河北省泌乳牛舍建筑结构及其配套设施调查

2019-08-15周英昊毛森武震钢许翊冉于滨张久德

中国奶牛 2019年7期

周英昊，毛森，武震钢，许翊冉，于滨，张久德

（1.承德市农林科学院，承德 067000；2.丰宁县农业农村局，丰宁 068350 ）

近年来，河北省奶牛产业发展迅速，奶牛场通风、降温、消毒、挤奶、TMR、粪污收集和处理、智能监控等配套设备日趋完善[1]，养殖规模化、标准化程度不断提高。但河北省地形复杂，各地区气候差异较大，奶牛舍设计不规范、建筑结构不合理、建筑材料不适宜、环境控制不理想等问题依然突出。河北省奶牛产业创新团队高效养殖岗位成员对全省各地区的188个奶牛场进行了实地走访或问卷调查，将调研样本按照夏季热应激重点区域和冬季冷应激重点区域进行了划分，对泌乳牛舍建筑类型及其配套设施进行了客观分析，旨在为河北省不同区域奶牛场泌乳牛舍的标准化设计及其配套设施的选取提供参考。

1 调研样本情况

2018年5～7月份，笔者所在团队对河北省承德、张家口、保定、石家庄、廊坊、唐山、衡水、邢台、邯郸、沧州、定州11个市188个奶牛养殖场（奶牛存栏规模在110～23 000头不等）的泌乳牛舍建筑类型及配套设施进行重点调研，其中对47家奶牛场进行实地走访，对141家奶牛场进行问卷调查。

参照颜志辉[2]对我国冬季冷应激重点区域和夏季热应激严重区域的划分和曹祥会[3]对河北省主要极端气候分布的研究，将本次调研样本按照夏季热应激严重区域和冬季冷应激严重区域进行了划分。本次调研中42个奶牛场位于河北省北部山区的张家口、承德地区，该区域冬季严寒，夏季凉爽，昼夜温差较大，属于冬季冷应激严重区域；其余146个奶牛场位于华北平原的保定、石家庄、廊坊、唐山、衡水、邢台、邯郸、沧州、定州等地，该区域夏季高温炎热，冬季寒冷，属于夏季热应激严重区域。调研样本详细情况如表1所示。

表1 河北省奶牛场调研样本情况

2 河北省冷、热应激严重区域泌乳牛舍建筑结构

2.1 建筑类型

图1 河北省泌乳牛舍建筑类型及所占比例

如图1所示，河北省冷应激严重区域的泌乳牛舍以全封闭有窗舍和半开放舍为主，全封闭有窗牛舍相较于开放式牛舍，舍内的小气候条件更稳定，更利于冬季防寒保暖；半开放舍三面有墙，通常南面开放，敞开侧设有围栏，采光较好，为加强保温，冬季一般在敞开侧加装保温材料；该地区仍有极少数规模小、建场早的奶牛场采用棚舍建筑，保温效果极差，冬季奶牛长期处于寒冷状态，严重影响产奶性能。高玉红等[4]研究认为，牛舍的建筑形式对舍内的温湿环境影响很大，全封闭有窗牛舍冬季保温性能优于半开放式牛舍，但相对湿度较高，需要加强通风，以及时排除水汽和浑浊气体；河北省寒冷地区夏季奶牛处于轻度热应激状态，冷应激地区同样要重视奶牛防暑。笔者认为，冷应激严重区域泌乳牛舍设计关键是要解决冬季牛舍保温与换气问题，同时兼顾夏季牛舍防暑降温。

河北省热应激地区的泌乳牛舍以棚舍和半开放舍为主，几乎没有全封闭牛舍。棚舍具有结构简单、施工方便、建造成本低、通风效果好、舍内外温差小等多方面优点，利于夏季奶牛防暑和牛舍降温。陈健等[5]通过对北京市典型开放式牛舍研究表明，开放式牛舍因舍内的空气流动和隔热作用，可一定程度上缓解奶牛的热应激。但棚舍也有几乎无法阻止辐射热，不能形成稳定的小气候，易受风、雨、雪、遮阳等环境因素的影响等缺点，该地区部分奶牛场通过增设卷帘或在棚舍两侧覆盖保温材料等方式兼顾冬季防寒保温。笔者认为，热应激严重地区泌乳牛舍设计关键是要解决夏季牛舍降温问题，同时兼顾冬季保温。泌乳牛舍设计必须根据当地气候选择适宜的建筑类型。

