規(guī)模羊場數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)

謝瑩榮，蔣永清

(1.浙江農(nóng)藝師學院，浙江 杭州 310021；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 畜牧獸醫(yī)研究所，浙江 杭州 310021)

湖羊是國家級重點保護的78個地方畜禽品種之一[1-3]，具有繁殖率高、早期生長快、適應性廣、終年舍飼、易養(yǎng)易管、肉質(zhì)鮮美等優(yōu)良特性。湖羊產(chǎn)業(yè)是浙江省的特色優(yōu)勢畜牧產(chǎn)業(yè)，發(fā)展湖羊生產(chǎn)既是浙江省畜牧業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要內(nèi)容，也是鄉(xiāng)村振興的重要載體。由于市場拉動、效益驅(qū)動、政策引導、科技支撐，浙江省湖羊產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)良好發(fā)展態(tài)勢。據(jù)統(tǒng)計[4-6]，2020年浙北地區(qū)湖羊飼養(yǎng)量達到187.79萬只，占全省總飼養(yǎng)量的80.39%，規(guī)?；讲粩嗵岣?，萬頭以上羊場已超過10家。

隨著湖羊養(yǎng)殖規(guī)?；潭炔粩嗵岣?，湖羊產(chǎn)業(yè)面臨一些挑戰(zhàn)，一是招工難，用工成本逐年提高，迫切需要機械化，目前養(yǎng)殖和監(jiān)管的機械化程度仍參差不齊，大多數(shù)規(guī)模羊場只配備了飼喂和清糞等基礎機械設備，防疫消毒、糞污處理、臭氣消除和環(huán)境控制等環(huán)節(jié)機械設備仍然缺乏；二是精準飼養(yǎng)水平低，自動化、數(shù)字化水平不高，飼養(yǎng)管理依賴個人經(jīng)驗，飼喂過程中飼料浪費嚴重，養(yǎng)殖成本居高不下等現(xiàn)象依然存在。因此，建立建設數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)對提高湖羊綜合生產(chǎn)能力，發(fā)展“草食型”綠色養(yǎng)殖業(yè)，減輕養(yǎng)殖污染，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，推進產(chǎn)業(yè)化進程，做大做強湖羊產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)“農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收”意義重大[7-10]。浙江省提出了實施“科技強農(nóng)、機械強農(nóng)”的雙強行動，浙江省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳發(fā)布了“湖羊產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展建設指南”；湖州市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃中，把在規(guī)模羊場建設數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重點之一和畜牧工作的重中之重。在省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳支持下，我們開展了規(guī)模羊場數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)研究，開展了宜機化改造、機械化模式與配置集成創(chuàng)新、數(shù)字化智能管控提升，研發(fā)了規(guī)模羊場數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)，提供了湖羊“機器換人”的典型樣板，有力促進湖羊產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

1 建設數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)的意義

1.1 增強科學養(yǎng)殖水平

在這幾年里，湖州市雖然在發(fā)展湖羊產(chǎn)業(yè)上做了一些積極探索，也取得了較大成效。但湖羊生產(chǎn)離特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)、生態(tài)養(yǎng)殖的要求相差甚遠，種養(yǎng)結(jié)合、羊糞利用、循環(huán)發(fā)展規(guī)?；潭冗€不高，生產(chǎn)方式仍沒有完全脫離傳統(tǒng)的千家萬戶小規(guī)模飼養(yǎng)方式，難以開展品種選育和科學飼養(yǎng)，湖羊生產(chǎn)組織化程度和產(chǎn)業(yè)化水平不高，整個產(chǎn)業(yè)的檔次也不適應目前市場不斷發(fā)展的需要。通過建設規(guī)?；B(yǎng)殖廠數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)，可以增強養(yǎng)殖設施化水平，完善配套服務，規(guī)范管理制度和提高生產(chǎn)技術，為全省湖羊產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)全程機械化、數(shù)字化生產(chǎn)管理提供示范，助力畜牧業(yè)與農(nóng)機化高質(zhì)量發(fā)展。

