哺乳犊牛饲养模式与环境调控技术研究进展

赵婉莹，施正香*，李 浩，王朝元

（1.中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083；2.农业农村部设施农业工程重点实验室，北京 100083；3.北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心，北京 100083）

犊牛是指初生至6月龄的牛，按照其生产管理的需要，又可将犊牛期分为初生期（出生后7～10日龄）、哺乳期（初生期后至60日龄）和断奶期（断奶后至6月龄）。由于犊牛的饲养不能直接与经济效益挂钩，牛场对犊牛环境管理较为简单粗放。在中国，死亡奶牛中50%～60% 发生在犊牛阶段，特别是哺乳犊牛（0～2月龄）。在奶牛生产系统中，犊牛生活在一个复杂的社会环境中。关于犊牛的饲养，奶牛行业标准做法是在犊牛出生后立即将其与母牛分开，对犊牛进行单独饲养。犊牛期是奶牛一生中开发潜力最大、饲养利用率最高的时期，但该阶段犊牛的抗逆性较差、消化机能尚不健全。

饲养管理差会增加犊牛的患病率与死亡率，延缓生长，延长初次受胎成功的时间，从而影响奶牛场的整体效益。据估计，每年每头哺乳犊牛在肠道和呼吸道疾病上的花费分别为33.46美元和14.71美元。因此，加强犊牛饲养环境管理有利于为牛群动态平衡发展提供后备力量，增加牧场整体效益。哺乳犊牛的饲养有舍外犊牛岛饲养、舍内单栏饲养、舍内群养、放牧饲养、舍外散养等多种方式。其中，根据建筑形式的不同，规模化舍外犊牛岛饲养和舍内饲养；根据群体大小的不同，分为单栏饲养、成对饲养和群体饲养。饲养模式的不同会导致哺乳犊牛的管理方式及生存环境的不同，这对于犊牛各方面的影响不容忽视的。因此，本文综述了犊牛的环境需求及不同饲养模式下哺乳犊牛的环境管理要点，以期为犊牛的环境管理提供一定的理论指导。

1 犊牛对环境的基本要求

犊牛出生前后，经历了从母体子宫环境到体外自然环境、由依靠母乳生存到依靠采食植物性为主的饲料生存、由反刍前到反刍的很大生理环境的转变，因此需要更为稳定的环境。影响犊牛健康和生长性能的环境因素包括温度、湿度、风速、有害气体浓度、粉尘和微生物等。

新生犊牛的体温调节能力发育不够成熟，其环境适应能力低于成牛。环境温度过高和过低都会对犊牛健康和生长状况产生负面影响。犊牛热中性区一般是在15～25℃。由于较高的表面/质量比和较差的皮肤组织绝缘性，刚出生的犊牛特别容易产生热量损失，更易遭受冷空气影响。犊牛的下限临界温度因其年龄、饲料采食量、皮下脂肪厚度及被毛的长度而异，出生1日龄犊牛的下限临界温度是13.4℃，随着日龄增加下限临界温度逐渐下降，1月龄时下限临界温度为6.4℃。机械通风犊牛舍湿度要求为60%～80%，供暖犊牛舍内湿度要求为40%～70%。每头犊牛冬季最小通风量推荐值为25 m/h，冬季犊牛生存空间区域风速需低于0.5 m/s，在夏季为达到一定的降温效果，风速至少应该高于1 m/s。在夏季，0.2 m/s左右的风速对半月龄以下犊牛没有负面影响，但会显著降低半月龄以上犊牛的免疫状况。犊牛热应激临界温湿指数（THI）为78，当THI超过88时，犊牛呈现严重热应激。有研究表明，THI<50时犊牛呼吸道疾病和腹泻的发病率显著高于THI>71时，日本黑牛在刚出生时比较容易受到冷环境影响，在出生3个月之后容易受到热环境影响。一项在墨西哥北部进行的研究表明，21日龄内的犊牛死亡率与THI呈现负相关关系，高温（THI>84）对犊牛死亡率影响较小，而低温会显著增加犊牛死亡率。因此，犊牛环境应该避免严寒，以此减少犊牛损失。

