奶牛舍空气颗粒物危害、特性及其关键影响因素研究进展

鲁煜建，李永振，方志伟，施正香，3，王朝元，3＊

1 中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083

2 农业农村部设施农业工程重点实验室，北京 100083

3 北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心，北京 100083

0 引言

畜禽养殖产生的颗粒物（PM）是重要的农业源颗粒物之一，以德国为例，其中来自畜禽生产的PM2.5和PM10占德国大气颗粒物的4.2%和8.0%[1]。相较于其他排放源，畜禽舍颗粒物具有浓度高、危害大、特性复杂等特点，长时间暴露在高浓度颗粒物环境中会影响畜禽健康与生产效率，引起工作人员慢性支气管炎、咳嗽、持续喘息和尘肺等肺部疾病的发生，降低动物和工人的福利水平[2～4]。不仅如此，畜禽舍颗粒物还会携带臭气和致病微生物等有害物质，耦合运移并向周边环境扩散，降低大气能见度，破坏生态系统，影响周边居民的生产生活，引起投诉事件等[5，6]。

近年来，我国奶牛场规模化和集约化程度不断提高，截至2018年，我国存栏量大于1 000 头的牧场占比38.9%[7]，大规模、高密度的饲养方式导致牛舍颗粒物浓度和排放量不断升高，在牛舍多采用开放或半开放式的自然通风类型下，势必更易导致对周边地区和大气环境的污染。

在畜禽舍颗粒物特性研究方面，欧美等国较早开展了本国或多国间的畜禽场空气污染物排放监测计划，探究了不同畜种、不同畜舍类型的颗粒物等环境参数的浓度、排放量等特性，为本国的畜禽场污染物减排和排放清单制定提供了重要参考依据[8～12]。Cambra-Lopez等[5]、汪开英等[13]、戴鹏远等[14]综述了鸡舍和猪舍颗粒物的危害、理化特性及其影响因素等，目前仍缺少奶牛舍颗粒物特性的相关综述。相较于国外，我国对于奶牛舍颗粒物浓度、排放等基础特征参数的研究和基础数据的累积基本处于空白。此外，我国生态环境部颁布的《大气细颗粒物一次源排放清单编制技术指南（试行）》与《大气可吸入颗粒物一次源排放清单编制技术指南（试行）》要求加速推进各领域对颗粒物排放清单的制定。在此背景下，总结国内外奶牛舍颗粒物研究进展，能够进一步摸清奶牛舍颗粒物特性及其变化规律，为开展奶牛场颗粒物相关研究、获取基础数据及施行减排措施和政府决策等提供理论支撑。

本文通过总结国内外奶牛场颗粒物的相关研究，系统阐述了奶牛场颗粒物的危害、浓度、排放率、与臭气、微生物耦合和扩散特征，归纳总结了影响牛舍颗粒物特性的关键因素，并提出研究展望，为我国规模化奶牛场的环境控制和节能减排等提供理论和技术支撑，同时加速我国奶牛场颗粒物排放清单的完善和环保政策的制定，为环境保护提供政策支持。

1 颗粒物危害

1.1 颗粒物对奶牛和工作人员的危害

奶牛场颗粒物通过悬浮于牛舍内外的环境，从而直接或间接的危害奶牛、牧场工人及周边居民的健康，主要表现为呼吸道、肺部等疾病发病率的增加。这主要由于，一方面，颗粒物通过空气吸入可直接刺激呼吸道黏膜，降低机体对呼吸系统疾病的免疫抵制；另一方面，附着在颗粒物上的重金属、NH3、内毒素等化学物质和致病微生物对呼吸道产生刺激，造成组织损伤和疾病感染。研究表明，由于牛舍干草、秸秆、发霉饲料含量较高，舍内牛群容易感染一系列常见的过敏性疾病，如鼻炎、牙槽炎、哮喘等，这可能与颗粒物吸附的内毒素有关[15]。受颗粒物影响，牧场工人的健康状况也出现不同程度的下降。Eastman等[16]研究发现长期从事牛场工作的人因亚急性呼吸道损害，而导致肺活量普遍下降。Gainet等[4]通过对法国杜省地区奶牛场工人进行为期12 年的纵向研究，同样发现，与对照组相比，长期从事牛场工作的人患慢性支气管炎概率更高、血氧浓度更低。

