坝上寒区不同建筑类型奶牛舍冬季温热环境评价

高玉红，李宏双，郭建军，张久德，邱殿锐，于滨，闫铭水

（1.河北农业大学动物科技学院，河北保定 071001；2.承德市畜牧研究所，河北承德 067000；3.丰宁满族自治县农牧局，河北承德 067000）

坝上寒区不同建筑类型奶牛舍冬季温热环境评价

高玉红1，李宏双1，郭建军2，张久德3，邱殿锐2，于滨2，闫铭水1

（1.河北农业大学动物科技学院，河北保定 071001；2.承德市畜牧研究所，河北承德 067000；3.丰宁满族自治县农牧局，河北承德 067000）

文章旨在研究坝上寒区奶牛舍冬季温热环境。选择三种代表性建筑类型奶牛舍，检测舍内外环境温度、相对湿度和风速，通过综合指数—风寒温度（WCT）评价奶牛冷应激程度。结果表明，不同建筑类型奶牛舍温湿度差异明显，低屋面横向通风舍（舍1）和半钟楼式舍（舍2）温度明显高于带舍外运动场的双坡舍（舍3），舍1、舍2和舍3的昼夜均温分别为5.97、3.07和-6.21℃，舍3一天中有18.5 h（18:00～12:30）处于-4℃以下低温环境，而舍1的南北两侧温差和湿差均较大，平均温差达5.62℃（6:30～19:30），湿差达41.2%（0:00～24:00），北侧平均湿度高达96.5%。舍2一天中有14 h（20:30～10:30）处于80%以上高湿环境。三种牛舍早中晚各时间段内WCT均低于-10℃，但不同舍间WCT差异显著（P＜0.01），舍3最低，尤其是早上。研究可为坝上寒区牛舍设计及环境改善提供借鉴。

奶牛；温度；湿度；风速；风寒温度

网络出版时间2015-12-29 17:23:56[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20151229.1723.002.html

高玉红,李宏双,郭建军,等.坝上寒区不同建筑类型奶牛舍冬季温热环境评价[J].东北农业大学学报,2015,46(12):52-57.

Gao Yuhong,Li Hongshuang,Guo Jianjun et al.Assessment of thermal environment of different styles of dairy houses in winter in chill region of Bashang[J].Journal of Northeast Agricultural University,2015,46(10):52-57.(in Chinese with English abstract)

随着农业经济的发展，奶牛养殖业逐渐趋向规模化、科学化和集约化，同时奶牛健康及乳产品质量备受关注。因此，奶牛养殖环境应予重视。研究证明，温度、湿度和风速等温热因子是影响奶牛舍环境主要因素，其单独或综合作用对奶牛生产性能、健康和产品质量均会产生一定影响[1-3]，而牛舍建筑类型直接关系舍内温热环境。奶牛怕热耐寒，国内外关于奶牛建筑设计及环境的研究主要围绕热应激展开[4-7]，但冷应激同样会对奶牛生产性能造成负面影响，产奶量降幅最高达40%[8]，北京和哈尔滨地区因冷应激造成产奶损失分别为整个泌乳期产奶量8.3%和7.5%[9]。目前奶牛冷应激研究尚未受到重视[10-11]。

河北省西北部坝上高原位于内蒙古高原东南缘，地势较高，海拔1 200～1 400 m，冬季寒冷，且持续时间较长，夏季凉爽多风。近几年该地区奶牛养殖的规模化程度越来越高，2013年河北省奶牛产业创新团队对奶牛环境调研发现，该地区奶牛舍冬季保温较差，且舍内湿度较大[12]。

本研究选择该地区三种典型建筑类型的奶牛舍，检测冬季舍内外的环境温度、相对湿度和风速，并分析表示寒冷程度的综合指数（风寒温度），以评价河北坝上地区冬季奶牛舍的温热环境，为坝上地区牛舍建建和改造提供理论基础和可靠数据。

1　材料与方法

1.1试验场地

选择河北省张家口市北部坝上高原三种代表性奶牛舍，建筑类型及特点如表1所示。被测牛舍均为南北朝向，舍1和舍2不设舍外运动场，舍内饲养，舍3设舍外运动场，可随时出入舍内。三种舍饲喂次数均为2次·d-1，舍1和舍2的饲喂时间为早晚6:30，而舍3早晚饲喂时间均为4:30。