相对于成乳牛，犊牛更易受到环境污染物的影响。瑞士的动物福利法规要求犊牛舍氨气浓度应低于7.0 mg/m。在德国监测部分犊牛舍内氨气浓度平均值为2.6 mg/m；加拿大典型犊牛舍内氨气浓度为3.5～7.0 mg/m，显著低于加拿大国家要求（17.5 mg/m）。通风良好的犊牛舍内的空气微生物浓度一般为5 000～30 000 cfu/m。

2 饲养模式对犊牛健康和生长发育的影响

哺乳犊牛最自然的饲养模式是跟随母牛进行生活，但是考虑到经济成本（给犊牛饲喂代乳粉或不能售卖的牛奶成本更低）和管理因素（便于成乳牛集中挤奶），牧场一般会在犊牛出生24 h内将其与母牛分离进行单栏饲养、成对饲养或者群体饲养（每栏犊牛超过3头）。根据建筑形式，犊牛饲养模式分为舍内饲养和舍外犊牛岛饲养。

2.1 饲养模式对犊牛健康影响的现状 不同国家对犊牛饲养方式的选择存在一定的区别，具体信息见表1。在巴西南部（2014年），大多数的犊牛饲养为单栏饲养，舍内单栏为56%，舍内群养为26%，放牧饲养为12%，犊牛岛饲养为6%，调研牧场对犊牛死亡率和患病率没有记录。2010年，美国有78.9%的牧场断奶前犊牛的饲养方式是单栏，其中42.1%的是舍外犊牛岛饲养，36.8%的犊牛进行舍内单栏饲养，有15.8%的牧场表明断奶前犊牛使用舍内群养，其他饲养方式为5.3%，哺乳犊牛患消化系统疾病的比例为25.3%，患呼吸系统疾病的比例为18.1%，其他疾病为2.2%。在欧洲中西部，在进行舍内饲养时，有60%的奶牛舍使用单栏饲养，剩余40%为舍内群体饲养，对犊牛患病和死亡率未进行统计。在加拿大魁北克，7.4%的断奶前犊牛在犊牛岛饲养，80.5%使用舍内单栏饲养，12.1%使用舍内群体饲养，对犊牛患病和死亡率未进行统计，这可能是由于魁北克冬季平均温度为-10～-25℃，犊牛在舍外饲养容易遭受冷应激，所以犊牛岛模式占比较少，舍内饲养模式占比多。一个针对澳大利亚犊牛饲养管理的调研（2019）结果显示，哺乳犊牛的患病率和死亡率分别为23.8%和5.6%；4.7%的奶牛场中的犊牛是进行舍外犊牛岛饲养，2.8%为舍内单栏饲养，其余均为舍内群养。2014年关于捷克的哺乳犊牛饲养模式调查结果显示犊牛岛占比达到了74.3%。总体可以看出，在同一个国家里，舍内单栏和犊牛岛这两种饲养模式的占比高于舍内群养。

表1 不同国家/地区哺乳犊牛饲养模式占比及患病率、死亡率 %

2.2 群体大小对犊牛的影响 哺乳犊牛单栏饲养有利于减少攻击和社会竞争，防止疾病的接触传播，但单栏饲养的活动空间有限，个体之间交流的机会少，容易产生犊牛行为、生长性能和生理性能上的差异，合群之后会出现更多的恐惧和攻击行为。群体饲养则为犊牛提供更多的活动空间，有更多的接触和玩耍行为，是认为具有动物福利的一种饲养方式，单栏饲养的犊牛在合群后会出现反弹式的玩耍行为，同时研究认为群养犊牛（4头/栏）应饲养至断奶后2周再进行混群更有利于犊牛生长，但个体之间的相互吮吸会增加患病风险。成对饲养成为折中的饲养方式，该饲养方式为犊牛提供了一定的社交行为，同时也限制了传染病的传播。有研究对比了成对饲养和单栏饲养对犊牛的影响，发现成对饲养增加了犊牛之间的社交行为，且没有提高犊牛粪便中5种最常见病原体微生物（牛冠状病毒、牛轮状病毒、大肠杆菌、艾美尔氏菌和副伤寒菌）以及3种最常见呼吸道致病菌（副流感病毒、牛呼吸道合胞体病毒和牛冠状病毒）水平。成对饲养犊牛的生长速率、采食量、躺卧时间和健康状况均与单栏饲养相似。有报道指出，成对饲养的犊牛采食量高于单养，受断奶应激的影响更小，且断奶后生长性能更好。也有研究表明，成对饲养比单栏饲养的犊牛具有更高的日增重和体重，且具有更少的非营养性吮吸行为（8.15%vs.21.5%）。相对于单栏饲养，成对饲养的犊牛具有更高的认知能力。犊牛倾向于选择更为熟悉的个体作为同伴，成对饲养有利于缓解犊牛断奶合群时的应激。

