，

（泰安市岱岳區(qū)畜牧獸醫(yī)局，山東泰安 271000）

養(yǎng)殖環(huán)境細(xì)菌微生物氣溶膠粒徑分布及其健康危害評(píng)估

鐘召兵，王寧

（泰安市岱岳區(qū)畜牧獸醫(yī)局，山東泰安 271000）

為深入了解畜禽舍環(huán)境中氣載細(xì)菌微生物的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布規(guī)律，并評(píng)估其潛在的健康危害風(fēng)險(xiǎn)，采用Andersen-6級(jí)微生物空氣采樣器以血-瓊脂培養(yǎng)基、沙氏培養(yǎng)基和高氏合成1號(hào)培養(yǎng)基為采樣介質(zhì)，對(duì)雞舍、豬舍、牛舍環(huán)境中空氣樣品進(jìn)行系統(tǒng)定點(diǎn)取樣、測(cè)定及分析。研究結(jié)果表明，雞舍環(huán)境中氣載需氧菌含量最高，豬舍次之，牛舍最低；空氣細(xì)菌粒徑分布均為第Ⅰ級(jí)最高，雞舍空氣粒徑呈偏態(tài)分布，牛舍、豬舍分別在第Ⅲ級(jí)和第Ⅳ級(jí)出現(xiàn)第2個(gè)峰值。攜帶細(xì)菌可吸入微粒在豬舍環(huán)境中比例最大?？諝庹婢c放線菌均在第Ⅳ級(jí)最高，攜帶真菌和放線菌可吸入粒子的比例顯著大于細(xì)菌（P<0.05）。雞舍、豬舍、牛舍空氣微生物粒徑各級(jí)分布比例基本一致。在雞舍、豬舍、牛舍每天約有6.1×105CFU、4.7×104CFU和3.6×104CFU氣載細(xì)菌微生物可分別進(jìn)入人和動(dòng)物小支氣管或直接進(jìn)入肺泡，從而對(duì)人和動(dòng)物健康構(gòu)成潛在危害。

畜禽舍；細(xì)菌微生物氣溶膠；粒徑分布；潛在威脅

空氣微生物對(duì)人類(lèi)的危害除了與微生物種類(lèi)和濃度有關(guān)外，還與微生物氣溶膠大小有關(guān)[1]。微生物附著在固、液顆粒上進(jìn)入空氣形成微生物氣溶膠，粒譜范圍較廣，為0.002～30mm[2]。微生物氣溶膠可以借助空氣介質(zhì)擴(kuò)散和傳輸，引發(fā)人類(lèi)急、慢性疾?。ㄈ鐐魅静?、過(guò)敏癥或中毒）以及動(dòng)植物疾病的流行傳播[3]。畜禽許多重大烈性傳染病的傳播為氣源性傳播，其病原微生物形成氣溶膠后更容易擴(kuò)散，并且傳播距離很遠(yuǎn)。例如1981年口蹄疫病毒（FMDV）由法國(guó)布列塔尼地區(qū)通過(guò)空氣傳播到英格蘭南部，導(dǎo)致英格蘭口蹄疫爆發(fā)[4]；2001-2002年在美國(guó)由于空氣傳載炭疽引起多人死亡[5]；肺炎克雷波氏菌也可經(jīng)空氣傳播等。同時(shí)，高濃度微生物氣溶膠也與養(yǎng)殖人員的呼吸道過(guò)敏和哮喘癥狀相關(guān)[6-7]。大量研究證明，人們要重視畜禽環(huán)境氣溶膠的危害。

國(guó)外在畜禽舍環(huán)境與人類(lèi)和動(dòng)物健康方面已做過(guò)很多研究，證實(shí)了空氣中微生物及其代謝產(chǎn)物（內(nèi)毒素、氨、硫化氫等）是影響動(dòng)物健康的重要因素[8]，而國(guó)內(nèi)對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境細(xì)菌微生物氣溶膠的研究甚少。因此，本研究對(duì)雞舍、豬舍、牛舍空氣細(xì)菌微生物粒徑結(jié)構(gòu)與分布規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)、全面的研究并評(píng)估其危害，這對(duì)控制畜禽環(huán)境及周邊地區(qū)的空氣污染具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 養(yǎng)殖場(chǎng)情況

研究在雞場(chǎng)、豬場(chǎng)、牛場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行，各場(chǎng)的具體情況見(jiàn)表1。

