趙學(xué)東 朱宸萱 齊 飛 李 浩,4 施正香,4*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院,北京 100083;2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083;3.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,上海 201106;4.北京市畜禽健康養(yǎng)殖環(huán)境工程技術(shù)研究中心,北京 100083)

飲用水對(duì)奶牛的健康、機(jī)體免疫及牛奶的產(chǎn)量極為重要,即使日糧水平差異不大,也可能因?yàn)轱嬎划?dāng)造成產(chǎn)奶量下降18%～20%[1-3]。當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)奶牛代謝速率降低,且奶牛冬季的日糧配比中青飼料、多汁飼料和青貯飼料的含量相比其他季節(jié)有所減少,攝入的干物質(zhì)量比重增大[4-6],因此低溫環(huán)境下更應(yīng)該關(guān)注奶牛對(duì)自由飲水的攝入。冬季影響奶牛飲水量的一個(gè)決定性因素就是飲用水溫度,奶牛的飲用水溫度如果長(zhǎng)期處于0 ℃以下,會(huì)造成奶牛瘤胃功能障礙、流產(chǎn)等,從而導(dǎo)致泌乳的異常[7]。因此,在低溫環(huán)境下確保奶牛適宜的飲水溫度,對(duì)促進(jìn)奶牛健康、提高產(chǎn)奶性能有重要意義。

目前奶牛的生產(chǎn)管理中,對(duì)奶牛在低溫環(huán)境中的飲用水溫度建議為8～15 ℃[8]。國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果表明,適宜的飲用水溫度對(duì)奶牛的生理指標(biāo)(如直腸溫度和呼吸頻率)、干物質(zhì)采食量、飲水量、產(chǎn)奶量均有良性影響[6,9-10]。冬季適當(dāng)提高飲用水溫度,則有助于增加干物質(zhì)的采食量以及奶牛的體溫維持。Boudon等[11]采用8.5 ℃、10～15 ℃的飲用水溫度,較1.5 ℃飲用水溫度下,奶牛的產(chǎn)奶量分別提高了8.7%和17.7%。Golher等[12]認(rèn)為,在高海拔溫帶地區(qū)的冬季,給奶牛飲用35～40 ℃的熱水不僅有助于保存能量,且能幫助奶牛在冬季保持正常的瘤胃蠕動(dòng)。Ertugrul等[13]的研究結(jié)果表明,在冬季飲用20 ℃的水可使干物質(zhì)采食量提高6.47%,使產(chǎn)奶量提高9.33%,而飲用12 ℃的水對(duì)產(chǎn)奶量無(wú)顯著影響。

針對(duì)飲用水溫度的控制問(wèn)題,目前有研究在冬季采用飲水槽加熱的方式[14-15]。例如飲水槽中安裝電加熱棒等,但這種方式易出現(xiàn)漏電現(xiàn)象,且飲水槽暴露在低溫環(huán)境中導(dǎo)致保溫效果較差[16]。因此,從來(lái)源處直接提高飲用水溫度更適用于規(guī)模化奶牛場(chǎng)。空氣源熱泵熱水系統(tǒng)利用逆卡諾循環(huán)工作原理,將空氣或者自然環(huán)境中的低品位熱能收集,轉(zhuǎn)化成高品位熱能再釋放至水中用以制取熱水[17-19]?？諝饽軣崴魍ㄟ^(guò)壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)氣體熱量的搬運(yùn)來(lái)與水箱產(chǎn)生熱交換[20],從而達(dá)到水箱設(shè)置的溫度,加熱設(shè)施與水槽分離更具安全性,與太陽(yáng)能加熱設(shè)備相比更具穩(wěn)定性。

本研究擬設(shè)計(jì)低溫條件下針對(duì)規(guī)?；膛?chǎng)的飲水加熱系統(tǒng),對(duì)比不同飲水溫度在不同環(huán)境溫度下奶牛日均泌乳量的差異,擬合泌乳量曲線并分析影響因素。以期為奶牛場(chǎng)高效、低成本、綠色的飲水系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝提供理論支持和應(yīng)用依據(jù)。

1 飲水系統(tǒng)

