北京市典型奶牛舍夏季温热环境和空气质量的评价

陈 健，彭丹丹，何祥波，李 淦，王占彬，顾宪红*

（1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193；2.河南科技大学动物科技学院，河南洛阳 471003）

北京市典型奶牛舍夏季温热环境和空气质量的评价

陈 健1,2，彭丹丹1，何祥波2，李 淦1，王占彬2，顾宪红1*

（1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193；2.河南科技大学动物科技学院，河南洛阳 471003）

为评价北京市典型奶牛舍夏季温热环境和空气质量状况，本试验分别测定了北京市郊区一典型泌乳牛 舍 内 不 同 时 间 段（08:00—09:00，10:00—11:00，12:00—13:00，14:00—15:00，16:00—17:00，18:00—19:00）不同位置（向阳面，背阴面，饲喂通道）的温热环境因子和空气环境指标。结果表明:泌乳牛舍内温度随时间的变化先升高后降低，相对湿度先降低后升高，不同时段温湿指数（THI）均使奶牛处于热应激的水平（THI≥72）；14:00—15:00风速最高，18:00—19:00 PM 2.5、PM 10、NH3、CO2浓度最高；向阳面风速、背阴面NH3浓度、饲喂通道CO2浓度极显著大于其他位置（P<0.01）；舍外温度、THI、NH3浓度极显著大于舍内（P<0.01），舍内风速、CO2浓度极显著大于舍外（P<0.01）。由此可得，该牛舍所测时段内奶牛均处于热应激，舍内空气流动一定程度上缓解了奶牛的热应激；舍内粉尘、NH3和CO2浓度符合生产标准，且向阳面空气环境指标好于背阴面和饲喂通道；比较牛舍内外温度和THI，此开放式牛舍在夏季起到了一定的隔热作用。

奶牛；泌乳牛舍；夏季；温热环境；空气质量

北京市是我国重要的牛奶消费地，被列为国家重点扶持的大城市郊区乳业优势发展地区[1]。随着当前京津冀奶业一体化协同发展模式的创新，其奶牛业的健康发展对京津冀甚至全国的奶牛业发展起到引领、带动和促进的作用。北京地区80%的奶牛养殖场牛舍为开放式或半开放式牛舍，奶牛养殖受外部自然气象条件影响较大[2]。影响奶牛产奶量的主要因素包括奶牛品种、营养和饲养管理、生理因素和饲养环境、疾病管理等。其中，温热环境和空气质量是重要的环境因素，前者影响牛舍内的温湿指数，从而影响奶牛自身的热调节，后者随着奶牛饲养密度的增加及排泄物的分解而发生改变，进而影响奶牛的健康及福利水平。

北京市四季分明，冬季最长，夏季次之，春、秋短促，而奶牛本身耐寒怕热，夏季热应激对奶牛的影响远远大于冬季冷应激对奶牛的影响。本试验通过测量北京市典型泌乳牛舍内外夏季不同时间段的温热因素（温度，相对湿度，风速）和空气环境指标（PM2.5，PM10，NH3，CO2）的变化，为北京市郊区奶牛舍的设计、奶牛养殖环境的改善和奶牛福利水平的提高提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验牛舍概况 试验在北京市顺义区中地种畜良种奶牛科技园进行，该奶牛场共有5栋泌乳牛舍，且5栋泌乳牛舍的结构和布局完全一样，随机选取其中1幢进行测定。试验牛舍为双坡屋顶开放式泌乳牛舍，牛舍长260 m，宽30 m，牛舍内有5条通道，饲喂通道两侧各有1排对头式双列卧床，每列牛舍内的采食通道和清粪通道宽3 m（图1），饲喂通道宽5 m。牛舍的南面为开放式，北面装有塑料卷帘，该卷帘只在冬季放下，用于挡风保暖，其他季节都卷起，能实现舍内南北自然通风，牛舍西面有挤奶通道。通过本课题组2016年对北京各个地区的62家牛场调研发现，成乳牛舍为开放式和半开放式的牛场比例达90%以上[3]，开放式的牛舍结构和布局和本试验所选择的牛舍相似或相同，因此本试验所选牛舍为北京市的典型牛舍。

