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猪舍环境---The Environment in Swine Housing

时间:2013-08-15 来源:中国种猪信息网 作者:陈翠


猪舍环境
The Environment in Swine Housing
Steven J. Hoff, Iowa State University
(译自:Pork Industry handbook,Originally published as PIH-54 )

前言
    为提高规模经济效益,大部分的养猪模式已变为到室内养殖。这种人造环境对生产上的工作人员和整体猪群的状态有很大的影响。伴随着养猪产业逐渐向规模化和集中化、统一化方向发展,猪舍建筑都是相互联系的,在设计过程中出现一点问题都会引起连锁反应。因此,在建设过程中需要通风和环控的设计显得尤为重要,必须严格遵循设计原则进行。
     猪群受周围环境的影响程度是很难进行评估的。例如,一些研究表明在生产条件不好的时候,猪只就要在高浓度的氨气环境下度过相当长的时间。然而,灰尘,其他气体,湿度过大再加上氨气浓度较大同时存在对猪群就是潜在的灾难性的问题。灰尘和废气的协同效应是很复杂的,这种潜在的威胁不光是对猪群造成危害,同时也损害工作人员的健康。这个报告的主要内容是(温)热环境的需求、如何测定(温)热环境,及环境的维持和最佳管理方式来营造猪群生长的理想环境。
猪群适应性
    猪只是否能够适应环境,是干扰工作人员区分猪只存在潜在问题的重要因素之一。但是,很多情况下,猪只从环境中进食摄入体内的能量消耗了对环境的适应方面,而没有供给身体的生长。例如,发生颤抖是通过肌肉摩擦产生热量来抵御外界的冷应激。这种反应一般都被忽略了,但是,当它发生的时候,就会浪费食物热量,丢失摩擦损失,不能促进猪只的生长。
对于这种适应性的反应,当几百只猪在同一舍内同时进行时就会影响巨大的经济效益。
什么组成了猪群的(温)热环境?
    猪群的(温)热环境涉及到很多因素,会影响猪只和周围环境的能量交换。能量的交换,以热能的形式在猪体和周围的环境之间,通过热传播的四种基本方式:传导、对流、辐射和蒸发进行。传导、对流和辐射可归为可感受热,也就意味着通过这些方式交换热量时需要温度不同。温度的不同表现在猪体内、猪表面和周围事物的表面(传导和辐射),或者环境中空气的温度(对流)。蒸发是大量的热以湿度转换的方式,通过呼吸道和周围空气发生交换,或者喷雾时猪体表面的热量交换方式。明白猪群是怎样获得和丢失热量的,对我们理解猪群和环境之间的相互作用是非常关键的。下文会对这几种方式进行详细介绍。
    传导。这种方式是猪体和周围物体接触时表面温度不同而产生的。比如猪体温度为103°F,而水泥地的温度为70°F,两者相差33°F,通过猪体组织部位与水泥地接触时发生热量传导,从猪体传到水泥地。主要影响传导效率的是猪体和水泥地之间的温度差异,地板和猪体组织的热传导性,以及两者之间的接触面积。一只站立的猪比躺着的猪传导的热量要少,因为接触面积较小。猪只会通过与地面的接触面积来调整自己的体温,当它们感觉热时会不规则的尽量伸展,扩大接触面积来降低体温。
    对流。这种传热方式是当猪体和周围空气、灰尘或水分的温度有差异时而发生的。猪体表面空气温度和周围的空气温度不同而产生的空气流动。但是最终猪体表面的温度是由猪体内部温度表示的,因此猪体组织成分会阻碍温度的传递。影响热量对流的主要因素是表面流体间的温度差异,流体的流动速度,以及猪体和流体的接触面积。这种方式在夏天就可以利用风扇加快空气流动降低热应激,而冬日的贼风就是一个反面的例子。
     辐射。目前为止这种传热方式是最复杂的,需要解释的非常详细。辐射的发生是因为猪表面存在的一种与猪体表温度不一样的“可见的”温度。例如,一只猪在圈内站立,圈内一边有帘子,如果帘子的温度比猪体表的温度低,那么猪只就会损失热量到帘子上。这个原则可以应用到所有的可见事物的表面。影响辐射的主要因素是舍内猪体表面的暴露面积、猪只和其他事物的热反射性能,圈内猪体表面与其他事物的相对暴露面积。猪的热量传递中辐射传热占到50%。比如冬天的时候,一个人站在大的玻璃窗,即使空气是暖和的,还是会丢失热量,所以他会因为大部分表面暴露在冰冷的玻璃表面丢失大量的热量而感到寒冷。
    蒸发。这种热量的传递是液态水转化为汽态水的过程,完成这个过程也叫做汽化潜热。大约需要1000Btu的能量才能汽化1磅水。因此,每通过猪呼吸道蒸发1磅的水分,就需要消耗1000Btu的能量,释放到周围的空气中。同样的,适当的使用洒水系统可以为猪群提供人造发汗系统。影响蒸发的主要因素是相对湿度、周围空气的温度,以及空气流过湿体时的速度,猪体潮湿表面的面积大小和猪只的呼吸量。当猪体表面周围的空气温度和猪体内部温度相近的时候,蒸发就是猪只传热的主要方式。
什么是猪群(温)热环境的最佳选择?
