春季發酵床奶牛舍和栓系奶牛舍環境衛生指標、奶牛舒適度的研究

顧亞蘭，張振斌，王 珊，甄永康，李佩真，毛永江，王夢芝*，貢玉清*

（1.揚州大學動物科學與技術學院，江蘇揚州 225009；2.江蘇省畜牧總站，江蘇南京 210036）

近年來，我國奶牛養殖方式隨著奶牛養殖量的不斷擴大而逐漸轉變，散戶養殖、養殖小區等模式正逐漸被規模化養殖場替代，集約化、規范化程度越來越高[1-3]。奶牛的排泄量較大，每頭500～600 kg 的成年奶牛每天排糞量30～50 kg、排尿量15～25 kg、產生污水15～20 L[4]。如果對糞污不及時進行科學處理，不僅影響奶牛場飼養管理，還增加奶牛場周邊環境污染治理的壓力。發酵床養殖技術基于微生物學、營養學等原理，利用微生物菌群降解墊床中糞便，具有降低奶牛疾病率、減少糞污排放等優點[5]。有研究表明，利用發酵床技術可從源頭減少牛糞對環境的污染，降低奶牛發病率[6-7]。

楊麗萍等[8]研究表明，牛奶產量和品質除受奶牛的品種、胎次等因素影響外，還受到溫度等外界環境因素影響，溫濕度較高時奶牛產奶量下降高達30%以上。南方地區春季氣溫變化較大、降雨量較多會導致發酵床溫濕度指數（THI）升高，進而影響奶牛健康和產奶量。因此春季時發酵床牛舍需經常通風干燥、翻新墊料，從而改善舍內環境，提高奶牛的產奶性能[9]。但在春季，發酵床奶牛舍的內環境與墊床墊料是否存在互作效應尚未明確，而且其對奶牛舒適程度的影響也不明了。為此，本試驗擬比較南方地區發酵床奶牛舍與栓系式奶牛舍之間環境指標和舒適程度的差異，分析發酵床奶牛舍環境與舒適度指標之間的關聯，為奶牛發酵床飼養方式、環境控制及改善奶牛舒適度提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和試驗地點 本試驗于2018 年4 月在某規模化奶牛場的發酵床飼養奶牛舍和栓系飼養奶牛舍進行。試驗牛場位于江蘇省中部、長江下游某市，海拔2.82 m，北緯31° 58'23'05"、東經119° 54'21'56"。該地四季分明、溫暖濕潤、雨量充沛，年均氣溫14.9℃、最高氣溫40℃，年均降水量1 027 mm。

1.2 試驗設計 發酵床飼養奶牛舍和栓系式飼養奶牛舍均為東西走向，長58 m、寬10 m，料槽長58 m、寬3 m（圖1），飼養奶牛均為1～4 胎且泌乳期為10～290 d 不等的荷斯坦奶牛。發酵床飼養奶牛舍飼養30 頭。自2017 年7 月發酵床開始運行，墊料按木屑和稻殼4:1 混合均勻鋪制，厚度約為30 cm，并接種有效微生物群（EM）菌種（酵母菌、芽孢桿菌、乳酸菌、放線菌等）。墊床每3 個月補充一些新墊料，2 年清除1 次。栓系式飼養的奶牛舍飼養100 頭，地面為水泥地，由混凝土澆制，厚度為8 cm，具有防滑、易打掃沖洗等特點。每天機械清理牛糞尿1～2 次。

在2018 年4 月26 日10:00，由2 組同學同時對發酵床與栓系式牛舍進行采樣。所選取的采樣日為該季節一段時間各條件均穩定的一個晴天。在試驗牛舍內的東西縱向均勻設3 個采樣點，共12 個采樣點，每個采樣點重復3 次。在采樣點測定墊料的表層溫度、深層溫度、pH、深度、和容重等物理指標；并采集1 kg 墊料樣品，每個方位樣品混勻后帶回實驗室，測定含水率、吸附水、粗灰分、粗蛋白質、有機物、總氮、總磷等化學指標。

