高寒地区有窗式和开放式牦牛舍设计及应用效果

陈昭辉，陈泽鹏，张利斌，罗晓琳，刘继军※，官久强



高寒地区有窗式和开放式牦牛舍设计及应用效果

陈昭辉1,2，陈泽鹏1,2，张利斌3，罗晓琳4，刘继军1,2※，官久强4

（1. 中国农业大学动物科技学院，北京 100193；2. 动物营养学国家重点实验室，北京 100193； 3. 北京京鹏环宇畜牧科技股份有限公司，北京 100094；4. 四川省草原科学研究所，成都 611731）

牦牛冬季舍饲是提高增质量速度、加快出栏的重要措施，故该研究内容是在四川省红原县设计有窗式和开放式牦牛舍、建设后投入生产，比较2种牛舍的使用效果。有窗牦牛舍长度63 m、跨度9 m、檐高3.2 m。牛舍南偏东15°，南侧设置屋顶采光带与通长窗，北侧间隔设置窗户，屋檐下通长设置通气缝。开放牦牛舍样式与有窗舍基本相同，南侧无墙，牦牛可通往运动场。牛舍建成后按试验要求饲养牦牛，对2类牦牛舍环境和生产指标进行测定，结果表明：2种舍温度分别为4.17和0.02 ℃，湿度分别为43.25%和30.94%，CO2分别为1 313和669 mg/m3，以上指标差异显著（<0.05）；NH3分别为0.55和0.59 mg/m3（>0.05），风速分别为0.30和0.06 m/s（>0.05）。2种舍牦牛日增质量分别为0.30和 −0.06 kg/（d·头）（<0.01）；采食量分别为4.04和3.96 kg/（头·d）（>0.05）。有窗舍比开放舍每头牦牛平均多收益 216.35元/月（<0.01）。可见，有窗舍比开放舍牛舍环境温度高、牦牛增质量速度快，更具有经济可行性。

设计；环境控制；生长；牦牛舍；高寒地区

0 引 言

牦牛是中国青藏高原特有畜种，世界上超过90%的牦牛位于该地区，中国牦牛的存栏量约占牛总存栏量的20%[1]。近些年来，青藏高原地区牦牛产业发展迅速，牦牛养殖在藏区牧民的生产生活中发挥着至关重要的作用。在中国高寒地区，冬季严寒，饲草匮乏，导致牦牛增质量减慢或失质量，甚至死亡[2-3]。20世纪90年代，相关学者提出在寒冷地区的冬季使用塑料暖棚舍饲养牦牛，并逐步推广应用。目前藏区牧民暖棚舍饲牦牛以小群饲养模式为主，采用人工喂料、食槽与水槽分开、人工清粪的饲养工艺。李英年等[4-5]研究表明暖棚可以起到较好的保温作用，特别是在日夜温差大的高寒地区，增温保暖效果更加明显。曹立强等[6-7]研究表明，暖棚舍饲能够显著提高牦牛的日增质量，避免掉膘的发生，可以大幅度提高牦牛的安全越冬度春几率，能够为牦牛生长发育、繁殖等生理活动提供适宜的环境条件。但是，在生产中发现暖棚牛舍冬季容易出现舍内湿度过大、有害气体浓度高等问题；且管理不规范，透明屋顶上积灰较多，影响透光性能[8]；另外，暖棚牛舍较低矮，不能实现机械化饲喂与清粪等作业，劳动生产率低，不适于规模化牦牛场。另外，开放式牦牛舍在青海与西藏地区应用较多，但尚未进行试验，需要进一步研究。国外部分寒冷地区肉牛舍采用单坡开放式牛舍，朝向一般为南向，牛舍南侧通往运动场，但保温效果比有窗舍差[9-10]。

本试验主要从牦牛舍设计和应用效果评价2个方面进行研究。首先在普通肉牛饲养工艺的基础上，结合高寒牧区实际情况，设计并建造适合该地区使用的有窗牦牛舍和开放牦牛舍，为牦牛提供适宜的饲养环境；同时对牦牛舍应用效果进行评价，通过对新型牦牛舍相关环境参数和牦牛生长性能进行测定，并与传统饲养方式比较，为牦牛的规模化养殖和牦牛舍环境设计规范提供科学依据。

1 牦牛舍设计

1.1 有窗牦牛舍的设计方案

1.1.1 有窗牦牛舍总体方案

根据以上设计方案，有窗牦牛舍设计为门式钢架结构，朝向为南偏东15°，牛舍长度63 m、跨度为9 m、檐高为3.2 m，开间6 m，牛舍屋顶采用双坡式、彩钢夹芯板屋顶，其厚度为120 mm，屋顶坡度为1:4，屋顶南坡上设计采光带。牛舍西侧设置宽度为3 m的饲料间。北侧墙间隔布置1.5 m × 1.5 m塑钢推拉窗，窗台1.4 m。南侧窗户通长布置2.0 m × 1.5 m的塑钢推拉窗，窗台1.4 m。南侧屋檐下设通气缝，宽度为0.16 m。舍内单列布置，饲喂走道设在北侧，门为2.0 m × 2.9 m的推拉门，走道宽度为2.2 m，料槽宽度为0.6 m，在南墙设4个通往运动场的门（2.4 m × 2.9 m）。

