北京市典型奶牛舍夏季溫熱環(huán)境和空氣質量的評價

陳 健，彭丹丹，何祥波，李 淦，王占彬，顧憲紅*

（1.中國農業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193；2.河南科技大學動物科技學院，河南洛陽 471003）

北京市典型奶牛舍夏季溫熱環(huán)境和空氣質量的評價

陳 健1,2，彭丹丹1，何祥波2，李 淦1，王占彬2，顧憲紅1*

（1.中國農業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193；2.河南科技大學動物科技學院，河南洛陽 471003）

為評價北京市典型奶牛舍夏季溫熱環(huán)境和空氣質量狀況，本試驗分別測定了北京市郊區(qū)一典型泌乳牛 舍 內 不 同 時 間 段（08:00—09:00，10:00—11:00，12:00—13:00，14:00—15:00，16:00—17:00，18:00—19:00）不同位置（向陽面，背陰面，飼喂通道）的溫熱環(huán)境因子和空氣環(huán)境指標。結果表明:泌乳牛舍內溫度隨時間的變化先升高后降低，相對濕度先降低后升高，不同時段溫濕指數（THI）均使奶牛處于熱應激的水平（THI≥72）；14:00—15:00風速最高，18:00—19:00 PM 2.5、PM 10、NH3、CO2濃度最高；向陽面風速、背陰面NH3濃度、飼喂通道CO2濃度極顯著大于其他位置（P<0.01）；舍外溫度、THI、NH3濃度極顯著大于舍內（P<0.01），舍內風速、CO2濃度極顯著大于舍外（P<0.01）。由此可得，該牛舍所測時段內奶牛均處于熱應激，舍內空氣流動一定程度上緩解了奶牛的熱應激；舍內粉塵、NH3和CO2濃度符合生產標準，且向陽面空氣環(huán)境指標好于背陰面和飼喂通道；比較牛舍內外溫度和THI，此開放式牛舍在夏季起到了一定的隔熱作用。

奶牛；泌乳牛舍；夏季；溫熱環(huán)境；空氣質量

北京市是我國重要的牛奶消費地，被列為國家重點扶持的大城市郊區(qū)乳業(yè)優(yōu)勢發(fā)展地區(qū)[1]。隨著當前京津冀奶業(yè)一體化協(xié)同發(fā)展模式的創(chuàng)新，其奶牛業(yè)的健康發(fā)展對京津冀甚至全國的奶牛業(yè)發(fā)展起到引領、帶動和促進的作用。北京地區(qū)80%的奶牛養(yǎng)殖場牛舍為開放式或半開放式牛舍，奶牛養(yǎng)殖受外部自然氣象條件影響較大[2]。影響奶牛產奶量的主要因素包括奶牛品種、營養(yǎng)和飼養(yǎng)管理、生理因素和飼養(yǎng)環(huán)境、疾病管理等。其中，溫熱環(huán)境和空氣質量是重要的環(huán)境因素，前者影響牛舍內的溫濕指數，從而影響奶牛自身的熱調節(jié)，后者隨著奶牛飼養(yǎng)密度的增加及排泄物的分解而發(fā)生改變，進而影響奶牛的健康及福利水平。

北京市四季分明，冬季最長，夏季次之，春、秋短促，而奶牛本身耐寒怕熱，夏季熱應激對奶牛的影響遠遠大于冬季冷應激對奶牛的影響。本試驗通過測量北京市典型泌乳牛舍內外夏季不同時間段的溫熱因素（溫度，相對濕度，風速）和空氣環(huán)境指標（PM2.5，PM10，NH3，CO2）的變化，為北京市郊區(qū)奶牛舍的設計、奶牛養(yǎng)殖環(huán)境的改善和奶牛福利水平的提高提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗牛舍概況 試驗在北京市順義區(qū)中地種畜良種奶?？萍紙@進行，該奶牛場共有5棟泌乳牛舍，且5棟泌乳牛舍的結構和布局完全一樣，隨機選取其中1幢進行測定。試驗牛舍為雙坡屋頂開放式泌乳牛舍，牛舍長260 m，寬30 m，牛舍內有5條通道，飼喂通道兩側各有1排對頭式雙列臥床，每列牛舍內的采食通道和清糞通道寬3 m（圖1），飼喂通道寬5 m。牛舍的南面為開放式，北面裝有塑料卷簾，該卷簾只在冬季放下，用于擋風保暖，其他季節(jié)都卷起，能實現舍內南北自然通風，牛舍西面有擠奶通道。通過本課題組2016年對北京各個地區(qū)的62家牛場調研發(fā)現，成乳牛舍為開放式和半開放式的牛場比例達90%以上[3]，開放式的牛舍結構和布局和本試驗所選擇的牛舍相似或相同，因此本試驗所選牛舍為北京市的典型牛舍。

