基于TracePro的LED光照鵝孵化機(jī)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)*

郭彬彬，劉寧，丁為民，陳信信,3，施振旦,3

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京市，210014；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，南京市，210031；3.江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江，212013)

0 引言

提高禽蛋孵化率的重點(diǎn)在于孵化機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，該領(lǐng)域的大部分研究都集中在確定這些機(jī)器的最佳環(huán)境條件上，包括溫濕度、翻蛋角度，以及二氧化碳濃度(通風(fēng))等[1-4]。商業(yè)化生產(chǎn)中，禽蛋孵化完全在閉燈黑暗環(huán)境下進(jìn)行[5]，因此孵化機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)均未考慮光照系統(tǒng)。行業(yè)中現(xiàn)有的孵化機(jī)僅配備普通應(yīng)急照明系統(tǒng)，以便在發(fā)生特殊狀況時(shí)孵化師傅可以不用打開機(jī)門便可觀察到孵化機(jī)內(nèi)情況。

禽類對(duì)光照十分敏感，且具有視網(wǎng)膜和視網(wǎng)膜外兩種光感受器，分別可以通過視網(wǎng)膜—下丘腦視交叉上核—松果體以及顱骨—松果體/下丘腦兩條路徑傳播光信號(hào)[6]，光照逐漸成為調(diào)節(jié)家禽生產(chǎn)力的重要因素[7-9]。有研究表明，在人工孵化過程中將雞胚暴露在光照下會(huì)影響孵化率、出雛特性及改善雛苗孵化以后的生長(zhǎng)性能和動(dòng)物福利[10-12]，但是光照對(duì)鵝種蛋孵化性能的影響國(guó)內(nèi)外還未有人研究。此外，在國(guó)內(nèi)，例如依愛、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所等生產(chǎn)的水禽孵化機(jī)大都在吸取國(guó)外孵化設(shè)備企業(yè)的先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)研發(fā)而來，主要集中在溫濕度自動(dòng)控制、翻蛋定時(shí)調(diào)節(jié)及翻蛋機(jī)構(gòu)的研發(fā)設(shè)計(jì)上[4,13]，也未考慮光照系統(tǒng)。更值得注意的是，禽蛋入孵時(shí)被均勻整齊的排布在每層蛋架的蛋盤上，各層之間存在光線遮擋問題。在以往對(duì)雞、火雞和鵪鶉孵化的諸多研究中，采用從孵化機(jī)頂部、側(cè)墻安裝光源或蛋托兩側(cè)給光的模式[11,14-15]，會(huì)使得上下層之間或同層中間與兩邊光照強(qiáng)度不均勻，影響胚胎發(fā)育整齊度，進(jìn)而影響到出殼。且團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，不同光照強(qiáng)度會(huì)影響到孵化率。再者，鵝種蛋體積較雞蛋大，平均蛋重約150 g，是雞種蛋重量的3倍，單位重量散熱面積相對(duì)較小，在孵化后期的胚胎發(fā)育過程中，鵝胚胎代謝強(qiáng)度大、產(chǎn)熱量高，容易造成蛋溫升高，甚至出現(xiàn)蛋溫超高現(xiàn)象，影響孵化率，因此需要對(duì)種蛋進(jìn)行噴水晾蛋處理以降低蛋溫[16]，傳統(tǒng)的燈管和燈泡遇水極易引發(fā)電路短路問題。所以，孵化機(jī)內(nèi)光照系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，光照均勻性和光照系統(tǒng)的防水安全性是非常重要的指標(biāo)。

本文基于鵝種蛋孵化機(jī)內(nèi)的特殊環(huán)境條件，選用LED燈帶作為發(fā)光光源，以輻照度均勻度、孵化機(jī)容蛋量和安全性為設(shè)計(jì)指標(biāo)，利用光學(xué)仿真軟件TracePro對(duì)LED燈帶安裝條數(shù)、水平間距、受光距離進(jìn)行仿真，提出燈帶最佳布置方案，設(shè)計(jì)了LED光照鵝孵化機(jī)。基于此，以傳統(tǒng)黑暗孵化為對(duì)照，研究了不同光色LED光照(白色、紅色和綠色)對(duì)鵝種蛋孵化性能、鵝胚發(fā)育和出雛特性的影響，從而為后續(xù)LED光照鵝孵化機(jī)的研制提供指導(dǎo)。

