生豬養殖設施工程技術研究現狀與發展分析

王德福 黃會男 張洪建 劉建禹 董 欣

(1.東北農業大學工程學院， 哈爾濱 150030； 2.農業農村部生豬養殖設施工程重點實驗室， 哈爾濱 150030)

0 引言

2017年，世界生豬存欄量為76 905萬頭，其中，中國生豬存欄量占比超過50%[1-2]，由其產生的糞污總量超過10億t[3]。目前，中國生豬養殖業中小型豬場占比較高，生豬養殖規模化、集約化、自動化水平較低，生豬養殖采用的豬舍、設施設備、糞污處理設施等工程技術存在不標準、不配套、不完善等問題[4-10]，導致母豬生產效率、育肥豬日增重低于歐美水平，加之土地、環保、原料、防疫、人工成本較高，使得中國生豬養殖業的競爭力在國際上不具有優勢。

中國從改革開放到20世紀80年代末，生豬養殖業地位開始由副業向產業型轉變。在20世紀70年代中后期建立廣州白云機械化生豬養殖場、沈陽馬三家機械化生豬養殖試驗場，以及1980年深圳光明農場引進美國第一條萬頭生豬養殖生產線，從此開始了生豬養殖的規模化進程。20世紀90年代以后，生豬養殖規模化迅速發展，生豬養殖已成為農業支柱產業之一。通過對進口成套生豬養殖設備改進設計，中國生豬養殖設備逐步實現了國產化。盡管中國生豬養殖業仍然是勞動密集型產業(小型豬場占比高)，自動化程度和整體水平不高，但隨著生豬養殖規模化的發展，中國生豬養殖設備的自主研發、科技創新不斷加強，大量現代化的生豬養殖設備得到廣泛應用，生豬養殖的規模化、集約化程度得到不斷提高。豬場從使用簡單的自動飲水器、機械輸料裝置、刮板清糞機、各種金屬豬欄，發展到使用自動飲水及智能飼喂系統等，生豬養殖機械化、自動化、智能化程度不斷提高。同時，豬舍設計和建筑中新材料、新結構、新設備得到廣泛應用[11]，豬舍的改造和設計正朝著標準化、輕簡化、自動化方向發展，生豬養殖效率和經濟效益在不斷提高。

歐美國家生豬養殖業總體水平較高[12-19]，其生豬養殖的規模化、集約化、自動化水平高，如歐盟國家實現了生豬福利化養殖、豬舍保溫與通風自動控制、喂料與飲水自動控制、水泡糞與土地承載能力(包括氮、磷含量限定)或沼氣生產配套等，其生豬養殖設施工程技術先進。美國也因此降低了人工成本，加之以玉米與大豆為主的飼料價格較低，增加了生豬養殖的競爭力。

由2016年農業部發布的《全國生豬生產發展規劃(2016—2020年)》，推動了大型養豬企業在東北、西北等潛力增長區布局；2017年中央1號文件提出生豬產能向東北轉移；加之東北地區的資源、環境優勢，就此出現“南豬北養”的養殖趨勢。同時隨著我國對豬場糞污處理要求的提高，小型家庭式豬場逐漸退出，傳統的養豬模式向現代化、規模化逐步轉換，生豬養殖業規模化、集約化、自動化程度將進一步提高。

生豬養殖場的建設是一個系統工程，從生產工藝到設施工程配套，等等，需要從宏觀規劃開始，再綜合考慮各養殖過程及其設施工程，否則會導致生產成本高、產出效益差。盡管中國一些大型豬場的設施水平較高、自動化設備比例較高，但由于大型豬場數量相對較少，目前國內的豬場仍以中小型為主，導致豬場設施的技術水平相對較低，生豬養殖過程主要依靠人工完成，人力成本相對較高，生豬養殖的競爭力較弱。因此，開展生豬養殖設施工程技術的系統研究非常必要。為此，本文針對豬舍、育仔、飼喂和糞污處理等關鍵設施工程技術研究現狀與發展趨勢進行分析。

