河北省泌乳牛舍建筑結構及其配套設施調查

周英昊，毛森，武震鋼，許翊冉，于濱，張久德

（1.承德市農林科學院，承德 067000；2.豐寧縣農業(yè)農村局，豐寧 068350 ）

近年來，河北省奶牛產業(yè)發(fā)展迅速，奶牛場通風、降溫、消毒、擠奶、TMR、糞污收集和處理、智能監(jiān)控等配套設備日趨完善[1]，養(yǎng)殖規(guī)?；?、標準化程度不斷提高。但河北省地形復雜，各地區(qū)氣候差異較大，奶牛舍設計不規(guī)范、建筑結構不合理、建筑材料不適宜、環(huán)境控制不理想等問題依然突出。河北省奶牛產業(yè)創(chuàng)新團隊高效養(yǎng)殖崗位成員對全省各地區(qū)的188個奶牛場進行了實地走訪或問卷調查，將調研樣本按照夏季熱應激重點區(qū)域和冬季冷應激重點區(qū)域進行了劃分，對泌乳牛舍建筑類型及其配套設施進行了客觀分析，旨在為河北省不同區(qū)域奶牛場泌乳牛舍的標準化設計及其配套設施的選取提供參考。

1 調研樣本情況

2018年5～7月份，筆者所在團隊對河北省承德、張家口、保定、石家莊、廊坊、唐山、衡水、邢臺、邯鄲、滄州、定州11個市188個奶牛養(yǎng)殖場（奶牛存欄規(guī)模在110～23 000頭不等）的泌乳牛舍建筑類型及配套設施進行重點調研，其中對47家奶牛場進行實地走訪，對141家奶牛場進行問卷調查。

參照顏志輝[2]對我國冬季冷應激重點區(qū)域和夏季熱應激嚴重區(qū)域的劃分和曹祥會[3]對河北省主要極端氣候分布的研究，將本次調研樣本按照夏季熱應激嚴重區(qū)域和冬季冷應激嚴重區(qū)域進行了劃分。本次調研中42個奶牛場位于河北省北部山區(qū)的張家口、承德地區(qū)，該區(qū)域冬季嚴寒，夏季涼爽，晝夜溫差較大，屬于冬季冷應激嚴重區(qū)域；其余146個奶牛場位于華北平原的保定、石家莊、廊坊、唐山、衡水、邢臺、邯鄲、滄州、定州等地，該區(qū)域夏季高溫炎熱，冬季寒冷，屬于夏季熱應激嚴重區(qū)域。調研樣本詳細情況如表1所示。

表1 河北省奶牛場調研樣本情況

2 河北省冷、熱應激嚴重區(qū)域泌乳牛舍建筑結構

2.1 建筑類型

圖1 河北省泌乳牛舍建筑類型及所占比例

如圖1所示，河北省冷應激嚴重區(qū)域的泌乳牛舍以全封閉有窗舍和半開放舍為主，全封閉有窗牛舍相較于開放式牛舍，舍內的小氣候條件更穩(wěn)定，更利于冬季防寒保暖；半開放舍三面有墻，通常南面開放，敞開側設有圍欄，采光較好，為加強保溫，冬季一般在敞開側加裝保溫材料；該地區(qū)仍有極少數規(guī)模小、建場早的奶牛場采用棚舍建筑，保溫效果極差，冬季奶牛長期處于寒冷狀態(tài)，嚴重影響產奶性能。高玉紅等[4]研究認為，牛舍的建筑形式對舍內的溫濕環(huán)境影響很大，全封閉有窗牛舍冬季保溫性能優(yōu)于半開放式牛舍，但相對濕度較高，需要加強通風，以及時排除水汽和渾濁氣體；河北省寒冷地區(qū)夏季奶牛處于輕度熱應激狀態(tài)，冷應激地區(qū)同樣要重視奶牛防暑。筆者認為，冷應激嚴重區(qū)域泌乳牛舍設計關鍵是要解決冬季牛舍保溫與換氣問題，同時兼顧夏季牛舍防暑降溫。