1.2 颗粒物对周边环境和居民的危害

奶牛场作为颗粒物排放源，持续不断向外界排放颗粒物及其携带的化学物质、微生物等，对牛场周围环境及居民造成危害。奶牛场颗粒物的排放造成场区周围环境中颗粒物浓度升高，颗粒物中吸附的有害气体、内毒素、真菌、细菌等进一步对牛场周围环境造成影响，使得居民不仅受到臭气困扰，而且其健康状况也出现不同程度的下降。Garcia等[17]通过测量美国加州13 个奶牛场上下风向的可吸入颗粒物（PM2.5、PM10）浓度，发现不同牛场间、同一牛场不同生产区域颗粒物浓度差异明显，上风向颗粒物平均浓度显著低于牛场中心区域浓度。De Rooij等[18]通过对2 494 名畜牧场（包括奶牛场）周边居民进行健康调查，发现畜禽场排放的空气颗粒物与居民哮喘发病率、特应性敏感等紧密相关。Williams等[19]曾对美国华盛顿地区距离奶牛场分别0.4 km和4.8 km，共40个居民社区的空气质量指标（颗粒物、NH3、奶牛过敏原）进行测量，认为距离牛场更近的社区环境空气中奶牛过敏原、NH3和颗粒物浓度分别是距离更远社区的60 倍、8 倍、2 倍。由此可见，奶牛场排放的颗粒物对奶牛、工人及周边居民健康存在不同程度的危害。当前，随着奶牛场建筑结构由传统的小型开放式向大型半开放式、密闭式转变，奶牛场颗粒物所带来的健康和福利问题值得引起重视。

颗粒物还是形成雾霾、酸雨等气象灾害重要的前体物质，在规模化奶牛生产条件下，产生的大量空气颗粒物容易造成局部地区气候条件恶化，进而影响奶牛场及周边地区的生产运营。同时，颗粒物协载的重金属、NH3、挥发性有机物质等进入大气环境后，通过一系列物理和化学反应，形成粒径分布、化学性质不同的二次颗粒物，成为目前亟待解决的难题。受到测试技术、监测与控制成本等限制，目前关于奶牛场空气颗粒物排放量仍没有得到充分评估，也没有充分的科学证据证明其与改变生态系统的直接关系。

2 颗粒物特性

2.1 浓度和排放水平

2.1.1 浓度

浓度是颗粒物的重要特征之一。多数研究表明，奶牛舍不同粒径的颗粒物浓度通常小于鸡舍和猪舍，这主要因为牛舍的建筑结构通常为开放或半开放类型，多采用自然通风方式，舍内环境易受外界的影响[8，10，12，20]。Winkel等[8]、Schmidt[21]、和Schrade等[22]在测量不同类型牛舍时均得到牛舍内PM10浓度稍高于外界环境，Kaasik等[11]测量得到牛舍内外PM10、PM2.5浓度显著相关。部分监测结果出现了牛舍内颗粒物浓度小于舍外环境的现象，并认为颗粒物的粒径越小，其受外界环境的影响越大[11，12，22]。表1总结了不同国家或地区奶牛舍不同粒径颗粒物浓度的测量结果，其中以北欧国家施行的畜禽舍空气污染物排放多国监测计划、美国实施的国家空气排放监测研究和瓦赫宁根大学开展的荷兰畜禽舍颗粒物排放调查研究具有代表性[8～10，12]。Takai等[10]调研的24 栋拴系和24 栋散栏饲养奶牛舍的颗粒物浓度，测量结果显示，奶牛舍内可入肺颗粒物和可吸入颗粒物的平均浓度分别为70.0 μg/m3和380.0 μg/m3。Joo等[12]测量了美国华盛顿州2 栋自然通风奶牛舍，得到2 栋舍的PM2.5、PM10和TSP的浓度分别为72.6 μg/m3、330.0 μg/m3、866.0 μg/m3和67.8 μg/m3、577.0 μg/m3、1702.0 μg/m3；Winkel等[8]测量得到4 栋舍饲散栏奶牛舍内的PM2.5、PM10和可吸入颗粒物浓度分别为13.8 μg/m3、40.0 μg/m3和295.0 μg/m3。整体而言，多数研究中对同一粒径颗粒物浓度的测量结果基本处在同一数量级，测量结果的差异主要来源于气候、牛舍类型、牛群大小、测量方法等。相对于其他研究测量结果，Joo等[12]测量得到的结果较高，这一方面可能源于监测牛舍的奶牛数量较多，另一方面源于测量点和测量设备的差异，该研究采用单点布置，仅将监测设备布置在牛舍中央，距离屋顶通风口下方1.5m位置处，而Winkel等[8]与Kaasik等[11]均采用多点布点方式，并未在屋顶通风口处布置监测点。综合不同研究结果可得，奶牛舍PM2.5、PM10平均浓度变化范围分别在1.1～787.4 μg/m3和3.0～2 177.0 μg/m3。Hinz等[23]在测量奶牛舍的TSP浓度后认为牛舍的TSP浓度一般小于1 000.0 μg/m3。