    猪群(温)热环境的最佳选择不是需要猪群最佳反应来维持恒定的猪群核心温度。这是一个复杂的方式来保证猪体温血,能够持续的进行生命活动。生命活动的持续主要是通过猪体核心温度保持恒定。如果这种(温)热环境比较冷,猪只就因为能量损失到环境中,体温降低而挤在一起,颤抖,血液重流回核心,过量进食。同样的道理,(温)热环境比较热时,猪只就会增加热丢失,大喘气,伸展躺在地板上,在泥中打滚,抑制进食,减少发声。这些反应都是猪体维持正常的核心温度而需要特别测定的。也就意味着最佳的(温)热环境是不存在的。
前面的例子提到了冷和热。温度是冷和热的(温)热环境的唯一影响因素。例如,空气温度为60°F时认为对150 lb猪是非常好的。然而,这种空气温度,再加上100英尺/每分钟的空气流动会使猪体流失在空气中的热量较多而感觉冷,这样就需要能量转化来保持体内核心温度。当测定猪群的(温)热环境时需要非常仔细,所有可以影响能量转化的因素都需要评估,以便得到最全面精确的总结。
(温)热环境的评估测定
    最重要的,最明显的也是最简单的测定因素是空气温度。相对于猪体温度而言,决定能量转化的是猪体和周围环境的温度差异从而决定是通过传导或蒸发或间接的辐射方式进行。测定空气温度最简单的就是用标准的汞球管温度计或数字传感器检测。
    第二,猪体表面的空气流动速度是另外一个重要的因素。空气流动直接影响对流和蒸发。空气流动可用数字传感器或者简单的风向标或明轮感应器进行测定。
   第三,周围物体的温度是(温)热环境的重要指示器。周围物体表面温度与猪体直接接触,通过传导方式传递热量,而且,物体表面的温度也可以通过辐射影响猪体温度。周围物体的表面温度可以通过红外线温度计测定,但是这个有点困难,而且造价很高,但这个因素依然是一个重要因素。
    第四,周围空气中的水蒸气含量,综合空气温度,直接影响液体的蒸发。有一种干湿球湿度计的装置可以用来测定空气中的水蒸气含量。相对湿度的测定,顾名思义,相对的测定,并不能直接代表空气中的水蒸气含量。
猪群的有效环境
    有效环境温度(EET)这种说法已经被研究者和学术界用了很多年了,最近才把它用到生猪产业中。EET 是猪群和周围环境间能量交换的各种影响因素的综合体。例如,同样是在70°F的温度下,不同的空气流动速度不同就会认为是完全不同的(温)热环境。有效的环境是高的空气流动速度,这样就能通过对流方式流失跟多的热量。同样的,如果两个圈相比较的话,保持同样的空气温度,都是低风速,圈内只有很少的保温墙,另一个没有保温墙,用不同的方式来影响。用少量保温墙的,在冬天猪群能够看到墙上的可见辐射,因此,他们的有效温度将会降低,用低EET表示。
    EET是比较方便而且容易理解的,专门测定EET的方法是很复杂的,但是其内容是很重要的。要谨记猪的表现力和舒适度是通过直接影响(温)热环境的。如果空气温度低于猪体温度,那么一个发热的同样的环境比热的高风速的环境拥有较高的EET。但是,如果空气温度比猪体温度高,那么低风度的圈舍就拥有低的EET。为什么呢?因为如果空气温度高于猪群核心温度,那么高风速就会通过对流方式使热量快速传递到猪群。很多猪只已经通过热应激来增加空气流动速度,当空气温度到达或者超过猪核心温度时,因为它已经有效的使环境温度升高了。
    跟预期的一样,日龄小的猪对风速更敏感。直观看来这样是正确的,但是如何从能量转换的角度结社这个观点呢?前面提到过猪对热的舒适度会直接影响与环境中的能量交换,因此这个结果可以从热转换的方面去阐述。空气温度和空气流动直接影响对流传热,而且,猪暴露在环境中的表面积也直接影响对流传热,对于日龄小的猪来说,表面积和体重比例高于成熟的猪,因此,任何给定的空气温度和空气流动速度组合,对于日龄小的猪来说每磅的体重都会转化更多的热量到周围的环境中,也就表明空气流动速度对日龄小的猪的影响是较大的。
