發(fā)酵床育肥豬舍內(nèi)濕熱環(huán)境與通風狀況研究

周忠凱， 秦 竹， 余 剛， 林家彬， 唐玉新， 湯 赤， 陳 俊

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)設(shè)施與裝備研究所，江蘇 南京 210014)

發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)是一種無污染、零排放、不固化土地、低碳高效環(huán)保的養(yǎng)殖實用技術(shù)［1-2］。但夏季發(fā)酵床養(yǎng)殖方式由于發(fā)酵床體不斷發(fā)酵產(chǎn)熱散熱，不僅使舍內(nèi)氣溫升高，而且增加了舍內(nèi)空氣的相對濕度。當環(huán)境溫度逐漸升高時，豬體就開始通過加速血液循環(huán)，加快皮膚與呼吸蒸發(fā)散熱調(diào)節(jié)體溫，表現(xiàn)出活動量和采食量減少、飲水增加、體溫升高、心率加快、生產(chǎn)性能降低等熱應激反應，導致生豬產(chǎn)品質(zhì)量下降［3-4］。此外，當夏季舍內(nèi)溫度較高時，空氣相對濕度大，影響畜禽蒸發(fā)散熱，從而影響生豬的生產(chǎn)性能。研究顯示高溫時環(huán)境濕度增大10%，相當于環(huán)境溫度升高1℃對豬的影響［5］。同時，舍內(nèi)CO2濃度是反映豬舍通風狀況的重要指標之一。了解不同豬舍結(jié)構(gòu)和管理因素對舍內(nèi)CO2濃度及舍內(nèi)通風量的影響，有助于提高舍內(nèi)通風管理，進而改善發(fā)酵床豬舍內(nèi)的環(huán)境狀況［6］。

目前研究集中在提高豬舍環(huán)境質(zhì)量［7-9］，以及豬舍濕熱環(huán)境和通風狀況對生豬生產(chǎn)性能、熱調(diào)節(jié)行為等生理反應的影響研究［10-15］，大部分集中在水泥地面豬舍，而對自然通風式發(fā)酵床豬舍的研究較少。本研究擬分析江蘇境內(nèi)兩種不同結(jié)構(gòu)發(fā)酵床對豬舍溫濕環(huán)境狀況、CO2濃度和舍內(nèi)通風狀況的影響，旨在為改善發(fā)酵床豬舍的管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 生豬飼養(yǎng)及設(shè)施

試驗于2011年10月4日至2012年9月3日在江蘇省農(nóng)業(yè)科學院六合動物科學試驗基地發(fā)酵床豬場進行。試驗選擇2棟不同建筑材料(彩鋼瓦和大棚膜結(jié)構(gòu))半鐘樓式結(jié)構(gòu)的發(fā)酵床豬舍，彩鋼瓦結(jié)構(gòu)豬舍為 30.0 m×9.0 m×3.0 m(長×寬×高)，大棚膜結(jié)構(gòu)豬舍為 30.0 m×9.0 m×3.5 m(長×寬×高)，詳細結(jié)構(gòu)見圖1。豬舍豬欄排列方式為單列式，北墻設(shè)有過道1.2 m寬，采用自然通風方式。大棚膜結(jié)構(gòu)豬舍通風由卷簾控制;彩鋼瓦結(jié)構(gòu)豬舍北側(cè)有4個窗戶，南側(cè)通風口由卷簾控制。冬季(2011年12月至2012年2月)豬舍南北部的窗戶和通風口關(guān)閉，春秋季節(jié)(2011年9～11月，2012年3～5月)北部的通風口關(guān)閉，南部開啟，夏季(2012年6～8月)南北部通風口全部打開進行通風，并開啟噴霧降溫設(shè)備進行降溫。

發(fā)酵床體采用地下式結(jié)構(gòu)，床體墊料厚度80 cm，由鋸木屑、稻殼、碎果樹條等組成。每棟豬舍飼養(yǎng)生豬在60頭到80頭之間，每頭生豬所占面積在2.5 m2到3.5 m2之間;育成育肥豬飼養(yǎng)時間為60日齡到180日齡，共計約120 d;進舍體重平均每只20 kg，出欄體重每只90～100 kg;生豬飼養(yǎng)采用自由采食方式，飲水采用鴨嘴式自動飲水系統(tǒng)。

