規(guī)模化豬場(chǎng)設(shè)施設(shè)備研究進(jìn)展

涂 志

（重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 榮昌 402460）

目前我國生豬產(chǎn)業(yè)正處在轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，生豬行業(yè)處在分散至集中的整合期，表現(xiàn)為養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)量減少，養(yǎng)殖規(guī)模逐漸擴(kuò)大，隨著豬場(chǎng)規(guī)模化、集約化生產(chǎn)廣泛應(yīng)用，我國的養(yǎng)豬生產(chǎn)水平得到極大的提高。我國養(yǎng)豬業(yè)產(chǎn)業(yè)的集約化發(fā)展過程中，越來越多的自動(dòng)化、智能化、低能耗、高環(huán)保的養(yǎng)豬設(shè)施設(shè)備及生產(chǎn)工藝迅速得到廣泛推廣與應(yīng)用。我國是全球最大生豬養(yǎng)殖國家，但與國外養(yǎng)豬先進(jìn)國家和地區(qū)相比，整體生產(chǎn)水平仍存在巨大差距。其中勞動(dòng)力成本投入高、先進(jìn)設(shè)施設(shè)備應(yīng)用較為滯后、豬場(chǎng)疫情復(fù)雜、環(huán)保壓力大等諸多問題是造成這些差距的主要原因。機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化設(shè)施設(shè)備的選擇對(duì)解決這些問題具有至關(guān)重要的作用，近年來國內(nèi)外研究人員對(duì)養(yǎng)豬相關(guān)設(shè)施設(shè)備已有較為深入的研發(fā)與改進(jìn)，主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)設(shè)施逐漸走向標(biāo)準(zhǔn)化、飼喂及飲水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備設(shè)施的改進(jìn)與研發(fā)較為深入、豬舍環(huán)境調(diào)控越來越受到重視、糞污處理工藝走向多元化、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)備受養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)的重視與推崇。

1 消毒設(shè)備的研發(fā)

當(dāng)前國內(nèi)豬場(chǎng)疫情復(fù)雜，尤其近期非洲豬瘟已在全國范圍內(nèi)肆虐，豬場(chǎng)防疫問題空前嚴(yán)峻[1]。因此，豬場(chǎng)的消毒顯得尤為重要，市場(chǎng)上售賣的多種消毒藥劑以及近年來新興的微酸性電解水[2]都可用作豬舍、工作人員、進(jìn)出車輛及設(shè)備設(shè)施的消毒，同時(shí)研究人員研發(fā)、優(yōu)化了多種消毒設(shè)施設(shè)備。王栓林[3]發(fā)明的一種智能豬舍消毒清洗機(jī)器人，采用激光和超聲波雷達(dá)作為導(dǎo)航裝置，能夠?qū)ωi舍內(nèi)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行快捷有效地清洗消毒。歐國亮[4]發(fā)明的一種豬舍消毒裝置，該裝置既能實(shí)現(xiàn)紫外消毒，也可以用作噴霧消毒，可對(duì)豬舍進(jìn)行多方位、多途徑的消毒。趙建平等[5]設(shè)計(jì)的一種養(yǎng)豬用超聲波霧化消毒設(shè)備，解決了現(xiàn)有豬場(chǎng)消毒設(shè)備消毒范圍窄、噴霧死角多的技術(shù)問題。這些消毒設(shè)施設(shè)備逐漸朝著智能化、高效率的方向發(fā)展，能夠有效解決豬場(chǎng)消毒低效率、高成本等問題。

2 飼喂及飲水系統(tǒng)的改進(jìn)與研發(fā)

豬場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過程中蟲蛀鼠害、飼料霉變及飼料添加過剩是造成豬場(chǎng)飼料浪費(fèi)的主要原因，也是增加養(yǎng)殖成本的主要因素；同時(shí)豬場(chǎng)水壓、飲水器設(shè)計(jì)及其安裝高度的不合理等問題是造成豬場(chǎng)飲水浪費(fèi)的主要原因。因此，避免生產(chǎn)過程中飼料和飲水浪費(fèi)是一個(gè)亟待解決的問題。

