豬舍環境參數研究綜述

高航，袁雄坤，姜麗麗，王軍軍，臧建軍

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豬舍環境參數研究綜述

高航，袁雄坤，姜麗麗，王軍軍，臧建軍

（中國農業大學動物科技學院/動物營養學國家重點實驗室，北京 100193）

適宜的畜舍環境是保障畜禽健康養殖的重要條件。據國家統計局數據表明：在2017年我國豬肉產量5 340萬t，增長0.8%，生豬存欄量68 861萬頭，增長0.5%，我國是傳統的豬生產和豬肉消費大國，隨著我國養豬業規模化、福利化的發展，在當前已經擁有了高產品種豬和優質全價的配合飼料之后，豬舍內小氣候環境對豬群健康的影響引起越來越多的關注和重視。早在20世紀40年代，歐美等西方發達國家學者就開始建立家畜人工氣候室，通過在畜舍中模擬自然環境的氣候變化，研究在不同氣候條件下家畜的生理變化規律，制定豬適宜環境參數并應用于生產管理，以較好的環境換取更高的生產效益。近年來，歐美國家更加關注飼養環境對畜禽精準飼養和動物福利與健康的影響。美國NRC（2012）提出了以環境溫度和飼養密度為變量的代謝能攝入量動態模型，實現營養供給的動態預測。我國生態氣候復雜，生產要素的集成缺乏統一的環境基礎，當豬舍環境較差時，會嚴重影響豬群的健康并制約豬生長性能的發揮。文章以我國現有的豬舍內環境參數標準為基礎，結合國內外現有的相關環境參數標準與試驗研究，比較并分析了國內外豬舍內環境溫度、濕度、有害氣體濃度和飼養密度等適宜參數的異同；畜舍中溫度主要影響豬的采食量進而對其生長性能產生影響，在高溫環境中生長豬采食量降低從而導致生產性能下降，低溫環境條件下生長豬增加的采食量，更多的用于維持體溫的恒定，能量利用率因而較低；畜舍中的濕度往往是伴隨著舍內溫度產生的協同效應；豬舍中的有害氣體主要包括氨氣、硫化氫、二氧化碳、甲烷和氧化氮，有害氣體不僅影響人類身體健康，同時也會嚴重影響豬的健康生長，誘發疾病以及降低飼料轉化效率。豬是社會性很強的動物，在規模化豬場發展的前提下，群居會給豬帶來一定的好處，但因飼養密度增加導致的應激，會破壞豬的生理機能、行為習慣和環境之間的動態平衡，從而嚴重影響豬的健康，制約豬生長性能的發揮。

豬；環境參數；溫度；濕度；空氣質量；飼養密度

現代畜牧業高度集約化、規模化的發展，極大的提高了動物的生產效率，但在集約化的生產模式下，也會給動物的健康生長帶來一定的影響。這一影響主要來自于畜舍環境、日糧營養供給以及傳染病[1]。COLE等[2]研究表明：在家畜生產過程中，制約其生長性能發揮的因素約20%取決于品種和個體遺傳能力，40%—50%取決于飼料和日常管理因素，而20%—30%則取決于畜舍環境。在品種和日常管理一定的情況下，畜舍環境對我國集約化養豬生產的影響日益明顯，畜舍環境是指舍內溫度、濕度、空氣質量、飼養密度以及光照等因素彼此間相互影響，共同構成的豬舍內小氣候環境。因此，綜合確定豬舒適畜舍環境的適宜參數對于保障豬的健康生長和高效生產具有重要意義。本文在總結國內外現有豬舍環境參數的基礎上，比較、分析了不同國家對豬舍環境參數推薦值的異同，進而為我國今后研究、修訂豬舒適環境參數，科學調控豬舍內環境提供參考和理論依據。

