冬季肉牛加热饮水围栏育肥模式适用性分析

贺腾飞，刘天旭，龙沈飞，张校军，刘芮兵，凌小凡，刘继军，陈昭辉※

（1. 中国农业大学动物营养学国家重点实验室，北京 100193；2. 中国农业大学动物科技学院，北京 100193）

0 引 言

肉牛产业是农牧业发展的重要支柱，根据国家肉牛牦牛产业技术体系统计，2020年全球牛肉总消费量为5 910.5万t，总贸易量达1 958.1万t；同年，中国牛肉进出口贸易量合计约211.84万t，比 2019 年同比增加45.87万t；贸易额合计101.8亿美元。近年来中国肉牛产业发展迅猛，目前正处于改进饲养模式、扩大生产效益的改革阶段。

中国肉牛育肥模式主要是集中育肥，包括舍内育肥、围栏育肥与放牧育肥3种方式。相较于舍内育肥，围栏育肥和放牧育肥具有固定资产投入少和更适于大规模育肥的优势。国外肉牛育肥多为围栏育肥和放牧育肥。巴西采用围栏育肥与放牧育肥相结合的方式，在每年5－11月多为围栏育肥，该模式下肉牛日增质量比放牧育肥提高约50%；美国大型肉牛育肥场多采用围栏育肥；澳大利亚北部采用传统的放养模式，南部则实行围栏育肥场集约化饲养。中国西北地区冬季漫长而寒冷，直接影响肉牛质量的增加。肉牛生长性能受温度、湿度和风速等环境因素的综合影响，中国畜禽场环境质量标准（NY/T388-1999）中虽对肉牛场各环境指标做出了规定，但单一讨论某种环境因素有一定局限性，因此本试验引入了环境温湿指数（Temperature Humidity Index, THI）、风冷指数（Wind Chill Index, WCI）、综合气候指数（Comprehensive Climate Index, CCI）和冷应激指数（Cold Stress Index, CSI）四种综合环境指标，来全面评价环境因素对肉牛的影响。西北地区冬季舍内育肥能起到保温和缓解冷风影响的作用，但与围栏育肥相比，舍内育肥一般存在饲养密度大，环境湿度高和空气质量差的问题。冬季围栏育肥模式下环境湿度和有害气体浓度较低，但存在环境温度低和风速高的问题。研究表明，冬季寒冷低温环境会导致肉牛生长性能和生产效率降低。本实验室前期研究发现，饮用加热水能够显著缓解西北地区冬季寒冷环境对肉牛生长性能造成的不良影响。经调研发现，目前西北地区集中育肥模式下，舍内育肥多提供常温饮水，而围栏育肥下提供加热饮水正在进一步推广的过程中。然而，国内外尚未有研究关注冬季育肥牛在围栏育肥并饮用加热水的条件下，其生长性能是否优于饮用常温水的舍内育肥。张掖市是中国西北地区肉牛养殖重点地区，本试验在张掖市开展，旨在探究中国西北地区加热水围栏育肥模式与常温水舍内育肥模式相比，育肥牛的生长性能和建设投入的差异，为中国西北地区冬季肉牛育肥模式提供优化方案。

1 材料与方法

1.1 试验地点概况

本试验在甘肃省张掖市沅博农牧产业开发有限公司开展，其位于中国甘肃省西北部。张掖市夏短冬长，昼夜温差大，夏季酷热，冬季严寒。该地区干旱少雨，且降水分布不均。张掖具有丰富的风能和太阳能资源，主导风向为西北风，风力多为3～4级。如表1所示，2018至2020年间，在1至3月份内，张掖市月最高气温为13.78 ℃，最低为-15.67 ℃，月平均降水天数仅2.89 d/月，西北风3～4级天数为15.44 d/月。

表1 2018-2020年1-3月张掖气象状况Table 1 Meteorological conditions of Zhangye from January to March, 2018 to 2020

