北方冬季牛舍环境对肉牛生产影响的研究分析

卜 也， 王春微， 张 宇， 刘 利， 赵晓川， 许珊珊， 孙 芳*

(1.黑龙江省农业科学院畜牧研究所，哈尔滨 150086；2.黑龙江省畜牧总站，哈尔滨 150040；3.黑龙江省农业科学院农业遥感与信息研究所，哈尔滨 150086)

肉牛业是我国畜牧业重要组成部分，受各产区功能与模式分化的影响，2020年肉牛产区继续向南部、西部、北部转移，且存栏量增加[1]。虽然我国肉牛产业处于蓬勃发展阶段，但也存在着许多问题，其中冬季舍内外温差较大是制约北方寒区肉牛养殖的主要原因之一[2]。牛舍的空气质量既受地理和天气条件限制，同时也受牛舍结构、饲养密度、日常管理等因素的影响[3-4]。部分肉牛养殖场为提升保暖效果减少冬季通风换气频率，甚至进行封闭饲养。这种情况使舍内相对湿度增加，牛被毛变得潮湿，增加导热系数，导致牛体表温度下降，降低免疫力[5]；另一方面粪尿发酵产生的氨气(NH3)、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)等有害气体不能及时排出室外，刺激呼吸道和消化道黏膜形成溃疡，导致采食量下降，生长性能降低[6]。因此，本研究对北方寒区常用牛舍类型特点、环境质量及其对肉牛生产指标的影响展开综述，为北方寒区肉牛冬季饲养环境控制提供合理化建议。

1 舍内环境质量影响因素

1.1 饲养密度

陈昭辉等设计固定圈舍面积18 m2内分别饲养3，4，5，6，9头肉牛，对应占地面积为6.0，4.5，3.6，3.0，2.0 m2/头，结果显示，随着饲养密度的增加，舍内二氧化碳浓度呈上升趋势，分别为1 056.38，1 108.44，1 172.65，1 200.89，1 398.19 mg/m3；当占地面积为2.0 m2/头时，舍内氨气浓度达到最高值3.23 mg/m3，而6.0 m2/头时最低值为 1.13 mg/m3[7]。说明相同的饲养方式，随着饲养密度增加，有害气体浓度升高。

1.2 清粪方式

Sabuncuoglu等研究了自然通风牛舍不同换气量对舍内气体释放量有较大的影响，同时不同温室气体浓度对牛血液指标产生的影响，进而影响了牛的健康和发育[8]。牛欢通过对机械清粪舍和人工清粪舍空气质量进行比较，结果表明，机械清粪进行时舍内氨气的浓度会提高70%～75%，刮粪后1 h内舍内回落到刮粪前水平的80%～85%；人工清粪时由于速度慢，单位时间内氨气浓度释放慢，会提高8%～22%，但清粪后较清粪前没有减少[9]。

1.3 牛舍类型

受区域气候影响，我国牛舍建筑形式差异大，按牛舍开放程度可分为封闭式、半开放式和开放式3个类型。肉牛舍的设计要遵循4个原则：(1)符合生产要求，保证畜牧兽医技术措施的实施；(2)为牛创造适宜的环境；(3)要做到经济合理，技术可行；(4)严格卫生防疫，防止疫病传播。

1.3.1 封闭式牛舍 封闭式牛舍由四周墙壁、屋顶和地面构成，有东西走向也有南北走向。通风一般采用屋顶通风口、屋檐下通风缝通风或机械通风，根据需要确定通风量和通风时间，避免通风时直接吹到牛体表面，造成冷应激。于桐等采用屋顶机械负压通风模式，对美国中西部结构与环境服务手册等国内常用通风量参考计算标准进行比较，结果得出CO2平衡通风量适合作为低温高湿牛舍内通风量计算[10]。冬季舍内适宜风速范围为0.1～0.2 m/s，当风速低于0.1 m/s，不利于及时带走湿气和有害气体，当风速高于0.2 m/s会带走过多热量，对牛舍保温不利[11]。

