规模羊场数字化精准饲喂系统

谢莹荣，蒋永清

(1.浙江农艺师学院，浙江 杭州 310021；2.浙江省农业科学院 畜牧兽医研究所，浙江 杭州 310021)

湖羊是国家级重点保护的78个地方畜禽品种之一[1-3]，具有繁殖率高、早期生长快、适应性广、终年舍饲、易养易管、肉质鲜美等优良特性。湖羊产业是浙江省的特色优势畜牧产业，发展湖羊生产既是浙江省畜牧业转型升级的重要内容，也是乡村振兴的重要载体。由于市场拉动、效益驱动、政策引导、科技支撑，浙江省湖羊产业呈现良好发展态势。据统计[4-6]，2020年浙北地区湖羊饲养量达到187.79万只，占全省总饲养量的80.39%，规模化水平不断提高，万头以上羊场已超过10家。

随着湖羊养殖规模化程度不断提高，湖羊产业面临一些挑战，一是招工难，用工成本逐年提高，迫切需要机械化，目前养殖和监管的机械化程度仍参差不齐，大多数规模羊场只配备了饲喂和清粪等基础机械设备，防疫消毒、粪污处理、臭气消除和环境控制等环节机械设备仍然缺乏；二是精准饲养水平低，自动化、数字化水平不高，饲养管理依赖个人经验，饲喂过程中饲料浪费严重，养殖成本居高不下等现象依然存在。因此，建立建设数字化精准饲喂系统对提高湖羊综合生产能力，发展“草食型”绿色养殖业，减轻养殖污染，改善农村生态环境，推进产业化进程，做大做强湖羊产业，实现“农业增效、农民增收”意义重大[7-10]。浙江省提出了实施“科技强农、机械强农”的双强行动，浙江省农业农村厅发布了“湖羊产业高质量发展建设指南”；湖州市现代农业发展“十四五”规划中，把在规模羊场建设数字化精准饲喂系统作为现代农业生产发展的重点之一和畜牧工作的重中之重。在省农业农村厅支持下，我们开展了规模羊场数字化精准饲喂系统研究，开展了宜机化改造、机械化模式与配置集成创新、数字化智能管控提升，研发了规模羊场数字化精准饲喂系统，提供了湖羊“机器换人”的典型样板，有力促进湖羊产业高质量发展。

1 建设数字化精准饲喂系统的意义

1.1 增强科学养殖水平

在这几年里，湖州市虽然在发展湖羊产业上做了一些积极探索，也取得了较大成效。但湖羊生产离特色优势产业、生态养殖的要求相差甚远，种养结合、羊粪利用、循环发展规模化程度还不高，生产方式仍没有完全脱离传统的千家万户小规模饲养方式，难以开展品种选育和科学饲养，湖羊生产组织化程度和产业化水平不高，整个产业的档次也不适应目前市场不断发展的需要。通过建设规模化养殖厂数字化精准饲喂系统，可以增强养殖设施化水平，完善配套服务，规范管理制度和提高生产技术，为全省湖羊产业实现全程机械化、数字化生产管理提供示范，助力畜牧业与农机化高质量发展。

1.2 助推实现循环经济

湖羊是食草家畜，能有效地利用种植业中的秸秆、农副产品和牧草等废弃物，羊粪可以作为种植业中十分理想的有机肥料，湖羊养殖可以成为现代高效生态农业的一个生产环节，通过建设规模化养殖厂、数字化精准饲喂系统，可以有效实现种养结合生态模式，资源循环利用。发展湖羊生产是畜牧业贯彻落实科学发展观，实现循环经济的需要，将是今后重点扶持发展的产业。

