鹅用乳头饮水器设计与试验

摘要：

针对目前水禽用乳头饮水器缺乏、肉鹅养殖采用鸡用乳头饮水器存在漏水严重、饮水效率低等问题，以肉鹅为研究对象，基于其喙部扁平状形态特征和“咬拽”式饮水生物学特点，设计鹅用限位式乳头饮水器。外壳出水端形状设计为扁嘴式，采用缩进式压杆，并添加限位罩，规范鹅饮水姿势，保证其饮水舒适的前提下减少漏水量，提高饮水效率。结果表明，与传统鸡用球阀乳头饮水器相比，新型饮水器漏水量减少，单位时间内平均每只鹅节水7.26g，起到改善舍内环境、提高肉鹅福利的作用；单位饮水量显著提升（Plt;0.01），平均每只鹅多饮水45.10 g/h，采食耗时节约26.4%，休息时间增加19.6%，试验期内肉鹅体增重增加9%，提高饲料利用率，具有一定的推广应用价值。

关键词：鹅；乳头饮水器；生物习性；饮水行为；生长性能

中图分类号：S835; S815.5

文献标识码：A

文章编号：2095-5553 （2025） 01-0067-06

Design and tests of nipple drinker for goose

Dai Zichun^{1， 2}， Guo Binbin^{1， 2}， Zhang Shuting³， Gao Jianxiong³， Shi Zhendan^{1， 2}， Shao Chunrong^{1， 2}

（1. "Institute of Animal Science， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing， 210014， China;

2. Key Laboratory of Protected Agriculture Engineering in the Middle and Lower Reaches of Yangtze River，

Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Nanjing， 210014， China; 3. Xi，an Qing，an Zhihang General

Equipment Co.， Ltd.， Xi，an， 710000， China）

Abstract：

In order to solve the problems of lacking of nipple drinker for waterfowl， serious water leakage and low drinking efficiency in chicken nipple drinker for goose breeding， a posture-restricted nipple drinker for goose was designed based on the flat shape of goose beak and the biological characteristics of “bite and drag” while drinking water. Shape of the water outlet of the shell was designed as a flat-mouth shape and the strut was retracted into the shell end. In addition， a fish-mouth-shaped limit cover was added in order to standardize the drinking posture of the goose. Compared with the traditional ball valve nipple drinker for chicken， an average of 7.26g water for each goose was saved by using this new type of water fountain per hour， which improved the environment in the goose house and the welfare of goose. Moreover， water intake was significantly increased （Plt;0.01）. On average， each goose drank 45.10 g more water per hour， the feeding time was saved by 26.4%， and the resting time was increased by 19.6%. Throughout the experiment， the body weight gaining in new type nipple drinker group increased by 9%， which improved the feed utilization rate and had a certain value of popularization and application.

Keywords：

goose; nipple drinker; biological habits; drinking behavior; growth performance

0"引言

禽用饮水器种类繁多，包括水壶、普拉松饮水器、直饮式自动饮水器和乳头饮水器^［1］。简易的水壶一般用于幼禽育雏；普拉松饮水器在水壶基础上，根据禽只大小，自由调节悬挂高度，自动控制水量，每天由工作人员清洗食物残渣；直饮式水槽饮水器通常由PVC水管经顶部开槽制成，通过浮球式液位开关控制水位设定高度^［2］。上述三类饮水器供水量大，但需要频繁人工清洗和消毒，工作强度大且很难达到彻底清洁的目的。尤其是水槽，处于敞开状态，容易落进饲料、灰尘和粪便，形成厚厚的絮状物，长期存水情况下，当夏季外界温度较高时，槽内食物残渣和污染物容易发酵，滋生藻类和有害细菌，污染水体，进而危害禽类胃肠道系统健康及其生产性能^{［3， 4］}。此外，鹅、鸭等水禽饮水时有戏水本能，喜欢将头浸入水中后然后立起，将水扬至身上，再用喙部梳理全身的羽毛或抖动身体以抖落水珠^［5］。戏水习性导致饮水区地面和粪便潮湿、环境差，不利于动物福利健康，浪费了水资源^［6］。因此，在大部分笼养模式和一些平养模式中，乳头饮水线被广泛推广应用^［7］。