1 豬舍

豬舍是用于生豬養殖的建筑物。根據養殖目的不同，可分種豬舍、妊娠豬舍、分娩豬舍、保育豬舍、育肥豬舍等。豬舍內設有豬欄、飼喂、飲水、通風、保暖與降溫、清糞等設施。

豬舍可分敞開式、封閉式和半封閉式豬舍3種[20]。其中，敞開式豬舍(圖1a)通常背風向陽、三面有墻、一側敞開(冬季背風面)，向風面有墻并有可封閉的通風口以供夏季使用，其圍護結構一般不設保溫層，只在屋頂上設保溫層以減輕夏季太陽輻射的影響和避免冬季的冷凝現象，該舍通常在南方溫暖地區用來養殖肥豬；封閉式豬舍(圖1b)設有天棚和閉合的四周墻，天棚和墻都有保溫層，稱為保溫舍，該舍由儀器、設備控制舍內的溫度、濕度和通風等條件，使舍內小氣候處于最佳狀態，舍內保溫好，養殖密度大，生產周期短；半封閉豬舍介于兩者之間，可防止冬季寒風的侵襲，其保溫能力較封閉式差，但優于敞開式。

圖1 敞開式和封閉式豬舍Fig.1 Open-type and closed-type houses

1.1 豬舍結構

豬舍為生豬養殖提供生長和繁殖環境的基礎條件，豬舍結構通常包括天棚(屋頂)、墻體、地面與地下設施等，其結構除了滿足功能、強度要求以外，保溫性能極其重要。不同的氣候條件對豬舍結構提出不同的設計要求[21]，《民用建筑熱工設計規范》中采用累年最冷月(1月)和最熱月(7月)平均溫度作為分區主要指標[22]，將全國劃分為嚴寒(-10℃)、寒冷(-10～0℃)、夏熱冬冷(0～10℃)、夏熱冬暖(>10℃)和溫和(0～13℃)5個氣候區，對應豬舍分別需要滿足冬季保溫要求(可不考慮夏季防熱)、冬季保溫要求(兼顧夏季防熱)、夏季防熱要求(兼顧冬季保溫)、夏季防熱要求(可不考慮冬季保溫)、考慮冬季保溫要求(可不考慮夏季防熱)。除南方溫暖地區以外，豬舍通常采用有窗封閉式，其優點是冬季保溫性能良好，受舍外界氣候變化影響小，并且舍內環境可以實現人工控制，創造適合豬生長的環境，有利于豬的生長。

豬舍常見的墻體結構主要有24 磚墻、37 磚墻、50磚墻(圖2a)、彩鋼夾芯板(圖2b)、實體磚墻外貼聚苯板等[23]，其中北方豬舍磚墻結構較多，但實體磚墻外貼聚苯板的墻體隔熱性能最好。豬舍屋頂和天棚(可增加豬舍的保溫性)通常采用優質保溫材料[24-26]。還有用木質結構的豬舍(圖2c)，其綜合性能較佳。通常在豬舍保溫材料靠室內一面設防潮層，以防止水汽滲入而降低保溫性能。因復合材料保溫性能好，且易于實現豬舍建筑的標準化，輕型復合鋼結構(北方非嚴寒區采用100～150 mm厚的彩鋼夾芯板)的組裝式豬舍越來越受到重視，可實現豬舍內溫濕度、空氣質量可控的現代化豬舍建設目標。生豬養殖最適溫度為18～23℃，北方冬季豬舍內的溫度大都低于此范圍，需對豬舍進行保溫，其中分娩豬舍和保育豬舍通常都須供暖，因此保育豬舍結構應注重保溫設計、分娩豬舍結構應注重保溫并兼顧隔熱。