表1 研究用雞舍、豬舍和牛舍場(chǎng)情況

1.2 采樣介質(zhì)和樣本采集

采樣平皿用9cm的玻璃平皿，氣載細(xì)菌用血-瓊脂培養(yǎng)基，氣載真菌用沙氏培養(yǎng)基，氣載放線菌用高氏1號(hào)培養(yǎng)基。

每月取樣3天，上午9:00～11:00采集樣品，采樣高度距離地面1.2～1.5m。采樣器流量28.3L/ min，氣載細(xì)菌和真菌采樣時(shí)間為3～5min，氣載放線菌采樣時(shí)間為5～10min。采樣前2天及當(dāng)日無(wú)雨、霧、雪，盡可能消除由氣溫與含水量變化引起的誤差。采樣時(shí)在同等條件下進(jìn)行不采樣空白對(duì)照，以檢查采樣過(guò)程中有無(wú)其他染菌因素存在。

1.3 采樣方法和培養(yǎng)方法

應(yīng)用國(guó)際通用的Andersen-6空氣微生物采樣器進(jìn)行采樣，該采樣器是模擬人呼吸道的解剖結(jié)構(gòu)和空氣動(dòng)力學(xué)特征，利用慣性撞擊原理設(shè)計(jì)，分為6級(jí)，每級(jí)400個(gè)孔，從上至下孔的直徑逐級(jí)縮小，空氣流量一定，流速逐級(jí)增大，從而將空氣中帶菌粒子按粒徑不同分別收集在采樣器各級(jí)培養(yǎng)皿上。采樣器各級(jí)特征見(jiàn)表2。

空氣細(xì)菌樣品在37℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)48h，空氣真菌樣品在28℃培養(yǎng)72h，空氣放線菌樣品在28℃培養(yǎng)120h。

1.4 計(jì)算方法

1.4.1 空氣細(xì)菌微生物粒子數(shù)校正公式

當(dāng)通過(guò)各級(jí)篩孔的菌粒子超過(guò)一定數(shù)量時(shí)，會(huì)出現(xiàn)菌粒撞擊在一點(diǎn)的重疊現(xiàn)象，故各級(jí)采集活性生物粒子數(shù)按下式校正：

式中：

Pr—校正后的菌落數(shù)；

N—采樣器各級(jí)采樣孔數(shù)；

r—實(shí)際菌落數(shù)；

1.4.2 各級(jí)帶菌粒子百分比計(jì)算公式

式中：

P—各級(jí)帶菌粒子百分比；

n—各級(jí)菌落數(shù)；

T—6級(jí)總菌落數(shù)；

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)微生物氣溶膠粒徑進(jìn)行平均數(shù)差異顯著性檢驗(yàn)（t檢驗(yàn)），以P＜0.05為差異顯著性。用SPSS Version13.0和Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表繪制。

1.6 細(xì)菌氣溶膠潛在危害評(píng)估

細(xì)菌氣溶膠在人和動(dòng)物呼吸道不同部位的到達(dá)量，以及每分鐘吸入細(xì)菌的CFU表示，即由人或動(dòng)物的呼吸量（m3/min）乘以可到達(dá)小支氣管及肺泡細(xì)菌含量求得。Andersen-6級(jí)生物空氣微生物采樣器Ⅰ-Ⅱ級(jí)收集的細(xì)菌粒子（>6.0mm）可通過(guò)上呼吸道，Ⅲ-Ⅵ級(jí)收集的粒子（≤6.0mm）可沉著在小支氣管或直接進(jìn)入肺泡。到達(dá)上呼吸道或小支氣管、肺泡的需氧量為Ⅰ-Ⅱ級(jí)或Ⅲ-Ⅵ級(jí)所占比例乘以樣本總含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 雞舍、豬舍、牛舍微生物氣溶膠粒徑分布

2.1.1 細(xì)菌氣溶膠粒徑分布

雞舍、豬舍、牛舍細(xì)菌氣溶膠均在Ⅰ級(jí)分布比例最高，分別為33%、24%、26%（圖1）。雞舍空氣粒徑呈偏態(tài)分布，牛舍、豬舍分別在第Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)出現(xiàn)第2個(gè)峰值。攜帶細(xì)菌可吸入微粒在豬舍環(huán)境中比例最大。3個(gè)畜禽舍攜帶細(xì)菌的可吸入微粒（＜8.2mm）分別為67%、76%和74%。