1.2 试验设计

试验选用140头杂交育肥牛，其中加热水围栏育肥组118头（平均质量（513.23±39.78）kg），共6个重复，每个重复15～20头育肥牛，每个重复（围栏）面积为18 m×18 m；常温水舍内育肥组22头（平均质量（515.93±53.42）kg），共6个重复，每个重复3～4头育肥牛，每个重复（围栏）面积为20 m×4 m。试验期共35 d。试验期间均固定饲喂精料4 kg/头·d，精料日粮配方和日粮营养成分水平如表2；粗饲料为干草（50%）与全株玉米青贮（50%）混合，肉牛试验期间饲喂粗饲料12 kg/头·d。试验期间，每天8:30和14:30将日粮以全混合日粮（Total Mixed Rations，TMR）形式进行机械饲喂，自由饮水。

表2 试验精料饲粮组成及营养成分（干物质基础）Table 2 Ingredient and chemical composition of diets(Dry matter basis) %

1.3 育肥模式

1.3.1 加热水围栏育肥模式

本试验用加热水围栏育肥模式如图1所示，其东西方向11个围栏为一列，共4列。其中第二列西侧4个围栏和第四列西侧2个围栏（图1 a阴影标识）为试验用围栏。单个围栏长度和宽度均为18 m。加热水围栏育肥的地面为自然土壤并铺设少量垫草。试验期间使用加热饮水槽提供加热饮水。

图1 加热水围栏育肥模式示意图（单位：mm）Fig.1 Schematic diagram of fencing fattening with heated water

1.3.2 常温水舍内育肥模式

本试验用常温水舍内育肥模式如图2所示，牛舍为砖混结构、钢屋架彩钢板弧顶屋面，东西走向。牛舍长120 m、跨度12.0 m、檐高2.5 m。东西两端分别有一正门与走道相连，正门两侧各有一侧门与牛栏相通，门宽均为3.0 m、高均为2.3 m。牛舍为双列中走道布置，南北两侧除立柱外窗户通长设置，窗台高1.5 m，窗高1.0 m，供采光与通风，舍内地面为混凝土。舍内南北两侧各3个围栏为试验用围栏（图2阴影标识），单个围栏长20 m，宽4 m；试验期间提供常温饮水。

图2 常温水舍内育肥模式示意图（单位：mm）Fig.2 Schematic diagram of in-house fattening with room temperature water

1.4 环境指标监测与计算

1）环境指标监测

加热水围栏育肥与常温水舍内育肥环境指标监测布点分别如图1 b和图2所示。于试验各栏位中间的0.7和2.0 m高度处布置风速、氨气和二氧化碳记录仪各一个；于试验各栏位中间的2.0 m高度处布置温湿度自动记录仪一个。

试验期内每天8:30、14:30和20:30测定记录各个监测点的温度、湿度、风速、二氧化碳浓度和氨气浓度，环境指标测定所用仪器如表3所示。

表3 环境指标测定仪器Table 3 Environmental indicator measurement instrument

2）综合环境指标

综合环境指标计算方法及相关阈值如下：

温湿度指数THI：

式中为干球温度，℃；为湿球温度，℃。

风冷温度WCT：

式中为大气温度，℃；为风速，m/s。

冷应激指数CSI：

式中为日平均风速，m/s；为日平均温度，℃；为日平均降水量，本试验中日平均降水量为0，因此记为0。

综合气候指数CCI：

温度与湿度修正系数[1]：

风速修正系数[2]：

总辐射修正系数[3]：

式中为环境温度，℃；RH为相对湿度，%；WS为日平均风速，m/s；RAD为日平均辐射照度，W/m。

张掖冬季平均日照时数，经估算约为7.41 h/d；已知太阳常数为1 535 W/m，由此简单估计张掖地区日平均辐射照度为876.25 W/m。

(2)非消费型购房合同中管理人破产解除权之限制。与消费型购房合同不同，非消费型购房合同中购房人多为投资型、普通型购房，通常争议房产对其基本生存保障权影响不是特别重大。管理人在行使针对该类合同行使破产解除权时首先要考虑破产企业财产保值增值，通常只要符合该原则即可行使破产解除权。但是司法实践中，因案件类型、购房人家庭背景、收入状况各异，也不能一概而定。若经过综合考量发现，在行使破产解除权后将会对购房人基本生存造成严重影响时，此时应当慎重行使破产解除权，或者在行使破产解除权后给予购房人消费型购房人待遇。