1 溫熱環境

畜舍溫熱環境是由舍內溫度、濕度和通風三者相互作用而組成。而這三者又會被多種因素所影響，如豬的體重和數量、豬自身健康狀況、地板類型、空氣流速、室溫和豬舍隔熱性能等因素[3]。在實際規模化養殖生產中，由于飼養管理水平、氣候條件等因素的限制，豬舍溫度未能控制在豬“舒適區”范圍內，體溫調節機制無法維持體溫的恒定。圖1為環境溫度對豬的影響示意圖[4]：以產熱和散熱平衡的調節點可將壞境溫度劃分為3個區域：舒適區（即等熱區）、高溫區、低溫區[5]。當豬舍溫度低于“舒適區”范圍時，豬會通過顫抖和其他機理來增加產熱進行調節，而當環境溫度低于下限臨界溫度時（lower critical temperature, LCT），豬自身不能進一步增加產熱，隨著深部體溫的降低，體內代謝速率降低，產熱進一步減少[6]；當豬舍溫度高于“舒適區”范圍，顯熱損失（輻射、對流、傳導散熱）減少，當環境溫度進一步高于上限臨界溫度（upper critical temperature，UCT），動物不能進一步增加蒸發散熱，結果導致體內產熱和散熱不平衡，進而影響豬群的生長性能[7]。由此可見，當豬舍溫度低于LCT或高于UCT時，都將調動豬的體溫調節機制以維持體溫恒定，此時無論溫度的高低，都是一種應激，豬體內的各種生理機制必須做出相應的反應，進而影響豬采食用于生長和生產的能量效率[8]。

圖1 溫度升高對豬的影響[4]

豬舍溫度是影響豬群生產性能的首要溫熱因素，豬的生產潛力只有在適宜的溫度范圍內才能達到最大發揮。由于初生仔豬對環境溫度有較高要求，因此畜舍溫度較低時會對仔豬產生較大影響，主要體現在以下3個方面：①寒冷對仔豬體溫的影響：新生仔豬體溫調節機制未完全發育完善，當豬舍內溫度過低或低溫時間較長時，超過豬代謝產熱的最高限度，寒冷會對新生仔豬的體溫造成不可逆降低[9]。②寒冷對仔豬初乳采食量的影響：對于仔豬而言，由于胎盤屏障的作用，豬的胎盤不能將母源抗體運送給胎兒，因此，采食初乳是新生仔豬獲得被動免疫的重要途徑。PARKER等[8]研究表明，在寒冷環境中仔豬花大量時間通過改變行為來調節體溫，而不是通過吸奶調節，結果導致初乳吸收量減少。此外在寒冷環境中仔豬通過腸道上皮細胞吸收和傳遞免疫球蛋白的能力也會降低。③寒冷對仔豬腹瀉率的影響：健康仔豬腸道微生物與環境中的微生物處于動態平衡，低溫環境會導致新生仔豬對機體自身腸道微生物菌群敏感性發生改變，其平衡的破壞會導致胃腸機能障礙，從而引起腹瀉[8]。

在不同的環境溫度條件下，豬的自由采食量和能量的利用有較大差別。對于北方嚴寒地區，制約其養殖業發展的主要因素是由于全年低溫期較長，當豬舍環境溫度較低時，機體皮膚血管收縮、血流量減少，使得環境與體溫間溫差減少。而當環境溫度低于LCT時，機體為了維持自身體溫的恒定，在采食量增加的前提下，用于產熱的能量增多，導致機體用于生產的能量減少。研究發現：當豬舍溫度低于LCT，豬平均采食量增加25 g/d/℃或代謝能攝入量增加328 kJ/d/℃[10-14]。