圖1 牛舍立剖面結構圖

1.2 奶牛的飼養(yǎng)管理 牛舍內自由臥床為橡膠墊，墊料為稻殼，通道地面為混凝土凹槽地面，糞便用自動刮糞機清除。在距離采食通道地面4 m高和臥床地面2 m高的位置裝有風機，采食通道上部0.5 m高的地方裝有自動化噴淋裝置。當外界環(huán)境溫度高于20℃時，牛舍內會開啟風扇，高于24℃時會在14:00—16:00開啟噴淋，噴淋1 min間隔4 min。該舍內飼喂高產荷斯坦奶牛約500頭，每天07:00、14:00、19:00用TMR日糧攪拌車喂料3次。奶牛每天擠奶3次，擠奶時間段為07:10—09:10、14:40—16:30、21:20—23:00。自由采食、自由飲水，除了采食和擠奶，奶牛大部分時間在臥床上躺臥。

1.3 試驗設計 根據天氣預報選擇北京地區(qū)夏季約10 d穩(wěn)定的典型夏季天氣條件進行測定，具體測定日期為2015年8月19—28日。每天測定的時間段為 08:00—09:00、10:00—11:00、12:00—13:00、14:00—15:00、16:00—17:00、18:00—19:00，其他時間段不進行測定。每個時間段分別測定溫度、相對濕度、風速等溫熱因素和PM2.5、PM10、NH3、CO2等空氣環(huán)境指標。各指標采樣點如圖2所示，1、3、4、6測點位于臥床上，距離牛舍兩邊端墻均為50 m；2、5測點位于牛舍中部臥床上；7、8測點位于飼喂通道上，距離端墻上門60 m；9、10測點位于牛舍縱向中間外，距離牛舍南北兩側面1 m。泌乳牛舍內的南面即向陽面為1、2、3共3個測點位置，北面即背陰面為4、5、6共3個測點位置，飼喂通道為7、8共2個測點位置。測定高度為奶牛站立時頭部所在高度，距離地面1.5 m。各指標在每一個采量點每個測量時段連續(xù)測量3次，取均值。

1.4 試驗儀器與設備 溫度和相對濕度測量使用testo 625手持式溫濕度儀（德國德圖）；風速測量使用 testo 425手持式風速計（德國德圖）；PM2.5和PM10測量采用微電腦激光粉塵儀（ 北京綠林創(chuàng)新數碼科技有限公司LD-5C系列）；NH3濃度測量用多氣體檢測儀（美國英思科公司MX6 IBRID）；CO2濃度測量利用 testo 535 二氧化碳測量儀（德國德圖）。

圖 2 泌乳牛舍溫熱環(huán)境和空氣質量測量點示意圖

1.5 統(tǒng)計分析 利用Excel 2010對各個指標10 d的數據進行整理，選取其中氣候條件較穩(wěn)定（無大風大雨）、完整的7 d數據進行統(tǒng)計分析。用SPSS 20.0對不同時間段和不同位置的數據進行單因素ANOVA方差分析，并用Duncan's法進行多重比較；對舍內和舍外數據進行獨立樣本t檢驗分析。以P>0.05 為差異不顯著，以P<0.05 為差異顯著，以P<0.01 為差異極顯著，數據表示為平均值±標準差。