圖1 雞舍、豬舍和牛舍細(xì)菌氣溶膠粒徑分布

雞舍由于封閉并安裝雨簾和排氣等裝置，舍內(nèi)空氣細(xì)菌氣溶膠可以隨氣體交換進(jìn)入舍外環(huán)境中；而牛場(chǎng)有綠地和樹(shù)木、地表灰塵等，空氣中存在細(xì)菌氣溶膠；豬舍地面硬化，用人工除糞，污水中的細(xì)菌隨水滴進(jìn)入空氣中，在采樣過(guò)程中高速氣流使水滴風(fēng)干或變小，細(xì)菌氣溶膠粒徑變小，可以更多進(jìn)入采樣器的高級(jí)。細(xì)菌氣溶膠的粒徑在Ⅳ～Ⅵ級(jí)（＜3mm）占44.2%，比雞舍高11%左右。

2.1.2 雞舍、豬舍和牛舍真菌氣溶膠粒徑分布

真菌氣溶膠的分布主要集中在Ⅲ～Ⅴ級(jí)，約占總數(shù)的73%。均在Ⅳ級(jí)出現(xiàn)峰值（2～3mm），約占總數(shù)的31%。最低值分布在Ⅵ級(jí)（＜1mm），分別占6.8%、2.8%、4.3%，攜帶真菌的可吸入微粒（＜8.2mm）約占87%，顯著大于可吸入的細(xì)菌氣溶膠所占比例（P＜0.05）如圖2所示。

圖2 雞舍、豬舍和牛舍真菌氣溶膠粒徑分布

與同一地點(diǎn)細(xì)菌氣溶膠的粒徑分布比較，真菌粒子在Ⅰ、Ⅱ級(jí)上的分布比例明顯減少。這可能是由于細(xì)菌附著在固液顆粒上形成細(xì)菌氣溶膠，而真菌則是以孢子或菌絲的形式獨(dú)立存在于空氣中。研究中觀察到，細(xì)菌菌落的形成與顆粒物撞擊在培養(yǎng)基上的分布一致；而真菌菌落的分布與顆粒物的分布規(guī)律沒(méi)有明顯的關(guān)系。

2.1.3 雞舍、豬舍和牛舍放線菌氣溶膠粒徑分布

3個(gè)畜禽場(chǎng)放線菌氣溶膠粒徑分布趨勢(shì)相似（圖3）。放線菌氣溶膠分布峰值出現(xiàn)在Ⅳ級(jí)（2-3mm），約占總數(shù)的30%。豬場(chǎng)＜1mm的粒子數(shù)超過(guò)20%。攜帶放線菌的可吸入微粒（＜8.2mm）約占80%～90%，這一比例略小于真菌氣溶膠，但顯著大于細(xì)菌氣溶膠（P＜0.05）。這可能是由于放線菌與真菌一樣，以孢子或菌絲狀態(tài)存在于空氣中。

圖3 雞舍、豬舍和牛舍放線菌氣溶膠粒徑分布

2.1.4 雞舍、豬舍和牛舍總細(xì)菌微生物氣溶膠粒徑分布

3個(gè)畜禽舍可吸入帶菌微粒（＜8.2mm）分別為81.7%、86.8%、78.4%（圖4），其中豬舍所占比例最大。

圖4 雞舍、豬舍和牛舍微生物氣溶膠粒徑分布

細(xì)菌微生物氣溶膠在Ⅳ級(jí)（2-3mm）分布最高，約占28%。如此大小的顆粒能進(jìn)入人畜的氣管支氣管甚至支氣管，對(duì)飼養(yǎng)員及動(dòng)物健康構(gòu)成一定的危害。6%～11%的細(xì)菌微生物氣溶膠分布Ⅵ級(jí)（＜0.65mm）上，，如此大小的微粒在空氣中做BROWNSCH運(yùn)動(dòng)，停留較長(zhǎng)時(shí)間，它們能進(jìn)出人畜的肺泡直接感染動(dòng)物。本研究結(jié)果表明畜禽舍內(nèi)53%～65%的粒子可入侵呼吸道深部，且波動(dòng)范圍廣，其危害性相對(duì)較大，可能會(huì)導(dǎo)致畜禽各種呼吸系統(tǒng)疾病。

