张掖地区围栏育肥牛场防风墙后不同风速对肉牛场环境及肉牛生产性能的影响

熊浩哲，陈昭辉，徐一洺，杨 皓，刘继军

（中国农业大学动物科学技术学院，动物营养学国家重点实验室，北京 100193）

近年来，我国肉牛产业发展迅速，目前已形成西北、中原、东北、西南4 大产业带，肉牛存栏量、屠宰量和牛肉产量约占全国90%[1]。其中西北地区幅员辽阔，农牧资源丰富，肉牛产业发展潜力大，但该地区冬季大风天气频繁，冷风与低温条件会给牛带来巨大的冷应激，导致牛只机体健康及生产性能下降，严重影响企业的经济效益[2]。对此，人们在重视饲养管理的同时，对饲料配方以及动物生理生化方面进行了大量的研究工作且取得显著成效。但目前人们对于养殖环境的重视程度不够[3]，这大大限制了肉牛生产水平的提高。防风墙作为一次性投资设备，具有长期收益、日常维护费用低等优点，减风效果最大可达80%[4-5]。因此，围栏育肥牛场可利用防风墙缓解肉牛冷应激，减少冬季牛在围栏育肥牛场的热量损失、提高生产性能、节省饲料成本。目前对于防风墙在肉牛生产中的应用效果研究较少，因此探究防风墙对提高肉牛生产性能的作用具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验肉牛场与防风墙设置 试验在甘肃省张掖市沅博农牧公司的围栏育肥牛场（38.93 ° N，100.46 ° E）进行。张掖为大陆性气候，较为干燥，1 月日均最低温度-17℃，日均最高温度0℃；2 月日均最低温度-14℃，日均最高温度4℃。历史极端最低温度为-28℃，日间温度变化较平稳。冬季主导风向为西北风，历史最大风速达28 m/s。试验肉牛场处于西北朝向，长230 m、宽400 m。分成4 个单元，每个单元设置1 道镀铝锌刚性防风墙，长235 m、净高7 m。防风墙间距为100 m，设计风压为0.5 kN/m2，预计在4 m 的高度范围内，水平距离100 m 内风速折减率可达50%。防风墙面积为1 645 m2（未扣除门洞处面积），中间孔φ25 mm、两侧孔φ16 mm、边缘孔长30 mm、宽14 mm，防风墙孔隙率为30%。防风墙与试验牛场平面图见图1、图2。

1.2 试验牛及日粮 牛栏对年龄、体重相近的西门塔尔杂交牛、安格斯杂交牛进行散栏饲养。选取初始体重差异不显著的40 头牛随机平均分布在第2 排与第4 排的九、十列牛栏中，依次表示为牛栏Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，如图3 所示。

图1 防风墙现场图（正视图）

图2 围栏育肥牛场总平面图

图3 围栏育肥牛场试验单元平面图

试验阶段肉牛日粮精料量为4.7 kg/（头·d）。精料配方：玉米63%，豆粕5%，菜饼5%，麸皮5%，棉粕14%，预混料5%，小苏打1%，食盐2%。每天08：00 和15：00 进行饲喂，试验期间全天不清粪，肉牛自由采食、饮水采用电加热水槽。

1.3 测定指标与方法 试验日期为2018 年1 月27 日—2 月10 日。牛场每个单元内设置4 排牛栏，每排11 列，长18 m、宽18 m，每个栏位饲养10 头牛。试验期间在第二道防风墙后，选择Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ牛栏作为测定牛栏，在1 月27 日以及3 月4 日测定牛的体重，并以此计算日增重。同时通过牛场各位点风速的对比，分析防风墙的风速折减效果以及风冷效应对肉牛生产性能的影响。环境测定指标包括温度、风速，参照Brandle[2]、陈凯等[4]试验中的测点位置同时考虑牛场的实际状况进行布点。