1.1 熱特性分析

為確定供水系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的工作方式,對(duì)生產(chǎn)中的熱功率損耗以及電加熱水槽的熱量供給進(jìn)行研究。電加熱水槽的熱功率計(jì)算主要包括:水體表面與空氣的對(duì)流熱功率損耗(P1)、水體表面積蒸發(fā)的熱功率損耗(P2)、水體與不銹鋼材料的傳導(dǎo)熱功率損耗(P3),當(dāng)奶牛電加熱水槽所需的加熱功率(P)與水槽的總散熱功率(P損=P1+P2+P3)相等時(shí)達(dá)到熱平衡,即:

P=P損=METΔ

(1)

式中:M為水體表面積,m2;TΔ為環(huán)境溫度與水溫的差值,℃;E為總平衡散熱系數(shù),根據(jù)華北地區(qū)奶牛場(chǎng)實(shí)際情況取經(jīng)驗(yàn)值E=20 W/(m2·℃)。

以6牛位,水槽內(nèi)表面積為1.2 m2的飲水器為例。當(dāng)舍外溫度為-10 ℃,水溫為10 ℃時(shí),維持水溫需要的持續(xù)供熱功率為P=480 W。進(jìn)而,在水槽對(duì)飲用水加熱的狀態(tài)下,根據(jù)熱量平衡公式Pt=VCTΔ[21]得:

(2)

式中:V為水體體積,L;C為水的比熱容定值,4 200 J/(L·℃);TΔ為加熱前后水溫溫差,℃;t為加熱時(shí)間,s。

當(dāng)6頭奶牛同時(shí)飲水,液面高度為20 cm,水槽內(nèi)1次存水約0.24 m3,水槽內(nèi)的水1次可供給飲用的時(shí)間為2 min,地下水的供水溫度為5 ℃,將飲用水水溫在2 min內(nèi)提高至15 ℃所需的電加熱水槽的功率為P=84 kW。

綜上,電加熱水槽在生產(chǎn)中提供如此大的功率不符合實(shí)際,即奶牛需要大量飲水時(shí),僅使用電加熱水槽的加熱功能制取熱水的效率低下。因此本試驗(yàn)采取電加熱水槽僅提供保溫作用,在對(duì)奶牛飲水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要使用另外的設(shè)備,即空氣能熱水器對(duì)奶牛飲用水的供水溫度進(jìn)行提升。

1.2 飲水溫度控制系統(tǒng)組成及布置

本試驗(yàn)所使用的奶牛智能飲水系統(tǒng)包括熱水供應(yīng)、冷水回流、廢水回收、供水和回水部分,其中奶牛熱水供應(yīng)部分包括空氣能熱水主機(jī)、熱水保溫箱、熱水供水管道、電加熱水槽、冷水回流管道?？諝饽軣崴魇占諝庵械臒崮軐?duì)經(jīng)由水管進(jìn)入熱水器的冷水進(jìn)行加熱,在供水水箱內(nèi)設(shè)置溫度傳感器控制冷水與熱水配比,并將混合后的熱水儲(chǔ)存在保溫水箱中用于集中供水。當(dāng)奶牛大量飲水時(shí),管道增壓泵將保溫水箱中的熱水直接輸送到奶牛飲水槽中滿足奶牛飲水需求。當(dāng)奶牛停止飲水時(shí),電加熱水槽輔助加熱維持飲水槽中飲用水的溫度,可以保證奶牛24 h飲用到溫度為22～25 ℃的熱水。牛舍內(nèi)各水槽中安裝有溫度傳感器,用于采集水槽中飲用水的溫度,供水管道末端冷水回流,使用磁閥門與管道內(nèi)溫度傳感器相連,當(dāng)傳感器檢測(cè)管道內(nèi)水溫<15 ℃時(shí),磁閥門自動(dòng)開(kāi)啟,將管道中的冷水回送至供水箱。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的飲水溫度控制系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