圖2 豬舍結構Fig.2 Structure diagrams of house

豬舍地面溫度與豬的生長息息相關。目前，大型豬場豬舍地面采用漏縫地板，漏縫地板要求耐腐蝕、表面平整、堅固耐用，常采用鋼筋混凝土、鑄鐵或鋁板制成，縫隙寬度應小于豬蹄接地寬度的一半，豬舍地面下設糞池以及進出風通道。中小型豬場還有一些豬舍內采用水泥地面，便于沖洗，但不利于豬床的保暖和干燥，為減少豬只體溫經水泥地面傳導散熱，可在水泥地面下加設爐渣(50 mm)、磚砌墊層或保溫板(30～50 mm)，或采用架空預制鋼筋混凝土地板，也可采用加溫地面(如水暖)、橡膠地面或塑料地面等。北方豬舍地基可作保溫，在地基外側地面以下貼1層約50 mm厚的聚苯板或50 mm厚的爐灰渣等隔熱且具有防腐性的材料，可更好地提高豬舍地面的溫度。豬舍地面以下通常建有糞池、刮糞通道或通風通道。

北方豬舍供暖多采用集中加熱，利用燃氣和煤鍋爐供暖，以暖氣和地熱形式為主。目前，供暖豬舍的能耗高于民用建筑的能耗，而豬舍集約化養殖密度較高，導致舍內豬體散熱散濕量很大，豬舍不同于一般的工業與民用建筑，采用現行的工業和民用建筑節能設計標準存在一定的缺陷，需要制定北方豬舍建筑熱工節能設計標準與規范；或利用新能源技術(如生物質能)實現供暖。由于豬舍集約化養殖密度較高，導致舍內豬體散熱散濕量很大[27]，而現行的工業和民用建筑節能設計標準與規范中各項熱工性能參數限值都不考慮建筑內人體的散熱散濕，只有經過較為準確的能耗計算和分析后，才能做到既創造生豬生長舒適的人工環境，又避免不必要的能源浪費，因此，制定豬舍建筑熱工節能設計標準并對豬舍能耗進行全面系統分析具有重要的意義。

1.2 豬舍通風

豬舍通風(尤其是封閉式豬舍)是控制豬舍環境、保障豬舍內空氣質量的主要手段[28-31]，國家標準GB/T 17824.3—2008《規模豬場環境參數及環境管理》中對規模豬場的氣體指標進行了規定，合理的通風系統不僅能及時補充足夠的新鮮空氣，同時還可以及時排除豬舍內污濁的空氣和多余的水汽，為豬只的健康生長提供良好的生活環境。夏季通風也是豬舍降溫的主要方式，對于溫度較高地區，常采用負壓機械通風結合濕簾(濕簾-風機)實現降溫[32](圖3)；北方地區冬季通風要處理好保暖與通風之間的關系。

圖3 濕簾-風機通風豬舍Fig.3 House with wet curtain and fan

豬舍通風多采用機械通風的形式，也可采用自然通風和機械通風相結合的方式[33-36]。機械通風是利用風機強制進行舍內外空氣的交換，通常包括正壓、負壓和聯合通風3種方式。目前，我國多采用負壓且縱向通風模式，即將風機安裝在豬舍山墻上或靠近該山墻的兩側縱墻上，進風口則設在另一端山墻上或遠離風機的縱墻上(可在縱墻屋檐下設長條形縫隙式進風口或在縱墻上設開口式進風口)，當采用漏縫地板和舍下深糞坑時，常另設專用的小風機將舍內空氣從糞池抽出作為冬季通風，其進氣分布良好，常應用于年平均氣溫變化較大的地區。正壓通風在嚴寒、炎熱地區適用，常沿豬舍長度方向懸裝送風管(沿管長度方向兩側均布圓孔且管末端封閉)，兩側縱墻設排風口，風管數由豬欄數決定[20]。

豬舍通風系統一般都采用多臺風機組合系統(圖3b)，炎熱地區的大型豬舍常采用低壓大流量的軸流式風機[20]。軸流式風機吸入與送出的空氣的流向和風機葉片軸的方向平行，它由外殼及葉片所組成(圖4)，具有結構簡單、風壓低、通風量大、功耗低等特點，是豬舍通風的主要機型。