2.1 飼喂設(shè)備

在國外，液態(tài)料飼喂系統(tǒng)被廣泛推廣，如法國超過20%的豬場(chǎng)、丹麥和荷蘭約60%的豬場(chǎng)均采用液態(tài)料飼喂系統(tǒng)[6]。該系統(tǒng)具有適口性好、采食量和飼料轉(zhuǎn)換效率高、產(chǎn)生粉塵少、呼吸系統(tǒng)發(fā)病率低等優(yōu)點(diǎn)。歐維金等[7]研究發(fā)現(xiàn)，利用液態(tài)料飼喂系統(tǒng)可顯著提高斷奶仔豬的日增重和采食量，且降低其料重比及發(fā)病率。Rasmussen等[8]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)育肥舍豬只數(shù)量與液態(tài)料下料口數(shù)量的比例為4∶1（4頭豬1個(gè)下料口）時(shí)，飼喂效率最高。近年來有關(guān)養(yǎng)豬生產(chǎn)中飼喂及飲水系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施的相關(guān)研究很多。孫英國[9]發(fā)明的一種用于養(yǎng)豬場(chǎng)液態(tài)料飼喂的全自動(dòng)采食系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化精準(zhǔn)液態(tài)料投放，同時(shí)也能滿足不同生長(zhǎng)階段生豬對(duì)水料比和投料頻率的要求，可以大幅降低豬場(chǎng)的運(yùn)營成本、提高飼喂效率。倪以祥[10]設(shè)計(jì)的一種具有加熱功能的養(yǎng)豬用飼喂與飲水兩用設(shè)備，可以在飼料攪拌均勻后通過加熱板對(duì)飼料進(jìn)行加熱，有利于寒冷季節(jié)豬只的采食，同時(shí)也能在必要時(shí)將豬飲用水和保健藥進(jìn)行混合攪拌加熱，然后用于豬的飲用。目前來說我國液態(tài)料自動(dòng)飼喂系統(tǒng)的研發(fā)還處于初期階段，大部分養(yǎng)豬場(chǎng)使用的都是國際畜牧設(shè)備公司的設(shè)備，比如S.K.D公司和WADE公司的液態(tài)料自動(dòng)送料系統(tǒng)，我國畜牧設(shè)備公司應(yīng)該緊跟國際先進(jìn)水平，增強(qiáng)研發(fā)力度，掌握核心技術(shù)。

我國大部分的規(guī)模豬場(chǎng)仍使用干料飼喂系統(tǒng)，其原因是干料飼喂系統(tǒng)可將飼料從料塔輸送到指定食槽，減少人工成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度[11]。干料飼喂系統(tǒng)的輸送方式主要包括螺旋絞龍式、索盤式及氣動(dòng)式3種，雖然這些系統(tǒng)使用方便、簡(jiǎn)單，但還是存在一些不足，比如利用料線設(shè)備只是完成了飼料機(jī)械式的輸送，而飼喂管理還是需要靠人工完成。如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)飼喂是以后研究的重點(diǎn)，熊本海等[12]發(fā)現(xiàn)通過控制電動(dòng)桿的推桿速率（60 mm/s）、輸入電壓（11.5 V）及電源功率（150 W），并且采用預(yù)設(shè)的個(gè)性化的采食量模型與變?nèi)莘e的精確控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)哺乳母豬精準(zhǔn)飼喂。易烈運(yùn)等[13]發(fā)現(xiàn)可通過利用S7-200型PLC（可編程邏輯控制）技術(shù)和組態(tài)系統(tǒng)技術(shù)，形成一套微電腦可視智能調(diào)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍智能遠(yuǎn)程自動(dòng)化飼喂管理。耿瑋等[14]研制了一款群養(yǎng)狀態(tài)下，懷孕母豬獨(dú)立封閉狀態(tài)采食的精準(zhǔn)飼喂單體采食站及其配套控制系統(tǒng)，可針對(duì)不同母豬進(jìn)行個(gè)性化的飼喂曲線、水料配比等參數(shù)設(shè)置。