1.2 豬舍內(nèi)溫濕度與氣體濃度測定

為了解發(fā)酵床豬舍內(nèi)的溫濕度和通風狀況，對2棟發(fā)酵床豬舍不同季節(jié)的溫度(T)、濕度(HR)、二氧化碳(CO2)濃度進行了近1年的監(jiān)測(期間飼養(yǎng)2批生豬)。由于儀器設(shè)備調(diào)試，彩鋼瓦結(jié)構(gòu)豬舍內(nèi)溫濕度和CO2濃度測試時間為2011年10月4日至2012年9月3日，大棚膜結(jié)構(gòu)豬舍開始測試時間為2012年1月6日至2012年9月3日。測試系統(tǒng)由江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)設(shè)施與裝備研究所制造。2棟豬舍分別選取2組測試點，室外選取1個測試點，安裝位置見圖1，測定的數(shù)值在舍內(nèi)收集、顯示并通過無線傳輸設(shè)備傳輸?shù)綄嶒炇业碾娔X，數(shù)據(jù)采集間隔為10 min，測試系統(tǒng)安裝見圖2。

圖1 發(fā)酵床養(yǎng)殖舍立面結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Side views of pig house with fermentation bed

圖2 測試系統(tǒng)安裝示意圖Fig.2 Schematic diagram of the environmental monitoring system

系統(tǒng)主要由傳感器、數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)組成。溫濕度傳感器選用SHT75型，濕度測量范圍為0～100%，濕度測量精度為±4.5%;溫度測量范圍為 －40.0～+123.8℃，溫度測量精度為±0.5℃;CO2濃度傳感器選用B-530型NDIR紅外CO2傳感器，測量范圍0～19 000 mg/m3，工作溫度范圍－10～50℃，工作濕度范圍0～95%，測量精度 ±60 mg/kg。

1.3 通風量的估算

研究表明應用CO2平衡法估測自然通風畜禽舍，在檢測30 min或者更長時間不間斷的通風率時，直接與間接測試結(jié)果無顯著差異［16-18］。因此，本試驗自然通風發(fā)酵床豬舍的通風量采用CO2平衡法估算［19-20］，計算公式如下:

式中，VR:豬舍通風量(m3/h);VCO2:單位時間豬舍內(nèi) CO2的產(chǎn)生量(m3/h);Ce，CO2、Ci，CO2:分別為排氣口和進氣口CO2的濃度(mg/m3);ρCO2:CO2的密度，為1.977 kg/m3。

畜禽舍CO2產(chǎn)生量的計算參考國際農(nóng)業(yè)工程師協(xié)會與文獻［21-22］研究的結(jié)果，計算公式如下:

式中，fc:動物活動產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化系數(shù)，本試驗中由于缺乏動物活動數(shù)據(jù)，假定豬只活動量不變，取fc=1;THP:單位時間內(nèi)單只生豬產(chǎn)生的熱量(W);N:豬舍中生豬的數(shù)量(頭);RQ:豬的呼吸商，育成階段為1.05，育肥階段為1.14;Ti:豬舍內(nèi)環(huán)境溫度(℃);Km，CO2:發(fā)酵床豬舍內(nèi)糞便分解產(chǎn)生的CO2修正系數(shù)為1.04。

本研究發(fā)酵床豬舍主要飼養(yǎng)育成育肥階段的生豬，兩個生長階段生豬的產(chǎn)熱量計算公式如下:

式中，m:生豬體重(育成豬22～45 kg，育肥豬45～90 kg);n:動物采食量與維持能量的相關(guān)系數(shù)，該值與動物體重有關(guān)，育成階段值為3.42，育肥階段值為2.65。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SAS8.01軟件和Office軟件Excel工具進行，Duncan氏新復極差法檢驗差異顯著性。

2 結(jié)果

2.1 豬舍溫度

發(fā)酵床豬舍不同季節(jié)溫度變化見圖3，整個試驗期間舍外平均溫度為17.1℃，兩棟發(fā)酵床豬舍內(nèi)平均溫度為20.3℃。不同季節(jié)兩種結(jié)構(gòu)發(fā)酵床舍內(nèi)平均溫度，冬季6.6℃，春季21.7℃，夏季28.2℃，夏季舍內(nèi)溫度顯著高于冬春季節(jié)(P＜0.05)。

