发酵床育肥猪舍内湿热环境与通风状况研究

周忠凯， 秦 竹， 余 刚， 林家彬， 唐玉新， 汤 赤， 陈 俊

(江苏省农业科学院农业设施与装备研究所，江苏 南京 210014)

发酵床养猪技术是一种无污染、零排放、不固化土地、低碳高效环保的养殖实用技术［1-2］。但夏季发酵床养殖方式由于发酵床体不断发酵产热散热，不仅使舍内气温升高，而且增加了舍内空气的相对湿度。当环境温度逐渐升高时，猪体就开始通过加速血液循环，加快皮肤与呼吸蒸发散热调节体温，表现出活动量和采食量减少、饮水增加、体温升高、心率加快、生产性能降低等热应激反应，导致生猪产品质量下降［3-4］。此外，当夏季舍内温度较高时，空气相对湿度大，影响畜禽蒸发散热，从而影响生猪的生产性能。研究显示高温时环境湿度增大10%，相当于环境温度升高1℃对猪的影响［5］。同时，舍内CO2浓度是反映猪舍通风状况的重要指标之一。了解不同猪舍结构和管理因素对舍内CO2浓度及舍内通风量的影响，有助于提高舍内通风管理，进而改善发酵床猪舍内的环境状况［6］。

目前研究集中在提高猪舍环境质量［7-9］，以及猪舍湿热环境和通风状况对生猪生产性能、热调节行为等生理反应的影响研究［10-15］，大部分集中在水泥地面猪舍，而对自然通风式发酵床猪舍的研究较少。本研究拟分析江苏境内两种不同结构发酵床对猪舍温湿环境状况、CO2浓度和舍内通风状况的影响，旨在为改善发酵床猪舍的管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 生猪饲养及设施

试验于2011年10月4日至2012年9月3日在江苏省农业科学院六合动物科学试验基地发酵床猪场进行。试验选择2栋不同建筑材料(彩钢瓦和大棚膜结构)半钟楼式结构的发酵床猪舍，彩钢瓦结构猪舍为 30.0 m×9.0 m×3.0 m(长×宽×高)，大棚膜结构猪舍为 30.0 m×9.0 m×3.5 m(长×宽×高)，详细结构见图1。猪舍猪栏排列方式为单列式，北墙设有过道1.2 m宽，采用自然通风方式。大棚膜结构猪舍通风由卷帘控制;彩钢瓦结构猪舍北侧有4个窗户，南侧通风口由卷帘控制。冬季(2011年12月至2012年2月)猪舍南北部的窗户和通风口关闭，春秋季节(2011年9～11月，2012年3～5月)北部的通风口关闭，南部开启，夏季(2012年6～8月)南北部通风口全部打开进行通风，并开启喷雾降温设备进行降温。

发酵床体采用地下式结构，床体垫料厚度80 cm，由锯木屑、稻壳、碎果树条等组成。每栋猪舍饲养生猪在60头到80头之间，每头生猪所占面积在2.5 m2到3.5 m2之间;育成育肥猪饲养时间为60日龄到180日龄，共计约120 d;进舍体重平均每只20 kg，出栏体重每只90～100 kg;生猪饲养采用自由采食方式，饮水采用鸭嘴式自动饮水系统。

1.2 猪舍内温湿度与气体浓度测定

为了解发酵床猪舍内的温湿度和通风状况，对2栋发酵床猪舍不同季节的温度(T)、湿度(HR)、二氧化碳(CO2)浓度进行了近1年的监测(期间饲养2批生猪)。由于仪器设备调试，彩钢瓦结构猪舍内温湿度和CO2浓度测试时间为2011年10月4日至2012年9月3日，大棚膜结构猪舍开始测试时间为2012年1月6日至2012年9月3日。测试系统由江苏省农业科学院农业设施与装备研究所制造。2栋猪舍分别选取2组测试点，室外选取1个测试点，安装位置见图1，测定的数值在舍内收集、显示并通过无线传输设备传输到实验室的电脑，数据采集间隔为10 min，测试系统安装见图2。

图1 发酵床养殖舍立面结构图Fig.1 Side views of pig house with fermentation bed

图2 测试系统安装示意图Fig.2 Schematic diagram of the environmental monitoring system

系统主要由传感器、数据无线传输系统和数据存储系统组成。温湿度传感器选用SHT75型，湿度测量范围为0～100%，湿度测量精度为±4.5%;温度测量范围为 －40.0～+123.8℃，温度测量精度为±0.5℃;CO2浓度传感器选用B-530型NDIR红外CO2传感器，测量范围0～19 000 mg/m3，工作温度范围－10～50℃，工作湿度范围0～95%，测量精度 ±60 mg/kg。

