北京市郊區典型奶牛舍冬季溫熱環境和空氣質量的評價

文/陳 健 顧憲紅＊ 彭丹丹

（1 中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所；2 河南科技大學動物科技學院）

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乳業優勢發展地區[1]。隨著當前京津冀奶業一體化協同發展模式的創新，其奶牛業的健康發展對京津冀甚至全國的奶牛業發展起到引領、帶動和促進的作用。北京地區80%的奶牛養殖場牛舍為開放式或半開放式牛舍，奶牛養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、營養和飼養管理、生理因素和飼養環境、疾病管理等。其中，溫熱環境和空氣質量是重要的環境因素，前者影響牛舍內的溫濕指數，從而影響奶牛自身的熱調節，后者隨著奶牛飼養密度的增加及排泄物的分解而發生改變，進而影響奶牛的健康及福利水平。

本試驗通過測量北京市典型泌乳牛舍內外冬季不同時間段的溫熱環境因素（溫度、相對濕度、風速）和空氣質量指標（PM2.5、PM10、NH3、CO2）的變化，為北京市郊區奶牛舍的設計、奶牛養殖環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

該試驗在北京市順義區中地種畜良種奶牛科技園進行，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27 m，牛舍最高處距離地面8 m，最低處距離地面4.5 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，該卷簾在冬季放下，用于擋風保暖，其它季節都卷起，牛舍西面有一條擠奶通道。通過本課題組2016年對北京各個地區的62 家牛場調研發現，泌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與本試驗所選擇的牛舍相似或相同，因此本試驗所選牛舍可以作為北京市郊區奶牛場的典型牛舍。

圖1 牛舍立剖面結構圖

圖 2 泌乳牛舍溫熱環境和空氣質量測量點示意圖

1.2 奶牛的飼養管理

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。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日糧攪拌車對該舍奶牛喂料。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。奶牛自由采食、自由飲水，除了采食和擠奶，奶牛大部分時間在臥床上躺臥。11：00、12：00-13：00、14：00-15：00、16：00-17：00、18：00-19：00。每個時間段的測定指標為牛舍內外的溫度、相對濕度、風速、PM2.5、PM10、NH3、CO2。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1 個采量點每個測量時段連續測量3 次，取均值。

1.3 試驗設計

根據天氣預報選擇北京地區冬季7 天穩定的典型冬季天氣條件進行測定，具體測定日期為2017年1月11～17日。每天測定的時間段為08：00-09：00、10：00-

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）；PM 2.5和PM 10測量采用微電腦激光粉塵儀（北京綠林創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）。

1.5 統計分析

利用Excel 2010對各個指標7 天的數據進行整理。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。

2 結果

2.1 泌乳牛舍內溫熱因素和空氣環境指標的日變規律

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，在08：00-09：00時間段最低，14：00-15：00時間段最高；相對濕度先降低后升高，08：00-09：00時間段最高；14：00-15：00和16：00-17：00兩個時段風速顯著高于其它時段風速（p＜0.05）；PM2.5、PM10、NH3和CO2濃度在18：00-19：00時段顯著高于其它時間段（p＜0.05）。

2.2 泌乳牛舍內不同位置的溫熱因素和空氣環境指標的變化

由表2可知，牛舍內的PM 2.5和PM 10各位置間無顯著性差異（P＞0.05）。向陽面的溫度極顯著高于向陰面（p＜0.01）；向陽面的相對濕度顯著低于其它位置（p＜0.05）；向陽面的風速極顯著高于其它位置（p＜0.01）；向陰面的NH3濃度極顯著高于其它位置（p＜0.01）；向陽面的CO2濃度極顯著低于其它位置（p＜0.01）。

表1 泌乳牛舍內不同時段溫熱因素和空氣環境指標

表2 泌乳牛舍內不同位置的溫熱因素和空氣環境指標

2.3 泌乳牛舍內外的溫熱因素和空氣環境指標的變化

由表3可知，泌乳牛舍內外的PM 2.5、PM 10無顯著性差異（P＞0.05）。舍內的溫度極顯著高于舍外（p＜0.01）；舍內的相對濕度顯著高于舍外（p＜0.05）；舍外的風速顯著高于舍內（p＜0.05）；舍內的NH3和CO2濃度顯著高于舍外（p＜0.05）。