    影响猪只能量转换的,除了空气温度和流动速度的组合,还有另外两个事实也是值得注意的。首先,如图中所示,在猪的(温)热环境中温度下降,空气流速加快。这种情况的发生时因为空气的边界层存在于猪体表面,类似于一个绝缘的毯子,边界层的降低伴随着空气流动加快,但是只能降低到最低程度。因此,在某一风速的时候,热转化就会达到一个最大值,最大值的发生一般在3.5英里/小时,这也就是为什么通风隧道设计的最大风速就是3.5英里/小时。除了这个水平,我们通过对流我们也得到报酬递减的观点。第二,当空气温度上升时,高温度的空气速度提高。实际上,如果忽略空气流动,猪体表面的温度和空气温度都是一样的,通过对流是没法完成热量转换的。
    猪群对(温)热环境的反应和EET导致的结果在控制最佳(温)热环境中起着重要的作用。例如,小猪对高速气流的敏感性,就需要空气通风设备和环境控制策略来降低潜在的贼风流动。对于较成熟的猪群,就不用特别关注这个方面。当然,在极端热的情况下,控制系统能够发现紧急情况时实施人工提高风速也是非常必要的。高速气流和极端空气温度能够促进热应激,只能以蒸发的方式降温。
典型的冷应激和热应激
    最低临界温度(LCT)一般认为是(温)热环境中的有效温度,即猪只需要消耗更多的食物用于产生额外的热量保持身体的温度。同样的,最高临界温度(UCT)也认为是(温)热环境中的有效温度,即猪只减少采食量降低产热从而保持身体的温度。在LCT和UCT之间,有一个最适温度区域,根据猪只的日龄的不同而不同,能够表现出最好的生产性能。我们的目标是用任何的环境控制方式都能达到最适温度区域,从而达到最好的生产效益。猪只的年龄与LCT和UCT之间具有显著相关关系。
    最适温度区域与EET是相互联系的,也是环境控制系统需要达到的目标。EET水平在其范围以外的话就会降低生产效益。
识别和控制冷应激
    猪只的行为反应可能是冷应激的信号。猪只挤在一起肯定是因为外界空气温度、空气流速、地板温度,或者是周围墙体的温度太低,或者是几种因素的综合。简单的应对冷应激的办法就是提高圈舍内的空气温度。但是,这个办法可能成本较高。更好的办法是测定环境指标,检测出造成冷应激的原因。空气流动的评估可能提高预测水平,而且,也许只要调整进风口的方向就可以解决冷应激的问题了。
识别和控制热应激
    和冷应激一样,猪只的行为反应也可能是热应激的信号。例如,大喘气,表明猪只想通过蒸发的方式散出更多的热量,这也是一个很明显的热应激反应。在热应激的时候猪只减少进食,增加饮水。当然,尽可能的展开全身躺下的方式也是想以最大面积与周围的事物接触达到降温的目的。所有的这些反应都是明显的热应激反应。控制热应激有两种主要的方法:直接和间接的降温。直接降温法是所有能够直接促进能与周围事物进行热量转化的方法。最明显的做法就是对猪体喷洒水雾,使热量以蒸发的方式散发出去。直接的降温方式可能会进一步促进猪体潮湿的表面空气的流速。而间接的降温方式,会涉及到降低猪只周围空气的温度,使猪体的热量转化到周围事物上。一般来说,通过直接的降温方式来转移走更多的热量会更有效果,也是应对热应激的最先采用的方式。
    极端的热应激情况下,增加猪体上方的空气流动而不采取增加水分,利用蒸发的方式降温是非常危险的。如果空气温度是104°F,比猪群核心温度103.5°F稍高一点,这样就会增加空气流动,从而增加EET,这样就会提高猪体表面空气和周围空气的对流。
最适(温)热环境经济学
    没人会执行复杂的环境控制或者保护系统,除非有证据证明这事是有利可图的。优点之一是可以降低劳动强度,降低疾病爆发率,提高工作人员的满意度,或者其他的原因让工作者觉得对生产有好处。有证据证明保持最适(温)热环境有明显的经济学优势。