2.2 飲水設(shè)備

目前國內(nèi)豬用飲水器主要是鴨嘴式、乳頭式和杯式3種。通常情況下飲水器浪費(fèi)掉的水都會(huì)和糞尿混合，增加了糞污的產(chǎn)生量以及糞污處理成本。同時(shí)，飲水器浪費(fèi)掉的水會(huì)增加圈舍的空氣濕度，在高溫高濕環(huán)境中將嚴(yán)重影響豬只的生長(zhǎng)狀態(tài)。因此使用安全、節(jié)水的飲水器對(duì)養(yǎng)豬生產(chǎn)也同樣具有十分重要的意義。劉煒等[15]設(shè)計(jì)的一種新型多功能豬場(chǎng)用飲水器，通過增設(shè)監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)豬只飲水動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)在飲水槽增設(shè)自動(dòng)排污裝置，無需飼養(yǎng)員定期清洗，提高了飲水系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。穆立田等[16]研究發(fā)現(xiàn)，通過應(yīng)用加有節(jié)水飲水槽的節(jié)水飲水器，明顯降低了鴨嘴式飲水器在使用過程中的育肥豬嬉水造成的浪費(fèi)，節(jié)水率可達(dá)到49.56%；同時(shí)飲水器的放置位置（高度）及角度能夠?qū)ωi舍環(huán)境改善以及減少糞尿量提供一定的幫助，單妹等[17]設(shè)計(jì)的一種測(cè)定豬舍內(nèi)飲水器水流量的簡(jiǎn)易裝置，能夠簡(jiǎn)單快速地測(cè)定每個(gè)飲水器的出水流量，便于實(shí)施精準(zhǔn)飼養(yǎng)。

3 環(huán)境調(diào)控設(shè)施設(shè)備的研究與應(yīng)用

3.1 冷熱環(huán)境調(diào)控

豬具有皮下脂肪層較厚、汗腺不發(fā)達(dá)的特點(diǎn)，因此其對(duì)高溫環(huán)境的自我調(diào)節(jié)能力較弱，當(dāng)環(huán)境溫度高于30 ℃時(shí)，除哺乳仔豬外，其他豬只都會(huì)處于熱應(yīng)激狀態(tài)[18]，因此，高溫季節(jié)豬舍的降溫防暑顯得尤為重要。現(xiàn)代豬舍常用的降溫方式有濕簾-風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)、噴淋、噴霧降溫及尚未廣泛投入實(shí)際生產(chǎn)的水冷式豬床、地板降溫等[19]，這些降溫措施能夠?yàn)樨i只提供較為適宜的溫度環(huán)境，有效緩解豬只的熱應(yīng)激，有利于豬只的健康。

盡管豬只體表有被毛抵抗低溫環(huán)境的能力較強(qiáng)，但是低溫環(huán)境不利于豬只健康生長(zhǎng)，影響飼料轉(zhuǎn)化率，因此寒冷地區(qū)豬舍多采用增加飼養(yǎng)密度、關(guān)閉門窗、減少通風(fēng)換氣量等方式來提高舍內(nèi)的環(huán)境溫度，使用這些方法極易導(dǎo)致舍內(nèi)有害氣體濃度過高，影響環(huán)境舒適度。當(dāng)前，有關(guān)豬舍防寒措施的研究較少，常用的防寒措施有厚墊料飼養(yǎng)、薄膜保溫、暖床以及改善豬舍圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能等方式[20]。仔豬對(duì)低溫環(huán)境較為敏感，而母豬對(duì)高溫環(huán)境的自我調(diào)節(jié)能力較差，因此，分娩舍多采用局部加溫的措施為仔豬提供較為適宜的溫度環(huán)境。李宇雄等[21]發(fā)明的一種中空結(jié)構(gòu)的保溫床，以水為熱源，應(yīng)用熱輻射的方式可以為仔豬提供較為適宜的溫度環(huán)境。