表1 奶牛舍颗粒物浓度 单位；μg/m3

在奶牛舍颗粒物浓度变化规律上，不同研究得到的变化规律不尽相同，但多数测量结果显示，颗粒物浓度日变化总体呈现白天高，夜间低，白天波动较大，夜间平稳的特征，峰值的出现和波动总体上受到奶牛活动量和管理措施等因素的影响[8，10，24]。Takai等[10]得到英国与丹麦、荷兰与德国地区奶牛舍白天可吸入颗粒物浓度分别高出夜晚50%～60%和10%～20%”。认为这主要因为奶牛白天的活动量大于夜间，高活动量会促使落至地面的颗粒物再次进入空气中，导致浓度增加。Joo等[12]发现PM10和PM2.5小时浓度均值在早晨出现阶段性峰值，傍晚达到最高，在午夜至凌晨时段达到低谷，这受到奶牛采食等过程的影响。由于现阶段颗粒物测量仪器体积较大、维护费用昂贵等，目前关于牛舍颗粒物在不同空间的分布规律的研究较少。其中，Zhao等[25]在测量美国俄亥俄州两栋奶牛舍内的空气质量时，在牛舍内的不同空间区域设置了8 个采样点，但统计分析得到牛舍不同区域的颗粒物浓度相近，不存在显著差异。

相较国外，国内奶牛舍颗粒物浓度相关研究仍然有限。周英昊等[26]、高玉红等[27]间断测量了河北地区不同类型奶牛舍内PM2.5和PM10浓度变化范围分别为28.5～211.5 μg/m3和1.9～44.2 μg/m3，但总体而言，监测结果仍无法系统的反映奶牛舍颗粒物浓度水平及其动态变化过程。

2.1.2 排放

奶牛舍颗粒物的排放特征除与浓度有关外，还受到牛舍通风量和通风方式影响，多数研究表明，奶牛舍颗粒物的排放率相较于猪舍和鸡舍更低。Takai等[10]得到鸡舍、猪舍和奶牛舍可吸入颗粒物排放率分别为762 mg/h·500 kg、3 165 mg/h·500 kg、145 mg/h·500 kg，可入肺颗粒物的排放率分别为85 mg/h·500 kg、504 mg/h·500 kg、24 mg/h·500 kg，Winkel等[8]在测量了荷兰地区的36 个不同类型鸡舍、猪舍和牛舍的颗粒物排放率，以mg/h·500 kg、mg/h·hpu为单位，奶牛舍的PM2.5、PM10和可吸入颗粒物的排放率均为最低。表2总结了各国家现场测算的奶牛舍不同粒径颗粒物的排放率。从数值上来看，部分研究结果间存在较大差异，例如Joo等[12]测量牛舍的PM2.5和PM10排放率分别约是Winkle等[8]测量结果的101 倍和73 倍，排放率测试结果存在较大差异除了受气候条件、牛舍建筑、测量点布置、测量仪器等因素影响外，还受到通风量测算方法的影响。目前，准确的测算自然通风奶牛舍的通风量仍然存在困难，相较于Winkle等[8]采用的二氧化碳平衡法，Joo等[12]采用将16 个三维声波风速仪均匀布置于牛舍侧墙的方式测量通风量。由于现场测量不仅很难准确估算通风量，也存在时间、人力和物力消耗较大的问题，部分研究通过反演方式对牛舍或整个牛场的颗粒物排放率进行估算，但多数研究主要应用于肉牛场[28，29]。Goodrich等[30]和Marchant等[31]分别借助ISC3和AERMOD模型反演估算奶牛舍的颗粒物排放率，其中Marchant等[31]在比较了激光雷达现场测量和模型估算的结果后得到，现场测量结果小于估算结果，最大差距可达3 倍以上，这可能源于反演估算方法对部分颗粒物排放过程的模拟（如颗粒物的羽流抬升过程）采用简化或省略的方式。