1 LED光照鵝孵化機(jī)設(shè)計(jì)

1.1 孵化機(jī)整體結(jié)構(gòu)與工作原理

LED光照鵝孵化機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由電源、殼體、蛋架、翻蛋裝置、溫濕度調(diào)節(jié)裝置、LED照明裝置和底輪幾部分組成。孵化過程中，通過翻蛋電機(jī)控制蛋架實(shí)現(xiàn)前后各45°角度的翻轉(zhuǎn)，通過溫濕度傳感器、排風(fēng)扇、攪拌風(fēng)機(jī)、加熱管、加濕裝置自動(dòng)控制溫濕度；LED燈帶穿過燈管后安裝固定在每層蛋架上，可為鵝蛋額外補(bǔ)充單色光；分別通過光照控制箱里的定時(shí)器和調(diào)光器實(shí)現(xiàn)燈光開啟和強(qiáng)度大小調(diào)節(jié)。

圖1 LED光照孵化機(jī)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the LED-lighting incubator1.底輪 2.箱體 3.LED照明裝置 4.翻蛋裝置 5.總電源控制箱 6.光照控制箱 7.蛋架 8.排風(fēng)扇 9.加熱管 10.攪拌風(fēng)機(jī) 11.加濕裝置

1.2 燈帶布置方案確定

1.2.1 燈帶布置建模與仿真

為確保孵化機(jī)內(nèi)每層種蛋光照的均勻性，根據(jù)孵化機(jī)結(jié)構(gòu)與尺寸，確定LED燈帶安裝在每層種蛋上方的蛋盤架上，而燈帶條數(shù)N、水平間距L、受光距離H則需要通過模擬仿真來確定。根據(jù)LED燈帶上燈珠排布特征和發(fā)光角度(120°)，理論計(jì)算光線的分布，將燈帶簡(jiǎn)化為均勻發(fā)光的長(zhǎng)條形光源，單條燈帶為長(zhǎng)110 cm，寬1 cm，厚0.5 cm。在Trace Pro Expert軟件中，將矩形的長(zhǎng)條面(110 cm×1 cm)作為發(fā)光面。光源類型為表面光源，以波長(zhǎng)0.56 μm的綠光為例進(jìn)行仿真，場(chǎng)角分布為L(zhǎng)ambertian發(fā)光場(chǎng)型，總光線條數(shù)為10萬條，照度為50 W/m2。光照接收平面為長(zhǎng)110 cm，寬80 cm，厚1 cm。因?yàn)榫G色和紅色LED光照經(jīng)過白色蛋殼過濾后光譜基本不會(huì)發(fā)生變化[12]，且平均有99.8%的光被蛋殼吸收，僅有少量的光會(huì)到達(dá)胚胎[17-18]。因此，接收平面的類型設(shè)置為Default-Perfect Absorber。孵化機(jī)內(nèi)實(shí)際蛋盤寬78 cm，蛋盤間距14 cm，在確保容蛋量縮減量≤20%的前提下，確定仿真方案如表1所示。

表1 仿真方案Tab.1 Simulation scheme

通過仿真后得到的接收平面輻照度云圖如圖2所示。從圖2中可以看出，隨著燈帶條數(shù)和受光距離的增加，輻照度分布越來越均勻，且輻照度值也會(huì)隨距離的增加而衰減。當(dāng)受光距離較近時(shí)，燈帶正下方及其附近兩邊輻照度較強(qiáng)，并逐漸向兩邊迅速衰減，增加燈帶條數(shù)會(huì)使這種現(xiàn)象得以改善。對(duì)比幾種方案下得到的輻照度云圖可以直觀的看出，當(dāng)燈帶條數(shù)N≥3條，受光距離H≥20 cm時(shí)，輻照度分布比較均勻。因此初定燈帶布置方案為N=3，L=25 cm，H=20，25 cm和N=4，L=20 cm，H=20，25 cm。

