不同饮水器保育猪用水总量及浪费水量对比试验
2017-03-27王美芝赵婉莹吴中红刘继军陈昭晖
王美芝，赵婉莹，吴中红，刘继军，陈昭晖，吕 娜
不同饮水器保育猪用水总量及浪费水量对比试验
王美芝，赵婉莹，吴中红，刘继军，陈昭晖，吕 娜
（中国农业大学动物科技学院，北京 100193； 动物营养学国家重点实验室，北京 100193）
为寻求猪饮水时浪费水量少的节水饮水器或饮水方式，在舍内温度为20～25 ℃的条件下，选择60头体质量为20 kg的保育猪进行鸭嘴式饮水器、杯式饮水器和Swing饮水器的用水总量和浪费水量的比较研究。试验结果表明，3种饮水器的用水总量无显著性差异（>0.05）。每头猪浪费水量由小到大依次为：杯式饮水器（1.13 L/d）
节水；渗漏；污水；保育猪；饮水器；浪费水量；饮水摄入量
0 引 言
中国是水资源短缺的国家，加上水资源时空分布不均匀，水资源已经成为制约中国社会经济发展的重要因素[1]。中国多数地区属于干旱、半干旱地区，因此水资源短缺问题尤为突出，节约水资源成为当今主要话题之一。长期以来农业用水占中国用水结构中的60%以上[2]，其中畜牧业用水占农业用水的29%左右[3]，主要包括畜牧场内用水和畜禽饲料作物灌溉用水，畜牧场内用水主要是畜禽饮水、冲圈、消毒、喷淋降温和水暖等，其中，畜禽饮水占有较大比例，约为27%左右[4]。
对于畜禽的营养、体温调节、泌尿系统健康等，水起到了至关重要的作用[5-6]。猪的饮水摄入量主要取决于猪的日龄、体质量、生产阶段、身体状况、采食量以及环境温度和饮水器等[7-9]。蓄禽的用水总量（包括饮水摄入和浪费水量）与饮水器的生产管理密切相关[10-12]，主要包括饮水器的类型、安装高度、安装角度、数量等[13-14]。2周龄以上的猪都必须一直接触到新鲜水。为保证猪能随时饮到清洁卫生的水，自动饮水器得到广泛的应用，但是自动饮水器普遍存在着浪费水的问题。为了有效地管理猪场用水总量，考虑饮水摄入量、采食量、饮水器的浪费水量和饮水器的生产管理之间的密切关系显得尤为重要。目前关于猪对水的需要量的研究并没有猪对于其他营养物质的需要量的研究深入[15-16]。有研究表明在保育期，每头猪每天的用水总量为2.3～3.2 L[17]（体质量为13.6 kg），但是，很多研究报道的用水总量包括了饮水器的浪费水量，这就无法确定猪只真实的饮水摄入量。
饮水器浪费的水一般都会和粪尿混合，增加了粪污产生量，使粪污处理难度增加[6,18]。同时，在舍内湿度较高的情况下，饮水器浪费的水难以蒸发，使猪只的生存环境更为恶劣，从而引发生长性能的下降，严重时甚至会引发恶性传染病或死亡[19]。同时，“十三五”规划中明确提出“建设节水型社会”，降低饮水器的浪费水量也将起到节水的作用。为了降低浪费水量，有研究表明有规律地调整饮水器的高度和水流速度可以适当降低浪费水量[20-21]，但是在猪的生长过程中不停地调整饮水器的高度和水流速度是不现实的。所以我们需要了解不同饮水器的用水总量和浪费水量，从而为猪只使用不同饮水器的饮水摄入的准确测量提供科学依据。
目前国内外猪用自动饮水器主要是鸭嘴式、乳头式和杯式3种[22]，少量猪场会使用Swing饮水器。为了探究不同饮水器的浪费水量的情况，该试验采用鸭嘴式饮水器、Swing饮水器和杯式饮水器，分别测定保育猪使用这3种饮水器时的用水总量和浪费水量，并进行比较分析，从而对猪场的节水生产和减少污水产生量方案的制定提供参考意见。
1 材料与方法
1.1 试验房舍的基本情况
猪舍基本情况：试验猪舍为保育舍，该猪舍南北朝向，有北侧走廊，南北侧墙体厚度均为370 mm，该单元尺寸为21 m×10 m（长×宽）。南窗有4个，尺寸为1.8 m× 1.5 m（宽×高），距离地面高度为0.8m；南墙有风机1个，尺寸为1.1 m×1.1 m（宽×高），距离地面高度为1.2 m。北窗有5个，尺寸为1.2 m×1.2 m（宽×高），距离地面高度为1.1 m。西侧无窗；东侧无窗，有1个门，尺寸为1.0 m×2.0 m（宽×高）。内部为两列三走道式，网床饲养，网床底部距离地面高度最高值为0.3 m，最低值为0.15 m。每列8个猪栏，共16个猪栏，每栏尺寸为1.8 m×2.1 m。每栏猪头数为10，共160头猪。舍内冬季供暖方式为水暖管供暖，水暖管盘在网床下方。该保育舍平面图如图1所示。
试验猪只采食情况自由采食，自由饮水，人工喂料，每天喂料时间为8:00和16:00，采食饲料为粉状保育猪预混料，成分见表1。光照为自然光照。
表1 试验日粮成分表
1.2 试验饮水器