表2 奶牛舍颗粒物排放率汇总

季节与奶牛舍通风率存在密切联系，通常情况下，由于奶牛舍夏季通风率高于冬季，因此，夏季奶牛舍的颗粒物浓度小于冬季，排放率高于冬季[8，11，24]，例如Winkel等[8]、Purdy等[24]分别得到新墨西哥州南部4 个牧场夏季颗粒物平均浓度低于冬季，排放水平高于冬季，荷兰地区散栏奶牛舍的PM10排放率呈现夏季最高、春秋季节次之、冬季最低的特点。但受气候和管理方式等因素的影响，部分地区奶牛舍在冬夏季均采用自然通风方式，舍内颗粒物浓度及排放率不存在季节差异或呈现相反的状况[10，12，21]。

2.2 颗粒物与臭气、微生物耦合

与其他畜禽场类似，奶牛场产生的90%空气颗粒物由有机物质组成[5]，这些有机粒子主要有真菌、细菌、病毒、内毒素、过敏原等生物活性物质，还有源自奶牛舍及附属生产设施内的饲料、垫料、粪便和动物皮屑等。奶牛场颗粒物成分主要元素包括C、O、N、P、S、Na、Ca、Al、Mg、K等，由于草料相对较多，奶牛舍颗粒物中矿物质和灰烬含量更高[32]。奶牛场颗粒物对健康和环境的影响除了其自身理化特性外，实际上更多源于奶牛场产生的有害气体、致病微生物与颗粒物间的协同耦合作用，颗粒物作为“可移动”排放源在传播扩散过程中不断释放有害气体和微生物，危害人和动物健康，污染大气环境，传播畜禽疾病等，是制约产业可持续发展的重要因素。然而，目前对于奶牛场已有的研究主要是针对单一空气污染物质的排放或影响效果，关于多种污染物质之间耦合效果的研究却相当匮乏。

2.2.1 颗粒物-臭气耦合

畜禽舍内产生的臭气物质主要包括部分无机气体（如NH3、H2S等）和挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs），与空气中游离态臭气物质相比，附着在颗粒物上的臭气随颗粒物的运移、悬浮、沉降等具有不同的排放特征。现有研究主要关注猪舍和鸡舍等密闭环境，而奶牛舍颗粒物与臭气耦合的研究仍然处于空白，这主要由于奶牛场的开放式系统对颗粒物与臭气在采样和检测方法上提出了更多挑战。Razote等[33]通过溶液萃取（Solvent Extraction）、固相微萃取（Solid-phase Microextraction）和推拉法（Purge and Trap）3 种技术确定出猪舍空气粉尘吸附的84 种挥发性有机物质，得到大部分物质同样存在于猪场空气和粪便中。现有研究表明，空气颗粒物吸附的臭气种类复杂，且臭气物质在不同粒径颗粒物上分布规律不同。Cai等[34]利用气相色谱-质谱联用法（GC/MS）结合固相微萃取技术确定出猪舍颗粒物吸附臭气物质达50 种，这些物质分子量范围在34.08～234.39 mol/kg、理化性质分散，主要臭气物质包括甲硫醇、异戊酸、4-甲基苯酚、吲哚、臭粪素等，并发现总悬浮颗粒物（TSP）吸附臭气物质绝对量高于PM1.0和PM10，但平均到单位重量或表面积颗粒物后，细颗粒物（PM1.0）具有更强的吸附量。此外，Yang等[35]通过采集美国中西部地区20 栋畜禽场排放的TSP、PM10，分析并量化出57 种非含硫颗粒物-臭气物质，这些臭气物质在不同类型畜禽舍、不同季节其成分和含量上具有明显差异。和猪舍相比，鸡舍颗粒物臭气含量相对较低，但所吸附的主要臭气物质差异明显[36]。由于我国不同地区气候多样，不同牛舍类型内颗粒物与臭气的耦合特征可能存在较大差异，因此，有必要对奶牛场颗粒物-臭气进行针对性研究。