表3 泌乳牛舍內外溫熱因素和空氣環境指標

3 討論

3.1 泌乳牛舍內不同時段的溫熱環境和空氣環境指標

3.1.1 牛舍內不同時段溫度和相對濕度的變化

空氣溫度是影響家畜健康和生產性能的首要溫熱因素[4]。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。研究發現，當環境溫度低于-5 ℃時，奶牛的產奶量和生理機能均受到明顯影響，出現冷應激反應[5]。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。空氣濕度會影響奶牛體表水分蒸發，阻礙牛體散熱，干擾牛體熱調節。

本試驗所測的牛舍為開放式，舍內溫度和相對濕度的變化受外界溫熱環境影響比較大。對牛舍內的溫熱環境測定發現，溫度在14：00-15：00時間段較高，在08：00-09：00較低。整體變化趨勢與舍外自然變化規律一致，在所測的時段里，奶牛未受到冷應激的影響。

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。試驗所測牛舍內的風速在14：00-15：00和16：00-17：00兩個時段高于其它時段。不同時段的風速小于1 m/s，均未超過畜禽場環境質量標準[6]。

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工藝之外，舍內溫濕度、風速、清糞方式以及奶牛行為等[7]均可能會對舍內空氣環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[8]。溫度和濕度對空氣環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[9]。本試驗結果顯示，18：00-19：00時間段牛舍內粉塵濃度（PM 2.5、PM 10）大于其它時段，但整體都小于2 mg/m3，符合畜禽場的環境質量標準[6]，并未達到危害水平。

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[10]。本試驗結果表明，18：00-19：00時間段的NH3濃度高于其它時段，NH3濃度最高為2.47 mg/m3，根據畜禽場環境質量標準[6]，NH3最高上限為20 mg/m3，表明該牛舍NH3濃度在冬季符合生產標準。

3.1.5 牛舍內不同時段CO2的變化

牛舍內的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、其它有害氣體含量增高。本試驗結果表明，CO2濃度在18：00-19：00明顯高于白天其它時段，但是遠低于畜禽場環境質量標準中的最高上限2 946 mg/m3[6]。

通過對牛舍內空氣環境指標測定發現，粉塵、NH3、CO2濃度在18：00-19：00時間段高于其它時段，變化規律和李保明等[10]研究的結果相似。主要是因為該時段奶牛活動量相比白天小，大部分牛都在對頭式的臥床上躺著進行反芻。同時，由于該時段風速較小，牛舍內的空氣流動變差，導致該時段的空氣質量指標變高。

3.2 泌乳牛舍內不同位置的溫熱因素和空氣環境指標

該類型牛舍的向陽面平均溫度要比向陰面高，但該位置的風速較大，牛舍內整體的溫熱環境對奶牛的影響不會因為位置不同而出現較大差異。由于向陰面的溫度較低，牛舍地面上的糞便、尿液及其它液體由于天氣作用會結冰，自動刮糞機不能及時的清除，同時牛舍北面的塑料卷簾會在該季節放下，向陰面的空氣流動變差，從而導致向陰面的NH3、CO2濃度較高。

3.3 泌乳牛舍內外的溫熱因素和空氣環境指標

對牛舍內外溫熱環境和空氣質量的測量可知，在所測的時段，牛舍內的溫度比牛舍外的溫度高，牛舍內的風速比牛舍外的風速小。雖然由于牛舍內奶牛的活動及其它原因導致牛舍內的NH3、CO2濃度較牛舍外的高，但都低于畜禽場環境質量標準。說明該類型的牛舍在冬季會起到一定的防寒作用，牛舍內的空氣質量對奶牛的影響較小。

4 結論

本試驗通過對北京地區典型開放式奶牛舍冬季溫熱因素和空氣環境指標的測定發現：在所測的時段里牛舍內的奶牛未處于冷應激狀態；該牛舍內的粉塵、NH3和CO2的濃度符合生產標準，但18：00-19：00時間段牛舍內的空氣質量比其它時段差。牛舍內溫度高于舍外，表明該開放式牛舍在冬季具有一定的防寒作用。