牦牛为散栏饲养模式，采用机械饲喂、机械与人工清粪结合、饮水槽恒温饮水。与现行类似牛舍相比，该牦牛舍增设采光带、通气缝、清粪旋转栏和饮水槽等设施，使得舍内阳光辐射更充分，通风组织更合理，湿气和有毒有害气体排放，栏位设置利于机械化清粪，并且可以满足牦牛冬季饮温水的需求。

有窗牦牛舍平面图与剖面图及通气缝详图见图1。

注：A、B代表定位轴号。i为坡度。

1.1.2 有窗牦牛舍防寒设计

1）确定保温指标

墙体和屋顶的保温性能指标为冬季底限热阻[11]，公式如下：

式中0×min、¢0×min分别为墙体和屋顶冬季低限热阻， (m2×℃)/W；t为冬季舍内计算温度，℃，根据牦牛的生产需求，取8 ℃；t为冬季舍外计算温度，℃，红原地区冬季通风情况下，室外温度取-15.1 ℃；为温度修正系数，取1.0；为考虑材料变形及热惰性的系数，页岩砖墙体取1.0；R为墙体和屋顶内表面交换热阻，（m2×℃）/W，查表得R= 0.115 (m2×℃)/W；[]为舍内气温与墙体内表面温度的允许温差，[]＝t-t1

将这些参数带入式（1）和式（2），得出墙体和屋面的冬季低限热阻分别为0.64和0.84 (m2×℃)/W。

2）确定墙体厚度[12]

墙体主体材料为烧结KP1砖，外墙及内墙用水泥砂浆抹面，厚度1=3=0.02 m，如图1。其中，烧结KP1砖的导热系数为=0.58 W/(m×℃)，水泥砂浆的导热系数=0.93 W/(m×℃)。

注：δ1、δ2、δ3分别为组成墙体的材料（水泥、KP1砖、水泥）厚度。

根据多层匀质材料的总热阻公式：

式中R、、R分别为墙体内表面、中间及外表面的变换热阻，(m2×℃)/W；a为墙体内表面换热系数，冬季取8.7 W/(m2×℃)；a为墙体外表面换热系数，冬季取23.3 W/(m2×℃)；1、2、3分别为组成墙体的材料厚度，1=3=0.02 m；1、2、3分别为墙体材料的导热系数，1=3=0.93 W/(m×℃)，2=0.58 W/(m×℃)。

当0=0×min=0.64 (m2×℃)/W 时，利用公式（3）可计算出1≈0.26 m。由此可知，墙体厚度最少为0.26 m，根据建筑模数要求，采用0.37 m厚度的砖墙。

3）确定屋面厚度

本设计采用聚苯乙烯彩钢夹芯板屋面，外层和内层钢板的厚度分别为1=0.50 mm，3=0.60 mm，导热系数1=3=46.5 W/(m·K)，导热系数2＝0.035 W/(m·K)。根据计算结果及建筑材料常见型号，屋面材料采用120 mm厚聚苯乙烯彩钢夹芯板。

1.1.3 有窗牦牛舍自然光照设计

1）确定畜舍朝向

首先，根据场址的地形、地势、局部气候特征及建筑用地等因素确定畜舍朝向[13]。邢启明通过对南北朝向联栋式犊牛舍环境指标进行测量，发现：白天南侧外围护结构的塑料膜和阳光板接受太阳辐射效果好于北侧，南侧气温较舍外高出5 ℃以上，而北侧气温仅比舍外高出2～3 ℃，造成北侧肉牛增质量效果不佳，影响经济效益[14]。因此，结合红原地区工民建建筑物朝向与冬季主导风向西北风，有窗牦牛舍坐北朝南，同时偏东15°，便于早上更早的接受阳光照射。饲喂走道位于北侧，饲养区域位于南侧，可以减少冷风渗透[15-16]。

2）确定窗户的上椽和下椽[12]

根据太阳高度角确定牛舍窗户的上椽和下椽位置。本设计要求冬至日上午10:00时阳光直射到牛栏上。

计算如下：

式中为当地任意时间的太阳高度角，（°）；为当地地理纬度，（°）；为赤纬（太阳光线垂直照射地点与地球赤道所夹的圆心角），（°）；为太阳时角，上午为负，下午为正，（°）；A为太阳方位角，（°）。

式中为计算日在一年中的日序数，从1月1日开始计算。为24 h计算的当地时间。

红原县地处32.8°N，102.55°E。根据式（4）～式（7）计算出冬至日上午10:00，太阳高度角=26.89°，太阳方位角=−30.11°。根据牛舍的朝向与太阳方位角的关系，墙面法线与太阳方位的夹角为，=29.56°。如果牛舍朝向南，则南窗上椽和下椽至地面的高度与南窗光线投照到舍内地面的水平距离之间，存在以下关系：

