中國規(guī)模化養(yǎng)雞環(huán)境控制關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)施設(shè)備研究進展

李保明，王 陽，鄭煒超，童 勤

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點實驗室，北京 100083；2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083；3. 北京市畜禽健康養(yǎng)殖環(huán)境工程技術(shù)研究中心，北京 100083）

0 引 言

雞是恒溫動物，體溫相對較高，正常體溫為40.7 ℃左右，但環(huán)境氣溫過高或過低，都影響雞只機體代謝調(diào)節(jié)[1]。中國地域氣候條件差異大，春秋換季氣溫波幅大且極端氣候頻繁出現(xiàn)[2]，復(fù)雜多變的氣候、雞舍建筑設(shè)施、通風(fēng)氣流和飼養(yǎng)模式等都直接影響舍內(nèi)環(huán)境，造成雞舍內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜和多樣性，對養(yǎng)雞生產(chǎn)極為不利[3]，且現(xiàn)代養(yǎng)雞生產(chǎn)大多采用高產(chǎn)性能品種雞只，對養(yǎng)殖環(huán)境溫度波動等應(yīng)激的適應(yīng)能力相對較弱[4]，養(yǎng)雞業(yè)面臨更多的風(fēng)險與考驗，溫度波動等易造成機體免疫力下降、疾病頻發(fā)，影響雞只健康和生產(chǎn)性能，從而直接導(dǎo)致經(jīng)濟效益的下降。雞只養(yǎng)殖生產(chǎn)中，怎樣將養(yǎng)殖設(shè)施環(huán)境條件控制在一定范圍內(nèi)且保持穩(wěn)定、減小波動是保障高產(chǎn)性能雞種發(fā)揮遺傳潛力和生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)[1]，也是養(yǎng)雞業(yè)持續(xù)關(guān)注的問題。

養(yǎng)殖環(huán)境調(diào)控程度低、應(yīng)激強度大、疾病交叉感染嚴重和能源浪費大等問題，直接造成養(yǎng)雞業(yè)高額經(jīng)濟損失[3]，也一定程度上制約了養(yǎng)雞產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，主要原因是：1）雞舍建筑保溫隔熱性能差。養(yǎng)殖環(huán)境溫度的穩(wěn)定性直接受滲透風(fēng)量和建筑性能的影響[5-7]，舍內(nèi)溫度過低會導(dǎo)致產(chǎn)蛋率減少5%、飼料消耗量增大3 g/(d·只)[7]；2）氣流組織不均勻，舍內(nèi)冷、熱應(yīng)激強度大。橫向通風(fēng)系統(tǒng)雞舍內(nèi)氣流組織不均勻，存在通風(fēng)死區(qū)，且舍間交叉污染等問題嚴重[8]；干、濕球溫差大的地區(qū)，濕簾降溫系統(tǒng)啟動初期溫降幅度大，靠近濕簾端易引發(fā)急性冷應(yīng)激；中國長江流域及其以南炎熱氣候區(qū)，蒸發(fā)降溫濕簾的降溫效率受高溫高濕天氣的影響，舍內(nèi)高氣溫（＞30 ℃）、高濕度（＞80%）環(huán)境下，雞舍內(nèi)熱應(yīng)激程度較大，導(dǎo)致飼料消耗、產(chǎn)蛋率均下降，飲水量上升[9]；3）雞舍生物安全防疫差，場區(qū)規(guī)劃布局隨性化，場區(qū)內(nèi)氣流組織紊亂。雞舍風(fēng)機端排出的污濁空氣在場區(qū)滯留，致使舍間交叉?zhèn)鞑?；刮板清糞方式下，雞糞處理不及時且清糞周期長，雞糞含水量大，發(fā)酵后NH3和CO2濃度較高，蛆蠅滋生等問題嚴重[10-11]；雞場環(huán)境凈化采用消毒劑消毒模式，消毒防疫頻繁、細菌耐藥性強和用藥量大等問題嚴重[12]。為解決上述養(yǎng)雞環(huán)境調(diào)控程度低、應(yīng)激大、疾病交叉感染與能源浪費大等難題，實現(xiàn)雞舍內(nèi)熱環(huán)境的穩(wěn)定性、通風(fēng)均勻性及場區(qū)生物安全，需從適合中國氣候特點的通風(fēng)模式、環(huán)境調(diào)控機理、場區(qū)凈化與生物安全、工藝與設(shè)施設(shè)備研發(fā)等多角度開展產(chǎn)學(xué)研協(xié)同攻關(guān)[12]。

本文從規(guī)模養(yǎng)雞環(huán)境調(diào)控理論、調(diào)控技術(shù)、設(shè)施設(shè)備 3 個方面對目前的研究進展進行總結(jié)，闡明了雞舍保溫隔熱、濕簾降溫系統(tǒng)和氣流組織理論體系的進展，并

展望了養(yǎng)殖業(yè)的智能化養(yǎng)殖管理與監(jiān)控平臺、智能化籠內(nèi)死雞識別裝置、福利化養(yǎng)殖模式及裝備研發(fā)等未來發(fā)展方向，為規(guī)模化養(yǎng)雞環(huán)境調(diào)控及設(shè)施設(shè)備的相關(guān)研究提供參考依據(jù)，促進現(xiàn)代養(yǎng)雞產(chǎn)業(yè)的綠色高質(zhì)量轉(zhuǎn)型升級與健康可持續(xù)發(fā)展。

