熊浩哲，陳昭輝，徐一洺，楊 皓，劉繼軍

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

近年來，我國肉牛產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，目前已形成西北、中原、東北、西南4 大產(chǎn)業(yè)帶，肉牛存欄量、屠宰量和牛肉產(chǎn)量約占全國90%[1]。其中西北地區(qū)幅員遼闊，農(nóng)牧資源豐富，肉牛產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿Υ螅摰貐^(qū)冬季大風(fēng)天氣頻繁，冷風(fēng)與低溫條件會給牛帶來巨大的冷應(yīng)激，導(dǎo)致牛只機(jī)體健康及生產(chǎn)性能下降，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[2]。對此，人們在重視飼養(yǎng)管理的同時(shí)，對飼料配方以及動物生理生化方面進(jìn)行了大量的研究工作且取得顯著成效。但目前人們對于養(yǎng)殖環(huán)境的重視程度不夠[3]，這大大限制了肉牛生產(chǎn)水平的提高。防風(fēng)墻作為一次性投資設(shè)備，具有長期收益、日常維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，減風(fēng)效果最大可達(dá)80%[4-5]。因此，圍欄育肥牛場可利用防風(fēng)墻緩解肉牛冷應(yīng)激，減少冬季牛在圍欄育肥牛場的熱量損失、提高生產(chǎn)性能、節(jié)省飼料成本。目前對于防風(fēng)墻在肉牛生產(chǎn)中的應(yīng)用效果研究較少，因此探究防風(fēng)墻對提高肉牛生產(chǎn)性能的作用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)肉牛場與防風(fēng)墻設(shè)置 試驗(yàn)在甘肅省張掖市沅博農(nóng)牧公司的圍欄育肥牛場（38.93 ° N，100.46 ° E）進(jìn)行。張掖為大陸性氣候，較為干燥，1 月日均最低溫度-17℃，日均最高溫度0℃；2 月日均最低溫度-14℃，日均最高溫度4℃。歷史極端最低溫度為-28℃，日間溫度變化較平穩(wěn)。冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，歷史最大風(fēng)速達(dá)28 m/s。試驗(yàn)肉牛場處于西北朝向，長230 m、寬400 m。分成4 個(gè)單元，每個(gè)單元設(shè)置1 道鍍鋁鋅剛性防風(fēng)墻，長235 m、凈高7 m。防風(fēng)墻間距為100 m，設(shè)計(jì)風(fēng)壓為0.5 kN/m2，預(yù)計(jì)在4 m 的高度范圍內(nèi)，水平距離100 m 內(nèi)風(fēng)速折減率可達(dá)50%。防風(fēng)墻面積為1 645 m2（未扣除門洞處面積），中間孔φ25 mm、兩側(cè)孔φ16 mm、邊緣孔長30 mm、寬14 mm，防風(fēng)墻孔隙率為30%。防風(fēng)墻與試驗(yàn)牛場平面圖見圖1、圖2。

1.2 試驗(yàn)牛及日糧 牛欄對年齡、體重相近的西門塔爾雜交牛、安格斯雜交牛進(jìn)行散欄飼養(yǎng)。選取初始體重差異不顯著的40 頭牛隨機(jī)平均分布在第2 排與第4 排的九、十列牛欄中，依次表示為牛欄Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，如圖3 所示。

圖1 防風(fēng)墻現(xiàn)場圖（正視圖）

圖2 圍欄育肥牛場總平面圖

圖3 圍欄育肥牛場試驗(yàn)單元平面圖

試驗(yàn)階段肉牛日糧精料量為4.7 kg/（頭·d）。精料配方：玉米63%，豆粕5%，菜餅5%，麩皮5%，棉粕14%，預(yù)混料5%，小蘇打1%，食鹽2%。每天08：00 和15：00 進(jìn)行飼喂，試驗(yàn)期間全天不清糞，肉牛自由采食、飲水采用電加熱水槽。