2.2.2 颗粒物-微生物耦合

微生物广泛存在于奶牛场各个生产要素，包括饲料、粪便、垫料发酵等，对于奶牛等反刍动物，其反刍和排气等生理活动也是空气微生物的主要来源，排放到空气中的微生物大部分以颗粒物作为培养和传播介质，形成生物气溶胶（Bioaerosol）的主要部分。国内外已经针对奶牛舍微生物气溶胶进行的研究主要是关于微生物气溶胶对奶牛生产性能、健康水平的影响。Dungan等[37]针对拴系式奶牛舍进行微生物气溶胶研究，发现奶牛长期饲养在该环境中其呼吸道疾病的传播速度和发病率明显上升；伍清林等[38]认为奶牛舍环境中微生物含量直接影响奶牛乳房炎的发病率，进而可能影响奶牛产奶量。奶牛场颗粒物协载的微生物成分和浓度随奶牛场类型、生产节律、温湿度等变化呈现不同的变化规律[39～41]，我国冬季奶牛场一般气载细菌和真菌数量浓度分别在1 540～10 487 CFU/m3和169～731 CFU/m3[42]。受辐射、温湿度变化等影响，奶牛场微生物气溶胶在传播过程中，其生物活性存在衰减过程，研究相关致病微生物的衰减机制对于畜禽疫病防控具有重要意义。近年来，关于不同粒径范围颗粒物与微生物耦合关系及生物多样性研究在不断增多，Liu等[43]通过对荷兰多种畜禽舍空气质量监测，发现不同粒径颗粒物吸附的细菌、真菌的数量和主要微生物种类存在差异，且不同畜种间微生物种类差异明显。目前，规模化奶牛场颗粒物与微生物耦合关系的研究仍然有限，为进一步研究奶牛舍颗粒物与微生物的耦合特性，可借助基因测序和宏基因组学等生物检测技术，针对易引起疾病传播的有害微生物，探究其在不同粒径颗粒物上的分布规律、传播特性、衰减机制等。

2.3 扩散模型与应用

区别于直接与间接接触传播，空气颗粒物及其承载的臭气和致病微生物的扩散是引起奶牛场空气污染和疾病感染的重要原因，具有涉及范围广，过程复杂且难以控制等特点。扩散模型能够结合地形、天气及排放源的特征等因素来模拟颗粒物对场区内及周边地区的影响，主要用于确定畜禽场污染物扩散距离及反演计算污染源排放率。目前应用于畜禽场的颗粒物扩散模型主要包括ISC3，AERMOD，CFD和经验模型等。AERMOD是一种使用较为广泛的稳态烟羽模型，它在扩散统计理论的基础上，假设污染物的浓度分布在一定程度上服从高斯分布。美国环保署于2007年将AERMOD正式替代ISC3作为推荐模型，我国《环境影响评价技术导则—大气环境 HJ 2.2—2018》标准中将其作为50 km范围内的推荐模型[44]。多数研究将AERMOD应用于鸡与猪场的臭气、氨气、硫化氢等气体的扩散模拟[45，46]，部分研究通过AERMOD模型反演计算肉牛场、鸡场的颗粒物排放率等[47，48]，少数研究通过AERMOD探究奶牛场臭气、氨气、颗粒物的扩散距离[49，50]。Huang等[49]以24 h内PM2.5浓度50 μg/m3为扩散边界浓度，通过AERMOD模拟得到加拿大一奶牛场100 m以外环境颗粒物浓度均低于50.0 μg/m3，以1.4 mg /m3和14.0 μg/m3作为氨气和硫化氢的扩散边界浓度，得到了相同结果。该研究结果基于178 头规模的牧场，采用每月1 次的现场监测结果测算牛舍颗粒物排放率，在研究规模及采样方法上无法准确代表大型牧场的颗粒物扩散情况。基于计算流体力学的CFD模型适用于场区的扩散模拟[13]，但Hong等[51]得到CFD模型能够有效预测不同气候条件下猪场臭气对外围的扩散情况。Bonifacio等[28]对比了AERMOD与CFD模型，认为两个模型对于风速和大气稳定度的反馈相同，得到AERMOD更适合模拟面源污染物扩散情况，但较CFD模型在计算下风向点的浓度时偏小，且在不同高度处的浓度计算结果相同。经验模型多为采用回归、神经网络等统计学方法获取的数学模型，例如Schauberger等[52]提出的AODM经验模型（Austrian Odour Dispersion Model）。Wu等[53]分别用经验模型AUSTAL2000和AODM与AERMOD模拟了北京郊区一300 头奶牛场的臭气扩散情况，得到最大扩散距离分别为524 m、440 m和655 m，认为3个模型的一致性较好。