本试验所用饮水器为鸭嘴式饮水器、Swing饮水器和杯式饮水器。其中，在实际生产中应用较多的是鸭嘴式饮水器[23]，其优点是密封、质量轻、节水和卫生，缺点是当压力大时，容易发生滋水现象；Swing饮水器是Swing单鸭嘴式饮水器，该饮水器是由1根软管、3个对丝、2个135°弯头、1个堵头和1个鸭嘴式饮水器组成，当猪只饮水时，如果没有用嘴咬住该鸭嘴式饮水器，将无法出水，因此可能会减少猪玩水和身体蹭到饮水器所导致的浪费水量。杯式饮水器的优点是密封、出水稳定和防止溅水，缺点是结构复杂、造价高。
在饮水器的安装过程中，其安装高度非常重要。关于其安装高度，家畜环境卫生学[23]的建议值如下：当鸭嘴式饮水器的安装方向与墙面呈90°角时，其安装高度为300～400 mm；安装方向与墙面呈45°角时，其安装高度应适当增加，杯式饮水器的安装高度为150～250 mm。规模猪场建设[24]建议保育猪的自动饮水器的安装高度为280 mm。综合以上建议值确定试验舍饮水器的安装高度。试验前期，在北侧猪栏每栏安装1个鸭嘴式饮水器，安装高度为280 mm（安装高度为距离网床高度），安装方向与墙面呈90°角；在南侧猪栏每栏安装1个Swing鸭嘴式饮水器，安装高度为该栏最弱猪的肩部高5 cm处，安装方向与墙角呈45°角，可以随着猪只的增长调整高度。在2016年1月23日，将北侧猪栏的鸭嘴式饮水器更换为杯式饮水器，安装高度为20 cm。南侧猪栏Swing饮水器不变。3种饮水器的试验照片如图2所示。
a. 鸭嘴式饮水器a. Bite drinkerb. Swing饮水器b. Swing drinkerc. 杯式饮水器c. Bowl drinker
1.3 试验动物和分组情况
试验动物为保育猪，共60头，分为北侧和南侧2组，每组30头，每组3个猪栏，每栏10头保育猪，试验猪栏位置见图1。试验前，对试验猪只进行挑选，保证试验猪只体质量、日龄、健康状况等基本一致，其体质量均为20 kg左右。试验前期（2016年1月3至1月23日）北侧猪栏饮水器为鸭嘴式饮水器，南侧猪栏饮水器为Swing饮水器，互为对照。试验后期（2016年1月23日至1月31日）北侧猪栏饮水器为杯式饮水器，南侧猪栏饮水器依旧是Swing饮水器，互为对照。试验猪舍水压为0.1 MPa。
1.4 试验仪器及仪器布点
Apresys179-TH温湿度自动记录仪（相对温度精度为±0.2 ℃，相对湿度精度为±1.8%）；二氧化碳自记仪（EZY-1S型，北京天建华仪科技发展有限公司，精度为±38.18 mg/m3）；便携式气体监测报警仪（GT901，深圳科尔诺电子科技有限公司，精度为±3%，用于监测氨气浓度）；水表（精度为±2%）；漏水量计量器（RN1型，上海瑞昕科技发展有限公司）；百叶箱（由木质材料制成，内部高537 mm、宽460 mm、深290 mm）。
漏水量计量器是采用雨量计的原理，传感器为RN1型翻斗式雨量传感器，其结构原理是水通过内径200 mm盛水器经滤网流入翻斗组合，流程依次为：流入上翻斗、汇集翻斗、计量翻斗、计数翻斗、经斜漏斗接嘴流出（直接流掉）。其主要用于气象站、铁路、农林业等有关部门以测量液体降水量以及降水强度，传感器用二芯屏蔽电缆线连接，输出机械触点信号（干簧管）。本试验根据试验舍的现有情况和雨量计的原理，将雨量计经过加工改造用于测量饮水器的浪费水量。设计了整体高度为56 cm，该RN1型计量翻斗每斗0.1 mm厚水量（即每斗水为3.14×10-3L），翻转计数翻斗，计数翻斗上有磁钢跟随翻转，当磁钢划过支架上干簧管，干簧管闭合一次，产生一个信号，由导线输出。每个漏水量计量器配备一台漏水量报警器，翻斗每翻斗一次，在该漏水量报警器上记录了0.1 mm厚的浪费水量，从而得到每分钟浪费水量的数据。委托上海瑞昕科技发展有限公司加工制作2个漏水量计量器，漏水量计量器外部和内部构造照片见图3。
a. 外壳a. Caseb. 内部构造b. Internal structurec. 主机c. Host
温湿度、氨气、二氧化碳监测位点及漏水量计量器放置位点如图1所示。
1.5 试验方法
1.5.1 舍外、舍内温湿度和二氧化碳及氨气的测定
舍外温、湿度的测定：在试验期间（2016年1月3日至1月31日），在百叶箱中悬挂放置3个温湿度自动记录仪，每天00:00－24:00连续监测舍外的温湿度，每30min记录1次。将百叶箱放置在空旷的舍外，测点高度采用中国气象站的测定高度（1.5 m）。舍外温度取3个温湿度自动记录仪的平均值。
舍内温湿度的测定：使用温湿度自动记录仪测定舍内温湿度，在试验期间，每天00:00－24:00连续监测保育舍的温湿度。舍内布置4个温湿度自动记录仪，测点位置如图1所示，放置高度为1.5 m，温湿度自动记录仪每30 min记录1次。舍内温度为各测点的平均值。
舍内二氧化碳的测定：在试验期间，每天00:00－24:00连续监测二氧化碳，在舍内放置1个二氧化碳监测仪，放置高度为1.5 m，每30 min记录1次。