注：H1、H2分别为窗户上椽和下椽到室内地面的高度，m；S1为南窗上椽光线透射到舍内的a到南墙外皮的水平距离，m；S2为南窗下椽光线透射到舍内的b到南墙里皮的水平距离，m。

式中h为太阳高度角，（°）；为南墙面法线与太阳方位的夹角，（°）。

为防止牛损坏玻璃窗，一般要求牛舍窗台高度不低于1.5 m，考虑到牦牛相对于奶牛和肉牛来说体型较小，本设计拟采用窗台高1.4 m，即2=1.4 m。根据公式（8）、（9），计算得出2=1.94 m。根据建筑模数要求并结合牛舍高度，将牛舍窗户高度设计为1.5 m。

根据上述计算及牦牛特点，确定有窗牦牛舍南侧为通长窗户，窗台高度为1.4 m、窗户宽度为2.0 m。由于牛舍所在地冬季主导风向为西北风，北侧窗户处于迎风侧，因此减少北侧窗户面积，21扇窗户宽度改为1.5 m，间隔布置。

3）屋顶采光带的设计

根据牛舍所在地气候划分标准，红原冬季的范围为每年的10月26日至4月5日，共162 d。根据式（4）～式（7）得出，10月26日：=299，=-13.45°，=32.81°，=−35.35°；4月5日：=95，=5.60°，=51.02，=−52.28°。图4为整个冬季牛舍内的光照范围，从图3看，整个冬季牦牛活动范围都能很好的接受直射光，牛舍采光效果较好。

1.1.4 有窗牦牛舍通风设计

牛舍内的通风换气量可根据冬季的通风换气参数进行计算，并以最大值确定最小通风量[9]。

1）根据通风参数计算

自然通风以无风设计、只以热压为动力计算。参照肉牛舍设计标准，肉牛舍冬季的通风换气量是0.17 m3/(h·kg)，饲养80头平均体质量为240 kg的牦牛。通过公式（10）计算出最小通风量=3 264 m3/h

(m3/h)=换气量标准×家畜体质量×数量 （10）

图4 畜舍冬季采光范围

2）通风设计

由于红原地区冬季温度较低，为了达到较好的保温效果，本设计牛舍要求门窗关闭，舍内通风主要由屋檐下面的通气缝进行。

计算如下：

进=出=3 600（11）

式中进、出为进出口风量，m3/h；为风速，m/s；为排气口面积，m2；为进排气口中心之间垂直距离，m；为排气口流量系数，取0.5。

红原冬季舍外通风计算温度t=-15.1 ℃，t=8 ℃，由式（10）～式（12）计算得到冬季最小通风量为=3 264 m3/h，风速=0.187 m/s，=4.85 m2。结合建筑要求及牛舍情况，设计屋檐下通气缝宽度为0.16 m，长度60 m，总面积9.6 m2。

1.2 开放牦牛舍的设计方案

根据牦牛饲养密度，开放牦牛舍设计为门式钢架结构，朝向为南偏东15°，牛舍长度63 m、跨度为7.5 m、檐高为3.2 m，开间6 m，牛舍屋顶采用双坡式、彩钢夹芯板屋顶，其厚度为120 mm，屋顶坡度为1:4。牛舍西侧设置宽度为3 m的饲料间。北侧墙间隔布置1.5 m × 1.5 m塑钢推拉窗，窗台1.4 m。舍内单列布置，饲喂走道设在北侧，门为2.0 m × 2.9 m的推拉门，走道宽度为2.4 m，料槽宽度为0.6 m，南侧开放，直通运动场。

牦牛为散栏饲养模式，采用机械饲喂、人工清粪、自由饮水。

开放牦牛舍平面图与剖面图见图5。

图5 开放舍平面图与剖面图

2 牛舍应用效果试验

2.1 材料与方法

2栋牛舍建成并投入运行后，对舍内环境指标、肉牛生理指标进行检测，以此评价应用效果。

2.1.1 试验材料

该试验于2016年12月22日至2017年1月23日进行，分别选取20头年龄、体况相近的麦洼牦牛并饲养。饲养管理方式为每天上午08:00和下午16:00饲喂，早上8:30人工清粪，饲喂结束后饮水。试验期间有窗舍和开放舍饲喂使用的饲料成分和饲喂量一致，精粗质量比为1:4，饲料经测定，饲料各营养成分含量见表1。