與其他家畜相比，豬的散熱能力較差，因此當環境溫度升高時，其主要是通過減少代謝產熱來維持體溫恒定。在熱應激條件下豬自身產熱的減少主要是通過降低采食量[18]。研究發現：當環境溫度升高時，平均每升高1℃采食量減少73 g/d，或代謝能采食量減少985 MJ/d/℃[15-18]。因此在規模化養豬生產中，應合理調控豬舍內環境溫度。通過對不同標準中給出的適宜溫度參數進行比較分析（表1）發現：①隨著豬體重的增加，豬LCT、UCT和蒸發散熱臨界溫度（evaporative critical temperature, ECT）的推薦值均降低，這表明隨著豬體重的增加，其對低溫的適應能力增強。②同一體重階段，不同國家給出的適宜溫度參數也不相同，對于2—7 kg的斷奶仔豬，我國與加拿大LCT的推薦值均為27℃，而美國與澳大利亞給出的LCT推薦值分別為30℃與24℃，LE DIVIDCH等[10]分別研究了20、24和28℃對早期斷奶仔豬產熱的影響，發現隨著豬舍溫度的降低，仔豬產熱呈線性上升，豬舍溫度20℃比溫度為28℃時產熱增加11—12.5 kJ/d/kg0.75，因此，對于早期斷奶仔豬，LCT的確定對于能量用于生長的有效利用有重要作用；對于體重55—110 kg的生長豬，我國與美國給出的UCT推薦值較為接近，分別為27℃與26.7℃，而加拿大與澳大利亞的UCT推薦值分別為24℃與36℃，差異較大。③與國外標準中豬適宜溫度參數相比，我國給出的適宜溫度參數值按豬生長階段劃分，然而在同一生長階段，不同體重的豬對環境適應性也有較大差別；因此，在我國今后環境參數標準的修訂中，也應對不同生長階段豬體重其對應的舒適環境溫度進行進一步的確立與完善。

畜舍中濕度是影響豬生長與生產性能的另一因素。豬舍中的空氣濕度會影響體表水分蒸發、干擾豬自身的體熱調節，阻礙散熱[22]。由于豬舍中飲水設備以及豬排泄物的存在，在實際生產中豬舍濕度均較高。畜舍內濕度對豬體溫調節的影響與舍內溫度有關，在低溫環境中，潮濕空氣的導熱性強，豬可感散熱增加；同時濕度對豬的影響往往是在高溫條件下所產生的協同效應。Huynh[23]研究了61.7kg豬在不同的濕度環境下（50%、65%、80%）其生理指標的變化趨勢，發現：隨著畜舍中濕度增加，豬呼吸頻率和直腸溫度發生快速升高的拐點溫度顯著前移，畜舍中濕度為80%時，豬直腸溫度較濕度為50%時升高2℃。Curtis等[24]研究表明，在豬舍溫度為30℃時，濕度增加18%相當于溫度增加1℃。中國《規模化豬場環境參數及環境管理》（GB/T 17824.3-2008）對豬舍內空氣相對濕度規定見表2[14-19]。發現當豬舍溫度在豬的舒適區范圍內，對舍內濕度的要求在60%—75%的范圍內，當舍內溫度處于舒適區，空氣濕度對豬的熱調節影響較小。

2 空氣質量

集約化的家畜生產會產生大量的空氣污染物，通常將這些污染物分為4類：有害氣體、顆粒物、生物溶劑和有毒的微生物副產物[25]。豬對周圍環境具有本能的趨利避害反應，若長期生活在有害氣體的環境中，豬對有害氣體的感知能力會降低。DONE等[26]研究表明，豬舍內有害氣體過量會誘發呼吸道疾病，導致豬呼吸困難、喘氣咳嗽、食欲不振、免疫力降低等，從而降低豬的生長性能。

在動物生產中產生的污染氣體主要包括NH3、H2S、CO2、CH4和N2O；其中NH3和H2S被認為是在動物生產中產生的最重要的排放物，CO2是對全球變暖具有重要影響的溫室氣體，CH4和N2O是對全球氣候變化具有潛在影響的溫室氣體[27]。