1 雞舍熱環(huán)境調(diào)控理論

1.1 雞舍建筑保溫隔熱性能

不同日齡雞只對舍內(nèi)熱環(huán)境的需求不同，外圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能的模型涉及參數(shù)多，雞舍建筑與民用建筑的采暖方式、建筑形式、使用周期等方面有很大差距，參數(shù)取自民用建筑假設(shè)值使得雞舍建筑模型準確性降低，難以應(yīng)用到不同氣候區(qū)雞舍建筑保溫隔熱的實際生產(chǎn)[13]，導(dǎo)致雞舍建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計建設(shè)不合理，雞舍外圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能較差且外圍護結(jié)構(gòu)總熱阻遠小于冬季低限熱阻[11,13-14]，致使雞舍內(nèi)熱環(huán)境不均勻、冬季舍內(nèi)溫度低和夏季舍內(nèi)溫度高。雞舍冬季通風(fēng)和保溫矛盾解決的關(guān)鍵是確定影響舍內(nèi)溫度的主導(dǎo)因素，明確圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能和飼養(yǎng)密度要求；Wang 等[15]推導(dǎo)得出了雞舍內(nèi)空氣溫度的解析式，揭示了外圍護結(jié)構(gòu)保溫性能、通風(fēng)量、飼養(yǎng)模式、舍外空氣溫度、舍外計算溫度和舍內(nèi)蓄熱體等關(guān)鍵因素對舍內(nèi)溫度的影響機理。王陽等[6,10,16]通過雞舍熱濕空氣耦合傳遞的微環(huán)境模擬模型，建立了不同地區(qū)無供暖系統(tǒng)蛋雞舍外圍護結(jié)構(gòu)熱阻及保溫材料經(jīng)濟性模型，得出了不同氣候區(qū)雞舍圍護結(jié)構(gòu)的熱阻（圖 1）和控制舍內(nèi)溫度不低于下限值且 CO2濃度不超標下雞舍通風(fēng)量隨舍外溫度的變化規(guī)律，研究表明當(dāng)冬季舍外計算溫度分別不低于-25、-15、0 ℃時，蛋雞舍墻體的熱阻應(yīng)分別大于 0.78、0.57、0.27 （m2·℃）/W。

通過增加外圍護結(jié)構(gòu)保溫性能可滿足雞舍溫度環(huán)境要求及減少采暖、制冷能耗，但也增加了外圍護結(jié)構(gòu)建設(shè)投入成本，且保溫層使用壽命有限。Wang 等[13,16]利用經(jīng)濟性評價指標和全生命周期理論研究基層熱阻和氣候因素等對保溫材料厚度影響，建立了雞舍建筑外圍護結(jié)構(gòu)保溫材料經(jīng)濟厚度模型，并用經(jīng)濟性評價指標分析了保溫材料厚度與設(shè)計使用年限內(nèi)建筑投入成本的交互作用，對哈爾濱、北京、重慶、昆明和廣州5 個不同氣候區(qū)典型城市雞舍建筑保溫材料的選擇提出了建議，給出了5 個典型城市使用玻璃棉氈、礦渣棉、泡沫聚苯乙烯、泡沫聚氨酯、泡沫聚氯乙烯和泡沫聚乙烯6 種保溫材料時的保溫層厚度、總成本、凈現(xiàn)值及回收周期等相關(guān)參數(shù)，在滿足雞群冬季舍內(nèi)環(huán)境的前提下，探討了使用年限內(nèi)總費用最低的外圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能和節(jié)能效益。

圖1 舍內(nèi)溫度和飼養(yǎng)密度對通風(fēng)量的影響[16]Fig.1 Ventilation rates as affected by inside temperature and stocking density in the house

雞舍建筑外圍護結(jié)構(gòu)不同搭接形式、保溫材料、搭接密封方式對舍內(nèi)壓差、滲風(fēng)量及能耗的作用規(guī)律尚不明確，且裝配式雞舍建筑自身關(guān)鍵節(jié)點和預(yù)制構(gòu)部件間搭接縫隙的密封技術(shù)研究較為欠缺，預(yù)制構(gòu)部件間搭接縫隙使建筑外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量及冷風(fēng)滲透熱增大，且滲透熱損失占建筑熱負荷的25%以上[15]。王陽[12]針對裝配式雞舍建筑氣密性差導(dǎo)致舍內(nèi)外壓差變小且影響夏季濕簾降溫效率及冬季能耗、冷熱風(fēng)滲透致使舍內(nèi)局部冷熱應(yīng)激等問題，研究了裝配式雞舍建筑不同搭接方式、保溫材料、搭接密封方式對風(fēng)壓與滲風(fēng)量的影響，通過現(xiàn)場試驗及實驗室試驗確定了外圍護結(jié)構(gòu)不同保溫材料、搭接方式、搭接密封方式下的氣密性參數(shù)指標（圖2），探討了裝配式雞舍建筑氣密性對建筑能耗的影響，并對裝配式雞舍建筑外圍護結(jié)構(gòu)的搭接方式選擇及搭接縫隙密封設(shè)計提出了建議及優(yōu)化措施。研究結(jié)果表明當(dāng)舍內(nèi)外壓差為30 Pa 時，建筑外圍護結(jié)構(gòu)啟口式、瓦楞板搭接式、瓦楞板蓋帽式及暗扣隱蔽式4 種不同搭接方式下的滲透系數(shù)為0～29.35，壓差指數(shù)為0～1.83；圍護結(jié)構(gòu)暗扣隱蔽式搭接下無滲透風(fēng)量且其氣密性最好，瓦楞板搭接式和瓦楞板蓋帽式氣密性次之，啟口式搭接的氣密性較差。壓差小于15 Pa 時，啟口式搭接密封處理后滲透風(fēng)量減小41.7%～42.2%，壓差大于15 Pa時，滲透風(fēng)量減小33.2%～39.7%；雞舍外圍護結(jié)構(gòu)的密閉性類別由差到中等及由差到密封性能好時，最大熱負荷分別下降15.5%和19.9%，最大冷負荷分別下降4.5%和5.7%。