2.2 畜禽舍空氣細(xì)菌微生物氣溶膠潛在危害評(píng)估

2.2.1 畜禽舍空氣微生物的吸入量

本研究采用Andersen-6級(jí)空氣微生物收集器，可以采集到粒譜范圍在0.2～20 mm的粒子，并統(tǒng)計(jì)各種直徑的粒子數(shù)量，了解細(xì)菌微生物氣溶膠顆?？諝鈩?dòng)力學(xué)直徑（Dae50）大小，可以估計(jì)它們傳播距離和進(jìn)入呼吸道的深度，判斷能否進(jìn)入肺泡和在空氣中懸浮時(shí)間，間接推斷其對(duì)人及動(dòng)物造成的危害程度。

氣溶膠在人和動(dòng)物呼吸器官不同部位的到達(dá)量，以每分鐘吸入微生物的CFU表示，即由人或動(dòng)物的呼吸量（m3/min）乘以可到達(dá)小支氣管及肺泡微生物含量求得。根據(jù)人的吸氣量（6.94×10-3m3/ min）以及在舍內(nèi)的停留時(shí)間（8h），飼養(yǎng)人員在一天內(nèi)可吸入6.1×105CFU（雞舍）、4.7×104CFU（豬舍）和3.6×104CFU（牛舍）空氣細(xì)菌微生物，其中Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)上的空氣細(xì)菌微生物可進(jìn)入飼養(yǎng)人員的鼻腔和上呼吸道，這些顆?？諝鈩?dòng)力學(xué)直徑大于6mm，如此大小的顆粒在空氣中懸浮時(shí)間短，其最多能通過(guò)鼻腔到達(dá)氣管，但由于重力作用將很快沉落，在一般情況下，對(duì)人和動(dòng)物的威脅不大。但是Ⅲ～Ⅵ的氣載微生物可以在空氣中做BROWNSCH運(yùn)動(dòng)，停留較長(zhǎng)時(shí)間，能進(jìn)入呼吸道深部，沉著在人和動(dòng)物的小支氣管或直接侵入肺泡，且波動(dòng)范圍廣，其危害性相對(duì)較大，對(duì)人和動(dòng)物的健康構(gòu)成威脅[9]。

2.2.2 畜禽舍空氣細(xì)菌微生物氣溶膠潛在危害

氣溶膠的粒徑范圍通常為1～100mm，其中1～10mm內(nèi)的細(xì)菌氣溶膠與呼吸道疾病密切相關(guān)。所致疾病主要由粒徑為1～5mm的細(xì)菌氣溶膠引起，其中銅綠假單胞菌（（Pseudomonas aeruginosa ，PAE），是重要且常見(jiàn)的條件致病菌，感染途徑主要通過(guò)呼吸道引起人及動(dòng)物的肺炎、肺栓塞，也可引起菌血癥與敗血癥等病癥[10]；而多殺性巴氏桿菌是一種常見(jiàn)的呼吸道致病菌，導(dǎo)致上呼吸道感染；溶血性巴氏桿菌能引起反芻動(dòng)物如牛、綿羊、山羊發(fā)生肺炎，導(dǎo)致羔羊發(fā)生急性敗血癥[11]。此菌也可感染人，對(duì)飼養(yǎng)人員的健康有潛在的危害。有研究表明每克肺可培養(yǎng)出2.2×106CFU/m3細(xì)菌的雛火雞5d即全部死亡；如果低于5.2×105CFU/m3，發(fā)病延遲，死亡減少，感染后3～4d出現(xiàn)死亡[12]。

采樣點(diǎn)畜禽舍空氣中細(xì)菌含量沒(méi)有達(dá)到上述濃度，并不會(huì)引起畜禽群的發(fā)病，這說(shuō)明檢測(cè)畜禽舍內(nèi)空氣中細(xì)菌濃度可以為疾病的爆發(fā)流行提供預(yù)警資料。雖然采樣點(diǎn)的細(xì)菌氣溶膠濃度不會(huì)對(duì)人或動(dòng)物產(chǎn)生急性危害，但少量而長(zhǎng)期暴露可能會(huì)產(chǎn)生無(wú)急性表現(xiàn)隱匿發(fā)展的慢性疾病[13]。舍內(nèi)空氣微生物對(duì)動(dòng)物和飼養(yǎng)人員的健康會(huì)產(chǎn)生多大危害及含量在多少之內(nèi)不會(huì)影響動(dòng)物和人的健康等問(wèn)題，還有待進(jìn)一步研究。