1.3 产品市场欢迎度向好

数字化精准饲喂系统养殖的湖羊肉受到市场一致好评。从国内市场看，湖羊肉前景看好。我国是全球最大的羊肉消费市场，据2020年统计，尚缺口羊肉约1 600万t，相当于当年羊肉产量的5倍多。肉羊以食草为主，不含违禁激素、药物，质量安全性高、味道鲜美，越来越受欢迎。据南浔区2021年的初步调查，湖羊肉的需求量每年以5%～10%递增，而南浔区肉羊存栏基本稳定在现有的水平，肉羊市场供应难以满足消费需求，羊肉价格逐年攀升，目前每千克已经突破40元以上。因此，通过建设规模化养殖厂、数字化精准饲喂系统，可以科学实践种养循环结合模式，促进湖羊地方品种的保护开发与利用，做优、做大、做强湖羊产业，促进绿色高效种植业发展，推进大农业实现资源循环利用，具有十分重要的现实性和必要性。

2 数字化精准饲喂系统的实践

笔者所在的湖州南浔世荣湖羊养殖家庭农场年存栏约3 000余只，出栏约5 000余只，现配置有饲草搅拌机、撒料车、粪便输送带、气雾除臭等基础机械设备，经过提升后可具备试验示范条件，且该场是“省二级种羊场”“省美丽牧场”“省示范性家庭农场”。笔者于2020年按照专家团队确定的“规模羊场全程机械化数字化配置模式”，对羊场开展生产监管全程机械化、数字化试验示范(图1)。通过建立试验示范点、组织开展不同机械设备条件下的不同饲喂模式的对比试验、现场观摩交流等活动，总结形成先进、适用和可复制、可推广的规模羊场全程机械化、数字化技术配置模式，为全省湖羊产业实现全程机械化、数字化生产管理提供示范，助力畜牧业农机化高质量发展。

图1 技术路线

2.1 不同养殖规模的机械化水平和模式

肉羊年出栏大于等于500只的为大规模养殖场，养殖机械化水平要与养殖规模相适宜，不同规模养殖场的机械化模式、水平必然不同。规模化、集约化是农业生产的必然趋势，结合浙江湖羊生产实际，本项目主要以年出栏2 000～4 999只的中大型规模羊场为主要研究对象，开展生产监管全程机械化、数字化技术试验与示范。

2.2 羊舍基础设施改造

羊场分为管理区、生产区和隔离区，同时建设有饲料加工和贮藏区、养殖区、人员消防通道等辅助区。羊舍的布局根据羊的不同成长发育阶段和生理阶段，分为公羊舍、母羊舍、育肥羊舍等。现有8栋独立的羊舍，长42 m，宽7 m，为半开放式、砖混结构，羊床结构为高架式羊床。

羊舍出入口有斜坡式路面(坡度较大)，另加装粪便输送带后羊舍西侧出入口无法供撒料车出入，撒料车仅能在单出入口进场，在羊舍内需要倒车。因此，羊舍基础改造如图2所示。

图2 高架式羊床

根据产地气候等特点和羊的习性，重点解决夏季羊舍内降温的问题。拟采取的措施有：清粪机输送带上安装排风设备，定时通风，排出氨味；每间羊舍外安装自动伸缩遮阳网降低夏天太阳的照射，羊舍内夏天高温，选择湿度不要过高的通风降温设备，缓解或消除湖羊对夏季高温的热应激，减轻商品湖羊在夏季高温下的不增重问题，提高怀孕母羊的出产率和小羊的存活率(图3)。

图3 改造后的羊舍

2.3 饲喂系统

目前，羊场饲料特别是粗料来源多样，主要包含花生秧、豆渣、青贮料等，主要饲喂环节包括粉碎、取料、搅拌、撒料和剩料收集等，饲喂工作环节多，且任务繁重，劳动强度大。现用的饲喂模式为搅拌机+撒料车，虽然现有的搅拌机内残留多，人工清理难度大，但暂不影响使用，重点是料仓及喂料系统的改造及配置。

2.3.1 料仓机械改造

根据饲喂的要求，料仓间机械的改造如下：定制液压长方形的密封桶，用于豆腐渣的保存装置；配置玉米粉碎机及储存罐；配置颗粒机、冷却机、提升机及颗粒料塔。料仓机械工作原理，豆腐渣、花生秧、青贮料等按照用量进行TMR后进入喂料系统，经饲料输送机输送后直接进入羊舍外主料车。

