壩上寒區(qū)不同建筑類型奶牛舍冬季溫熱環(huán)境評價

高玉紅，李宏雙，郭建軍，張久德，邱殿銳，于濱，閆銘水

（1.河北農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，河北保定 071001；2.承德市畜牧研究所，河北承德 067000；3.豐寧滿族自治縣農(nóng)牧局，河北承德 067000）

壩上寒區(qū)不同建筑類型奶牛舍冬季溫熱環(huán)境評價

高玉紅1，李宏雙1，郭建軍2，張久德3，邱殿銳2，于濱2，閆銘水1

（1.河北農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，河北保定 071001；2.承德市畜牧研究所，河北承德 067000；3.豐寧滿族自治縣農(nóng)牧局，河北承德 067000）

文章旨在研究壩上寒區(qū)奶牛舍冬季溫熱環(huán)境。選擇三種代表性建筑類型奶牛舍，檢測舍內(nèi)外環(huán)境溫度、相對濕度和風速，通過綜合指數(shù)—風寒溫度（WCT）評價奶牛冷應激程度。結(jié)果表明，不同建筑類型奶牛舍溫濕度差異明顯，低屋面橫向通風舍（舍1）和半鐘樓式舍（舍2）溫度明顯高于帶舍外運動場的雙坡舍（舍3），舍1、舍2和舍3的晝夜均溫分別為5.97、3.07和-6.21℃，舍3一天中有18.5 h（18:00～12:30）處于-4℃以下低溫環(huán)境，而舍1的南北兩側(cè)溫差和濕差均較大，平均溫差達5.62℃（6:30～19:30），濕差達41.2%（0:00～24:00），北側(cè)平均濕度高達96.5%。舍2一天中有14 h（20:30～10:30）處于80%以上高濕環(huán)境。三種牛舍早中晚各時間段內(nèi)WCT均低于-10℃，但不同舍間WCT差異顯著（P＜0.01），舍3最低，尤其是早上。研究可為壩上寒區(qū)牛舍設計及環(huán)境改善提供借鑒。

奶牛；溫度；濕度；風速；風寒溫度

網(wǎng)絡出版時間2015-12-29 17:23:56[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20151229.1723.002.html

高玉紅,李宏雙,郭建軍,等.壩上寒區(qū)不同建筑類型奶牛舍冬季溫熱環(huán)境評價[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報,2015,46(12):52-57.

Gao Yuhong,Li Hongshuang,Guo Jianjun et al.Assessment of thermal environment of different styles of dairy houses in winter in chill region of Bashang[J].Journal of Northeast Agricultural University,2015,46(10):52-57.(in Chinese with English abstract)

隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，奶牛養(yǎng)殖業(yè)逐漸趨向規(guī)?；?、科學化和集約化，同時奶牛健康及乳產(chǎn)品質(zhì)量備受關注。因此，奶牛養(yǎng)殖環(huán)境應予重視。研究證明，溫度、濕度和風速等溫熱因子是影響奶牛舍環(huán)境主要因素，其單獨或綜合作用對奶牛生產(chǎn)性能、健康和產(chǎn)品質(zhì)量均會產(chǎn)生一定影響[1-3]，而牛舍建筑類型直接關系舍內(nèi)溫熱環(huán)境。奶牛怕熱耐寒，國內(nèi)外關于奶牛建筑設計及環(huán)境的研究主要圍繞熱應激展開[4-7]，但冷應激同樣會對奶牛生產(chǎn)性能造成負面影響，產(chǎn)奶量降幅最高達40%[8]，北京和哈爾濱地區(qū)因冷應激造成產(chǎn)奶損失分別為整個泌乳期產(chǎn)奶量8.3%和7.5%[9]。目前奶牛冷應激研究尚未受到重視[10-11]。

河北省西北部壩上高原位于內(nèi)蒙古高原東南緣，地勢較高，海拔1 200～1 400 m，冬季寒冷，且持續(xù)時間較長，夏季涼爽多風。近幾年該地區(qū)奶牛養(yǎng)殖的規(guī)?；潭仍絹碓礁?，2013年河北省奶牛產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團隊對奶牛環(huán)境調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)奶牛舍冬季保溫較差，且舍內(nèi)濕度較大[12]。