2.1 氨氣

NH3為無色、具有刺激性氣味的氣體，易溶于水。在畜舍內產生于豬舍內漏縫地板、水泥地面和糞溝內排泄物變干的過程中[28]。主要分布于地面、豬只周圍和屋頂。在通風良好的畜舍中，NH3濃度在5—20μL·L-1范圍內，當畜舍中的通風較差時，其濃度可高達50μL·L-1。WAH等[29]研究表明，全球一年NH3排放量約為54億t，主要來源于畜禽糞便和肥料排放。豬舍中NH3的危害主要包括降低豬的免疫性能，導致各種病原微生物隨之侵入機體，從而誘發各種呼吸道疾病，降低生產性能[30]。表3針對不同濃度NH3水平對不同生長階段豬生長性能和健康的影響進行了總結：豬舍中低濃度的NH3會引起呼吸中樞的興奮，并且與血紅蛋白結合，使得血紅蛋白與氧氣的結合減少，導致機體出現缺氧的癥狀[31]；Lillie等[32]的研究表明，在畜舍中當NH3濃度低于100μL·L-1時，將刺激鼻子、眼睛、支氣管和肺部，作為一種慢性應激因子對仔豬的健康生長產生影響。NH3濃度過高會引起斷奶仔豬存活率降低、關節炎、豬應激綜合征等疾病發生率提高[33]。伊利諾伊大學的學者研究了空氣中不同濃度的NH3含量對斷奶仔豬的影響，發現當豬舍中NH3含量為50μL·L-1時，仔豬的生長速率降低12%，并未對其呼吸系統造成損傷；當豬舍中NH3含量為100—150μL·L-1之間時，生長速率降低30%，并且其氣管上皮細胞和鼻甲均有病變情況，同時其研究發現，當豬舍中NH3濃度為50或75μL·L-1時，仔豬肺中清除細菌的能力減弱[34]。此外，NH3不僅會對畜禽呼吸道產生影響，還會使得舍內微生物氣溶膠濃度增加，病原體數量增多。MICHIELS[35]等研究了NH3濃度和PM10對豬肺組織病變的影響，發現隨著NH3濃度的升高，生長豬死亡率和支原體肺炎的患病率都顯著增加。

表1 不同國家推薦適宜豬生長溫度值

表2 豬舍空氣相對濕度[19]

表3 不同NH3濃度對豬生長性能和健康的影響

2.2 硫化氫

H2S是由厭氧細菌分解蛋白質等含硫有機物產生的一種有毒有害氣體，豬舍內H2S主要產生于糞便厭氧變性的過程中，并且在攪動糞污時，其釋放量會更大[28]。H2S作為一種刺激性氣體會對眼睛周圍和呼吸道粘膜造成局部炎癥反應，情況嚴重時甚至會造成肺水腫。表4總結了不同H2S濃度對人和豬健康的影響[33]，隨著豬舍內H2S濃度的增加，其對豬和人體的危害加重。在畜舍中低濃度的H2S會導致豬免疫力降低，高濃度的H2S會阻礙豬的呼吸中樞，從而使豬窒息死亡。劉希穎等[40]研究推薦豬舍中的H2S濃度低于10mg·m-3，舍內H2S濃度過高會導致豬采食量下降。

2.3 二氧化碳

CO2是一種無色、無毒、無臭略帶酸味的氣體[41]。豬舍內CO2主要來源于豬的呼吸、糞污排放以及取暖設備。CO2本身并無毒害作用，其主要危害是當CO2達到一定濃度時，會造成豬缺氧，誘發CO2慢性中毒，畜舍內的CO2較高，說明畜舍通風不良、氧氣含量降低、其他有害氣體含量會增高，因此，CO2可作為評價豬舍中通風量的標志性氣體[28]。Rodriguez等[42]研究發現：當仔豬進入CO2濃度10%的環境中，（設定空氣中的CO2濃度為1%），未出現失衡和規避反應，進入CO2濃度為20%的環境中，出現呼吸速率增加，行為異常等反應；進入CO2為30%的環境中6分鐘后機體失去平衡，此外在CO2濃度為20%和30%的環境中仔豬肌肉神經高度興奮。比較美國愛荷華州立大學推廣中心[43]（表5）與我國規模化環境豬場給出的有害氣體限值[19]（表6），結果發現：我國豬舍內CO2濃度值限值與美國推薦的豬舍內CO2濃度值相比偏高，CO2作為豬舍環境潔凈程度的重要指標，豬舍中CO2濃度越低，表明豬舍中通風量與潔凈程度均較好，但對于在北方冬季的豬舍而言，豬舍內CO2濃度越低，表明豬舍內通風良好，同時其供暖耗能也會增加。

表4 不同濃度H2S對人和豬的危害[33]

表5 美國愛荷華州立大學推廣中心推薦的豬舍內有害氣體濃度限值[43]

表6 中國豬舍有害氣體環境標準中濃度參數限值[19]