舍内氨气的测定：在试验期间，每天上午08:00和下午14:00用手持氨气仪测定舍内氨气，测点位置与舍内温湿度测点位置相同。
1.5.2 用水总量和浪费水量的监测
用水总量和浪费水量的监测时间为2016年1月3日至1月31日。
用水总量的监测：在该单元南北两列猪栏水管起始处和3、4、5栏前后分别安装1个水表，北侧水表分别记为水表1、2、3，南侧水表分别记为1′、2′、3′，共6个水表，水表1和1′分别记录南北列猪栏的用水总量，水表2与3的差值和水表2′与3′的差值分别记录南北试验栏用水总量。每天08:00记录水表读数，当天水表读数和前1天水表读数之差为前1天用水总量。
浪费水量的监测：在南、北两列猪栏的试验栏下放置浪费水收集装置，制作6个15 cm高的铁凳子，铁凳子的长×宽为30 cm×45 cm，制作6个12 cm高的盆，盆的长×宽为30 cm×45 cm，将1个盆放置在1个铁凳子上组成1个浪费水收集装置，共6个浪费水收集装置，分别放置于6个试验猪栏饮水器的正下方，将同一侧的3个浪费水收集装置通过水管相连，水管整体坡度为5%，浪费水通过水管到达漏水量计量器，每分钟记录一次，记录数值为该分钟内总浪费水量。其中，浪费水收集装置是根据试验舍现有情况自行设计。接浪费水装置的照片见图4。
1.6 数据处理
利用Excel软件处理计算数据并作图，用SPSS对试验数据进行方差分析和显著性检验。
2 结果与分析
2.1 试验舍内环境状况
试验期间（2016年1月3日至1月31日），舍外温度在−17.8～12.2 ℃之间，保育舍内日平均温度在20～25 ℃之间。保育舍内氨气浓度在10.54～23.72 mg/m3之间，二氧化碳浓度在2 036.36～2 800 mg/m3之间。
2.2 用水总量、饮水摄入量和浪费水量
2.2.1 每头猪日用水总量、饮水摄入量和浪费水量
日饮水摄入量为日用水总量和日浪费水量之差，每日浪费水量为每日所有分钟浪费水量之和。每头猪日用水总量、饮水摄入量和浪费水量结果见表2。
由表2可知，试验期间，舍内温度无显著性差异；3种饮水器的用水总量无显著性差异（>0.05）；Swing饮水器和杯式饮水器保育猪饮水摄入量显著高于使用鸭嘴式饮水器（<0.05），使用Swing饮水器和杯式饮水器的饮水摄入无显著性差异（>0.05）；鸭嘴式饮水器浪费水量极显著高于Swing饮水器（<0.01），极显著高于杯式饮水器（<0.01），杯式饮水器和Swing饮水器的浪费水量无显著性差异（>0.05）；杯式饮水器和Swing饮水器浪费水量占用水总量的百分比极显著低于鸭嘴式饮水器（<0.01），杯式饮水器和Swing饮水器的浪费水量占用水总量的百分比差异不显著（>0.05）。综上，Swing饮水器和杯式饮水器可以显著增加保育猪的饮水摄入，降低饮水时的浪费水量，有利于减少污水的排放量。
表2 每头保育猪的鸭嘴式、Swing式和杯式饮水器的日用水总量、日饮水摄入量和日浪费水量
注：不同小写字母表示处理间数据差异显著（<0.05）；不同大写字母表示处理间数据差异极显著（<0.01），下同。
Note: Different lowercase and uppercase indicate significant and remarkable difference among treatments, at 0.05 and 0.01 level, respectively; the same as below.
2.2.2 三种饮水器浪费水量
将试验期间每分钟的浪费水量以小时为单位统计得到每小时饮水器浪费水量，结果见图5。将试验期间每天同一时刻浪费水量平均所得结果表示为图6。
由图5和图6可知，每天00:00－24:00，对于保育猪，3种饮水器浪费水量的趋势相同，并且均有两个峰值，时间分别在上午8:00－9:00和14:00－16:00，下午14:00－16:00期间浪费水量最高。
在试验期间，将每天0:00－24:00分为4个时间段，分别为P1(00:00-06:00)、P2(06:00-12:00)、P3(12:00-18:00)和P4(18:00-24:00)，鸭嘴式饮水器、Swing饮水器和杯式饮水器三种饮水器在P1、P2、P3和P4时段的浪费水量见表3。
由表3可知，在P2时段鸭嘴式饮水器的浪费水量显著大于Swing饮水器（<0.05），极显著大于杯式饮水器（<0.01）；在P3时段鸭嘴式饮水器的浪费水量显著大于Swing饮水器，和杯式饮水器差异不显著；在白天（P2和P3时段）Swing饮水器的浪费水量和杯式饮水器差异不显著。在晚上（P1和P4时段）鸭嘴式饮水器浪费水量极显著高于杯式饮水器（<0.01），Swing饮水器浪费水量极显著高于杯式饮水器（<0.01）；P1时段，鸭嘴式饮水器浪费水量显著高于Swing饮水器；P4时段，鸭嘴式饮水器浪费水量极显著高于Swing饮水器。综上，在保育猪饮水次数相对较少时（P1、P2和P4时段），杯式饮水器相对于鸭嘴式饮水器可以显著降低浪费水量；在一天中任何时刻，Swing饮水器相对于鸭嘴式饮水器都可以显著降低浪费水量。