(a)N=2，L=40 cm；H=15 cm (b)N=2，L=40 cm；H=20 cm (c)N=2，L=40 cm；H=25 cm

1.2.2 不同燈帶布置下輻照度實(shí)測(cè)

為確定燈帶最佳布置方案，同時(shí)驗(yàn)證仿真結(jié)果的可靠性，運(yùn)用角鋼搭建與孵化機(jī)的外形尺寸相同的試驗(yàn)平臺(tái)(圖3)，并基于此平臺(tái)，分別對(duì)初定的燈帶布置方案進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。該平臺(tái)尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為1.2 m×1.2 m×1.5 m。角鋼上打有規(guī)則的孔洞可實(shí)現(xiàn)不同數(shù)值L及H的調(diào)整，在框架側(cè)面設(shè)置卡槽，便于安裝光照接收板。為避免外界自然光照的影響，實(shí)測(cè)操作選擇夜晚黑暗條件下進(jìn)行，關(guān)閉室內(nèi)照明燈，僅打開燈帶電源。測(cè)量?jī)x器選擇FZ-A型輻照計(jì)，其波長(zhǎng)可測(cè)量范圍為400～1 000 nm，量程為0.1～199 900 μW/cm2。測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示，共有8行3列24個(gè)采集點(diǎn)。為方便測(cè)量操作，用鉛筆預(yù)先將24個(gè)采集點(diǎn)繪制在光照接收板上。

(a)實(shí)物圖

圖4 光照采集點(diǎn)示意圖Fig.4 Schematic diagram of light collection point1～5.光照接收板 6.燈帶 7.角鋼支架

測(cè)量過程中每個(gè)點(diǎn)重復(fù)測(cè)3次，取3次平均值作為該點(diǎn)的輻照度值。測(cè)量數(shù)據(jù)在Microsoft Excel中進(jìn)行處理。參照建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[19]中照度均勻度的計(jì)算方法，接收平面處輻照度均勻度計(jì)算方法：輻照度均勻度=最小輻照度/平均輻照度，輻照度均勻度計(jì)算值越接近1，表明光照分布越均勻。

圖5展示了4種初定燈帶布置方案下(N=3，L=25 cm，H=20，25 cm；N=4，L=20 cm，H=20，25 cm)的輻照度實(shí)測(cè)結(jié)果。從圖5可以看出，4種方案下輻照度分布趨勢(shì)與仿真結(jié)果相同，橫向呈先上升后下降的趨勢(shì)，且隨著燈帶條數(shù)的增加，其變化越來越平緩。通過計(jì)算，4組輻照度均勻度整體相差不大，分別為0.692，0.717，0.723和0.746。考慮到孵化機(jī)的容蛋量和燈帶增加的孵化機(jī)制造成本，最終確定方案為N=3，L=25 cm，H=20 cm，即安裝燈帶3條，水平間距為25 cm，受光距離為20 cm。此時(shí)孵化機(jī)內(nèi)輻照度均勻度為0.692，與常見的在蛋盤架兩邊加裝燈帶方式[11]相比，輻照度均勻度增加6.9%，使得試驗(yàn)光照條件更為優(yōu)化。該種燈帶布置方案下，以容蛋量為10 240 枚的標(biāo)準(zhǔn)孵化機(jī)為例，在不改變箱體尺寸的前提下，蛋架改進(jìn)后容蛋量減少約20%，從實(shí)際生產(chǎn)的角度來考慮，在廠家可接受范圍之內(nèi)。因此，按照此燈帶安裝方式及要求，既滿足光照均勻性的要求，又實(shí)現(xiàn)孵化箱內(nèi)空間最大化利用的目的。