1.2 雞舍濕簾蒸發(fā)降溫系統(tǒng)

濕簾蒸發(fā)降溫系統(tǒng)利用濕簾蒸發(fā)水汽來吸收空氣中的顯熱量降低溫度[17]，理論上定量分析濕簾蒸發(fā)降溫系統(tǒng)在中國各地氣候條件下的降溫效果，利于濕簾蒸發(fā)降溫系統(tǒng)的合理推廣應(yīng)用。Wang 等[17-20]針對中國不同地區(qū)的氣候特點，利用連續(xù)20 a 各地夏季每日氣象數(shù)據(jù)，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)綜合評判方法構(gòu)建了濕簾蒸發(fā)降溫系統(tǒng)綜合評判模型及評價指標，對濕簾蒸發(fā)降溫系統(tǒng)在中國各地氣候下的適應(yīng)性進行了模糊評判，明確了濕簾蒸發(fā)降溫系統(tǒng)可完全適用于中國各地的夏季降溫，結(jié)果表明濕簾蒸發(fā)降溫系統(tǒng)可將黃河流域及其以北地區(qū)雞舍內(nèi)的空氣溫度降低 5 ℃以上，舍內(nèi)溫度小于 28 ℃；長江流域及其以南地區(qū)雞舍內(nèi)空氣溫度可降低3～7 ℃，舍內(nèi)空氣溫度不超過30 ℃。但進一步的研究中發(fā)現(xiàn)，干、濕球溫差大的地區(qū)，濕簾蒸發(fā)降溫系統(tǒng)啟動初期，降溫快、溫度驟降大[19-23]，驟降幅度遠大于5 ℃[18,24-25]，且雞舍內(nèi)送、排風(fēng)口溫差大，舍內(nèi)環(huán)境不均勻，對雞群和飼養(yǎng)人員的健康等產(chǎn)生不利影響，雞只受冷熱應(yīng)激的影響[26-31]，導(dǎo)致禽蛋生產(chǎn)損失嚴重[32-34]。

圖2 保溫材料種類和搭接方式對滲透風(fēng)量的影響[12]Fig.2 The effects of thermal insulation material and building envelope of lap on the air infiltration rate

1.3 雞舍縱向通風(fēng)氣流組織理論

雞舍通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計是空氣環(huán)境調(diào)控技術(shù)的關(guān)鍵，通風(fēng)不均、存在通風(fēng)死區(qū)、氣流速度小和舍間氣流交叉污染等問題在橫向通風(fēng)系統(tǒng)雞舍內(nèi)普遍存在[19-20]。韓寬襟等[21]研究雞舍進氣口型式和位置對舍內(nèi)氣流影響，較大改善了舍內(nèi)氣流分布，但未從根本上解決舍內(nèi)氣流分布不均、通風(fēng)死角和流速小等問題。李保明等[3,18,20,22]提出了縱向通風(fēng)氣流組織理論與設(shè)計方法，在雞舍通風(fēng)量相同情況下，縱向通風(fēng)氣流組織的舍內(nèi)平均風(fēng)速比橫向通風(fēng)系統(tǒng)高5～10 倍，舍內(nèi)氣流速度達1～3 m/s，且雞舍愈長，風(fēng)速提高愈明顯；縱向通風(fēng)雞舍的射流進氣口沿側(cè)墻均勻布置，且舍內(nèi)所有空氣都向著雞舍一端的排氣口流動，舍內(nèi)雞群可享受100%的新鮮空氣，舍內(nèi)通風(fēng)死區(qū)明顯減少，污濁氣體有效的排除，舍內(nèi)雞群處在良好的舍內(nèi)環(huán)境條件下，解決了雞舍橫向通風(fēng)系統(tǒng)存在的通風(fēng)死區(qū)和舍間交叉感染難題；大直徑的低壓大流量節(jié)能風(fēng)機在縱向通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)用，風(fēng)機的安裝布置臺數(shù)減少，但通風(fēng)效率提高，較常用的雞舍風(fēng)機可節(jié)省設(shè)備投資及安裝費 35%，節(jié)約電能和運行費 40%以上，為規(guī)?；u場的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