表1　三种奶牛舍建筑类型及特点Table 1Architectural character of three styles of dairy houses

1.2试验方法与仪器

试验于2015年1月19日～1月25日检测三种奶牛舍内外环境温度、相对湿度和风速，以评价坝上寒冷地区不同建筑类型奶牛舍冬季温热环境。

1.2.1温湿度昼夜连续变化测定

舍内外连续温湿度的检测仪器采用电子温湿度记录仪（型号：KTH-350-I，法国），每0.5 h自动记录一次数据，三种舍同期昼夜连续检测7 d。各舍在舍内南侧（阳面）和北侧（阴面）中心处各悬挂1个记录仪，探头距地面垂直距离为1.8 m，舍外选择净道上方1.8 m处悬挂1个记录仪，试验结束后导出数据，绘制温湿度昼夜连续曲线图。

1.2.2温热参数分段测定

舍内外温湿度和风速检测根据均匀布点原则，在饲料通道和牛栏内共布置12～28个点，检测高度选择奶牛站立时高度1.2 m，检测时间选择三个时段，即7:00～8:00、12:00～13:00和18:00～19:00。温湿度检测仪器为手持式温湿度计（型号：TM 181），风速检测仪器为手持式热式风速仪（型号：MODEL 6006）。

1.2.3风寒温度测定

风寒温度（WCT）以温度为单位表示奶牛冷应激的程度，WCT计算公式如下[9-10]：

WCT=13.12+0.6215Tair-11.37V0.16+0.3965TairV0.16

式中，WCT-风寒温度（℃）；Tair-环境温度（℃）；V-风速（km·h-1）。

1.3数据分析

采用SPSS17.0（Standard Version 17.0，SPSS Inc）统计软件进行单因素方差分析，并运用LSD多重比较分析。

2　结果与分析

2.1不同建筑类型牛舍内外环境温度连续变化

三种奶牛舍内外环境温度连续变化曲线如图1所示。三种舍舍内温度均高于舍外（舍3的9:30～ 16:00除外），低屋面横向通风的舍1、半钟楼式的舍2和带舍外运动场的舍3与舍外的最高温差分别达23.36（5:00）、18.53（5:00）和9.41℃（5:30）。舍内温度变化幅度相对舍外较小，三种牛舍的日较差范围为6.47～7.57℃，而舍外日较差高达15.79℃，即舍外早上最低-15.80℃（7:30），中午最高-0.01℃（12:00）。根据舍内温度变化曲线可知，舍1＞舍2＞舍3，舍1、舍2和舍3的舍内平均温度分别为5.97、3.07和-6.21℃。三种牛舍的温度低峰值出现在早上7:00～9:00，与舍外温度低峰值出现的时间基本一致，但不同牛舍温度高峰值出现时间点规律不一致。

2.2不同建筑类型牛舍内外相对湿度连续变化

三种牛舍内外的相对湿度连续变化曲线如图2所示。大部分时间点舍内湿度高于舍外，尤其是8:30～15:00，舍内外湿差较大。舍1、舍2和舍3与舍外的最高湿差分别达到39.8%（11:30）、39.8%（11:30）和29.6%（10:30），15:30～8:00舍内外湿差明显降低。根据舍内湿度平均值得出，舍2＞舍1＞舍3，平均湿度分别为79.0%（舍2）、75.9%（舍1）和70.8%（舍3）。

图1　不同建筑类型奶牛舍环境温度的昼夜连续变化曲线Fig.1Diurnal continuous curve of ambient temperature in different styles of dairy houses

2.3不同建筑类型牛舍内南北两侧连续温湿度变化

三种牛舍内的南侧和北侧温度与湿度连续变化曲线如图3所示。舍1的南北两侧温差和湿差明显（见图3a），尤其是北侧湿度远高于南测，北侧平均湿度高达96.5%，而南侧湿度仅55.3%。南北两侧的温度变化与湿度相反，南侧温度高于北侧，南北两侧平均温度分别为7.67和4.26℃，从图3a可见，舍1的南北两侧温差与时间关系密切，6:30～19:30温差较大，平均温差达到5.62℃，而其他时间的平均温差仅0.91℃。根据图3b和图3c可知，舍2和舍3每个时间点南北两侧温度和湿度差距均不大，温差和湿差变化不大。

