养殖环境管理
发布时间:2010-10-5
  Enviromental Management Robert Easter 华南农大 施振旦   环境是影响猪生活的各种因素的复杂集合。环境包括温度、大气、动物社群、空间和物理的如墙及地面材料、大小范围等各种因素。然而食物、病原、光线、噪声和管理人员也构成总环境的一部分。本文将仅限于讨论前两个因子。 由于猪是生活着的,它就不可避免地要与一种或多种环境因素发生交互作用或受这些因素影响。在许多情况下,环境刺激对于猪的健康是有利的,或许甚至是必不可少的。不幸的是猪与环境的交互作用往往产生负面效应并发生猪应激。应激在这里可以定义为诱发出动物生理反射的一种环境因素。一个常用的例子就是“逃跑或战斗”反射。受惊吓的动物能诱发出身体爆发性地产生能量以供逃跑或战斗。恐惧应激造成代谢上的损失,因为用于生产的营养物质被转用于逃跑。 生理反应允许动物去“对付”应激场面。所不幸的是与伴随这种反应的是不可避免的能量损失。营养素从有用的代谢功能被转走。因此尽量减小动物的应激状态是获得最大生产效率的管理决策中的一个重要目标。 热应激 猪属于恒温动物,即使处于变幅较大的环境温度中间,它们也能保持一个恒定的体温。为了达到这点,猪发展了产热和与环境进行热交换的机制。 首先让我们看一下热量产生。正常的代谢活动会产生热量,基础代谢率描述一个在温度舒适条件下静止动物的产热速率,通常由公式70×体重(kg)3/4算,以千卡/天来表示。图19.1的经典图形可以用来说明动物热量产生随环境温度变化而变化。

19.1  有效环境温度与热量生成的关系 上图横轴所标的有效环境温度不同于一般所指的环境温度。后者仅仅是温度计对环境温度的简单测量记录,而前者则试图描述动物在这个环境中真正经受的温度。许多因素如温度、风速、地面温度、动物被毛、皮肤的“潮湿度”和环境辐射便是其中几例。关于有效环境温度的计算,Curtis(1983)有详细的论述。 热中性区,有时又叫做热舒适区,是动物产生热量最少的温度区域。在此区内,猪不必要产生更多的热量或依赖冷却机制以保持舒适。当有效环境温度降落到热中性区的下界以下,猪便进入了凉爽区,在此温区内,猪采用改变行为的方式以保持体温。这些包括同圈的猪挤在一起,减少与传导性表面如地板的接触,以及采用尽量减少身体表面暴露的姿势。凉爽区的下界被称为临界低温。当温度降落于临界低温之下,猪便进入寒冷区。这时猪的内分泌会发生变化以增加产热率。如果温度继续下降,猪的代谢活动最终将达到最高(极端代谢)。环境温度的进一步下降将最终导致死亡,因为猪已不再能维持自身的体温。 当有效环境温度升高到某一点,猪便进入温暖区,象在凉爽区一样,猪首先依靠行为策略以保持舒适,包括增加与传导表面的接触,一个例子就是在地板上采用坐卧的姿势;另一个例子就是打湿体表,即在泥水中打滚,以增加热量从皮肤表面的蒸发散失。在某些温度下,猪不再能够通过这些方法以保持舒适。于是便启动更积极的方式,主要是通过喘气来散热,喘气的目的是增强热量从肺部的蒸发散失。不幸的是喘气是一个产生能量的活动,如果喘气有效,额外产生的热量也将被散发,恒温将得以维持。假如喘气无效,核心体温升高,热应激加剧进而导致更剧烈的喘气。这种情况叫做螺旋式增热现象。体温进一步增加并超过临界高温后(译者加),猪便进入了不可忍受的高热区,除非降低环境温度,否则猪会很快死亡。 猪在遭受热应激的首先反应之一就是通过减少采食以降低体内热量产生,这将降低生长性能。 猪与环境的热交换通过四种方式进行,养猪者了解这些途径非常重要。对于遭受冷应激的小猪,管理者关心的是减少热量损失。而对于热应激的大猪来说,目的则是增加散热以使猪凉爽。 传导、对流和辐射三种热量散失途径有时被叫做感觉性散热机制。传导散热是通过与传导性表面如地板和墙面接触而散热。对流散热是将热量从猪身上转移至象空气或水流等流动介质。辐射则是通过电磁波转移热量。通过辐射,热量可从热表面转移到较冷的表面。例如,人们在晴天站在空旷地表就会感到热量通过辐射从太阳转移到身体上。 第四种热交换机制被叫做非感觉性散热,因为它是不能“感知”或感觉到的,这就是蒸发。