1.2 助推實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟

湖羊是食草家畜，能有效地利用種植業(yè)中的秸稈、農(nóng)副產(chǎn)品和牧草等廢棄物，羊糞可以作為種植業(yè)中十分理想的有機肥料，湖羊養(yǎng)殖可以成為現(xiàn)代高效生態(tài)農(nóng)業(yè)的一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通過建設規(guī)?；B(yǎng)殖廠、數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)，可以有效實現(xiàn)種養(yǎng)結(jié)合生態(tài)模式，資源循環(huán)利用。發(fā)展湖羊生產(chǎn)是畜牧業(yè)貫徹落實科學發(fā)展觀，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的需要，將是今后重點扶持發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。

1.3 產(chǎn)品市場歡迎度向好

數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)養(yǎng)殖的湖羊肉受到市場一致好評。從國內(nèi)市場看，湖羊肉前景看好。我國是全球最大的羊肉消費市場，據(jù)2020年統(tǒng)計，尚缺口羊肉約1 600萬t，相當于當年羊肉產(chǎn)量的5倍多。肉羊以食草為主，不含違禁激素、藥物，質(zhì)量安全性高、味道鮮美，越來越受歡迎。據(jù)南潯區(qū)2021年的初步調(diào)查，湖羊肉的需求量每年以5%～10%遞增，而南潯區(qū)肉羊存欄基本穩(wěn)定在現(xiàn)有的水平，肉羊市場供應難以滿足消費需求，羊肉價格逐年攀升，目前每千克已經(jīng)突破40元以上。因此，通過建設規(guī)模化養(yǎng)殖廠、數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)，可以科學實踐種養(yǎng)循環(huán)結(jié)合模式，促進湖羊地方品種的保護開發(fā)與利用，做優(yōu)、做大、做強湖羊產(chǎn)業(yè)，促進綠色高效種植業(yè)發(fā)展，推進大農(nóng)業(yè)實現(xiàn)資源循環(huán)利用，具有十分重要的現(xiàn)實性和必要性。

2 數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)的實踐

筆者所在的湖州南潯世榮湖羊養(yǎng)殖家庭農(nóng)場年存欄約3 000余只，出欄約5 000余只，現(xiàn)配置有飼草攪拌機、撒料車、糞便輸送帶、氣霧除臭等基礎機械設備，經(jīng)過提升后可具備試驗示范條件，且該場是“省二級種羊場”“省美麗牧場”“省示范性家庭農(nóng)場”。筆者于2020年按照專家團隊確定的“規(guī)模羊場全程機械化數(shù)字化配置模式”，對羊場開展生產(chǎn)監(jiān)管全程機械化、數(shù)字化試驗示范(圖1)。通過建立試驗示范點、組織開展不同機械設備條件下的不同飼喂模式的對比試驗、現(xiàn)場觀摩交流等活動，總結(jié)形成先進、適用和可復制、可推廣的規(guī)模羊場全程機械化、數(shù)字化技術配置模式，為全省湖羊產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)全程機械化、數(shù)字化生產(chǎn)管理提供示范，助力畜牧業(yè)農(nóng)機化高質(zhì)量發(fā)展。

圖1 技術路線

2.1 不同養(yǎng)殖規(guī)模的機械化水平和模式

肉羊年出欄大于等于500只的為大規(guī)模養(yǎng)殖場，養(yǎng)殖機械化水平要與養(yǎng)殖規(guī)模相適宜，不同規(guī)模養(yǎng)殖場的機械化模式、水平必然不同。規(guī)模化、集約化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然趨勢，結(jié)合浙江湖羊生產(chǎn)實際，本項目主要以年出欄2 000～4 999只的中大型規(guī)模羊場為主要研究對象，開展生產(chǎn)監(jiān)管全程機械化、數(shù)字化技術試驗與示范。

2.2 羊舍基礎設施改造

羊場分為管理區(qū)、生產(chǎn)區(qū)和隔離區(qū)，同時建設有飼料加工和貯藏區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)、人員消防通道等輔助區(qū)。羊舍的布局根據(jù)羊的不同成長發(fā)育階段和生理階段，分為公羊舍、母羊舍、育肥羊舍等?，F(xiàn)有8棟獨立的羊舍，長42 m，寬7 m，為半開放式、磚混結(jié)構(gòu)，羊床結(jié)構(gòu)為高架式羊床。