1.3.1 风速 风速测定高度均为1.2 m，测定时间为风速较大的时间段 15：00—17：30。防风墙高度7 m，记为H。在中轴线上，测量距防风墙1H、2H、3H、5H、8H、10H、14H（7、14、21、35、56、70、98 m）的风速（此方向为下风向），同时以距防风墙中点上风向方向10H处的风速作为参照风速。测点与牛栏的相对位置如图4所示。

图4 布点与牛栏相对位置示意图（俯视图）

式中，μ 为风速折减率（%），μ 越大则减风效果越好；V 监为监测点风速（m/s）；V 对为实测点风速（m/s）。

式中，α 为水平遮蔽距离，无纲量；L 为测量点离挡风墙的距离（m），防风墙前用负值表示；H 为防风墙高度，本试验中防风墙高7 m。

1.3.2 风冷指数（WCI） WCI 是将风速和气温结合起来从而反映寒冷程度的一个重要指标，最初用来反映人的体感温度。当风速为15 km/h，气温为-10℃时，WCI 为-17，这意味着人体感受到的寒冷程度与无风时-17℃一样。在2001 年，加拿大气象中心对原先的WCI 加以修改及优化，得到了针对家畜WCI 的计算公式：

式中，Tair为空气温度（℃）；V 为风速（km/h）[6]。

1.3.3 畜体热量损失 20 世纪70 年代，Webster 等[7]探索出了用风速和环境温度计算肉牛热量损失的公式：

式中，H 为畜体的热量损失（Mcal/m2·24h），T 为空气温度（℃），V 为风速（m/min）。

畜体表面积的计算采用CIGR Handbook 中提出的公式[8]：

式中，S 为畜体的体表面积（m2），W 为体重（kg）。

1.3.4 测定方法 本试验采用现场实测，利用仪器测定各布点的风速与温度。试验器材见表1。

1.4 统计分析 用Excel 2013 进行试验数据的整理、制表和作图，采用SPSS 20.0 统计软件对试验数据进行方差分析，用Duncan's 法进行多重比较，结果以平均值±标准差表示。以P＜0.05 表示显著差异。

2 结 果

2.1 风速折减效果 为了便于分析风速折减效果， 在此利用风速较大的3 d（2 月2 日、2 月4 日、2 月7 日）的风速测定结果进行风速折减效果的拟合，结果如图5所示。

图5 风速折减效果回归曲线

得 到 回 归曲线公式：μ=0.000 6α3－ 0.014 6α2+ 0.076 1α + 0.600 3，其相关性系数R2=0.771 5。根据回归曲线公式对其进行数值积分，并将积分结果除以积分区间长度即为积分区间内风速平均折减率，计算得到沿中轴线方向各区段的平均风速折减效果。如表3 所示，沿着中轴线方向的风速折减率呈现先增加后缓慢降低的趋势；风速折减最佳区域在2～4 倍墙高的范围内，可达70%；在距防风墙6 倍墙高后，减风效果下降并趋于平缓，但依旧可达65%左右。

2.2 环境差异分析 选取最靠近牛栏的位点进行数据分析（表4），Ⅰ、Ⅱ牛栏的风速折减率显著高于Ⅲ、Ⅳ牛栏（P＜0.05）。可见，防风墙可有效降低风速。

表4 风速折减率

2.3 风冷指数及温度 在试验期间，选择在风速较大的2 月7 日测量牛场在中轴线方向上各位点在1.2 m 高度处的温度与风速，计算得出各点的WCI 结果如表5 所示。

当天不受防风墙庇护区域的温度为-9.0℃，与牛栏内温度最高位点A 点相差2.3℃，而在水平距离8H（即E 点）之后，牛栏内温度与外界温度差别不大。计算得到当天不受防风墙庇护的墙外WCI 为-15.61。根据WCI 数值可将冷应激程度划分为：轻度冷应激-25＜WCI ≤-10；中度冷应激-45 ＜WCI ≤-25；高度冷应激-59＜WCI ≤-45；极端冷应激WCI ≤-59[8]。与不受防风墙庇护的区域相比，防风墙后的WCI 普遍较低。其中，WCI 差值最大达到6.61，WCI 在B 点达到最小值-9.00。