本研究選擇該地區(qū)三種典型建筑類型的奶牛舍，檢測冬季舍內(nèi)外的環(huán)境溫度、相對濕度和風速，并分析表示寒冷程度的綜合指數(shù)（風寒溫度），以評價河北壩上地區(qū)冬季奶牛舍的溫熱環(huán)境，為壩上地區(qū)牛舍建建和改造提供理論基礎和可靠數(shù)據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗場地

選擇河北省張家口市北部壩上高原三種代表性奶牛舍，建筑類型及特點如表1所示。被測牛舍均為南北朝向，舍1和舍2不設舍外運動場，舍內(nèi)飼養(yǎng)，舍3設舍外運動場，可隨時出入舍內(nèi)。三種舍飼喂次數(shù)均為2次·d-1，舍1和舍2的飼喂時間為早晚6:30，而舍3早晚飼喂時間均為4:30。

表1　三種奶牛舍建筑類型及特點Table 1Architectural character of three styles of dairy houses

1.2試驗方法與儀器

試驗于2015年1月19日～1月25日檢測三種奶牛舍內(nèi)外環(huán)境溫度、相對濕度和風速，以評價壩上寒冷地區(qū)不同建筑類型奶牛舍冬季溫熱環(huán)境。

1.2.1溫濕度晝夜連續(xù)變化測定

舍內(nèi)外連續(xù)溫濕度的檢測儀器采用電子溫濕度記錄儀（型號：KTH-350-I，法國），每0.5 h自動記錄一次數(shù)據(jù)，三種舍同期晝夜連續(xù)檢測7 d。各舍在舍內(nèi)南側(cè)（陽面）和北側(cè)（陰面）中心處各懸掛1個記錄儀，探頭距地面垂直距離為1.8 m，舍外選擇凈道上方1.8 m處懸掛1個記錄儀，試驗結(jié)束后導出數(shù)據(jù)，繪制溫濕度晝夜連續(xù)曲線圖。

1.2.2溫熱參數(shù)分段測定

舍內(nèi)外溫濕度和風速檢測根據(jù)均勻布點原則，在飼料通道和牛欄內(nèi)共布置12～28個點，檢測高度選擇奶牛站立時高度1.2 m，檢測時間選擇三個時段，即7:00～8:00、12:00～13:00和18:00～19:00。溫濕度檢測儀器為手持式溫濕度計（型號：TM 181），風速檢測儀器為手持式熱式風速儀（型號：MODEL 6006）。

1.2.3風寒溫度測定

風寒溫度（WCT）以溫度為單位表示奶牛冷應激的程度，WCT計算公式如下[9-10]：

WCT=13.12+0.6215Tair-11.37V0.16+0.3965TairV0.16

式中，WCT-風寒溫度（℃）；Tair-環(huán)境溫度（℃）；V-風速（km·h-1）。

1.3數(shù)據(jù)分析

采用SPSS17.0（Standard Version 17.0，SPSS Inc）統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析，并運用LSD多重比較分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同建筑類型牛舍內(nèi)外環(huán)境溫度連續(xù)變化

三種奶牛舍內(nèi)外環(huán)境溫度連續(xù)變化曲線如圖1所示。三種舍舍內(nèi)溫度均高于舍外（舍3的9:30～ 16:00除外），低屋面橫向通風的舍1、半鐘樓式的舍2和帶舍外運動場的舍3與舍外的最高溫差分別達23.36（5:00）、18.53（5:00）和9.41℃（5:30）。舍內(nèi)溫度變化幅度相對舍外較小，三種牛舍的日較差范圍為6.47～7.57℃，而舍外日較差高達15.79℃，即舍外早上最低-15.80℃（7:30），中午最高-0.01℃（12:00）。根據(jù)舍內(nèi)溫度變化曲線可知，舍1＞舍2＞舍3，舍1、舍2和舍3的舍內(nèi)平均溫度分別為5.97、3.07和-6.21℃。三種牛舍的溫度低峰值出現(xiàn)在早上7:00～9:00，與舍外溫度低峰值出現(xiàn)的時間基本一致，但不同牛舍溫度高峰值出現(xiàn)時間點規(guī)律不一致。