圖4 軸流式風機結構圖Fig.4 Structure diagram of axial flow fan1.葉片 2.外殼 3.機座 4.電動機

自然通風和機械通風相結合的通風系統比較經濟實用，在春秋季節自然通風、夏冬季節機械通風，中國的南方地區應用較多。隨著豬舍環控技術的成熟，部分豬舍實現了對環境溫度、濕度和氨氣濃度等的自動監控[37-38]。

圖5 豬欄型式Fig.5 Pigsty

北方冬季封閉式豬舍的通風和保溫相互矛盾，舍外新鮮空氣未經熱處理直接進入舍內，會使舍內溫度降低，造成生豬的冷應激，將新風加熱至生豬適宜的生長溫度，又勢必消耗大量的熱能，增加能源的消耗和生豬的養殖成本，因此需要在技術上實現能夠兼顧通風和保溫的節能高效通風模式及裝備，排風熱能的余熱回收是通風系統節能降耗的一種有效途徑[39]。為此，建設豬舍時在水泡糞糞池底下埋設管道或在糞池側面地下通風道加換熱板[40]，利用糞尿中的熱源與排風加熱新進入的新鮮空氣，或通過換熱器(其管子中間通新鮮空氣，管子外邊是外排熱氣)加熱管內的新鮮空氣，然后送到豬舍中，這對寒冷地區節能降耗非常有意義。

豬舍通風有縱向、橫向、垂直等幾種通風模式。隨著生豬養殖規模化的發展，出現了大跨度豬舍以及聯排豬舍，其較佳的通風模式需要深入研究。

1.3 豬欄

豬欄是用柵欄圍起、用于生豬養殖的圈欄。豬舍都配有豬欄，豬欄通常分公豬豬欄、母豬限位豬欄、分娩豬欄、高床分娩豬欄、保育豬欄、高床保育豬欄、育肥豬欄等[20]，見圖5。其中，母豬限位豬欄(或半限位欄)主要用于配種、妊娠期母豬養殖，通常長2.1 m、寬0.6 m、高0.96 m；分娩豬欄用于母豬產仔(每欄飼養1頭母豬和1窩仔豬)，通常長2.1 m、寬1.5 m，中部限位架長2.1 m、寬0.6 m，是母豬分娩哺乳的地方，兩側是仔豬活動區；保育豬欄用于斷奶仔豬養殖，通常養殖1或2窩仔豬；育肥豬欄用于育肥豬養殖，通常養殖約20頭生豬。高床分娩豬欄、保育豬欄可為分娩母豬、保育豬提供一個干燥的環境，欄床提升一定高度(500～600 mm)作為飼養區，生豬產生的糞便通過全漏縫地板網(常采用網片)落下，利于糞污固液分離收集及其處理，目前已有豬場將豬欄架起一定高度以分離流出的飲用水(出于糞污處理考慮)。

目前，歐盟已禁用母豬限位豬欄(除配種后28 d與分娩前7 d外)以增加動物福利[41-47]，即母豬配種28 d后不允許將母豬關在限位豬欄，必須實行放養，目前一般有3種養殖方式：母豬電子飼喂站、小群大欄、自由進出豬欄[48]飼養。這幾種養殖方式均有充分的活動區域，其中歐盟國家研制的自由進出(可自鎖)豬欄(圖6)，前部配有飼喂器、外部配有較大的空間，允許母豬不受干擾地及時采食飼料以及到欄外活動，并保護母豬免受侵害。

圖6 自由進出豬欄Fig.6 Free access pigsty

2 育仔

母豬產仔和斷奶仔豬的養殖是生豬養殖生產中非常關鍵的環節，通常是在分娩豬舍和保育豬舍進行養殖。仔豬階段是豬體自身免疫系統發展的關鍵階段[49]，要求分娩豬舍的舍內溫度為18～24℃，28 d斷奶仔豬舍內的溫度最低應維持在26.6℃，因此，北方豬場的分娩豬舍和保育豬舍在冬季需要取暖，同時對仔豬活動區需提供局部供熱設備。

