态环境紧密相关，如在某一区域内，绿化植树，多种风景林，增加绿地面积，直至建立自然保护区，不仅能美化环境，调节气候，而且还能截留粉尘，吸收有害气体，从而大大提高大气自净能力，保证环境质量。大气环境和动植物赖以生存的生态环境密切相关，大气环境的每一个因素几乎都可影响到人类，所以我们在生活与生产中要自我控制，尽量减少排放有害气体以维持大气环境的生态平衡。

二、大气中的有害气体及其危害

大气中的有害气体，是指存在于大气中的危害性较大的气体状污染物质，目前量多且危害严重的主要有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳。

（一）一氧化碳（CO）

CO是排放量极大的空气污染物，会危害动物与人体健康。目前在发达国家城市空气中，CO约占空气污染物总量的1/3。

1．性质　CO是无色、无臭、无味的气体，相对分子质量为28.01，比重为0.9655，比空气略轻。在标准状态下，1L CO重1.25mg，每毫克CO的容积为0.8mL。CO极难溶于水。

2．来源　大气中的CO主要来自含碳燃料的不完全燃烧。随着工业的发展，各种工厂、矿场排放的CO日益增加。各种机动车辆排放的尾气也是CO的来源之一。据不完全统计，全世界CO年总排放量达3.71亿吨，其中汽车废气的排出量占2.37亿吨，约占64%，成为城市大气日益严重的污染来源。一些自然灾害，如火山爆发、森林火灾、矿坑爆炸和地震等灾害事件，也会造成局部地区CO浓度的增高。吸烟也会造成CO污染危害，吸一支烟可放出100mL的CO。

3．危害　CO主要通过妨碍机体内氧气的传输而引起组织缺氧，导致急性或者慢性中毒，甚至有死亡的威胁。当含量达0.4%时，人在短时间内就可中毒死亡。CO进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，产生碳氧血红蛋白，进而使血红蛋白不能与氧气结合，从而引起机体组织出现缺氧，导致窒息死亡，又因为CO无色、无味的特性，故人们易于忽略而致中毒。

4．卫生标准　中国环境空气质量标准（GB3095-2012）规定，一、二级空气质量中，一氧化碳日平均限值都为4.00mg/立方米，1h平均限值都为10.00mg/立方米。

（二）二氧化硫（SO2）

SO2在各种污染物中排放总量仅次于一氧化碳，全球每年排放约2亿吨的SO2到大气中。

1．性质　无色、有刺激性，比重为1.4337，易溶于水形成H2SO3，SO2氧化形成SO3，遇水成H2SO4。

2．来源　主要由含硫燃料产生，采用含硫原料生产工艺也可产生。全世界排放到大气中的SO2，80%是使用煤与石油这两种能源的结果。据统计，一般煤含硫量是1%～5%，石油含硫量为8%。同时，与石油和天然气相比，煤不易充分燃烧，就更易产生SO2，如在我国的能源结构中，煤炭占总耗能量的70%以上。《中国环境状况公报》显示，从20世纪90年代以来，我国每年排放的SO2总量均超过1600万吨。

3．危害　SO2严重的危害是形成酸雨（pH<5.6的降水）。酸雨可以使土壤板结，影响地表水体pH，从而影响农作物和鱼类生长；酸雨还可腐蚀露天金属设施设备；大量吸入SO2可引起肺水肿、喉水肿、声带痉挛，从而影响动物健康，降低家畜的生产力。

4．卫生标准　中国环境空气质量标准（GB3095-2012）规定，一、二级空气质量中，SO2年均限值分别为20μg/立方米、60μg/立方米，日均限值分别为50μg/立方米、150μg/立方米。

（三）氮氧化物

1．种类　氮氧化物种类很多，常见的有一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、一氧化二氮（N2O）等，对空气污染严重的主要是NO和NO2。

2．性质　NO为无色有刺激性气味的气体，分子量为30.01，微溶于水，性质不稳定，在空气中易氧化成NO2。NO2为红棕色刺鼻气体，分子量为46.01，微溶于水，性质较稳定。NO2溶于水时生成硝酸。

3．来源　主要来源是矿物燃料燃烧过程中产生的NO或NO2等物质，其中NO占90%。机动车尾气以及在生产或者使用硝酸的工厂、氮肥厂、有机化学厂、黑色及有色金属冶炼厂排放的废气中都含有氮氧化物。

4．危害　氮氧化物对环境产生的主要危害是产生光化学烟雾，光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛，并能使大气能见度降低。对人或动物的主要危害表现为：NO与血红蛋白结合生成亚硝基血红蛋白而引起中毒，可造成缺氧和中枢神经受损，NO2能迅速破坏肺细胞，可引起肺气肿和肺癌；对儿童来说，氮氧化物可能会造成肺部发育受损。

5．卫生标准　中国环境空气质量标准（GB3095-2012）规定，一、二级空气质量中，NO2年均限值都为40μg/立方米，日均限值都为80μg/立方米。

（四）碳氢化合物

碳氢化合物，又称为烃，是大气中重要的污染物，这类化合物只由碳和氢两种原子组成，如甲烷、乙烷和乙烯等。大气中以气态形式存在的碳原子数目在1～10个的烃类，一般都能够挥发。这些分子量较小的化合物是形成光化学烟雾的主要参与者。

1．来源　碳氢化合物的自然来源主要是自然界的生物分解作用，如大气中的甲烷是有机物厌氧发酵产生的；而非自然来源主要来自不充分的燃烧过程和有机化合物的蒸发，如在汽车尾气中，活性烃占45%。

2．危害　虽然尚未发现城市中的碳氢化合物浓度直接对人体健康产生危害，但是它形成的光化学烟雾却危害人体健康。

【教学案例18】举世有名的“洛杉矶光化学烟雾事件”

洛杉矶位于美国西南海岸，西面临海、三面环山、气候温暖，是一个商业、旅游业都很发达的港口城市。早在20世纪40年代，洛杉矶市就拥有飞机制造业、军工业等，其中各种汽车多达400多万辆，市内高速公路纵横交错，占全市面积的30%，每条公路每天通过的汽车达16.8万辆次。然而也正是40年代初开始，每年从夏季至早秋，只要是晴朗的日子，洛杉矶城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾，使整座城市上空变得浑浊不清。这种烟雾使人眼睛发红、咽喉疼痛、呼吸憋闷、头昏、头痛。1943年以后，烟雾更加肆虐，以致远离城市100km以外的海拔2000m高山上的大片松林也因此枯死，柑橘减产。1955年9月，由于大气污染和高温，短短两天之内65岁以上的老人死亡400多人；1970年，约有75%以上的市民患上了红眼病。

洛杉矶光化学污染事件是美国环境管理的转折点，在洛杉矶，环境管理措施的核心内容之一是为交通污染源（从内燃机、汽油到排放）设立了严格环境标准。经过近40年的治理，尽管洛杉矶的人口增长了3倍、机动车增长了4倍多，但该地区发布健康警告的天数却从1977年的184d下降为2004年的4d。

提问：

1．浅蓝色烟雾为什么总发生在晴朗的日子？

2．针对此光化学烟雾污染，为什么为交通污染源设立了严格环境标准？

3．光化学烟雾污染对养殖业有什么影响？