卜 也， 王春微， 張 宇， 劉 利， 趙曉川， 許珊珊， 孫 芳*

(1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所，哈爾濱 150086；2.黑龍江省畜牧總站，哈爾濱 150040；3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)遙感與信息研究所，哈爾濱 150086)

肉牛業(yè)是我國(guó)畜牧業(yè)重要組成部分，受各產(chǎn)區(qū)功能與模式分化的影響，2020年肉牛產(chǎn)區(qū)繼續(xù)向南部、西部、北部轉(zhuǎn)移，且存欄量增加[1]。雖然我國(guó)肉牛產(chǎn)業(yè)處于蓬勃發(fā)展階段，但也存在著許多問(wèn)題，其中冬季舍內(nèi)外溫差較大是制約北方寒區(qū)肉牛養(yǎng)殖的主要原因之一[2]。牛舍的空氣質(zhì)量既受地理和天氣條件限制，同時(shí)也受牛舍結(jié)構(gòu)、飼養(yǎng)密度、日常管理等因素的影響[3-4]。部分肉牛養(yǎng)殖場(chǎng)為提升保暖效果減少冬季通風(fēng)換氣頻率，甚至進(jìn)行封閉飼養(yǎng)。這種情況使舍內(nèi)相對(duì)濕度增加，牛被毛變得潮濕，增加導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)致牛體表溫度下降，降低免疫力[5]；另一方面糞尿發(fā)酵產(chǎn)生的氨氣(NH3)、二氧化碳(CO2)、硫化氫(H2S)等有害氣體不能及時(shí)排出室外，刺激呼吸道和消化道黏膜形成潰瘍，導(dǎo)致采食量下降，生長(zhǎng)性能降低[6]。因此，本研究對(duì)北方寒區(qū)常用牛舍類(lèi)型特點(diǎn)、環(huán)境質(zhì)量及其對(duì)肉牛生產(chǎn)指標(biāo)的影響展開(kāi)綜述，為北方寒區(qū)肉牛冬季飼養(yǎng)環(huán)境控制提供合理化建議。

1 舍內(nèi)環(huán)境質(zhì)量影響因素

1.1 飼養(yǎng)密度

陳昭輝等設(shè)計(jì)固定圈舍面積18 m2內(nèi)分別飼養(yǎng)3，4，5，6，9頭肉牛，對(duì)應(yīng)占地面積為6.0，4.5，3.6，3.0，2.0 m2/頭，結(jié)果顯示，隨著飼養(yǎng)密度的增加，舍內(nèi)二氧化碳濃度呈上升趨勢(shì)，分別為1 056.38，1 108.44，1 172.65，1 200.89，1 398.19 mg/m3；當(dāng)占地面積為2.0 m2/頭時(shí)，舍內(nèi)氨氣濃度達(dá)到最高值3.23 mg/m3，而6.0 m2/頭時(shí)最低值為 1.13 mg/m3[7]。說(shuō)明相同的飼養(yǎng)方式，隨著飼養(yǎng)密度增加，有害氣體濃度升高。

1.2 清糞方式

Sabuncuoglu等研究了自然通風(fēng)牛舍不同換氣量對(duì)舍內(nèi)氣體釋放量有較大的影響，同時(shí)不同溫室氣體濃度對(duì)牛血液指標(biāo)產(chǎn)生的影響，進(jìn)而影響了牛的健康和發(fā)育[8]。牛歡通過(guò)對(duì)機(jī)械清糞舍和人工清糞舍空氣質(zhì)量進(jìn)行比較，結(jié)果表明，機(jī)械清糞進(jìn)行時(shí)舍內(nèi)氨氣的濃度會(huì)提高70%～75%，刮糞后1 h內(nèi)舍內(nèi)回落到刮糞前水平的80%～85%；人工清糞時(shí)由于速度慢，單位時(shí)間內(nèi)氨氣濃度釋放慢，會(huì)提高8%～22%，但清糞后較清糞前沒(méi)有減少[9]。

1.3 牛舍類(lèi)型

受區(qū)域氣候影響，我國(guó)牛舍建筑形式差異大，按牛舍開(kāi)放程度可分為封閉式、半開(kāi)放式和開(kāi)放式3個(gè)類(lèi)型。肉牛舍的設(shè)計(jì)要遵循4個(gè)原則：(1)符合生產(chǎn)要求，保證畜牧獸醫(yī)技術(shù)措施的實(shí)施；(2)為牛創(chuàng)造適宜的環(huán)境；(3)要做到經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)可行；(4)嚴(yán)格衛(wèi)生防疫，防止疫病傳播。