在这种情况下,动物巧秒地利用改变液体水为水蒸汽需要大量能量的原理。在30℃蒸发1克水大约需要579(0.579千卡)热能。 在较低的有效环境温度下,主要的热损失是通过感觉性方法达到的。当猪接近高临界温度时,蒸发就变成主要的热量散失途径,最高可占90% 最大限度降低热应激的管理:许多哺乳动物,包括人类都有汗腺,可以湿润皮肤以达到最大限度地蒸发。不幸的是猪实际上没有能力出汗湿润皮肤,不过它从肺表面的蒸发却相当有效。也就是说猪象狗一样,为了增加蒸发率即热散失而喘气,当猪喘气时它已经跨过了较高临界温度,并积极地试图散发热量。 蒸发散热的有效性与环境空气的相对湿度直接成比例。假如猪周围的空气完全被水蒸汽饱和,水就不能蒸发,蒸发这种散热系统就不能运行。猪舍设计必须允许空气流通。因为热应激的猪会迅速地将其周围空气中湿度饱和。除非用干燥空气代替水份饱和空气,否则热应激程度将继续恶化直到猪不再能蒸发水气。 更换空气的方法有许多种。用使用风扇的人工通风可以为一个空间有效更换空气,但管理者必须注意,猪舍内的风扇将风直接吹到猪身上实际上起不到作用,这是因为(1)热应激猪通过对流方式散发的热量非常少,(2)并不能达到根本的目的,即用外界较干燥的空气代替室内潮湿的饱和空气。要使猪舍能够顺利通风,建筑设计必须遵循空气交换的基本原则。 在这些原则中控制气流具有非常重要的作用。动物所处的全部区域必需能够经常性的进行空气交换。在通风较差的猪舍内,空气流动于一个从进口到出口“通道”之中。处于这一通道内的动物可得到充分的通风换气,而处于通道之外的动物却仍处于静止的空气环境中。基于风扇的通风系统的有效性,可以用“点烟”的方法很容易地检查。在猪舍内将烟点燃,通过观察烟雾的移动就能很容易检查空气的流动。 大多数生长和肥育期猪舍是采用自然通风的。这里应该再次遵循一些简单的原理。首先建筑物走向应该与盛行风向相垂直。其次,还应该认真考虑房子宽度和其内的设施布置。空气以某一速度吹人建筑物,当它碰到猪身、护栏、料槽和其它障碍物,其速度就会降低。如果一个猪舍太宽或其内部的障碍物太多,事实上空气就有可能停止移动而变成静止。虽然世界各地的情况有所不同,在北美大多数自然通风的猪舍宽度从不超过1011米。 记住暖空气会上升的道理也是有用的。热带地区设计良好的建筑可以包括某种类型的屋脊通风系统,这样可以让湿热空气从房顶溢出。这种向上的空气流动造成的真空将允许外界凉爽干燥的空气进入猪舍。即使没有自然空气流动,这种方法也能为动物进行空气交换。 最后,因为猪不能通过出汗湿润皮肤,它们必须借助于其它方法湿润皮肤,猪在野外会经常地寻找水坑打滚以达到此目的。在受限制的圈养情况下,由管理人员控制猪和水的接触,“喷雾器”和“淋水器”经常被用来打湿猪的皮肤。在大多数情况下,这是一个非常有效的管理手段。但管理人员应该注意如果相对温度已经靠近饱和点的话,给大气增加过多的水份实际上将降低猪从肺表面蒸发水汽的能力。如果发生这种情况,就不能采用打湿猪皮肤的方法。 降低冷应激的管理:寒冷是仔猪管理中的最重要问题。有人声称冷应激是分娩舍中仔猪死亡的一大原因。发生冷应激的仔猪拥挤在母猪身边,很容易被压死。寒冷抑制仔猪吮奶及获得初乳,这将降低仔猪的免疫保护。冷应激仔猪因为减少了吮吸频率和总的乳汁摄入量,很容易死于饥饿。需要注意的是对于新断奶的仔猪,寒冷也经常是一个问题。 让我们首先考虑通过传导发生的热量损失,因为仔猪的大部分时间是躺在地板这一传导介质上的。表19.1列出了几种常用地板用材的热传导性。 19.1 不同地板用材料的热传导率
材料 传导率’cal·cm²·sec1·C0-1·cm
静止空气 0.000059
泡沫塑料 0.000100
木材 0.000300
混凝土 0.005800
0.110000
0.490000