1.5 生长性能

在试验第1天和第35天晨饲前对试验牛称质量，称量记录试验牛每天的采食质量，计算平均日增质量、平均日采食质量和质量比。

1.6 饮水温度

试验期内每天8:30、14:30和20:30测定记录各饮水槽饮水温度。水温测定仪器的生产商为深圳市乐格电子科技有限公司，型号为TP608，测温范围为-50～300 ℃，精度为±1 ℃。

1.7 建筑成本

1.8 统计方法

采用SPSS 17.0统计软件方差分析中独立样本检验法比较各处理组与对照组间差异显著性，所得数据以“平均值±标准差”表示。处理组各项以＜0.05为显著性水平。

2 结果与分析

2.1 不同饲养模式下环境指标

1）温湿度

试验期间不同育肥模式下的温湿度结果见表4和表5。其中最高温度及最低温度指测定期间所能达到的极端温度；日平均温度用以评价测定期间整体环境温度状态；低于-21 ℃的总时数与总日数用以评价测定期间极冷环境的发生频率及时长，湿度同。

由表4可知，在整个试验期间，加热水围栏育肥组日平均温度显著低于常温水舍内育肥组（＜0.05），且常温水舍内育肥组环境温度均高于肉牛下限临界温度（-21 ℃），而加热水围栏育肥组环境温度低于肉牛下限临界温度的时长总计达11.19 h。由表5可知，加热水围栏育肥组环境湿度超过80%的总时长为76.78 h；而常温水舍内育肥组环境湿度超过80%的时长为456.33 h。加热水围栏育肥环境日平均湿度为49.94%，而常温水舍内育肥环境日平均湿度为75.79%，加热水围栏育肥组日平均湿度显著低于常温水舍内育肥组（＜0.05）。

温湿度结果表明，相较于加热水围栏育肥模式，常温水舍内育肥具有更好的保温性能，能够使环境温度保持在肉牛下限临界温度之上，使肉牛免于冷应激的影响。这主要是由于常温水舍内育肥模式的具有较完备的外围护结构，保温效果更好。而环境湿度结果表明，加热水围栏育肥模式下的环境湿度显著低于常温水舍内育肥。这主要是由于加热水围栏育肥模式下空气流通量大，饲养密度低，能够有效降低环境湿度。

表4 不同育肥模式的温度Table 4 Air temperature between different fattening patterns

表5 不同育肥模式的相对湿度Table 5 Air relative humidity between different fattening patterns

2）风速、氨气浓度和二氧化碳浓度

表6 不同育肥模式间的风速、氨气浓度与二氧化碳浓度Table 6 Wind velocity, ammonia concentration and carbon dioxide concentration between different fattening patterns

试验期间，加热水围栏育肥模式下的风速较高，说明加热水围栏育肥模式的挡风能力差，空气流通量大。比较全天3个时间点常温水舍内育肥和加热水围栏育肥的风速变化情况，发现各时间点之间风速差异不显著（＞0.05），表明试验环境风速在同一天内较为稳定；试验期间常温水舍内育肥和加热水围栏育肥在3个时间点和2个位置高度的环境氨气浓度均未超标，即NH质量浓度不超过20 mg/m。而常温水舍内育肥组的环境CO浓度，除14:30的0.7 m位置外，其余均高于1 500 mg/m，超出了国家农业行业标准畜牧场环境质量标准的规定。表明常温水舍内育肥组的环境空气质量较差。

3）综合环境指标

综合环境指标结果如表7所示。常温水舍内育肥组的环境THI、WCI、CCI分别为（34.71±1.77）、（117.82±9.16）kJ/m·h和（-6.56±1.58）℃，均显著高于（＜0.05）加热水围栏育肥组的（21.74±2.78）、（12.38±10.38）kJ/m·h和（-8.35±1.09）℃。

表7 不同育肥模式间的综合环境指标Table 7 Comprehensive environmental indicators between different fattening pattern

此外，常温水舍内育肥组的环境CSI为（1 067.85±12.56）kJ/m·h，显著低于加热水围栏育肥组的（1 301.69±7.87）kJ/m·h。肉牛的生长受温度、湿度和风速等环境因素的综合影响，单一讨论某种环境因素有一定局限性，本试验引入了以上4种综合环境指标，能够更加全面有效地评价环境因素对肉牛的影响。由综合环境指标可以发现，常温水舍内育肥模式的环境保温御寒和抵御风冷的效果优于加热水围栏育肥模式，这与结果1）中常温水舍内育肥模式组环境温度显著升高和2）中其风速显著降低的结论是一致的。