在采樣點位置進行室內空氣和細菌的采樣，同時測定溫度、濕度、噪音、光照強度，采樣和測定高度均離地面1.2 m。其中，溫度和濕度各測定24 次；噪音測定36 次；光照強度測定36 次；細菌測定采樣36 次；氨氣測定采樣24 次。每個采樣點測定皆重復3 次。

另外，在發酵床飼養牛舍和栓系飼養牛舍分別選取2 胎、泌乳期在150 d 左右的健康荷斯坦奶牛各10 頭（記錄牛號），連續觀察記錄奶牛24 h 的行為和臥床情況。

圖1 發酵床和栓系式奶牛舍平面示意圖

1.3 指標測定及方法

1.3.1 墊料指標 墊料物理指標：采用水銀溫度計測量墊料的表層溫度（0～1 cm）、深層溫度（20～30 cm）；范圍為6.5～8.0 的pH 試紙測量墊料的pH；采用1 L 容量筒測墊料容重；采用1 m 鋼尺測定墊料深度。墊料化學指標：參照賀建華[10]的方法測定墊料樣品的含水率、吸附水、粗灰分、粗蛋白、有機物、碳含量、總氮、總磷、碳氮比（C/N）含量。

1.3.2 環境指標 采用AWA5636-0 手持式聲級表測量牛舍內噪音；采用紅星干濕球溫度計（精確度0.1℃）測量牛舍內溫度、濕度；采用數字照度計 (LX1010BS Digital Lux Meter) 測量牛舍內光照強度；采用GS-ⅢB 型大氣采樣機（上海宏宇環保應用研究所）采集牛舍內空氣樣本，采用納氏試劑比色法測定所采集室內空氣的氨氣濃度。采用國標的自然沉降法（Natural Sinking Method，GB/T 18204.3-2013）采集空氣細菌，置于生化培養箱SHP-250（上海精密儀器儀表有限公司）37℃、24 h 培養后，計算細菌密度。THI 的計算公式：THI=0.72（Td+Tw）+40.6。式中，Td 和Tw 分別為干球溫度和濕球溫度。

1.3.3 舒適度指標 采用24 h 視頻觀察法，連續觀察各舍所選的奶牛3 d。分別記錄發酵床和栓系牛舍奶牛臥床、站立、采食和反芻時長。

1.4 統計分析 試驗數據先經Excel 初步處理后，采用SPSS 18.0 統計軟件進行t檢驗，比較發酵床牛舍與栓系牛舍各項指標的差異，以P<0.05 表示差異顯著。采用皮爾遜相關分析（Person Correlation）分析環境指標、墊料指標之間相關性，以Sig.（2-tailed）<0.05 為顯著相關。

2 結果與分析

2.1 不同類型牛舍環境衛生指標和奶牛舒適度的比較

2.1.1 發酵牛舍墊床墊料物理化學指標分析 由表1 可知，墊料的深度、表層溫度、pH、初水分均在參考值內。

2.1.2 不同類型牛舍環境衛生指標比較 由表2 可知，發酵床牛舍噪音顯著低于栓系式牛舍；發酵床牛舍的相對濕度顯著高于栓系牛舍；發酵床牛舍的THI 顯著高于栓系式牛舍，但溫度、細菌密度等指標在不同牛舍間無顯著差異。

表1 發酵床奶牛舍墊床墊料的物理和化學指標

表2 發酵床和栓系奶牛舍環境衛生指標比較

2.1.3 不同類型牛舍奶牛舒適度的比較 由表3 可知，發酵床奶牛舍內奶牛的臥床躺臥率顯著高于栓系牛舍，而臥床站立率顯著低于栓系式奶牛舍，躺臥時間、采食時間和反芻時間等指標在不同牛舍間的差異不顯著。

表3 發酵床和栓系牛舍奶牛舒適度比較

2.2 發酵床牛舍環境衛生指標和舒適度指標的相關性分析

2.2.1 發酵床牛舍內環境、墊料指標和舒適度指標之間的相關性分析 由圖4 可知，發酵床飼養奶牛的臥床躺臥率、臥床站立率、采食時間、反芻時間、躺臥時間與環境中相對濕度、溫度、噪聲等指標之間無顯著相關性（r>0.05）；與墊料的深度、表層溫度、深層溫度、pH、總水分等指標也無顯著相關性(r>0.05)。