普遍认为群体饲养增加了犊牛个体之间的接触，产生交叉吮吸等异常行为，增加患病风险，但犊牛的患病情况与舍内环境状况和群体大小有显著关系，特别是在密闭通风较差的犊牛舍，空气质量、病原菌浓度和患病情况显著相关。舍内群养数量为6～9头的犊牛比12～18头更健康，降低群体大小有利于减少犊牛患呼吸道疾病的风险。有研究认为与单栏饲养的犊牛相比，小群饲养的犊牛需要进行药物治疗的天数更少，这表明对犊牛进行小群饲养不会增加疾病传播的可能性、治疗的频率以及持续时间。群体饲养有利于犊牛保持核心温度，降低冷应激影响，有利于犊牛快速适应环境的变化。随着人力成本的增加和犊牛饲喂智能化设备的发展，越来越多适用于群养的犊牛饲喂器被应用，而单栏饲养和犊牛岛饲养都较难以实现犊牛的智能化饲喂。

2.3 饲养模式与工程技术之间的关系 影响犊牛饲养模式的主体包括牧场、人们和动物本身。好的饲养模式需要建立在对犊牛天性充分了解的基础上，通过一定的工程技术来实现，才能做到现代技术和自然天性之间的交叉融合。

鉴于犊牛出生后与母亲分离，人们研制出自动饲喂器，尽管自动饲喂器无法完全模拟成乳牛，但在最大程度上满足了犊牛吮吸和自由采食的天性。Medrano-Galarza等调研加拿大670家牧场，其中使用自动饲喂器的奶牛场占比16%；使用自动饲喂器饲喂犊牛的奶牛场使用的饲养方式全部为舍内群养，其中58%的群养头数为10～15头/栏，25%为<9头/栏，14%为16～20头/栏，3%为21～40头/栏，使用自动饲喂器饲喂的犊牛和手动饲喂的犊牛在第1周具有相似的采食量，在第1个月时前者高于后者。Jorgensen等调研表明使用自动饲喂器的平均哺乳犊牛群体大小为17.8头/栏，有的牧场可达到20～25头/栏。随着数字化、智能化技术的发展，饲喂系统可通过耳标个体识别，详细记录犊牛个体表征和各种生产信息，为犊牛精准化管理、减轻劳动强度提供技术保障。自动化、智能化技术的应用也促进了饲养模式的改变。为提高设备利用效率，需要将犊牛单栏饲养转变为群养方式，否则，昂贵的设备成本不利于牛场获取效益。群养条件下，犊牛的健康、生长发育和行为习性会受到饲养密度和空间环境的影响，而群体大小对其影响较小。犊牛每增加1 m的饲养空间，其耳朵和眼部评分较小（评分越小，犊牛越健康）的可能性会分别增加10.4%和7.7%，饲养密度增加比通风更能影响空气病原体的密度。但群养犊牛舍内的通风依然是不可忽视的重要部分。

3 犊牛饲养环境调控技术应用及存在问题

犊牛饲养环境调控技术主要应用对象为哺乳犊牛，并主要应用于舍内和犊牛岛，主要研究内容为寒冷季节的保温、供暖和通风以及炎热季节的降温隔热。

3.1 寒冷季节保温、供暖及通风 潮湿、寒冷的环境对冬季出生的犊牛是一个重大挑战，这种环境使犊牛更易患肺炎和遭受冷应激，因此必要的保温、供暖措施至关重要，冬季畜舍环境调控的主要矛盾为保温和通风，这种矛盾在犊牛舍同样存在。