1.3 測定指標(biāo)與方法 試驗(yàn)日期為2018 年1 月27 日—2 月10 日。牛場每個(gè)單元內(nèi)設(shè)置4 排牛欄，每排11 列，長18 m、寬18 m，每個(gè)欄位飼養(yǎng)10 頭牛。試驗(yàn)期間在第二道防風(fēng)墻后，選擇Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ牛欄作為測定牛欄，在1 月27 日以及3 月4 日測定牛的體重，并以此計(jì)算日增重。同時(shí)通過牛場各位點(diǎn)風(fēng)速的對比，分析防風(fēng)墻的風(fēng)速折減效果以及風(fēng)冷效應(yīng)對肉牛生產(chǎn)性能的影響。環(huán)境測定指標(biāo)包括溫度、風(fēng)速，參照Brandle[2]、陳凱等[4]試驗(yàn)中的測點(diǎn)位置同時(shí)考慮牛場的實(shí)際狀況進(jìn)行布點(diǎn)。

1.3.1 風(fēng)速 風(fēng)速測定高度均為1.2 m，測定時(shí)間為風(fēng)速較大的時(shí)間段 15：00—17：30。防風(fēng)墻高度7 m，記為H。在中軸線上，測量距防風(fēng)墻1H、2H、3H、5H、8H、10H、14H（7、14、21、35、56、70、98 m）的風(fēng)速（此方向?yàn)橄嘛L(fēng)向），同時(shí)以距防風(fēng)墻中點(diǎn)上風(fēng)向方向10H處的風(fēng)速作為參照風(fēng)速。測點(diǎn)與牛欄的相對位置如圖4所示。

圖4 布點(diǎn)與牛欄相對位置示意圖（俯視圖）

式中，μ 為風(fēng)速折減率（%），μ 越大則減風(fēng)效果越好；V 監(jiān)為監(jiān)測點(diǎn)風(fēng)速（m/s）；V 對為實(shí)測點(diǎn)風(fēng)速（m/s）。

式中，α 為水平遮蔽距離，無綱量；L 為測量點(diǎn)離擋風(fēng)墻的距離（m），防風(fēng)墻前用負(fù)值表示；H 為防風(fēng)墻高度，本試驗(yàn)中防風(fēng)墻高7 m。

1.3.2 風(fēng)冷指數(shù)（WCI） WCI 是將風(fēng)速和氣溫結(jié)合起來從而反映寒冷程度的一個(gè)重要指標(biāo)，最初用來反映人的體感溫度。當(dāng)風(fēng)速為15 km/h，氣溫為-10℃時(shí)，WCI 為-17，這意味著人體感受到的寒冷程度與無風(fēng)時(shí)-17℃一樣。在2001 年，加拿大氣象中心對原先的WCI 加以修改及優(yōu)化，得到了針對家畜WCI 的計(jì)算公式：

式中，Tair為空氣溫度（℃）；V 為風(fēng)速（km/h）[6]。

1.3.3 畜體熱量損失 20 世紀(jì)70 年代，Webster 等[7]探索出了用風(fēng)速和環(huán)境溫度計(jì)算肉牛熱量損失的公式：

式中，H 為畜體的熱量損失（Mcal/m2·24h），T 為空氣溫度（℃），V 為風(fēng)速（m/min）。

畜體表面積的計(jì)算采用CIGR Handbook 中提出的公式[8]：

式中，S 為畜體的體表面積（m2），W 為體重（kg）。

1.3.4 測定方法 本試驗(yàn)采用現(xiàn)場實(shí)測，利用儀器測定各布點(diǎn)的風(fēng)速與溫度。試驗(yàn)器材見表1。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 用Excel 2013 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理、制表和作圖，采用SPSS 20.0 統(tǒng)計(jì)軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，用Duncan's 法進(jìn)行多重比較，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。以P＜0.05 表示顯著差異。

2 結(jié) 果

2.1 風(fēng)速折減效果 為了便于分析風(fēng)速折減效果， 在此利用風(fēng)速較大的3 d（2 月2 日、2 月4 日、2 月7 日）的風(fēng)速測定結(jié)果進(jìn)行風(fēng)速折減效果的擬合，結(jié)果如圖5所示。