由表4可知2017年水稻季各處理下的水稻產(chǎn)量均比2016年高。2016年及2017年水稻季各處理下水稻平均產(chǎn)量分別為9.82 t/hm2和11.32 t/hm2，2017年水稻季平均比2016年水稻季增產(chǎn)2.50 t/hm2，增產(chǎn)比例達(dá)25.5%。主要是因?yàn)?016年水稻季底肥較多，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛且持久，轉(zhuǎn)移到穗部的養(yǎng)分較少，導(dǎo)致結(jié)實(shí)率偏低。且由于底肥的干擾，2016年水稻季不同處理的水稻產(chǎn)量差異不如2017年水稻季顯著。

圖5 不同燈帶布置方案輻照度實(shí)測(cè)結(jié)果Fig.5 Illumination irradiance of different lamp belt layout schemes

1.3 燈帶加裝設(shè)計(jì)

依據(jù)LED燈帶布置方案的仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果確定的最佳方案，對(duì)孵化機(jī)內(nèi)蛋盤架進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)，即加大蛋盤架間距及加裝LED燈帶，將蛋盤架間距由原來的14 cm增加到20 cm。考慮到孵化機(jī)內(nèi)光照系統(tǒng)的防水要求，將燈帶穿過透明有機(jī)玻璃圓管(外徑尺寸18 mm，壁厚1.5 mm)，再將玻璃圓管打孔安裝于蛋盤架上。圓管兩頭用玻璃膠封堵好，并將露在管外的燈帶用黑色電工膠布纏住，遮擋多余的光線。透明有機(jī)玻璃圓管除了起到保護(hù)LED燈帶免于沾染污漬的作用外，由于其本身的結(jié)構(gòu)特性還具有散光作用，會(huì)使光照均勻性更好。

1.4 光照調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LED光照鵝孵化機(jī)的光照調(diào)控系統(tǒng)主要由總開關(guān)、LED燈變壓器、LED調(diào)光器、時(shí)控開關(guān)和LED燈帶組成，各器件接線并集合于控制盒內(nèi)，其接線如圖6所示。LED燈帶的額定電壓為12 V，而孵化機(jī)通用電源電壓為220 V，因此需進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。考慮到電路的安全可靠性，直接選用220 V轉(zhuǎn)12 V的防雨型LED開關(guān)電源(FY-400-12)。此電源具備開機(jī)浪涌吸收、短路保護(hù)、過載保護(hù)、INPUT電磁兼容濾波、高壓脈沖吸收等功能，且供電穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、能耗低、轉(zhuǎn)化率高。輻照度大小調(diào)節(jié)通過旋鈕式無極調(diào)光器(GEEPUT，DC12～24 V)實(shí)現(xiàn)。該調(diào)光器基于PWM(脈沖寬度調(diào)制)技術(shù)控制電壓和電流輸出，改變燈具亮度明暗，既保護(hù)了燈帶，又能滿足不同輻照度要求。為減輕人力勞動(dòng)，LED開關(guān)采用定時(shí)控制，通過微電腦時(shí)控開關(guān)(KG316T)實(shí)現(xiàn)。該時(shí)控開關(guān)最高可設(shè)定28組數(shù)據(jù)，可設(shè)置日循環(huán)和周循環(huán)兩種模式，具有停電記憶功能，斷電后無需重新設(shè)置，且控制精度精確到秒，滿足各種時(shí)間控制需求。

圖6 光照調(diào)控系統(tǒng)接線圖Fig.6 Wiring diagram of lighting control system注：1口是正極的入，2口是正極的出，3口是負(fù)極的入，4口是負(fù)極的出。

