寒冷地区温室型犊牛舍温热环境研究

孟妍君，秦仕达，赵 靖，栾冬梅

（东北农业大学 动物科学技术学院，黑龙江 哈尔滨150030）

犊牛自身免疫机制不健全，组织器官没有发育完善，对外界的适应能力弱，因而为犊牛提供适宜的畜舍类型和生活环境，有利于提高犊牛的健康水平，减少犊牛的发病率及死亡率。但是，目前许多奶牛场仍采用群养群饲的粗放式管理，犊牛舍饲密度大，管理困难，如果垫草更换、粪污清理不及，造成舍内湿度过大、有害气体及致病微生物浓度过高等问题。为了更有效地管理犊牛，避免犊牛之间相互舔舐，造成交叉感染，采用单栏饲养的新型犊牛岛来培育犊牛，有利于饲养员观察每头犊牛的情况，以保障犊牛的福利［1］。一般的犊牛岛为开放式，岛内温度与外界气温相差不大，导致犊牛岛在寒冷地区的冬季无法使用。陈晨［2］针对黑龙江省冬季的气候特点，采用保温材料制作了一种密闭型保温犊牛岛，虽然犊牛岛内的环境指标和犊牛的生长性能优于传统犊牛舍，但差异均未达到显著水平。赵靖等［2］对密闭型犊牛岛做了改进，为犊牛岛增设了运动场，并将运动场用双层塑料膜覆盖以提高犊牛岛的温度。虽然在平均气温为-28.6℃的天气条件下，犊牛岛休息区的气温达到-1.0℃，但由于通风不良，犊牛岛内的空气质量较差，而且生产操作困难。因此，寒冷地区犊牛岛的设计仍需改进。

利用温室效应提高环境温度的日光温室最早出现设施园艺中，早在1954年，日本就开始在农业生产中应用聚乙烯（PVC）薄膜和太阳辐射能，保证蔬菜作物在冬季能正常生长发育［3］。20世纪80年代末，有学者提出将日光温室技术应用到畜禽养殖业中，利用太阳能提高舍温。据王春香［4］报道，在饲养管理没有调整的情况下，仅将牛舍改造成日光增温畜舍，单产水平较上年提高10%，原因是减少冷热应激对奶牛造成的影响。董红敏等［5］对塑料暖棚舍的使用效果进行分析发现，使用暖棚畜舍可使舍温提高10～20℃。

将犊牛岛设置在温室型犊牛舍内，可以使犊牛岛应用在更加寒冷的地区。本研究通过测定不同气温条件下温室型犊牛舍的温热环境，为今后温室型犊牛舍的设计及应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与时间

温室型犊牛舍位于哈尔滨市某奶牛场，于2011年12月20日到2012年3月20日，对温室型犊牛舍内的空气温度、相对湿度、空气速度和有害气体浓度进行测定。

1.2 温室型犊牛舍

温室型犊牛舍坐北朝南、向东偏转10°，舍长18.15 cm，宽6.2 m，屋脊高度为3.5 m。犊牛舍前侧采用双层塑料膜，两层膜之间的距离为0.2 m，屋顶后坡采用双层彩钢板中间夹0.12 m厚的聚苯乙烯泡沫板，端墙与后侧墙体均采用无机玻璃钢保温板，玻璃钢保温板中间夹0.2 m厚的聚苯乙烯泡沫板作为保温材料。另外，在犊牛舍的后墙外设置了0.5 m厚、1.8 m高的草垛。采用流入排出式的自然通风，通风换气系统包括设置在两侧端墙上的进气口和屋脊上的排气管，进气管和排气管的框架均由角钢焊接而成，管的保温材料是彩钢板中间夹5 cm厚的苯板。温室型犊牛舍内设置10个犊牛岛，采用单列式布置。岛内铺设10 cm左右厚的垫草。

1.3 温室型犊牛舍的环境管理

犊牛舍前侧的塑料膜部分由棉被覆盖，采用电动卷帘机控制棉帘的卷起和放下。试验期间晴天时棉帘卷起时间为8∶00～14∶30，阴天时棉帘卷起时间为10∶00～13∶00。根据每天的天气情况调整进气管、排气管内调节板的开启时间和角度以控制犊牛舍的通风量，进而控制犊牛舍内的温度、湿度和空气质量。