然而，国内有关水禽养殖配套设施设备的研究还处在初始阶段，研发技术水平较低，且市场上缺乏水禽专用乳头饮水器，多采用现有的鸡用饮水器来顶替^［8］。目前，最常见的鸡用乳头饮水器有卡式球阀和卡式锥阀两种^［9］，其基本构造类似，最大优点是全封闭式，水质不易被污染，从而减少了疾病的传播；只需定期对水线冲洗消毒，很大程度上节省了人力劳动^［10］。两种饮水器垂直于地面安装，依靠水压和顶杆重力作用将水封闭在后盖内壁与控水杆、阀体外壁组成的空腔内，鸡饮水时用喙啄碰顶杆，顶杆缩进或倾斜将钢球及控水杆抬起，饮水器水流通道打开，水经由饮水管通过饮水器流出，在顶杆处形成水滴，从而使鸡只在顶杆处获得干净的饮用水^［11］。与鸡不同的是，水禽饮水需求量大，例如育肥期北京鸭每天饮水量超过500 g，育肥期扬州鹅每天饮水量超过700 g。为保证其饮水充足，养殖人员往往会将水压调高，增加单位时间出水量。这种做法会引发一系列问题，由于水禽喙部结构特点与鸡不同，其较长的喙部与出水方向存在一定角度，水压过大时部分水会由喙部缝隙撒漏，造成水浪费、舍内湿度大，严重时，漏水量甚至超过饮水量。再者，水禽饮水时多采用“咬拽”的方式，因此，采用传统饮水器会影响鸭、鹅饮水行为的舒适度和饮水效率。

针对以上问题，本文以肉鹅为研究对象，基于其喙部形状特征和饮水行为特点，改进设计专用限位式乳头饮水器，并与传统鸡用球阀乳头饮水器进行实际应用对比，测试其节水性能对肉鹅行为福利和生长性能的影响，为该饮水器的推广应用提供参考。

1"饮水器结构与工作原理

1.1"结构组成

肉鹅专用乳头饮水器结构如图1（a）所示，主要由乳头座、限位罩、外壳、后盖、控水杆、钢球、阀体、压杆等组成。限位罩、外壳均采用ABS塑料，控水杆和压杆采用GB/T 1220—2007规定的不锈钢材料06Cr19Ni10，具有良好的耐腐蚀性和成型性，阀体为Y12Cr18Ni9，钢球采用GB/T 308.1—2013中规定的G10等级的形状误差和表面粗糙度。乳头座用以连接水管管道和饮水器部件，其内部依次为饮水器外壳和后盖。外壳端部的导水槽形状符合鹅喙部形态特征，设计为扁嘴式。尺寸根据鹅喙部长度和宽度进行了巧妙设计，使鹅饮水时能含住或部分含住导水槽，且压杆长度短于导水槽长度。后盖内从上至下分别为控水杆、高精度钢球、阀体和压杆。为防止乳头座与后盖之间漏水，在两者之间添加“O”型三元乙丙橡胶密封圈。此外，外壳与乳头座及限位罩与乳头座之间都采用“L”形敞口槽与挂耳相连接的方式，可以方便地拧上和卸下，如图1（b）所示。

1.2"安装方式和工作原理

肉鹅用乳头饮水器通常与公称直径为25mm的PVC饮水管相配合使用，水管上每隔20cm开孔，孔径为9mm。安装时乳头座卡在水管上，且凸台插入所开孔内，二者之间加密封垫，保证安装牢固和不漏水。自由饮水条件下，每个饮水器可供4～5只鹅轮流使用。安装高度、压杆轴线与垂直方向角度根据鹅日龄及饮水行为习惯调整，在一定角度范围内，非咬合时压杆可以依靠自身重力及钢球、控水杆重力作用保持与控水杆同轴状态，上部台面紧贴阀体，不会漏水。加以一定水压后，能保证鹅饮水时的水流量，确保饮水效率。

鹅饮水时，在限位罩的作用下，迫使其立于饮水器前方，自然站立状态下抬头将喙部沿着压杆轴向伸入罩内。当咬住压杆后，压杆倾斜，将钢球和控水杆顶起，水在水压的作用下顺着压杆轴向流入口腔深处；非咬合时，压杆在水压和其他零件重力作用下迅速回位，切断水流。

2"饮水器设计及使用参数

2.1"关键零件形状及参数确定

基于鹅扁平状喙部形态和“咬拽式”饮水生物习性，在原有鸡用乳头饮水器的基础上进行改进设计，最主要的是控水杆与后盖、阀体与“T”形压杆的形状尺寸、配合关系以及外壳、限位罩的形状尺寸。成品乳头饮水器的水流量通过水压进行调节，且随着家禽饲养日龄和体重的增加，水流量随之增大^［12］。压力不足会降低饮水效率，压力过大会导致漏水严重，造成舍内湿度大和粪便板结^［13］。设计时，水流量主要由控水杆与后盖间隙、压杆与阀体间隙二者决定。出于设计方便，通常压杆与阀体间隙设计尺寸大于控水杆与后盖间隙尺寸，水流量由后者决定。