2.2 屋顶类型

图2 河北省泌乳牛舍屋顶类型及所占比例

如图2所示，河北省冷、热应激严重区域泌乳奶牛舍均多为普通双坡屋顶，该屋顶具有跨度大、冬季保温和夏季隔热性能好、造价相对较低、适用于不同规模的牛群等多方面优点，因此在河北各地区得到广泛使用。出于冬季防寒保温考虑，河北省冷应激严重区域泌乳牛舍屋顶通常不设通风屋脊或通气缝，冬季晚上牛舍封闭，水汽和有毒有害气体不易排出。出于隔热考虑，河北省热应激严重区域多数牛舍防热严密，屋顶亦不设通风屋脊或通气缝。笔者认为，屋顶设计必须根据各地气候条件合理选择，应兼顾保温与通风，促进牛舍冬季换气。在调研样本中钟楼式牛舍也占一定比例，其是在双坡屋顶上开双侧或单侧天窗，具有散热、散湿、通风和采光效果好的优点，但其结构复杂，用料多，成本高，不利于在全省范围内推广应用。

2.3 屋顶材料

河北省约95%泌乳牛舍屋顶选用彩钢保温夹芯板或单层彩钢板下安装保温隔热板等复合板，极少数奶牛舍屋顶还在使用单层彩钢板或石棉瓦等单层板。复合板因具有轻质高强、保温隔热和防火防水性能好等诸多优点而被广泛采用，其夹芯或保温材料主要包括聚苯乙烯树脂、聚异氰脲酸酯、酚醛泡沫、岩棉、玻璃棉、聚氨脂等。郑万萍等[6]分析认为，单层彩钢板热阻过低，不宜作为屋顶材料。邓利军等[7]试验表明，采用单层彩钢板屋顶的棚式牛舍隔热性能差，其夏季和冬季的温热环境对奶牛不适宜。栾冬梅等[8]对哈尔滨市某牛场冬季彩钢保温夹芯板奶牛舍保温效果研究表明，彩钢保温夹芯板牛舍保温性能好，但舍内相对湿度较高，应用时应结合保温、换气多方面环境因素综合考虑。

河北省约30%泌乳牛舍屋顶装有透明采光带。据研究，正确选择牛舍朝向，合理确定采光带面积，不仅能增加舍内采光，夏季可有效避免阳光直射牛舍造成温度过高引起的热应激，冬季既可促进牛舍增温，又能使地面干燥。

3 河北省冷、热应激严重区域泌乳牛舍通风降温设备

图3 河北省泌乳牛舍通风降温设备及所占比例

如图3所示，河北省冷应激严重区域约90%泌乳牛舍有通风降温设备，主要包括大吊扇、风机、喷淋装置、湿帘等，其中大多数泌乳牛舍采用风机或风机+喷淋方式降温。该区域泌乳牛舍夏季主要以自然通风为主，同时辅助机械通风，以加快温度控制和空气流通，达到降温的效果。冬季奶牛舍外温度通常很低，冀北坝上部分地区最低气温甚至能达到-40℃以下，舍内基本无采暖措施，仅靠晚上封闭牛舍保温，多数牛舍无法换气，不利于奶牛健康。为兼顾牛舍保温和通风换气，笔者认为该区域新建牛舍应考虑设计冬季最小通风量，可在侧墙安装通风小窗或在屋顶增加通风帽等通风结构，有条件牛场牛舍内可适当取暖，加速牛舍冷热交换，利于废气从屋顶排出，但应注意防止牛群直接接触冷空气，引起严重冷应激。

河北省热应激严重区域约98%泌乳牛舍有通风降温设备，有两种以上（含两种）降温设备的牛舍占比达80%，其中多数牛舍采用风机+喷淋方式降温，部分牛舍采用风机+湿帘或风机+喷淋+湿帘方式降温。有文献报道称，风机、喷淋系统、湿帘系统均能有效缓解奶牛热应激，改善奶牛产奶性能[9～11]。通过喷淋系统给牛体进行喷淋后，利用风机加速空气流通，奶牛皮肤上的水汽化带走体热，从而达到给牛体降温的效果。调研发现，为降低喷淋对奶牛卧床的影响，部分奶牛场在挤奶通道或待挤区设置喷淋装置，每日在奶牛挤奶前后喷淋4～6次，降温效果显著。湿帘系统同样利用水分蒸发原理，通过在牛舍两端墙上安装的低压大流量风机及湿帘的共同协作，使舍外未饱和的空气通过水份蒸发带走热量，进入舍内的空气温度降低，从而达到降温目的。据部分牛场反映，牛舍湿帘+风机方式降温效果一般，奶牛体感温度没有明显下降，傅春泉等[12]认为，只有综合考虑牛舍结构、牛舍高度、窗户比例、屋顶隔热措施、冷风机功率、通风方式等因素，湿帘冷风机的降温效果才能得以保障。