圖3 發(fā)酵床豬舍溫度變化Fig.3 The change of temperature in pig house with fermentation bed

整個試驗期間，彩鋼瓦和大棚膜結(jié)構(gòu)豬舍內(nèi)平均溫度分別為19.2℃、21.6℃，差異不顯著(P＞0.05)。冬季彩鋼瓦結(jié)構(gòu)豬舍內(nèi)平均溫度為4.5℃，大棚膜豬舍內(nèi)平均溫度為8.8℃，大棚膜豬舍溫度高于彩鋼瓦豬舍(P＜0.05)，這主要與發(fā)酵床豬舍內(nèi)墊料的類型和使用時間有關(guān)，同時大棚膜結(jié)構(gòu)豬舍有利于冬季太陽光直射，增加舍內(nèi)溫度。夏季兩棟豬舍溫度均最高，其中彩鋼瓦結(jié)構(gòu)28.4℃，大棚膜結(jié)構(gòu)28.2℃。在春夏季節(jié)，兩棟豬舍之間溫度差異不顯著(P ＞0.05)。

2.2 豬舍濕度

發(fā)酵床豬舍不同季節(jié)濕度變化見圖4，整個試驗期間舍外平均濕度為74.1%，兩種發(fā)酵床豬舍內(nèi)平均濕度為77.8%，顯著高于舍外濕度(P＜0.05)。不同季節(jié)發(fā)酵床舍內(nèi)平均濕度冬季為83.1%，春季為70.6%、夏季為80.7%，冬季和夏季豬舍內(nèi)濕度顯著高于春季(P＜0.05)。

圖4 發(fā)酵床豬舍濕度變化Fig.4 The change of humidity in pig house with fermentation bed

整個試驗期間，彩鋼瓦結(jié)構(gòu)和大棚膜結(jié)構(gòu)豬舍內(nèi)平均濕度分別為76.9%、79.5%，大棚膜結(jié)構(gòu)豬舍濕度顯著高于彩鋼瓦結(jié)構(gòu)豬舍(P＜0.05)。冬季兩種類型豬舍濕度分別為81.9%、83.3%，豬舍內(nèi)通風口關(guān)閉，通風量較小，水蒸氣不宜排出，導致舍內(nèi)濕度增加。夏季分別為79.9%、84.8%，與南方夏季高溫高濕的環(huán)境相關(guān)。春季兩棟豬舍濕度差異不顯著(P＞0.05)。

2.3 豬舍CO2濃度

測試期間彩鋼瓦和大棚膜結(jié)構(gòu)豬舍CO2濃度變化見圖 5，整個試驗期間舍外 CO2濃度為 690 mg/m3，兩種發(fā)酵床豬舍內(nèi) CO2平均濃度為1 720 mg/m3。不同季節(jié)兩種不同結(jié)構(gòu)發(fā)酵床舍內(nèi)平均濃度，冬季為3 368 mg/m3，春季為1 236 mg/m3，夏季為1 122 mg/m3。冬季舍內(nèi)CO2濃度顯著高于春夏季節(jié)(P＜0.05)，春季與夏季差異不顯著(P＞0.05)。

圖5 發(fā)酵床豬舍CO2濃度變化Fig.5 The change of CO2concentration in pig house with fermentation bed

整個試驗期間，彩鋼瓦結(jié)構(gòu)和大棚膜結(jié)構(gòu)豬舍內(nèi) CO2平均濃度分別為1 509 mg/m3、1 932 mg/m3，冬季舍內(nèi) CO2平均濃度分別為2 757 mg/m3、3 979 mg/m3，冬季大棚膜豬舍CO2濃度顯著高于彩鋼瓦豬舍(P＜0.05)。冬季為保持舍內(nèi)溫度，關(guān)閉通風口，導致通風不良，是舍內(nèi)CO2濃度高的主要原因。夏季兩棟豬舍CO2濃度最低，分別為彩鋼瓦結(jié)構(gòu)豬舍980 mg/m3、大棚膜結(jié)構(gòu)豬舍1 264 mg/m3，差異不顯著(P＜0.05)。

