基于环境控制的水禽(鸭)养殖模式及发展趋势

梁 伟, 宋家帅,鲍恩财, 林 勇, 郭彬彬, 应诗家*, 吴照学

(1. 安徽农业大学 工学院,安徽 合肥 230036;2. 江苏省农业科学院 畜牧研究所,江苏 南京 210014; 3. 江苏省农业科学院 农业设施与装备研究所,农业农村部长江中下游设施农业工程重点实验室,江苏 南京 210014)

1 概述

1.1 水禽业发展历史

水禽养殖业作为家禽业重要的组成部分,是国内实行放开经营最早的行业之一。以肉鸭养殖为例,20世纪80年代来以前,肉鸭养殖以农村家庭水域分散饲养为主,饲养方式较为松散,饲养技术较为落后。近年来,随着设施畜牧业的发展,养鸭业逐渐向规模化、集约化过渡,一批批具有较强市场竞争力的龙头企业涌现,产业化、工厂化程度不断提高[1]。根据国家水禽产业技术体系对23个主产省区的数据统计,2021年中国商品肉鸭总出栏量约41.0亿只,肉鸭总产值达到1017.4亿元[2]。中国水资源丰富,湖泊、河流较多,水禽业依靠自身的资源优势和科技的创新,走出了一条具有一定特色和产业优势的发展道路。

1.2 水禽养殖模式的发展

水禽养殖经历了多种养殖模式的发展,主要有旱地平养、网床架养、立体多层笼养和发酵床网养四种模式。每种养殖模式均有各自的优缺点。传统的水禽养殖模式大多为水域开放型,养殖模式较为随意散乱,饲养环境简陋,属于粗散型养殖[3]。这种养殖模式结构相对简单,多数养殖户为增加收入而加大养殖密度,当养殖密度过大超过水域的负荷能力时,大量禽类粪便因不能进行有效循环,对水体造成污染,进而使水禽感染疫病。伴随着水资源短缺和水体污染问题,传统临水养殖模式逐渐淡出农民的视野,新型水禽旱养模式应运而生[4]。早期的水禽旱养采用的是地面平养。吴青越等[5]将鸭舍地面铺上以木糠为主的垫料,进行旱地平养。这种养殖方式采用简易的红砖保温大棚设施,将肉鸭直接散放在垫料上,投资成本低[6]。由于在这种方式下,鸭群直接接触粪便中的病菌,极大地增加了肉鸭的染病率。李金岭等[7]利用网上架养樱桃谷肉鸭,提高了饲料的利用率和鸭肉品质。这种养殖模式对应的鸭舍结构呈圆拱形,主体结构是由墙壁围成的笼舍和墙壁上方穹顶组成,穹顶与墙壁之间通过撑架固定连接。该模式抛开传统地面平养,让鸭群与鸭粪分开,减少了肉鸭的染病率,但与旱地平养一样仍未解决土地利用率低的问题。为此,立体多层笼养模式应运而生。传统立体式笼养鸭笼的设计灵感来自于养鸡笼,然而,由于鸡和鸭的生理差异,直接应用养鸡笼在养殖过程中易造成鸭舒适度较差、羽毛稀疏、啄羽现象严重[8]。

近年来,水禽养殖福利化逐渐受到重视,禽类生活环境的舒适度越来越得到重视。禽类的生活环境对禽类动物的肉品质和蛋质量具有一定的影响。朱满兴等[9]通过对高邮鸭地面平养和网上平养进行对比,测定了150日龄高邮鸭活重、屠体重、半净膛重、全净膛重、胸腿肌重等屠宰性状参数,结果表明两种养殖模式对鸭子整体生长发育没有显著影响,但对肌肉占比较重的胸肌有一定影响,所以会一定程度影响产肉量。发酵床网养解决了鸭粪处理难的问题,有效的将鸭群与鸭粪分开,减少鸭群疾病的感染率。另一方面,肉鸭的粪便通过格网落到发酵床上会进行微生态发酵处理,能够有效解决粪便带来的环境污染,将粪污转化成有机肥料,可用于农业生产[10],极大地提高了资源利用率。

