春季发酵床奶牛舍和栓系奶牛舍环境卫生指标、奶牛舒适度的研究

顾亚兰，张振斌，王 珊，甄永康，李佩真，毛永江，王梦芝*，贡玉清*

（1.扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225009；2.江苏省畜牧总站，江苏南京 210036）

近年来，我国奶牛养殖方式随着奶牛养殖量的不断扩大而逐渐转变，散户养殖、养殖小区等模式正逐渐被规模化养殖场替代，集约化、规范化程度越来越高[1-3]。奶牛的排泄量较大，每头500～600 kg 的成年奶牛每天排粪量30～50 kg、排尿量15～25 kg、产生污水15～20 L[4]。如果对粪污不及时进行科学处理，不仅影响奶牛场饲养管理，还增加奶牛场周边环境污染治理的压力。发酵床养殖技术基于微生物学、营养学等原理，利用微生物菌群降解垫床中粪便，具有降低奶牛疾病率、减少粪污排放等优点[5]。有研究表明，利用发酵床技术可从源头减少牛粪对环境的污染，降低奶牛发病率[6-7]。

杨丽萍等[8]研究表明，牛奶产量和品质除受奶牛的品种、胎次等因素影响外，还受到温度等外界环境因素影响，温湿度较高时奶牛产奶量下降高达30%以上。南方地区春季气温变化较大、降雨量较多会导致发酵床温湿度指数（THI）升高，进而影响奶牛健康和产奶量。因此春季时发酵床牛舍需经常通风干燥、翻新垫料，从而改善舍内环境，提高奶牛的产奶性能[9]。但在春季，发酵床奶牛舍的内环境与垫床垫料是否存在互作效应尚未明确，而且其对奶牛舒适程度的影响也不明了。为此，本试验拟比较南方地区发酵床奶牛舍与栓系式奶牛舍之间环境指标和舒适程度的差异，分析发酵床奶牛舍环境与舒适度指标之间的关联，为奶牛发酵床饲养方式、环境控制及改善奶牛舒适度提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验时间和试验地点 本试验于2018 年4 月在某规模化奶牛场的发酵床饲养奶牛舍和栓系饲养奶牛舍进行。试验牛场位于江苏省中部、长江下游某市，海拔2.82 m，北纬31° 58'23'05"、东经119° 54'21'56"。该地四季分明、温暖湿润、雨量充沛，年均气温14.9℃、最高气温40℃，年均降水量1 027 mm。

1.2 试验设计 发酵床饲养奶牛舍和栓系式饲养奶牛舍均为东西走向，长58 m、宽10 m，料槽长58 m、宽3 m（图1），饲养奶牛均为1～4 胎且泌乳期为10～290 d 不等的荷斯坦奶牛。发酵床饲养奶牛舍饲养30 头。自2017 年7 月发酵床开始运行，垫料按木屑和稻壳4:1 混合均匀铺制，厚度约为30 cm，并接种有效微生物群（EM）菌种（酵母菌、芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌等）。垫床每3 个月补充一些新垫料，2 年清除1 次。栓系式饲养的奶牛舍饲养100 头，地面为水泥地，由混凝土浇制，厚度为8 cm，具有防滑、易打扫冲洗等特点。每天机械清理牛粪尿1～2 次。

在2018 年4 月26 日10:00，由2 组同学同时对发酵床与栓系式牛舍进行采样。所选取的采样日为该季节一段时间各条件均稳定的一个晴天。在试验牛舍内的东西纵向均匀设3 个采样点，共12 个采样点，每个采样点重复3 次。在采样点测定垫料的表层温度、深层温度、pH、深度、和容重等物理指标；并采集1 kg 垫料样品，每个方位样品混匀后带回实验室，测定含水率、吸附水、粗灰分、粗蛋白质、有机物、总氮、总磷等化学指标。