1.3.1 封閉式牛舍 封閉式牛舍由四周墻壁、屋頂和地面構(gòu)成，有東西走向也有南北走向。通風(fēng)一般采用屋頂通風(fēng)口、屋檐下通風(fēng)縫通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)，根據(jù)需要確定通風(fēng)量和通風(fēng)時(shí)間，避免通風(fēng)時(shí)直接吹到牛體表面，造成冷應(yīng)激。于桐等采用屋頂機(jī)械負(fù)壓通風(fēng)模式，對(duì)美國(guó)中西部結(jié)構(gòu)與環(huán)境服務(wù)手冊(cè)等國(guó)內(nèi)常用通風(fēng)量參考計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，結(jié)果得出CO2平衡通風(fēng)量適合作為低溫高濕牛舍內(nèi)通風(fēng)量計(jì)算[10]。冬季舍內(nèi)適宜風(fēng)速范圍為0.1～0.2 m/s，當(dāng)風(fēng)速低于0.1 m/s，不利于及時(shí)帶走濕氣和有害氣體，當(dāng)風(fēng)速高于0.2 m/s會(huì)帶走過(guò)多熱量，對(duì)牛舍保溫不利[11]。

張光圣等在吉林地區(qū)對(duì)塑料薄膜暖棚封閉栓系飼養(yǎng)的牛舍(該牛舍長(zhǎng)度×跨度×檐高：66 m×7.4 m×3 m，房頂高4.5 m，南墻設(shè)2 m×2 m可關(guān)閉門(mén)2個(gè)，1.5 m×1.2 m可開(kāi)閉窗8個(gè)，北墻設(shè)1 m×0.8 m玻璃窗8個(gè)，飼養(yǎng)密度4.0 m2/頭)進(jìn)行溫?zé)岘h(huán)境監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示，冬季舍內(nèi)溫度可維持在0 ℃以上，高出舍外18.74 ℃[12]；高玉紅等測(cè)得承德地區(qū)塑料薄膜暖棚封閉栓系飼養(yǎng)的牛舍(該牛舍長(zhǎng)度×跨度×檐高：105 m×14 m×2 m，頂部開(kāi)窗，機(jī)械通風(fēng)，飼養(yǎng)密度8.4 m2/頭)內(nèi)的NH3和CO2早晚濃度較高，NH3濃度在夜間達(dá)到最高值1.35 mg/m3，CO2早晚平均濃度為4 721 mg/m3(畜禽舍NH3和CO2濃度限值分別是20 mg/m3和1 500 mg/m3)[13-14]。綜上所述，封閉式牛舍保溫效果較好，但由于牛舍通風(fēng)量較低，有害氣體濃度超標(biāo)，空氣質(zhì)量較差。

1.3.2 半封閉式牛舍 半封閉式牛舍是三面有墻，朝陽(yáng)一側(cè)有半截墻體或全敞開(kāi)，外設(shè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，舍內(nèi)白天光照充足，有較好的通風(fēng)換氣效果，相比封閉牛舍設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，費(fèi)用低。在北方寒區(qū)冬季開(kāi)放面通常鋪設(shè)塑料膜暖棚，使舍內(nèi)環(huán)境呈封閉狀態(tài)用于保溫。當(dāng)使用塑料膜封閉后，舍內(nèi)濕度和有害氣體濃度將顯著升高(P<0.05)，空氣質(zhì)量與封閉舍基本一致[9]。

1.3.3 開(kāi)放式牛舍 牛舍只有端墻，兩面設(shè)有擋風(fēng)墻，屋頂重量靠柱子或鋼架支撐。這種牛舍設(shè)計(jì)、建筑簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，采光、通風(fēng)均好，保暖性差，舍內(nèi)外空氣質(zhì)量基本一致，已發(fā)表相關(guān)研究數(shù)據(jù)較少[15]。

2 環(huán)境因素對(duì)肉牛生產(chǎn)的影響

在肉牛生產(chǎn)中，環(huán)境質(zhì)量是影響肉牛健康和生產(chǎn)性能的因素之一。在北方寒區(qū)冬季，受寒冷氣溫影響，需增加采食量來(lái)維持基礎(chǔ)代謝和增重。同時(shí)，冬季牛舍保溫和排濕是兩個(gè)矛盾的指標(biāo)，過(guò)度通風(fēng)，濕度和有害氣體濃度下降，但溫度也會(huì)隨之下降；為了保溫而減少通風(fēng)，會(huì)導(dǎo)致舍內(nèi)濕度和有害氣體濃度增加，惡劣的環(huán)境條件將會(huì)降低飼料轉(zhuǎn)化率，造成飼料浪費(fèi)，還會(huì)降低其免疫力，增加患病風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 溫度和濕度