2.4不同建筑类型牛舍在不同时间段温热参数变化

不同建筑类型牛舍内外环境温度、湿度和风速不同时间段（早上、中午和晚上）检测结果如表2所示。各时间段舍内外及不同舍之间温度均达显著水平（P＜0.01），三种舍舍内温度均显著高于舍外（P＜0.01），且舍内温度的大小比较为：舍1＞舍2＞舍3，尤其是无舍外运动场的舍1和舍2的舍内温度分别比舍3高12.83和7.60℃（早上）、9.09和6.63℃（中午）、10.87和6.68℃（晚上）。不同时间段对湿度的影响也不同，三种舍的舍内外湿度均表现为早上最高，中午最低。中午和晚上舍内湿度高于舍外，且这两个时间段舍1和舍2的舍内湿度均显著高于舍3（P＜0.01），但舍1和舍2间差异不显著（P＞0.05），而早上各舍湿度的变化较为复杂，舍1的舍内湿度和舍外无显著差异（P＞0.05），但舍2和舍3的舍内湿度分别显著高于和低于舍外（P＜0.01），三种牛舍的舍内湿度比较为：舍2＞舍1＞舍3。

图2　不同建筑类型奶牛舍相对湿度的昼夜连续变化曲线Fig.2Diurnal continuous curve of relative humidity in different styles of dairy houses

图3　不同建筑类型奶牛舍内南北两侧温湿度的变化曲线Fig.3Diurnal continuous curve of temperature and relative humidity in south and north sides in different styles of dairy houses

从舍内外风速可知，各时段三种舍的舍内风速均显著高于舍外（P＜0.01），但三种舍风速之间却无显著性差异（P＞0.05）。由表2可知，不论舍外风速大小，晚上各舍内风速略低于早上和中午。

2.5不同建筑类型牛舍内外的风寒温度

不同建筑类型牛舍内外的WCT如图4所示。各时间段各舍内外以及不同舍之间的WCT均达到显著水平（P＜0.01），舍外WCT显著高于舍内（P＜0.01），早晚尤为明显。从三种舍WCT的比较结果可见，早上舍3内WCT较低，比舍1和舍2分别低11.06和6.63℃，而其他两个时段舍3内的WCT分别比舍1和舍2低9.09℃（中午）、6.44℃（中午）和8.33℃（晚上）、4.43℃（晚上）。各时段三种舍内WCT比较为：舍3＜舍2＜舍1。

表2　不同建筑类型奶牛舍内外的温度、湿度和风速比较分析Table 2Comparison of inside and outside temperature,relative humidity and wind velocity in different styles of dairy houses

图4　不同建筑类型奶牛舍风寒温度Fig.4Wind chill temperature of different styles of dairy houses

3　讨论

3.1不同建筑类型奶牛舍温湿环境评价

由于奶牛舍建筑形式、内部结构以及管理水平等因素不同，舍内小气候也存在不同程度差异，尤其是舍内的环境温度和相对湿度。由于舍1和舍2跨度较大（分别为80和27 m），外围护结构的面积相对较小，保温性能较好，舍内温度基本保持在0℃以上，尤其是低屋面横向通风的大跨度舍1，最高温度可达8.57℃，但舍1温度曲线图上出现两个明显低峰（见图1和图3a），这不仅与舍外温度有关，还与牛舍结构和饲养管理有关。舍1密闭性较好，导致舍内外温差较大，但舍内环境比较脆弱，饲喂和消毒期间舍门的短时间开启将对舍内环境造成很大影响，舍1曲线中的第二个低峰范围（18:00～7:30）正处于饲喂时段，舍内温度下降明显。另外，虽然舍1温度较高，舍内温度分布不均匀，南北两侧的平均温差达到5.62℃，且一直持续13 h。近年来有研究证明，该类低屋面横向通风舍中奶牛的舒适指数虽然较高，但存在舍内气温、气湿和气流分布不均现象[13-14]。带舍外运动场的舍3环境与舍1和舍2差距较大，舍内温度较接近舍外，因奶牛的活动规律和牛舍结构相关，牛除采食外基本停留于舍外运动场，所以舍内温度较低，最低降到-7.98℃（早上4:00）。已有研究表明[15]，当温度低于-4℃时，产奶量开始下降，当温度降到-20℃时，产奶量显著降低。Broucek等和赵宗胜等研究认为，当温度低于-5℃时，奶牛出现冷应激，产奶量和生理机能均受到影响[16-17]。本研究中舍3温度除12:30～18:00期间（5.5 h），一天中有18.5 h舍内温度低于-4℃，大部分时间处于低温状态，即使奶牛进舍采食时（上午和下午均在5:30左右）舍温有所增加，但仍处于低温状态。