表1 饲料成分

2.1.2 试验方法

环境指标的测定：测定内容包括温度、相对湿度、风速、二氧化碳浓度和氨气浓度以及太阳辐射强度。其中，温湿度自动记录仪进行全天自动记录，每5 min记录1次数据；距离地面0.7 m（牛只卧下时的背部高度）和1.2 m（牛只站立时的背部高度）处手持测定温湿度、风速、氨气浓度、二氧化碳浓度和太阳辐射强度，每日测3次，测定时间为每日08:00、14:00和20:00。各仪器平面测点布置如图6，试验仪器如表2。其中，日平均温度为温湿度自动记录仪31d实测温度的平均值，平均温度、湿度、风速、二氧化碳浓度和氨气浓度以及太阳辐射强度值为各时刻舍内整体测量数据的平均值。0.7和1.4 m高度处数据差异不显著（>0.05），因此将2个高度的数据取平均进行分析，且通过对各点同一时刻的温湿度自动记录仪数据进行分析，发现1 h内数据差异不显著，因此忽略测试时间对实测值的影响。

采食量的测定：在试验中期连续3 d进行采食量测定。每日每头牦牛饲喂饲料质量相同，并保证饲喂量充足。每日人工饲喂2次，饲喂前记录每头饲喂质量，次日称量并记录剩余饲料量，最后计算出每头牦牛的日平均采食量。

图6 有窗舍和开放舍环境指标平面测点

表2 环境指标测定仪器一览表

体增质量的测定：在正式试验开始（2016年12月23日）和结束（2017年1月22日）时，使用电子秤对清晨喂料前空腹状态的有窗舍20头样本牛及开放舍20头样本牛的体质量进行称质量，计算全期增质量。

2.2 结果与分析

2.2.1 温热环境指标分析

1）温度与湿度

有窗舍、开放舍和舍外各个时刻的温湿度水平如表3。牦牛的适宜环境温度为10 ℃左右，而一般牛舍内相对湿度不宜超过80%[17]。试验期间舍外环境温度较低，舍外的日平均温度为-5.32 ℃，最低温度为-19.12 ℃，有窗舍日平均温度为4.17 ℃，开放舍日平均温度为-1.02 ℃。全天温度变化情况具有一致性，呈现有窗舍>开放舍>舍外的规律。其中，早上08:00有窗舍和开放舍的温差达到最大，为8.23 ℃；全天开放舍和舍外温度差异不显著（> 0.05），有窗舍温度显著高于开放舍（<0.05）。舍内外相对湿度均比较小，舍外的日平均相对湿度为32.05%，有窗舍日平均相对湿度为43.25%，开放舍日平均相对湿度为30.94%。全天相对湿度变化情况具有一致性，呈现有窗舍>开放舍的规律。其中，早上08:00有窗舍和开放舍的相对湿度均比较高，分别为53.77%±7.22%和43.77%± 6.44%；晚上20:00有窗舍和开放舍的湿度差值达到最大，为15.40%；全天开放舍舍内和舍外相对差异不显著（> 0.05），有窗舍舍内相对湿度显著高于开放舍（<0.05）；但有窗舍和开放舍内相对湿度均远低于牛舍内相对湿度的上限标准。

表3 舍内外各时刻平均温度和相对湿度

注：不同小写字母表示数据有显著差异（<0.05)，不同大写字母表示数据有极显著差异（<0.01)，下同。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference (<0.05). Different uppercase letters indicate very significant difference (<0.01), the same as below.

2）风速

试验期间舍外风速较高，舍外的日平均风速为 0.86 m/s，有窗舍日平均风速为0.06 m/s，开放舍日平均风速为0.30 m/s（表4）。比较全天3个时间点有窗舍内、开放舍内以及舍外的风速变化情况，呈现有窗舍<开放舍<舍外的规律。其中，早上08:00和晚上20:00有窗舍和开放舍的风速差异不显著（>0.05）；中午有窗牦牛舍和开放舍内风速分别为（0.06±0.03）和（0.46±0.13） m/s，差异最大(< 0.05)。从风速变化差异来看，有窗舍内风速基本维持在0.06 m/s，说明有窗牦牛舍内部气流波动比较小，气流分布均匀。

表4 舍内外各时刻平均风速

3）太阳辐射强度

有窗舍内南北两侧08:00和14:00的平均太阳辐射强度如图7。其中，早上08:00有窗牦牛舍南北两侧的太阳辐射强度分别为（14.18±7.70）和（12.34±6.41） W/m2，差异显著（<0.05）；中午14:00南北两侧的平均太阳辐射强度分别为（49.77±25.30）和（41.20±19.36） W/m2，差异极显著（<0.01）。该试验结果显示，由于屋顶采光带的设计，有窗牦牛舍内部南北两侧太阳辐射具有显著差异。

2.2.2 有害气体浓度

有窗舍内、开放舍内和舍外各个时刻的平均CO­2和NH3浓度如表5。试验期间有窗舍内、开放舍内以及舍外环境有害气体浓度均没有超标，即CO2质量浓度不超过 1 500 mg/m3，NH3质量浓度不超过20 mg/m3。其中有窗舍内和开放舍内NH3质量浓度差异不显著（>0.05）。有窗舍内在夜间和清晨时CO2浓度稍高，中午时段偏低， CO2和NH3质量浓度分别为1 313和0.55 mg/m3；开放舍的CO2和NH3平均质量浓度分别为669和0.59 mg/m3。

