规模化猪场设施设备研究进展

涂 志

（重庆市畜牧科学院，重庆 荣昌 402460）

目前我国生猪产业正处在转型升级的关键时期，生猪行业处在分散至集中的整合期，表现为养殖场数量减少，养殖规模逐渐扩大，随着猪场规模化、集约化生产广泛应用，我国的养猪生产水平得到极大的提高。我国养猪业产业的集约化发展过程中，越来越多的自动化、智能化、低能耗、高环保的养猪设施设备及生产工艺迅速得到广泛推广与应用。我国是全球最大生猪养殖国家，但与国外养猪先进国家和地区相比，整体生产水平仍存在巨大差距。其中劳动力成本投入高、先进设施设备应用较为滞后、猪场疫情复杂、环保压力大等诸多问题是造成这些差距的主要原因。机械化、自动化、智能化设施设备的选择对解决这些问题具有至关重要的作用，近年来国内外研究人员对养猪相关设施设备已有较为深入的研发与改进，主要体现在基础设施逐渐走向标准化、饲喂及饮水系统相关设备设施的改进与研发较为深入、猪舍环境调控越来越受到重视、粪污处理工艺走向多元化、物联网技术备受养猪产业的重视与推崇。

1 消毒设备的研发

当前国内猪场疫情复杂，尤其近期非洲猪瘟已在全国范围内肆虐，猪场防疫问题空前严峻[1]。因此，猪场的消毒显得尤为重要，市场上售卖的多种消毒药剂以及近年来新兴的微酸性电解水[2]都可用作猪舍、工作人员、进出车辆及设备设施的消毒，同时研究人员研发、优化了多种消毒设施设备。王栓林[3]发明的一种智能猪舍消毒清洗机器人，采用激光和超声波雷达作为导航装置，能够对猪舍内各个区域进行快捷有效地清洗消毒。欧国亮[4]发明的一种猪舍消毒装置，该装置既能实现紫外消毒，也可以用作喷雾消毒，可对猪舍进行多方位、多途径的消毒。赵建平等[5]设计的一种养猪用超声波雾化消毒设备，解决了现有猪场消毒设备消毒范围窄、喷雾死角多的技术问题。这些消毒设施设备逐渐朝着智能化、高效率的方向发展，能够有效解决猪场消毒低效率、高成本等问题。

2 饲喂及饮水系统的改进与研发

猪场实际生产过程中虫蛀鼠害、饲料霉变及饲料添加过剩是造成猪场饲料浪费的主要原因，也是增加养殖成本的主要因素；同时猪场水压、饮水器设计及其安装高度的不合理等问题是造成猪场饮水浪费的主要原因。因此，避免生产过程中饲料和饮水浪费是一个亟待解决的问题。

2.1 饲喂设备

在国外，液态料饲喂系统被广泛推广，如法国超过20%的猪场、丹麦和荷兰约60%的猪场均采用液态料饲喂系统[6]。该系统具有适口性好、采食量和饲料转换效率高、产生粉尘少、呼吸系统发病率低等优点。欧维金等[7]研究发现，利用液态料饲喂系统可显著提高断奶仔猪的日增重和采食量，且降低其料重比及发病率。Rasmussen等[8]研究发现，当育肥舍猪只数量与液态料下料口数量的比例为4∶1（4头猪1个下料口）时，饲喂效率最高。近年来有关养猪生产中饲喂及饮水系统设备设施的相关研究很多。孙英国[9]发明的一种用于养猪场液态料饲喂的全自动采食系统可以实现自动化精准液态料投放，同时也能满足不同生长阶段生猪对水料比和投料频率的要求，可以大幅降低猪场的运营成本、提高饲喂效率。倪以祥[10]设计的一种具有加热功能的养猪用饲喂与饮水两用设备，可以在饲料搅拌均匀后通过加热板对饲料进行加热，有利于寒冷季节猪只的采食，同时也能在必要时将猪饮用水和保健药进行混合搅拌加热，然后用于猪的饮用。目前来说我国液态料自动饲喂系统的研发还处于初期阶段，大部分养猪场使用的都是国际畜牧设备公司的设备，比如S.K.D公司和WADE公司的液态料自动送料系统，我国畜牧设备公司应该紧跟国际先进水平，增强研发力度，掌握核心技术。