表1 试验器材

表3 中轴线方向水平遮蔽距离各区段的平均风速折减效果

表5 各布点WCI 及温度

2.4 日增重 如表6 所示，在肉牛初始体重无显著差异条件下，Ⅰ、Ⅱ牛栏与Ⅲ、Ⅳ牛栏内肉牛的日增重无显著差异（P＞0.05）。

表 6 不同牛栏肉牛日增重 kg/头

2.5 热量损失 本次试验中，肉牛平均体重为480 kg，第1 排牛栏到第4 排牛栏的肉牛热量损失分别为44.60、45.02、46.48、46.94 MJ/（头·h）。而在无防风墙遮蔽的情况下，畜体热量损失为47.91 MJ/（头·h）。

3 讨 论

3.1 防风墙的风速折减效果 本试验中，防风墙后的最佳遮蔽区在2～4 倍墙高位置处；水平遮蔽距离10 倍墙高的范围内，基本能达到50% 左右的风速折减效果，满足设计要求。然而水平遮蔽距离大于10 倍墙高后，减风效果大大下降，风速折减率不足50%。该结果与王泽涛[9]、陈延国等[10]以及陈凯等[4]的风洞实验结果在趋势上较为吻合。因此，在防风墙设计时，防风墙应布置在距遮蔽目标2～4 倍墙高处，同时墙高至少应为理想遮蔽距离的1/10。但风洞实验表明防风网将使来流风速明显降低，最多可达80%，这与本试验中风速最大折减率为70% 存在一定的偏差。差别原因主要在于测试环境和测试条件不同，现场实测条件复杂，牛群的分布、活动等对整个风场有一定影响。同时在测试时，风向不能保持与风速值严格对应。因此，在实测过程中存在着很多不确定因素，但这些结果经过多次实测及数据整理，实测数据能真实反映实测现场情况。

3.2 防风墙对环境的影响 由于防风墙减小了各位点的风速，提高了各位点的温度，使WCI 降低，畜体所感受到的温度得到显著提高，从而提高了冬季生产效益。在外部温度为-9℃的条件下，安装防风墙的围栏育肥牛场温度最高可达-6.7℃，差值达到2.3℃。在外部WCI为-15.61 的情况下，牛场的WCI 最大达到-9.00，差值达6.61。

3.3 防风墙对肉牛日增重的影响 当气温下降动物自身无法使机体温度维持正常时，肉牛必须通过提高代谢率以增加热量，这将造成肉牛生产性能下降、饲料报酬低等一系列问题[11]。本试验结果表明，在肉牛平均体重为480 kg 的条件下，利用防风墙可有效减少肉牛热量损失3.31 MJ/（头·h），因此可减少肉牛维持机体温度需要额外产生的热量。Hickey 等[12]试验表明，防风墙不会显著提高肉牛的日增重，与本研究结果一致。受防风墙庇护的肉牛活体重更高，并且脂肪含量更高[12]。脂肪组织具有产热作用，可燃烧糖和脂质来维持产热平衡[13]，从而有效缓解冷应激。因此，可以认为，在围栏育肥牛场采用防风墙虽无法显著提高肉牛的日增重，但可能有利于肉牛的脂肪沉积，提高动物福利。

4 结论与建议

本试验表明，在水平遮蔽距离10 倍墙高的范围内，1.2 m 的高度处减少70%左右的风速；最佳风速折减区处于距墙后2～4 倍墙高水平遮蔽距离内，并且在8 倍墙高以内能使风速减少50%；在围栏育肥牛场采用防风墙能提高肉牛体感温度，有利于冬季肉牛的饲养。

基于以上结论，建议在每个牛栏内设置1 道防风墙，并适当降低其高度至2.5 m，以达到理想的挡风效果。另外，可进一步研究其对牛肉质量的影响。