圖5 風(fēng)速折減效果回歸曲線

得 到 回 歸曲線公式：μ=0.000 6α3－ 0.014 6α2+ 0.076 1α + 0.600 3，其相關(guān)性系數(shù)R2=0.771 5。根據(jù)回歸曲線公式對其進(jìn)行數(shù)值積分，并將積分結(jié)果除以積分區(qū)間長度即為積分區(qū)間內(nèi)風(fēng)速平均折減率，計(jì)算得到沿中軸線方向各區(qū)段的平均風(fēng)速折減效果。如表3 所示，沿著中軸線方向的風(fēng)速折減率呈現(xiàn)先增加后緩慢降低的趨勢；風(fēng)速折減最佳區(qū)域在2～4 倍墻高的范圍內(nèi)，可達(dá)70%；在距防風(fēng)墻6 倍墻高后，減風(fēng)效果下降并趨于平緩，但依舊可達(dá)65%左右。

2.2 環(huán)境差異分析 選取最靠近牛欄的位點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析（表4），Ⅰ、Ⅱ牛欄的風(fēng)速折減率顯著高于Ⅲ、Ⅳ牛欄（P＜0.05）?？梢姡里L(fēng)墻可有效降低風(fēng)速。

表4 風(fēng)速折減率

2.3 風(fēng)冷指數(shù)及溫度 在試驗(yàn)期間，選擇在風(fēng)速較大的2 月7 日測量牛場在中軸線方向上各位點(diǎn)在1.2 m 高度處的溫度與風(fēng)速，計(jì)算得出各點(diǎn)的WCI 結(jié)果如表5 所示。

當(dāng)天不受防風(fēng)墻庇護(hù)區(qū)域的溫度為-9.0℃，與牛欄內(nèi)溫度最高位點(diǎn)A 點(diǎn)相差2.3℃，而在水平距離8H（即E 點(diǎn)）之后，牛欄內(nèi)溫度與外界溫度差別不大。計(jì)算得到當(dāng)天不受防風(fēng)墻庇護(hù)的墻外WCI 為-15.61。根據(jù)WCI 數(shù)值可將冷應(yīng)激程度劃分為：輕度冷應(yīng)激-25＜WCI ≤-10；中度冷應(yīng)激-45 ＜WCI ≤-25；高度冷應(yīng)激-59＜WCI ≤-45；極端冷應(yīng)激WCI ≤-59[8]。與不受防風(fēng)墻庇護(hù)的區(qū)域相比，防風(fēng)墻后的WCI 普遍較低。其中，WCI 差值最大達(dá)到6.61，WCI 在B 點(diǎn)達(dá)到最小值-9.00。

表1 試驗(yàn)器材

表3 中軸線方向水平遮蔽距離各區(qū)段的平均風(fēng)速折減效果

表5 各布點(diǎn)WCI 及溫度

2.4 日增重 如表6 所示，在肉牛初始體重?zé)o顯著差異條件下，Ⅰ、Ⅱ牛欄與Ⅲ、Ⅳ牛欄內(nèi)肉牛的日增重?zé)o顯著差異（P＞0.05）。

表 6 不同牛欄肉牛日增重 kg/頭

2.5 熱量損失 本次試驗(yàn)中，肉牛平均體重為480 kg，第1 排牛欄到第4 排牛欄的肉牛熱量損失分別為44.60、45.02、46.48、46.94 MJ/（頭·h）。而在無防風(fēng)墻遮蔽的情況下，畜體熱量損失為47.91 MJ/（頭·h）。