我国大部分的规模猪场仍使用干料饲喂系统，其原因是干料饲喂系统可将饲料从料塔输送到指定食槽，减少人工成本，降低劳动强度[11]。干料饲喂系统的输送方式主要包括螺旋绞龙式、索盘式及气动式3种，虽然这些系统使用方便、简单，但还是存在一些不足，比如利用料线设备只是完成了饲料机械式的输送，而饲喂管理还是需要靠人工完成。如何实现精准饲喂是以后研究的重点，熊本海等[12]发现通过控制电动杆的推杆速率（60 mm/s）、输入电压（11.5 V）及电源功率（150 W），并且采用预设的个性化的采食量模型与变容积的精确控制技术可实现对哺乳母猪精准饲喂。易烈运等[13]发现可通过利用S7-200型PLC（可编程逻辑控制）技术和组态系统技术，形成一套微电脑可视智能调控系统，从而实现对猪舍智能远程自动化饲喂管理。耿玮等[14]研制了一款群养状态下，怀孕母猪独立封闭状态采食的精准饲喂单体采食站及其配套控制系统，可针对不同母猪进行个性化的饲喂曲线、水料配比等参数设置。

2.2 饮水设备

目前国内猪用饮水器主要是鸭嘴式、乳头式和杯式3种。通常情况下饮水器浪费掉的水都会和粪尿混合，增加了粪污的产生量以及粪污处理成本。同时，饮水器浪费掉的水会增加圈舍的空气湿度，在高温高湿环境中将严重影响猪只的生长状态。因此使用安全、节水的饮水器对养猪生产也同样具有十分重要的意义。刘炜等[15]设计的一种新型多功能猪场用饮水器，通过增设监控设备，实现对猪只饮水动态的实时监控，同时在饮水槽增设自动排污装置，无需饲养员定期清洗，提高了饮水系统的自动化程度。穆立田等[16]研究发现，通过应用加有节水饮水槽的节水饮水器，明显降低了鸭嘴式饮水器在使用过程中的育肥猪嬉水造成的浪费，节水率可达到49.56%；同时饮水器的放置位置（高度）及角度能够对猪舍环境改善以及减少粪尿量提供一定的帮助，单妹等[17]设计的一种测定猪舍内饮水器水流量的简易装置，能够简单快速地测定每个饮水器的出水流量，便于实施精准饲养。

3 环境调控设施设备的研究与应用

3.1 冷热环境调控

猪具有皮下脂肪层较厚、汗腺不发达的特点，因此其对高温环境的自我调节能力较弱，当环境温度高于30 ℃时，除哺乳仔猪外，其他猪只都会处于热应激状态[18]，因此，高温季节猪舍的降温防暑显得尤为重要。现代猪舍常用的降温方式有湿帘-风机降温系统、喷淋、喷雾降温及尚未广泛投入实际生产的水冷式猪床、地板降温等[19]，这些降温措施能够为猪只提供较为适宜的温度环境，有效缓解猪只的热应激，有利于猪只的健康。

尽管猪只体表有被毛抵抗低温环境的能力较强，但是低温环境不利于猪只健康生长，影响饲料转化率，因此寒冷地区猪舍多采用增加饲养密度、关闭门窗、减少通风换气量等方式来提高舍内的环境温度，使用这些方法极易导致舍内有害气体浓度过高，影响环境舒适度。当前，有关猪舍防寒措施的研究较少，常用的防寒措施有厚垫料饲养、薄膜保温、暖床以及改善猪舍围护结构的保温性能等方式[20]。仔猪对低温环境较为敏感，而母猪对高温环境的自我调节能力较差，因此，分娩舍多采用局部加温的措施为仔猪提供较为适宜的温度环境。李宇雄等[21]发明的一种中空结构的保温床，以水为热源，应用热辐射的方式可以为仔猪提供较为适宜的温度环境。

3.2 猪舍环控系统的升级与改造

优秀的环境控制系统能够实现对猪场环控设备的精准控制，提高生产效率，因此，近年来猪舍环境控制系统的研发受到广泛关注。李颀等[22]使用CFD模型模拟猪舍实时温度场信息，并利用模拟控制技术，将环境条件控制在猪只的舒适范围之内。谢秋菊等[23]通过在控制系统加入动态补偿控制，优化猪舍环境调控系统，并对不同季节多环境因子进行模糊化及逻辑推理生成不同季节的调控策略及规则。周思林等[24]运用模糊推理规则，并且根据系统实时输出的温、湿度，实现对PID三个参数的调整，最终完成猪舍温、湿度的自动调控。总体看来，猪舍内的多个环境因子耦合后会对猪只产生综合影响，但我国猪舍环境调控系统多数为单一调控，当前我国猪舍环境的监控系统还不够完善，亟需找到一个更合适、精准的控制算法计算出各因子的合理输出值。