2 养殖模式及配套设施

2.1 旱地平养

传统的水域开放性养殖依据水禽生物学特性,从事水面依赖性养殖,这种模式结构简单,属于散养模式。禽类在养殖过程中饲料转换率低、增重慢、出栏迟;高密度的养殖占用公共水域和土地,严重降低土地利用率。随着水禽养殖业结构调整和养殖模式转变,肉鸭的养殖逐步由传统的大面积鱼塘、湖泊、水库等水上养殖转变为集约化旱地平养,极大地提高了土地利用率[11]。朱国法等[12]认为,蛋鸭进行旱地平养具有受自然地理因素约束较少、对环境污染较少的优点,且对种蛋的孵化率和受精率无不良影响[13]。旱地平养模式下鸭舍建筑整体以钢结构为主,屋面铺设4层材料,从外到内分别为彩钢板、岩棉保温板、反射隔热箔及套塑钢丝网,四周外墙主体采用75 mm厚泡沫夹芯板,起保温隔热和防水功能。鸭舍地面浇筑水泥,达到平整光滑的效果,有利于肉鸭排泄物的处理[14]。水禽旱养模式解决了水域污染对水禽健康的危害问题,王雅鹏等[15]研究表明,旱地平养较传统养殖模式能减少水污染体积80%,节约土地30%,整体饲养的产蛋率提高0.5%,蛋料比提高5%,疫病发生率减少4%,综合养殖效益提高20%以上。然而,旱地平养模式下水禽与粪便直接接触,增加了禽类染病和发病的概率。旱地平养结构简化图如图1所示。

图1 旱地平养结构简化图Fig. 1 Simplified diagram of flat farming in dry land

2.2 网床架养

网床架养是指在鸭舍搭建适宜高度的网床,让鸭群在网床上自由活动,可以实现鸭群与粪便分开。网床架养鸭舍可以设单层或双层,如图2所示为封闭式双层网床架养示意图,舍内搭建上下两层网床,配套建设自动供料供水系统(水线和料线)、通风系统(通风小窗、湿帘)等设施,鸭群在网床上层活动,粪便通过漏缝板落到下层,鸭群与粪便不直接接触[16]。相比于旱地平养,网床架养能避免鸭群与粪便的直接接触,有利于控制鸭群疾病的发生。顾丽红等[17]在海南地区对嘉积鸭旱地平养和网床架养进行对比,结果发现91日龄时,网床架养较旱地平养模式下肉鸭平均日增重和成活率显著提高,料重比显著降低。尽管该养殖模式相比旱地平养优势显著,然而应用中也存在一定问题。受传粪带宽度限制,网床宽度最大限度2 m,在目前养殖用地紧张环境下,仍无法实现土地高效利用。此外,传送带极易出现跑偏现象,使上层粪便滴漏到下层水禽身上,日常管理困难且污染严重。

图2 封闭式双层网床架养示意图Fig. 2 Schematic diagram of enclosed two-dimensional slatted floor rearing

2.3 立体多层式笼养

水禽养殖产业规模化、集约化程度越来越高、空间集聚越来越明显,立体多层式(层叠式)笼养是近年来发展最为迅速和高效的养殖模式[18],其现场图如图3所示。层叠式笼养在我国家禽养殖产业最先应用在肉鸡上,肉鸭养殖模式是从肉鸡上借鉴而来。该模式充分利用鸭舍的垂直空间,单位面积的肉鸭饲养数量是普通旱地平养的3～3.5倍,有效解决了传统肉鸭养殖模式土地利用率低的问题[19]。鸭舍内一般设置多列多层立体式笼具,每层包含若干个鸭笼,鸭笼下方设置粪便自动收集装置,将产生的大量粪便收集并传送至舍外,改善了舍内环境,同时,配有喂料、饮水与鸭蛋收集等自动化设备[20-21]。鸭舍采用密闭式房舍结构,围护结构用砖砌成,提高了保温效果。于东西两侧山墙分别安装风机和湿帘,南北两侧长墙设通风小窗[22],夏季利用风机-湿帘进行机械通风,其他季节通过小窗进行自然通风,以节约电能。目前,物联网智能环控技术也已经成功应用于笼养肉鸭模式,将传感技术、GPRS通信技术、PLC控制技术与肉鸭饲养工艺参数关联,根据鸭子生长状况进行智能化饲喂与环境控制[23]。该种养殖模式下鸭舍长度可达100 m。研究表明,不同鸭舍长度对水禽养殖的生产性能和经济效益也存在一定的影响,黄春花等[24]发现南方地区饲养白羽肉鸭的全封闭式鸭舍适合长度为93 m,超过该长度,鸭子料肉比增加,成活率降低。

图3 立体多层笼养现场图Fig. 3 Scene of three-dimensional battery farming

除肉鸭养殖外,立体多层笼养也广泛应用于蛋鸭养殖。目前,规模化蛋鸭养殖场一般采用4层或者5层立体多层养殖模式。有研究表明,相比于传统地面平养,蛋鸭笼养可使饲料转化效率和产蛋率均提高约5%,每只蛋鸭节约饲料消耗6元以上[25]。其次,笼养蛋鸭开产整齐度高,到达产蛋高峰期的时间缩短。然而,立体多层笼养的应用也存在一定问题。春、夏季纵向通风模式下,舍内上、中、下层笼内风度不均匀,中下层温度、有害气体浓度高于上层,导致肉鸭出栏体重、蛋鸭产蛋率和蛋品质低于上层[26-29]。此外,多层笼养养殖密度大,水禽活动空间受限,不能自由采食,极易出现缺钙等疾病,不利于动物福利。

