戚江濤，蒙賀偉，李亞萍，李成松，坎 雜，路士興

（1.石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子 832000；2.山東省濰坊監(jiān)獄）

畜舍環(huán)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀淺析

戚江濤1，蒙賀偉1，李亞萍1，李成松1，坎 雜1，路士興2

（1.石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子 832000；2.山東省濰坊監(jiān)獄）

畜禽舍內(nèi)的環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制對(duì)畜禽養(yǎng)殖具有重要的意義，良好的生活環(huán)境不僅有利于畜禽的健康生長(zhǎng)、發(fā)病率的降低，而且還可提高生產(chǎn)性能、增加牧場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益等。本文介紹了畜禽舍中環(huán)境各因素對(duì)畜禽生產(chǎn)性能、健康成長(zhǎng)等方面的影響，綜述了環(huán)境控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，提出了環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展方向。

畜禽；氣候環(huán)境；環(huán)控；監(jiān)測(cè)

0 引言

近年來(lái)，在國(guó)家政策大力扶持下我國(guó)畜牧業(yè)得到了快速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖的集約化、規(guī)?；翱茖W(xué)化發(fā)展為農(nóng)民帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但是隨著畜牧業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，環(huán)境問(wèn)題日益突出，環(huán)境污染對(duì)畜禽的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖均產(chǎn)生了影響，進(jìn)而出現(xiàn)畜禽生產(chǎn)性能下降、淘汰率升高等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了牧場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的良好發(fā)展。為此，加強(qiáng)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境的自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，充分了解畜禽各階段生長(zhǎng)狀態(tài)，有效調(diào)節(jié)畜禽舍內(nèi)各環(huán)境因素狀態(tài)，為畜禽提供最優(yōu)的生活環(huán)境，實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境的自動(dòng)化、智能化調(diào)控對(duì)畜禽健康生長(zhǎng)、充分發(fā)揮生產(chǎn)性能、最大限度節(jié)省人工及降低養(yǎng)殖成本等具有重要意義。

1 畜舍養(yǎng)殖環(huán)境對(duì)畜禽健康的影響

目前，大多數(shù)養(yǎng)殖場(chǎng)采用的是封閉式畜舍養(yǎng)殖方式，畜舍內(nèi)的氣候環(huán)境（溫度、濕度、光照和有害氣體含量等）好壞對(duì)畜禽的生長(zhǎng)、繁殖和發(fā)育具有重要的影響。孫建忠[1]介紹了畜禽舍內(nèi)產(chǎn)生的氨氣、硫化氫、二氧化碳等有害氣體的來(lái)源以及對(duì)畜禽的正常生長(zhǎng)所產(chǎn)生的影響。有害氣體不僅會(huì)導(dǎo)致畜禽發(fā)病率提高、生產(chǎn)性能降低，而且還會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成污染，不利于飼養(yǎng)人員的身體健康。Frank Van Eerdenburg等人[2]介紹了散欄飼養(yǎng)奶牛舍中臥床地面設(shè)計(jì)的氣溫條件要求，在不同的季節(jié)保證不同的合適的牛舍溫度，不僅可以提高產(chǎn)奶性能、增加牛場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以延長(zhǎng)奶牛壽命。漆海霞等人[3]針對(duì)現(xiàn)代生豬規(guī)模化養(yǎng)殖帶來(lái)的養(yǎng)殖場(chǎng)舍內(nèi)環(huán)境污染對(duì)豬生長(zhǎng)不利的問(wèn)題，闡明了豬舍內(nèi)溫濕度、有害氣體、粉塵和氣流速度等環(huán)境因子對(duì)生豬健康生長(zhǎng)的影響及各環(huán)境因子間的相互影響、相互作用的關(guān)系。為此，飼養(yǎng)者只有為畜禽提供最適宜的生活環(huán)境，才能增強(qiáng)畜禽生產(chǎn)性能、降低畜禽發(fā)病率及提高養(yǎng)殖場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。