表3 3种饮水器每头猪不同时段的浪费水量
3 讨 论
1）该试验结果表明试验每只猪每天总用水量约为7.5 L左右。MWPS（Midwest Plan Service Structures and Environment Handbook）表明保育猪（13～34 kg）的日饮水量为3.78L[17]；《养猪生产》表明活体质量为15～40 kg的猪每天至少需要饮水2L[25]。该试验中，就饮水摄入而言，3种饮水器的饮水摄入均较高，该结果可能和采食饲料的状态等有关[26]。Swing饮水器和杯式饮水器的饮水摄入显著高于鸭嘴式饮水器，其饮水摄入较高的原因可能是由于Swing饮水器的不同。Swing饮水器和鸭嘴式饮水器的区别在于：Swing饮水器可以摆动，饮水器安装角度为45°，高度可以进行调整。Li等研究表明饮水器安装高度比猪栏最弱猪肩部高5 cm时，饮水摄入要高于固定安装高度的饮水器[7]。
3种饮水器的浪费水量占总用水量的百分比分别为25.17%、17.58%和15.17%。有研究[27]表明使用鸭嘴式饮水器对于体质量为24kg的猪，其每头猪饮水摄入为5.4 L/d，浪费水量占用水总量百分比为38%。还有研究[28]表明使用乳头式饮水器对于体质量为20 kg的猪，每头饮水摄入为5 L/d，浪费水量>30%。Li等研究表明使用乳头式饮水器对于体质量70 kg的猪而言，其每头饮水摄入为5.38 L/d，浪费水量为27%[7]。Brumm等研究表明，猪体质量为17 kg时，碗式饮水器每天每头猪用水总量为4 L/d，Swing饮水器（双乳头式）用水总量为5.86 L/d[14]。本试验所得到的试验结果与以上其他研究相比，相同饮水器的浪费水量占用水总量百分比差异不大。
浪费水量的发生一方面是由于猪只饮水过程中的浪费，另一方面是猪只玩水或者身体蹭到饮水器的水嘴。Swing饮水器和杯式饮水器的浪费水量显著低于鸭嘴式饮水器的原因：前两者可以显著降低猪只玩水和身体蹭到饮水器水嘴的几率，因此这两种饮水器都可以起到一定的节水作用。
2）饮水器浪费水量平均日变化在一定程度上可以反映出猪的饮水次数。该试验中，猪在白天的浪费水量高于夜晚，且白天有2个峰值，第一个峰值是早上8:00－9:00，第二个峰值是下午14:00－16:00。出现该峰值的原因可能是由于该舍猪只饲喂的时间为08:00和16:00。猪在白天的饮水次数高于夜晚，且在早上08:00－09:00和下午14:00－16:00这两段时间内饮水次数出现高峰，该结果与以前的其他研究有类似的结果。有研究表明猪在白天的生活中有1～2个活动高峰，高峰时间与该试验浪费水量峰值基本吻合[29-30]。日常高峰饮水时间受其他因素的影响，例如环境温度、采食时间等[5,31]。
4 结 论
1）试验期间，鸭嘴式饮水器、Swing饮水器和杯式饮水器的用水总量无显著性差异（>0.05）。
2）Swing饮水器和杯式饮水器的饮水摄入显著高于鸭嘴式饮水器（<0.05），Swing饮水器和杯式饮水器的饮水摄入无显著性差异（>0.05）。
3）鸭嘴式饮水器浪费水量极显著高于杯式饮水器和Swing饮水器（<0.01），杯式饮水器和Swing饮水器的浪费水量无显著性差异（>0.05）。
4）鸭嘴式饮水器的浪费水量占用水总量百分比极显著高于杯式饮水器和Swing饮水器（<0.01），杯式饮水器和Swing饮水器差异不显著（>0.05）。
5）试验期间，每天00:00－24:00，鸭嘴式饮水器、Swing饮水器和杯式饮水器的浪费水量有相同的趋势，且都有两个峰值，峰值时间为08:00－9:00和14:00－16:00，且下午14:00－16:00期间浪费水量最高。
6）在保育猪饮水次数相对较少时（00:00－12:00和18:00－24:00），杯式饮水器相对于鸭嘴式饮水器可以显著降低浪费水量；在一天中任何时刻，Swing饮水器相对于鸭嘴式饮水器都可以显著降低浪费水量。
7）综上可知，在舍内温度为20～25 ℃时，猪只体质量为20 kg时，出于节水减排和增加猪只饮水摄入量考虑，Swing饮水器和杯式饮水器更为适合猪场使用。
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Comparison experiment of total water consumption and water leakage of different types of drinker for nursery pig