圖1 奶牛飲水溫度控制系統(tǒng)Fig.1 Drinking water temperature control system for dairy cow

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)牛舍

試驗(yàn)地點(diǎn)位于北京奶牛中心延慶基地,該牛舍為全封閉牛舍,散欄飼養(yǎng)荷斯坦奶牛。擠奶使用全自動(dòng)智能擠奶機(jī)器人自動(dòng)記錄奶牛編號(hào)、擠奶時(shí)長(zhǎng)、擠奶次數(shù)及泌乳量。舍內(nèi)供水通過(guò)地面向下打井的方式取深度170～190 m的地下水,水槽利用水位感應(yīng)24 h自動(dòng)上水,內(nèi)置電加熱,外接線至系統(tǒng)主機(jī),以控制奶牛飲用水的溫度。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取同一泌乳牛舍不同區(qū)的2組奶牛,記錄試驗(yàn)組15頭和對(duì)照組15頭健康狀況良好的奶牛在試驗(yàn)期間的整組泌乳情況,并分析試驗(yàn)前后泌乳量變化。為排除泌乳期對(duì)奶牛泌乳量的影響,試驗(yàn)組和對(duì)照組奶牛開(kāi)始泌乳時(shí)間前后不超過(guò)1周,以排除泌乳期對(duì)奶牛泌乳量的影響,試驗(yàn)組測(cè)量開(kāi)始時(shí)位于泌乳盛期的奶牛占53.3%,對(duì)照組占73.3%,其余奶牛均處于泌乳中期。試驗(yàn)時(shí)間為2017-10-01—2018-02-08,根據(jù)環(huán)境溫度分為3個(gè)試驗(yàn)階段。

階段1:試驗(yàn)時(shí)間為2017-10-01—2017-10-25,環(huán)境溫度>15 ℃,為排除奶牛生產(chǎn)性能的差異,在飲水系統(tǒng)運(yùn)行之前,測(cè)試2組奶牛的生產(chǎn)性能。

階段2:試驗(yàn)時(shí)間為2017-10-26—2017-11-24,4 ℃≤環(huán)境溫度≤15 ℃,開(kāi)啟電加熱水槽,加熱溫度設(shè)置為20 ℃。

階段3:試驗(yàn)時(shí)間為2017-11-25—2018-02-08,環(huán)境溫度<4 ℃,對(duì)試驗(yàn)組和對(duì)照組同時(shí)開(kāi)啟電加熱水槽,對(duì)試驗(yàn)組開(kāi)啟空氣能熱水器,加熱溫度均設(shè)置為20 ℃。

3個(gè)試驗(yàn)階段飲水系統(tǒng)工作模式見(jiàn)表1。使用德圖儀器國(guó)際貿(mào)易有限公司生產(chǎn)的TESTO 175-H1溫濕度傳感器(溫度:量程為-40～55 ℃,精度±0.4 ℃,分辨率0.1 ℃;濕度:量程為0～100%,精度±2%,分辨率0.1%)采集試驗(yàn)期間環(huán)境氣溫,在奶牛飲水槽內(nèi)安裝溫度傳感器測(cè)量水槽的飲用水溫度,對(duì)比試驗(yàn)組與對(duì)照組奶牛每天的泌乳量,探究低氣溫環(huán)境下飲用水溫度對(duì)奶牛泌乳量的影響。

表1 不同試驗(yàn)階段試驗(yàn)組和對(duì)照組的飲用水加熱模式Table 1 Heating mode of drinking water with experimental and control groups in different experimental stages

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS Statistics 22.0方差分析中獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)法比較各試驗(yàn)組與對(duì)照組間差異顯著性,以P<0.05為顯著性水平,圖表使用Excel制作。

3 結(jié)果與分析

3.1 飲水系統(tǒng)不同加熱模式對(duì)奶牛泌乳量的影響

3.1.1奶牛初始生產(chǎn)性能分析

階段1期間飲水溫度控制系統(tǒng)不工作,試驗(yàn)組和對(duì)照組的飲用水溫度穩(wěn)定在15 ℃左右。奶牛泌乳量變化見(jiàn)圖2。

圖2 階段1試驗(yàn)組和對(duì)照組奶牛日均泌乳量變化Fig.2 Average milk yield per day of dairy cow in experimental and control group in experimental stage 1