其中，T表示環(huán)境溫度（℃）；H表示相對濕度（%）。

2 結 果

2.1 泌乳牛舍內溫熱因素和空氣環(huán)境指標的日變規(guī)律 由表1可知，泌乳牛舍內的溫度隨時間的變化先升高后降低，08:00-09:00時段最低，12:00-13:00時段最高；相對濕度先降低后升高，18:00-19:00時段最高；12:00-13:00時段的THI極顯著高于其他時段（P<0.01），且不同時段的THI均使奶牛處于熱應激水平（THI≥72）[5]；14:00-15:00時段風速極顯著高于其他時段風速（P<0.01）；PM2.5、PM10、NH3和CO2濃度在18:00-19:00時段極顯著高于其他時段（P<0.01）。

2.2 泌乳牛舍內不同位置的溫熱因素和空氣環(huán)境指標的變化 由表2可知，溫度、相對濕度、THI、PM10在各位置間無顯著性差異（P>0.05）；向陽面的風速極顯著大于其他位置（P<0.01）；背陰面和飼喂通道的PM2.5濃度顯著大于向陽面（P<0.05）；背陰面的NH3濃度和飼喂通道的CO2濃度極顯著大于其他位置（P<0.01）。

2.3 泌乳牛舍內外的溫熱因素和空氣環(huán)境指標的變化 由表3可知，泌乳牛舍內外的相對濕度、PM2.5、PM10無顯著性差異（P>0.05）；舍內溫度、THI極顯著小于舍外（P<0.01），舍內的風速、CO2濃度極顯著大于舍外（P<0.01）；舍內的NH3濃度極顯著小于舍外（P<0.01）。

表2 泌乳牛舍內不同位置的溫熱因素和空氣環(huán)境指標

表3 泌乳牛舍內外溫熱因素和空氣環(huán)境指標

3 討 論

3.1 泌乳牛舍內不同時段的溫熱因素和空氣環(huán)境指標

3.1.1 牛舍內不同時段THI變化 空氣溫度是影響家畜健康和生產性能的首要溫熱因素[6]。在沒有降溫和保暖設施的牛舍中，牛舍內溫度主要是由牛體自身產熱、太陽輻射、牛舍通風換氣等綜合決定。牛舍內的空氣濕度主要來自于家畜的呼吸、牛舍潮濕地面、糞尿和墊料等?？諝鉂穸葧绊懩膛ｓw表水分蒸發(fā)，阻礙牛體散熱，干擾牛體熱調節(jié)。由于溫度和濕度對奶牛有綜合效應，一般通過綜合溫度和相對濕度的THI來評價牛舍內溫熱環(huán)境狀況，當環(huán)境溫度上升到25℃以上或THI 超過 72就會打破奶牛體內的熱平衡，引起奶牛的熱應激[7]。

表1 泌乳牛舍內不同時段溫熱因素和空氣環(huán)境指標

本試驗所測的牛舍為開放式，舍內溫度和THI的變化受外界溫熱環(huán)境影響比較大。對牛舍內的溫熱環(huán)境測定發(fā)現，溫度和THI在12:00—13:00較高，在08:00—09:00和18:00—19:00這2個時段較低；相對濕度的變化規(guī)律和溫度相反。這種變化趨勢和高玉紅等[8]研究的結果相似。雖然牛舍在14:00—16:00會開啟噴淋，但由于此時舍內溫度較高，所以舍內相對濕度相比未開噴淋時間段沒有明顯增大。在所測時段牛舍內溫度都大于25℃，高于奶牛適宜溫度上限，同時THI均在72以上，表明奶牛處于熱應激狀態(tài)。

3.1.2 牛舍內不同時段風速的變化 牛舍內的風速可對牛體熱平衡產生影響，并且其影響程度受氣溫的制約。由于試驗時段為夏天，牛舍內風機一直處于開啟狀態(tài)，所測風速代表的并不是舍內自然的空氣流動風速在14:00—15:00高于其他時段，主要是因為該時段溫度最高，牛場通過增大牛舍內空氣流動來降溫防暑。舍內的風速增加，奶牛體表的對流和蒸發(fā)散熱量變大，易于維持機體的熱平衡，奶牛的體感溫度變低，從而降低熱應激對奶牛的影響[9]。