图1 牛舍立剖面结构图

1.2 奶牛的饲养管理 牛舍内自由卧床为橡胶垫，垫料为稻壳，通道地面为混凝土凹槽地面，粪便用自动刮粪机清除。在距离采食通道地面4 m高和卧床地面2 m高的位置装有风机，采食通道上部0.5 m高的地方装有自动化喷淋装置。当外界环境温度高于20℃时，牛舍内会开启风扇，高于24℃时会在14:00—16:00开启喷淋，喷淋1 min间隔4 min。该舍内饲喂高产荷斯坦奶牛约500头，每天07:00、14:00、19:00用TMR日粮搅拌车喂料3次。奶牛每天挤奶3次，挤奶时间段为07:10—09:10、14:40—16:30、21:20—23:00。自由采食、自由饮水，除了采食和挤奶，奶牛大部分时间在卧床上躺卧。

1.3 试验设计 根据天气预报选择北京地区夏季约10 d稳定的典型夏季天气条件进行测定，具体测定日期为2015年8月19—28日。每天测定的时间段为 08:00—09:00、10:00—11:00、12:00—13:00、14:00—15:00、16:00—17:00、18:00—19:00，其他时间段不进行测定。每个时间段分别测定温度、相对湿度、风速等温热因素和PM2.5、PM10、NH3、CO2等空气环境指标。各指标采样点如图2所示，1、3、4、6测点位于卧床上，距离牛舍两边端墙均为50 m；2、5测点位于牛舍中部卧床上；7、8测点位于饲喂通道上，距离端墙上门60 m；9、10测点位于牛舍纵向中间外，距离牛舍南北两侧面1 m。泌乳牛舍内的南面即向阳面为1、2、3共3个测点位置，北面即背阴面为4、5、6共3个测点位置，饲喂通道为7、8共2个测点位置。测定高度为奶牛站立时头部所在高度，距离地面1.5 m。各指标在每一个采量点每个测量时段连续测量3次，取均值。

1.4 试验仪器与设备 温度和相对湿度测量使用testo 625手持式温湿度仪（德国德图）；风速测量使用 testo 425手持式风速计（德国德图）；PM2.5和PM10测量采用微电脑激光粉尘仪（ 北京绿林创新数码科技有限公司LD-5C系列）；NH3浓度测量用多气体检测仪（美国英思科公司MX6 IBRID）；CO2浓度测量利用 testo 535 二氧化碳测量仪（德国德图）。

图 2 泌乳牛舍温热环境和空气质量测量点示意图

1.5 统计分析 利用Excel 2010对各个指标10 d的数据进行整理，选取其中气候条件较稳定（无大风大雨）、完整的7 d数据进行统计分析。用SPSS 20.0对不同时间段和不同位置的数据进行单因素ANOVA方差分析，并用Duncan's法进行多重比较；对舍内和舍外数据进行独立样本t检验分析。以P>0.05 为差异不显著，以P<0.05 为差异显著，以P<0.01 为差异极显著，数据表示为平均值±标准差。

其中，T表示环境温度（℃）；H表示相对湿度（%）。

2 结 果

2.1 泌乳牛舍内温热因素和空气环境指标的日变规律 由表1可知，泌乳牛舍内的温度随时间的变化先升高后降低，08:00-09:00时段最低，12:00-13:00时段最高；相对湿度先降低后升高，18:00-19:00时段最高；12:00-13:00时段的THI极显著高于其他时段（P<0.01），且不同时段的THI均使奶牛处于热应激水平（THI≥72）[5]；14:00-15:00时段风速极显著高于其他时段风速（P<0.01）；PM2.5、PM10、NH3和CO2浓度在18:00-19:00时段极显著高于其他时段（P<0.01）。

2.2 泌乳牛舍内不同位置的温热因素和空气环境指标的变化 由表2可知，温度、相对湿度、THI、PM10在各位置间无显著性差异（P>0.05）；向阳面的风速极显著大于其他位置（P<0.01）；背阴面和饲喂通道的PM2.5浓度显著大于向阳面（P<0.05）；背阴面的NH3浓度和饲喂通道的CO2浓度极显著大于其他位置（P<0.01）。

2.3 泌乳牛舍内外的温热因素和空气环境指标的变化 由表3可知，泌乳牛舍内外的相对湿度、PM2.5、PM10无显著性差异（P>0.05）；舍内温度、THI极显著小于舍外（P<0.01），舍内的风速、CO2浓度极显著大于舍外（P<0.01）；舍内的NH3浓度极显著小于舍外（P<0.01）。