1.4 犊牛舍环境测定指标与方法

1.4.1 空气温度、相对湿度和风速的测定 通过查询中国天气网，记录试验期间当地每天整点的空气温度、空气湿度和气流速度。

利用温湿度自动记录仪（LGR-WSD20），测定试验期间温室型犊牛舍的空气温度和相对湿度。将温湿度记录仪放置在犊牛岛运动区内，感应探头位于犊牛背部高度，以此代表温室型犊牛舍的空气温度和空气湿度。温湿度记录仪数据采集的间隔为1.0 h。

利用热球式电风速计（QDF-2B），在温室型犊牛舍距离地面1.2 m处均匀选择9点，于每日的07∶00、13∶00和19∶00，测定气流速度，以其平均值代表舍内的气流速度。

对试验期间外界空气温度的数据进行统计发现，日平均气温最低为-22℃，日平均气温最高为2℃。通过对数据的统计，可以获取外界天气晴朗、日平均气温分别为（-20±1）、（-15±1）和（-10±1）℃天气条件下，温室型犊牛舍的空气温度、相对湿度和气流速度的变化情况。统计过程中，每种天气条件下选取3 d的数据，并以其平均值代表温室型犊牛舍的空气温度、相对湿度和气流速度。

1.4.2 有害气体的测定 利用便携式二氧化碳分析仪（Telaire7001）测定犊牛舍中CO2浓度。在温室型犊牛舍的长轴上均匀选择3个剖面，每个剖面的通道上均匀选择3个点，距牛床表面0.5 m处测定CO2浓度。利用采样器（BCY-Ⅱ）、NH3检气管（105SD）和H2S检气管（120SE）测定犊牛舍中NH3和H2S浓度，测定位置与CO2测定位置相同。（-20±1）、（-15±1）和（-10±1）℃三种外界温度下，选取3 d数据，以平均值代表所测气体浓度。

1.4.3 透光率测定 采用数字照度计（ST-80）测定温室型犊牛舍内的光照强度，并计算温室型犊牛舍的透光率。在温室型犊牛舍的饲喂通道上均匀选择5个点，测定位点距离塑料膜1.0 m、距地面1.2 m。测量时若发现测定点处于阴影下，可以该点为圆心，在直径0.5 m的圆周范围内作出适当的调整［5］。在舍外选择周围无遮挡物的空地，测定与犊牛舍内测定点平行且等高处的照度。选择晴朗的天气进行测定，测定时间为9∶00～14∶00，每隔1 h测量一次，以各点的平均值代表温室型犊牛舍的透光率。

1.5 数据处理

所有试验数据采用使用Excel 2003进行整理、制图和统计。

2 结果与分析

2.1 温室型犊牛舍空气温度和相对湿度

根据中国天气网提供的数据，连续记录了3个月环境测定期间的天气条件，测定期间外界空气温度最低值为-27℃，最高为6℃，平均气温为-13.7℃，其中环境温度为（-20±1）、（-15±1）和（-10±1）℃时的天气条件见表1。

表1 犊牛舍环境测定的天气条件Table 1 Weather condition measured in the calf barn

不同外界气温条件下犊牛舍空气温度的变化见图1。由图1可知，当外界平均气温为（-10±1）℃时，温室型犊牛舍全天的空气温度均高于0℃，最高温度达到17.0℃，平均为6.7℃；外界平均气温为（-15±1）℃时，舍内24 h空气的最高温度为16.5℃，最低温度为-4.1℃，平均2.1℃；外界平均气温为（-20±1）℃时，舍内全天最高空气温度为13.9℃，最低温度为-6.8 ℃，平均温度为-0.6℃。不同外界气温下，犊牛舍内的温度变化趋势一致，均表现为从8∶00开始，犊牛舍气温开始上升，13∶00～14∶00期间，气温达到最高值，随后气温下降，大约第二天凌晨6∶00舍温达到最低值。所不同的是，外界气温为（-10±1）℃时，犊牛舍增温快，降温缓，舍温波动幅度小于（-15±1）℃和（-20±1）℃时。而试验发现，即使外界气温在（-20±1）℃条件下，舍温低于-5℃的时间也只持续了4～5 h。

图1 外界平均气温为（-10±1）、（-15±1）和（-20±1）℃时犊牛舍空气温度的变化Fig.1 Variation of temperature in the calf barn as average outdoor temperatures ranging from（-10±1），（-15±1）to（-20±1）℃