分娩豬舍和保育豬舍的局部供熱設備可采用熱水管式和電熱線式加熱地板，熱水管式加熱地板是在仔豬躺臥區水泥地面下的混凝土中鋪設加熱水管，通過加熱水管內通入的熱水對地板進行加熱，因為水具有很強的蓄熱能力，可避免溫度在短時間內大幅波動，有利于保持水泥地面的溫度恒定；電熱線式加熱地板是在水泥地面以下37～50 mm處鋪設包有聚氯乙烯等材料的電熱線，電熱線下方應有絕熱層，設恒溫器來控制加熱地板溫度。除了加熱地板以外，還應用將電熱線安在塑料板內形成的加熱墊，加熱墊可以鋪在地面上供仔豬躺臥活動。分娩豬欄加熱墊可防止仔豬擠壓與因疾病造成的損失，可在仔豬不受應激的情況下降低分娩豬舍溫度，使母豬生活在涼爽的空間，提高生產率；保育豬舍加熱墊為保育豬提供溫暖的休息區域，可在不引起仔豬應激的前提下降低保育豬舍溫度，進而降低保育豬舍環境溫度、提高仔豬采食量。另外，也常應用紅外線保溫燈，通常將紅外線保溫燈吊掛在仔豬躺臥區的上部，自上而下為仔豬提供熱源，豬場內紅外線保溫燈的功率有100～250 W等多種規格，目前紅外線保溫燈在豬場已得到廣泛應用。

分娩豬舍中配有分娩豬欄(圖7a,源自Tandergard公司)，每個分娩欄都設一個加蓋的保溫區用于仔豬躺臥，通常配有紅外線保溫燈、加熱墊等，將加熱墊、紅外線保溫燈和保溫(箱)板組合(或其組合)應用效果更佳，仔豬躺臥區也可配熱水管式加熱地板(地暖)，給仔豬提供了一個溫暖舒適的環境。為保持分娩豬舍的干燥，分娩豬欄中部的母豬限位架區地面可選半漏縫地板，母豬前端躺臥區是水泥地面，后端是漏縫地板，以利于母豬休息和排泄糞尿，分娩豬欄前部設有飼槽，為母豬提供舒適環境[50-52]，有時在仔豬活動區也配有仔豬補料飼槽，飲水器通常設在母豬飼槽中，既減少了飼料浪費、又避免母豬喝水時淋濕水泥地面，為保持分娩豬欄前端水泥地面干爽，可在該區域或已潮濕區域撒爽身粉等材料，既保護仔豬又盡可能保持分娩豬舍處于干燥狀態。

圖7 分娩豬欄Fig.7 Farrowing pigsty

國外也研制了限位架可調整的分娩豬欄(圖7b)，分娩后可調整或打開中部限位架(通常5 d后)，以允許哺乳母豬有更大的活動空間。為防止哺乳母豬躺臥時壓死仔豬，國外研制了母豬所在的限位架區域可升降的分娩豬欄，可在母豬站立時將限位架區域升起，躺臥后再下降到仔豬所在平面，進而保證仔豬安全。

同時，國外學者對分群組配置的分娩豬欄進行了研究，該分娩豬欄允許母豬和仔豬(5 d后)到公共空間運動，有利于增加動物福利、增進母豬健康、減少仔豬混群時的爭斗。而且，國內外學者對自由式分娩豬欄進行了研究[53-57](圖8)，該豬欄允許母豬分娩前后自由活動，豬欄一側設供仔豬休息的局部供熱(保溫箱)區，這既滿足了母豬的天性、又可滿足仔豬的需要。