2.4 顆粒物

豬舍空氣中的顆粒物主要來源于豬的糞便和飼料。糞便干燥后被大量的微生物和微生物副產物嚴重污染，并且通過氣流流動很容易被豬和人吸入（吸入量>40%），從而危害動物的健康，豬、牛、家禽等畜禽傳染病和呼吸道疾病的發生與空氣中的懸浮顆粒物濃度相關[41]。顆粒物增多會使得豬生長速率降低，還會引起鼻甲骨病變[21]。WATHES等[44]研究表明：將斷奶仔豬暴露于豬舍環境顆粒物濃度為5.1和9.9 mg·m-3的環境中，其采食量和體重要顯著低于在環境顆粒物濃度為1.2和2.7 mg·m-3的環境中。生物氣溶膠濃度增加會降低豬的生長速率，飼料轉化率減少，同時由于呼吸系統疾病和膿腫引起豬的發病率和死亡率增加[34]。

3 飼養密度

飼養密度是指動物在一定空間范圍內的密集程度，通常用單位數量家畜所占有的生活空間面積或者一定面積的載畜量來表示[5]。考慮到生產成本和豬的健康生長，應將飼養密度控制在一定范圍內。傳統上飼養密度的適宜范圍會依據不同物種以及不同生長體重階段進行劃分。我國生豬養殖業長期以小規模、小群體的農戶散養為主，隨著國內規模化、集約化養殖的發展，在2016年《全國生豬生產規劃（2016—2020年）》報告中提出了“十三五”期間生豬規模化養殖需達到52%[45]，因此，健康養豬工藝、福利化養殖環境的實現受到了越來越多的關注和重視。

飼養密度的大小會直接影響豬舍環境，對豬舍溫濕度、有害氣體、噪音甚至有害微生物的數量都有直接的影響[46]，從而影響豬的健康，導致生產性能的降低。當飼養密度過小，并且在豬舍溫度相對較低的情況下，一方面，豬的維持凈能增加，競爭性采食減少，導致料重比增加，增重減緩[47]；另一方面，豬舍利用率較低，會使得豬場生產成本增加，影響豬場經濟效益。當飼養密度過大時，由于采食空間和活動空間的限制，豬的反常行為（咬尾、咬柵欄、空嚼、過度修飾等）和斗爭行為增多，豬的生產凈能減少，飼料利用率降低，增重速率降低[5]。此外，飼養密度較高會導致豬的行為出現一系列的問題。飼養密度是建立豬群社會等級的重要因素，當在圈欄中飼養密度較大，豬的生存活動空間受到限制時，豬群社會等級會發生變化[48]；打斗能力強社會等級高的豬采食時間長，而打斗能力低社會等級低的豬在采食的競爭中占劣勢，導致強壯的豬越來越強壯，弱小的豬越來越弱小，加劇了個體之間的差異。從表7可以得出[49]，隨著畜舍內飼養密度增大，豬群咬斗的頻率增加，并且其站立時間增多而臥息時間減少，采食量的多少可直觀反應出豬群的健康狀況和生長性能，Hyun等[50]對生長育肥豬的研究表明，與飼養密度為0.56 m2/頭相比，0.25 m2/頭的飼養密度條件下豬采食量顯著減少，增重緩慢，同時由于在高飼養密度的環境中，豬應激反應增加，導致兒茶酚胺和糖皮質激素的釋放增多，機體新陳代謝速率加快，豬增重速率降低[51]。

表7 飼養密度對豬行為的影響[49]

我國對規模化豬場的飼養密度推薦參數分別于2007年頒發了《標準化規模豬場建設規范》（NY/T 1568-2007）[52]、于2008年頒發了《規模豬場建設》（GB/T 17824.1-2008）[19]（表8）。總體而言，規模化豬場關于飼養密度的行業標準與國家標準無較大差別，但國家標準對空懷妊娠母豬、哺乳母豬和生長豬規定的飼養密度低于對應的行業標準、而對后備母豬規定的飼養密度則高于對應的行業標準。