2.2不同建筑類型牛舍內(nèi)外相對濕度連續(xù)變化

三種牛舍內(nèi)外的相對濕度連續(xù)變化曲線如圖2所示。大部分時間點舍內(nèi)濕度高于舍外，尤其是8:30～15:00，舍內(nèi)外濕差較大。舍1、舍2和舍3與舍外的最高濕差分別達到39.8%（11:30）、39.8%（11:30）和29.6%（10:30），15:30～8:00舍內(nèi)外濕差明顯降低。根據(jù)舍內(nèi)濕度平均值得出，舍2＞舍1＞舍3，平均濕度分別為79.0%（舍2）、75.9%（舍1）和70.8%（舍3）。

圖1　不同建筑類型奶牛舍環(huán)境溫度的晝夜連續(xù)變化曲線Fig.1Diurnal continuous curve of ambient temperature in different styles of dairy houses

2.3不同建筑類型牛舍內(nèi)南北兩側(cè)連續(xù)溫濕度變化

三種牛舍內(nèi)的南側(cè)和北側(cè)溫度與濕度連續(xù)變化曲線如圖3所示。舍1的南北兩側(cè)溫差和濕差明顯（見圖3a），尤其是北側(cè)濕度遠高于南測，北側(cè)平均濕度高達96.5%，而南側(cè)濕度僅55.3%。南北兩側(cè)的溫度變化與濕度相反，南側(cè)溫度高于北側(cè)，南北兩側(cè)平均溫度分別為7.67和4.26℃，從圖3a可見，舍1的南北兩側(cè)溫差與時間關系密切，6:30～19:30溫差較大，平均溫差達到5.62℃，而其他時間的平均溫差僅0.91℃。根據(jù)圖3b和圖3c可知，舍2和舍3每個時間點南北兩側(cè)溫度和濕度差距均不大，溫差和濕差變化不大。

2.4不同建筑類型牛舍在不同時間段溫熱參數(shù)變化

不同建筑類型牛舍內(nèi)外環(huán)境溫度、濕度和風速不同時間段（早上、中午和晚上）檢測結(jié)果如表2所示。各時間段舍內(nèi)外及不同舍之間溫度均達顯著水平（P＜0.01），三種舍舍內(nèi)溫度均顯著高于舍外（P＜0.01），且舍內(nèi)溫度的大小比較為：舍1＞舍2＞舍3，尤其是無舍外運動場的舍1和舍2的舍內(nèi)溫度分別比舍3高12.83和7.60℃（早上）、9.09和6.63℃（中午）、10.87和6.68℃（晚上）。不同時間段對濕度的影響也不同，三種舍的舍內(nèi)外濕度均表現(xiàn)為早上最高，中午最低。中午和晚上舍內(nèi)濕度高于舍外，且這兩個時間段舍1和舍2的舍內(nèi)濕度均顯著高于舍3（P＜0.01），但舍1和舍2間差異不顯著（P＞0.05），而早上各舍濕度的變化較為復雜，舍1的舍內(nèi)濕度和舍外無顯著差異（P＞0.05），但舍2和舍3的舍內(nèi)濕度分別顯著高于和低于舍外（P＜0.01），三種牛舍的舍內(nèi)濕度比較為：舍2＞舍1＞舍3。

圖2　不同建筑類型奶牛舍相對濕度的晝夜連續(xù)變化曲線Fig.2Diurnal continuous curve of relative humidity in different styles of dairy houses

圖3　不同建筑類型奶牛舍內(nèi)南北兩側(cè)溫濕度的變化曲線Fig.3Diurnal continuous curve of temperature and relative humidity in south and north sides in different styles of dairy houses

從舍內(nèi)外風速可知，各時段三種舍的舍內(nèi)風速均顯著高于舍外（P＜0.01），但三種舍風速之間卻無顯著性差異（P＞0.05）。由表2可知，不論舍外風速大小，晚上各舍內(nèi)風速略低于早上和中午。