圖8 自由式分娩豬欄Fig.8 Free farrowing pigsty

保育豬舍中配有保育豬欄(圖9)，為減少仔豬因斷奶產生的應激反應和確保其健康生長，需為仔豬提供溫暖、干燥、通風良好的環境及營養適宜的飼料。因此，每個保育豬欄通常設一個加蓋的保溫區用于仔豬躺臥，仔豬躺臥區地面可用熱水管式和電熱線式加熱地板，通常也配有加熱墊、紅外線保溫燈等，加熱墊、紅外線保溫燈和保溫(箱)板組合應用可實現更好的局部加熱保溫目的[58]。保育豬欄地面可選半漏縫地板(尤其是北方地區)，仔豬躺臥區是水泥地面，豬欄外側地面設漏縫地板，以利于仔豬休息和排泄糞尿，豬欄側面通常設干濕兼用飼喂器(飲水器也設在飼喂器的飼槽中)，可減少飼料浪費并增加仔豬采食量。

圖9 保育豬欄Fig.9 Weaned piglet pigsty

3 飼喂

飼喂作業是生豬養殖中的一項繁重作業，—般占總飼養工作量的30%～40%，因此，實現機械化、自動化飼喂極其重要。現代生豬養殖飼喂的飼料主要有干飼料(含水率14.5%以下)和稀飼料[59-60](含水率70%以上)，我國以干飼料飼喂為主，歐盟等國家稀飼料飼喂占有一定的比例。干飼料飼喂機械系統包括貯料塔、輸料機、飼喂器(設備)。

3.1 貯料塔和輸料機

貯料塔和輸料機是現代豬場生豬養殖必要的飼料貯存與供料設備[20]，主要用于豬舍中飼料的穩定、自動供應，近些年主要在制造材料、結構技術方面有所進步，原創性研究進展很少。

貯料塔用來貯存飼料，便于實現機械化飼喂，它常設置在豬舍外的側端部。貯料塔多為鍍鋅鋼板或玻璃鋼材料制造，塔身斷面多呈圓形，貯料塔通常能裝載2～8 t飼料，圖10和圖11為貯料塔及其配套的輸料機。

圖10 貯料塔與索盤式輸料機Fig.10 Chain feeding conveyor and feed tank

圖11 貯料塔與彈簧螺旋式輸料機Fig.11 Screw feeding conveyor and feed tank

輸料機用來將飼料從貯料塔運入豬舍并輸送到飼喂器(或飼槽)。按照輸送飼料的工作部件分，主要有彈簧螺旋式和索盤式輸料機，其中彈簧螺旋式輸料機通常沿單線輸送飼料到飼喂器，索盤式輸料機可沿封閉環線輸送飼料到飼喂器。彈簧螺旋式的螺旋彈簧(直徑43～78 mm，圖12a)或索盤式輸料機的索盤(直徑35～50 mm、間距50～100 mm，圖12b)安裝在輸料管內，輸料管上有相隔一定間距的開口(對應飼喂器)，當螺旋轉動或索盤運動時，將飼料向前推送，通過輸料管上開口經落料管落入飼喂器，當飼喂器裝滿后飼料被繼續往前推送并通過第2個開口經落料管落入下1個飼喂器，直至裝滿所有飼喂器為止。彈簧螺旋式和索盤式輸料機在豬場都有應用，當飼料輸送距離較長時(如在豬場中用于各豬舍貯料塔的輸料)，通常應用索盤式輸料機。

圖12 輸料機工作部件Fig.12 Screw and chain in conveyor

3.2 飼喂器與飲水器

飼喂器是生豬養殖喂料作業的終端設備，近些年，在飼喂器制造材料、結構技術及其飼喂性能的研究方面取得了較大進展[61-62]。飲水器是供生豬飲水的終端設備，近些年主要在制造材料、結構技術方面取得了一定進步[63-65]。

飼喂器是用于采食飼料的設備，通常由料斗和飼槽組成，要求其形狀合理、結構簡單、堅固耐用，以便于豬只的采食和防止飼料損失。應用的飼喂器主要有長方形飼喂器、圓形飼喂器，以及干濕兼用飼喂器，目前干濕兼用飼喂器應用增加。