在相同的環(huán)境溫度和飲水溫度下,2組奶牛生產(chǎn)性能有所不同,對(duì)照組奶牛日平均泌乳量為(43.7±1.7) kg,試驗(yàn)組奶牛日平均泌乳量為(39.9±1.5) kg,對(duì)照組奶牛日均泌乳量比試驗(yàn)組高 9.5%,說(shuō)明對(duì)照組奶牛整組的生產(chǎn)性能優(yōu)于試驗(yàn)組。2組奶牛泌乳量與環(huán)境溫度均不相關(guān)(P>0.05),說(shuō)明在此階段的溫度條件下,奶牛的泌乳量與環(huán)境溫度(17.7±2.6 ℃)或飲水溫度無(wú)關(guān),水溫對(duì)奶牛的泌乳量沒(méi)有明顯影響。對(duì)照組與試驗(yàn)組奶牛泌乳量曲線顯著相關(guān)(P<0.01),說(shuō)明2組奶牛的泌乳量變化趨勢(shì)相同,進(jìn)一步證明階段1的環(huán)境條件(未進(jìn)行系統(tǒng)加熱)對(duì)2組奶牛泌乳量沒(méi)有明顯影響。

3.1.2開(kāi)啟電加熱水槽提高水溫對(duì)奶牛泌乳量的影響

階段2環(huán)境平均溫度為(9.2±4.8) ℃,試驗(yàn)組電加熱水槽開(kāi)啟,奶牛飲水溫度為(15.5±1.9) ℃,在非頻繁用水時(shí)段水溫與環(huán)境溫度一致;對(duì)照組奶牛的飲水溫度與環(huán)境溫度近似,為(8.1±4.6) ℃。

試驗(yàn)組在開(kāi)啟電加熱水槽后水溫有明顯提升(圖3(a)),在前期環(huán)境溫度沒(méi)有大幅下降時(shí)可以將水溫控制在17 ℃左右,然而水溫始終達(dá)不到預(yù)設(shè)值20 ℃,且后期環(huán)境溫度較低,電加熱水槽對(duì)水溫的控制能力下降,因此在低溫環(huán)境下需要進(jìn)一步引入空氣能熱水器對(duì)水溫進(jìn)行調(diào)控。

圖3 階段2試驗(yàn)組和對(duì)照組奶牛飲水溫度及日均泌乳量Fig.3 Drinking water temperature and average milk yield per day of dairy cow in experimental and control group in experimental stage 2

對(duì)照組奶牛泌乳量整體高于試驗(yàn)組(圖3(b))。在15 d之前由于試驗(yàn)組水溫可以維持在17 ℃左右,該組奶牛泌乳量較對(duì)照組穩(wěn)定,尤其是5～13 d這一階段。對(duì)比本階段溫度曲線和奶牛泌乳量曲線可知,環(huán)境溫度發(fā)生突升或突降現(xiàn)象時(shí),奶牛的泌乳量均會(huì)受到影響,說(shuō)明奶牛泌乳行為受環(huán)境突變的影響大,奶牛對(duì)環(huán)境溫度變化較為敏感。后期隨著環(huán)境溫度的起伏式下降,電加熱水槽無(wú)法持續(xù)提供加熱,試驗(yàn)組和對(duì)照組的奶牛泌乳量均呈現(xiàn)明顯波動(dòng)。試驗(yàn)組和對(duì)照度奶牛日均泌乳量與環(huán)境溫度都在P<0.01水平上呈顯著相關(guān),說(shuō)明本階段當(dāng)試驗(yàn)組奶牛僅通過(guò)電加熱水槽提高飲水溫度而不引入熱水源,奶牛的泌乳量會(huì)受環(huán)境溫度的影響。階段2中2組奶牛的泌乳量整體都呈下降趨勢(shì),除了環(huán)境溫度這一因素還有很多可能的原因,比如奶牛機(jī)體需要額外的能量使飲入的水升溫,從而影響奶牛的部分營(yíng)養(yǎng)代謝,或者較低的飲用水溫度使奶牛飲水量降低[22-23]。因此,僅用電加熱水槽為奶牛飲用水提供加熱而無(wú)熱水源,飲用水的溫度無(wú)法維持在較高水平,對(duì)奶牛生產(chǎn)性能的提高無(wú)作用。