2.2 不同饲养模式下肉牛的生长性能和饮水温度

试验期间不同育肥模式下肉牛的生长性能和饮水温度如表8所示。两种育肥模式的肉牛平均初始质量、末质量和平均日采食量间均无显著差异（＞0.05）。加热水围栏育肥肉牛的平均日增质量为（1.40±0.39）kg/d，显著高于常温水舍内育肥组的（1.14±0.47）kg/d（＜0.05），加热水围栏育肥肉牛的日采食质量与日增质量比为8.83±3.63，显著低于常温水舍内育肥组的12.11±6.34（＜0.05）；此外，试验期间加热水围栏育肥组的平均饮水温度为（20.58±0.91）℃，显著高于常温水舍内育肥组的（7.20±1.70）℃（＜0.05）。以上结果表明，加热水围栏育肥模式能够显著提高育肥牛日增质量，缩短育肥周期。这可能是由于加热水围栏育肥组肉牛饮水温度显著高于常温水舍内育肥组所致，冬季肉牛饮用加热水可提高瘤胃稳定性，并通过促进瘤胃微生物菌群发酵提高饲料利用率，进一步缓解冷环境对肉牛的刺激，并提高肉牛机体健康和生长性能。

表8 不同育肥模式间的肉牛生产性能Table 8 Growth performance of beef cattle between different fattening pattern

2.3 张掖地区围栏育肥与舍内育肥建设投入比较

根据具体建设费用或估计值计算单位面积建设费用，该部分建设费用仅包含育肥区域。该地区单位面积土地费用以0.78元/（m·a）估计，使用年限为50 a时，即为39元/m。加热水围栏育肥与常温水舍内育肥肉牛饲养密度不同，每头牛所占建筑面积不同，因此建设成本计算时考虑以元/头为单位。

以围栏育肥及舍内育肥区域单位面积建筑单价估计。围栏育肥区域总建筑面积80 000 m，建设投入约1 040万元（含设备投入，不含土地成本），合130元/m。建成区域可饲养4 400头育肥牛，合每头牛占地18 m，土地成本约39元/m，围栏育肥区域建筑成本约合3 042元/头。

舍内育肥据建筑形式估计，以地面面积为单位：砖混结构约300元/m；彩钢板屋面约80元/m；混凝土地面约150元/m；门窗约30元/m；水电共投资约40 000元，1 440 m建筑面积合30元/m；设备投资约50元/m，合计约640元/m。舍内育肥可饲养200头育肥牛，合每头牛占地7.2 m，土地成本约39元/m，舍内育肥区域建筑成本约合4 889元/头。可见张掖地区围栏育肥建设模式投入较舍内育肥模式低37.78%。

3 讨 论

温度、湿度和风速等温湿环境是影响肉牛生长性能的重要环境因素。肉牛在育肥期的适宜环境温度为3～20℃，下限临界温度为-21℃。寒冷环境可能导致肉牛产生冷应激，进而影响肉牛的神经系统，间歇性冷刺激会增大肉牛体温波动，影响肉牛代谢水平，同时低温环境下肉牛需要额外的热量维持体温，理论上环境温度每下降1℃，肉牛所需维持能量约提高2.89 kJ/kg代谢质量。本试验中，与常温水舍内育肥组相比，加热水围栏育肥组的环境温度显著降低，理论上更不利于肉牛生长。然而本试验结果表明，加热水围栏育肥组肉牛的平均日增质量显著高于常温水舍内育肥组，且日采食质量与体增质量比显著降低。这可能是由于与常温水舍内育肥相比，加热水围栏育肥环境温度虽有所降低，但并未达到显著影响肉牛生长性能的程度。根据Kennedy等研究结果表明，在-20℃环境下，每天10 h持续21 d的间歇性冷暴露对肉牛静息产热无显著影响。本试验条件下，加热水围栏育肥的日最低温度为-22.42℃，低于-21℃的总时数为11.19 h，因此该低程度和短时间的冷刺激可能并未对肉牛生长性能产生显著影响。此外，从综合环境指标来看，加热水围栏育肥的综合环境指标THI、WCI和CCI均显著降低，CSI指标显著升高。这主要是由于与常温水舍内育肥相比，加热水围栏育肥的环境温度虽然降低，但空气流通率提高，进而降低了环境湿度，更有利于肉牛生长。Mader等对动物的环境压力综合指数进行了评估，对于低敏感动物群体，当CCI指数在-10到0℃的范围之内，动物均处于轻度应激水平；对于高敏感群体，当CCI指数在-10到-5℃的范围之内，动物处于重度应激水平。而本试验计算所得加热水围栏育肥和常温水舍内育肥的CCI指数均在-10到-5℃的范围之内，即两模式下的肉牛处在相同等级的应激水平，这可能是与常温水舍内育肥相比，加热水围栏育肥肉牛生长性能并未显著降低的原因之一。