3.2 豬舍環(huán)控系統(tǒng)的升級(jí)與改造

優(yōu)秀的環(huán)境控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)豬場(chǎng)環(huán)控設(shè)備的精準(zhǔn)控制，提高生產(chǎn)效率，因此，近年來豬舍環(huán)境控制系統(tǒng)的研發(fā)受到廣泛關(guān)注。李頎等[22]使用CFD模型模擬豬舍實(shí)時(shí)溫度場(chǎng)信息，并利用模擬控制技術(shù)，將環(huán)境條件控制在豬只的舒適范圍之內(nèi)。謝秋菊等[23]通過在控制系統(tǒng)加入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制，優(yōu)化豬舍環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)，并對(duì)不同季節(jié)多環(huán)境因子進(jìn)行模糊化及邏輯推理生成不同季節(jié)的調(diào)控策略及規(guī)則。周思林等[24]運(yùn)用模糊推理規(guī)則，并且根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)輸出的溫、濕度，實(shí)現(xiàn)對(duì)PID三個(gè)參數(shù)的調(diào)整，最終完成豬舍溫、濕度的自動(dòng)調(diào)控。總體看來，豬舍內(nèi)的多個(gè)環(huán)境因子耦合后會(huì)對(duì)豬只產(chǎn)生綜合影響，但我國豬舍環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)多數(shù)為單一調(diào)控，當(dāng)前我國豬舍環(huán)境的監(jiān)控系統(tǒng)還不夠完善，亟需找到一個(gè)更合適、精準(zhǔn)的控制算法計(jì)算出各因子的合理輸出值。

4 糞污處理工藝的研究與應(yīng)用

規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)常用的清糞方式主要有干清糞、水泡糞、水沖糞以及發(fā)酵床技術(shù)等，但是存在諸如干清糞容易造成清糞機(jī)械損壞、水泡糞易產(chǎn)生有害氣體影響豬只健康、水沖糞耗水量大、發(fā)酵床容易導(dǎo)致有害氣體濃度過高、致病菌滋生和產(chǎn)熱過高等不足[25]。因此，如何實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬場(chǎng)糞污高效處理和資源化利用成為研究的一個(gè)重要方面。糞污還田是實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬場(chǎng)糞污資源化利用的一種有效途徑，不僅可以減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料的投入成本，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖污染物的零排放。但是由于近年來養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展迅速，規(guī)模化程度越來越高，導(dǎo)致可消納糞污的農(nóng)田不足，而且糞污存儲(chǔ)成本和遠(yuǎn)距離運(yùn)輸成本過高[26]，因此，有關(guān)采用生化處理的途徑以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬糞污高效處理與綜合利用的研究較為突出[27-28]。

目前，新建豬場(chǎng)大部分采用干清糞方式，其中機(jī)械干清糞是在全漏縫地板下設(shè)清糞溝槽，使用往復(fù)式機(jī)械刮糞板清理干糞，尿液由清糞溝槽下集尿溝收集。即使使用干清糞方式對(duì)圈舍糞污處理，但豬糞仍存在水分含量高的問題，如何高效將豬糞固液分離已成為研究熱點(diǎn)。付崇波等[29]通過兩級(jí)分離倉與干燥倉的配合得到含水量低的糞便，便于后期的有機(jī)肥處理。張志軍等[30]利用離心泵及輸送裝置發(fā)明了一種可及時(shí)分離干糞及糞水的裝置。