图7 舍内外24 h太阳辐射强度

表5 舍内外各时刻平均二氧化碳和氨气相对浓度

2.2.3 生产性能指标

有窗牦牛舍和开放牦牛舍内牦牛采食量和增质量情况如表6。有窗舍和开放舍采食量分别为4.04和3.96 kg/(头·d)，差异不显著（>0.05）。有窗牛舍的全期增质量为（8.86±1.79） kg/头，开放舍的全期增质量为（-1.72± 2.88） kg/头，有窗牛舍的增质量极显著高于开放舍的增质量（<0.01），相差10.58 kg/头，即有窗牛舍的牛平均每日增加的体质量极显著高于开放舍（<0.01），相差0.35 kg/ (头·d)。可见，采用有窗舍饲养牦牛可以有效提高牦牛的日增质量，缩短育肥周期，实现提高牧民的经济效益的目的。

表6 全期平均采食量和增质量情况

2.2.4 经济效益

冷季舍饲费用=人工费+补饲饲料费+建筑折旧费。2016年红原牦牛试验站饲养人员雇佣费1 800 元/（人·月），管理100头左右牦牛，冷季牦牛每天每头平均补饲人工费0.6元，冷季210 d人工费126元。根据采食量计算，冷季每头牦牛每天补饲饲料费用分别为有窗舍9.15元、开放舍9.04元（饲料价格按2016年市场价格统计），冷季7个月每头牦牛补饲费分别为有窗舍1 921.5元和开放舍1 898.4元。有窗舍造价为800元/m2，开放舍造价为500元/m2，按照使用年限20 a折旧，满负荷生产时，每头牦牛1 a建筑折旧费用分别为有窗舍283.50元和147.67元。

对不同饲养模式进行经济效益分析，结果如表7。表中放牧模式数据来源于官久强等先前完成的牦牛适时出栏研究结果[18]，利润差分别为有窗舍舍饲模式、开放舍舍饲模式利润减去放牧模式所得。通过比较发现有窗舍舍饲模式获得的利润最高，相对于传统放牧模式而言，整个冷季每头牦牛每月可以产生190.60元的生产效益。

表7 冷季经济效益对比分析表

3 讨 论

3.1 牦牛舍环境分析

根据牦牛舍环境试验结果发现，夜间舍外环境温度较低，舍外环境温度对畜舍内部温度的影响起主导作用。由于有窗舍采用了防寒保温设计，围护结构的隔热性能较好，因此基本维持在0 ℃以上，但开放舍内环境温度和舍外温度环境相近，受舍外环境影响的程度比有窗舍大，有窗舍和开放舍的温度差基本维持在9 ℃左右。欧阳金龙等对红原县暖棚牦牛舍内温度进行测定发现，暖棚具有一定的增温作用，棚内温度高于棚外5 ℃左右，但夜间棚内温度基本在0 ℃以下[19]。其结果与本试验基本一致，但是有窗舍的保温效果要优于暖棚。梁育林等对甘肃天祝地区暖棚牦牛舍研究发现，棚内最高温度为9.9 ℃，最低温度为5.8 ℃，温度范围在5.8～9.9 ℃之间[20]，舍内小气候稳定，与本试验结果一致。有窗舍采用的通风设计基本满足冬季牦牛的需求，舍内湿度维持在较低的水平，平均为43.25%。谢荣清等对红原县暖棚牦牛舍内相对湿度研究发现，棚舍内日平均湿度为73%[21]，远高于本试验中牦牛舍相对湿度，说明试验牛舍通风效果良好。

试验期间，有窗舍和开放舍内部有害气体浓度均符合畜舍环境质量标准。由于有窗牦牛舍围护结构的密闭性较好，因此舍内风速较小，基本符合NY/T388-1999规定的风速标准，即不超过0.3 m/s[17]。郭宏等对中国北方地区暖棚牛舍研究发现，舍内空气流速基本维持在0.05～0.06 m/s，舍内CO2平均质量浓度为2401 mg/m3，NH3平均质量浓度为4.05 mg/m3[16]；栾冬梅等对中国寒区犊牛舍研究发现，舍内CO2质量浓度平均为2 441 mg/m3[22]，均远大于本试验舍内CO2和NH3气体含量。

由于屋顶采光带的设计，有窗牦牛舍内部南北两侧太阳辐射具有显著差异。刁小南等发现，采光带的设计可以有效改善牛舍内部太阳辐射强度，有助于提高生产性能，减少能量消耗[23]，与本试验结果基本一致。