2.2.2 發酵床牛舍內環境指標和墊料指標之間的相關性由圖5 可知，墊料的表層溫度與氨氣顯著相關（r=0.948)；但墊料的深度、表層溫度、深層溫度、pH、總水分、容重、粗灰分、粗蛋白質等指標與環境中的氨氣、光照、溫濕度指數、細菌密度、氨氣等指標無顯著相關性（r >0.05）。

圖4 發酵床牛舍內環境、墊料指標和舒適度指標之間的相關性熱圖

圖5 發酵床牛舍內環境指標與墊料指標之間的相關性熱圖

2.2.3 發酵床牛舍內墊料指標之間的相關性分析 由圖6 可知，發酵床奶牛舍內墊料的深度與粗灰分相關關系中，深度與粗灰分顯著相關（r=0.882）；表層溫度與深層溫度顯著相關（r=0.926)；深層溫度與吸附水顯著相關（r=0.918)；pH 與碳含量顯著相關（r=0.944)。

2.2.4 發酵2.2.4 發酵床牛舍內環境指標之間的相關性分析 由圖7 可知，發酵床奶牛舍內溫度與光照顯著相關（r=0.996)；光照與THI 顯著相關（r=0.901)。

3 討 論

3.1 不同類型牛舍環境指標和舒適度的比較 奶牛好靜，噪聲會導致奶牛產奶量下降,出現低酸度酒精陽性乳，甚至造成母牛流產[12]。本試驗中，發酵床與栓系式飼養奶牛舍的噪音強度分別為42.42、67.89 dB，均在國標規定的75 dB 范圍內，對奶牛生產并沒有太大影響，但發酵床飼養方式產生的噪音極顯著低于栓系式。這可能與發酵床牛舍不需要過多清糞機械作業有關，還可能是發酵床牛舍的飼養密度為19 m2/ 頭，較栓系式（5.8 m2/頭）低3 倍左右。李超英等[13]研究表明，當動物的飼養密度過大時，動物會產生煩躁心理，并伴有爭斗行為，導致噪音增多。

圖6 發酵床牛舍內墊料指標之間的相關性熱圖

圖7 發酵床牛舍內環境指標之間的相關性熱圖

胡長亮等[14]研究發現，空氣濕度在55%～85%時，對奶牛的直接影響不太顯著，但高于90% 時則對奶牛危害極大。本試驗中，發酵床和栓系式牛舍空氣中的相對濕度分別為73.83%、59.5%，均在55%～85%內，但發酵床牛舍顯著高于栓系式。這可能是南方地區的春季雨水較多，墊床墊料容易受潮，導致發酵床牛舍內相對濕度變大。THI 作為溫熱環境的綜合指標，被廣泛用于評估奶牛熱應激程度[15]。Mosquera 等[16]報道，當THI在35～72 時,產奶量不受熱應激影響；但當THI 達72時，采食量和產奶量開始下降；當THI 大于76 時，采食量和產奶量則急劇下降。本試驗中，發酵床牛舍（THI為74.4）和栓系式奶牛舍（THI 為72.0）的奶牛都處于輕度熱應激狀態，但發酵床牛舍的THI 高于栓系式。這可能是由兩方面原因造成：一方面是由于發酵床墊床微生物活動導致的墊料表層溫度升高，進而影響了發酵床牛舍內環境溫度；另一方面可能是由于南方春季的雨水量較多導致發酵床墊料易潮，進而影響發酵床牛舍內環境濕度。因此，應適當增加發酵床牛舍除濕設備,以改善環境濕度[17]。