羊舍出入口有斜坡式路面(坡度較大)，另加裝糞便輸送帶后羊舍西側(cè)出入口無法供撒料車出入，撒料車僅能在單出入口進場，在羊舍內(nèi)需要倒車。因此，羊舍基礎改造如圖2所示。

圖2 高架式羊床

根據(jù)產(chǎn)地氣候等特點和羊的習性，重點解決夏季羊舍內(nèi)降溫的問題。擬采取的措施有：清糞機輸送帶上安裝排風設備，定時通風，排出氨味；每間羊舍外安裝自動伸縮遮陽網(wǎng)降低夏天太陽的照射，羊舍內(nèi)夏天高溫，選擇濕度不要過高的通風降溫設備，緩解或消除湖羊?qū)ο募靖邷氐臒釕ぃ瑴p輕商品湖羊在夏季高溫下的不增重問題，提高懷孕母羊的出產(chǎn)率和小羊的存活率(圖3)。

圖3 改造后的羊舍

2.3 飼喂系統(tǒng)

目前，羊場飼料特別是粗料來源多樣，主要包含花生秧、豆渣、青貯料等，主要飼喂環(huán)節(jié)包括粉碎、取料、攪拌、撒料和剩料收集等，飼喂工作環(huán)節(jié)多，且任務繁重，勞動強度大?，F(xiàn)用的飼喂模式為攪拌機+撒料車，雖然現(xiàn)有的攪拌機內(nèi)殘留多，人工清理難度大，但暫不影響使用，重點是料倉及喂料系統(tǒng)的改造及配置。

2.3.1 料倉機械改造

根據(jù)飼喂的要求，料倉間機械的改造如下：定制液壓長方形的密封桶，用于豆腐渣的保存裝置；配置玉米粉碎機及儲存罐；配置顆粒機、冷卻機、提升機及顆粒料塔。料倉機械工作原理，豆腐渣、花生秧、青貯料等按照用量進行TMR后進入喂料系統(tǒng)，經(jīng)飼料輸送機輸送后直接進入羊舍外主料車。

2.3.2 喂料系統(tǒng)改造

由于羊群需要大量草料飼喂，且當前還沒有成熟的成套喂料系統(tǒng)，實現(xiàn)從人工喂料到無人喂料的改造，是本項目的重點和難點之一。設計采用全自動空中箱式飼喂系統(tǒng)，可實現(xiàn)攪拌的濕料和顆粒的干料同一設備精準飼喂。飼喂系統(tǒng)所需面寬可縮小至1.5～1.8 m，與常規(guī)羊舍相比，大大節(jié)省建筑面積及土地面積。全自動空中箱式飼喂系統(tǒng)的工作原理是通過設置料車、螺旋出料口、剝料器、行走機構(gòu)(圖4)，在喂養(yǎng)時，由主料車機將攪拌好的飼料根據(jù)每棟羊舍的數(shù)量，送一定份數(shù)的飼料到每棟羊舍的分料車，舍內(nèi)分料車根據(jù)每個欄的羊數(shù)量送出一定份數(shù)的飼料，且相對均勻地分布在飼槽內(nèi)(此數(shù)量信息為飼養(yǎng)員提前設定好的)(圖5)。全自動空中箱式飼喂系統(tǒng)主要包含：料車(主料車1個(圖6)；分料車，每個羊舍2個)；軌道(主料車軌道1套；分料車軌道每個羊舍2條)；飼喂系統(tǒng)控制部分(除實現(xiàn)自動飼喂外，還具備“少喂、勤添”的飼喂方式，可按照飼喂計劃自動配料，精確稱量后飼喂，可針對不同的羊群單獨攪拌指定的料型，實現(xiàn)差異化飼喂)；智能推料機1個，需要根據(jù)羊舍的空間進行改造。

圖4 喂料系統(tǒng)總體效果

圖5 舍內(nèi)送料系統(tǒng)