2.5不同建筑類型牛舍內(nèi)外的風寒溫度

不同建筑類型牛舍內(nèi)外的WCT如圖4所示。各時間段各舍內(nèi)外以及不同舍之間的WCT均達到顯著水平（P＜0.01），舍外WCT顯著高于舍內(nèi)（P＜0.01），早晚尤為明顯。從三種舍WCT的比較結(jié)果可見，早上舍3內(nèi)WCT較低，比舍1和舍2分別低11.06和6.63℃，而其他兩個時段舍3內(nèi)的WCT分別比舍1和舍2低9.09℃（中午）、6.44℃（中午）和8.33℃（晚上）、4.43℃（晚上）。各時段三種舍內(nèi)WCT比較為：舍3＜舍2＜舍1。

表2　不同建筑類型奶牛舍內(nèi)外的溫度、濕度和風速比較分析Table 2Comparison of inside and outside temperature,relative humidity and wind velocity in different styles of dairy houses

圖4　不同建筑類型奶牛舍風寒溫度Fig.4Wind chill temperature of different styles of dairy houses

3　討論

3.1不同建筑類型奶牛舍溫濕環(huán)境評價

由于奶牛舍建筑形式、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及管理水平等因素不同，舍內(nèi)小氣候也存在不同程度差異，尤其是舍內(nèi)的環(huán)境溫度和相對濕度。由于舍1和舍2跨度較大（分別為80和27 m），外圍護結(jié)構(gòu)的面積相對較小，保溫性能較好，舍內(nèi)溫度基本保持在0℃以上，尤其是低屋面橫向通風的大跨度舍1，最高溫度可達8.57℃，但舍1溫度曲線圖上出現(xiàn)兩個明顯低峰（見圖1和圖3a），這不僅與舍外溫度有關，還與牛舍結(jié)構(gòu)和飼養(yǎng)管理有關。舍1密閉性較好，導致舍內(nèi)外溫差較大，但舍內(nèi)環(huán)境比較脆弱，飼喂和消毒期間舍門的短時間開啟將對舍內(nèi)環(huán)境造成很大影響，舍1曲線中的第二個低峰范圍（18:00～7:30）正處于飼喂時段，舍內(nèi)溫度下降明顯。另外，雖然舍1溫度較高，舍內(nèi)溫度分布不均勻，南北兩側(cè)的平均溫差達到5.62℃，且一直持續(xù)13 h。近年來有研究證明，該類低屋面橫向通風舍中奶牛的舒適指數(shù)雖然較高，但存在舍內(nèi)氣溫、氣濕和氣流分布不均現(xiàn)象[13-14]。帶舍外運動場的舍3環(huán)境與舍1和舍2差距較大，舍內(nèi)溫度較接近舍外，因奶牛的活動規(guī)律和牛舍結(jié)構(gòu)相關，牛除采食外基本停留于舍外運動場，所以舍內(nèi)溫度較低，最低降到-7.98℃（早上4:00）。已有研究表明[15]，當溫度低于-4℃時，產(chǎn)奶量開始下降，當溫度降到-20℃時，產(chǎn)奶量顯著降低。Broucek等和趙宗勝等研究認為，當溫度低于-5℃時，奶牛出現(xiàn)冷應激，產(chǎn)奶量和生理機能均受到影響[16-17]。本研究中舍3溫度除12:30～18:00期間（5.5 h），一天中有18.5 h舍內(nèi)溫度低于-4℃，大部分時間處于低溫狀態(tài)，即使奶牛進舍采食時（上午和下午均在5:30左右）舍溫有所增加，但仍處于低溫狀態(tài)。

相對濕度也是評價舍內(nèi)環(huán)境的重要指標，寒冷地區(qū)濕度過高易導致關節(jié)炎、皮膚炎癥以及消化道等疾病。本研究中舍1晝夜?jié)穸茸兓^其他平緩，而舍2和舍3受外界環(huán)境影響較大，出現(xiàn)早晚高、中午低的濕度變化規(guī)律，這與高玉紅等關于肉牛舍濕度的研究結(jié)果吻合[18]。舍1和舍3的濕度低于80%，沒有超過國家標準規(guī)定，但由于舍1跨度大（80 m），舍內(nèi)不同位置濕度差異較大，北側(cè)濕度近飽和，而南側(cè)濕度僅55.3%。另外，舍2濕度一天中有14 h（20:30～10:30）處于80%以上，主要原因可能是該舍頂部為鐘樓式結(jié)構(gòu)，天窗雖設有風機，但為舍內(nèi)保溫冬季從未開啟，造成舍內(nèi)通風不良，建議每天早晚適當通風，排出舍內(nèi)多余的水汽。