河北省熱應激地區(qū)的泌乳牛舍以棚舍和半開放舍為主，幾乎沒有全封閉牛舍。棚舍具有結構簡單、施工方便、建造成本低、通風效果好、舍內外溫差小等多方面優(yōu)點，利于夏季奶牛防暑和牛舍降溫。陳健等[5]通過對北京市典型開放式牛舍研究表明，開放式牛舍因舍內的空氣流動和隔熱作用，可一定程度上緩解奶牛的熱應激。但棚舍也有幾乎無法阻止輻射熱，不能形成穩(wěn)定的小氣候，易受風、雨、雪、遮陽等環(huán)境因素的影響等缺點，該地區(qū)部分奶牛場通過增設卷簾或在棚舍兩側覆蓋保溫材料等方式兼顧冬季防寒保溫。筆者認為，熱應激嚴重地區(qū)泌乳牛舍設計關鍵是要解決夏季牛舍降溫問題，同時兼顧冬季保溫。泌乳牛舍設計必須根據當地氣候選擇適宜的建筑類型。

2.2 屋頂類型

圖2 河北省泌乳牛舍屋頂類型及所占比例

如圖2所示，河北省冷、熱應激嚴重區(qū)域泌乳奶牛舍均多為普通雙坡屋頂，該屋頂具有跨度大、冬季保溫和夏季隔熱性能好、造價相對較低、適用于不同規(guī)模的牛群等多方面優(yōu)點，因此在河北各地區(qū)得到廣泛使用。出于冬季防寒保溫考慮，河北省冷應激嚴重區(qū)域泌乳牛舍屋頂通常不設通風屋脊或通氣縫，冬季晚上牛舍封閉，水汽和有毒有害氣體不易排出。出于隔熱考慮，河北省熱應激嚴重區(qū)域多數牛舍防熱嚴密，屋頂亦不設通風屋脊或通氣縫。筆者認為，屋頂設計必須根據各地氣候條件合理選擇，應兼顧保溫與通風，促進牛舍冬季換氣。在調研樣本中鐘樓式牛舍也占一定比例，其是在雙坡屋頂上開雙側或單側天窗，具有散熱、散濕、通風和采光效果好的優(yōu)點，但其結構復雜，用料多，成本高，不利于在全省范圍內推廣應用。

2.3 屋頂材料

河北省約95%泌乳牛舍屋頂選用彩鋼保溫夾芯板或單層彩鋼板下安裝保溫隔熱板等復合板，極少數奶牛舍屋頂還在使用單層彩鋼板或石棉瓦等單層板。復合板因具有輕質高強、保溫隔熱和防火防水性能好等諸多優(yōu)點而被廣泛采用，其夾芯或保溫材料主要包括聚苯乙烯樹脂、聚異氰脲酸酯、酚醛泡沫、巖棉、玻璃棉、聚氨脂等。鄭萬萍等[6]分析認為，單層彩鋼板熱阻過低，不宜作為屋頂材料。鄧利軍等[7]試驗表明，采用單層彩鋼板屋頂的棚式牛舍隔熱性能差，其夏季和冬季的溫熱環(huán)境對奶牛不適宜。欒冬梅等[8]對哈爾濱市某牛場冬季彩鋼保溫夾芯板奶牛舍保溫效果研究表明，彩鋼保溫夾芯板牛舍保溫性能好，但舍內相對濕度較高，應用時應結合保溫、換氣多方面環(huán)境因素綜合考慮。

河北省約30%泌乳牛舍屋頂裝有透明采光帶。據研究，正確選擇牛舍朝向，合理確定采光帶面積，不僅能增加舍內采光，夏季可有效避免陽光直射牛舍造成溫度過高引起的熱應激，冬季既可促進牛舍增溫，又能使地面干燥。

3 河北省冷、熱應激嚴重區(qū)域泌乳牛舍通風降溫設備

圖3 河北省泌乳牛舍通風降溫設備及所占比例

如圖3所示，河北省冷應激嚴重區(qū)域約90%泌乳牛舍有通風降溫設備，主要包括大吊扇、風機、噴淋裝置、濕簾等，其中大多數泌乳牛舍采用風機或風機+噴淋方式降溫。該區(qū)域泌乳牛舍夏季主要以自然通風為主，同時輔助機械通風，以加快溫度控制和空氣流通，達到降溫的效果。冬季奶牛舍外溫度通常很低，冀北壩上部分地區(qū)最低氣溫甚至能達到-40℃以下，舍內基本無采暖措施，僅靠晚上封閉牛舍保溫，多數牛舍無法換氣，不利于奶牛健康。為兼顧牛舍保溫和通風換氣，筆者認為該區(qū)域新建牛舍應考慮設計冬季最小通風量，可在側墻安裝通風小窗或在屋頂增加通風帽等通風結構，有條件牛場牛舍內可適當取暖，加速牛舍冷熱交換，利于廢氣從屋頂排出，但應注意防止牛群直接接觸冷空氣，引起嚴重冷應激。