畜舍内有害气体的产生量与舍内动物数量呈正比。冬季通风不足的条件下，舍内饲养动物越多，有害气体浓度增长越快。肉牛育肥过程中产生的有害气体主要为NH，长期低浓度NH环境可造成肉牛慢性氨中毒，导致肉牛生长性能降低；高浓度NH环境下，不仅会降低肉牛生长性能，还会导致肉牛的肝肾功能损伤，降低肉牛的免疫力和抗氧化能力。此外，长期暴露于高浓度CO环境也会引起肉牛慢性缺氧，从而导致育肥牛机体虚弱，生长性能降低。本试验中，常温水舍内育肥和加热水围栏育肥的环境NH浓度均低于中国畜禽场环境质量标准（NY/T388-1999）中对肉牛场NH浓度的规定20 mg/m；在CO浓度方面，加热水围栏育肥的CO浓度低于畜禽场环境质量标准中对肉牛场CO浓度的规定1 500 mg/m，而常温水舍内育肥所监测的3个时间点下的0.7和2.0 m高度处CO浓度均高于1 500 mg/m，不符合畜禽场环境质量标准，因此常温水舍内育肥模式对肉牛福利和健康会造成不利影响。出现这种差异的主要原因是加热水围栏育肥不受外围护结构的限制，能够加快空气流通，使肉牛产生的有害气体迅速扩散至空气中充分稀释，从而使环境空气质量得到改善。

本试验条件下，加热水围栏育肥组肉牛饮水温度显著高于常温水舍内育肥组，这可能是造成加热水围栏育肥肉牛生长性能显著升高的另一重要原因。研究表明，冬季肉牛饮用加热水可提高瘤胃稳定性，并通过促进瘤胃微生物菌群发酵提高饲料利用率。陈昭辉等研究表明，冬季肉牛饮水温度由10增加至20℃，肉牛平均日增质量增长33%，生长性能显著升高，表明饮用加热水可有效缓解冬季寒冷环境对肉牛生长的不良影响。蔡景义等研究也发现，提高冬季肉牛的饮水温度可使肉牛平均日增质量增加0.14 kg；刁小南等也得出相似结果，认为20℃的温水能够显著提高肉牛的日增质量。本试验结果与上述研究相符，表明与常温水舍内育肥相比，饮用加热水能够缓解围栏育肥下的寒冷环境影响。

4 结 论

1）环境指标结果表明，除温度、风速外，与常温水舍内育肥模式相比，加热水围栏育肥模式下的环境湿度、有害气体浓度均显著降低，更利于育肥肉牛生长。

2）肉牛在加热水围栏育肥模式下的平均日增质量为（1.40±0.39）kg/d，显著高于常温水舍内育肥组的（1.14±0.47）kg/d，加热水围栏育肥肉牛的日采食质量与日增质量比为8.83±3.63，显著低于常温水舍内育肥组的12.11±6.34。表明冬季围栏育肥配合加热饮水能够缓解低温和高风速的影响，更有利于育肥牛生长。

3）张掖地区加热水围栏育肥建设成本投入较常温水舍内育肥低37.78%，有利于减少肉牛育肥的前期投入，提高生产效益。

综上所述，冬季张掖地区加热水围栏育肥饲养模式下，冷环境未对肉牛生长产生不利影响，肉牛平均日增质量显著高于常温水舍内育肥模式，且建设成本更低，该模式适宜在张掖地区使用。