1.3 通风量的估算

研究表明应用CO2平衡法估测自然通风畜禽舍，在检测30 min或者更长时间不间断的通风率时，直接与间接测试结果无显著差异［16-18］。因此，本试验自然通风发酵床猪舍的通风量采用CO2平衡法估算［19-20］，计算公式如下:

式中，VR:猪舍通风量(m3/h);VCO2:单位时间猪舍内 CO2的产生量(m3/h);Ce，CO2、Ci，CO2:分别为排气口和进气口CO2的浓度(mg/m3);ρCO2:CO2的密度，为1.977 kg/m3。

畜禽舍CO2产生量的计算参考国际农业工程师协会与文献［21-22］研究的结果，计算公式如下:

式中，fc:动物活动产生的热量转化系数，本试验中由于缺乏动物活动数据，假定猪只活动量不变，取fc=1;THP:单位时间内单只生猪产生的热量(W);N:猪舍中生猪的数量(头);RQ:猪的呼吸商，育成阶段为1.05，育肥阶段为1.14;Ti:猪舍内环境温度(℃);Km，CO2:发酵床猪舍内粪便分解产生的CO2修正系数为1.04。

本研究发酵床猪舍主要饲养育成育肥阶段的生猪，两个生长阶段生猪的产热量计算公式如下:

式中，m:生猪体重(育成猪22～45 kg，育肥猪45～90 kg);n:动物采食量与维持能量的相关系数，该值与动物体重有关，育成阶段值为3.42，育肥阶段值为2.65。

1.4 数据统计分析

数据统计分析采用SAS8.01软件和Office软件Excel工具进行，Duncan氏新复极差法检验差异显著性。

2 结果

2.1 猪舍温度

发酵床猪舍不同季节温度变化见图3，整个试验期间舍外平均温度为17.1℃，两栋发酵床猪舍内平均温度为20.3℃。不同季节两种结构发酵床舍内平均温度，冬季6.6℃，春季21.7℃，夏季28.2℃，夏季舍内温度显著高于冬春季节(P＜0.05)。

图3 发酵床猪舍温度变化Fig.3 The change of temperature in pig house with fermentation bed

整个试验期间，彩钢瓦和大棚膜结构猪舍内平均温度分别为19.2℃、21.6℃，差异不显著(P＞0.05)。冬季彩钢瓦结构猪舍内平均温度为4.5℃，大棚膜猪舍内平均温度为8.8℃，大棚膜猪舍温度高于彩钢瓦猪舍(P＜0.05)，这主要与发酵床猪舍内垫料的类型和使用时间有关，同时大棚膜结构猪舍有利于冬季太阳光直射，增加舍内温度。夏季两栋猪舍温度均最高，其中彩钢瓦结构28.4℃，大棚膜结构28.2℃。在春夏季节，两栋猪舍之间温度差异不显著(P ＞0.05)。

2.2 猪舍湿度

发酵床猪舍不同季节湿度变化见图4，整个试验期间舍外平均湿度为74.1%，两种发酵床猪舍内平均湿度为77.8%，显著高于舍外湿度(P＜0.05)。不同季节发酵床舍内平均湿度冬季为83.1%，春季为70.6%、夏季为80.7%，冬季和夏季猪舍内湿度显著高于春季(P＜0.05)。

图4 发酵床猪舍湿度变化Fig.4 The change of humidity in pig house with fermentation bed

整个试验期间，彩钢瓦结构和大棚膜结构猪舍内平均湿度分别为76.9%、79.5%，大棚膜结构猪舍湿度显著高于彩钢瓦结构猪舍(P＜0.05)。冬季两种类型猪舍湿度分别为81.9%、83.3%，猪舍内通风口关闭，通风量较小，水蒸气不宜排出，导致舍内湿度增加。夏季分别为79.9%、84.8%，与南方夏季高温高湿的环境相关。春季两栋猪舍湿度差异不显著(P＞0.05)。

2.3 猪舍CO2浓度

测试期间彩钢瓦和大棚膜结构猪舍CO2浓度变化见图 5，整个试验期间舍外 CO2浓度为 690 mg/m3，两种发酵床猪舍内 CO2平均浓度为1 720 mg/m3。不同季节两种不同结构发酵床舍内平均浓度，冬季为3 368 mg/m3，春季为1 236 mg/m3，夏季为1 122 mg/m3。冬季舍内CO2浓度显著高于春夏季节(P＜0.05)，春季与夏季差异不显著(P＞0.05)。