2 LED光照孵化試驗(yàn)與結(jié)果

為確定LED光照鵝孵化機(jī)最佳孵化期光照方案，選用不同LED單色光進(jìn)行鵝種蛋孵化試驗(yàn)。

2.1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)在安徽天之驕鵝業(yè)有限公司進(jìn)行。采用4臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行鵝種蛋孵化，其中1臺(tái)為常規(guī)孵化機(jī)(對(duì)照組)，另外3臺(tái)為L(zhǎng)ED光照孵化機(jī)(試驗(yàn)組)，光源分別為L(zhǎng)ED全光譜白光、單色紅光、單色綠光。光照強(qiáng)度設(shè)置為0.5～0.6 W/m2。試驗(yàn)采用同來源種蛋2 304枚，平均蛋重為143.2±11.2 g，在18 ℃蛋庫中儲(chǔ)存5天后平均分為4組，每組4個(gè)重復(fù)，排放在4臺(tái)孵化機(jī)內(nèi)的4層蛋盤上。設(shè)置光照周期對(duì)照組為24 h全黑暗，試驗(yàn)組為12 h有光、12 h無光的間歇光照制度，采用變溫、變濕孵化條件，將整個(gè)孵化周期劃分為6個(gè)不同階段，溫度控制在36.8 ℃～38.4 ℃，濕度控制在55%～70%[20]，通過排風(fēng)扇、加熱管和加濕裝置的配合實(shí)現(xiàn)溫濕度自動(dòng)調(diào)控。

整個(gè)孵化周期內(nèi)，第7天頭照，剔除無精蛋和死胚，并記錄無精蛋和死胚數(shù)量；入孵10天后每隔1天進(jìn)行噴水晾蛋操作；第18天進(jìn)行第2次照蛋(二照)，剔除死胚蛋，記錄死胚數(shù)并觀察胚蛋閉合情況；第27天落盤，將胚蛋轉(zhuǎn)入出雛機(jī)中，隨后，每隔8 h記錄出雛數(shù)，直到孵化期滿30天截止，繪制出雛時(shí)間分布曲線及累積出雛曲線。最終統(tǒng)計(jì)每組試驗(yàn)實(shí)際出雛數(shù)，并分別計(jì)算種蛋受精率、頭照活胚率、二照活胚率、出雛階段死胚率、受精蛋孵化率，計(jì)算方法如下

種蛋受精率=(入孵蛋總數(shù)-無精蛋數(shù))/入孵蛋總數(shù)×100%

頭照活胚率=(入孵蛋總數(shù)-無精蛋數(shù)-頭照死胚數(shù))/入孵蛋總數(shù)×100%

二照活胚率=(入孵蛋總數(shù)-無精蛋數(shù)-頭照死胚數(shù)-二照死胚數(shù))/入孵蛋總數(shù)×100%

受精蛋孵化率=實(shí)際出雛數(shù)/(入孵蛋數(shù)-無精蛋數(shù))×100%

此外，于15日齡開始，每隔1周于各組隨機(jī)抽取10枚種蛋，分別對(duì)種蛋和胚胎進(jìn)行稱重，并計(jì)算胚蛋比(無卵黃胚胎重/蛋重)，以分析不同光照處理對(duì)胚胎發(fā)育的影響。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 孵化性能

如表2所示，4個(gè)孵化處理組的種蛋受精率之間沒有顯著性差異，均在95%左右。對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組中孵化前、中期胚胎存活率均無顯著差異，而最終受精蛋孵化率，LED白光組和紅光組顯著高于對(duì)照組，孵化率分別提高了2.39和4.39個(gè)百分點(diǎn)，而LED綠光組孵化率與黑暗條件下孵化基本相同，表明各光照處理下LED白光組和紅光組孵化后期胚胎死亡率顯著降低，這與Archer等[10,12]在白殼雞蛋上的研究結(jié)果相一致，由此表明鵝種蛋孵化過程中可以施加LED紅光或白光來提高孵化率、提升孵化企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。而孵化后期死亡率的降低主要體現(xiàn)在出雛階段，結(jié)果表明，落盤至出雛結(jié)束，LED紅光和白光組胚胎死亡率顯著(P<0.05)降低，分別比黑暗組低4.90和1.94個(gè)百分點(diǎn)。

表2 不同光照環(huán)境下鵝種蛋孵化性能Tab.2 Hatching performance of goose eggs under different light environment