河北省熱應激嚴重區(qū)域約98%泌乳牛舍有通風降溫設備，有兩種以上（含兩種）降溫設備的牛舍占比達80%，其中多數牛舍采用風機+噴淋方式降溫，部分牛舍采用風機+濕簾或風機+噴淋+濕簾方式降溫。有文獻報道稱，風機、噴淋系統(tǒng)、濕簾系統(tǒng)均能有效緩解奶牛熱應激，改善奶牛產奶性能[9～11]。通過噴淋系統(tǒng)給牛體進行噴淋后，利用風機加速空氣流通，奶牛皮膚上的水汽化帶走體熱，從而達到給牛體降溫的效果。調研發(fā)現，為降低噴淋對奶牛臥床的影響，部分奶牛場在擠奶通道或待擠區(qū)設置噴淋裝置，每日在奶牛擠奶前后噴淋4～6次，降溫效果顯著。濕簾系統(tǒng)同樣利用水分蒸發(fā)原理，通過在牛舍兩端墻上安裝的低壓大流量風機及濕簾的共同協作，使舍外未飽和的空氣通過水份蒸發(fā)帶走熱量，進入舍內的空氣溫度降低，從而達到降溫目的。據部分牛場反映，牛舍濕簾+風機方式降溫效果一般，奶牛體感溫度沒有明顯下降，傅春泉等[12]認為，只有綜合考慮牛舍結構、牛舍高度、窗戶比例、屋頂隔熱措施、冷風機功率、通風方式等因素，濕簾冷風機的降溫效果才能得以保障。

許多奶牛場在牛舍兩邊、運動場、擠奶通道、奶廳周圍搭建遮陽棚，同時增加場區(qū)綠植面積，對夏季奶牛的防暑降溫也可起到重要作用，但筆者認為應注意遮陽棚和綠植高度不能影響自然通風，同時保證最大程度地減輕太陽輻射的影響。

雖然全省大部分奶牛舍內都配有通風降溫設備，但部分奶牛場在設備的選擇上仍存在一定盲目性，行業(yè)內仍沒有針對各地氣候條件差異提出合理的設備選擇建議。筆者認為，在遇極端熱應激的天氣時，奶牛場應結合實際，有針對性地選擇環(huán)境調控方式，既要保證牛舍內適宜的濕度，又要促進牛舍室內外的空氣循環(huán)，使其受冷均勻，只有達到“空調式”降溫效果，才能真正有效緩解奶牛熱應激。

4 河北省泌乳牛舍其他配套設施

4.1 清糞設施

河北省奶牛場主要清糞方式為清糞車清糞、刮板清糞，分別占比約78%和18%，仍有4%奶牛場還在采用

傳統(tǒng)的鐵锨、板鍬的人工清糞方式。清糞車清糞，可大幅降低勞動強度，節(jié)省勞動力，提高清糞效率，但其投入、運行維護成本較高，個別部件因糞便粘集易發(fā)生故障且不易維修，工作時噪音較大，影響奶牛生產性能。目前，全省越來越多的奶牛場選擇刮板清糞，在完成相同清糞工作量時，刮板清糞的運行成本僅是清糞車清糞的四分之一，且清糞效果優(yōu)于清糞車清糞[13]。刮板清糞雖一次性投入成本高，但其自動化程度較高，可能將是全省奶牛產業(yè)未來發(fā)展的主流方向。

4.2 糞污處理設施

河北省約25%奶牛場建有干濕分離系統(tǒng)，可將糞便與污水分離，污水經過處理后回用為沖洗水，糞便則經發(fā)酵、烘干或曬干后，回填臥床或用作發(fā)酵工程；約15%奶牛場建有沼氣池，可將糞污直接發(fā)酵制成沼氣；5%左右奶牛場同時建有干濕分離系統(tǒng)和沼氣池。全省55%奶牛場缺乏糞污處理設施，通常牛糞的處理方式為：在貯糞池或貯糞場發(fā)酵后直接還田，用于蔬菜、花卉等專用有機肥生產或用作牛床墊料，用于蘑菇生產或蚯蚓養(yǎng)殖。筆者認為，奶牛養(yǎng)殖企業(yè)如能結合自身規(guī)模和行業(yè)發(fā)展要求，合理選擇糞污處理和資源化利用方式，不僅能有效減少養(yǎng)殖環(huán)節(jié)對生態(tài)環(huán)境的破壞，還可取得一定的經濟效益。

