人工LED光源在猪场养殖的应用研究

文│童玉珍（北京大学东莞光电研究院、北京大学宽禁带半导体研究中心高安研究院、北京大学物理学院）

张国义（北京大学东莞光电研究院）

陈聪 刘涛（北京大学宽禁带半导体研究中心高安研究院）

胡志平（佛山市馨园照明科技有限公司）

随着工业化养猪业的兴起和非洲猪瘟等疾病的发生，猪场空气、光照、温湿度等环境因素受到更多关注。但光照对猪的影响往往被忽视。其实光有很好的杀菌效果，而且光能影响动物的新陈代谢、日常行为、生长周期、繁殖性能等，与动物生长发育有直接关系。通常情况下，猪舍光照分为自然光照射和人工补光两种，随着猪场规模化发展及猪瘟的影响，大跨度、全封闭式猪舍越来越多，高密闭性猪舍光源基本依赖于舍内人工照明系统。如何利用LED人工光源调节猪的生长节律，提高生长速率，降低死亡成为行业关注热点。

笔者研究不同光谱和光配方对猪生长各个阶段的影响，针对现代化全封闭式猪场研发了一款提升猪福利、促进其生长发育的LED光源（以下命名为AP光源）。通过采用该AP光源，分别在保育栏、育肥栏、后备母猪栏、分娩栏进行不同形式的光照养殖试验，研究该LED光源对不同阶段猪的影响，并进行效益分析。

一、光照养猪技术原理

1.猪的视觉。猪与人的感光曲线存在一定差异。人眼在明视觉条件下对555纳米波长的光较为敏感，而猪的可见光谱范围为380~694纳米，猪的视觉是两色的，眼睛里有两种辨别颜色的视锥，对439纳米和556纳米的光最为敏感，猪的全景视觉为310°，这使猪更容易发现危险并及时作出响应。此外，猪的眼睛对350～400纳米的紫外线波段存在视觉响应，对红光视觉不敏感，即猪眼球视网膜能感知紫外线响应，同时对波长650纳米以外的光为盲区。

2.光照技术对猪的影响原理。光照对猪的生长发育影响比较复杂。

（1）刺激视神经。猪通过视觉可感应到光，看见外界事物，从而选择性觅食。光照射在眼睛上引起视网膜兴奋，动物视网膜外的光受体受到光刺激，将产生的光信号转化为神经冲动，通过视神经将兴奋传递到大脑皮层的视觉中枢，再由视觉中枢传递到下丘脑刺激丘脑分泌褪黑素，从而调控猪的行为和生命节律。

（2）作用于下丘脑（松果体）。下丘脑受到刺激后会分泌促性腺激素（GnRH）、促甲状腺释放激素（TRH）、促肾上腺皮质激素（CHR）等，这些激素又会经下丘脑—垂体门脉循环作用于垂体前叶。其中促性腺激素释放激素作用于垂体前叶，控制和调节机体内激素的分泌，影响其行为和节律。同时，光能通过视神经作用于松果体，减少褪黑激素的分泌，后者又经下丘脑作用于垂体前叶，促使垂体前叶分泌促卵泡素（FSH）、促黄体素（LH）、促甲状腺素（TSH）、促肾上腺皮质激素（ACTH）等激素，这些激素分别作用于性腺、甲状腺、肾上腺，促使其产生相应激素，直接影响机体生长发育和繁殖性能。

（3）刺激皮肤、作用于皮下组织腺体。通过光照，部分光会穿过表皮和真皮到达皮下组织。光作用于皮下组织腺体，使其分泌激素，从而影响机体造血功能，改变猪的生理状态，提高免疫力、改善睡眠、促进生长。

二、试验设计

1.人工光源设计。基于以上原理，研究不同光谱和光配方对猪生长各个阶段的影响，针对现代化全封闭式猪场及养猪业痛点，自主研发了一款可以调节猪生长节律、促进其生长的LED光源（AP光源），笔者利用AP光源对不同阶段猪进行光照试验，探究并分析该光源对猪各生长阶段的影响。该AP光源主要涉及了两种特殊波段的光—红光和紫外光。

其中红光LED波长为660纳米，猪眼中的光感受器几乎无法检测到红光，因此，采用红光照明不会引起猪的应激反应，有利于猪生长发育。此外，红光可以穿过表皮层和真皮层到达皮下组织，从而影响机体造血功能，改善生猪生理状态，提高生猪免疫力，进而降低发病率，提高生长指标。