1.4 基于雞舍建筑與通風(fēng)系統(tǒng)耦合作用的雞舍穩(wěn)溫調(diào)控理論

王陽等[12,31,35]基于非等溫貼附射流理論設(shè)計舍內(nèi)氣流組織，探討了進風(fēng)口位置、尺寸及進風(fēng)參數(shù)對舍內(nèi)貼附射流長度、溫差衰減的影響規(guī)律（圖3），構(gòu)建了回流區(qū)域內(nèi)溫度的解析式，解析了基于雞舍建筑與通風(fēng)系統(tǒng)耦合作用的雞舍穩(wěn)溫機理和影響規(guī)律，利用非等溫貼附射流理論提出降低溫度波動及溫差的縱墻濕簾緩沖室新通風(fēng)模式，并明確了其理論及設(shè)計方法，通過試驗對比分析新通風(fēng)模式及側(cè)墻進風(fēng)小窗位置對舍內(nèi)熱環(huán)境的影響。結(jié)果顯示新通風(fēng)模式下雞舍內(nèi)水平與垂直方向的最大溫差分別為1.4 和0.9 ℃，傳統(tǒng)通風(fēng)模式下的溫差為6.4 和5.4 ℃，縱墻濕簾緩沖室山墻排風(fēng)系統(tǒng)能很好的降低舍內(nèi)水平及垂直方向溫差，與傳統(tǒng)縱向通風(fēng)系統(tǒng)相比，縱墻濕簾緩沖室山墻排風(fēng)系統(tǒng)舍內(nèi)溫?zé)岘h(huán)境分布更均勻，舍內(nèi)無冷熱應(yīng)激現(xiàn)象發(fā)生。其原因是舍外空氣經(jīng)過濕簾降溫后先進入緩沖間，通過非等溫貼附射流作用進入雞舍，每側(cè)進風(fēng)的射流回流區(qū)域均位于雞籠雞只活動區(qū)域。縱墻濕簾緩沖室新通風(fēng)模式下“緩沖間”的降塵效率達 95%，但舍內(nèi)仍存在一部分降塵（2.4%），其原因可能是沙塵的粒徑小于0.05 mm，重力和慣性作用下不能使其降落，也可能是沙塵暴進入雞舍緩沖間的速度太大，氣流在緩沖間內(nèi)緩沖后經(jīng)一系列運動直接進入了舍內(nèi)?？v墻濕簾緩沖室山墻排風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)模式不僅可降低塵降量及舍內(nèi)溫差、溫度波動幅度，還可將進入雞舍的氣流進行緩沖預(yù)處理，夏季濕簾降溫期間，進風(fēng)先經(jīng)過濕簾蒸發(fā)降溫，后經(jīng)緩沖間緩沖后經(jīng)側(cè)墻小窗進入雞舍；冬季預(yù)熱進入舍內(nèi)的氣流，冷風(fēng)先進入緩沖間，緩沖間內(nèi)熱交換作用下預(yù)熱空氣，后經(jīng)側(cè)墻小窗進入雞舍內(nèi)?？v墻濕簾緩沖室山墻排風(fēng)系統(tǒng)可減少雞舍建筑圍護結(jié)構(gòu)與空氣的傳熱，預(yù)處理作用下降低建筑能耗，且使進入雞舍內(nèi)的氣流在水平、垂直方向上保持穩(wěn)定均勻[3]。

圖3 雞舍受限射流的溫度衰減規(guī)律與相對射程關(guān)系[35]Fig.3 The relationship between temperature difference attenuation and the relative range of limited sticking jet in the poultry house

2 雞舍環(huán)境調(diào)控技術(shù)

2.1 干旱地區(qū)夏季通風(fēng)濕簾降溫系統(tǒng)的防溫度驟降技術(shù)

Hui 等[25]通過水泵間歇調(diào)控和濕簾淋水面積分級調(diào)控技術(shù)將溫度波動控制在 3.5 ℃內(nèi)；棟舍間歇噴霧、噴淋等措施可緩解舍內(nèi)熱環(huán)境不均勻、熱應(yīng)激，降低雞體溫上升、致死熱負荷閾值和死亡率等[27-28]。但 Timmons等[29-30]認為應(yīng)實現(xiàn)蛋雞舍內(nèi)雞活動區(qū)域的精準噴霧降溫而非整棟雞舍，因噴霧、噴淋降溫的同時會淋濕飼喂設(shè)備、飼料和雞糞等，長時間使用會影響設(shè)備的使用壽命，并不利于舍內(nèi)微生物環(huán)境的控制。因此，間歇噴霧、噴淋等措施未在西北地區(qū)蛋雞養(yǎng)殖中推廣應(yīng)用[26]。Wang等[31]測試分析了一種適用于西北地區(qū)蛋雞舍的新通風(fēng)降溫方式，其特點是降溫濕簾均勻的安裝在側(cè)墻上，并與側(cè)墻小窗共用進風(fēng)口，研究結(jié)果表明該通風(fēng)模式可降低舍內(nèi)溫差及熱應(yīng)激程度，且舍內(nèi)溫度波動幅度可控制在2.7 ℃以內(nèi)。

2.2 南方高溫高濕地區(qū)縱向通風(fēng)增大通風(fēng)效率調(diào)控技術(shù)