在鹅育雏阶段，为防止痛风病的发生通常采用饮水壶为其提供充足的饮水，育雏结束后使用水线^［14］。此阶段，其喙部宽约为15.0mm，长为28.0mm，在确保喙部能含住压杆和外壳，且饮水舒适的前提下，外壳设计如图2所示，整体长度为43.0mm，出水端形状设计为扁嘴式，长18.5mm，宽12.0mm。为保证饮水直接进入鹅口腔，将压杆设计为缩进式，缩进外壳内部5.0mm，总长度为18mm。从节约材料成本和保证加工精度角度出发，压杆选用冷镦加工工艺，直径参考乳头式饮水器标准^［15］，设计为3.0mm，材料为标准规定的06Cr19Ni10，与之相配合的阀体孔径设计为3.2mm。

控水杆直径参考市场通用尺寸，由规格为3.5mm的钢丝冷镦加工而成，标准直径为3.500⁰－0.015mm，材料与压杆相同。设计时只需按照鹅的饮水量调节与控水杆配合的孔径即可。禽类平均饮水量是耗料量的1.25～2.5倍，通过前期试验和采食行为分析发现，肉鹅整个生长周期内采食高峰平均耗料量约为40 g/min，据此计算平均饮水量为50～100mL/min。参考标准鸡用饮水器，孔径为3.700mm时，2kPa水压下水流量为55mL/min，该设计将孔径增大到3.750^+0.005₀mm，经测试，其水流量曲线如图3所示，200～600mm水柱高度对应的水流量为80～120mL/min，满足鹅饮水需求。

此外，鹅饮水姿势十分重要，即使将压杆设计为缩进式，在侧面咬合压杆时，也会导致喙部侧面漏水。因此，第三个关键零件是限位罩的设计。肉鹅喙部长度和宽度在1～70日龄内变化范围分别为15～60mm，10～25mm。基于此尺寸，在充分考虑“鹅—机工程学”的角度，将限位罩开口处设计为如图4所示的“鱼嘴”状，开口最大宽度为30.0mm，长度为70.0mm，深度与喙部长度和饮水器外壳尺寸匹配，设计为60.0mm，既能保证育肥期肉鹅喙部自由进出，同时防止喙部与乳头形成过大切角，阻止饮水时其它鹅的争抢。考虑到拆装方便，圆管端隔180°开“L”型敞口槽，可以方便地拧在乳头座的两挂耳上。

2.2"饮水器理论安装角度计算

乳头饮水器使用过程中最关键的问题是舒适性和环保。舒适性可通过零部件的外形、尺寸设计实现，而环保主要在于节水。因此，要确保乳头安装完成后在正常水压和水压不足情况下压杆处均不会发生漏水，且保持平直、在水禽饮水不咬合的时候压杆能迅速归位。无水压状态下，对各零件进行受力分析，如图5所示。忽略摩擦力和残留在外壳空腔内少量水的重力，压杆在自身重力G1和钢球所给压力F1的作用下保持力矩平衡，不会围绕O点发生转动，如图5（a）所示。根据力矩平衡公式∑M=0可得

G₁·LG－F₁·LF=0

（1）

式中：

LG——重力G1的力臂，m；

LF——F1的力臂，m。

其中压杆的质量已知，而钢球给压杆的压力F1可以通过钢球的受力分析得到，如图5（b）所示。钢球受自身重力G2、压杆和控水杆给其压力F1N和F2，以及阀体给其支持力FN1，在四个力的作用下保持平衡。同样，控水杆也在自身重力G3、钢球给的压力F2N以及后盖给其支持力FN2三个作用力下保持平衡，如图5（c）所示。由此可得到式（2）、式（3）。

G₂·cosθ+F₂=F1N+FN1·sinα

G₂·sinθ=FN1·cosα

（2）

G₃·cosθ=F2N

（3）

式中：

θ——

控水杆轴线与垂直方向的最大夹角，（°）；

α——

阀体对钢球的支持力与压杆倾斜方向垂向的夹角，（°）。

在式（1）～式（3）中，压杆、钢球、控水杆的质量已知；压杆形状规则，重心位置可通过计算得到；力臂LG和LF、倾斜角α均可通过几何关系得到。通过分析和计算可得，水压为0 Pa时，为保证乳头饮水器不发生漏水，其理论最大安装倾斜角θ为52.4°。在此角度范围内，钢球和控水杆的重力作用会保持压杆平直，超过此角度，压杆顶端下垂至外壳，无法顺利回位。通过观察鹅饮水时头部自然抬起的行为习惯得到，压杆倾斜角度为30°～45°时，鹅饮水最为舒适。因此，鹅养殖过程中饮水器使用时可在此角度范围内进行适量调整。