3.1.3 牛舍內不同時段粉塵的變化 除牛舍建筑類型和飼養(yǎng)工藝之外，舍內溫濕度、風速、清糞方式以及奶牛行為等[10]均可能會對舍內空氣環(huán)境中的粉塵濃度造成影響。奶牛舍內粉塵數量與乳腺炎存在顯著的正相關[11]。溫度和濕度對空氣環(huán)境中的粉塵濃度有著直接的影響，高溫更容易使飼料粉末、糞末以及塵土懸浮于空中[12]。本試驗結果顯示，18:00—19:00牛舍內粉塵濃度（PM2.5、PM10）大于其他時段，但整體低于2 mg/m3，符合畜禽場的環(huán)境質量標準[13]，并未達到危害水平。08:00—09:00時段的粉塵濃度較高，主要因為該時段是奶牛集中擠奶和采食的時間，這些行為可能會引起粉塵濃度的升高。本試驗牛舍內PM2.5、PM10濃度變化與高玉紅等[8]研究結果不一樣，主要原因可能在于所測時段內北京市整體空氣質量較好。本試驗所測開放式牛舍受外界空氣質量的影響比較大，導致牛舍內PM2.5和PM10的變化范圍很小，同時在所測時段內牛舍一直開著風機，舍內空氣流動較強，牛舍內粉塵微粒會隨著空氣流動的方向排到舍外。

3.1.4 牛舍內不同時段NH3的變化 NH3無色，具有刺激性氣味，比重較小，主要來源于厭氣菌分解糞便、飼料與墊料中含氮有機物[14]。本試驗結果表明，18:00—19:00時段NH3濃度高于其他時段，NH3濃度最高為2.53 mg/m3，根據畜禽場環(huán)境質量標準[13]，NH3最高上限為20 mg/m3，表明該牛舍NH3濃度符合生產標準。

3.1.5 牛舍內不同時段CO2的變化 牛舍內CO2主要來自奶牛的呼吸和糞便的代謝。若牛舍內CO2濃度較高，說明畜舍通風不良，導致氧氣含量下降、其他有害氣體含量增高。本試驗結果表明，CO2濃度在18:00—19:00明顯高于白天其他時段，但是遠低于畜禽場環(huán)境質量標準中的最高上限2 946 mg/m3[13]。

通過對牛舍內空氣環(huán)境指標測定發(fā)現，NH3、CO2濃度在18:00—19:00時段高于其他時段，變化規(guī)律和李保明等[14]研究的結果相似。主要是因為該時段奶?；顒恿肯啾劝滋煨。蟛糠峙６荚趯︻^式的臥床上躺著進行反芻，相對比較集中，而測量點距離躺臥在臥床上的牛群頭部較近，因此測得的值較高。

本試驗對牛舍內空氣質量測定發(fā)現，雖然該牛舍內空氣質量符合生產標準，但18:00—19:00時段牛舍內空氣質量比其他時段差，由于晚上牛舍管理人員減少，容易忽視對奶牛的管理，奶牛若長期處在較差空氣質量的環(huán)境中會對奶牛的健康產生一定的影響，從而影響奶牛的生產性能。

3.2 泌乳牛舍內不同位置的溫熱因素和空氣環(huán)境指標 不同位置的溫度、相對濕度、THI差異不顯著，且溫度和THI都比較高，說明夏季牛舍內不會因為位置不同而導致局部溫度不一致，奶牛所處的整體環(huán)境溫度比較高，應加強牛舍內的通風降溫，減小奶牛的熱應激。向陽面的風速比其他2個位置高，因為該牛舍南面沒有其他建筑遮擋，向陽面的空氣流動比較好。背陰面的NH3濃度比較高，主要是因為牛舍北面的空氣流動沒有南面好，同時牛舍外的糞污池對牛舍內的空氣質量也有一定影響。