Wang Meizhi, Zhao Wanying, Wu Zhonghong, Liu Jijun, Chen Zhaohui, Lü Na
(,100193,;,100193,)
China is a country with the insufficiency of water resources, where agriculture is segregated from animal husbandry. Waste water that is produced from animal production is difficult to be used in planting production. So it is important to save water in animal husbandry and reduce waste water produced by animal production. In pig production, when the pigs drink water from some types of drinkers, it is obvious that some water that is sprayed from the drinkers will quickly fall into both the ground and the mouth of the pigs, and then the water falling into the ground will be mixed with waste and increase the volume of waste water. The aim of this study was to find water saving type of drinkers or water saving ways of drinking for pig production, thereby declining the water pollution in the field of animal husbandry. Sixty female nursery pigs were studied in 2 blocks, and each block had 3 pens and each pen had 10 animals. The single water drinker was situated at the midpoint of one end side, with a single-space dry feeder situated in an opposite corner. A water meter was installed in the water line to record total water consumption, and totally 6 water meters. Total water consumption data were recorded on a daily basis while water leakage data were recorded on an hourly basis. A tray (30 cm × 45 cm) was mounted directly below the drinker under the pen mash bed and funneled waste water to a water meter for water leakage, totally 6 trays. The data were recorded on a minutely basis. The bite drinkers were fixed permanently at 0.28 m above the mash bed, and the bowl drinkers were set at 0.20 m above the mash bed. Swing drinkers were set at 0.05 m above shoulder height of the smallest pig in the pen. In pre experiment (from January 3rdto January 23rd2016), bite drinkers and swing drinkers were studied. On January 23rd2016, the bite drinkers were replaced by bowl drinkers. In the later stage of experiment (from