在采样点位置进行室内空气和细菌的采样，同时测定温度、湿度、噪音、光照强度，采样和测定高度均离地面1.2 m。其中，温度和湿度各测定24 次；噪音测定36 次；光照强度测定36 次；细菌测定采样36 次；氨气测定采样24 次。每个采样点测定皆重复3 次。

另外，在发酵床饲养牛舍和栓系饲养牛舍分别选取2 胎、泌乳期在150 d 左右的健康荷斯坦奶牛各10 头（记录牛号），连续观察记录奶牛24 h 的行为和卧床情况。

图1 发酵床和栓系式奶牛舍平面示意图

1.3 指标测定及方法

1.3.1 垫料指标 垫料物理指标：采用水银温度计测量垫料的表层温度（0～1 cm）、深层温度（20～30 cm）；范围为6.5～8.0 的pH 试纸测量垫料的pH；采用1 L 容量筒测垫料容重；采用1 m 钢尺测定垫料深度。垫料化学指标：参照贺建华[10]的方法测定垫料样品的含水率、吸附水、粗灰分、粗蛋白、有机物、碳含量、总氮、总磷、碳氮比（C/N）含量。

1.3.2 环境指标 采用AWA5636-0 手持式声级表测量牛舍内噪音；采用红星干湿球温度计（精确度0.1℃）测量牛舍内温度、湿度；采用数字照度计 (LX1010BS Digital Lux Meter) 测量牛舍内光照强度；采用GS-ⅢB 型大气采样机（上海宏宇环保应用研究所）采集牛舍内空气样本，采用纳氏试剂比色法测定所采集室内空气的氨气浓度。采用国标的自然沉降法（Natural Sinking Method，GB/T 18204.3-2013）采集空气细菌，置于生化培养箱SHP-250（上海精密仪器仪表有限公司）37℃、24 h 培养后，计算细菌密度。THI 的计算公式：THI=0.72（Td+Tw）+40.6。式中，Td 和Tw 分别为干球温度和湿球温度。

1.3.3 舒适度指标 采用24 h 视频观察法，连续观察各舍所选的奶牛3 d。分别记录发酵床和栓系牛舍奶牛卧床、站立、采食和反刍时长。

1.4 统计分析 试验数据先经Excel 初步处理后，采用SPSS 18.0 统计软件进行t检验，比较发酵床牛舍与栓系牛舍各项指标的差异，以P<0.05 表示差异显著。采用皮尔逊相关分析（Person Correlation）分析环境指标、垫料指标之间相关性，以Sig.（2-tailed）<0.05 为显著相关。

2 结果与分析

2.1 不同类型牛舍环境卫生指标和奶牛舒适度的比较

2.1.1 发酵牛舍垫床垫料物理化学指标分析 由表1 可知，垫料的深度、表层温度、pH、初水分均在参考值内。

2.1.2 不同类型牛舍环境卫生指标比较 由表2 可知，发酵床牛舍噪音显著低于栓系式牛舍；发酵床牛舍的相对湿度显著高于栓系牛舍；发酵床牛舍的THI 显著高于栓系式牛舍，但温度、细菌密度等指标在不同牛舍间无显著差异。

表1 发酵床奶牛舍垫床垫料的物理和化学指标

表2 发酵床和栓系奶牛舍环境卫生指标比较

2.1.3 不同类型牛舍奶牛舒适度的比较 由表3 可知，发酵床奶牛舍内奶牛的卧床躺卧率显著高于栓系牛舍，而卧床站立率显著低于栓系式奶牛舍，躺卧时间、采食时间和反刍时间等指标在不同牛舍间的差异不显著。

表3 发酵床和栓系牛舍奶牛舒适度比较

2.2 发酵床牛舍环境卫生指标和舒适度指标的相关性分析

2.2.1 发酵床牛舍内环境、垫料指标和舒适度指标之间的相关性分析 由图4 可知，发酵床饲养奶牛的卧床躺卧率、卧床站立率、采食时间、反刍时间、躺卧时间与环境中相对湿度、温度、噪声等指标之间无显著相关性（r>0.05）；与垫料的深度、表层温度、深层温度、pH、总水分等指标也无显著相关性(r>0.05)。