夏季高溫濕熱天氣，濕簾降溫系統(tǒng)的降溫效果受影響，舍內(nèi)熱應(yīng)激程度較大，雞只飼料消耗、產(chǎn)蛋率、抵抗力下降，飲水量上升[9]。通過加大雞活動區(qū)域的風(fēng)速來增強對流散熱，促進風(fēng)冷效應(yīng)來排除余熱降低體感溫度，可保持雞只的生產(chǎn)性能，因受風(fēng)機靜壓、通風(fēng)效率及風(fēng)量的限制，依賴增加風(fēng)機臺數(shù)很難達到效果，且顯著增加電費等費用[3]。比較可靠的方法可概括為：1）使用適宜高靜壓下運行的大直徑風(fēng)機；2）將屋頂下部空間設(shè)導(dǎo)流板引流[36-37]；3）進風(fēng)口內(nèi)側(cè)設(shè)導(dǎo)流板[9]；4）提高雞舍建筑的密閉性[3]。選用大直徑帶風(fēng)筒的風(fēng)機可降低風(fēng)機安裝臺數(shù)，設(shè)導(dǎo)流板可提高雞只活動區(qū)域的風(fēng)速，增加建筑的氣密性利于氣流按預(yù)設(shè)的運動軌跡活動。研究也發(fā)現(xiàn)氣密性差會導(dǎo)致舍內(nèi)外壓差變小且熱風(fēng)滲透處局部熱應(yīng)激存在，高濕環(huán)境下舍內(nèi)霉菌、細菌的繁殖加快等[3]。

3 養(yǎng)雞設(shè)施設(shè)備

3.1 高密度疊層籠養(yǎng)

3.1.1 蛋雞高密度疊層籠養(yǎng)

土地成本越來越高和環(huán)保導(dǎo)向及“禁止燃煤”政策下能耗成本逐漸增大，集約化、節(jié)能型、高效益飼養(yǎng)管理模式是蛋雞生產(chǎn)發(fā)展的趨勢?；谏醿?nèi)空氣流動、傳熱、傳濕及邊界條件相互耦合建立的熱濕空氣耦合傳遞關(guān)系，高密度飼養(yǎng)模式可實現(xiàn)無采暖系統(tǒng)下的舍內(nèi)溫度需求[6,10,16]。6 層疊層籠養(yǎng)（48.3～60 只/m2）與 3 層全階梯（16.8只/m2）、4 層半階梯（22.4 只/m2）籠養(yǎng)相比較，分別可節(jié)約土地63.4%、53.62%，提高勞動生產(chǎn)率160%～290%，人均飼養(yǎng)量達數(shù)萬只以上；料蛋比為（2.2～2.5）：1，死淘率小于15%[38]。蛋雞高密度疊層籠養(yǎng)相對集中，環(huán)境污染面減小，特別是清糞工藝及糞污收集與輸送技術(shù)，糞便日產(chǎn)日清且糞不落地，便于及時處理，節(jié)約了清潔用水量，大大改善了雞舍內(nèi)及雞場周圍的環(huán)境衛(wèi)生[39]。干清糞工藝及糞污收集與輸送技術(shù)的應(yīng)用，解決了“水泡糞”模式致使舍內(nèi)高 NH3濃度問題。傳送帶清糞蛋雞舍冬季按最小通風(fēng)量運行并保持連續(xù)通風(fēng)模式，舍內(nèi)溫度可滿足最低溫度環(huán)境要求，蛋雞舍內(nèi)CO2與NH3濃度同增同減，舍內(nèi) CO2濃度低于 5 000 mg/m3時，舍內(nèi) NH3濃度不超過30 mg/m3[16]。且舍內(nèi)CO2和NH3濃度不超過限定值[16]。集約化程度高、土地節(jié)約率高、環(huán)境污染減少、飼養(yǎng)成本降低、投資利用率和勞動生產(chǎn)率均提高及死淘率降低等是蛋雞高密度疊層籠養(yǎng)技術(shù)與裝備的主要優(yōu)點。

3.1.2 低胸囊腫肉雞雞籠底網(wǎng)與籠具設(shè)備

肉雞飼養(yǎng)方式一般為平養(yǎng)和籠養(yǎng)。厚墊料地面平養(yǎng)存在粉塵及 NH3濃度高、病原微生物、冷熱應(yīng)激大等問題，這些均為呼吸道疾病等誘發(fā)的因素[40]；籠養(yǎng)模式下，雞只與糞便不直接接觸，白痢和球蟲病等疾病有效控制，同時不使用墊料，消除了微生物滋生的環(huán)境條件，但肉雞生長速度快，出欄質(zhì)量大，籠養(yǎng)肉雞的活動受限，骨骼和肌肉不能運動，腿病發(fā)生率升高，且經(jīng)常與網(wǎng)底摩擦，胸囊腫發(fā)病率升高，直接影響肉仔雞胴體品質(zhì)和等級[41]。趙芙蓉等[42]表明籠底類型、密度是影響胸囊腫發(fā)生率的主因素，通過影響籠養(yǎng)肉仔雞行為的時間比例或頻次，改變胸部與籠底的接觸機率和時間，進一步影響胸囊腫的發(fā)生。為降低籠養(yǎng)肉雞因網(wǎng)底摩擦致高胸囊腫發(fā)病率，Zhao 等[43]首創(chuàng)了仿竹竿表面形狀及條狀墊片組合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的底網(wǎng)與籠具，使白羽肉雞胸囊腫發(fā)生率降至3%以下。疊層式肉雞籠養(yǎng)設(shè)備一般大于4 層、小于8 層，肉雞大飼養(yǎng)密度下，單位面積養(yǎng)殖量是傳統(tǒng)平養(yǎng)模式的 5倍，單位空間出欄數(shù)量高，每層均通過傳送帶系統(tǒng)清糞，肉雞出欄也由傳送帶輸送至運輸車。疊層式肉雞籠養(yǎng)便于機械化與自動化管理，飼養(yǎng)員勞動強度大幅降低，有效克服了傳統(tǒng)平養(yǎng)存在的管理困難、單位面積飼養(yǎng)密度小等問題，疊層式肉雞籠養(yǎng)也提高了生產(chǎn)效率與養(yǎng)殖效益。