1.1溫度的影響

畜舍內(nèi)溫度高低會(huì)直接影響畜禽體溫調(diào)節(jié)，從而影響畜禽的生長(zhǎng)速度和生產(chǎn)能力。對(duì)于奶牛養(yǎng)殖來(lái)說(shuō)，奶牛生活的最佳環(huán)境溫度為13～23℃，臨界溫度為0～30℃，畜舍溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致奶牛采食量下降，溫度每上升l℃，奶牛采食量下降4．6%。當(dāng)畜舍溫度降到5℃時(shí)，飼料消耗量增加7%，當(dāng)環(huán)境溫度降到-10℃時(shí)，飼料消耗量增加20%[4]。對(duì)于養(yǎng)殖雞來(lái)說(shuō)，禽舍溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致雞生長(zhǎng)遲緩，發(fā)病率和死亡率會(huì)上升。溫度過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致飼料利用率下降，料蛋比和料肉比增高，飼養(yǎng)成本較大[5]。對(duì)于養(yǎng)殖豬來(lái)說(shuō)，當(dāng)畜舍溫度過(guò)高時(shí)，溫度每增加1℃，日增重減少3 g，飼料消耗增加60～70 g。當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，每下降1℃，日增重減少11～22 g，飼料多消耗20～30 g[6]。

1.2濕度的影響

畜舍濕度主要來(lái)源于外界進(jìn)入畜舍內(nèi)空氣所含水分、畜禽自身排出水分及水槽、墊草等蒸發(fā)的水分等3部分。畜舍濕度的高低對(duì)畜禽的健康同樣有著重要的影響。當(dāng)畜舍濕度過(guò)高時(shí)，病菌生長(zhǎng)較快，使畜禽機(jī)體抵抗力下降，誘發(fā)各種疾病，奶牛易患濕疹等皮膚病，雞易患熱應(yīng)激或中暑，豬易患肌肉、關(guān)節(jié)方面的疾病。當(dāng)畜舍濕度過(guò)低時(shí)，粉塵漂浮在空氣中，易引起畜禽呼吸道感染。為此，合適的畜舍濕度對(duì)降低畜禽發(fā)病率具有重要作用，另外合適的畜舍濕度應(yīng)以合適的溫度為基礎(chǔ)，高溫或低溫與合適的溫度相配合同樣會(huì)影響畜禽的健康生長(zhǎng)。

1.3光照的影響

光照主要包括光照時(shí)間和光照強(qiáng)度，合理的光照對(duì)于畜禽繁殖和健康是有益的，自然光中的紫外線可起到殺死病毒和細(xì)菌、增強(qiáng)機(jī)體抗病力和免疫力等作用。但是當(dāng)光線過(guò)強(qiáng)的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致畜禽出現(xiàn)體溫過(guò)高和煩躁不安等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響畜禽的新陳代謝活動(dòng)，不能正常的發(fā)揮生產(chǎn)性能。當(dāng)光線過(guò)弱時(shí)會(huì)導(dǎo)致畜禽采食量下降，飲水減少，影響生產(chǎn)發(fā)育等。

1.4有害氣體含量的影響

在封閉式畜禽舍中有害氣體主要有氨氣、硫化氫和二氧化碳等。氨氣為無(wú)色氣體，溶解度較高，高濃度氨氣環(huán)境會(huì)使畜禽身體組織受到強(qiáng)烈刺激，降低對(duì)疾病的抵抗能力，誘發(fā)呼吸道炎癥、心肌損傷等病癥；硫化氫屬于窒息性氣體，低濃度硫化氫環(huán)境中可使畜禽體質(zhì)變?nèi)酰共×ο陆?，高濃度的硫化氫可直接抑制畜禽呼吸中樞，引起窒息和死亡；畜禽在高濃度二氧化碳環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)食欲減退，體質(zhì)下降，生產(chǎn)力降低等現(xiàn)象。為此，減少舍內(nèi)有毒氣體含量也是保證畜禽健康成長(zhǎng)的必做之一。