犊牛舍内气温与舍外气温的回归关系见图2。犊牛舍内气温与舍外气温的回归方程：Y＝0.934x＋16.066。式中：Y为舍内温度（℃）；X为舍外温度（℃）。经过显著性分析发现，两者相关系数R2达极显著水平（P＜0.01），即犊牛舍内气温与舍外气温存在极显著的相关性。从关系式还可以看出，温室型犊牛舍气温比外界气温平均高16.066℃，而舍外气温每下降1℃，犊牛舍内气温下降0.9341℃。

不同外界气温条件下犊牛舍内湿度的变化情况见图3。从图3可见，不同气温下犊牛舍内相对湿度的变化趋势相近，9∶00开始下降，12∶00～14∶00降到较低的水平，随后开始上升，20∶00～8∶00维持在一个相对较高且稳定的水平。外界平均气温为（-10±1）、（-15±1）和（-20±1）℃时，24 h空气的平均相对湿度分别为64.1%、59.5%和58.2%。计算发现，每天大约8 0%的时间犊牛舍内的相对湿度在55%～80%。

图2 舍内气温与舍外气温的回归关系Fig.2 Regression relationship between indoor temperature and outdoor temperature

2.2 温室型犊牛舍的气流速度

不同外界气温下犊牛舍内的气流速度见表2。从表2可以看出，不同外界气温下犊牛舍内的平均气流速度在0.04～0.05 m／s，从气流速度的最低值和最高值可以看出，犊牛舍不同位置气流速度的波动较小，说明犊牛舍中气流的分布比较均匀。不同外界气温条件下，温室型犊牛舍内均未检测到H2S和NH3，所以表中为不同外界气温条件下犊牛舍内的CO2浓度。不同外界气温下，犊牛舍内CO2的浓度差异不大，范围为2 434～2 528 mg／m3。

图3 外界平均气温为（-10±1）、（-15±1）和（-20±1）℃时犊牛舍相对湿度的变化Fig.3 Variation of relative humidity in the calf barn as average outdoor temperature ranging from（-10±1），（-15±1）to（-20±1）℃

表2 不同外界气温下犊牛舍的气流速度和CO2的浓度Table 2 Air velocity and concentration of carbon dioxide in the calf barn with different outdoor temperature

2.3 温室型犊牛舍的透光率

犊牛舍的透光率随时间的变化较大。14︰00时的透光率最大，达到94.41%，9︰00～14︰00的平均透光率为75.91%。

3 讨 论

畜舍内的气温取决于畜舍获得的热量和散失的热量。获得的热量越多、散失的热量越少，畜舍的气温越高，反之，畜舍的气温越低。本试验中，温室型犊牛舍没有设置采暖设备，由于犊牛体重小，可感散热少，犊牛的产热对提高畜舍温度的作用甚微，因而犊牛舍内的热量主要来自太阳辐射。由于温室型犊牛舍的屋顶与墙体保温隔热性能良好，且采用间距0.2 m的双层塑料膜覆盖，因而温室型犊牛舍的外围护结构具有很好的隔热性能［7］。由于温室型犊牛舍既有太阳辐射的增温作用，又有外围护结构的保温作用，温室型犊牛舍的温热环境达到了良好的效果。通过本次试验发现，即使在舍外平均气温为（-20±1）℃时，温室型犊牛舍内的平均气温也达到了-0.6℃，在外界平均气温为（-10±1）℃和（-15±1）℃时，其舍内的平均气温更是达到了6.7℃和2.1℃。

哺乳期犊牛适宜温度范围为13～25℃，生产温度界限为5～32℃［8］，但在干燥、无风的环境下，哺乳期的犊牛可以耐受-8～-13℃的低温［9］。另外，临界温度还受饲养水平，动物周围的空气运动，动物姿势（站立或趴卧）以及地板类型的影响［11］。Webster等［10］研究了犊牛在不同类型牛床上的临界温度，发现在干燥稻草上趴卧的犊牛，其临界温度要比在木板牛床趴卧的犊牛低5℃，这相当于铺设稻草的牛床温度要比铺设木板的牛床高出5℃。本试验中，温室型犊牛舍舍内空气干燥（相对湿度58.2%～64.1%），风速也只有0.04～0.05 m／s，而且铺设了10 cm的垫草，在舍外平均气温为（-20±1）℃时，舍内的平均气温也达到了-0.6℃，因此，温室型犊牛舍内的温度环境，在外界气温（-20±1）℃以上的气候条件下，均可满足哺乳犊牛的需要。