圖6 主送料車系統(tǒng)

2.3.3 飼喂系統(tǒng)的工作流程

第一步根據(jù)羊的數(shù)量按一定的比例將多種原料混合攪拌均勻；第二步將混合的飼料送入到羊舍外的主料車；第三步根據(jù)羊舍內(nèi)羊的數(shù)量和每只的采食量計算每次主料車的裝料量，主料車裝料量=養(yǎng)舍內(nèi)羊的數(shù)量總和×采食量；第四步主料車將飼料依次按量送入到舍內(nèi)分料車，舍內(nèi)分料車裝料量=養(yǎng)舍內(nèi)單邊羊的數(shù)量總和×采食量；第五步舍內(nèi)分料車將飼料依次按量送入到每個欄的食槽內(nèi)，每個欄的食槽內(nèi)的量=該欄內(nèi)羊的數(shù)量總和×采食量。

2.4 給水系統(tǒng)

給水系統(tǒng)設備包括水源設施+水質(zhì)消毒設備+加壓沖水器+管路+水位控制器+飲水器，當前羊舍已配置咬嘴式自動給水系統(tǒng)(圖7)。給水系統(tǒng)的改造如下：

圖7 活性水除臭機設備

2.4.1 前端安裝活性水除臭機

將普通水轉(zhuǎn)化為具有滲透力強，溶解性好，去污力強的活性水，用于羊的飲水、羊舍的沖洗，從源頭上進行水質(zhì)消毒，減少臭氣。同時，活性水還能促進羊群對飼料消化吸收的能力。

2.4.2 增加杯式飲水器

達到節(jié)約用水，減少漏水和保持舍內(nèi)干燥的目的。

2.5 防疫消毒系統(tǒng)

消毒防疫系統(tǒng)包括產(chǎn)區(qū)入口消殺和舍內(nèi)消殺，可應用氣霧消毒液、紫外線、TDS等消殺方式。產(chǎn)區(qū)入口消殺保留羊場原有的產(chǎn)區(qū)大門車輛消殺和人員霧化消毒通道系統(tǒng)。產(chǎn)區(qū)舍內(nèi)消殺提升一方面保留原有管道式氣霧消殺設備(也可用于氣霧減臭)；另一方面在產(chǎn)舍內(nèi)新增1臺DTS殺菌除臭設備(其他羊舍根據(jù)經(jīng)費情況逐步完善)，通過對有機物分子進行氧化降解反應，與空氣中的細菌接觸后，快速滲透到細胞體內(nèi)，使菌體蛋白質(zhì)凝固變形，破壞菌膜結(jié)構(gòu)，中斷細菌的生長、繁殖、代謝過程來達到消毒滅菌效果(圖8)。

圖8 DTS殺菌除臭系統(tǒng)工藝步驟

2.6 糞污及臭氣收集處理系統(tǒng)

2.6.1 糞污收集處理系統(tǒng)提升

糞污收集模式為高架式羊床漏糞板→糞便傳送帶→清糞收集。保留該場羊舍已安裝的糞便收集輸送帶，進行智能化自動控制提升即可。糞污處理：改建密閉集糞間，增加1臺DTS牧場殺菌除臭系統(tǒng)；收集的羊糞除了直接鮮糞裝袋運出外，剩余部分可通過納米膜發(fā)酵模式覆蓋制成有機肥，減少氨氣的揮發(fā)，解決臭氣問題；羊的尿液和羊舍沖洗污水選用固定收集池收集處理，并經(jīng)發(fā)酵后用于灌溉果蔬。

2.6.2 臭氣收集處理系統(tǒng)

臭氣處理是一個非常復雜的環(huán)節(jié)，擬采用多種工藝進行：相對封閉羊舍，增加負壓設備收集，減少臭氣向外排；利用原有消毒管路，增加無毒無害噴劑噴霧除臭；安裝DTS等減除臭氣設備。

2.7 無害化處理

送至當?shù)夭∷绖游餆o害化集中處理點。

2.8 數(shù)字化智能系統(tǒng)