在冬季時(shí)，牛為了御寒，自身被毛濃密且有較厚的絨毛，牛毛不被風(fēng)吹開(kāi)露出皮膚，牛就不會(huì)感覺(jué)到寒冷。一般來(lái)說(shuō)，肉牛生長(zhǎng)適宜的溫度范圍在5～21 ℃，空氣濕度范圍在55%～85%。牛在低溫時(shí)呼吸頻率下降，可以減少散熱，另一方面心跳加快，產(chǎn)熱增加，維持體熱平衡(P<0.05)[16]。牛正常呼吸頻率為18～28次/min，環(huán)境溫度從10 ℃下降到-15 ℃時(shí)，呼吸頻率下降至10～15次/min[17]；當(dāng)外界溫度在(-36.4)～(-18.7) ℃之間時(shí)，母牛平均心率高于正常心率7～17次/min(P<0.05)[18-20]；另外低溫環(huán)境對(duì)反芻動(dòng)物的免疫系統(tǒng)存在抑制作用，冬季慢性冷應(yīng)激條件下，三河牛血清白介素-2(Interleukin-2，IL-2)、白介素-4(Interleukin-4，IL-4)和免疫球蛋白G(Immunoglobulin G，IgG)含量均降低(P<0.05)[21]，Sordillo等研究表明冷應(yīng)激引起肉牛血清丙二醛(Malonic dialdehyde，MDA)含量顯著升高(P<0.05)，血清中超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)活性顯著降低(P<0.05)[22]。姚勤等對(duì)哺乳動(dòng)物的研究表明，冷應(yīng)激可使機(jī)體抵抗力降低、細(xì)胞免疫功能下降，易感染細(xì)菌，這與何茹提出冷應(yīng)激可導(dǎo)致奶牛免疫力降低，易感染疾病，如肺炎、犢牛腹瀉、乳房炎的觀點(diǎn)一致[23-24]。畜舍內(nèi)濕度過(guò)高為環(huán)境中病原微生物提供了適宜的繁殖條件，不利于牛群的疾病防控。欒冬梅等研究結(jié)果顯示，當(dāng)濕度較高時(shí)犢牛日增重會(huì)明顯降低，當(dāng)舍內(nèi)濕度為65%和95%時(shí)，2月齡內(nèi)犢牛的發(fā)病率分別為33.33%和71.43%，死亡率分別為0和28.57%[25]。

綜上所述，低溫環(huán)境中肉牛機(jī)體可代償性產(chǎn)熱維持體溫應(yīng)對(duì)冷應(yīng)激，但在高濕環(huán)境中其免疫功能和抗應(yīng)激能力均有所下降，染病風(fēng)險(xiǎn)增加。

2.2 有害氣體

畜舍內(nèi)主要的有害氣體包括NH3、CO2、H2S，可導(dǎo)致牛舍內(nèi)和周邊環(huán)境質(zhì)量下降，不僅影響牛的生產(chǎn)性能，甚至危害舍內(nèi)工作人員的健康。

2.2.1 氨氣 微生物分解糞尿、飼料殘?jiān)泻镔|(zhì)產(chǎn)生NH3，在溫度適宜且通風(fēng)不良的畜舍內(nèi)會(huì)加劇NH3積累。由于NH3易溶于水，當(dāng)舍內(nèi)濃度達(dá)到3 mg/m3，會(huì)刺激人的眼結(jié)膜，對(duì)于每天在舍內(nèi)工作8 h的工作人員，舍內(nèi)NH3濃度不能超過(guò)19 mg/m3[6]。呼吸道黏膜對(duì)NH3的刺激敏感，長(zhǎng)時(shí)間暴露于高濃度NH3環(huán)境中，使呼吸道纖毛在堿性環(huán)境中易于脫落，引發(fā)氣管上皮組織炎癥甚至壞死，失去粘附有害物質(zhì)和凈化吸入氣體的屏障作用，導(dǎo)致病原微生物容易進(jìn)入體內(nèi)，增加患病的可能性，甚至造成呼吸困難窒息死亡[26-27]。Phillips等研究發(fā)現(xiàn)肉牛隨著環(huán)境NH3濃度升高，站立時(shí)間增加，躺臥時(shí)間減少，且采食量和平均日增重均顯著降低(P<0.05)[28]。