January 23rdto January 31st2016), the swing drinkers and bowl drinkers were studied. The result showed that during the whole experiment, the temperature of the house was 20-25 ℃, the humidity was 80%-100%, and the concentrations of ammonia and carbon dioxide were 10.54-23.72 mg/m3and 2 036.36-2 800 mg/m3, respectively. Each pig’s total water consumption of bowl drinkers, bite drinkers and swing drinkers was 7.46, 7.73 and 8.07 L/d (>0.05), respectively. The highest figure of each pig’s water intake was swing drinkers, representing 6.64 L/d, followed by 6.32 L/d of bowl drinkers and 5.79 L/d of bite drinkers (<0.05). The bite drinkers presented the highest average water waste for each pig during the entire experiment (1.93 L/d) and differed remarkably (<0.01) from swing drinkers (1.42 L/d) and bowl drinkers (1.13 L/d). And then, the bite drinkers presented the highest ratio of average water waste to total water consumption (25.10%) and differed remarkably (<0.01) from swing drinkers (17.58%) and bowl drinkers (15.17%), and there was no significant difference between bowl drinkers and swing drinkers. Therefore, the bowl drinkers and swing drinkers can have the effect of water saving compared to the bite drinkers.
water conservation; leakage; wastewater; nursery pig; drinker; water leakage; water intake
10.11975/j.issn.1002-6819.2017.04.033
S815.4; S188
A
1002-6819(2017)-04-0242-06
2016-05-27
2017-02-13
生猪产业技术体系北京市创新团队项目（BAIC02-2016）
王美芝，女，副教授，博士，主要从事畜牧工程与畜牧环境研究。北京 中国农业大学动物科技学院，100193。Email：meizhiwang@cau.edu.cn
王美芝，赵婉莹，吴中红，刘继军，陈昭晖，吕 娜. 不同饮水器保育猪用水总量及浪费水量对比试验[J]. 农业工程学报，2017，33(4)：242－247. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.04.033 http://www.tcsae.org
Wang Meizhi, Zhao Wanying, Wu Zhonghong, Liu Jijun, Chen Zhaohui, Lü Na. Comparison experiment of total water consumption and water leakage of different types of drinker for nursery pig[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(4): 242－247. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.04.033 http://www.tcsae.org