2.8.1 養(yǎng)殖信息智能采集

羊舍建設室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測節(jié)點，監(jiān)測空氣溫度、空氣濕度、氨氣等指標?，F(xiàn)場傳感器通過WiFi等無線組網(wǎng)方式將采集的數(shù)據(jù)通過云智能養(yǎng)殖管理平臺，實現(xiàn)養(yǎng)殖舍內(nèi)環(huán)境(溫度、濕度、光照、有害氣體(NH3)、二氧化碳等指數(shù))信號的自動檢測和傳輸。物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測指標如表1所示。

表1 羊場物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測指標

選擇母羊等部分羊群佩戴式智能傳感設備，實現(xiàn)動物個體識別、體溫、運動量等羊只生長情況監(jiān)測。

2.8.2 智能養(yǎng)殖管理平臺

視頻監(jiān)控，安裝監(jiān)控攝像頭可隨時查看現(xiàn)場動物的活動狀況，減少人工現(xiàn)場巡查次數(shù),提高了管理效率，此外還可以對養(yǎng)殖場周邊環(huán)境進行安防監(jiān)管。

環(huán)境智能調(diào)控，實現(xiàn)羊舍外遮陽網(wǎng)、風機、保溫、霧化噴淋等環(huán)境設施適時智能控制。通過軟硬件集成，建設集環(huán)境實時感知、動物個體監(jiān)測、環(huán)境智能調(diào)控、設備遠程控制、視頻監(jiān)控、可視化展示等一體的羊場智能化管控平臺(圖9)。

圖9 無線組網(wǎng)

2.8.3 羊舍控制系統(tǒng)

羊舍控制系統(tǒng)包含信息層、控制層和中間層，通過系統(tǒng)實現(xiàn)所有的機械設備與電腦的連接，實現(xiàn)各場景的數(shù)字化。軟件系統(tǒng)采用云服務器部署，可通過電視、電腦、手機等不同終端訪問web版、智能管控App等應用相關功能(圖10)。

圖10 智能養(yǎng)殖管理平臺

3 建設數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)的成效

3.1 飼喂方式進一步高效化

建設數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)，可以達到智能化合理飼喂。如2 000只羊的羊場原來只有機械化喂羊需要3個人完成飼喂的工作，目前一站式的從清掃羊舍路面料槽到飼喂攪拌料到中途的推料加添加精料等環(huán)節(jié)1個人就能完成，省時省工省力。

3.2 飼養(yǎng)配方進一步精準化

全面的營養(yǎng)搭配有利于獲得飼料和肉質(zhì)的最佳配比，同時還有利于肉羊的健康。精準飼喂育肥羊根據(jù)每個羊舍的數(shù)量、羊的月齡、質(zhì)量精準飼喂減少攪拌料的浪費和少喂，對基礎母羊更精細的飼喂和管理，懷孕前后的營養(yǎng)和精料草料攝入不同，減少飼料成本和更科學的管理提高母羊生產(chǎn)過程中的產(chǎn)子率和羔羊存活率。

3.3 養(yǎng)殖環(huán)境進一步優(yōu)良化

活性水處理除臭設備從水的源頭有效地改善了羊舍內(nèi)的氣味。羊舍氨氣、硫化氫、溫濕度的傳感器，羊糞輸送帶、排風風機通過與數(shù)學平臺連接后，有效地改善了湖羊的生活環(huán)境，好空氣、好環(huán)境、好食材成就羊肉的高品質(zhì)。羊糞凈化裝置通過控制單元達到催化劑的自動投放，大大節(jié)約了經(jīng)濟成本。確保肉羊的健康，同時有效控制羊糞化學元素超標造成環(huán)境污染。

3.4 技術引領進一步科學化

數(shù)字化精準飼喂系統(tǒng)的研究開發(fā)是一次工業(yè)企業(yè)先進的技術、人才、設施設備服務與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的有效結(jié)合，是從全國湖羊產(chǎn)業(yè)的一次新的嘗試和變革，從目前的機械化生產(chǎn)跨入數(shù)學化，推動全國湖羊產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展起到了引領示范帶動的重要作用。