最常见的保温方式为垫料，垫料可以为哺乳犊牛提供松软的躺卧环境，同时起到一定的保温效果。常用的垫料类型为稻草、稻壳、沙子、秸秆等，根据垫料的厚度对其进行评分，分数为1、2、3（犊牛躺卧在垫料上，腿全部暴露在外面为评分1，一部分腿暴露在外面为评分2，犊牛身体陷入垫料里，腿没有暴露在外面为评分3）。冬季垫料厚度推荐值为15～20 cm。此外，犊牛夹克也可以保护犊牛抵御寒冷。当犊牛脱下夹克后，往往需要采食更多的精饲料来维持自身热量。常见的防寒措施除了增加保温外，还可以通过增加整体供暖和局部供暖的方式实现。而整体供暖的前提是需要保证建筑的热工性能。建筑围护结构热工性能是决定舍内环境的重要因素，影响着舍内温度高低及其分布的均匀性。冬季建筑围护低限热阻是在舍内外温差波动作用下，保证围护结构内表面不结露和防止内表面温度过低的最小热阻值。鲁煜建等提出了东北地区奶牛舍冬季墙体和屋面低限热阻值，现场试验发现试验牛舍平均热阻值满足冬季低限热阻，但是侧墙和山墙平均热阻仅为冬季低限热阻的50.9%和51.9%，导致畜舍保温能力显著下降，此外，围护结构热工性能不达标导致墙体内表面温度较低，多处出现冷凝、腐蚀等现象，这进一步降低了围护结构的保温性能。因此，对犊牛舍进行保温和供暖的前提是保证建筑围护结构的热工性能，但目前我国对哺乳犊牛舍的建筑围护结构热阻没有明确的标准。曹哲等提出了热成像技术用来测定牛舍围护结构温度值，进行牛舍围护结构的传热阻计算，可以综合考虑牛舍材料老化、脱落、受潮和施工质量等实际情况，更好地用于舍内围护结构热工性能评价。在保证良好的建筑热工性能基础上，可以通过一些地热管道对犊牛舍进行供暖，但是加热地面会对舍内空气质量造成一定影响。粪便中氨的挥发受温度影响，当环境温度为0℃时几乎没有氨从粪便中释放出来，但在温度高于13℃粪便中的氨具有较高的挥发性。因此加热垫料下面的地板会增加犊牛周围空气中的氨气浓度。同时，Nordlund等不建议使用整体供暖（外界环境温度为-26℃），可能会出现为了保留舍内热空气而减少冬季通风，从而增加呼吸疾病，其同时也认为对于新生犊牛的局部供热是很必要的。新生犊牛常用的局部供暖方式为保温灯，在舍内平均温度为6.27℃时，新生犊牛（日龄为1～3d，饲养方式为舍内群养）更偏好在温暖区域进行躺卧。

Nordlund指出，在冬季使用正压管道通风可以降低舍内25%的舍内微生物，同时减少75%的呼吸道疾病发病率。因此，在温暖地区使用自然通风和正压管道通风相结合的方式可以较好地改善舍内空气质量。但是我国地域辽阔，在局部地区冬季温度较低，平衡好供暖与通风的关系对于犊牛生长很重要。针对这一问题，陈昭辉等在新疆地区对犊牛舍热回收通风系统的效果及热回收性能进行了评价，结果显示热回收通风系统可以使舍外进入舍内的新鲜空气温度平均提高10.15℃，CO和NH浓度显著降低，同时该系统的能效比为3:1。

冬季放置在舍外的犊牛岛的保温状况也受到一定的关注。陈晨等自主研制了融合太阳能暖舍和保温建筑材料适用于低温环境的犊牛岛，在-5～-30℃范围内犊牛岛内温度仍然低于犊牛舍，但是湿度、有害气体浓度、光照强度均好于犊牛舍，在犊牛的生产性能上犊牛岛高于舍内饲养，且犊牛健康。