3.2 牦牛生长性能分析

低温环境下，动物用来维持体温的能量消耗变大，需要增加饲料采食量来增加产热[24]。低温环境会使牛采食量增加，饲料摄入量的增加在一定程度上可缓解其生产水平的下降，但同时会导致饲料的利用率降低，料肉比增大[25]。有研究表明，补饲可以减少冷季牦牛体质量的损失，提高牦牛生长性能和繁殖性能[26]。根据采食量测定结果，有窗舍牦牛和开放舍牦牛采食量差异不显著，但是增质量效果差异显著这是由于有窗舍可为牦牛抵御严寒，减少能量损耗，沉积的营养可以最大限度地用以增加体质量；而开放舍温度较低，摄入的营养物质不足维持需要，导致体质量持续下降。但二者饲养效果均好于传统放牧模式。有窗牦牛舍饲料转化效率比开放牦牛舍高，与Young等结果部分一致[27]。

另外，结合红原牦牛试验站官久强等先前完成的牦牛适时出栏研究结果，在传统放牧模式下冷季每头牦牛消耗干草1 715.29 kg，牧草市价为0.6元/kg，放牧模式下每头牦牛冷季消耗饲草费用为1 029.17元[18]。麦洼牦牛的相对生长和绝对生长主要集中在3岁前，3岁后生长速度减慢[28]，根据官久强[18]、谢荣清[29]、赵晓东[30]等的研究结果，牦牛暖棚舍饲的饲养模式条件下3.5岁活体质量为273 kg，比传统放牧方式增加近50 kg左右。在传统放牧中，牦牛一般5～6岁、体质量271 kg时出栏，采用暖棚舍饲可以提前两年出栏，平均每头增收1 000元以上，能够大幅度提高牦牛养殖牧民的经济收入，与本试验结果基本一致。

4 结 论

1）有窗牦牛舍设计合理，外围护结构的保温隔热性能较好，舍内通风量达6 463 m3/h，中午南侧辐射强度为（49.77±25.30） W/m2，符合冬季牦牛舍通风、采光、防寒以及饲养管理要求。另外，舍内平均温度4.17 ℃，平均相对湿度43.25%，CO2和NH3质量浓度分别为1 313和0.55 mg/m3，风速0.30 m/s，保证了良好的牛舍环境，进而提升牦牛舒适度。

2）应用效果表明，有窗牛舍能够显著提高舍内温度，提供适宜的风速与环境质量，屋顶采光带的设计可以有效提高舍内太阳辐射，且牦牛增质量效果显著好于开放舍与传统放牧形式，整个冷季每头牦牛每月可以多产生190.60元的生产效益。

从试验中发现，尽管开放舍起防风、防雪的作用，并且可以缓解冬季牦牛掉膘，但是相对于放牧模式，利润差呈现负值。

[1] 郭宪，阎萍，梁春年，等. 中国牦牛业发展现状及对策分析[J]. 中国牛业科学，2009(2)：55－57. Guo Xian, Yan Ping, Liang Chunnian, et al. Developmental situations and countermeasures of yak industry in China[J]. China Cattle Science, 2009(2): 55－57. (in Chinese with English abstract)

[2] Miller J D, Craig S R，Rana G M. et al. Conservation and management of yak genetic diversity[J]. Interantional Centre for Integrated Mountain Development, 1997, 80(7): 101–113.

[3] 祝艳华，曹姣，张忠. 甘肃高寒牧区牦牛生产现状调查及今后发展思路[J]. 中国牛业科学，2014，40(6)：58－59. Zhu Yanhua, Cao Jiao, Zhang Zhong, et al. Research of yak production present situation and future development ideas in alpine region of Gansu[J]. China Cattle Science, 2014, 40(6): 58－59. (in Chinese with English abstract)

[4] 李英年，皮南林. 青海牧区暖棚热效应分析与讨论[J]. 家畜生态，1993(4)：7－10. Li Yingnian, Pi Nanlin. Analysis and diseussion on werm shed heating effectin Qinghai Pastoral Area[J]. Ecology of Domestic Animal, 1993(4): 7－10. (in Chinese with English abstract)

[5] 丁晓涛. 开展暖棚养畜技术研究示范 促进草地畜牧业持续稳定发展[J]. 四川草原，1998(4)：31－33.

[6] 曹立强. 高寒阴湿地区半开放型暖棚牛舍冬季内环境监测评价[J]. 中国牛业科学，2007(3)：11－14. Cao Liqiang. Monitoring and evaluation of internal environment of semiopen greenhouse for cattle in winter on high-cold land and damp area[J]. China Cattle Science, 2007(3): 11－14. (in Chinese with English abstract)

[7] 董全民，赵兴全，徐世晓，等. 高寒牧区牦牛育肥试验研究[J]. 中国草食动物，2004(5)：8－11. Dong Quanmin, Zhao Xingquan, Xu Shixiao, et al. Study on yak fattening trial in alpine pasture area[J]. China Herbivores, 2004(5): 8－11. (in Chinese with English abstract)

[8] 勒格措，求准，王科，等. 高寒牧区牲畜暖棚的建设与利用[J]. 当代畜牧，2013(02)：13－14

[9] Huuskonen A, Tuomisto L, Joki-Tokola E, et al. Animal performance and carcass characteristics of growing Hereford bulls under insulated, uninsulated and outdoor housing conditions in Northern Finland[J]. Agricultural And Food Science, 2009, 18(1): 16－26

[10] Euken R, Doran B E, Clark C A, et al. Beef Feedlot Systems Manual[M]. Extension and Outreach Publications, 2015.