3.1.3恒溫模式下水溫對(duì)奶牛泌乳量的影響

階段3試驗(yàn)組運(yùn)行飲水加熱系統(tǒng),即開(kāi)啟空氣能熱水器和電加熱水槽分別實(shí)現(xiàn)供水加熱和飲用水保溫功能,可供給溫度為(22.9±1.4) ℃的飲用水;而對(duì)照組僅開(kāi)啟電加熱水槽為該組奶牛供給(13.9±1.8) ℃的飲用水。

圖4示出2組奶牛在低溫環(huán)境下長(zhǎng)期飲用不同溫度的飲用水后的泌乳量隨時(shí)間的分布以及基本趨勢(shì)線。對(duì)照組奶牛的泌乳量隨環(huán)境溫度的降低呈波動(dòng)且整體下降趨勢(shì),而試驗(yàn)組奶牛的泌乳量隨環(huán)境溫度降低無(wú)明顯下降,日均泌乳量基本趨于穩(wěn)定。其中,12月23日(階段3第28 d)和次年1月8日(第44 d)環(huán)境溫度有大幅降低,對(duì)照組的奶牛泌乳量均下降且后續(xù)幾天持續(xù)大幅波動(dòng),而試驗(yàn)組的奶牛泌乳量未受到較大影響。這說(shuō)明在環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí),試驗(yàn)組奶牛的快速適應(yīng)能力優(yōu)于對(duì)照組,為奶牛供給更高溫度的飲用水有利于增強(qiáng)奶牛對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力。而試驗(yàn)組在12月30日(第35 d)泌乳量驟降驟升,可能的原因是試驗(yàn)組奶牛周圍的其他環(huán)境因素如聲、光或者人為原因使其產(chǎn)生短暫應(yīng)激,說(shuō)明影響奶牛泌乳量的因素很復(fù)雜,環(huán)境溫度是其中一個(gè)重要因素但不是決定性因素[24-26]。對(duì)比試驗(yàn)期間溫度變化和奶牛泌乳量的變化,對(duì)照組奶牛泌乳量隨環(huán)境溫度變化顯著(P<0.01),試驗(yàn)組奶牛泌乳量隨環(huán)境溫度變化不顯著(P>0.05),說(shuō)明奶牛在低氣溫環(huán)境中長(zhǎng)期飲用22～25 ℃的熱水可以減少環(huán)境溫度對(duì)奶牛生產(chǎn)性能的影響。

圖4 階段3試驗(yàn)組和對(duì)照組奶牛的日均泌乳量及變化趨勢(shì)Fig.4 Average milk yield per day and variation trend of dairy cow in experimental (a) and control group (b) in experimental stage 3

3個(gè)試驗(yàn)階段整體泌乳量對(duì)比見(jiàn)圖5。階段1、階段2和階段3試驗(yàn)組奶牛的日均泌乳量為(39.9±1.5)、(38.0±1.9)和(37.6±1.2) kg,對(duì)照組奶牛的日均泌乳量為(43.7±1.7)、(41.7±2.1)和(37.2±2.7) kg。由于飲用水加熱系統(tǒng)的使用,試驗(yàn)組奶牛的泌乳量隨環(huán)境溫度的降低略有下降,而對(duì)照組奶牛的泌乳量隨環(huán)境溫度的降低則有明顯的降低,試驗(yàn)組在階段3較小的標(biāo)準(zhǔn)差也同時(shí)證明了試驗(yàn)組奶牛較對(duì)照組更穩(wěn)定的生理狀態(tài)和更強(qiáng)的適應(yīng)能力。試驗(yàn)組奶牛初始泌乳量較對(duì)照組低,經(jīng)過(guò)3個(gè)階段的試驗(yàn),最后試驗(yàn)組的日均泌乳量高于對(duì)照組,說(shuō)明低溫環(huán)境下提高奶牛的飲用水溫度可以保證其生產(chǎn)性能不會(huì)大幅降低。

圖5 3個(gè)試驗(yàn)階段的奶牛整體泌乳量Fig.5 Overall milk yield of dairy cow in the three experimental stages