2.2.3 畜禽舍微生物氣溶膠的控制

畜禽舍環(huán)境衛(wèi)生污染來(lái)源首先是動(dòng)物本身包括糞便和其他排泄物、墊料、飼料甚至飼養(yǎng)人員等，其中糞便為重要來(lái)源。通過(guò)氣體交換向周?chē)h(huán)境擴(kuò)散，為了減少舍內(nèi)氣載細(xì)菌微生物濃度，須采取合理的養(yǎng)殖方式和密度，采取必要的通風(fēng)和消毒措施。畜禽疾病發(fā)生與舍內(nèi)外空氣細(xì)菌微生物濃度大小也有密切關(guān)系，為了動(dòng)物保健和提高生產(chǎn)效益，集約化、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)布局應(yīng)合理，畜禽舍結(jié)構(gòu)、設(shè)施須有利于動(dòng)物糞便等排泄物及時(shí)、迅速的排除、防止塵埃的產(chǎn)生 ；有利于舍內(nèi)新鮮空氣的充分供給；采用現(xiàn)代化的廢棄過(guò)濾裝置，尤其是在城市近郊或養(yǎng)殖密集地區(qū)更有必要。采取以上措施，可以有效地減少細(xì)菌微生物氣溶膠的產(chǎn)生與擴(kuò)散，達(dá)到高效益而又不污染環(huán)境。

3 結(jié)論

本研究對(duì)不同飼養(yǎng)環(huán)境的畜禽場(chǎng)舍內(nèi)氣載細(xì)菌微生物進(jìn)行了檢測(cè)，并對(duì)氣載細(xì)菌微生物的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布規(guī)律進(jìn)行了分析，畜禽舍細(xì)菌氣溶膠在Ⅰ級(jí)所占比例最高，在雞舍呈偏態(tài)分布，在豬舍、牛舍分別在Ⅳ級(jí)和Ⅲ出現(xiàn)第二個(gè)峰值。攜帶細(xì)菌可吸入微粒在豬舍比例最大。真菌與放線菌氣溶膠在3個(gè)畜禽舍中均在Ⅳ級(jí)分布最高，攜帶真菌和放線菌的可吸入粒子的比例顯著大于細(xì)菌（P＜0.05）。客觀評(píng)價(jià)了舍內(nèi)空氣微生物對(duì)動(dòng)物和飼養(yǎng)人員健康的影響，細(xì)菌微生物氣溶膠能侵入呼吸道深部，引起呼吸道等疾病。應(yīng)合理控制飼養(yǎng)密度及調(diào)整舍內(nèi)溫度、濕度等措施來(lái)降低舍內(nèi)空氣中細(xì)菌微生物濃度，以免對(duì)人員和周邊環(huán)境造成危害。

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The Size Distrition and Health Risk Assessment of Microbe Bacterial Aerosol in Livestock and Poultry House

Zhong Zhaobing，Wang Ning

（Taian Daiyue District Animal Husbandry and Veterinary Bureau，Taian，Shandong 271018）

In order to determine the size distribution of aerodynamic particles of bacterial microbe in livestock and poultry house，and to evaluate the potential health threats，air samples were collected systematically at fxed points by Andersen six stages air sampler，using blood agar medium，Sabouraud agar medium and Gause’s synthetic agar medium no.1 in chicken，pig and cow houses，and tested and analyzed for microbe aerosol size distribution. The results showed that bacterial aerosol in livestock and poultry houses were mostly distributed in stage I. Bacterial aerosol appeared skew distribution in chicken house. The second peak appeared in stage Ⅲ and Ⅳ separately in cow and pig houses. The inhalable particles carrying bacteria in chicken house accounted the maximum proportion. The highest distribution peak of fungus aerosol and actinomycetes aerosol appeared in stage Ⅳ. The ration of fungi and actionomycetes carried by inhalable particles were signifcantly higher than bacteria（P<0.05）. The microbe aerosol size distribution proportions were basically identical at all stages. About 6.1×105CFU、4.7×104CFU and 3.6×104CFU airborne aerobic bacteria in livestock and poultry house could be inhaled into the small bronchia or even directly invaded into alveoli，posing potential threats to human and animals health.

livestock and poultry house；microbe aerosol；particle size distribution；potential threat

X172

：B

：1005-944X（2014）11-0101-05

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：“動(dòng)物舍微生物氣溶膠傳播模式研究”[30571381]。