2 國(guó)內(nèi)外環(huán)境控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)畜禽舍中的環(huán)境狀況并進(jìn)行有效控制是畜禽健康成長(zhǎng)的重要前提。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)境控制系統(tǒng)進(jìn)行研究的主要有：于豐華等人[7]提出了一種基于K60單片機(jī)的環(huán)境控制系統(tǒng)，利用AM2301和MQ137傳感器可快速監(jiān)測(cè)禽畜舍的溫度、濕度及氨氣等環(huán)境信息，并將信息通過(guò)無(wú)線模塊傳輸?shù)接|摸顯示屏。該系統(tǒng)的抗干擾較強(qiáng)，有較好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。高永強(qiáng)等人[8]設(shè)計(jì)了一種畜禽舍環(huán)境綜合測(cè)控系統(tǒng)，主要由傳感器采集、計(jì)算機(jī)處理及PLC控制等部分組成。系統(tǒng)基于LabWindows/CVI開(kāi)發(fā)平臺(tái)，傳感器將采集到的畜禽舍環(huán)境信息通過(guò)以太網(wǎng)技術(shù)傳遞給計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，同時(shí)控制相應(yīng)部件運(yùn)動(dòng)調(diào)控環(huán)境。高樂(lè)昌[9]提出了基于家禽畜牧業(yè)養(yǎng)殖環(huán)境智能控制的思路，詳細(xì)闡述了通風(fēng)加濕、照明亮度的智能控制的設(shè)計(jì)，對(duì)涉及的智能環(huán)控裝備進(jìn)行了分析，通過(guò)智能控制技術(shù)使養(yǎng)殖環(huán)境達(dá)到最優(yōu)。韓靜等人[10]針對(duì)目前封閉牛舍內(nèi)小氣候變化對(duì)奶牛生產(chǎn)性能產(chǎn)生不利影響的問(wèn)題，研制出一套規(guī)?；B(yǎng)牛場(chǎng)全自動(dòng)無(wú)線智能環(huán)境采控器。采控器可對(duì)牛舍內(nèi)多點(diǎn)溫度、濕度、有害氣體濃度及光照等信息進(jìn)行采集，并在牛舍內(nèi)的液晶顯示屏上實(shí)時(shí)顯示。具有存儲(chǔ)功能的上位機(jī)控制系統(tǒng)在牛舍環(huán)境無(wú)線采控過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期記錄，為奶牛繁殖及產(chǎn)奶量統(tǒng)計(jì)等信息提供分析依據(jù)。李修松[11]提出了一種豬舍環(huán)境控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由環(huán)境控制器、溫度傳感器、風(fēng)機(jī)、濕簾及各種進(jìn)風(fēng)口等組成。環(huán)境控制器通過(guò)讀取舍內(nèi)特意布置的溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)而控制風(fēng)機(jī)、濕簾、進(jìn)風(fēng)口等部件進(jìn)行工作。朱偉興等人[12]設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的保育豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)依據(jù)分布于各保育床內(nèi)的傳感器獲得的環(huán)境參數(shù)，精確調(diào)節(jié)各保育床內(nèi)的小氣候環(huán)境。采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式，實(shí)現(xiàn)通過(guò)瀏覽器遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控豬舍，適合保育豬舍環(huán)境智能化精準(zhǔn)管理。馮江等人[13]對(duì)豬舍內(nèi)溫度和濕度等因素對(duì)豬生長(zhǎng)的影響進(jìn)行了分析，介紹了現(xiàn)有先進(jìn)的豬舍監(jiān)測(cè)技術(shù)，討論了基于單片機(jī)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)等手段，并提出了未來(lái)的環(huán)境監(jiān)測(cè)趨勢(shì)為高效化、精確化及智能化。以上研究通過(guò)傳感器獲取畜舍環(huán)境信息，利用單片機(jī)、PLC等為控制單元，根據(jù)傳感器反饋信息驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（風(fēng)機(jī)、濕簾等），實(shí)現(xiàn)了畜舍環(huán)境的自動(dòng)控制。但是大部分環(huán)境控制系統(tǒng)存在著以下問(wèn)題：（1）仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，未能在畜舍內(nèi)推廣使用；（2）穩(wěn)定性較差，尤其在較為寒冷的冬季，極易出現(xiàn)控制系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍、死機(jī)現(xiàn)象；（3）雖然實(shí)現(xiàn)了畜禽生長(zhǎng)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠保證畜禽生病狀態(tài)的及時(shí)解決，但仍然需要人員過(guò)多地觀察畜舍情況。針對(duì)以上問(wèn)題，一種穩(wěn)定性好、性價(jià)比高、適用性好及減少人為參與的環(huán)境控制系統(tǒng)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)畜舍真正意義上的智能化、自動(dòng)化的重要基礎(chǔ)。

