北京市郊区典型奶牛舍冬季温热环境和空气质量的评价

文/陈 健 顾宪红＊ 彭丹丹

（1 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所；2 河南科技大学动物科技学院）

北京市是我国重要的牛奶消费地，被列为国家重点扶持的大城市郊区乳业优势发展地区[1]。随着当前京津冀奶业一体化协同发展模式的创新，其奶牛业的健康发展对京津冀甚至全国的奶牛业发展起到引领、带动和促进的作用。北京地区80%的奶牛养殖场牛舍为开放式或半开放式牛舍，奶牛养殖受外部自然气象条件影响较大[2]。影响奶牛产奶量的主要因素包括奶牛品种、营养和饲养管理、生理因素和饲养环境、疾病管理等。其中，温热环境和空气质量是重要的环境因素，前者影响牛舍内的温湿指数，从而影响奶牛自身的热调节，后者随着奶牛饲养密度的增加及排泄物的分解而发生改变，进而影响奶牛的健康及福利水平。

本试验通过测量北京市典型泌乳牛舍内外冬季不同时间段的温热环境因素（温度、相对湿度、风速）和空气质量指标（PM2.5、PM10、NH3、CO2）的变化，为北京市郊区奶牛舍的设计、奶牛养殖环境的改善和奶牛福利水平的提高提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验牛舍

该试验在北京市顺义区中地种畜良种奶牛科技园进行，该奶牛场共有5 栋泌乳牛舍，且5 栋泌乳牛舍的结构和布局完全一样，随机选取其中1 幢进行测定。试验牛舍为双坡屋顶开放式泌乳牛舍，牛舍长260 m，宽27 m，牛舍最高处距离地面8 m，最低处距离地面4.5 m。牛舍内有5 条通道，饲喂通道两侧各有1 排对头式双列卧床，每列牛舍内的采食通道和清粪通道宽3 m（图1），饲喂通道宽5 m。牛舍的南面为开放式，北面装有塑料卷帘，该卷帘在冬季放下，用于挡风保暖，其它季节都卷起，牛舍西面有一条挤奶通道。通过本课题组2016年对北京各个地区的62 家牛场调研发现，泌乳牛舍为开放式和半开放式的牛场比例达90%以上[3]，开放式的牛舍结构和布局与本试验所选择的牛舍相似或相同，因此本试验所选牛舍可以作为北京市郊区奶牛场的典型牛舍。

图1 牛舍立剖面结构图

图 2 泌乳牛舍温热环境和空气质量测量点示意图

1.2 奶牛的饲养管理

牛舍内自由卧床为橡胶垫，垫料为稻壳，通道地面为混凝土凹槽地面，粪便用自动刮粪机清除。该舍内饲喂高产荷斯坦奶牛约500头，每天07：00、14：00、19：00用TMR日粮搅拌车对该舍奶牛喂料。奶牛每天挤奶3 次，挤奶时间段为07：10-09：10、14：40-16：30、21：20-23：00。奶牛自由采食、自由饮水，除了采食和挤奶，奶牛大部分时间在卧床上躺卧。11：00、12：00-13：00、14：00-15：00、16：00-17：00、18：00-19：00。每个时间段的测定指标为牛舍内外的温度、相对湿度、风速、PM2.5、PM10、NH3、CO2。各指标采样点如图2所示，1、3、4、6测点位于卧床上，距离牛舍两边端墙均为50 m；2、5测点位于牛舍中部卧床上；7、8测点位于饲喂通道上，距离端墙上门60 m；9、10测点位于牛舍纵向中间外，距离牛舍南北两侧面1 m。泌乳牛舍内的南面即向阳面为1、2、3共3 个测点位置，北面即背阴面为4、5、6共3 个测点位置，饲喂通道为7、8共2 个测点位置。测定高度为奶牛站立时头部所在高度，距离地面1.5 m。各指标在每1 个采量点每个测量时段连续测量3 次，取均值。

1.3 试验设计

根据天气预报选择北京地区冬季7 天稳定的典型冬季天气条件进行测定，具体测定日期为2017年1月11～17日。每天测定的时间段为08：00-09：00、10：00-

1.4 试验仪器与设备

温度和相对湿度测量使用testo 625手持式温湿度仪（德国德图）；风速测量使用testo 425手持式风速计（德国德图）；PM 2.5和PM 10测量采用微电脑激光粉尘仪（北京绿林创新数码科技有限公司LD-5C系列）；NH3浓度测量用多气体检测仪（美国英思科公司MX6 IBRID）；CO2浓度测量利用testo 535 二氧化碳测量仪（德国德图）。

1.5 统计分析

利用Excel 2010对各个指标7 天的数据进行整理。用SPSS 20.0对不同时间段和不同位置的数据进行单因素ANOVA方差分析，并用Duncan's法进行多重比较；对舍内和舍外数据进行独立样本t检验分析。以P＞0.05为差异不显著，以p＜0.05为差异显著，以p＜0.01 为差异极显著，数据表示为平均值±标准差。

2 结果

2.1 泌乳牛舍内温热因素和空气环境指标的日变规律

由表1可知，泌乳牛舍内的温度随时间的变化先升高后降低，在08：00-09：00时间段最低，14：00-15：00时间段最高；相对湿度先降低后升高，08：00-09：00时间段最高；14：00-15：00和16：00-17：00两个时段风速显著高于其它时段风速（p＜0.05）；PM2.5、PM10、NH3和CO2浓度在18：00-19：00时段显著高于其它时间段（p＜0.05）。