图5 发酵床猪舍CO2浓度变化Fig.5 The change of CO2concentration in pig house with fermentation bed

整个试验期间，彩钢瓦结构和大棚膜结构猪舍内 CO2平均浓度分别为1 509 mg/m3、1 932 mg/m3，冬季舍内 CO2平均浓度分别为2 757 mg/m3、3 979 mg/m3，冬季大棚膜猪舍CO2浓度显著高于彩钢瓦猪舍(P＜0.05)。冬季为保持舍内温度，关闭通风口，导致通风不良，是舍内CO2浓度高的主要原因。夏季两栋猪舍CO2浓度最低，分别为彩钢瓦结构猪舍980 mg/m3、大棚膜结构猪舍1 264 mg/m3，差异不显著(P＜0.05)。

2.4 猪舍通风量

通过CO2平衡法计算出舍内通风量变化，结果如图6所示，两种类型发酵床猪舍平均通风量为3 018 m3/h，舍内通风量随着季节的变化存在很大差异，夏季通风量最大，平均为4 460 m3/h，冬季通风量最小，平均为786 m3/h。

图6 发酵床猪舍通风量的变化Fig.6 The ventilation rate change in pig house with fermentation bed

整个试验期间，彩钢瓦结构和大棚膜结构猪舍通风量分别为3 118 mg/m3、2 917 mg/m3，两栋猪舍通风量差异不显著(P＞0.05)，彩钢瓦结构猪舍冬季、春季、夏季的通风量分别为 642 m3/h、3 877 m3/h、5 137 m3/h，大棚膜猪舍为 929 m3/h、3 638 m3/h、3 783 m3/h。

3 讨论

研究表明高温高湿环境会导致生猪的采食量下降，当温度高于33℃、湿度高于80%时生猪的采食量明显下降［3-4］。NRC研究显示，若环境温度超出最佳温度5～10℃，则每天采食量下降200～400 g［23］。通常9～26周龄的育成育肥猪生长的适宜温度在11.1℃与27.8℃之间，猪舍合理的湿度范围在50%与60%之间，此时，舍内影响生猪生长的细菌、病毒、真菌等不易大量繁殖，可减少疾病的发生，降低呼吸道疾病感染的几率［24］。本研究中猪舍湿度较大，与当地高温高湿气候条件和发酵床体微生物的分解以及夏季喷雾降温系统的使用有关。自然通风发酵床猪舍温度随着舍内生猪数量、体重、日龄以及发酵床垫料温度的变化而变化。此外，猪舍建筑属于半密闭性结构，舍外温度对舍内温度影响较大。本研究主要是饲养育成、育肥猪，两种不同结构猪舍舍内温度完全满足舍内生猪生长的需求。

不同的猪舍结构，由于通风管理方式的不同，舍内CO2浓度存在地域和季节的差异。北欧夏季猪舍CO2平均浓度为1 886 mg/m3，冬季为5 107 mg/m3［25］，春 季 为 1 391 mg/m3，显 著 高 于 舍 外(1 090 mg/m3)［26］。机械通风猪舍CO2浓度最接近舍外，夏季加拿大猪舍CO2浓度为1 033 mg/m3，但是冬季由于通风限制，相同类型猪舍CO2浓度达到7 639 mg/m3［27］。文献中显示舍内 CO2浓度通常控制在1 500 mg/m3以下［28］，过高则影响生猪的生产效率，并且对饲养管理人员造成伤害［29］。虽然发酵床猪舍垫料中粪便分解会产生部分CO2，但本研究中猪舍仍能保持较低的CO2浓度，显示彩钢瓦猪舍和大棚膜猪舍具有良好的通风性能。

Seedorf等对北欧不同结构类型猪舍通风量进行了测试，结果显示育肥猪舍通风量的变化范围在50～500 m3/(h·AU)(AU:单位，500 kg动物体重每小时通风量)，冬季最小，为50 m3/(h·AU)，夏季最大，为 500 m3/(h·AU)［30］。本研究整个测试期间两种类型发酵床猪舍平均通风量为3 018 m3/h。为便于比较，以生猪100 kg计算，得到500 kg动物体重的通风量，平均为406 m3/(h·AU)，冬季100 m3/(h·AU)，夏季 617 m3/(h·AU)，高于文献中参考值，主要与半开放性猪舍夏季通风口全部开启有关。

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