2.4 发酵床网养

发酵床网养是国内近年来正在兴起和提倡的新型生态、健康水禽养殖模式,其示意图如图4所示,该模式将鸭群与粪便分离开,可以将传统水域开放型养殖模式的水体污染大大降低。多采用简易全封闭房舍结构[30],利用风机-湿帘系统实现机械式通风降温,利用安装在侧墙的卷帘实现遮光控制和自然通风[31]。Mostafa等[32]对四种不同的改进通风模型进行CFD仿真计算,并与标准设计(隧道通风)进行对比,发现隧道通风模式下舍内添加多孔通风管道可以有效提高通风效率,将进风管和出风管分别对侧安装在侧墙时通风率最高,比单纯隧道通风提高约54%,且安装多孔通风管道后风速均匀性提高60%～70%。

图4 发酵床网养结构示意图Fig. 4 Schematic diagram of floor bedding systems

发酵床网上养殖设施结构主要经历了三大发展阶段。简单将网床与发酵床组合是发酵床网上养殖的第一个发展阶段,这个阶段发酵床需要人工翻动。人工作业模式下发酵床很难进行有效翻耙,垫料过度堆积极容易造成“死床”现象。随着信息技术在农业中的应用,自动化、信息化、智能化在发酵床网养设施上得以体现。将带轨道运行的翻耙机应用到发酵床网上养殖是发展的第二个阶段。该模式是在砖混结构基础上搭建网床,砖混结构上安装翻耙机运行轨道,翻耙机机械作业使发酵床得到有效翻耙,垫料和菌剂充分混匀发酵,死床现象得到有效的解决。应诗家等[33]研发一种可移动网床下发酵床垫料翻耙系统,减少鸭舍内空气中需氧菌和金黄色葡萄球菌等病原菌浓度,改善鸭舍内空气质量,提高鸭的生产性能。第三个发展阶段是框架式发酵床网养模式。该模式以方管为立柱,架设H型材,H型材开口下沿为翻耙机运行轨道,上沿用于铺设网架。该模式建造工序相对简单,在水禽养殖设施结构中得到快速推广应用。

3 养殖成本分析

随着养殖规模的增加,养殖模式呈现多样化,且养殖成本随硬件投入不同而差别较大。

传统旱地平养模式下房舍与设施装备投入少,建造成本可低至60元/m2。由于饲养环境差,养殖密度不能过高,通常一栋300 m2的养殖棚舍最多可饲养鸭子2 000只。而网床架养由于增加了可隔离粪便的网架,设备投入相应增加。竹排漏粪地板约20元/m2,塑料漏粪地板80元/m2。立体多层笼养和发酵床网养是基于环境控制理念下出现的新型养殖模式。在房舍、环控、饲喂和饮水设备投入类似情况下,两种模式的重要投入成本主要是笼具和粪污处理设备。以一栋长100 m、宽14 m的封闭式鸭舍为例,立体笼养模式下笼具投入约62万元,粪污处理设备约24万元,共约86万元,发酵床网养模式下立体网架、发酵床和配套翻耙机总投入约53万元。相比而言,发酵床网养除房舍、喂养设备外,主要硬件投入为翻耙机和发酵床,利用原地处理粪污的方式大大减少了舍外处理粪污的土地和设备成本[33]。立体多层笼养模式需配备粪污传送带及专门的“固液分离+生物反应池”处理设备[34],成本相对较高。

4 发展趋势与展望

随着新修订《中华人民共和国环境保护法》的实施,对水禽养殖业来说是一次巨大的考验,环境保护的压力逐步加大。健康、环保、智能是鸭养殖模式的发展趋势。针对资本融入的大型养殖企业,立体多层养殖模式结合舍外粪污高效处理应用是发展趋势,不仅体现在上料给水、清粪及集蛋技术上,还要打造精准化、高效化的综合环境调控技术及智慧化经营管理策略[35-36],为水禽养殖业健康发展奠定基础。该模式虽然一次性投入大,但是能充分利用土地资源,而且提高肉鸭养殖的集约化水平。发酵床网养模式虽比不上立体多层养殖模式的饲养量,但是不需要额外的粪污处理设备和土地,能解决环保压力,容易种养结合,是更适合中小养殖企业和散户采用的养殖模式。