4.3 臥欄

河北省約90%泌乳牛舍內裝有臥欄。臥欄是專為奶牛設計的獨立場所，可為奶牛提供清潔、舒適的休息環(huán)境，但不少奶牛場奶牛上床率不高。郭建軍等[14]分析認為，河北省部分奶牛場未根據本場奶牛實際體況設計臥床，臥床過長或過短、不舒適，奶牛不愿上床，且容易將糞便排到床上。泌乳牛舍內臥欄的設置、臥欄長度的設計需要依據奶牛體位空間、頭部空間、前沖空間以及隔欄的型式來設計[15]。

4.4 臥床墊料

如圖4所示，河北省泌乳牛舍牛床墊料主要有沙子、發(fā)酵或曬干的牛糞、木屑（鋸末）、稻麥草、谷（稻）殼、橡膠墊等，大多數墊料厚度在12cm以上。河北省大多數奶牛場采用沙子作為臥床墊料。沙子具有松軟、滲透性強、不易滋生細菌、來源廣泛等諸多優(yōu)點，但其投入成本較高，奶牛場減少臥床內沙子的添加次數和添加量的現象時有發(fā)生，臥床的舒適程度難以維持。河北省內越來越多的奶牛場將干濕分離后的糞便曬干或者發(fā)酵，作為墊料回填到臥床中，既使糞污得以資源化利用，又可以降低墊料成本。金曉東等[16]研究認為，相較于沙土和橡膠墊，干燥的牛糞用做臥床墊料更為理想，但應注意日常管理，牛糞應充分發(fā)酵、晾干并定期消毒，防止細菌滋生。

圖4 河北省泌乳牛舍臥床墊料種類及所占比例

4.5 頸枷

河北省約90%泌乳牛舍內裝有頸枷，主要為雙開自鎖式或者單開自鎖式。頸枷可根據奶牛采食、體檢、免疫、授精、妊檢、治療、去角、產犢等實際需要，在奶牛采食時，靈活開合，有效固定，能顯著降低勞動強度，提高工作效率。自鎖頸枷設備一般由頸枷活動桿、活動立桿、活動擋板、配套報卡、螺栓和銷軸等組成。不同生長階段的奶牛，建議使用不同規(guī)格的頸枷，如成母牛頸枷、大育成牛頸枷、小育成牛頸枷、斜杠頸枷等。

4.6 飲水槽

河北省幾乎全部泌乳牛舍都采用自動補水飲水槽，約80%牛舍飲水槽有保溫或電加熱功能，水溫可控制在10℃以上，這對提高乳產量、提升乳品質、改善奶牛福利起到積極作用。

4.7 照明設備

河北省全部泌乳牛舍都裝有照明設備，少數牛舍照明設備安裝位置、數量不合理，夜間舍內照明不足，可能不利于奶牛產奶性能的發(fā)揮。有研究表明，通過人工增加光照使產奶期奶牛每天的光照時間達到15h，可提高奶牛產奶量、增加粗飼料采食量、提高奶牛養(yǎng)殖的經濟效益[17]。

4.8 TMR

河北省全部奶牛場均采用TMR飼喂，主要包括固定式TMR車、牽引或移動TMR車，少數奶牛場同時配備

TMR飼喂智能監(jiān)測系統(tǒng)，可通過數字傳感及物聯技術監(jiān)控配料、飼喂過程，基本實現實時配方、配料、圈舍管理和精準化飼養(yǎng)，向智能化方向跨越。

5 小結

通過對河北省泌乳牛舍及其配套設施調研發(fā)現，夏季熱應激嚴重區(qū)域和冬季冷應激嚴重區(qū)域泌乳牛舍的建筑類型及配套設施存在一定差異，還存在不盡合理的地方。各地區(qū)應結合當地氣候條件、奶牛對環(huán)境需要及奶牛場養(yǎng)殖實際，科學規(guī)范設計奶牛舍，合理選擇環(huán)境控制設備，以期為奶牛健康、高效養(yǎng)殖提供堅實基礎。