表2 泌乳牛舍内不同位置的温热因素和空气环境指标

表3 泌乳牛舍内外温热因素和空气环境指标

3 讨 论

3.1 泌乳牛舍内不同时段的温热因素和空气环境指标

3.1.1 牛舍内不同时段THI变化 空气温度是影响家畜健康和生产性能的首要温热因素[6]。在没有降温和保暖设施的牛舍中，牛舍内温度主要是由牛体自身产热、太阳辐射、牛舍通风换气等综合决定。牛舍内的空气湿度主要来自于家畜的呼吸、牛舍潮湿地面、粪尿和垫料等。空气湿度会影响奶牛体表水分蒸发，阻碍牛体散热，干扰牛体热调节。由于温度和湿度对奶牛有综合效应，一般通过综合温度和相对湿度的THI来评价牛舍内温热环境状况，当环境温度上升到25℃以上或THI 超过 72就会打破奶牛体内的热平衡，引起奶牛的热应激[7]。

表1 泌乳牛舍内不同时段温热因素和空气环境指标

本试验所测的牛舍为开放式，舍内温度和THI的变化受外界温热环境影响比较大。对牛舍内的温热环境测定发现，温度和THI在12:00—13:00较高，在08:00—09:00和18:00—19:00这2个时段较低；相对湿度的变化规律和温度相反。这种变化趋势和高玉红等[8]研究的结果相似。虽然牛舍在14:00—16:00会开启喷淋，但由于此时舍内温度较高，所以舍内相对湿度相比未开喷淋时间段没有明显增大。在所测时段牛舍内温度都大于25℃，高于奶牛适宜温度上限，同时THI均在72以上，表明奶牛处于热应激状态。

3.1.2 牛舍内不同时段风速的变化 牛舍内的风速可对牛体热平衡产生影响，并且其影响程度受气温的制约。由于试验时段为夏天，牛舍内风机一直处于开启状态，所测风速代表的并不是舍内自然的空气流动风速在14:00—15:00高于其他时段，主要是因为该时段温度最高，牛场通过增大牛舍内空气流动来降温防暑。舍内的风速增加，奶牛体表的对流和蒸发散热量变大，易于维持机体的热平衡，奶牛的体感温度变低，从而降低热应激对奶牛的影响[9]。

3.1.3 牛舍内不同时段粉尘的变化 除牛舍建筑类型和饲养工艺之外，舍内温湿度、风速、清粪方式以及奶牛行为等[10]均可能会对舍内空气环境中的粉尘浓度造成影响。奶牛舍内粉尘数量与乳腺炎存在显著的正相关[11]。温度和湿度对空气环境中的粉尘浓度有着直接的影响，高温更容易使饲料粉末、粪末以及尘土悬浮于空中[12]。本试验结果显示，18:00—19:00牛舍内粉尘浓度（PM2.5、PM10）大于其他时段，但整体低于2 mg/m3，符合畜禽场的环境质量标准[13]，并未达到危害水平。08:00—09:00时段的粉尘浓度较高，主要因为该时段是奶牛集中挤奶和采食的时间，这些行为可能会引起粉尘浓度的升高。本试验牛舍内PM2.5、PM10浓度变化与高玉红等[8]研究结果不一样，主要原因可能在于所测时段内北京市整体空气质量较好。本试验所测开放式牛舍受外界空气质量的影响比较大，导致牛舍内PM2.5和PM10的变化范围很小，同时在所测时段内牛舍一直开着风机，舍内空气流动较强，牛舍内粉尘微粒会随着空气流动的方向排到舍外。

3.1.4 牛舍内不同时段NH3的变化 NH3无色，具有刺激性气味，比重较小，主要来源于厌气菌分解粪便、饲料与垫料中含氮有机物[14]。本试验结果表明，18:00—19:00时段NH3浓度高于其他时段，NH3浓度最高为2.53 mg/m3，根据畜禽场环境质量标准[13]，NH3最高上限为20 mg/m3，表明该牛舍NH3浓度符合生产标准。

3.1.5 牛舍内不同时段CO2的变化 牛舍内CO2主要来自奶牛的呼吸和粪便的代谢。若牛舍内CO2浓度较高，说明畜舍通风不良，导致氧气含量下降、其他有害气体含量增高。本试验结果表明，CO2浓度在18:00—19:00明显高于白天其他时段，但是远低于畜禽场环境质量标准中的最高上限2 946 mg/m3[13]。

通过对牛舍内空气环境指标测定发现，NH3、CO2浓度在18:00—19:00时段高于其他时段，变化规律和李保明等[14]研究的结果相似。主要是因为该时段奶牛活动量相比白天小，大部分牛都在对头式的卧床上躺着进行反刍，相对比较集中，而测量点距离躺卧在卧床上的牛群头部较近，因此测得的值较高。