3.2不同建筑類型牛舍WCT分析

冷應激程度不僅與溫度有關，還與風速密切相關。許多學者認為WCT更能表示冷應激程度，同時反映產(chǎn)奶性能，是國際學術(shù)界公認的評價奶牛冷應激的可靠指標。Tucker等研究認為[10]，WCT與產(chǎn)奶性能之間存在強相關關系。根據(jù)WCT數(shù)值可將冷應激程度劃分為：輕度冷應激-25℃＜WCT≤-10℃；中度冷應激-45℃＜WCT≤-25℃；高度冷應激-59℃＜WCT≤-45℃；極度冷應激WCT≤-59℃[10]。本研究中奶牛舍在三個時間段的WCT均在-10℃以上，按此標準所測牛舍未達到冷應激程度。但值得關注的是，各舍早上WCT明顯高于中午和晚上，建議在牛舍保溫設計時重點考慮早上保溫。因試驗條件限制，本研究中WCT只局限于三個時段的研究，未考慮一天中其他時點WCT值，為更具體了解奶牛舍冷應激程度，需進一步研究24 h內(nèi)WCT的連續(xù)變化。

4　結(jié)論

a.河北壩上高寒地區(qū)不同建筑類型奶牛舍溫濕環(huán)境差異很大。無舍外運動場奶牛舍雖然舍內(nèi)溫度在0℃以上，相對濕度較高，27 m跨度鐘樓式牛舍一天中有14 h處于80%高濕環(huán)境中，而80 m跨度低屋面橫向通風牛舍南側(cè)濕度接近100%；設舍外運動場奶牛舍濕度雖然低于80%，但一天中有18.5 h溫度低于-4℃，應注意保溫。

b.各時段（早、中和晚）不同牛舍WCT差異明顯，帶舍外運動場牛舍WCT最低，其次是半鐘樓式牛舍，早上差異尤為明顯。

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Assessment of thermal environment of different styles of dairy houses in winter in chill region of Bashang

GAO Yuhong1,LI Hongshuang1,GUO Jianjun2, ZHANG Jiude3,QIU Dianrui2,YU Bin2,YAN Mingshui1(1.School of Animal Science and Technology, Hebei Agricultural University,Baoding Heibei 071001,China;2.Animal husbandry Research Institute of Chengde,Chengde Hebei 067000,China;3.Agriculture and Animal Husbandry Bureau of Fengning County,Chengde Heibei 067000,China)

The subjective of the study was to assess the thermal environment of dairy houses in winter in Bashang region.Three styles of dairy houses were used to investigate inside and outside ambient temperature,relative humidity and wind speed,and evaluate cold stress of dairy cows through the comprehensive index-wind chill temperature(WCT).The results showed that the temperature or relative humidity among different styles of houses had significant difference.The temperature in both styles of houses including low profile cross ventilated house(House 1)and semi-tower house(House 2) was higher than the double-slope house with yard(House 3),with 5.97,3.07 and-6.21℃of average diurnal temperature in House 1,House 2 and House 3,respectively.For House 3,the inside tempera-ture was below-4℃for 18.5 h(18:00-12:30),and for House 1,the inside temperature difference or humidity difference between south and north sides was evident,averaging 5.62℃(6：30-19：30)at temperature and 41.2%(0:00-24:00)at humidity,and the average humidity in north side reached up to 96.5%.For House 2,the humidity over 80%was continued for 14 h(20：30-10：30).The WCT values of three houses were below-10℃at each period(morning,noon and evening),and the significant difference was observed among three houses(P＜0.01),suggesting that the WCT in House 3 was the lowest,particularly in the morning.The result would provide some reference for dairy house design and environment improving in chill region of Bashang.

dairy cow;temperature;humidity;wind speed;wind chill temperature

S532

A

1005-9369（2015）12-0052-06

2015-07-23

河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系奶牛產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團隊建設專項資金項目（20141309）

高玉紅（1971-），女，副教授，博士，研究方向為畜禽環(huán)境與設計。E-mail:gyhsxs0209@126.com