2.2.2 胚胎發(fā)育

胚胎發(fā)育情況最直觀的體現(xiàn)在胚胎體重上。孵化期間光照刺激對(duì)胚胎發(fā)育會(huì)產(chǎn)生顯著影響，且在不同發(fā)育階段，不同LED光照會(huì)產(chǎn)生不同的作用(圖7)。

(a)胚胎體重

孵化后期開始，LED綠光顯示出對(duì)胚胎發(fā)育的顯著促進(jìn)作用，22和29胚齡胚胎體重均顯著高于對(duì)照組。LED白光和紅光下，孵化早、晚期胚胎發(fā)育較緩，15和29胚齡時(shí)胚胎體重顯著低于對(duì)照組(P<0.05)，在22胚齡時(shí)與對(duì)照組相持平，但均顯著低于綠光組。同時(shí)考慮鵝蛋本身重量時(shí)，在孵化中期開始，LED綠光下胚蛋比顯著大于對(duì)照組，且一直持續(xù)到出殼前；而LED白光和紅光作用下，在15和22胚齡時(shí)胚蛋比與對(duì)照組無差異，出雛前顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過鵝苗絕對(duì)體重來衡量其質(zhì)量特性，該體重直接與出雛前胚胎體重相關(guān)。因此可以說，與黑暗孵化相比，孵化期間單色綠光具有促進(jìn)胚胎發(fā)育、提升鵝苗出生體重的作用，而紅光和白光對(duì)此無利。

2.2.3 出雛特征

除孵化率以外，出雛特性也是衡量孵化質(zhì)量的重要指標(biāo)，不同顏色光照下鵝苗出雛規(guī)律如圖8所示。LED綠光條件下鵝苗出雛規(guī)律與黑暗條件下基本相同，出雛窗口期約為56 h，而LED紅光和白光下出雛時(shí)間比較集中，出雛窗口期比對(duì)照組縮短，縮短時(shí)間長(zhǎng)達(dá)16 h(圖8(a))，且出雛時(shí)間較晚，晚約16 h。說明LED白光和紅光延遲了出雛時(shí)間，但出雛比較集中，縮短了出雛窗口期。通過進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，各光照處理組累積出雛率曲線均近似于累積概率的對(duì)數(shù)正態(tài)分布。綠光組累積出雛率曲線與對(duì)照組基本重合，孵化率從50%上升到90%耗時(shí)約14 h；同樣的，紅光組和白光組累積出雛率曲線基本重合，孵化率從30%上升到90%耗時(shí)約13 h，但是由于出雛時(shí)間較晚，導(dǎo)致出雛率上升到90%所用的孵化時(shí)間延長(zhǎng)約8 h(圖8(b))。二者綜合分析得到，與對(duì)照組相比，LED紅光和白光更有利于提高出雛特性，主要體現(xiàn)在縮短了出雛窗口期，而LED綠光對(duì)出雛特性無影響。

(a)出雛時(shí)間分布

3 討論

鵝種蛋孵化性能體現(xiàn)在孵化率、鵝苗質(zhì)量各個(gè)方面。本文的研究表明，在孵化機(jī)內(nèi)合理安裝LED光源，孵化期間給與鵝種蛋光照刺激會(huì)改善孵化性能，且不同LED光照會(huì)產(chǎn)生不同的效果。與黑暗孵化相比，LED紅光和白光能顯著提高受精蛋孵化率。之所以LED白光和紅光均有提高孵化率的作用，主要取決于蛋殼對(duì)不同光的過濾特性。研究表明，LED白光經(jīng)白色蛋殼過濾后，波長(zhǎng)較短的藍(lán)光絕大部分被蛋殼吸收，而波長(zhǎng)在600～760 nm范圍之內(nèi)的紅橙光被增強(qiáng)，因此產(chǎn)生與紅光相似的效果[12]。而孵化率的提高主要體現(xiàn)在孵化后期，尤其是出雛階段的胚胎死亡率大大減少。這可能與孵化后期胚胎發(fā)育大小有關(guān)。在前期翻蛋角度對(duì)孵化性能的影響試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，體重較大的胚胎在出殼期間死亡率大于體重較輕的胚胎。29胚齡時(shí)，黑暗組無卵黃胚胎重和胚蛋比均顯著大于紅光組和白光組，過大的體重會(huì)導(dǎo)致胚胎在蛋內(nèi)活動(dòng)受限，最終體力耗盡，無法破殼而出致死。LED綠光則起到促進(jìn)胚胎發(fā)育、提升幼雛出生重的作用，這在雞蛋孵化上已得到證實(shí)，且其分子調(diào)控機(jī)制也已明晰[21-23]，但LED綠光在提高孵化率方面無優(yōu)勢(shì)[24]。