2.3.2 喂料系统改造

由于羊群需要大量草料饲喂，且当前还没有成熟的成套喂料系统，实现从人工喂料到无人喂料的改造，是本项目的重点和难点之一。设计采用全自动空中箱式饲喂系统，可实现搅拌的湿料和颗粒的干料同一设备精准饲喂。饲喂系统所需面宽可缩小至1.5～1.8 m，与常规羊舍相比，大大节省建筑面积及土地面积。全自动空中箱式饲喂系统的工作原理是通过设置料车、螺旋出料口、剥料器、行走机构(图4)，在喂养时，由主料车机将搅拌好的饲料根据每栋羊舍的数量，送一定份数的饲料到每栋羊舍的分料车，舍内分料车根据每个栏的羊数量送出一定份数的饲料，且相对均匀地分布在饲槽内(此数量信息为饲养员提前设定好的)(图5)。全自动空中箱式饲喂系统主要包含：料车(主料车1个(图6)；分料车，每个羊舍2个)；轨道(主料车轨道1套；分料车轨道每个羊舍2条)；饲喂系统控制部分(除实现自动饲喂外，还具备“少喂、勤添”的饲喂方式，可按照饲喂计划自动配料，精确称量后饲喂，可针对不同的羊群单独搅拌指定的料型，实现差异化饲喂)；智能推料机1个，需要根据羊舍的空间进行改造。

图4 喂料系统总体效果

图5 舍内送料系统

图6 主送料车系统

2.3.3 饲喂系统的工作流程

第一步根据羊的数量按一定的比例将多种原料混合搅拌均匀；第二步将混合的饲料送入到羊舍外的主料车；第三步根据羊舍内羊的数量和每只的采食量计算每次主料车的装料量，主料车装料量=养舍内羊的数量总和×采食量；第四步主料车将饲料依次按量送入到舍内分料车，舍内分料车装料量=养舍内单边羊的数量总和×采食量；第五步舍内分料车将饲料依次按量送入到每个栏的食槽内，每个栏的食槽内的量=该栏内羊的数量总和×采食量。

2.4 给水系统

给水系统设备包括水源设施+水质消毒设备+加压冲水器+管路+水位控制器+饮水器，当前羊舍已配置咬嘴式自动给水系统(图7)。给水系统的改造如下：

图7 活性水除臭机设备

2.4.1 前端安装活性水除臭机

将普通水转化为具有渗透力强，溶解性好，去污力强的活性水，用于羊的饮水、羊舍的冲洗，从源头上进行水质消毒，减少臭气。同时，活性水还能促进羊群对饲料消化吸收的能力。

2.4.2 增加杯式饮水器

达到节约用水，减少漏水和保持舍内干燥的目的。

2.5 防疫消毒系统

消毒防疫系统包括产区入口消杀和舍内消杀，可应用气雾消毒液、紫外线、TDS等消杀方式。产区入口消杀保留羊场原有的产区大门车辆消杀和人员雾化消毒通道系统。产区舍内消杀提升一方面保留原有管道式气雾消杀设备(也可用于气雾减臭)；另一方面在产舍内新增1台DTS杀菌除臭设备(其他羊舍根据经费情况逐步完善)，通过对有机物分子进行氧化降解反应，与空气中的细菌接触后，快速渗透到细胞体内，使菌体蛋白质凝固变形，破坏菌膜结构，中断细菌的生长、繁殖、代谢过程来达到消毒灭菌效果(图8)。