4 粪污处理工艺的研究与应用

规模化养猪场常用的清粪方式主要有干清粪、水泡粪、水冲粪以及发酵床技术等，但是存在诸如干清粪容易造成清粪机械损坏、水泡粪易产生有害气体影响猪只健康、水冲粪耗水量大、发酵床容易导致有害气体浓度过高、致病菌滋生和产热过高等不足[25]。因此，如何实现养猪场粪污高效处理和资源化利用成为研究的一个重要方面。粪污还田是实现养猪场粪污资源化利用的一种有效途径，不仅可以减少农业生产中肥料的投入成本，同时也能实现养殖污染物的零排放。但是由于近年来养猪业发展迅速，规模化程度越来越高，导致可消纳粪污的农田不足，而且粪污存储成本和远距离运输成本过高[26]，因此，有关采用生化处理的途径以实现养猪粪污高效处理与综合利用的研究较为突出[27-28]。

目前，新建猪场大部分采用干清粪方式，其中机械干清粪是在全漏缝地板下设清粪沟槽，使用往复式机械刮粪板清理干粪，尿液由清粪沟槽下集尿沟收集。即使使用干清粪方式对圈舍粪污处理，但猪粪仍存在水分含量高的问题，如何高效将猪粪固液分离已成为研究热点。付崇波等[29]通过两级分离仓与干燥仓的配合得到含水量低的粪便，便于后期的有机肥处理。张志军等[30]利用离心泵及输送装置发明了一种可及时分离干粪及粪水的装置。

猪场废水是较难处理的有机废水，因其排量大、温度低、废水中固液混杂，有机物含量高，氮、磷含量高且不易去除，单纯使用物理、化学或生物学方法难以达到排放要求。近年来，大量科研人员对新型污水处理装置进行了研究。刘茹等[27]采用两相厌氧-生物接触氧化-矿化垃圾人工湿地床系统处理养猪场粪污水，处理水量为20 m3/d，出水可达到《畜禽养殖业污染物排放标准》排放要求。钱钰和朱乐辉[28]将“固液分离+气浮”的物理化学方法与“水解酸化+ABR+生物接触氧化+双面导流”的生化方法相结合处理养猪粪便废水，出水水质可达《畜禽养殖业污染物排放标准》排放要求。

5 物联网技术的研究与应用

近年来网络技术发展迅速，物联网技术已经慢慢地渗透到工业、农业、建筑业等领域。在畜牧业生产中物联网技术也不断得到研发人员和猪场管理人员的重视。在我国越来越多的规模化猪场逐渐实现了以物联网为基础的自动化、智能化养殖，这些设备的使用节约了人力物力、提高了生产效率，最终提高了经济效益[31]。

物联网技术在猪舍环境监测、猪场自动饲喂系统等方面的应用逐渐成熟，在畜牧产品溯源等领域的应用也逐渐得到重视。蒋永年等[32]使用物联网及时构建智能化母猪群养管理系统，实现了对猪舍的在线监测、远程联动、精确饲喂、发情鉴定、智能化分离以及 PLC 控制；秦英林等[33]利用红外热成像技术构建了病猪监控装置，能够实时监测猪只健康状况和生活环境，并通过红外实现无线数据传输，实现红外热像仪和监测数据的双路监测，实现养猪的自动化。近年来随着人们对食品安全的重视，越来越多的研发人员和设备公司将重心转移到对产品的溯源上，利用智能识读、无线传感器网络、移动地理信息等物联网技术实现从养殖、屠宰、零售的全线追踪[34]。

6 小结

6.1 现状

我国养猪业在最近几十年逐渐由小规模散户居多朝着集约化、规模化养殖方向发展。目前来说我国养猪生产设施装备水平尚处于由传统方式向局部机械化、自动化和集约化过渡的发展阶段。我国养猪设备公司发展迅速，但是由于起步较晚，目前主要还是停留在最初始状态猪舍地板、限位栏、喂料器等基础设施设备的生产制造方面，对于像精准饲喂、母猪群养系统、猪舍环境控制系统等大部分产品要从国外引进，虽然近年越来越多的中国畜牧机械企业紧紧追赶国外企业的步伐，但是核心技术的缺乏和使用寿命问题让很多大型养猪企业放弃使用国产设备而选用成本更高的进口设备，这更加打击国产厂家的积极性。

6.2 展望

物联网技术能够减少劳动力、降低生产成本、提高生产效率和经济效益。在全面覆盖物联网技术的猪场中，能够实现对猪只采食数据和环境参数的实时监测采集和智能化控制，猪场生产工作及育种数据进行记录和智能化分析，对猪只的运输以及产品追踪实现实时监控，保证运输安全以及相关产品质量。目前我国物联网技术的研究与产品的研发在养猪生产中得到了一定程度的推广与使用，仍然需要投入大量的人力物力进行研发，以期取得更加高的效益，慢慢地就可以实现猪场管理者坐在办公室使用微信、手机APP等软件实现对猪场实现监测、控制。