3 关键影响因素

探究奶牛舍颗粒物特性的关键影响因素是制定牛舍减排措施的的重要参考依据。多数研究表明，影响奶牛舍颗粒物浓度的主要因素包括牛舍建筑结构、牛舍环境、饲养和管理方式、奶牛活动量等，各因素间存在相互作用。

（1）建筑结构

牛舍的建筑结构形式往往能够反映一个国家或地区的气候类型、奶牛饲养和管理方式以及牛舍通风状况。Takai等[10]将英国、荷兰、丹麦和德国4 个国家与本国不同奶牛舍建筑类型作为交叉影响因素进行分析后发现，该交叉因素会显著影响牛舍颗粒物浓度水平，且建筑类型对牛舍颗粒物浓度水平的影响在各国家表现不同。高玉红等[27]得到在河北地区不同牛舍类型在不同季节的PM2.5与PM10均存在显著差异，周英昊等[26]认为牛舍建筑结构直接影响了牛舍通风状况，进而改变牛舍颗粒物水平。

（2）牛舍环境

影响奶牛舍颗粒物水平的环境参数通常包括温度、相对湿度、风速和氨气浓度等。温度变化与颗粒物浓度具有正相关关系，高温更容易使饲料粉末、粪末以及尘土悬浮于空中，同时适宜的温度会间接影响奶牛的活动量，从而影响颗粒物浓度数值变化[12]。多数研究表明，相对湿度与颗粒物浓度之间具有负相关关系，较高的湿度不易使饲料等颗粒物进入空气中，同时会促使颗粒物间的相互凝结，起到降尘作用[10，11]，但也有学者认为，高湿环境中细小水滴可能会增加PM10和PM2.5的浓度[10，11]。自然通风方式下，外界风速等气象条件也会对颗粒物的日变化规律产生较大影响，Purdy等在测量牛场PM10浓度时发现每天的7：00-8：00时间段浓度较高，19：00-20：00浓度较低，这主要受到外界风速的影响[24]。

通风是调节牛舍环境状况的主要方式，增加通风量除了能够降低牛舍颗粒物水平外，也会向牛舍引入外界的颗粒物，例如Schrade等[22]发现在秋收季节，外界颗粒物浓度显著高于牛舍内。当牛舍的通风量较大时，过高的风速会增加湍流，进而导致地面的颗粒物再次进入空气中，或促使颗粒物长时间悬浮于空中，从而增加牛舍颗粒物浓度[12]。