紫外光LED选用两种紫外波段的光加二氧化钛（TiO2）纳米材料的形式（采用北大核心外延片技术、衬底技术及LED封装技术，采用UVC＋UVA＋高分子材料所形成的UV光产品独特方案），采用UVC波段光可使50厘米照射范围内的病毒细菌一扫而光。由于紫外光只沿直线传播的特点，导致消毒易产生死角，采用结合二氧化钛纳米材料的形式能很好地解决这一问题，其原理如下列公式所示：

二氧化钛纳米材料在UVA紫外线作用下产生臭氧，分解氨气、净化空气、杀菌，臭氧浓度控制在0.008毫克/立方米（浓度过高会产生二次伤害，如呼吸道疾病等，浓度过低达不到杀菌灭毒的要求）。臭氧的弥散性能很好地实现无死角杀菌，同时还能去除舍内异味。灯具安装在1.8米左右的高度，这样既能起到明显的杀菌消毒效果，又不会影响猪的生长发育，从而为猪提供舒适的生活环境。

2.试验设计。本研究与广州、江西等地区的某些猪场合作进行试验示范，将猪分栏（保育栏、育肥栏、后备母猪栏、分娩栏）进行光照饲养试验，每栏都设有两组对比试验，即仅有人工LED光源（AP光源）光照的试验组和只有自然光照的对照组，每组3个重复，由时钟控制器控制光照时间，灯具安装位置不低于1.8米，试验方案如表1所示。

表1 不同栏的实验方案

（1）保育栏。选取两间猪舍，一间为试验组，一间为对照组。试验组灯具安装在高1.8米的位置，灯具之间距离2.5米，每天选择两个时间段进行光照，每个时间段光照W个小时。每间猪舍饲养180头仔猪，25天后获取对比数据，测量舍内猪的重量、出栏数等，分析其料肉比、日增重、死亡率等数据，连续3个月进行对比分析试验。

（2）育肥栏。试验组灯具高2米，间距3米，从猪入栏到出栏分4个不同时期进行光照试验，每天两个时间段光照，每个时间段分别光照X1，X2，X3和X4个小时。每间猪舍投放180头猪进行育肥试验。135天后获取对比数据，计算成活率、料肉比、日增重等数据。连续3个周期进行对比分析试验。

（3）后备母猪栏。试验组灯具高1.8米，每3头母猪1盏灯，每天选择两个时间段进行光照，每个时间段光照Y个小时。监测并记录母猪身体状况、繁殖系统发育、性成熟时间及受胎情况，对试验结果进行对比分析。

（4）妊娠/分娩栏。试验组中灯具高1.8米，每头母猪1盏灯，每天选择两个时间段进行光照，每个时间段光照Z个小时。监测妊娠母猪的生产时间、产仔数量、仔猪体重和成活率，最终对结果进行对比分析。

三、试验结果与分析

1.保育栏。结果发现，试验组中兽药、抗生素等药物使用量明显降低，气喘、腹泻等疾病发生率有所减少。由表2可知，AP光源养殖方案成活率显著提高，每头猪可多增重1.8～2千克并节省饲料2千克。也就是说，按灯的最低寿命为3年、每盏灯对应20头猪计算，保育栏的猪每年至少可养育10轮，每盏灯可实现保育栏出栏多增重600千克，节省饲料1200千克。这是因为通过前期试验我们优化了光照方案，其原理如下：适当的光周期能改善猪肾上腺皮质功能，调节甾体激素分泌，从而调节动物体内的水盐代谢和糖、蛋白质、脂肪三大营养物质的代谢，提高仔猪的机体免疫力；适当的光照时间和强度可以改善仔猪的疾病发生率和死亡率，增强机体免疫力，增强代谢活动，使仔猪生长速度加快，提高饲料转化效率。

表2 保育栏试验数据

2.育肥栏。对比发现，试验组中疾病发生率明显降低，药物使用量减少且毛色有所改善，屠宰后肉的品质更好。表3为育肥栏的部分监测数据，可以看出，通过AP光源养殖的育肥猪成活率更高，日增重量更多，料肉比更低，平均每头猪可多增长6千克，同时节省11.7千克饲料，按育肥栏每年养殖最低2.5轮计算，每盏灯可实现多增重360千克，节省饲料702千克的经济效益。