2.2.2 发酵床牛舍内环境指标和垫料指标之间的相关性由图5 可知，垫料的表层温度与氨气显著相关（r=0.948)；但垫料的深度、表层温度、深层温度、pH、总水分、容重、粗灰分、粗蛋白质等指标与环境中的氨气、光照、温湿度指数、细菌密度、氨气等指标无显著相关性（r >0.05）。

图4 发酵床牛舍内环境、垫料指标和舒适度指标之间的相关性热图

图5 发酵床牛舍内环境指标与垫料指标之间的相关性热图

2.2.3 发酵床牛舍内垫料指标之间的相关性分析 由图6 可知，发酵床奶牛舍内垫料的深度与粗灰分相关关系中，深度与粗灰分显著相关（r=0.882）；表层温度与深层温度显著相关（r=0.926)；深层温度与吸附水显著相关（r=0.918)；pH 与碳含量显著相关（r=0.944)。

2.2.4 发酵2.2.4 发酵床牛舍内环境指标之间的相关性分析 由图7 可知，发酵床奶牛舍内温度与光照显著相关（r=0.996)；光照与THI 显著相关（r=0.901)。

3 讨 论

3.1 不同类型牛舍环境指标和舒适度的比较 奶牛好静，噪声会导致奶牛产奶量下降,出现低酸度酒精阳性乳，甚至造成母牛流产[12]。本试验中，发酵床与栓系式饲养奶牛舍的噪音强度分别为42.42、67.89 dB，均在国标规定的75 dB 范围内，对奶牛生产并没有太大影响，但发酵床饲养方式产生的噪音极显著低于栓系式。这可能与发酵床牛舍不需要过多清粪机械作业有关，还可能是发酵床牛舍的饲养密度为19 m2/ 头，较栓系式（5.8 m2/头）低3 倍左右。李超英等[13]研究表明，当动物的饲养密度过大时，动物会产生烦躁心理，并伴有争斗行为，导致噪音增多。

图6 发酵床牛舍内垫料指标之间的相关性热图

图7 发酵床牛舍内环境指标之间的相关性热图

胡长亮等[14]研究发现，空气湿度在55%～85%时，对奶牛的直接影响不太显著，但高于90% 时则对奶牛危害极大。本试验中，发酵床和栓系式牛舍空气中的相对湿度分别为73.83%、59.5%，均在55%～85%内，但发酵床牛舍显著高于栓系式。这可能是南方地区的春季雨水较多，垫床垫料容易受潮，导致发酵床牛舍内相对湿度变大。THI 作为温热环境的综合指标，被广泛用于评估奶牛热应激程度[15]。Mosquera 等[16]报道，当THI在35～72 时,产奶量不受热应激影响；但当THI 达72时，采食量和产奶量开始下降；当THI 大于76 时，采食量和产奶量则急剧下降。本试验中，发酵床牛舍（THI为74.4）和栓系式奶牛舍（THI 为72.0）的奶牛都处于轻度热应激状态，但发酵床牛舍的THI 高于栓系式。这可能是由两方面原因造成：一方面是由于发酵床垫床微生物活动导致的垫料表层温度升高，进而影响了发酵床牛舍内环境温度；另一方面可能是由于南方春季的雨水量较多导致发酵床垫料易潮，进而影响发酵床牛舍内环境湿度。因此，应适当增加发酵床牛舍除湿设备,以改善环境湿度[17]。