此外，LED紅光和白光雖沒有縮短孵化時(shí)間，但出苗時(shí)間更為集中，耗時(shí)減少約16 h，顯著縮短了出雛窗口期。出雛窗口期縮短有眾多益處，一是避免了孵化工人多次開機(jī)門撿苗的麻煩，即節(jié)省了人力，又減少了開機(jī)擾亂孵化機(jī)內(nèi)環(huán)境的次數(shù)。二是出苗集中可以使鵝苗集中上市、同步飲水和喂開口料，有助于肉鵝優(yōu)良生長(zhǎng)性能的發(fā)揮。出雛較早的鵝苗，由于存放時(shí)間過長(zhǎng)，不能及時(shí)喂水和喂料，容易脫水，且會(huì)影響到腸道發(fā)育及某些生長(zhǎng)相關(guān)的酶的活性，最終影響生長(zhǎng)發(fā)育[25-26]。

綜合考慮各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果，不同LED光照對(duì)鵝種蛋孵化起不同作用。孵化企業(yè)可根據(jù)自身孵化規(guī)模和實(shí)際情況選用LED白光、紅光或綠光。雖然LED白光和紅光能提高孵化率，但是同樣累積出雛率達(dá)到90%所用的孵化時(shí)間延長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致用電增加。而LED綠光在提高孵化率方面效果不顯著，卻促進(jìn)了胚胎發(fā)育，使得鵝苗體重增加。相同的市場(chǎng)行情下，體重較大的鵝苗單價(jià)比體重小的鵝苗高，且更受買家歡迎。因此，在高性能LED光照孵化機(jī)研制時(shí)，可根據(jù)用戶不同需求安裝不同顏色LED燈，滿足其多樣化生產(chǎn)需求。

4 結(jié)論

以輻照度均勻度為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，利用光學(xué)仿真軟件TracePro Expert作為輔助，設(shè)計(jì)了LED光照鵝孵化機(jī)。同時(shí)研究了不同LED光照對(duì)孵化性能和胚胎發(fā)育的影響，從而為后續(xù)高性能鵝孵化機(jī)的進(jìn)一步研制提供理論依據(jù)。

1)鵝種蛋孵化機(jī)內(nèi)LED燈帶安裝時(shí)，燈帶條數(shù)、水平間距和受光距離是影響光照均勻的主要條件。增加燈帶條數(shù)、縮小水平間距和適當(dāng)縮小受光距離均會(huì)增加輻照度均勻度。考慮到安裝和使用成本，對(duì)于寬80 cm的標(biāo)準(zhǔn)蛋盤，燈帶條數(shù)為3條、水平間距為25 cm、受光距離為20 cm時(shí)效果最佳，既能滿足蛋盤各處光照均勻，又能最大化利用孵化機(jī)內(nèi)空間。

2)與黑暗孵化相比，0.5～0.6 W/m2的LED紅光和白光能顯著提高受精蛋孵化率，分別提高4.39和2.39百分點(diǎn)，而該強(qiáng)度的LED綠光對(duì)孵化率影響不大，卻能起到促進(jìn)胚胎發(fā)育、提升雛苗體重的作用。

3)與黑暗孵化相比，0.5～0.6 W/m2的LED紅光和白光下出苗比較集中，能縮短出雛窗口期約16 h，而綠光孵化與黑暗孵化出雛規(guī)律相一致。