表3 育肥栏试验数据

产生这一结果的因素除了AP光源改善了猪舍环境外，还在于光对生猪身体机能也有所影响，光通过视觉系统刺激神经系统兴奋，减少褪黑素和其他神经抑制递质的分泌，刺激其对食物的需求，延长进食时间。光能刺激胃、肝等器官的发育，增加胰细胞ATP、LDH酶的活性，促进消化系统对饲料中蛋白质等营养物质的吸收，从而促进生长发育。此外，正如田卫华等总结所述，光还能促进GH的分泌，从而刺激细胞，增加mRNA等蛋白质合成所需的物质，从而促进蛋白质合成，增加瘦肉率，改善肉品质。

3.后备母猪栏。将后备母猪栏的试验结果进行对比分析发现，通过AP光源养殖的猪性成熟时间比对照组性成熟提前3～5天，且受胎率更高。这是因为AP光源光照方案一方面促进生长发育，另一方面刺激并维持母猪生殖道的发育。该光源很好地模拟了早晨和傍晚这两个更容易使家猪兴奋的时间段的光谱，有催情效果。通过调控家猪兴奋时间，从而提高发情率和配种率；有效刺激了下丘脑-垂体-性腺轴的活动，促进了黄体生成素、雌性激素等性腺激素的分泌；刺激中枢，使母猪出现发情状态，促进母猪卵泡成熟和排卵。

同时，AP光源作用于生猪养殖可以促进维生素D和钙的吸收，提高免疫力，防止疾病的发生；避免猪产生应激反应，使猪能多睡觉、多长肉，促进母猪繁殖系统的发育，使其提前进入发情期，有利于受胎和胚胎发育。

4.妊娠/分娩栏。由表4可知，试验组母猪平均产仔数为10.55头，以上这些产子母猪均为三元母猪，并且均为首胎，其首胎产子率远高于行业平均数据9.4、9.12。这是因为AP光照方案促进了生猪体内雌二醇及孕酮的分泌，增强了卵巢和子宫机能，有利于受胎和胚胎发育，减少妊娠期胚胎死亡率，提高产仔量；可以调节褪黑素的分泌节律，提高母猪哺乳及繁殖效率；采用适当的光照强度能有效提升初生窝重和断乳窝重。采用该AP光源可有效减少母猪产后贫血、胎儿营养不良、胎儿发育不匀、死胎、弱胎、畸形胎等现象，减少了仔猪黄白痢的发生，促进仔猪生长，提高了仔猪成活率；能降低病毒细菌带来的伤害，促进母猪造血功能，提升仔猪体质、母猪繁殖性能、动物福利，提高猪场经济效益。

表4 妊娠/分娩栏试验数据

四、总结

笔者将猪分栏养殖，分别在保育栏、育肥栏、后备母猪栏、分娩栏进行光照试验，通过采用适当的照明方案来调控生猪生命节律和生活环境，并取得显著成效。

（1）保育栏，兽药、抗生素等药物使用量明显降低，气喘、腹泻等疾病现象减少，成活率显著提升，每头猪可以增重1.8～2千克，并节省2千克的饲料。

（2）育肥栏，疾病率降低，成活率明显提升，药物使用量减少，每头猪可增重6千克，并节省11.7千克的饲料，屠宰后肉质更加鲜艳。

（3）该照明技术作用于后备母猪，可促进维生素D和钙的吸收，提高免疫力，防止疾病的发生，提高后备母猪福利；能促进母猪繁殖系统的发育，使性成熟时间提前，同时也有利于受胎和胚胎发育。

（4）该照明技术作用于母猪分娩阶段，能增强母猪造血机能，有效减少母猪产后贫血、胎儿营养不良、胎儿发育不匀、死胎、畸形胎等现象，减少仔猪黄白痢的发生，促进仔猪生长，提高仔猪成活率。

本文的照明技术对猪各个阶段均取得了良好的数据，使用该LED灯可有效提高生猪生长速度、生殖速度、毛发颜色和肉质，并有效降低料肉比、发病率和死亡率。可以得出，LED人工照明技术进入猪场能有效提高猪场生产力。利用最新的LED技术能节约能源，减少维护费，通过提高动物幸福指数来增加产能，为人们提供高品质食品。