奶牛卧床是奶牛日常生活和休息的主要场所，其舒适度越来越受重视。舒适度会直接影响奶牛体质、产奶量、使用年限等[18-20]。其中，卧床躺卧率是评价奶牛舒适度的重要指标。躺卧是指奶牛趴卧时牛体直接接触的环境，奶牛每天大约要在卧床上起卧10 次，休息躺卧10～14 h[21-23]。另外，Ito 等[24]研究发现，相对于水泥地，奶牛更喜欢厚垫料卧床,躺卧时间也更长（15.0.vs13.3 h/d）。本试验中，发酵床的奶牛的躺卧率为75%，显著高于栓系式牛舍，这表明奶牛在发酵床垫料躺卧比栓系式水泥地躺卧更加舒适。这与张振斌等[25]研究相符，奶牛在发酵床上没有被束缚，自由活动，同时发酵床床体表面松软更利于其躺卧，说明发酵床饲养奶牛在一定程度上可以提高奶牛的躺卧舒适度。

3.2 发酵床牛舍内环境卫生指标和舒适度指标的相关性分析 据研究报道，发酵床垫料表层温度在5～15℃利于奶牛的生长繁殖，而高于25℃时，奶牛便感觉不适[26-27]。本试验中，发酵床的表层温度为24.33℃，接近25℃，这表明春季南方环境温度相对较高，在温度继续升高影响奶牛体感舒适时，需要考虑降温处理。发酵床温度较高原因可能是菌种正常发酵产热和垫料中能量原料添加过多。这与徐言明[28]的研究一致，能量原料过多就会造成菌种繁殖率过大,加上一些菌种能够把锯末当作“食物”,导致在春季持续高温和垫料过快消耗。本试验中，垫料的深度与粗灰分显著相关（r=0.882)。这可能是垫料表层和中层部分接受新鲜牛粪料，而底层仍为垫料基本原料，导致无机物含量偏高。这与刘宇峰等[29]的研究相符，粗灰分则呈现底层>中层>表层的变化趋势。垫料pH 在6.5～8.5 时适合耗氧微生物生长，有利于发酵床分解有机物。本试验中，垫料pH 为7.25 且pH与碳含量显著相关（r=0.944)。说明此发酵床适合耗氧微生物生长，有利于垫料粪便等降解。这与刘宇峰等[29]的研究相符，垫料pH 为6.5～8.5 适合耗氧微生物生长，有利于发酵床的发酵，7.5 左右最适合微生物发酵。本试验中，深层温度与吸附水显著相关（r=0.918)，这可能是垫料深层温度受垫料中微生物活动影响，要经过升温期、高温期和降温期3 个阶段，同时垫料吸附水含量也随着发酵温度变化而变化。这与李娟等[30]的研究一致，发酵床中吸附水主要由液体分子在固体表面吸附达到热力平衡而表现出来，温度越低,被吸附的分子越多，温度越高，被吸附的分子也越少。氨气是动物肠道和排泄的粪尿中的尿素在微生物尿酶作用下的水解产物。当牛舍内氨气浓度大于15 mg/kg 不仅会影响动物健康，还会影响动物的生产成绩，而且这些氨最终会排放到大气中，造成一系列环境污染问题[29]。本试验中，表层温度与氨气显著相关（r=0.948)，这可能是垫料表层温度升高使微生物尿酶活性升高进而增加了牛粪尿的水解所致。另外，本试验中温度与光照显著相关（r=0.996)；光照与THI 显著相关（r=0.901），说明光照影响着牛舍内环境温度和牛舍内THI。因此，在南方地区，春季要关注牛舍内的光照度变化及照度调节，以保证牛舍的良好环境，从而促进牛只的健康生产。

4 结 论

本试验结果表明，发酵床奶牛舍的噪音显著低于栓系式牛舍，而奶牛躺卧率则极显著高于栓系式牛舍，可在一定程度上改善泌乳奶牛卫生状况与舒适度；发酵床牛舍垫床垫料的pH 为7.25，在微生物生长繁殖的范围内（pH 6.5～7.5），利于垫料对粪便的降解；相关分析表明垫料的表层温度与垫料的深层温度、与舍内氨气浓度皆显著相关，说明发酵床牛舍垫料的温度可能通过影响微生物的活动进而影响牛舍中的空气质量。因此，要注意其垫料的管理以保证微生物的正常发酵和牛舍的良好环境。