2.4 豬舍通風量

通過CO2平衡法計算出舍內(nèi)通風量變化，結(jié)果如圖6所示，兩種類型發(fā)酵床豬舍平均通風量為3 018 m3/h，舍內(nèi)通風量隨著季節(jié)的變化存在很大差異，夏季通風量最大，平均為4 460 m3/h，冬季通風量最小，平均為786 m3/h。

圖6 發(fā)酵床豬舍通風量的變化Fig.6 The ventilation rate change in pig house with fermentation bed

整個試驗期間，彩鋼瓦結(jié)構(gòu)和大棚膜結(jié)構(gòu)豬舍通風量分別為3 118 mg/m3、2 917 mg/m3，兩棟豬舍通風量差異不顯著(P＞0.05)，彩鋼瓦結(jié)構(gòu)豬舍冬季、春季、夏季的通風量分別為 642 m3/h、3 877 m3/h、5 137 m3/h，大棚膜豬舍為 929 m3/h、3 638 m3/h、3 783 m3/h。

3 討論

研究表明高溫高濕環(huán)境會導致生豬的采食量下降，當溫度高于33℃、濕度高于80%時生豬的采食量明顯下降［3-4］。NRC研究顯示，若環(huán)境溫度超出最佳溫度5～10℃，則每天采食量下降200～400 g［23］。通常9～26周齡的育成育肥豬生長的適宜溫度在11.1℃與27.8℃之間，豬舍合理的濕度范圍在50%與60%之間，此時，舍內(nèi)影響生豬生長的細菌、病毒、真菌等不易大量繁殖，可減少疾病的發(fā)生，降低呼吸道疾病感染的幾率［24］。本研究中豬舍濕度較大，與當?shù)馗邷馗邼駳夂驐l件和發(fā)酵床體微生物的分解以及夏季噴霧降溫系統(tǒng)的使用有關(guān)。自然通風發(fā)酵床豬舍溫度隨著舍內(nèi)生豬數(shù)量、體重、日齡以及發(fā)酵床墊料溫度的變化而變化。此外，豬舍建筑屬于半密閉性結(jié)構(gòu)，舍外溫度對舍內(nèi)溫度影響較大。本研究主要是飼養(yǎng)育成、育肥豬，兩種不同結(jié)構(gòu)豬舍舍內(nèi)溫度完全滿足舍內(nèi)生豬生長的需求。

不同的豬舍結(jié)構(gòu)，由于通風管理方式的不同，舍內(nèi)CO2濃度存在地域和季節(jié)的差異。北歐夏季豬舍CO2平均濃度為1 886 mg/m3，冬季為5 107 mg/m3［25］，春 季 為 1 391 mg/m3，顯 著 高 于 舍 外(1 090 mg/m3)［26］。機械通風豬舍CO2濃度最接近舍外，夏季加拿大豬舍CO2濃度為1 033 mg/m3，但是冬季由于通風限制，相同類型豬舍CO2濃度達到7 639 mg/m3［27］。文獻中顯示舍內(nèi) CO2濃度通?？刂圃? 500 mg/m3以下［28］，過高則影響生豬的生產(chǎn)效率，并且對飼養(yǎng)管理人員造成傷害［29］。雖然發(fā)酵床豬舍墊料中糞便分解會產(chǎn)生部分CO2，但本研究中豬舍仍能保持較低的CO2濃度，顯示彩鋼瓦豬舍和大棚膜豬舍具有良好的通風性能。

Seedorf等對北歐不同結(jié)構(gòu)類型豬舍通風量進行了測試，結(jié)果顯示育肥豬舍通風量的變化范圍在50～500 m3/(h·AU)(AU:單位，500 kg動物體重每小時通風量)，冬季最小，為50 m3/(h·AU)，夏季最大，為 500 m3/(h·AU)［30］。本研究整個測試期間兩種類型發(fā)酵床豬舍平均通風量為3 018 m3/h。為便于比較，以生豬100 kg計算，得到500 kg動物體重的通風量，平均為406 m3/(h·AU)，冬季100 m3/(h·AU)，夏季 617 m3/(h·AU)，高于文獻中參考值，主要與半開放性豬舍夏季通風口全部開啟有關(guān)。

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