豬場(chǎng)廢水是較難處理的有機(jī)廢水，因其排量大、溫度低、廢水中固液混雜，有機(jī)物含量高，氮、磷含量高且不易去除，單純使用物理、化學(xué)或生物學(xué)方法難以達(dá)到排放要求。近年來，大量科研人員對(duì)新型污水處理裝置進(jìn)行了研究。劉茹等[27]采用兩相厭氧-生物接觸氧化-礦化垃圾人工濕地床系統(tǒng)處理養(yǎng)豬場(chǎng)糞污水，處理水量為20 m3/d，出水可達(dá)到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放要求。錢鈺和朱樂輝[28]將“固液分離+氣浮”的物理化學(xué)方法與“水解酸化+ABR+生物接觸氧化+雙面導(dǎo)流”的生化方法相結(jié)合處理養(yǎng)豬糞便廢水，出水水質(zhì)可達(dá)《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放要求。

5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用

近年來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)慢慢地滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)等領(lǐng)域。在畜牧業(yè)生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也不斷得到研發(fā)人員和豬場(chǎng)管理人員的重視。在我國越來越多的規(guī)模化豬場(chǎng)逐漸實(shí)現(xiàn)了以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化、智能化養(yǎng)殖，這些設(shè)備的使用節(jié)約了人力物力、提高了生產(chǎn)效率，最終提高了經(jīng)濟(jì)效益[31]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)、豬場(chǎng)自動(dòng)飼喂系統(tǒng)等方面的應(yīng)用逐漸成熟，在畜牧產(chǎn)品溯源等領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸得到重視。蔣永年等[32]使用物聯(lián)網(wǎng)及時(shí)構(gòu)建智能化母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)豬舍的在線監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)、精確飼喂、發(fā)情鑒定、智能化分離以及 PLC 控制；秦英林等[33]利用紅外熱成像技術(shù)構(gòu)建了病豬監(jiān)控裝置，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)豬只健康狀況和生活環(huán)境，并通過紅外實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)紅外熱像儀和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的雙路監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬的自動(dòng)化。近年來隨著人們對(duì)食品安全的重視，越來越多的研發(fā)人員和設(shè)備公司將重心轉(zhuǎn)移到對(duì)產(chǎn)品的溯源上，利用智能識(shí)讀、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)地理信息等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)從養(yǎng)殖、屠宰、零售的全線追蹤[34]。

6 小結(jié)

6.1 現(xiàn)狀

我國養(yǎng)豬業(yè)在最近幾十年逐漸由小規(guī)模散戶居多朝著集約化、規(guī)模化養(yǎng)殖方向發(fā)展。目前來說我國養(yǎng)豬生產(chǎn)設(shè)施裝備水平尚處于由傳統(tǒng)方式向局部機(jī)械化、自動(dòng)化和集約化過渡的發(fā)展階段。我國養(yǎng)豬設(shè)備公司發(fā)展迅速，但是由于起步較晚，目前主要還是停留在最初始狀態(tài)豬舍地板、限位欄、喂料器等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的生產(chǎn)制造方面，對(duì)于像精準(zhǔn)飼喂、母豬群養(yǎng)系統(tǒng)、豬舍環(huán)境控制系統(tǒng)等大部分產(chǎn)品要從國外引進(jìn)，雖然近年越來越多的中國畜牧機(jī)械企業(yè)緊緊追趕國外企業(yè)的步伐，但是核心技術(shù)的缺乏和使用壽命問題讓很多大型養(yǎng)豬企業(yè)放棄使用國產(chǎn)設(shè)備而選用成本更高的進(jìn)口設(shè)備，這更加打擊國產(chǎn)廠家的積極性。

6.2 展望

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠減少勞動(dòng)力、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。在全面覆蓋物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬場(chǎng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)豬只采食數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集和智能化控制，豬場(chǎng)生產(chǎn)工作及育種數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和智能化分析，對(duì)豬只的運(yùn)輸以及產(chǎn)品追蹤實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證運(yùn)輸安全以及相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量。目前我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究與產(chǎn)品的研發(fā)在養(yǎng)豬生產(chǎn)中得到了一定程度的推廣與使用，仍然需要投入大量的人力物力進(jìn)行研發(fā)，以期取得更加高的效益，慢慢地就可以實(shí)現(xiàn)豬場(chǎng)管理者坐在辦公室使用微信、手機(jī)APP等軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)豬場(chǎng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、控制。