3.2 飲水溫度對(duì)不同泌乳期奶牛泌乳量的影響

本試驗(yàn)周期較長(zhǎng),隨著試驗(yàn)階段的推進(jìn),試驗(yàn)?zāi)膛Ｒ苍谵D(zhuǎn)變泌乳期。荷斯坦奶牛的泌乳量隨泌乳期變化,泌乳第4周開(kāi)始至17周劃分為泌乳盛期,18周開(kāi)始至30周為泌乳中期,31周開(kāi)始至干奶期為泌乳后期,處于泌乳盛期的奶牛日均泌乳量在最高產(chǎn)奶量80%及以上,轉(zhuǎn)入泌乳中期后泌乳量隨泌乳時(shí)長(zhǎng)呈平穩(wěn)下降趨勢(shì),至泌乳后期變化及波動(dòng)較大[27-28]。為排除試驗(yàn)組和對(duì)照組奶牛的泌乳期對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,試驗(yàn)組和對(duì)照組按照產(chǎn)犢時(shí)間前后不超過(guò)1周的原則選擇奶牛。如圖6(a)所示,對(duì)照組泌乳量明顯下降,對(duì)其進(jìn)行線性擬合可得,線性擬合度較高,說(shuō)明對(duì)照組奶牛的平均泌乳量穩(wěn)定下降,平均每7天下降約0.45 kg;而試驗(yàn)組奶牛的7日平均泌乳量在試驗(yàn)期間為(37.3±0.6) kg/d,隨試驗(yàn)周期變化差異小。試驗(yàn)期間對(duì)照組奶牛的泌乳量與試驗(yàn)周數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),說(shuō)明在低溫條件下為奶牛提供22～25 ℃的熱水能有效提高奶牛生產(chǎn)性能,對(duì)提高奶牛生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益有極大作用。

圖6 試驗(yàn)組和對(duì)照組奶牛7日平均泌乳量Fig.6 Milk yield per 7 days of dairy cow in experimental and control group

進(jìn)一步探究提高飲用水溫度對(duì)不同泌乳時(shí)期奶牛的作用效果,將7組奶牛按泌乳周齡劃分為泌乳盛中期和泌乳中后期,分別對(duì)比試驗(yàn)組和對(duì)照組奶牛泌乳量在試驗(yàn)周期內(nèi)的變化,分析泌乳盛中期和泌乳中后期的泌乳量分布,發(fā)現(xiàn)飲水溫度對(duì)泌乳盛中期的奶牛影響較泌乳中后期大。如圖6(b)所示,處于泌乳盛中期的奶牛,對(duì)照組在試驗(yàn)期日均泌乳量與試驗(yàn)周數(shù)顯著相關(guān)(P<0.01),日均泌乳量按線性分析以每7天下降0.83 kg的速度降低。試驗(yàn)組奶牛泌乳量未出現(xiàn)明顯下降,7日平均泌乳量維持在(37.0±0.9) kg/d,波動(dòng)較小。處于泌乳中后期奶牛的泌乳量與周數(shù)沒(méi)有顯著線性關(guān)系,對(duì)照組與試驗(yàn)組在試驗(yàn)期內(nèi)7日平均泌乳量分別為(37.8±1.2)和(37.6±0.7) kg/d,較小的標(biāo)準(zhǔn)差說(shuō)明泌乳中后期的試驗(yàn)組奶牛的泌乳量相對(duì)于對(duì)照組更穩(wěn)定。因此,泌乳盛中期的奶牛受到飲水溫度影響更大,原因可能是奶牛在泌乳盛期營(yíng)養(yǎng)代謝更加活躍,所需飲水量更大,過(guò)低的飲用水溫度導(dǎo)致飲水量下降,進(jìn)而影響食欲[29-31],因此泌乳盛期的奶牛對(duì)飲用水溫度更敏感。根據(jù)對(duì)照組與試驗(yàn)組奶牛盛中期、中后期泌乳量的對(duì)比,提高奶牛飲用水溫度對(duì)增強(qiáng)處于泌乳盛中期的奶牛生產(chǎn)性能效果尤其顯著,對(duì)處于泌乳中后期奶牛泌乳量有維持穩(wěn)定的作用。