由温室型犊牛舍内的气温与舍外气温的回归关系式可以推断，当舍外气温降到-25℃时，舍内气温将会降到-7.28℃，无法满足哺乳犊牛对温度的需求。对于冬季平均气温短期内低于-25℃的地区，可适当地采暖、增加热源，以满足犊牛的需要；对于冬季平均气温较长时间低于-25℃的地区，则应该进一步提高畜舍外围护结构的保温隔热能力。

适宜的空气湿度是保证犊牛健康发育的必要条件。畜舍的适宜湿度范围为55%～80%［11］。本试验发现，外界平均气温为（-10±1）、（-15±1）和（-20±1）℃时，犊牛舍内的平均相对湿度分别为64.1%、59.5%和58.2%，且差异不显著（P＞0.05）。因此，温室型犊牛舍的湿度基本上满足哺乳犊牛的需要。

冬季畜舍的通风换气是为了引进舍外的新鲜空气，排出舍内多余的水汽、尘埃、有害气体和微生物。畜舍内的气流速度、湿度、CO2、NH3和H2S等均可反映畜舍的通风换气状况。从试验的测定结果来看，空气质量的各项指标均符合国家环境质量标准中的相关规定［11］，说明温室型犊牛舍的通风换气系统，实现了冬季排出犊牛舍内水汽和有害气体、提供新鲜空气、改善空气质量的目的，能够满足犊牛的需要。温室型犊牛舍的通风系统为流入排出式，由位于端墙上的进气口和位于屋顶上的排气管组成，两侧端墙各设置一个进气口，为避免冷风直接吹向犊牛，进气口高于犊牛所在的位置，并且进气口与排气管底端的高度差为1.0 m，这对于加强进、排气口之间的“烟囱效应”，引进舍外的新鲜空气，排出舍内的污浊空气都起到积极的作用［1］。

本试验尽管已经采用了双层塑料膜覆盖来减少温室型犊牛舍的散热，但塑料膜还是犊牛舍散热的主要部位［7］，而双层充气膜可以起到更好的保温作用［12］。因此，在今后温室型犊牛舍的设计过程中，应考虑采用双层充气膜。此外，应采用保温效果更好的棉帘以提高夜间犊牛舍的温度，使温室型犊牛舍的环境更有利于哺乳犊牛的生长发育。

4 结 论

在外界平均气温-20℃以上的天气条件下，保温良好、换气充分的温室型犊牛舍，其舍内的温热环境和空气质量环境完全可以满足哺乳犊牛的需要。

当外界平均气温低于-25℃后，该温室型犊牛舍内的气温将低于哺乳犊牛的下限临界温度。

［1］ 赵 婧，于 濛，洪艺珊，等.寒区犊牛岛的设计及使用效果初探［J］.畜牧科学，2012（6）：66-68.

［2］ 陈 晨.北方寒冷地区犊牛岛的设计制作及其使用效果的研究［D］.哈尔滨：东北农业大学，2007：12-33.

［3］ 徐启江，池春玉，高奎星，等.日光节能温室在设施园艺中的发展趋势［J］.黑龙江农业科学，2000（4）：47-49.

［4］ 王春香.东北地区日光增温牛舍应用体会［J］.中国奶牛，2010（2）：52-53.

［5］ 董红敏，刘以连，杨其长.北方塑料暖棚饲养畜禽技术［J］.中国农业气象，1993，1（4）：43-44.

［6］ 张 辉.谈谈普通型塑料温室透光率的测定方法［J］.现代农业装备，2004（5）：55-56.

［7］ 栾冬梅，齐 贺，赵 靖，等.寒区温室型犊牛舍的设计与应用效果［J］.农业工程学报，2013，29（14）：195-202.

［8］ 王庆镐.家畜环境卫生学［M］.北京：农业出版社，1989：135.

［9］ Mitchell C D.Calf Housing Handbook［M］.Scottish：Scottish Farm Buildings Investigation Unit，1975：13-14.

［10］ Webster A J F，Gordon J G，McGregor R.The cold tolerance of beef and dairy type calves in the first weeks of life［J］.Animal Production，1978，26（1）：85-92.

［11］ 中华人民共和国农业部.NY／T 388-1999畜禽场环境质量标准［S］.北京：中国标准出版社，1999.

［12］ 李以翠.温室双层充气膜覆盖的研究［D］.北京：中国农业大学，2000.