相对湿度也是评价舍内环境的重要指标，寒冷地区湿度过高易导致关节炎、皮肤炎症以及消化道等疾病。本研究中舍1昼夜湿度变化较其他平缓，而舍2和舍3受外界环境影响较大，出现早晚高、中午低的湿度变化规律，这与高玉红等关于肉牛舍湿度的研究结果吻合[18]。舍1和舍3的湿度低于80%，没有超过国家标准规定，但由于舍1跨度大（80 m），舍内不同位置湿度差异较大，北侧湿度近饱和，而南侧湿度仅55.3%。另外，舍2湿度一天中有14 h（20:30～10:30）处于80%以上，主要原因可能是该舍顶部为钟楼式结构，天窗虽设有风机，但为舍内保温冬季从未开启，造成舍内通风不良，建议每天早晚适当通风，排出舍内多余的水汽。

3.2不同建筑类型牛舍WCT分析

冷应激程度不仅与温度有关，还与风速密切相关。许多学者认为WCT更能表示冷应激程度，同时反映产奶性能，是国际学术界公认的评价奶牛冷应激的可靠指标。Tucker等研究认为[10]，WCT与产奶性能之间存在强相关关系。根据WCT数值可将冷应激程度划分为：轻度冷应激-25℃＜WCT≤-10℃；中度冷应激-45℃＜WCT≤-25℃；高度冷应激-59℃＜WCT≤-45℃；极度冷应激WCT≤-59℃[10]。本研究中奶牛舍在三个时间段的WCT均在-10℃以上，按此标准所测牛舍未达到冷应激程度。但值得关注的是，各舍早上WCT明显高于中午和晚上，建议在牛舍保温设计时重点考虑早上保温。因试验条件限制，本研究中WCT只局限于三个时段的研究，未考虑一天中其他时点WCT值，为更具体了解奶牛舍冷应激程度，需进一步研究24 h内WCT的连续变化。

4　结论

a.河北坝上高寒地区不同建筑类型奶牛舍温湿环境差异很大。无舍外运动场奶牛舍虽然舍内温度在0℃以上，相对湿度较高，27 m跨度钟楼式牛舍一天中有14 h处于80%高湿环境中，而80 m跨度低屋面横向通风牛舍南侧湿度接近100%；设舍外运动场奶牛舍湿度虽然低于80%，但一天中有18.5 h温度低于-4℃，应注意保温。

b.各时段（早、中和晚）不同牛舍WCT差异明显，带舍外运动场牛舍WCT最低，其次是半钟楼式牛舍，早上差异尤为明显。

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Assessment of thermal environment of different styles of dairy houses in winter in chill region of Bashang

GAO Yuhong1,LI Hongshuang1,GUO Jianjun2, ZHANG Jiude3,QIU Dianrui2,YU Bin2,YAN Mingshui1(1.School of Animal Science and Technology, Hebei Agricultural University,Baoding Heibei 071001,China;2.Animal husbandry Research Institute of Chengde,Chengde Hebei 067000,China;3.Agriculture and Animal Husbandry Bureau of Fengning County,Chengde Heibei 067000,China)

The subjective of the study was to assess the thermal environment of dairy houses in winter in Bashang region.Three styles of dairy houses were used to investigate inside and outside ambient temperature,relative humidity and wind speed,and evaluate cold stress of dairy cows through the comprehensive index-wind chill temperature(WCT).The results showed that the temperature or relative humidity among different styles of houses had significant difference.The temperature in both styles of houses including low profile cross ventilated house(House 1)and semi-tower house(House 2) was higher than the double-slope house with yard(House 3),with 5.97,3.07 and-6.21℃of average diurnal temperature in House 1,House 2 and House 3,respectively.For House 3,the inside tempera-ture was below-4℃for 18.5 h(18:00-12:30),and for House 1,the inside temperature difference or humidity difference between south and north sides was evident,averaging 5.62℃(6：30-19：30)at temperature and 41.2%(0:00-24:00)at humidity,and the average humidity in north side reached up to 96.5%.For House 2,the humidity over 80%was continued for 14 h(20：30-10：30).The WCT values of three houses were below-10℃at each period(morning,noon and evening),and the significant difference was observed among three houses(P＜0.01),suggesting that the WCT in House 3 was the lowest,particularly in the morning.The result would provide some reference for dairy house design and environment improving in chill region of Bashang.

dairy cow;temperature;humidity;wind speed;wind chill temperature

S532

A

1005-9369（2015）12-0052-06

2015-07-23

河北省现代农业产业技术体系奶牛产业创新团队建设专项资金项目（20141309）

高玉红（1971-），女，副教授，博士，研究方向为畜禽环境与设计。E-mail:gyhsxs0209@126.com