3.3 泌乳牛舍內外的溫熱因素和空氣環(huán)境指標 對牛舍內外溫熱環(huán)境和空氣質量的測量可知，在所測的時段，舍內外溫度處在奶牛的最適溫度（5～25℃）[7]之上，而且舍內外THI均大于72；但舍內溫度和THI低于舍外溫度，說明此開放式牛舍在夏季具有一定的隔熱作用。由于舍內有風機增加空氣流動，舍內風速高于舍外的自然風。由于舍外南北兩面都有糞污池，離測量點和牛舍較近，致使所測舍外的NH3濃度較高。

4 結 論

本試驗通過對北京地區(qū)典型開放式奶牛舍夏季溫熱因素和空氣環(huán)境指標的測定發(fā)現，在所測時段牛舍內溫度都大于25℃，THI均大于72，奶牛處于熱應激狀態(tài)，牛舍內的空氣流動一定程度上緩解了奶牛的熱應激；該牛舍內的粉塵、NH3和CO2濃度符合生產標準，但18:00—19:00時段牛舍內的空氣質量比其他時段差。該開放式牛舍內不同位置的溫度和THI無差異，向陽面空氣環(huán)境指標好于背陰面和飼喂通道；牛舍內溫度和THI低于舍外，表明該開放式牛舍在夏季具有一定的隔熱作用。

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Thermal Environment and Air Quality of Summer in a Typical Barn of Lactating Cow in Beijing Area

CHEN Jian1,2, PENG Dan-dan1, HE Xiang-bo2, LI Gan1, WANG Zhan-bin2, GU Xian-hong1*
(1.Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China; 2.College of Animal Science and Technology, Henan University of Science and Technology University, Henan Luoyang 471003, China)

This study evaluated the thermal environment and air quality of typical barn of summer in Beijing. The thermal environment indicators and air quality were measured at different sampling times (08:00-09:00, 10:00-11:00, 12:00-13:00,14:00-15:00, 16:00-17:00, 18:00-19:00) and different positions of dairy barn in Beijing suburb. Results showed that, with the change of sampling time, the temperature increased first and then decreased, while the change of relative humidity was opposite. The temperature and humidity indexes (THI) in different sampling times was higher than the appropriate environment for lactating cows and thus the cows suffered from heat stress (THI≥72). During 14:00-15:00 period, the wind speed was the highest. During 18:00-19:00 period, the concentration of PM 2.5, PM 10, ammonia and carbon dioxide were the highest. In addition, wind speed of sunny slope, ammonia concentration of shade-side and carbon dioxide concentration of feeding channel were greater than that in the other two positions. Compared with the inside of the barn, the outside of the barn had higher values of temperature, THI and ammonia concentration (P<0.01), and lower values of wind speed and carbon dioxide (P<0.01). It was concluded that dairy cows suffered from heat stress at the measuring time in the barn. However,the air movement in the barn alleviated heat stress of cows partly. The PM, ammonia and carbon dioxide concentrations conformed to the standard of production, which was better in sunny slope than shady slope and feeding channel. Temperature and THI inside the barn was lower than that of outside the barn, which indicated the barn played a role of insulation in summer.

Dairy; Cow barn; Summer; Thermal environment; Air quality

2017-07-13；

2017-09-20

國家重點研發(fā)計劃課題（2017YFD0502003、2016 YFD0500507）；奶牛產業(yè)技術體系北京市創(chuàng)新團隊項目（BAIC06-2017）；中國農業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程（ASTIPIAS07）

陳?。?992-），男，河南南陽人，碩士研究生，主要從事畜禽健康養(yǎng)殖與環(huán)境控制，E-mail: 490803726@qq.com

*通訊作者：顧憲紅（1966-），女，研究員，博士生導師，研究方向為畜禽應激、福利與健康養(yǎng)殖，E-mail: guxianhong@vip.sina.com

S823.4

A

10.19556/j.0258-7033.2017-12-106