3.1.3 籠內(nèi)設(shè)產(chǎn)蛋窩與磨爪墊的種雞本交籠養(yǎng)設(shè)備

種雞本交籠養(yǎng)模式可在機械化養(yǎng)殖模式下進行交配行為重新得到關(guān)注[44-45]，且種雞本交籠養(yǎng)提高了空間利用率及集約化程度[46]，但現(xiàn)行本交籠系統(tǒng)缺乏環(huán)境富集設(shè)施，同時多層籠具間由于光照均勻性差，存在傷害性行為頻發(fā)及受精率不穩(wěn)定的問題，嚴重影響生產(chǎn)效率和經(jīng)濟性。Shi 等[47]探究本交籠養(yǎng)模式下隱蔽空間和磨爪資源配置對種雞啄羽、啄肛類傷害性行為與交配行為等特征社會行為的影響，結(jié)果表明設(shè)隱蔽空間組母雞羽質(zhì)覆蓋、遭受嚴重啄羽頻次、行為恐懼與生理應(yīng)激、母雞死淘顯著低于未設(shè)置組（P＜0.05），啄死淘率與隱蔽空間使用率呈負相關(guān)，啄癖行為受害者具有較高的體尺波動不對稱性、較高的血漿皮質(zhì)酮濃度和嗜異細胞與淋巴細胞比例及較低的 5-羥色胺濃度；設(shè)磨爪資源配置組雞只的磨爪、覓食、攻擊、啄物、交配與求偶行為頻次要高于未設(shè)置組，同時其采食頻次、嚴重啄羽頻次顯著降低（P＜0.05），未設(shè)置磨爪資源配置組雞只對行為應(yīng)激測試更加敏感與恐懼（P＜0.01），且皮質(zhì)酮含量與因啄死淘率要顯著高于設(shè)置磨爪資源配置組雞只（P＜0.05）?；\內(nèi)3 種不同類型產(chǎn)蛋窩雞只的探窩-產(chǎn)蛋、探窩-無趴臥及探窩-趴臥次數(shù)如圖4 所示，探窩包括進入及離開產(chǎn)蛋窩，進入產(chǎn)蛋窩定義為頭部及一條腿進入，離開產(chǎn)蛋窩定義為雙腿可能施加于身體其他部位；產(chǎn)蛋為雞只呈現(xiàn)企鵝狀姿態(tài)；趴臥為雞只坐下，龍骨接觸產(chǎn)蛋窩底網(wǎng)，腿部壓于身體之下，雞只不移動或者轉(zhuǎn)動身體[45]。

圖4 不同類型產(chǎn)蛋窩雞只的總探窩次數(shù)[45]Fig.4 Total nest visits of in different nest boxes types

3.2 新型微酸性電解水高效消毒工藝與環(huán)境凈化

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)開發(fā)的新型微酸性電解水消毒工藝與設(shè)備及無害化消毒及環(huán)境凈化技術(shù)，可解決養(yǎng)殖消毒防疫頻繁、細菌耐藥性強和用藥量大問題，實現(xiàn)國際養(yǎng)殖倡導(dǎo)的健康、環(huán)保、無藥理念。微酸性電解水可在畜禽養(yǎng)殖的環(huán)境凈化、飲水系統(tǒng)及物品等消毒環(huán)節(jié)中替代現(xiàn)行化學(xué)消毒劑[48]。微酸性電解水主要以次氯酸分子（HClO）的形式存在，穩(wěn)定性好，且殺菌能力強，其殺菌能力是次氯酸鈉（NaCIO）的80 倍[49-50]，微酸性電解水屬于綠色、環(huán)保、安全、高效的殺菌消毒劑[50-52]，因次氯酸分子殺菌后還原為普通水，無任何殘留和污染，對人、動物和設(shè)備均無副作用產(chǎn)生，且微酸性電解水機以氯化鈉溶液、稀鹽酸為原料，價格相對低。微酸性電解水消毒技術(shù)及環(huán)境凈化技術(shù)已應(yīng)用在畜禽養(yǎng)殖場環(huán)境凈化、通道、設(shè)備、雞蛋及飲水管線消毒等各個方面[3,52]。

3.3 節(jié)能節(jié)地連棟雞舍設(shè)計與環(huán)境綜合調(diào)控

根據(jù)中國人多地少、能源與資源有限等國情，研究開發(fā)節(jié)約土地、節(jié)能、節(jié)水與節(jié)省投資等方面的新型雞舍建筑與環(huán)境控制技術(shù)意義重大。李保明等[22,53]建立了大型連棟雞舍建筑的圍護結(jié)構(gòu)傳熱與舍內(nèi)空氣熱環(huán)境數(shù)學(xué)模型，連棟雞舍的特點是相鄰 2 棟雞舍之間沒有間距。每一連棟雞舍即為一個分場，采用整場全進全出的工藝，雞舍排風(fēng)口與場區(qū)污道布局相結(jié)合，配合微酸性電解水消毒工藝，實現(xiàn)了場區(qū)內(nèi)凈污完全分離，切斷了前后批次雞只間的交叉感染，疾病傳播有效控制，保證了場區(qū)生物安全。連棟雞舍設(shè)計與環(huán)境綜合調(diào)控技術(shù)可節(jié)約占地面積、建筑造價分別達50%～60%、30%～53%，且提高飼養(yǎng)密度達 30%以上。連棟雞舍設(shè)計與環(huán)境綜合調(diào)控技術(shù)不僅節(jié)省土地資源，降低建筑造價，且有限空間內(nèi)的養(yǎng)殖效率提高[12]。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

