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(xué)動(dòng)物科技學(xué)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?zé)岘h(huán)境評(píng)價(jià)

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(xué)動(dòng)物科技學(xué)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?zé)岘h(huán)境。選擇三種代表性建筑類型奶牛舍，檢測(cè)舍內(nèi)外環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速，通過(guò)綜合指數(shù)—風(fēng)寒溫度（WCT）評(píng)價(jià)奶牛冷應(yīng)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(fēng)舍（舍1）和半鐘樓式舍（舍2）溫度明顯高于帶舍外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)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(dá)5.62℃（6:30～19:30），濕差達(dá)41.2%（0:00～24:00），北側(cè)平均濕度高達(dá)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(shí)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(shè)計(jì)及環(huán)境改善提供借鑒。

奶牛；溫度；濕度；風(fēng)速；風(fēng)寒溫度

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)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?zé)岘h(huán)境評(píng)價(jià)[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),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(jì)的發(fā)展，奶牛養(yǎng)殖業(yè)逐漸趨向規(guī)?；?、科學(xué)化和集約化，同時(shí)奶牛健康及乳產(chǎn)品質(zhì)量備受關(guān)注。因此，奶牛養(yǎng)殖環(huán)境應(yīng)予重視。研究證明，溫度、濕度和風(fēng)速等溫?zé)嵋蜃邮怯绊懩膛Ｉ岘h(huán)境主要因素，其單獨(dú)或綜合作用對(duì)奶牛生產(chǎn)性能、健康和產(chǎn)品質(zhì)量均會(huì)產(chǎn)生一定影響[1-3]，而牛舍建筑類型直接關(guān)系舍內(nèi)溫?zé)岘h(huán)境。奶牛怕熱耐寒，國(guó)內(nèi)外關(guān)于奶牛建筑設(shè)計(jì)及環(huán)境的研究主要圍繞熱應(yīng)激展開(kāi)[4-7]，但冷應(yīng)激同樣會(huì)對(duì)奶牛生產(chǎn)性能造成負(fù)面影響，產(chǎn)奶量降幅最高達(dá)40%[8]，北京和哈爾濱地區(qū)因冷應(yīng)激造成產(chǎn)奶損失分別為整個(gè)泌乳期產(chǎn)奶量8.3%和7.5%[9]。目前奶牛冷應(yīng)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(shì)較高，海拔1 200～1 400 m，冬季寒冷，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，夏季涼爽多風(fēng)。近幾年該地區(qū)奶牛養(yǎng)殖的規(guī)?；潭仍絹?lái)越高，2013年河北省奶牛產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對(duì)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(cè)冬季舍內(nèi)外的環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速，并分析表示寒冷程度的綜合指數(shù)（風(fēng)寒溫度），以評(píng)價(jià)河北壩上地區(qū)冬季奶牛舍的溫?zé)岘h(huán)境，為壩上地區(qū)牛舍建建和改造提供理論基礎(chǔ)和可靠數(shù)據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)場(chǎng)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(diǎn)如表1所示。被測(cè)牛舍均為南北朝向，舍1和舍2不設(shè)舍外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，舍內(nèi)飼養(yǎng)，舍3設(shè)舍外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，可隨時(shí)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(shí)間為早晚6:30，而舍3早晚飼喂時(shí)間均為4:30。

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

1.2試驗(yàn)方法與儀器

試驗(yàn)于2015年1月19日～1月25日檢測(cè)三種奶牛舍內(nèi)外環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速，以評(píng)價(jià)壩上寒冷地區(qū)不同建筑類型奶牛舍冬季溫?zé)岘h(huán)境。