3"饮水器使用性能现场测试

3.1"材料与方法

在安徽某公司对新型乳头饮水器的使用性能进行现场测试。试验现场布置如图6所示，试验选取20日龄扬州鹅雏鹅160只，初始体重为632.77g±59.98g，随机分至传统球阀乳头组和新型乳头组，每组设置4个重复，每个重复饲养雏鹅20只，饲养周期30天。所有试验鹅采用网床架养模式饲喂，自然通风。由于禽类对饮水器的熟悉程度会影响其饮水量^［16］，因此试验的前5天为鹅对乳头饮水器的学习适应期，通过观察发现，大部分鹅在2天内学会使用乳头饮水器，并在5天内熟练使用。整个试验过程中鹅自由采食和饮水，利用两个密闭水箱给两条饮水线供水，水箱架高，以提供一定的水压。水线安装高度随着鹅日龄的增长而逐渐调整^［17］。在水线下方放置带有网罩的PVC管承接漏水，网罩起到防止鹅饮用漏水的作用。

每天记录喂料后2h内的饮水量、漏水量，用以计算单位饮水和漏水量；每天记录喂料量，且每隔10天对鹅进行逐只称重，用以计算料肉比；期间，试验组和对照组各随机选取一栏，通过网络摄像头记录鹅的行为（随机选取6只鹅为观察统计对象），包括饮水频率、单次饮水时间、采食频率、单次采食时间、累计趴卧休息时间。各统计指标的意义及详细统计方法如下：（1）单位漏水量：统计天数内平均每小时每只鹅漏水量，g；（2）饮水频率：每小时平均每只鹅饮水次数，次；（3）单次饮水时间：每小时平均每只鹅单次饮水时长，s；（4）单位饮水量：统计天数内平均每只鹅每小时饮水量，g；单位饮水量=［∑（初始水量－计时终止存水量－漏水量）÷计时时间÷鹅存栏量］/统计天数；（5）采食频率：每小时平均每只鹅进食次数，次；（6）单次采食时间：每小时平均每只鹅单次进食时长，s；（7）累计趴卧休息时间：统计天数内平均每只鹅每小时累计趴卧休息时间，min。所有基础数据处理在Excel中进行，两组数据之间显著性分析采用单因素方差分析法，在Minitab软件中进行。

试验中，设定两种乳头饮水器水流量均为80mL/min，以离压力调节器最远端的乳头为准，通过秒表和量筒进行校准。校准方法为：开启秒表的同时激活饮水乳头，使水自由流入量筒中，计时满30 s时，释放饮水乳头以中止水流入量筒中，记录量筒中的水量（mL）。将该值乘以2得到每分钟通过该饮水乳头的水流量。

3.2"结果与分析

3.2.1"新型乳头饮水器节水效果与鹅饮水姿势

对照组和试验组统计的各日龄阶段漏水量及全试验周期内平均漏水量，如图7所示。试验组各日龄阶段漏水量均低于对照组，且在35～45日龄阶段最为显著（Plt;0.05）。按整个试验周期统计，平均漏水量试验组显著（Plt;0.01）低于对照组，单位小时内平均每只鹅节水7.26g，按照规模化肉鹅养殖中每栋舍养鹅800～1000只，一天喂料两次的做法，平均每天至少节水23.23～29.04kg，能有效节约水资源，利于环保。

此外，通过视频观察发现，新型乳头饮水器组在限位罩的作用下，鹅的饮水姿势相对统一，头部上扬，上扬角度与乳头安装角度相契合，水更容易流入口腔，如图8（a）所示；而传统饮水器组，由于鹅的脖颈较长且灵活，鹅可以从各个方向去碰触顶杆，导致喙部侧面漏水严重如图8（b）所示。

在网床架养和发酵床网上养殖模式下，肉鹅粪便直接落在地面或发酵床上^{［18， 19］}，对照组漏水量更大，大量积水不仅容易使发酵床板结、死床，还会导致大量有害菌滋生，使粪便发酵产生高浓度氨气、硫化氢等有害气体，造成舍内环境差、危害水禽健康^［20］。新型乳头饮水器通过减少漏水量，有效改善了这些不良现象。