摘自Cardias(1983) 铝自然不是良好的仔猪舍地板材料,钢和混凝土也不能用,较好的选择是塑料和木材。如果必须用热传导强的材料,那也要尽量减少与猪体接触的传导体的量。钢网和扩展金属地板都符合这一标准。用完整的钢板做成地板是不能接受的。但如果猪躺在钢丝网上,那仅有不到20%的身体表面与传导面发生接触(见图19.2),皮肤的其余部份则与传热性很低的空气接触。在钢网或扩展金属地板表面镀上一层传热性低的塑料,可以进一步降低热量损失。 辐射性热交换有时很难理解,考虑这样一个例子,如果将你的手置于电炉上方一定距离,手很快会变热,也就是说热通过电磁辐射从电炉传到了你的手上,辐射热转移的前提是一个物体温度必须比另一个物体的高。这种温度的差异常被称为热梯度。当一只体温很高的猪处于墙壁较冷的房舍内时,在猪与墙之间就存在着一个热梯度,这也是热量散失的途径。 可通过尽量缩小仔猪与其环境辐射面之间的热梯度来降低辐射热的损失。简单地说,分娩舍的内墙应保持温暖。如何最佳地做到这一点呢?答案可以再次从热传导原理中找到。假定外面温度非常低,例如-10℃,分娩舍属于水泥或砖石墙壁,内墙面的温度将实际上与外墙一样。因为水泥和类似物质是高传导性物质,内墙获得的任何热量将迅速通过它们转移到外面,并消散于环境中。 从内墙到外墙的热散失可以通过在两墙面之间安装一层热的不良导体而大大降低。这种物质通常叫做绝缘体,泡沫塑料(19.1)非常适用于这一目的。其它有用的材料包括玻璃纤维和处理纸。这些热绝缘体材料通过在纤维之间维持空气静止而降低导热能力,注意其列于表19.1中的热传导性能很低。图19.3说明这一概念。 19.2钢网地板,猪与地板的接触面积(线条)相对于线之间的面积要小得多。

19.3  墙内热缘对猪辐射热损失作用的概念图,注意绝缘效果 对流热损失发生于当猪暴露于一团移动气流的时候,当气流经过猪附近时,热量就从猪身上移到了空气中,猪就被冷却了。表19.2列出了一组这种热转移幅度的数据。其作用是降低有效环境温度使猪温度降低。令人吃惊的是最小的每小时不足2公里的风速所产生的作用相对较大。 19.2.  风速对有效环境温度的影响1
气流速度,米/ 气流速度,公里/小时 有效环境温度变化2()
0.2 0.7 -4.0
0.5 1.8 -7.0
1.5 5.4 -10.0
摘自Mount(1965) 有效温度下降的摄氏度数 蒸发性热损失可以成为仔猪的一个主要问题。只要猪的皮肤是湿的,任何时候它都得靠蒸发干燥。蒸发所需要的能量来自于猪的身体,这就将减少了猪用于保持自身暖和的热量供应。打湿皮肤造成的第二个问题可以由图19.4所示概念来说明。 19.4  保持身体核心所产热量的绝缘层 热在身体核心或内部器官产生,通过血液循环传到体表,在某种程度上热转移量可以通过降低周边血流量而降低。皮肤和皮下脂肪具有绝缘作用,体表被毛层通过在毛丛中滞留非传导性静止空气发挥热绝缘体的作用。猪通过竖起被毛而使这一绝缘层增厚。这就是经常叫的被毛绝缘层。打湿皮肤不可避免地将被毛平伏于体表,从而摧毁了这一绝缘体的作用。有助于干燥猪身的金属网或扩展金属地板能够大大减少由于蒸发而引起的热损失和失去覆盖绝缘层而产生的冷却。 通风 猪在进行正常的代谢活动中要产生热量、水份和二氧化碳,排泄物在微生物的作用下释放出硫化氢、氨和其它有害化合物。如果任这些物质在环境中积累,最终会达到对动物健康和生产性能造成损伤的浓度。户外养猪体系有自然空气流通因而通风良好。对于大多数封闭的环境则必须实行某些通风措施。 通风系统可以相当简单如一扇打开的窗,或很复杂如由计算机操纵的风扇等。通风系统可以是自然的、机械的或二者的结合。自然通风具有花费少的优点,但较难预测,一般不是十分完美。机械通风比较可靠且易于控制。 以立方米为单位的通风换气需要量,可以从温度、热量和沼气的产生参数等计算出来。在凉爽的条件下,能够移去水汽的通风量也可排除热量和沼气。在炎热环境下,热量和水份二者都可能是决定所需要通风量的重要因素。 自然通风系统具有多种不同的形式,其主要的设计特点考虑下列因素:盛行风向的季节变化。暧空气上升及利用烟囱效应造成的大气压差将空气抽出屋外的物理原理。图19.5中的内布拉斯加单坡面房子是自然通风的一个好例子。北半球的房屋座北朝南。在夏季将后窗打开,南墙也按一定角度打开使盛行的南风吹入,气流穿过猪活动区就达到通风作用。在冬天则关闭后窗,盛行的北风从房顶吹过,在房顶的前缘造成低压区,它具有抽出屋内空气的作用。舍内猪产生的热量使空气变暧,暧空气上升到屋顶的内斜面并沿着斜面向上最终向外流出。  