國(guó)外的相關(guān)技術(shù)研究不僅實(shí)現(xiàn)了畜舍環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制，而且還能根據(jù)傳感器所采集的信息分析畜禽健康狀況，預(yù)防疾病的發(fā)生和傳染。如荷蘭DigDutchman公司研制的畜禽環(huán)境監(jiān)控管理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)禽舍內(nèi)溫度、濕度、氨氣濃度等參數(shù)的自動(dòng)采集和控制[14]。加拿大圭爾大學(xué)Simon X．Yang研發(fā)的豬場(chǎng)氣味無(wú)線傳感器檢測(cè)設(shè)備能夠監(jiān)控養(yǎng)殖環(huán)境并根據(jù)氣味分析豬的健康情況[15～16]。

國(guó)內(nèi)外畜舍環(huán)境控制技術(shù)資料顯示：綜合運(yùn)用了機(jī)械、電子及信息技術(shù)完成了畜禽養(yǎng)殖環(huán)境控制系統(tǒng)的建立，利用傳感器、單片機(jī)等自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和物聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)畜禽養(yǎng)殖的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而對(duì)環(huán)境因素進(jìn)行了有效調(diào)控，為畜禽健康生長(zhǎng)提供了保障。目前，國(guó)外通過(guò)環(huán)境控制技術(shù)來(lái)分析畜禽的健康狀況，在國(guó)內(nèi)未見(jiàn)廣泛使用案例，但是該技術(shù)在我國(guó)畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖進(jìn)程中的應(yīng)用將是必然發(fā)展方向。

3 總結(jié)與建議

畜禽養(yǎng)殖舍內(nèi)環(huán)境控制技術(shù)正在向網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化及標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，在國(guó)家大力倡導(dǎo)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與其他行業(yè)技術(shù)相融合背景下，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)飼養(yǎng)員對(duì)畜禽的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，充分了解畜禽的進(jìn)食量、飲水量及活動(dòng)情況等信息，能夠做到畜禽早病早治，減少牧場(chǎng)損失。自動(dòng)化發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)舍內(nèi)環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，在保證控制單元性能穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，自動(dòng)控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行通風(fēng)、加熱和降溫等操作。標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，在畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中應(yīng)充分考慮地域氣候特色執(zhí)行國(guó)家頒布的農(nóng)業(yè)和畜牧養(yǎng)殖業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保舍內(nèi)的環(huán)境因素如氨氣、硫化氫和二氧化碳等氣體的濃度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，為畜禽的健康生長(zhǎng)奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。在環(huán)境控制技術(shù)的實(shí)施中能夠和畜禽的身體狀況有效的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)畜禽的更加智能化飼養(yǎng)。在我國(guó)畜牧業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，最值得我們注意的就是保護(hù)好環(huán)境，環(huán)境污染不僅需要花費(fèi)大量的人力、財(cái)力去治理，而且還會(huì)對(duì)我們?nèi)祟?lèi)的身體造成傷害。為此，我們必須在行業(yè)發(fā)展之前制定相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)措施，以便于在發(fā)展過(guò)程中減少環(huán)境污染，更加有效地治理環(huán)境污染。