長方形飼喂器(圖13a)用于干飼料的飼喂作業，通常由長方形料斗和飼槽組成，沿飼槽長度方向放置間隔環(板或桿)以分成若干飼位(間距：仔豬約200 mm、育肥豬約270～300 mm)，常用鍍鋅鋼板或冷軋鋼板制造，也可以做成雙面兼用，進而在兩欄中間放一個雙面飼喂器，可用于保育豬、育肥豬等的養殖。圓形飼喂器(圖13b)也用于干飼料的飼喂作業，通常由圓形料斗和飼槽組成，料斗常用鍍鋅鋼板、飼槽常用鑄鐵制造，沿飼槽圓周方向放置間隔環(桿)以分成若干飼位，可用于仔豬(補料)、保育豬、育肥豬等的養殖。長方形飼喂器和圓形飼喂器通常都能進行下料量的人工調整。

圖13 長方形和圓形飼喂器Fig.13 Feeders with rectangle and round trough

干濕兼用飼喂器(圖14)通常由料斗(通常可承裝50 kg以上飼料)、撥料裝置、飼槽、飲水器等組成，生豬采食飼料時拱動撥料裝置，(少量)飼料就會從料斗排放到飼槽中，飼槽兩側都設有飲水器，可方便生豬采食濕拌料，從而減少飼料浪費、提高飼料利用率、減少呼吸道疾病，常用于保育豬、育肥豬等的養殖。

圖14 干濕兼用飼喂器Fig.14 Dry/wet feeder

近些年，為更好地飼喂保育豬，國內外研發了保育豬智能飼喂器(圖15)，它由料斗(通常可承裝40 kg飼料)、供料裝置(電機驅動撥料部件供料)、供水裝置(電磁閥控制供水)、飼槽、智能控制器等組成，可按預先設定程序實現料水按比例添加、定時供料(供水)、自由采食(料水同時)控制，并設有傳感器檢測飼槽的填充高度，為保育豬自動提供濕拌料，供約40頭保育豬采食。

圖15 保育豬智能飼喂器Fig.15 Feeder for piglets

20世紀80年代，母豬群養結合母豬電子飼喂設備養殖模式首先在國外開始研究。隨著對福利化養殖的關注以及歐盟有關規定(2013年1月開始執行妊娠母豬必須群養)的實施，加之母豬群養加精確飼喂理念得到應用，2000年以來對群養母豬電子飼喂設備的研究取得了較大的進展，在國內外得到逐步推廣使用[66-72]。母豬電子飼喂站主要由計算機控制系統、檢測系統、門禁系統、發情鑒定系統、飼喂系統、分欄系統等組成，以計算機軟件系統作為控制中心，飼喂器作為控制終端，由感應傳感器為計算機提供數據，再由計算機根據母豬飼喂的科學數據確定飼喂器的供料量，從而對母豬進行精確飼喂管理。母豬電子飼喂站通常由貯料塔和輸料機自動供料，供約30頭母豬采食。

近些年，國外學者在母豬電子飼喂站研究的基礎上，又開展了具有呼叫功能的母豬電子飼喂站研究[73-74]，它在原電子飼喂站上增加了呼叫模塊、揚聲器等軟硬件，通過特定的呼叫(三音節的“名字”)來引導對應的母豬到飼喂站采食，這能避免母豬在電子飼喂站前排隊等待時的打斗和傷害。隨著基于圖像分析的生豬行為與體重監測技術、基于聲音分析的生豬疫病監測技術等精準畜牧業的研究進展[75-88]，將進一步促進母豬電子飼喂系統的技術進步。

同時，國內外研制的哺乳母豬智能飼喂器也得到了較多應用[89-90]，其主要由計算機控制系統、供料裝置、控制器和飼槽等組成，能依據哺乳母豬的需要及預設程序進行少吃多餐式的智能化飼喂。此外，育肥豬智能稱量分欄飼喂系統及其智能飼喂器也得到了更多應用。