19.5  内布拉斯加单斜坡猪舍
19.6  侧墙可开闭建筑 19.6是一个更传统的建筑式样,这种建筑具有两个坡面的屋顶和可开闭的侧墙,侧墙可由塑料窗帘或者是具有铰链的窗板覆盖。同样,房子的长轴应该与盛行风向垂直。在设计这种建筑时,特别要注意它的宽度和猪舍之间的距离。房屋过宽会妨碍空气的有效移动使通风受到影响。如果空气流动被邻近房屋挡住的话,风速和通过能力将会降低,这两个参数都取决于盛行风的强度,在建筑设计过程中应该咨询当地专家。 双坡面猪舍的冬季通风是通过屋脊的开口达到的,其结构既利用了吹过屋脊空气的烟囱效应所产生的低气压,又利用了空气在猪活动区受热后向上移动的原理,空气的补充和更换则通过侧墙覆盖物间的细微开口进入。 在热带地区使用这种建筑还需要作些修改。为了有助于空气移动,建筑应比在温带区域常用的要高些,屋脊的通风开口应放大些并由一个顶盖或次级屋顶来保护。 机械通风系统极其有效并且具有经济效益,但必须设计合理和管理得当。首先要做的决定就是是否采用正压型,即将空气吹入猪舍;或负压型,即将空气排出猪舍。经验告诉我们负压通风几乎总是系统的选择。运用正压系统控制空气分布是困难的,除非采用一个管道系统,要不然靠近风扇的区域通风很好而较远的地方则常常空气滞止。 负压系统在通风的猪舍和外界之间形成一个大气压差,为达到压力平衡空气流进舍内。通过明智地布置空气进入通道,就可以在舍内使通风气流分布均匀。在通风换气量需要相对较少的地方,最常用的方法就是在外墙紧靠天花板下面保留一个开口或槽(注意如果要使这类型猪舍工作有效,天花板是需要的)。进入的气流一开始席卷过天花板,带走水汽,然后随着速度降低而逐渐沉降并与舍内空气混合。水汽和充满废气的空气被风扇排出舍外。 风扇可以放在任何位置。事实上多个风扇可以并排放置。风扇的唯一功能就是通过空气抽提而制造负压。既然房内压力即时就能达到平衡,从通风的角度上讲,风扇的位置并不重要。然而,位置对于风扇操作的效率却是重要的。风扇的最大效率,即每千瓦电能所移动的空气体积,只有当风扇安装于盛行风向正对面的侧墙上时才能达到最高。假如风扇对空气抽排直接顶着盛行的风力进行,其效率降低将是不言而喻的。图19.7便是风扇和通风槽安放位置的示意。
通风槽安放位置俯示图  显示空气流动的猪舍侧面图
19.7  风扇和通风槽的安置 如图19.8所示进气槽分布于建筑两边侧墙上部靠近天花板的地方。图中也显示了一个空气缓冲板,它用来变更槽开口的大小。抽风扇的大小决定了通过风槽流动的空气体积,但进气速度却由开口大小决定。其目的是让空气先沿着天花板急速进入,然后随着速度降低而逐渐沉降到地面。这个过程应在猪舍的中部完成,然后这些空气再被抽风扇排出至舍外。如果空气进入速度太快,空气将简单地沿着天花板流动直到被抽出。如果速度太慢,进入的空气将立即沉降到地面,使水汽和热量滞留在天花板一线。通过变化缓冲板的位置,猪舍修建人员可以控制通过猪舍的气流大小并保证有效的通风。 近年来已经获得了很多关于风扇效率的认识。在同等单位电能下,一些风扇抽吸的空气量可以达到其它大小相似但结构不同的风扇的两倍。 对风扇的管理是最重要的,脏物积累在电动马达上会引起马达过热,在螺旋桨、护罩或天窗的积聚物会显著地降低运行效率。最近一项新型的负压通风的建筑设计就是所谓“隧道-通风型”建筑,这一隧道通风概念是专为炎热环境中动物密度高的建筑通风而设计的,其原理是提高蒸发和对流两个途径的热量散失。典型的应用例子是在一个很长的具有固定侧墙的长方形猪舍中,在一端安装一组抽风扇,进气槽则安装在另一端。可以通过设计风扇的大小以使大量的空气进入猪舍。应用中常可改变设计,如将固定的侧墙改成塑料垂帘以在任何可能的时候能够打开让自然风进入。当必须进行机械通风时,将帘子关闭然后打开风扇。虽然机械通风消耗非常多的电力,但在许多情况下,确实可以使动物在极端酷热的条件下得到可接受的生长性能。 机械通风系统的设计非常复杂。需要设计一个既昂贵(原文如此,译者)又有效的通风系统时,一定要咨询有关专家。