[11] 李震钟，吴庆鹉，王新谋，等. 家畜环境卫生学附牧场设计[M]. 北京：中国农业出版社，2005.

[12] 刘继军. 家畜环境卫生学[M]. 北京：中国农业出版社，2016.

[13] 叶宇丰. 基于生态理念的住宅节能设计研究[D]. 上海：同济大学，2006.

Ye Yufeng. Research on the Energy Saving Design of Residence based on Ecological Idea[D]. Shanghai: Tongji University, 2006.

[14] 邢启明，李义海，刘继军，等. 天津市冬季犊牛舍环境生态因子测定与评价[J]. 家畜生态学报，2012(06)：85－89. Xing Qiming, Li Yihai, Liu Jijun, et al. Determination and evaluation of environment and ecological factors in calf house in winter in Tianjin City[J]. Acta Ecologiae Animalis Domastici, 2012(06): 85－89. (in Chinese with English abstract)

[15] 王思珍，曹颖霞，牛新野. 日光暖棚畜舍的设计及其环境评价[J]. 农业工程学报，2002，18(3)：80－83. Wang Sizhen, Cao Yingxia, Nui Xinye, et al. Design and environment evaluation sunlight warm plastic livestock shed[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2002, 18(3): 80－83. (in Chinese with English abstract)

[16] 郭宏，韩敬宇. 北方地区暖棚牛舍的设计、温热环境控制及评价[J]. 中国奶牛，2003(6)：50－52. Guo Hong, Han Jingyu. Design of cattle’s plastic warm shed in north, thermal environment control and evaluation[J]. China Dairy Cattle, 2003(6): 50－52. (in Chinese with English abstract)

[17] 中华人民共和国农业部. 中华人民共和国农业行业标准畜禽场环境质量标准NY/T388-1999[J]. 养猪，2005(1)：42－43.

[18] 官久强，谢荣清，安添午，等. 牦牛适时出栏带来的经济效益分析[J]. 黑龙江畜牧兽医，2014(2)：158－162. Guan Jiuqiang, Xie Rongqing, An Tianwu, et al. Analysis of the economic benefits brought by yak timely slaughter[J]. Heilongjiang Animal Science and Veterinary Medicine, 2014(2): 158－162. (in Chinese with English abstract)

[19] 欧阳金龙，刘刚，王春苑. 牦牛暖棚的调研与建议[J]. 制冷与空调(四川)，2017(1)：23－27. Ouyang Jinlong, Liu Gang, Wang Chunyuan, et al. Investigation of Warm Sheds for Yaks and Suggestions[J]. Refrigeration and Air Conditioning(Si Chuan), 2017(1): 23－27. (in Chinese with English abstract)

[20] 梁育林. 牦牛冷季全舍饲育肥试验[J]. 中国草食动物，2008，28(4)：70－71.

[21] 谢荣清，郑群英，罗光荣. 麦洼牦牛暖季补饲育肥效果研究[J]. 草食家畜，2004(4)：56－58. Xie Rongqing, Zheng Qunying, Luo Guangrong. Finishing effect of maiwa yak by supply feed in warm season[J]. Grass Feeding Livestock, 2004(4): 56－58. (in Chinese with English abstract)

[22] 栾冬梅，齐贺，赵靖. 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. Luan Dongmei, Qi He, Zhao Jing. Design and application effect of greenhouse calf barn in cold region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(14): 195－202. (in Chinese with English abstract)

[23] 刁小南，王美芝，陈昭辉，等. 冬季恒温饮水装置和屋顶采光对提高肉牛生长速率的影响[J]. 农业工程学报，2012，28(24)：164－172. Diao Xiaonan, Wang Meizhi, Chen Zhaohui, et al. Effects of thermostatic apparatus for drinking water and roof-lighting system on improvement of growth rate of beef cattle in winter.[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(24): 164－172. (in Chinese with English abstract)

[24] Tuomisto L, Huuskonen A, Ahola L, et al. Different housing systems for growing dairy bulls in Northern Finland: Effects on performance, behaviour and immune status[J]. Acta Agriculturae Scandinavica, Section A - Animal Science, 2009, 59(1): 35－47

[25] Young B A. Cold stress as it affects animal production[J]. Journal of Animal Science, 1981, 52(1): 154－163

[26] 李亚茹，郝力壮，刘书杰，等. 冷季不同能量水平对生长期舍饲牦牛生长性能及血液生化指标的影响[J]. 黑龙江畜牧兽医，2015(21)：222－225. Li Yaru, Hao Lizhuang, Liu Shujie, et al. Effects of the diets with different energy levels on growth performance and blood biochemical parameters of barn-feeding yaks in growing period in the cold season[J]. Heilongjiang Animal Science and Veterinary Medicine, 2015(21): 222－225. (in Chinese with English abstract)