3.2.2"不同乳头饮水器对鹅饮水和采食行为的影响

和其它畜禽一样，鹅的饮水量会在进食后达到高峰，随后在一天的时间内逐渐下降^［21］，因此选取喂料后2h对不同组鹅的采食和饮水行为进行统计。躺卧时间是禽类福利行为的指标之一，反映了家禽在养殖环境中的舒适程度，充足的趴卧休息时间，还有助于营养物质积累，增加出栏体重。

试验组和对照组肉鹅饮水总时长（饮水频率×单次饮水时间）差异不显著，新型饮水器组为69.49 s，传统饮水器组为75.24 s，但试验组单次饮水时间显著（Plt;0.05）缩短，比对照组缩短用时31.6%，且单位饮水量显著提升（Plt;0.01），每小时平均每只鹅多喝水45.10 g（表1）。从各个日龄阶段来看，新型饮水器组鹅的单位饮水量均高于对照组，且随着日龄的增大饮水量逐渐上升（图9）。

这表明试验组肉鹅在相对较短的时间内即能获得充足的饮水，饮水效率得以提高。究其原因，首先，鸡用乳头饮水器是根据鸡的“啄碰”饮水行为特性而设计，不适合饮水时具有“咬拽”行为特性的水禽，因此，鹅需要花费相对较长的时间饮水以确保含水率较低（12%左右）的颗粒状饲料能够顺利下咽；其次，饮水姿势及竞争性饮水对饮水效率也会产生影响，新型饮水器组的鹅在限位罩作用下避免了多只鹅竞争饮水的情况，饮水姿势舒适且符合其生物学特性，水更容易流入口腔；而传统饮水器组鹅可以从各个方向去碰触顶杆导致喙部侧面漏水严重（图8）。此外，单位饮水量随日龄呈逐渐上升趋势，除采食量上升导致之外，还有可能是因为气温逐渐升高。研究表明，当舍内温度超过20℃时，温度每上升1℃，饮水量会相应增加6%^［22］。

采食和饮水通常是相伴随的，禽类会在采食时集中大量饮水^［21］。统计发现，在充足饮水下，新型饮水器组鹅采食效率提高，体现在采食频率显著（Plt;0.05）降低。喂料2h内，新型饮水器组鹅的采食总时长（采食频率×单次采食时间）为133.4s，比对照组（181.2s）节约时间26.4%，确保在相对较短时间内即完成进食，从而有更多的休息时间，有利于能量的积累。期间，新型饮水器组鹅累计趴卧休息时间比对照组多5.49min，提高了约19.6%。

3.2.3"不同乳头饮水器对鹅生长性能的影响

禽类的生长性能体现在体重、采食量和料肉比上。图10展示各日龄阶段不同饮水器组鹅的体重、采食量和料肉比情况。

不同日龄试验组肉鹅体重均大于对照组，整个试验期内试验组肉鹅体重比对照组增加9%，差异不显著。30日龄试验组采食量高于对照组，但后期采食量低于对照组肉鹅。可能的原因是后期气温过高，鹅舍没有有效的降温措施，且试验组肉鹅体重较大，热应激对其采食造成的影响更为显著^［23］。整个试验周期内，试验组肉鹅饲料转化效率均高于对照组。有研究表明，饮水量因能改变日粮消化率而对其养分利用效率造成影响，如果饮水量不足，将会降低日粮的营养价值，进而影响到生产性能^［24］。该试验中，采用新型饮水器后，既保证充足的饮水，又提高饲料的利用效率。饲料利用效率提高，鹅粪便中的蛋白等营养物质减少，能有效减少细菌滋生和氨气、硫化氢等臭气产生，改善舍内环境和水禽福利情况，保证水禽正常增重和更加健康地生长。

4"结论

1） 针对现有乳头饮水器不适用于水禽、饮水效率低、漏水严重等问题，基于肉鹅喙部形状特征和饮水生物学习性，在鸡用球阀乳头饮水器基础上进行改进，设计新型鹅用限位式乳头饮水器。

2） 新型乳头饮水器在标准2～6kPa水压下水流量为80～120mL/min，与球阀乳头饮水器相比，在满足鹅饮水高峰用水需求的同时，规范肉鹅饮水姿势，单位时间内平均每只鹅节水7.26g，有效减少水资源浪费。

3） 与球阀乳头饮水器相比，新型乳头饮水器能够提高饮水效率和采食效率，促进肉鹅生长。单位时间内平均每只鹅多饮水45.10 g，采食耗时节约26.4%，累计趴卧休息时间增加19.6%，试验期内肉鹅增重提高9%，提高饲料利用率。

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