2.2 泌乳牛舍内不同位置的温热因素和空气环境指标的变化

由表2可知，牛舍内的PM 2.5和PM 10各位置间无显著性差异（P＞0.05）。向阳面的温度极显著高于向阴面（p＜0.01）；向阳面的相对湿度显著低于其它位置（p＜0.05）；向阳面的风速极显著高于其它位置（p＜0.01）；向阴面的NH3浓度极显著高于其它位置（p＜0.01）；向阳面的CO2浓度极显著低于其它位置（p＜0.01）。

表1 泌乳牛舍内不同时段温热因素和空气环境指标

表2 泌乳牛舍内不同位置的温热因素和空气环境指标

2.3 泌乳牛舍内外的温热因素和空气环境指标的变化

由表3可知，泌乳牛舍内外的PM 2.5、PM 10无显著性差异（P＞0.05）。舍内的温度极显著高于舍外（p＜0.01）；舍内的相对湿度显著高于舍外（p＜0.05）；舍外的风速显著高于舍内（p＜0.05）；舍内的NH3和CO2浓度显著高于舍外（p＜0.05）。

表3 泌乳牛舍内外温热因素和空气环境指标

3 讨论

3.1 泌乳牛舍内不同时段的温热环境和空气环境指标

3.1.1 牛舍内不同时段温度和相对湿度的变化

空气温度是影响家畜健康和生产性能的首要温热因素[4]。在没有降温和保暖设施的牛舍中，牛舍内温度主要是由牛体自身产热、太阳辐射、牛舍通风换气等综合决定。研究发现，当环境温度低于-5 ℃时，奶牛的产奶量和生理机能均受到明显影响，出现冷应激反应[5]。牛舍内的空气湿度主要来自于家畜的呼吸、牛舍潮湿地面、粪尿和垫料等。空气湿度会影响奶牛体表水分蒸发，阻碍牛体散热，干扰牛体热调节。

本试验所测的牛舍为开放式，舍内温度和相对湿度的变化受外界温热环境影响比较大。对牛舍内的温热环境测定发现，温度在14：00-15：00时间段较高，在08：00-09：00较低。整体变化趋势与舍外自然变化规律一致，在所测的时段里，奶牛未受到冷应激的影响。

3.1.2 牛舍内不同时段风速的变化

牛舍内的风速可对牛体热平衡产生影响，并且其影响程度受气温的制约。试验所测牛舍内的风速在14：00-15：00和16：00-17：00两个时段高于其它时段。不同时段的风速小于1 m/s，均未超过畜禽场环境质量标准[6]。

3.1.3 牛舍内不同时段粉尘的变化

除牛舍建筑类型和饲养工艺之外，舍内温湿度、风速、清粪方式以及奶牛行为等[7]均可能会对舍内空气环境中的粉尘浓度造成影响。奶牛舍内粉尘数量与乳腺炎存在显著的正相关[8]。温度和湿度对空气环境中的粉尘浓度有着直接的影响，高温更容易使饲料粉末、粪末以及尘土悬浮于空中[9]。本试验结果显示，18：00-19：00时间段牛舍内粉尘浓度（PM 2.5、PM 10）大于其它时段，但整体都小于2 mg/m3，符合畜禽场的环境质量标准[6]，并未达到危害水平。

3.1.4 牛舍内不同时段NH3的变化

NH3无色，具有刺激性气味，比重较小，主要来源于厌气菌分解粪便、饲料与垫料中含氮有机物[10]。本试验结果表明，18：00-19：00时间段的NH3浓度高于其它时段，NH3浓度最高为2.47 mg/m3，根据畜禽场环境质量标准[6]，NH3最高上限为20 mg/m3，表明该牛舍NH3浓度在冬季符合生产标准。

3.1.5 牛舍内不同时段CO2的变化

牛舍内的CO2主要来自奶牛的呼吸和粪便的代谢。若牛舍内CO2浓度较高，说明畜舍通风不良，导致氧气含量下降、其它有害气体含量增高。本试验结果表明，CO2浓度在18：00-19：00明显高于白天其它时段，但是远低于畜禽场环境质量标准中的最高上限2 946 mg/m3[6]。

通过对牛舍内空气环境指标测定发现，粉尘、NH3、CO2浓度在18：00-19：00时间段高于其它时段，变化规律和李保明等[10]研究的结果相似。主要是因为该时段奶牛活动量相比白天小，大部分牛都在对头式的卧床上躺着进行反刍。同时，由于该时段风速较小，牛舍内的空气流动变差，导致该时段的空气质量指标变高。

3.2 泌乳牛舍内不同位置的温热因素和空气环境指标

该类型牛舍的向阳面平均温度要比向阴面高，但该位置的风速较大，牛舍内整体的温热环境对奶牛的影响不会因为位置不同而出现较大差异。由于向阴面的温度较低，牛舍地面上的粪便、尿液及其它液体由于天气作用会结冰，自动刮粪机不能及时的清除，同时牛舍北面的塑料卷帘会在该季节放下，向阴面的空气流动变差，从而导致向阴面的NH3、CO2浓度较高。

3.3 泌乳牛舍内外的温热因素和空气环境指标

对牛舍内外温热环境和空气质量的测量可知，在所测的时段，牛舍内的温度比牛舍外的温度高，牛舍内的风速比牛舍外的风速小。虽然由于牛舍内奶牛的活动及其它原因导致牛舍内的NH3、CO2浓度较牛舍外的高，但都低于畜禽场环境质量标准。说明该类型的牛舍在冬季会起到一定的防寒作用，牛舍内的空气质量对奶牛的影响较小。

4 结论

本试验通过对北京地区典型开放式奶牛舍冬季温热因素和空气环境指标的测定发现：在所测的时段里牛舍内的奶牛未处于冷应激状态；该牛舍内的粉尘、NH3和CO2的浓度符合生产标准，但18：00-19：00时间段牛舍内的空气质量比其它时段差。牛舍内温度高于舍外，表明该开放式牛舍在冬季具有一定的防寒作用。