张光圣等在吉林地区对塑料薄膜暖棚封闭栓系饲养的牛舍(该牛舍长度×跨度×檐高：66 m×7.4 m×3 m，房顶高4.5 m，南墙设2 m×2 m可关闭门2个，1.5 m×1.2 m可开闭窗8个，北墙设1 m×0.8 m玻璃窗8个，饲养密度4.0 m2/头)进行温热环境监测，结果显示，冬季舍内温度可维持在0 ℃以上，高出舍外18.74 ℃[12]；高玉红等测得承德地区塑料薄膜暖棚封闭栓系饲养的牛舍(该牛舍长度×跨度×檐高：105 m×14 m×2 m，顶部开窗，机械通风，饲养密度8.4 m2/头)内的NH3和CO2早晚浓度较高，NH3浓度在夜间达到最高值1.35 mg/m3，CO2早晚平均浓度为4 721 mg/m3(畜禽舍NH3和CO2浓度限值分别是20 mg/m3和1 500 mg/m3)[13-14]。综上所述，封闭式牛舍保温效果较好，但由于牛舍通风量较低，有害气体浓度超标，空气质量较差。

1.3.2 半封闭式牛舍 半封闭式牛舍是三面有墙，朝阳一侧有半截墙体或全敞开，外设运动场，舍内白天光照充足，有较好的通风换气效果，相比封闭牛舍设计简单，费用低。在北方寒区冬季开放面通常铺设塑料膜暖棚，使舍内环境呈封闭状态用于保温。当使用塑料膜封闭后，舍内湿度和有害气体浓度将显著升高(P<0.05)，空气质量与封闭舍基本一致[9]。

1.3.3 开放式牛舍 牛舍只有端墙，两面设有挡风墙，屋顶重量靠柱子或钢架支撑。这种牛舍设计、建筑简单，造价低廉，采光、通风均好，保暖性差，舍内外空气质量基本一致，已发表相关研究数据较少[15]。

2 环境因素对肉牛生产的影响

在肉牛生产中，环境质量是影响肉牛健康和生产性能的因素之一。在北方寒区冬季，受寒冷气温影响，需增加采食量来维持基础代谢和增重。同时，冬季牛舍保温和排湿是两个矛盾的指标，过度通风，湿度和有害气体浓度下降，但温度也会随之下降；为了保温而减少通风，会导致舍内湿度和有害气体浓度增加，恶劣的环境条件将会降低饲料转化率，造成饲料浪费，还会降低其免疫力，增加患病风险。

2.1 温度和湿度

在冬季时，牛为了御寒，自身被毛浓密且有较厚的绒毛，牛毛不被风吹开露出皮肤，牛就不会感觉到寒冷。一般来说，肉牛生长适宜的温度范围在5～21 ℃，空气湿度范围在55%～85%。牛在低温时呼吸频率下降，可以减少散热，另一方面心跳加快，产热增加，维持体热平衡(P<0.05)[16]。牛正常呼吸频率为18～28次/min，环境温度从10 ℃下降到-15 ℃时，呼吸频率下降至10～15次/min[17]；当外界温度在(-36.4)～(-18.7) ℃之间时，母牛平均心率高于正常心率7～17次/min(P<0.05)[18-20]；另外低温环境对反刍动物的免疫系统存在抑制作用，冬季慢性冷应激条件下，三河牛血清白介素-2(Interleukin-2，IL-2)、白介素-4(Interleukin-4，IL-4)和免疫球蛋白G(Immunoglobulin G，IgG)含量均降低(P<0.05)[21]，Sordillo等研究表明冷应激引起肉牛血清丙二醛(Malonic dialdehyde，MDA)含量显著升高(P<0.05)，血清中超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)活性显著降低(P<0.05)[22]。姚勤等对哺乳动物的研究表明，冷应激可使机体抵抗力降低、细胞免疫功能下降，易感染细菌，这与何茹提出冷应激可导致奶牛免疫力降低，易感染疾病，如肺炎、犊牛腹泻、乳房炎的观点一致[23-24]。畜舍内湿度过高为环境中病原微生物提供了适宜的繁殖条件，不利于牛群的疾病防控。栾冬梅等研究结果显示，当湿度较高时犊牛日增重会明显降低，当舍内湿度为65%和95%时，2月龄内犊牛的发病率分别为33.33%和71.43%，死亡率分别为0和28.57%[25]。