    比如,研究表明每低于最适温度一个华氏摄氏度,猪只就会减少约60lb,每天需多消耗0.015lb的食物,如果猪只大于80lb,每天就多消耗0.044lb的食物去提供额外的能量来补给向外界丢失的热量。表格1给出更完整的图表,1000头设备的猪舍40lb。比如给表格1中40lb的猪只,达到寒冷的程度的条件可以通过几种方式进行。在一个完全绝缘的圈舍中执行空气低速流动,保持舍内温度依次低于69°F,即最适温度5°F、10°F、15°F就会达到寒冷的程度。同样的,用最适环境温度,在完全绝缘的舍内,保持69°F,通过空气流速达到寒冷程度,表格5中可看出依次为0.8 mph, 2.0 mph, 和4.5 mph。降低15°F看来是非常严重的,除非是控制通风设备出了问题否则不会出现达到这种程度的,才回使得空气温度达到这个水平。但是,从有效环境温度方面来看整个情况,拥有良好通风设备的绝缘体圈舍是很容易达到这种寒冷水平的。
环境控制办法
    现在存在很多不同的设计修改猪群的(温)热环境。一系列的控制系统,通风装备,建筑设计等各个方面选择最好的系统,提供这一条件。做这些决定并不难,但是有几点原则性的东西需要清楚。
    气候。建筑设计要考虑气候和猪群的成熟水平。例如,在北卡莱罗纳州为育肥舍自然通风的设计必然是失败的,因为在炎热的夏季,有14%的时间风是比较平和的。因为主要的温度通风压力是自然风,至少14%的时间里,舍内是无法通风的从而导致强烈的热应激现象。同样的,在爱荷华州隧道通风的育肥猪舍内也是非常失败的设计,因为整个夏季有少于2%的时间风是平和的。夏天大部分的时间自然通风是很好的。环境控制系统在设计的时候应该设计成自然通风和隧道通风的过渡式。
    希望。作为生产者你的目标是什么?如果你的目标就是建立一个坚固的在任何季节都可以使用的环境控制体系,这样就需要一个复杂的通风设计和控制系统。如果你只是简单的希望动物在恶劣的环境下可以正常生产的话,那么猪舍配上简单的通风设备或者控制系统就足够了。
     控制系统的分类有以下几个组别:寒冷,改进,或者环境控制。没有通过寒冷设施控制通风过程的,大部分都是猪舍对户外开放的方式。对于这些设施,典型的是改进的前开放的猪舍,也不会达到最佳生长情况。改进后的猪舍通常都会有些绝缘装备,手动调控的帘子,或者山脊通风口,还会有一个加热系统保证水不会被冻住。设计的目标就是为了维持舍内的温度稍高于外界的温度,并且随外界温度的变化而发生变化。在可以控制环境的舍内,应该把注意的是利用环境控制系统把不需要的变数消除掉。有了这些设计,最新的最复杂的通风和控制系统策略就全包括在里面了,不同的通风策略可以应对不同季节的气候条件。
总结
     作为生产者,根据自己的希望,选择适合自己的(温)热环境。猪群当然会适应这种环境,但是很多时候这是一种支出。这种支出可能是以冷应激的时候多吃饲料的方式,或者热应激时抑制进食生长减缓的方式。定期的评估环境,并保证在有效环境温度的范围内,可以有效的提高猪舍效益,降低因应激引起的敏感性。
目前存在很多技术用来评估(温)热环境。学习这本手册和定期观察猪群行为可以评估(温)热环境,也会给生产者反馈很多信息来应对环境的变化。复杂精细的控制系统的存在可以持续监测(温)热环境,改进猪舍环境,为促进猪的生产性能达到最适(温)热环境。这种复杂的监控水平不光可以控制舍内的空气温度,还可以控制湿度和空气流动水平,为猪只提供实时检测和控制在最有效的生存环境中。在当前的生猪产业中,不恰当的(温)热环境控制系统会消费很大,因为经过很多相似的猪舍和猪群以后,这种小的多余的消费就会大量翻倍,造成极大的浪费。