许多奶牛场在牛舍两边、运动场、挤奶通道、奶厅周围搭建遮阳棚，同时增加场区绿植面积，对夏季奶牛的防暑降温也可起到重要作用，但笔者认为应注意遮阳棚和绿植高度不能影响自然通风，同时保证最大程度地减轻太阳辐射的影响。

虽然全省大部分奶牛舍内都配有通风降温设备，但部分奶牛场在设备的选择上仍存在一定盲目性，行业内仍没有针对各地气候条件差异提出合理的设备选择建议。笔者认为，在遇极端热应激的天气时，奶牛场应结合实际，有针对性地选择环境调控方式，既要保证牛舍内适宜的湿度，又要促进牛舍室内外的空气循环，使其受冷均匀，只有达到“空调式”降温效果，才能真正有效缓解奶牛热应激。

4 河北省泌乳牛舍其他配套设施

4.1 清粪设施

河北省奶牛场主要清粪方式为清粪车清粪、刮板清粪，分别占比约78%和18%，仍有4%奶牛场还在采用

传统的铁锨、板锹的人工清粪方式。清粪车清粪，可大幅降低劳动强度，节省劳动力，提高清粪效率，但其投入、运行维护成本较高，个别部件因粪便粘集易发生故障且不易维修，工作时噪音较大，影响奶牛生产性能。目前，全省越来越多的奶牛场选择刮板清粪，在完成相同清粪工作量时，刮板清粪的运行成本仅是清粪车清粪的四分之一，且清粪效果优于清粪车清粪[13]。刮板清粪虽一次性投入成本高，但其自动化程度较高，可能将是全省奶牛产业未来发展的主流方向。

4.2 粪污处理设施

河北省约25%奶牛场建有干湿分离系统，可将粪便与污水分离，污水经过处理后回用为冲洗水，粪便则经发酵、烘干或晒干后，回填卧床或用作发酵工程；约15%奶牛场建有沼气池，可将粪污直接发酵制成沼气；5%左右奶牛场同时建有干湿分离系统和沼气池。全省55%奶牛场缺乏粪污处理设施，通常牛粪的处理方式为：在贮粪池或贮粪场发酵后直接还田，用于蔬菜、花卉等专用有机肥生产或用作牛床垫料，用于蘑菇生产或蚯蚓养殖。笔者认为，奶牛养殖企业如能结合自身规模和行业发展要求，合理选择粪污处理和资源化利用方式，不仅能有效减少养殖环节对生态环境的破坏，还可取得一定的经济效益。

4.3 卧栏

河北省约90%泌乳牛舍内装有卧栏。卧栏是专为奶牛设计的独立场所，可为奶牛提供清洁、舒适的休息环境，但不少奶牛场奶牛上床率不高。郭建军等[14]分析认为，河北省部分奶牛场未根据本场奶牛实际体况设计卧床，卧床过长或过短、不舒适，奶牛不愿上床，且容易将粪便排到床上。泌乳牛舍内卧栏的设置、卧栏长度的设计需要依据奶牛体位空间、头部空间、前冲空间以及隔栏的型式来设计[15]。

4.4 卧床垫料

如图4所示，河北省泌乳牛舍牛床垫料主要有沙子、发酵或晒干的牛粪、木屑（锯末）、稻麦草、谷（稻）壳、橡胶垫等，大多数垫料厚度在12cm以上。河北省大多数奶牛场采用沙子作为卧床垫料。沙子具有松软、渗透性强、不易滋生细菌、来源广泛等诸多优点，但其投入成本较高，奶牛场减少卧床内沙子的添加次数和添加量的现象时有发生，卧床的舒适程度难以维持。河北省内越来越多的奶牛场将干湿分离后的粪便晒干或者发酵，作为垫料回填到卧床中，既使粪污得以资源化利用，又可以降低垫料成本。金晓东等[16]研究认为，相较于沙土和橡胶垫，干燥的牛粪用做卧床垫料更为理想，但应注意日常管理，牛粪应充分发酵、晾干并定期消毒，防止细菌滋生。

图4 河北省泌乳牛舍卧床垫料种类及所占比例

4.5 颈枷

河北省约90%泌乳牛舍内装有颈枷，主要为双开自锁式或者单开自锁式。颈枷可根据奶牛采食、体检、免疫、授精、妊检、治疗、去角、产犊等实际需要，在奶牛采食时，灵活开合，有效固定，能显著降低劳动强度，提高工作效率。自锁颈枷设备一般由颈枷活动杆、活动立杆、活动挡板、配套报卡、螺栓和销轴等组成。不同生长阶段的奶牛，建议使用不同规格的颈枷，如成母牛颈枷、大育成牛颈枷、小育成牛颈枷、斜杠颈枷等。