（3）饲养和管理方式

饲养和管理方式通常指奶牛舍卧床类型、是否配有卧床垫料和运动场、清粪或喂料方式以及对应的饲喂、更换卧床垫料、挤奶、清粪等过程。Takai等[10]认为带有卧床垫料的牛舍颗粒物浓度更高，但浓度的高低还受到不同垫料类型的影响；运动场会减小舍内奶牛活动的数量，从而降低牛舍内颗粒物浓度[21]。从牛舍颗粒物浓度的变化中可以看到，饲喂和更换卧床垫料过程会明显增加牛舍颗粒物浓度水平[12，54]，Nieuwenhuijsen等[55]在探究加州地区不同农业活动过程对颗粒物的贡献时得到，牧场的饲喂过程会显著增加颗粒物浓度水平，清粪次之，挤奶最小。奶牛活动量的增加可能会促使牛舍颗粒物浓度增加，Joo等[12]研究发现奶牛活动量与TSP浓度具有正相关关系，但与PM2.5和PM10的相关性较小。

（4）其他

由于颗粒物测量设备体积较大，维护成本高，颗粒物的采样方法、采样频率和周期等因素同样会影响颗粒物特性，采用单点和短周期的浓度测量方式往往无法保证测量数据的准确性和测量期间数据的代表性。Purdy等[24]通过撞击原理的高流量顺序式采样器（High-volume Sequential Reference Ambient Air Samplers，RAAS）得到夏季PM10和PM2.5平均浓度低于冬季，但在相同位置处采用激光散射原理的颗粒物测量仪（DustTrak）测量得到牛场PM10浓度的季节性差异不显著。Schmidt等[21]在测量不同粒径颗粒物浓度季节变化时得到夏季不同粒径颗粒物的浓度均高于冬季，认为这可能与牛舍结构设计和有限的数据采集时间有关，文章仅在夏季和冬季分别采样10 天，并未进行连续采样，数据缺乏代表性。因此，对于奶牛舍颗粒物时间分布规律的探究建议采用多点连续的长时间采样方式。

综上所述，颗粒物的时间分布规律在本质上是多种因素共同作用的结果，通常情况下，颗粒物日变化规律主要受到奶牛节律和管理方式的影响，呈现白天高，夜晚低，白天波动大，峰值较多，夜晚平稳的特点，颗粒物季节变化规律主要受到奶牛舍通风率和管理方式的影响，多呈现颗粒物浓度冬季高、夏季低、颗粒物排放率夏季高、冬季低的规律，但由于不同气候区在牛舍结构、牛群大小、夏冬季环境管理方式、周边地区环境等因素存在差异，对颗粒物季节变化规律产生影响的主导因素不同，导致研究结果不尽相同。

4 总结与展望

在我国奶牛场规模化发展背景下，颗粒物对奶牛、工作人员和周边地区的潜在危害逐渐增加，但目前国内外仍然缺乏系统全面的奶牛舍颗粒物研究，现有研究多基于单点、短周期以及小规模奶牛场的监测和模拟结果，部分研究结果间差距较大或存在矛盾。此外，受我国地域广阔，气候类型多样的影响，不同地区的奶牛养殖类型和方式呈现多样化，不同类型奶牛舍颗粒物的特性不可一概而论。因此，奶牛舍颗粒物的相关研究还可以在以下方面进行挖掘。

（1）基于多点、长周期连续监测的不同类型奶牛舍颗粒物动态特性研究

奶牛舍具有跨度大、管理过程多样等特点，单点和间歇采样使得监测结果代表性不足。因此，借助激光散射等原理的颗粒物传感器和物联网技术，采用多点、长周期连续监测方式能够更加全面的反映牛舍颗粒物的浓度、排放等特性的动态变化特征，量化不同季节、不同管理措施等对奶牛舍颗粒物的贡献。此外，受气候和牛舍类型等因素的影响，不同气候和牛舍类型的颗粒物特性仍然需要进一步明确。

（2）规模奶牛场空气颗粒物与致病微生物、臭气耦合与传播研究

颗粒物作为臭气和微生物的重要载体，随着奶牛场养殖规模的增加，其对场区及周边地区的环境威胁不断增大。通过舍内外布点和采样分析，运用热脱附-气相色谱-质谱、宏基因组学等检测技术，探究不同通风类型牛舍空气颗粒物与致病微生物、臭气物质在浓度、粒径分布等特性上的耦合关系。结合多元环境参数在线监测技术，构建牛舍内外空气颗粒物空气动力学传播模型，为规模化奶牛场环境风险评估和制定环境控制策略提供技术参考。