為實現(xiàn)雞舍內(nèi)熱環(huán)境的穩(wěn)定性、通風(fēng)均勻性及場區(qū)生物安全，解決制約中國養(yǎng)雞業(yè)健康發(fā)展的雞舍環(huán)境調(diào)控程度低、環(huán)境應(yīng)激強度大、疾病交叉感染嚴重與能源浪費大等問題，研究者在適合中國氣候特點的雞舍通風(fēng)模式、環(huán)境穩(wěn)定性調(diào)控機理、雞舍及場區(qū)環(huán)境凈化、養(yǎng)雞工藝模式與設(shè)施設(shè)備、新型雞舍建筑與環(huán)境控制技術(shù)等方向開展了系列探索，并取得了較好的研究成果，有效緩解了制約養(yǎng)雞生產(chǎn)的難題。該研究系統(tǒng)的介紹了養(yǎng)雞環(huán)境調(diào)控理論、環(huán)境調(diào)控技術(shù)與設(shè)施裝備的相關(guān)研究內(nèi)容并綜述研究進展，以期為規(guī)?；B(yǎng)雞環(huán)境調(diào)控技術(shù)提供參考依據(jù)，促進現(xiàn)代養(yǎng)雞產(chǎn)業(yè)的綠色高質(zhì)量轉(zhuǎn)型升級與健康可持續(xù)發(fā)展，主要研究成果如下：

1）濕簾風(fēng)機降溫系統(tǒng)加縱向通風(fēng)氣流組織理論，實現(xiàn)了舍內(nèi)無通風(fēng)死區(qū)、整舍氣流均勻，雞舍夏季高溫減產(chǎn)、死淘率高問題解決，橫向通風(fēng)氣流組織模式下的通風(fēng)死區(qū)、舍內(nèi)環(huán)境不均和舍間交叉感染難題破解。

2）水泵間歇調(diào)控和濕簾淋水面積分級調(diào)控緩解了干旱地區(qū)雞舍夏季通風(fēng)濕簾降溫系統(tǒng)啟動初期驟降問題；雞舍建筑與通風(fēng)系統(tǒng)耦合作用下的雞舍穩(wěn)溫調(diào)控機理-非等溫貼附射流理論提出的降低溫度波動及溫差的縱墻濕簾緩沖室山墻排風(fēng)新通風(fēng)模式，不僅可降低舍內(nèi)溫差及溫度波動幅度，還可將進入雞舍的氣流預(yù)處理，冬季預(yù)熱氣流，夏季減緩濕簾降溫后冷氣流對雞造成的冷應(yīng)激。

3）蛋雞高密度疊層籠養(yǎng)、低胸囊腫肉雞雞籠底網(wǎng)與籠具設(shè)備、籠內(nèi)設(shè)產(chǎn)蛋窩與磨爪墊的本交籠養(yǎng)設(shè)備、新型微酸性電解水高效消毒工藝與設(shè)備及連棟雞舍建筑等，可提高有限空間內(nèi)的養(yǎng)殖效率、節(jié)省土地資源、降低單位飼養(yǎng)密度下的建筑造價。

4.2 展望

中國畜禽養(yǎng)殖發(fā)展，未來5～10 a 將是智慧畜牧業(yè)的快速發(fā)展階段，首先要突破1.0 階段—數(shù)字化階段，信息化和智能化的發(fā)展必須以數(shù)字化為基礎(chǔ)，數(shù)字化階段包括畜禽環(huán)境參數(shù)、動物生長參數(shù)、生產(chǎn)性能參數(shù)、個體采食飲水量、動物行為及健康等相關(guān)參數(shù)的信息資源采集；其次，IT 企業(yè)的介入及其在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面的優(yōu)勢可幫助快速越過2.0 階段—網(wǎng)絡(luò)化階段，包括互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的建立和應(yīng)用等信息資源的整合發(fā)布，及其在模型算法的優(yōu)勢可助力動物健康生長與管理模型的構(gòu)建，并有助于畜牧業(yè)信息化3.0 階段—智慧畜牧業(yè)的實施、信息的挖掘及準確利用。中國基本是 1.0～3.0 階段的同步推進，但1.0 數(shù)字化階段還停留在環(huán)境參數(shù)階段，對動物的生長參數(shù)，如質(zhì)量、體溫、行為等健康相關(guān)參數(shù)的數(shù)字化程度還不夠。2.0 網(wǎng)絡(luò)化階段中的數(shù)據(jù)庫還停留在一些公共云上，有需要的養(yǎng)殖企業(yè)一定程度上無法使用，使得一些企業(yè)不得不重新研發(fā)能夠自主采集相關(guān)數(shù)據(jù)的環(huán)境控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫等。若1.0 數(shù)字化階段未很好解決，會影響2.0 和3.0 階段的實施及發(fā)揮，如何解決數(shù)據(jù)庫和用戶需求問題，將使得2.0 和3.0 反過來迫使1.0 階段實現(xiàn)突破。中國在養(yǎng)雞環(huán)境調(diào)控理論、環(huán)境調(diào)控技術(shù)與設(shè)施裝備開發(fā)等方面雖已經(jīng)取得了大量研究成果，但目前養(yǎng)雞數(shù)據(jù)化與智能化管理監(jiān)控、智能化籠內(nèi)死雞識別裝置及福利化養(yǎng)殖模式及技術(shù)裝備等方面還亟待深入研究，未來還有很多問題有待解決，展望未來中國養(yǎng)雞產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向與研究內(nèi)容主要包括：