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

試驗(yàn)中空氣能熱機(jī)提供的熱水溫度為55～65 ℃,設(shè)定供水箱和電加熱水槽的供水溫度為20 ℃。記錄水槽中實(shí)際存放的飲用水在不同的氣溫環(huán)境中、不同實(shí)際用水溫度以及不同控溫方式的溫度,結(jié)果見(jiàn)表2。在冬季低溫環(huán)境中,該飲水控制系統(tǒng)可以有效地使奶牛頻繁飲水時(shí)段飲用水溫度維持在22～25 ℃,在非頻繁飲水時(shí)段維持飲用水最低溫度在15 ℃,24 h為奶牛供給熱水。

表2 不同環(huán)境溫度、加熱方式和保溫方式下的飲用水溫度Table 2 Temperature of drinking water under different conditions

空氣能熱水器能夠通過(guò)吸熱工質(zhì)獲取空氣熱源,消耗的電能僅僅是壓縮機(jī)用來(lái)吸收空氣能源所用的能量,如0 ℃環(huán)境下,額定輸入功率為15 kW,制熱功率為12 kW,因此熱效率比電加熱水槽、鍋爐等都高[32]。對(duì)比不同加溫保溫模式下的耗電量,奶牛場(chǎng)應(yīng)采取的管理方式是在低氣溫環(huán)境中開(kāi)啟電加熱水槽并設(shè)置溫度為15 ℃,日耗電量約19～23 kWh。

調(diào)試中結(jié)合使用設(shè)置為25 ℃的空氣能熱水器和設(shè)置為15 ℃的電加熱水槽,飲水系統(tǒng)日耗電量為20～25 kWh,啟用此飲水加熱系統(tǒng)供給約24頭奶牛約增加日耗電量0～6 kWh,按照北京養(yǎng)殖場(chǎng)的電費(fèi)0.725元/kWh,每日每頭奶牛增加電力成本為0～0.8元。

4 結(jié) 論

本研究針對(duì)規(guī)?；膛?chǎng)設(shè)計(jì)了飲水溫度控制系統(tǒng),探究了3個(gè)試驗(yàn)階段(階段1,環(huán)境溫度>15 ℃;階段2,4 ℃≤環(huán)境溫度≤15 ℃;階段3,環(huán)境溫度<4 ℃)下飲水溫度對(duì)奶牛泌乳量的影響,并分析了提高飲水溫度對(duì)不同泌乳期奶牛泌乳量的促進(jìn)作用,主要結(jié)論如下:

1)低溫環(huán)境下為奶牛供給22～25 ℃的熱水后,奶牛全群平均泌乳量隨環(huán)境溫度變化不顯著(P>0.05),而飲用溫度為12～15 ℃的水后奶牛全群平均泌乳量隨環(huán)境溫度變化顯著(P<0.01),說(shuō)明飲用22～25 ℃的熱水能夠減少環(huán)境溫度變化對(duì)奶牛生產(chǎn)性能的不利影響,有助于提高奶牛的生產(chǎn)穩(wěn)定性,增強(qiáng)奶牛生產(chǎn)性能。

2)低溫下,奶牛飲用水溫度為12～15 ℃時(shí),日均泌乳量平均每7天下降0.45 kg,將飲用水溫度提高至22～25 ℃后奶牛泌乳量維持穩(wěn)定。在低溫條件下升高奶牛飲用水溫度能在一定程度上提高奶牛生產(chǎn)性能,對(duì)處于泌乳盛中期的奶牛生產(chǎn)性能影響尤其顯著,對(duì)處于泌乳中后期奶牛泌乳量有維持穩(wěn)定的作用,有助于提高奶牛生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

3)本研究設(shè)計(jì)的奶牛飲水溫度控制系統(tǒng)能夠使奶牛頻繁飲水時(shí)段飲用水溫度維持在22～25 ℃,僅開(kāi)啟電加熱水槽后奶牛泌乳量無(wú)顯著變化,同時(shí)開(kāi)啟熱水器能顯著提高奶牛生產(chǎn)效率。啟用此飲水加熱系統(tǒng)每日每頭奶牛增加電力成本為0～0.8元。