在歐盟的相關動物福利協議中對健康養殖工藝、實體與漏縫地板的比例及相關的福利設施做出了明確的規定，從1999年1月1日起逐步將妊娠母豬的限位飼養過度為舍飼散養，于2013年1月1日前完成改造；從2016年1月1日起，歐盟各成員國需完全禁止母豬的拴系飼養[53]。表9列出了歐盟和歐洲主要國家對規模化豬場飼養密度的相關推薦參數，從表中我們可以看出對于英國、丹麥和荷蘭所規定的飼養密度與歐盟標準基本相同，不同國家對公豬空間容量的規定稍有差異，其中荷蘭對于50—110 kg的生長豬飼養密度的規定要低于歐盟標準和英國、丹麥的標準。

表8 國家標準與行業標準飼養密度對比

表9 歐洲主要國家飼養密度標準

表10[54]、11[20]分別列出了美國與加拿大對不同階段豬飼養密度推薦參數值。通過比較不同標準中的飼養密度推薦參數值發現：①與其他國家的參數標準相比，我國《標準化規模養豬場建設規范》對不同生長階段中每欄豬頭數給出了較為詳細的規定。②我國豬群飼養密度的劃分主要依據豬的不同生長階段，未對不同生長階段豬體重進行更細致的飼養密度的確立，對于生長階段只給出了一個大概范圍，飼養工藝比較粗獷，特別是在生長豬前期規定的飼養密度要低于歐盟標準，導致單位飼養面積的生長豬數量少于歐盟等國；對于哺乳母豬，歐盟推薦通過小群飼養模式來滿足母豬的社交行為，而我國主要是單欄飼養為主，因此，在中國和歐盟飼養密度標準之間的差異也可能是歐洲規模化豬場商品豬年出欄量高于我國的原因之一。在美國和加拿大的參數標準中對于不同體重生長階段和地板類型下的飼養密度給出了較為詳細的推薦值。同時基于經驗公式：A=K×BW0.667，根據不同階段豬的體重和k值來確定其飼養密度。③不同國家標準所推薦的參數值，對于在同一體重階段下，其每頭豬占欄面積也有不同（歐洲＞美國＞加拿大）。

表10 美國對生長育肥豬飼養密度的最小推薦值[54]

表11 加拿大對豬群飼養密度的規定[20]

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（責任編輯 林鑒非）

Review of Environmental Parameters in Pig House

GAO Hang, YUAN XiongKun, JIANG LiLi, WANG JunJun, ZANG JianJun

(College of Animal Science and Technology, China Agricultural University/State Key Laboratory of Animal Nutrition, Beijing 100193)

The environment is the most important to protect the health of livestock and poultry breeding. According to the data published in the "2016 Statistical Communique on National Economic and Social Development", the total output of meat in 2016 was 85.4 million tons, including 52.99 million tons pork and 435.04 million pigs, and were kept at the end of the year. With the development of large-scale and welfare pig rising of pig industry in China, China, as a traditional pig production and consumption of pork in the current, has a high yield of pig breeds and high-quality feed, and more and more attention has been paid to the effect of microclimate environment on the health of pigs. The developed countries, such as Europe and the United States, attach great importance to the optimal control and research on the environmental management of livestock and continuously develop new technologies to ensure the healthy and sustainable development of livestock husbandry and aquaculture. From the 60s of the last century, the effects of temperature, humidity, harmful gases and stocking density on feed performance and livestock production performance were studied, and the requirements and thresholds for environmental parameters such as temperature, humidity and stocking density were proposed. However, the ecological climatic zone in our country is complex, livestock breeding facilities are poor, the technology lacks standards, and the integration of factors of production lacks a unified environmental basis. When the swine house environmental is terrible, it will impact on health and restrict the growth performance of pigs. Based on the existing environmental parameters of pigs in our country, combined with the existing relevant environmental parameters and experimental studies both our country and other countries, this paper analyzed the effects of temperature, humidity, concentration of harmful gases and stocking density on the growth of pigs, so as to provide a reference and basis for the research, renewal and application of pig comfort environmental parameters in China.

pig; environmental parameters; temperature; humidity; air quality; stocking density

2018-04-12；

2018-05-23

“十三五”國家重點研發計劃（2016YFD0500506）

高航，E-mail：13935032440@163.com。

臧建軍，E-mail：zangjj@cau.edu.cn