综上所述，低温环境中肉牛机体可代偿性产热维持体温应对冷应激，但在高湿环境中其免疫功能和抗应激能力均有所下降，染病风险增加。

2.2 有害气体

畜舍内主要的有害气体包括NH3、CO2、H2S，可导致牛舍内和周边环境质量下降，不仅影响牛的生产性能，甚至危害舍内工作人员的健康。

2.2.1 氨气 微生物分解粪尿、饲料残渣中含氮物质产生NH3，在温度适宜且通风不良的畜舍内会加剧NH3积累。由于NH3易溶于水，当舍内浓度达到3 mg/m3，会刺激人的眼结膜，对于每天在舍内工作8 h的工作人员，舍内NH3浓度不能超过19 mg/m3[6]。呼吸道黏膜对NH3的刺激敏感，长时间暴露于高浓度NH3环境中，使呼吸道纤毛在碱性环境中易于脱落，引发气管上皮组织炎症甚至坏死，失去粘附有害物质和净化吸入气体的屏障作用，导致病原微生物容易进入体内，增加患病的可能性，甚至造成呼吸困难窒息死亡[26-27]。Phillips等研究发现肉牛随着环境NH3浓度升高，站立时间增加，躺卧时间减少，且采食量和平均日增重均显著降低(P<0.05)[28]。

2.2.2 二氧化碳 畜舍中CO2主要由动物呼吸作用产生，无毒性，但可造成舍内动物缺氧，引起家畜精神萎靡，食欲减退，体质下降，甚至窒息死亡。舍内通风直接影响有害气体的排出，测定畜舍内CO2浓度主要是为了表明畜舍通风状况和空气的污浊程度。已有研究表明，当畜舍内的CO2浓度达到1%时，家畜表现呼吸加快，达到2%时，超过4 h肉牛的血气和能量代谢都会有所下降，达到25%以上时，停留数小时就会导致家畜窒息死亡[29]。虽然低温条件会减少CO2的产生，但封闭舍空气流通差，CO2浓度可达夏季的2.6倍，早晚时间超过畜禽舍CO2浓度标准，分别达到2 036.2,1 540.8 mg/m3(P<0.05)[30]。

2.2.3 硫化氢 畜舍内H2S的来源与NH3相似，主要由粪便、饲料残渣及垫料所含有机硫化物无氧酵解产生，牛舍空气中上限浓度为8 mg/m3[31,14]。与NH3相比，H2S毒性较强，在较低浓度下，便可调节细胞增殖与凋亡的过程，以及神经、血管、肌肉、内分泌和生殖等系统的代谢[32-33]。H2S进入呼吸系统，在呼吸道黏液中遇钠离子生成硫化钠，刺激呼吸道，引起鼻炎、气管炎和肺水肿[34]，硫化钠在血液中水解释放H2S，进到神经系统中导致植物性神经紊乱，导致瞳孔收缩和心脏功能减弱[35]。H2S还具有还原性，与呼吸链中Fe3+结合阻断细胞呼吸，造成组织缺氧坏死[36]。另有研究表明，随H2S处理浓度升高，处理时间延长，肉羊血清免疫球蛋白和补体水平均下降，细胞因子含量增加，说明机体可能因此发生炎症反应[31]。

2.3 光 照

延长光照时间可以一定程度上提高反刍动物生长性能。Almeida等通过延长光照至20 h，发现犊牛采食精料增加，断奶提前至55日龄，饲养成本降低20%[37]；邱静芸等研究证明，与10～13 h比较，16 h光照使锦江牛干物质采食量提高16.18%，组末重和日增重分别提高11.91%和28.95%(P<0.01)[38]；余燕等研究证明延长光照可降低锦江牛T-SOD和过氧化氢酶(Catalase，CAT)两种抗氧化酶水平(P<0.01)[39]。Phillips等发现延长光照组(18 L：6 D，481 lx)奶牛活动量和步行距离低于自然光照组(8 L：16 D)(P<0.05)[40]。综上所述，光照对反刍动物的行为和生理指标均有影响，但就其原因是光照改变反刍动物激素调节，或直接改变其采食行为习惯还有待深入研究。

3 总结与建议

综上所述，为满足肉牛生长的环境需求，北方寒区牛舍设计核心条件是要保持干燥无贼风。封闭牛舍达到保温和无风效果的同时，湿度和有害气体浓度较高，不利于肉牛健康生长。因此，本文考虑北方寒区低成本、规模化发展肉牛产业过程中冬季牛舍保温与空气质量的矛盾，提出以下建议：

(1)不同规模养殖场均推荐使用“挡风墙、趴卧区厚垫草、夏季遮阳棚、冬季饮温水”的饲养方式，起到夏季防雨防暑冬季防风御寒作用，同时降低建筑成本(见图1、图2)。

图1 秸秆捆紧密堆放形成挡风墙降低成本

图2 冬季应用挡风墙厚垫草牛均在舍外活动

(2)经济实力强的大规模养殖场设计封闭牛舍必须配置科学的环境控制系统，保证舍内水汽和有害气体排出。