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3 新疆棉花打頂機(jī)研究對(duì)策

（1）研究雙仿形棉花打頂機(jī)。新型棉花打頂機(jī)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同棉田地形進(jìn)行仿形，還能夠?qū)γ藁ㄖ晷瓦M(jìn)行仿形，這樣可大大提高棉花打頂?shù)臏?zhǔn)確率，減少對(duì)棉株的傷害。

（2）研究自走式棉花打頂機(jī)。新型自走式棉花打頂機(jī)具有自走、高地隙底盤(pán)和輪距可調(diào)等特點(diǎn)，可適應(yīng)不同種植模式下的棉花打頂要求，從而降低打頂機(jī)對(duì)棉株的損傷。

（3）研究具有消毒裝置和棉芽回收裝置打頂機(jī)。具有消毒裝置的新型打頂機(jī)可以降低棉花病毒的傳播，棉芽回收裝置可以有效避免棉花病蟲(chóng)害的傳播。

4 結(jié)語(yǔ)

新疆棉花種植面積的不斷擴(kuò)大對(duì)于棉花打頂機(jī)的進(jìn)一步研究來(lái)說(shuō)是個(gè)很好的機(jī)遇，然而棉花打頂作業(yè)的精密和復(fù)雜也給研究人員帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。為此，應(yīng)把握機(jī)遇，清楚看到新疆棉花打頂機(jī)械化研究的不足，合理采取應(yīng)對(duì)政策。研制雙仿形、自走式通用底盤(pán)、具有消毒裝置和棉芽回收裝置的棉花打頂機(jī)械是目前科技人員的重要任務(wù)，也將為我國(guó)棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化提供強(qiáng)大動(dòng)力。

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[4]胡斌，羅昕，李明志等．3MDY-12．型前懸掛液壓驅(qū)動(dòng)式棉花打頂機(jī)[J]．新疆農(nóng)機(jī)化，2006（2）：26～27．

[5]羅昕，胡斌，王維新等．3MDZK-12型組控式單行仿形棉花打頂機(jī)[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2008（11）：136～138．

[6]滕華燈．3FDD-1800型棉花打頂機(jī)仿形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究[D]．烏魯木齊：新疆大學(xué)，2011． measuring and analyzing livestock and poultry farm odours [J]．Environmental Monitoring and Assessment,2007,135(3): 399～408．

[16]Pan L,Yang S X,Analyzing livestock farm odour using an adaptive neuro-fuzzy approach[J]．Biosystems Engineering．2007,97(3):387～393．

Present Research State of livestock and Poultry House Environment Control System

Qi Jiangtao1，Meng Hewei1，LiYaping1，LiChengsong1，Kan Za1，LuShixing2

（1.College of Mechanical and Electronical Engineering, Shihezi University, Shihezi 832000，XinJiang，China；2.Shandong province'sWeifang prison )

The environmental monitoring and control is important for livestock and poultry breeding，good living environmentis not only beneficial to the healthy growth of livestock and poultry, the incidence of the disease, but also can improvethe production performance, increase the economic benefits of pasture, etc.. This paper introduces the influence of environmentalfactors on the production performance and health growth of livestock and poultry house, and summarizes the presentresearch state of environmental control system, and puts forward suggestions for further development of environmental controltechnology.

Livestock and poultry；Climate；Environmental control；Monitor

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.04.010

S831.4+5

A

1007-7782（2016）04-0024-04

2016-08-12

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)工業(yè)及高新技術(shù)科技攻關(guān)與成果轉(zhuǎn)化計(jì)劃項(xiàng)目，2015AB001

蒙賀偉