4.2.1 智能化養(yǎng)殖管理與監(jiān)控平臺

對中小規(guī)模的養(yǎng)殖場來說，數(shù)據(jù)化與智能化可能大多僅處于自動化階段，只體現(xiàn)在自動化上料給水、自動化環(huán)控設(shè)備、自動化清糞及集蛋等技術(shù)[54-55]。中國的養(yǎng)殖業(yè)在數(shù)據(jù)化與智能化領(lǐng)域還處于初級階段，因此，如何打造精準化、高效化的綜合調(diào)控技術(shù)體系是關(guān)鍵。針對養(yǎng)殖戶、養(yǎng)殖管理層及消費者的需求，通過智能化養(yǎng)殖管理軟件與網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控，智能化養(yǎng)殖管理與監(jiān)控平臺需同時滿足養(yǎng)殖戶、養(yǎng)殖管理層及消費者的需求，使養(yǎng)殖戶、養(yǎng)殖管理層及消費者等多方信賴。1）確保養(yǎng)殖人員可實現(xiàn)環(huán)境因子變化下的整體智能調(diào)控；2）實現(xiàn)雞場管理人員和企業(yè)高層管理者對雞舍和場區(qū)環(huán)控系統(tǒng)的實時操控及遠程實時監(jiān)測，遠程監(jiān)控舍內(nèi)環(huán)控器，通過遠程通信及報警系統(tǒng)，確保安全生產(chǎn)；3）實現(xiàn)養(yǎng)殖產(chǎn)品的可追溯性，消費者可從源頭追溯養(yǎng)殖產(chǎn)品的系列相關(guān)信息，有效保障食品安全、健康。

4.2.2 智能化籠內(nèi)死雞識別裝置

隨著飼養(yǎng)規(guī)模的日趨擴大，人工定時巡視、檢查和清除籠內(nèi)死雞是一項勞動密集型工作[56]。人工巡檢死雞實時性低，且高密度疊層籠養(yǎng)（6 層、8 層、10 層）下，人工巡檢死雞需借助攀爬和可移動的設(shè)備，勞動強度相對較高、危險性大且難以保證工作效率。雞只采食時容易計算籠內(nèi)雞只數(shù)量，但采食位置不能同時滿足籠內(nèi)所有雞只的采食，一般會有1～2 只雞在采食槽后方等待采食，無法通過計算采食的雞只來確定籠內(nèi)是否有死雞?；跈C器視覺的規(guī)模養(yǎng)雞場死雞探測系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng)的算法整體效率過多依賴于圖像采集和處理，但養(yǎng)雞場內(nèi)照度有限，存在粉塵且高密度飼養(yǎng)下雞只相互緊挨，致使圖像采集與處理相對復(fù)雜，基于機器視覺的探測系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng)無法很好推廣應(yīng)用[57-58]。研究智能化籠內(nèi)死雞探測系統(tǒng)、設(shè)計研發(fā)一款由飼養(yǎng)員手持或自動設(shè)備承載的智能化籠內(nèi)死雞識別裝置，經(jīng)過雞籠時可檢測籠內(nèi)是否有死雞的可移動自動檢測裝置具有很好的科學(xué)意義和商業(yè)價值，也是規(guī)?；鄬踊\養(yǎng)模式下提高生產(chǎn)效率的必然趨勢。

4.2.3 福利化養(yǎng)殖模式及裝備

隨物質(zhì)生活的提高，人們對優(yōu)質(zhì)蛋白的市場需求也在不斷擴大，對動物福利的認可度及需求也在逐漸提高，食品安全呼喚養(yǎng)殖業(yè)減抗、無抗生產(chǎn)，從消費者的價值觀以及消費趨向和國際社會的發(fā)展可以看出，福利養(yǎng)殖問題亟待考慮、解決[59-60]，福利養(yǎng)殖模式符合畜牧業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級的發(fā)展方向和需求，摸索出一條具有中國特色的動物福利養(yǎng)殖之路對養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。根據(jù)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場需求特點，開發(fā)特色福利化養(yǎng)殖設(shè)施裝備同時配套養(yǎng)殖環(huán)境調(diào)控設(shè)備，通過提高畜禽心理、生理健康，且讓畜禽回歸各種自然習(xí)性，以提高畜禽的健康和抗病能力，減少或最終取締疫苗、抗生素或抗菌藥等藥物在養(yǎng)殖業(yè)的使用。利用資源條件與市場優(yōu)勢，發(fā)展出中國特色的動物福利養(yǎng)殖模式及理論體系，并創(chuàng)立中國特色品牌，值得深思[61-62]。