3.2 炎热季节通风、隔热与降温 在美国，针对于舍内饲养的小母牛（怀孕前），47.3%的牧场采用自然通风（通过开窗或侧墙通风），11.8%的牧场只采用机械通风（风机或正压送风），40.9%的牧场使用自然通风和机械通风相结合。为使犊牛活动区域具有更均匀的气流，针对自然通风的犊牛舍，Norton等对犊牛舍通风口材料和面积进行了优化，同时探究了屋面坡度、侧墙通风面积等因素对舍内气流均匀性的影响。

当舍外风速较低或者舍外温度高于舍内时，自然通风开始无法满足犊牛需要，此时便需要添加机械通风。常用的方式有风机通风，相对于无降温的犊牛，使用风扇降温的舍内群养犊牛有更低的呼吸频率和料肉比，以及更高的平均日增重。夏季通风风速一般在1 m/s左右才有一定的降温效果，这种风速是可以通过正压管道通风、横向通风或者是纵向通风等机械通风方式来实现整舍通风。Nordlund针对一个群养犊牛舍采用自然通风和正压管道通风相结合的通风方式，提出正压管道的尺寸、风速、风量、安装位置等，并对其设备和运行成本进行核算，但并未结合舍内犊牛数量、不同季节的风速需要进行管道和风机的细化。同时，针对犊牛岛夏季隔热的问题，有研究提出抬高犊牛岛尾部、为犊牛岛增加遮挡（隔热材料、遮阳网等）等解决方案。Moore等在犊牛岛尾部添加5 cm高的砖块，将犊牛岛尾部垫高，从而达到在夏季降低岛内温度、CO浓度和犊牛呼吸频率的效果。关于犊牛岛遮荫材料及其影响的研究一直受到广泛关注，Carter等将反光隔热覆盖材料放置于犊牛岛上方，在高温条件下降低了岛内温度，岛内犊牛的舒适性程度得到改善，但是对犊牛的发病情况和生长性能没有显著影响。有研究使用镀铝反射膜覆盖在犊牛岛上方，试验期间THI为33.6～ 81.1，结果显示加薄膜和不加薄膜的岛内犊牛生理和生长性能上无显著差异，内部THI状况无显著差异。使用茅草遮阳屋顶、60%透光率的遮阳网、石棉帆布遮阳屋顶和树木对犊牛岛进行遮阳，结果表明使用60%透光率的遮阳网的犊牛表现较好。在环境较为适宜时，隔热材料对于岛内犊牛生长性能上无显著影响，但在热应激严重时，遮荫可以显著降低犊牛唾液内皮质醇水平，达到缓解犊牛热应激的效果。

犊牛岛是一个开放的、与外界联通的建筑形式，当外界环境适宜时，犊牛岛建筑形式有利于犊牛健康成长，但是当外界环境不适宜犊牛生长时，对其进行环境调控是较为困难的，目前冬季和夏季的环境调控措施难以满足犊牛需要，在部分地区依然存在夏季热应激与冬季冷应激并存的现象。舍内环境调控需要根据建筑的具体情况进行调整，犊牛舍建筑热工性能状况受重视程度较低，较差的建筑密闭性会增加保温和降温成本、降低保温和降温效果。目前我国犊牛环境管理状况受重视程度低，很多牧场往往没有环控设施，或者仅有部分环控设施，难以满足哺乳犊牛冬季和夏季共同的需求，环境控制需要考虑犊牛不同的饲养模式、不同季节、不同地区的需要。

4 结 语

哺乳犊牛饲养模式的选择受到众多因素的影响，饲养方式也影响着后续环境控制方法的选择。犊牛单栏饲养这种饲养模式能够减少犊牛之间的接触，在一定程度上降低患病的可能性，但是这种方式不利于行业智能化的发展，且降低了犊牛对动物福利的需求。犊牛岛饲养的主要优势是空气质量较好，犊牛可接触到阳光，但在极端天气时，难以进行环境控制。随着畜牧业数字化、智能化的发展，舍内群养这种更易于进行智能管理的饲养方式将成为主要的研究方向之一，但是犊牛舍内环境控制、犊牛群体大小与自动饲喂器的配比、饲养密度及接触式传染性疾病高发等问题亟待解决。