2.2.2 二氧化碳 畜舍中CO2主要由動(dòng)物呼吸作用產(chǎn)生，無(wú)毒性，但可造成舍內(nèi)動(dòng)物缺氧，引起家畜精神萎靡，食欲減退，體質(zhì)下降，甚至窒息死亡。舍內(nèi)通風(fēng)直接影響有害氣體的排出，測(cè)定畜舍內(nèi)CO2濃度主要是為了表明畜舍通風(fēng)狀況和空氣的污濁程度。已有研究表明，當(dāng)畜舍內(nèi)的CO2濃度達(dá)到1%時(shí)，家畜表現(xiàn)呼吸加快，達(dá)到2%時(shí)，超過(guò)4 h肉牛的血?dú)夂湍芰看x都會(huì)有所下降，達(dá)到25%以上時(shí)，停留數(shù)小時(shí)就會(huì)導(dǎo)致家畜窒息死亡[29]。雖然低溫條件會(huì)減少CO2的產(chǎn)生，但封閉舍空氣流通差，CO2濃度可達(dá)夏季的2.6倍，早晚時(shí)間超過(guò)畜禽舍CO2濃度標(biāo)準(zhǔn)，分別達(dá)到2 036.2,1 540.8 mg/m3(P<0.05)[30]。

2.2.3 硫化氫 畜舍內(nèi)H2S的來(lái)源與NH3相似，主要由糞便、飼料殘?jiān)皦|料所含有機(jī)硫化物無(wú)氧酵解產(chǎn)生，牛舍空氣中上限濃度為8 mg/m3[31,14]。與NH3相比，H2S毒性較強(qiáng)，在較低濃度下，便可調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖與凋亡的過(guò)程，以及神經(jīng)、血管、肌肉、內(nèi)分泌和生殖等系統(tǒng)的代謝[32-33]。H2S進(jìn)入呼吸系統(tǒng)，在呼吸道黏液中遇鈉離子生成硫化鈉，刺激呼吸道，引起鼻炎、氣管炎和肺水腫[34]，硫化鈉在血液中水解釋放H2S，進(jìn)到神經(jīng)系統(tǒng)中導(dǎo)致植物性神經(jīng)紊亂，導(dǎo)致瞳孔收縮和心臟功能減弱[35]。H2S還具有還原性，與呼吸鏈中Fe3+結(jié)合阻斷細(xì)胞呼吸，造成組織缺氧壞死[36]。另有研究表明，隨H2S處理濃度升高，處理時(shí)間延長(zhǎng)，肉羊血清免疫球蛋白和補(bǔ)體水平均下降，細(xì)胞因子含量增加，說(shuō)明機(jī)體可能因此發(fā)生炎癥反應(yīng)[31]。

2.3 光 照

延長(zhǎng)光照時(shí)間可以一定程度上提高反芻動(dòng)物生長(zhǎng)性能。Almeida等通過(guò)延長(zhǎng)光照至20 h，發(fā)現(xiàn)犢牛采食精料增加，斷奶提前至55日齡，飼養(yǎng)成本降低20%[37]；邱靜蕓等研究證明，與10～13 h比較，16 h光照使錦江牛干物質(zhì)采食量提高16.18%，組末重和日增重分別提高11.91%和28.95%(P<0.01)[38]；余燕等研究證明延長(zhǎng)光照可降低錦江牛T-SOD和過(guò)氧化氫酶(Catalase，CAT)兩種抗氧化酶水平(P<0.01)[39]。Phillips等發(fā)現(xiàn)延長(zhǎng)光照組(18 L：6 D，481 lx)奶?；顒?dòng)量和步行距離低于自然光照組(8 L：16 D)(P<0.05)[40]。綜上所述，光照對(duì)反芻動(dòng)物的行為和生理指標(biāo)均有影響，但就其原因是光照改變反芻動(dòng)物激素調(diào)節(jié)，或直接改變其采食行為習(xí)慣還有待深入研究。

3 總結(jié)與建議

綜上所述，為滿足肉牛生長(zhǎng)的環(huán)境需求，北方寒區(qū)牛舍設(shè)計(jì)核心條件是要保持干燥無(wú)賊風(fēng)。封閉牛舍達(dá)到保溫和無(wú)風(fēng)效果的同時(shí)，濕度和有害氣體濃度較高，不利于肉牛健康生長(zhǎng)。因此，本文考慮北方寒區(qū)低成本、規(guī)?；l(fā)展肉牛產(chǎn)業(yè)過(guò)程中冬季牛舍保溫與空氣質(zhì)量的矛盾，提出以下建議：

(1)不同規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)均推薦使用“擋風(fēng)墻、趴臥區(qū)厚墊草、夏季遮陽(yáng)棚、冬季飲溫水”的飼養(yǎng)方式，起到夏季防雨防暑冬季防風(fēng)御寒作用，同時(shí)降低建筑成本(見(jiàn)圖1、圖2)。

圖1 秸稈捆緊密堆放形成擋風(fēng)墻降低成本

圖2 冬季應(yīng)用擋風(fēng)墻厚墊草牛均在舍外活動(dòng)

(2)經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)的大規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)設(shè)計(jì)封閉牛舍必須配置科學(xué)的環(huán)境控制系統(tǒng)，保證舍內(nèi)水汽和有害氣體排出。