奶牛臥床是奶牛日常生活和休息的主要場所，其舒適度越來越受重視。舒適度會直接影響奶牛體質、產奶量、使用年限等[18-20]。其中，臥床躺臥率是評價奶牛舒適度的重要指標。躺臥是指奶牛趴臥時牛體直接接觸的環境，奶牛每天大約要在臥床上起臥10 次，休息躺臥10～14 h[21-23]。另外，Ito 等[24]研究發現，相對于水泥地，奶牛更喜歡厚墊料臥床,躺臥時間也更長（15.0.vs13.3 h/d）。本試驗中，發酵床的奶牛的躺臥率為75%，顯著高于栓系式牛舍，這表明奶牛在發酵床墊料躺臥比栓系式水泥地躺臥更加舒適。這與張振斌等[25]研究相符，奶牛在發酵床上沒有被束縛，自由活動，同時發酵床床體表面松軟更利于其躺臥，說明發酵床飼養奶牛在一定程度上可以提高奶牛的躺臥舒適度。

3.2 發酵床牛舍內環境衛生指標和舒適度指標的相關性分析 據研究報道，發酵床墊料表層溫度在5～15℃利于奶牛的生長繁殖，而高于25℃時，奶牛便感覺不適[26-27]。本試驗中，發酵床的表層溫度為24.33℃，接近25℃，這表明春季南方環境溫度相對較高，在溫度繼續升高影響奶牛體感舒適時，需要考慮降溫處理。發酵床溫度較高原因可能是菌種正常發酵產熱和墊料中能量原料添加過多。這與徐言明[28]的研究一致，能量原料過多就會造成菌種繁殖率過大,加上一些菌種能夠把鋸末當作“食物”,導致在春季持續高溫和墊料過快消耗。本試驗中，墊料的深度與粗灰分顯著相關（r=0.882)。這可能是墊料表層和中層部分接受新鮮牛糞料，而底層仍為墊料基本原料，導致無機物含量偏高。這與劉宇峰等[29]的研究相符，粗灰分則呈現底層>中層>表層的變化趨勢。墊料pH 在6.5～8.5 時適合耗氧微生物生長，有利于發酵床分解有機物。本試驗中，墊料pH 為7.25 且pH與碳含量顯著相關（r=0.944)。說明此發酵床適合耗氧微生物生長，有利于墊料糞便等降解。這與劉宇峰等[29]的研究相符，墊料pH 為6.5～8.5 適合耗氧微生物生長，有利于發酵床的發酵，7.5 左右最適合微生物發酵。本試驗中，深層溫度與吸附水顯著相關（r=0.918)，這可能是墊料深層溫度受墊料中微生物活動影響，要經過升溫期、高溫期和降溫期3 個階段，同時墊料吸附水含量也隨著發酵溫度變化而變化。這與李娟等[30]的研究一致，發酵床中吸附水主要由液體分子在固體表面吸附達到熱力平衡而表現出來，溫度越低,被吸附的分子越多，溫度越高，被吸附的分子也越少。氨氣是動物腸道和排泄的糞尿中的尿素在微生物尿酶作用下的水解產物。當牛舍內氨氣濃度大于15 mg/kg 不僅會影響動物健康，還會影響動物的生產成績，而且這些氨最終會排放到大氣中，造成一系列環境污染問題[29]。本試驗中，表層溫度與氨氣顯著相關（r=0.948)，這可能是墊料表層溫度升高使微生物尿酶活性升高進而增加了牛糞尿的水解所致。另外，本試驗中溫度與光照顯著相關（r=0.996)；光照與THI 顯著相關（r=0.901），說明光照影響著牛舍內環境溫度和牛舍內THI。因此，在南方地區，春季要關注牛舍內的光照度變化及照度調節，以保證牛舍的良好環境，從而促進牛只的健康生產。

4 結 論

本試驗結果表明，發酵床奶牛舍的噪音顯著低于栓系式牛舍，而奶牛躺臥率則極顯著高于栓系式牛舍，可在一定程度上改善泌乳奶牛衛生狀況與舒適度；發酵床牛舍墊床墊料的pH 為7.25，在微生物生長繁殖的范圍內（pH 6.5～7.5），利于墊料對糞便的降解；相關分析表明墊料的表層溫度與墊料的深層溫度、與舍內氨氣濃度皆顯著相關，說明發酵床牛舍墊料的溫度可能通過影響微生物的活動進而影響牛舍中的空氣質量。因此，要注意其墊料的管理以保證微生物的正常發酵和牛舍的良好環境。