[27] Young B A. Ruminant cold stress-effect on production[J]. Journal of Animal Science, 1983, 57(6): 1601－1607

[28] 周明亮，吴伟生，谢荣清，等. 麦洼牦牛体重性状变化规律的研究[J]. 黑龙江畜牧兽医，2012(3)：135－137

[29] 谢荣清，杨平贵，郑群英，等. 牦牛适时出栏技术研究报告[J]. 四川草原，2006(4)：22－29. Xie Rongqing, Yang Guiping, Zheng Qunying, et al. Research report of yak timely slaughter technique[J]. Sichuan Caoyuan, 2006(4): 22－29. (in Chinese with English abstract)

[30] 赵晓东. 冷季全舍饲对麦洼牦牛生长性能、血液生化和血清矿物元素的影响[D]. 成都：四川农业大学，2014. Zhao Xiaodong. Study on Effect of Cold Season of All- Captive Feeding on Growth Performance, Blood Biochemistry and Mineral Elements of Maiwa Yaks[D]. Chengdu: Sichuan Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)

Design and application effect of yak barn with window and insulated barn in alpine region

Chen Zhaohui1,2, Chen Zepeng1,2, Zhang Libin3, Luo Xiaolin4, Liu Jijun1,2※, Guan Jiuqiang4

(1.100193,; 2.100193,; 3.100094,; 4.611731,)

In order to solve the problems of low productivity of yaks and degradation of pasture quality caused by traditional grazing methods in alpine pasturing areas, the study draws on the feeding technology of common beef cattle, combined with the actual conditions of high-cold pastoral areas, a barn with windows and a uninsulated barn in Hongyuan County, Sichuan Province were designed, which were put into production to compare the effect in practice after completing construction. Barn with windows had been built in double slope style with light steel structure, the size of the barn with windows was 63 m × 9 m × 3.2 m, and the breadth of this barn were 6 m. Barn located at 15°east of south. In order to increase the indoor solar area in the whole winter, roof solar belts and long windows with 1.5 m high were set up on the south, according to the sun sunshine. The north side had set up 21 windows with 1.5 m × 1.5 m to reduce the cold air infiltration, which is conducive to yak breeding. Besides, in order to meet the yak ventilation requirements, ventilation chain was set with height of 0.16 m under the eaves. The yaks in the barn with windows were feed with free stall mode, mechanical feeding, mechanical and manual cleaning combined, drinking warm water with drink sink. The size of the uninsulated barn was 63 m × 7.5 m × 3.2 m, and the style was same with the barn with windows, except there were no roof solar belts and no walls on the south, the yarks could walk to the playground. The yaks in the uninsulated barn were feed with free stall mode, manual feeding, manual cleaning, drinking water with by themselves. After the completion of the cattle house, the yak was raised according to the test requirements, and the environment and production index of the two types of yak houses were measured. The results showed that, the temperature of the two barns were 4.17 and −1.02 ℃, the maximum temperature difference was 8.23 ℃, the relative humidity of the two barns were 43.25% and 30.94%, and the CO2of the two barns were 1313 and 669 mg/m3, which meant that the difference was significant (<0.05). The content of NH3in two barns were 0.55 and 0.59 mg/m3, and the wind speed in two barns were 0.30 and 0.06 m/s, but the difference was not significant (>0.05). The two barns’ weight gain were 0.30 and-0.06 kg/(day×head), and the difference was very significant (<0.01). The feed intake were 4.04 and 3.96 kg/(day×head), the difference was not significant. The profits of each yark in barn with windows exceed that of uninsulated barn about 190.60 yuan per month on average. The temperature of insulated barn was higher than that of uninsulated barn, and the weight gain was faster, so barn with windows is more applicable than uninsulated one when considering of economic feasibility, and the environment is more comfortable.

alpine region, housing design, yaks, environment evaluation, production performance

陈昭辉，陈泽鹏，张利斌，罗晓琳，刘继军，官久强. 高寒地区有窗式和开放式牦牛舍设计及应用效果[J]. 农业工程学报，2018，34(7)：200－208. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.07.026 http://www.tcsae.org

Chen Zhaohui, Chen Zepeng, Zhang Libin, Luo Xiaolin, Liu Jijun, Guan Jiuqiang. Design and application effect of yak barn with window and insulated barn in alpine region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(7): 200－208. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.07.026 http://www.tcsae.org

2017-11-21

2018-02-28

国家肉牛牦牛产业技术体系（CARS-38）

陈昭辉，副教授，研究方向为畜牧环境工程。 Email：chenzhaohui@cau.edu.cn。

刘继军，教授，研究方向为畜牧环境工程。 Email：liujijun@cau.edu.cn。

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.07.026

S823.9+5

A

1002-6819(2018)-07-0200-09