3 討 論

3.1 防風(fēng)墻的風(fēng)速折減效果 本試驗(yàn)中，防風(fēng)墻后的最佳遮蔽區(qū)在2～4 倍墻高位置處；水平遮蔽距離10 倍墻高的范圍內(nèi)，基本能達(dá)到50% 左右的風(fēng)速折減效果，滿足設(shè)計(jì)要求。然而水平遮蔽距離大于10 倍墻高后，減風(fēng)效果大大下降，風(fēng)速折減率不足50%。該結(jié)果與王澤濤[9]、陳延國等[10]以及陳凱等[4]的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果在趨勢上較為吻合。因此，在防風(fēng)墻設(shè)計(jì)時(shí)，防風(fēng)墻應(yīng)布置在距遮蔽目標(biāo)2～4 倍墻高處，同時(shí)墻高至少應(yīng)為理想遮蔽距離的1/10。但風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)表明防風(fēng)網(wǎng)將使來流風(fēng)速明顯降低，最多可達(dá)80%，這與本試驗(yàn)中風(fēng)速最大折減率為70% 存在一定的偏差。差別原因主要在于測試環(huán)境和測試條件不同，現(xiàn)場實(shí)測條件復(fù)雜，牛群的分布、活動等對整個(gè)風(fēng)場有一定影響。同時(shí)在測試時(shí)，風(fēng)向不能保持與風(fēng)速值嚴(yán)格對應(yīng)。因此，在實(shí)測過程中存在著很多不確定因素，但這些結(jié)果經(jīng)過多次實(shí)測及數(shù)據(jù)整理，實(shí)測數(shù)據(jù)能真實(shí)反映實(shí)測現(xiàn)場情況。

3.2 防風(fēng)墻對環(huán)境的影響 由于防風(fēng)墻減小了各位點(diǎn)的風(fēng)速，提高了各位點(diǎn)的溫度，使WCI 降低，畜體所感受到的溫度得到顯著提高，從而提高了冬季生產(chǎn)效益。在外部溫度為-9℃的條件下，安裝防風(fēng)墻的圍欄育肥牛場溫度最高可達(dá)-6.7℃，差值達(dá)到2.3℃。在外部WCI為-15.61 的情況下，牛場的WCI 最大達(dá)到-9.00，差值達(dá)6.61。

3.3 防風(fēng)墻對肉牛日增重的影響 當(dāng)氣溫下降動物自身無法使機(jī)體溫度維持正常時(shí)，肉牛必須通過提高代謝率以增加熱量，這將造成肉牛生產(chǎn)性能下降、飼料報(bào)酬低等一系列問題[11]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在肉牛平均體重為480 kg 的條件下，利用防風(fēng)墻可有效減少肉牛熱量損失3.31 MJ/（頭·h），因此可減少肉牛維持機(jī)體溫度需要額外產(chǎn)生的熱量。Hickey 等[12]試驗(yàn)表明，防風(fēng)墻不會顯著提高肉牛的日增重，與本研究結(jié)果一致。受防風(fēng)墻庇護(hù)的肉?；铙w重更高，并且脂肪含量更高[12]。脂肪組織具有產(chǎn)熱作用，可燃燒糖和脂質(zhì)來維持產(chǎn)熱平衡[13]，從而有效緩解冷應(yīng)激。因此，可以認(rèn)為，在圍欄育肥牛場采用防風(fēng)墻雖無法顯著提高肉牛的日增重，但可能有利于肉牛的脂肪沉積，提高動物福利。

4 結(jié)論與建議

本試驗(yàn)表明，在水平遮蔽距離10 倍墻高的范圍內(nèi)，1.2 m 的高度處減少70%左右的風(fēng)速；最佳風(fēng)速折減區(qū)處于距墻后2～4 倍墻高水平遮蔽距離內(nèi)，并且在8 倍墻高以內(nèi)能使風(fēng)速減少50%；在圍欄育肥牛場采用防風(fēng)墻能提高肉牛體感溫度，有利于冬季肉牛的飼養(yǎng)。

基于以上結(jié)論，建議在每個(gè)牛欄內(nèi)設(shè)置1 道防風(fēng)墻，并適當(dāng)降低其高度至2.5 m，以達(dá)到理想的擋風(fēng)效果。另外，可進(jìn)一步研究其對牛肉質(zhì)量的影響。