1.2.1溫濕度晝夜連續(xù)變化測(cè)定

舍內(nèi)外連續(xù)溫濕度的檢測(cè)儀器采用電子溫濕度記錄儀（型號(hào)：KTH-350-I，法國(guó)），每0.5 h自動(dòng)記錄一次數(shù)據(jù)，三種舍同期晝夜連續(xù)檢測(cè)7 d。各舍在舍內(nèi)南側(cè)（陽(yáng)面）和北側(cè)（陰面）中心處各懸掛1個(gè)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(gè)記錄儀，試驗(yàn)結(jié)束后導(dǎo)出數(shù)據(jù)，繪制溫濕度晝夜連續(xù)曲線圖。

1.2.2溫?zé)釁?shù)分段測(cè)定

舍內(nèi)外溫濕度和風(fēng)速檢測(cè)根據(jù)均勻布點(diǎn)原則，在飼料通道和牛欄內(nèi)共布置12～28個(gè)點(diǎn)，檢測(cè)高度選擇奶牛站立時(shí)高度1.2 m，檢測(cè)時(shí)間選擇三個(gè)時(shí)段，即7:00～8:00、12:00～13:00和18:00～19:00。溫濕度檢測(cè)儀器為手持式溫濕度計(jì)（型號(hào)：TM 181），風(fēng)速檢測(cè)儀器為手持式熱式風(fēng)速儀（型號(hào)：MODEL 6006）。

1.2.3風(fēng)寒溫度測(cè)定

風(fēng)寒溫度（WCT）以溫度為單位表示奶牛冷應(yīng)激的程度，WCT計(jì)算公式如下[9-10]：

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

式中，WCT-風(fēng)寒溫度（℃）；Tair-環(huán)境溫度（℃）；V-風(fēng)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(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析，并運(yùn)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(fēng)的舍1、半鐘樓式的舍2和帶舍外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的舍3與舍外的最高溫差分別達(dá)23.36（5:00）、18.53（5:00）和9.41℃（5:30）。舍內(nèi)溫度變化幅度相對(duì)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(dá)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(shí)間基本一致，但不同牛舍溫度高峰值出現(xiàn)時(shí)間點(diǎn)規(guī)律不一致。

2.2不同建筑類型牛舍內(nèi)外相對(duì)濕度連續(xù)變化

三種牛舍內(nèi)外的相對(duì)濕度連續(xù)變化曲線如圖2所示。大部分時(shí)間點(diǎn)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(dá)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(jiàn)圖3a），尤其是北側(cè)濕度遠(yuǎn)高于南測(cè)，北側(cè)平均濕度高達(dá)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(jiàn)，舍1的南北兩側(cè)溫差與時(shí)間關(guān)系密切，6:30～19:30溫差較大，平均溫差達(dá)到5.62℃，而其他時(shí)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(gè)時(shí)間點(diǎn)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(shí)間段溫?zé)釁?shù)變化

不同建筑類型牛舍內(nèi)外環(huán)境溫度、濕度和風(fēng)速不同時(shí)間段（早上、中午和晚上）檢測(cè)結(jié)果如表2所示。各時(shí)間段舍內(nèi)外及不同舍之間溫度均達(dá)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(wú)舍外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)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(shí)間段對(duì)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(gè)時(shí)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(fù)雜，舍1的舍內(nèi)濕度和舍外無(wú)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(duì)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(fēng)速可知，各時(shí)段三種舍的舍內(nèi)風(fēng)速均顯著高于舍外（P＜0.01），但三種舍風(fēng)速之間卻無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。由表2可知，不論舍外風(fēng)速大小，晚上各舍內(nèi)風(fēng)速略低于早上和中午。

2.5不同建筑類型牛舍內(nèi)外的風(fēng)寒溫度

不同建筑類型牛舍內(nèi)外的WCT如圖4所示。各時(shí)間段各舍內(nèi)外以及不同舍之間的WCT均達(dá)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(jiàn)，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(gè)時(shí)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(shí)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(fēng)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(fēng)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(píng)價(jià)