图8 DTS杀菌除臭系统工艺步骤

2.6 粪污及臭气收集处理系统

2.6.1 粪污收集处理系统提升

粪污收集模式为高架式羊床漏粪板→粪便传送带→清粪收集。保留该场羊舍已安装的粪便收集输送带，进行智能化自动控制提升即可。粪污处理：改建密闭集粪间，增加1台DTS牧场杀菌除臭系统；收集的羊粪除了直接鲜粪装袋运出外，剩余部分可通过纳米膜发酵模式覆盖制成有机肥，减少氨气的挥发，解决臭气问题；羊的尿液和羊舍冲洗污水选用固定收集池收集处理，并经发酵后用于灌溉果蔬。

2.6.2 臭气收集处理系统

臭气处理是一个非常复杂的环节，拟采用多种工艺进行：相对封闭羊舍，增加负压设备收集，减少臭气向外排；利用原有消毒管路，增加无毒无害喷剂喷雾除臭；安装DTS等减除臭气设备。

2.7 无害化处理

送至当地病死动物无害化集中处理点。

2.8 数字化智能系统

2.8.1 养殖信息智能采集

羊舍建设室内物联网环境监测节点，监测空气温度、空气湿度、氨气等指标。现场传感器通过WiFi等无线组网方式将采集的数据通过云智能养殖管理平台，实现养殖舍内环境(温度、湿度、光照、有害气体(NH3)、二氧化碳等指数)信号的自动检测和传输。物联网监测指标如表1所示。

表1 羊场物联网监测指标

选择母羊等部分羊群佩戴式智能传感设备，实现动物个体识别、体温、运动量等羊只生长情况监测。

2.8.2 智能养殖管理平台

视频监控，安装监控摄像头可随时查看现场动物的活动状况，减少人工现场巡查次数,提高了管理效率，此外还可以对养殖场周边环境进行安防监管。

环境智能调控，实现羊舍外遮阳网、风机、保温、雾化喷淋等环境设施适时智能控制。通过软硬件集成，建设集环境实时感知、动物个体监测、环境智能调控、设备远程控制、视频监控、可视化展示等一体的羊场智能化管控平台(图9)。

图9 无线组网

2.8.3 羊舍控制系统

羊舍控制系统包含信息层、控制层和中间层，通过系统实现所有的机械设备与电脑的连接，实现各场景的数字化。软件系统采用云服务器部署，可通过电视、电脑、手机等不同终端访问web版、智能管控App等应用相关功能(图10)。

图10 智能养殖管理平台

3 建设数字化精准饲喂系统的成效

3.1 饲喂方式进一步高效化

建设数字化精准饲喂系统，可以达到智能化合理饲喂。如2 000只羊的羊场原来只有机械化喂羊需要3个人完成饲喂的工作，目前一站式的从清扫羊舍路面料槽到饲喂搅拌料到中途的推料加添加精料等环节1个人就能完成，省时省工省力。

3.2 饲养配方进一步精准化

全面的营养搭配有利于获得饲料和肉质的最佳配比，同时还有利于肉羊的健康。精准饲喂育肥羊根据每个羊舍的数量、羊的月龄、质量精准饲喂减少搅拌料的浪费和少喂，对基础母羊更精细的饲喂和管理，怀孕前后的营养和精料草料摄入不同，减少饲料成本和更科学的管理提高母羊生产过程中的产子率和羔羊存活率。

3.3 养殖环境进一步优良化

活性水处理除臭设备从水的源头有效地改善了羊舍内的气味。羊舍氨气、硫化氢、温湿度的传感器，羊粪输送带、排风风机通过与数学平台连接后，有效地改善了湖羊的生活环境，好空气、好环境、好食材成就羊肉的高品质。羊粪净化装置通过控制单元达到催化剂的自动投放，大大节约了经济成本。确保肉羊的健康，同时有效控制羊粪化学元素超标造成环境污染。

3.4 技术引领进一步科学化

数字化精准饲喂系统的研究开发是一次工业企业先进的技术、人才、设施设备服务与现代化农业的有效结合，是从全国湖羊产业的一次新的尝试和变革，从目前的机械化生产跨入数学化，推动全国湖羊产业高质量发展起到了引领示范带动的重要作用。