本试验对牛舍内空气质量测定发现，虽然该牛舍内空气质量符合生产标准，但18:00—19:00时段牛舍内空气质量比其他时段差，由于晚上牛舍管理人员减少，容易忽视对奶牛的管理，奶牛若长期处在较差空气质量的环境中会对奶牛的健康产生一定的影响，从而影响奶牛的生产性能。

3.2 泌乳牛舍内不同位置的温热因素和空气环境指标 不同位置的温度、相对湿度、THI差异不显著，且温度和THI都比较高，说明夏季牛舍内不会因为位置不同而导致局部温度不一致，奶牛所处的整体环境温度比较高，应加强牛舍内的通风降温，减小奶牛的热应激。向阳面的风速比其他2个位置高，因为该牛舍南面没有其他建筑遮挡，向阳面的空气流动比较好。背阴面的NH3浓度比较高，主要是因为牛舍北面的空气流动没有南面好，同时牛舍外的粪污池对牛舍内的空气质量也有一定影响。

3.3 泌乳牛舍内外的温热因素和空气环境指标 对牛舍内外温热环境和空气质量的测量可知，在所测的时段，舍内外温度处在奶牛的最适温度（5～25℃）[7]之上，而且舍内外THI均大于72；但舍内温度和THI低于舍外温度，说明此开放式牛舍在夏季具有一定的隔热作用。由于舍内有风机增加空气流动，舍内风速高于舍外的自然风。由于舍外南北两面都有粪污池，离测量点和牛舍较近，致使所测舍外的NH3浓度较高。

4 结 论

本试验通过对北京地区典型开放式奶牛舍夏季温热因素和空气环境指标的测定发现，在所测时段牛舍内温度都大于25℃，THI均大于72，奶牛处于热应激状态，牛舍内的空气流动一定程度上缓解了奶牛的热应激；该牛舍内的粉尘、NH3和CO2浓度符合生产标准，但18:00—19:00时段牛舍内的空气质量比其他时段差。该开放式牛舍内不同位置的温度和THI无差异，向阳面空气环境指标好于背阴面和饲喂通道；牛舍内温度和THI低于舍外，表明该开放式牛舍在夏季具有一定的隔热作用。

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Thermal Environment and Air Quality of Summer in a Typical Barn of Lactating Cow in Beijing Area

CHEN Jian1,2, PENG Dan-dan1, HE Xiang-bo2, LI Gan1, WANG Zhan-bin2, GU Xian-hong1*
(1.Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China; 2.College of Animal Science and Technology, Henan University of Science and Technology University, Henan Luoyang 471003, China)

This study evaluated the thermal environment and air quality of typical barn of summer in Beijing. The thermal environment indicators and air quality were measured at different sampling times (08:00-09:00, 10:00-11:00, 12:00-13:00,14:00-15:00, 16:00-17:00, 18:00-19:00) and different positions of dairy barn in Beijing suburb. Results showed that, with the change of sampling time, the temperature increased first and then decreased, while the change of relative humidity was opposite. The temperature and humidity indexes (THI) in different sampling times was higher than the appropriate environment for lactating cows and thus the cows suffered from heat stress (THI≥72). During 14:00-15:00 period, the wind speed was the highest. During 18:00-19:00 period, the concentration of PM 2.5, PM 10, ammonia and carbon dioxide were the highest. In addition, wind speed of sunny slope, ammonia concentration of shade-side and carbon dioxide concentration of feeding channel were greater than that in the other two positions. Compared with the inside of the barn, the outside of the barn had higher values of temperature, THI and ammonia concentration (P<0.01), and lower values of wind speed and carbon dioxide (P<0.01). It was concluded that dairy cows suffered from heat stress at the measuring time in the barn. However,the air movement in the barn alleviated heat stress of cows partly. The PM, ammonia and carbon dioxide concentrations conformed to the standard of production, which was better in sunny slope than shady slope and feeding channel. Temperature and THI inside the barn was lower than that of outside the barn, which indicated the barn played a role of insulation in summer.

Dairy; Cow barn; Summer; Thermal environment; Air quality

2017-07-13；

2017-09-20

国家重点研发计划课题（2017YFD0502003、2016 YFD0500507）；奶牛产业技术体系北京市创新团队项目（BAIC06-2017）；中国农业科学院科技创新工程（ASTIPIAS07）

陈健（1992-），男，河南南阳人，硕士研究生，主要从事畜禽健康养殖与环境控制，E-mail: 490803726@qq.com

*通讯作者：顾宪红（1966-），女，研究员，博士生导师，研究方向为畜禽应激、福利与健康养殖，E-mail: guxianhong@vip.sina.com

S823.4

A

10.19556/j.0258-7033.2017-12-106