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(duì)濕度。由于舍1和舍2跨度較大（分別為80和27 m），外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積相對(duì)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(fēng)的大跨度舍1，最高溫度可達(dá)8.57℃，但舍1溫度曲線圖上出現(xiàn)兩個(gè)明顯低峰（見(jiàn)圖1和圖3a），這不僅與舍外溫度有關(guān)，還與牛舍結(jié)構(gòu)和飼養(yǎng)管理有關(guān)。舍1密閉性較好，導(dǎo)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(mén)的短時(shí)間開(kāi)啟將對(duì)舍內(nèi)環(huán)境造成很大影響，舍1曲線中的第二個(gè)低峰范圍（18:00～7:30）正處于飼喂時(shí)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(dá)到5.62℃，且一直持續(xù)13 h。近年來(lái)有研究證明，該類低屋面橫向通風(fēng)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(yùn)動(dòng)場(chǎng)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(dòng)規(guī)律和牛舍結(jié)構(gòu)相關(guān)，牛除采食外基本停留于舍外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，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(dāng)溫度低于-4℃時(shí)，產(chǎn)奶量開(kāi)始下降，當(dāng)溫度降到-20℃時(shí)，產(chǎn)奶量顯著降低。Broucek等和趙宗勝等研究認(rèn)為，當(dāng)溫度低于-5℃時(shí)，奶牛出現(xiàn)冷應(yīng)激，產(chǎn)奶量和生理機(jī)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(shí)間處于低溫狀態(tài)，即使奶牛進(jìn)舍采食時(shí)（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(duì)濕度也是評(píng)價(jià)舍內(nèi)環(huán)境的重要指標(biāo)，寒冷地區(qū)濕度過(guò)高易導(dǎo)致關(guān)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(guān)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(méi)有超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(shè)有風(fēng)機(jī)，但為舍內(nèi)保溫冬季從未開(kāi)啟，造成舍內(nèi)通風(fēng)不良，建議每天早晚適當(dāng)通風(fēng)，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(yīng)激程度不僅與溫度有關(guān)，還與風(fēng)速密切相關(guān)。許多學(xué)者認(rèn)為WCT更能表示冷應(yīng)激程度，同時(shí)反映產(chǎn)奶性能，是國(guó)際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的評(píng)價(jià)奶牛冷應(yīng)激的可靠指標(biāo)。Tucker等研究認(rèn)為[10]，WCT與產(chǎn)奶性能之間存在強(qiáng)相關(guān)關(guān)系。根據(jù)WCT數(shù)值可將冷應(yīng)激程度劃分為：輕度冷應(yīng)激-25℃＜WCT≤-10℃；中度冷應(yīng)激-45℃＜WCT≤-25℃；高度冷應(yīng)激-59℃＜WCT≤-45℃；極度冷應(yīng)激WCT≤-59℃[10]。本研究中奶牛舍在三個(gè)時(shí)間段的WCT均在-10℃以上，按此標(biāo)準(zhǔn)所測(cè)牛舍未達(dá)到冷應(yīng)激程度。但值得關(guān)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(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮早上保溫。因試驗(yàn)條件限制，本研究中WCT只局限于三個(gè)時(shí)段的研究，未考慮一天中其他時(shí)點(diǎn)WCT值，為更具體了解奶牛舍冷應(yīng)激程度，需進(jìn)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(wú)舍外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)奶牛舍雖然舍內(nèi)溫度在0℃以上，相對(duì)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(fēng)牛舍南側(cè)濕度接近100%；設(shè)舍外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)奶牛舍濕度雖然低于80%，但一天中有18.5 h溫度低于-4℃，應(yīng)注意保溫。

b.各時(shí)段（早、中和晚）不同牛舍WCT差異明顯，帶舍外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)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(tuán)隊(duì)建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（20141309）

高玉紅（1971-），女，副教授，博士，研究方向?yàn)樾笄莪h(huán)境與設(shè)計(jì)。E-mail:gyhsxs0209@126.com