目前豬場主要應用的飲水器有乳頭式、鴨嘴式、碗式或杯式(圖16)，為節約用水，碗式或杯式飲水器應用增多，乳頭式飲水器由于水的浪費較多而逐漸減少。隨著精準畜牧業的發展，對生豬飲水行為的研究也已取得進展[91]。

圖16 鴨嘴式和碗式飲水器Fig.16 Swine drinkers

4 糞污處理

豬場糞污主要是豬糞和污水，傳統上豬場糞污以還田利用為主，由于豬糞有機肥需要施用6～8倍才能達到化肥效果，加之施用有機肥可能產生的重金屬元素以及抗生素累積等，使其還田利用面臨較多的經濟與技術限制，加大了糞污處理的難度[92]。

歐美國家(如德國、法國)已制定了單位面積農田允許養殖生豬的限額，以及施用豬糞肥料的N/P含量等要求，同時國外學者也對N/P消解技術、抗生素等的殘留、氨氣的污染、豬場糞污處理方式、沼氣工程的空間分布等進行了研究，促進豬場糞污以還田利用為主的資源化利用，并防止產生土壤污染[93-105]。

目前，中國也已制定了豬場糞污處理的相關政策，增強了糞污資源化利用的支持力度并加強了跟蹤監測，國內學者也對糞污資源化利用、抗生素殘留對土壤的作用等進行了研究。

豬場糞污處理涉及清糞工藝及其后處理技術[106-108]，包括干清糞、水(尿)泡糞(水泡糞或尿泡糞)工藝，以及糞水固液分離、堆肥發酵、發酵床、沼氣發酵(發電)技術等。清糞工藝與后續糞污處理工藝需要匹配，糞污處理工藝及技術選擇不合理，則糞污處理的難度及成本會大大增加。

4.1 清糞工藝

目前，中國豬場的清糞方式以干清糞和水(尿)泡糞為主，歐美國家豬場應用水(尿)泡糞較多。

4.1.1干清糞工藝

干清糞工藝是通過機械或人工及時地清除豬舍內的糞便，尿液、沖洗水則從排污管道自動排出的清糞方式。其優點是能保持豬舍內的衛生、減少糞污清理用水、糞尿及時分離進而降低糞污處理成本、提高有機肥肥效。人工干清糞工藝在中國的大部分中小型豬場得到較廣泛采用，缺點是勞動量大、生產率低。機械干清糞采用專用的機械設備(圖17)，如往復式刮板清糞機等機械，一般為漏縫地板下設清糞溝，清糞溝深度約1.2 m，以往復式刮板清理干糞，尿液由清糞溝下的集尿溝收集，優點是可減輕勞動強度、節約勞動力、提高工效，缺點是一次性投資較大，運行維護費用較高。

圖17 刮板干清糞工藝Fig.17 Dry manure cleaning process of scraper

4.1.2水(尿)泡糞工藝

水(尿)泡糞工藝是在豬舍下部設糞池，豬舍內地面采用漏縫地板，漏縫地板下的糞池中注入一定量的水，糞便、尿液、沖洗水等都排放到糞池中，儲存一定時間或待糞池裝滿后，打開排污閥塞，將糞池中的糞水排出，糞水流入糞便主干溝，通過糞污水泵抽吸到地面貯糞池或進入地下貯糞池(通常可貯存半年時間的糞污水)，見圖18。保育舍和分娩舍的淺糞池深度約1.2 m，注水深度0.2～0.7 m；配種與妊娠舍和育肥舍深糞池深度約2.5 m，注水深度約0.2～1.0 m，若采用全漏縫地板水(尿)泡糞，可一年清糞一次。優點是減少糞污清理過程中的勞動力投入，工藝簡單、效率高。缺點是用水多，豬舍內空氣質量受影響，排出的糞污水難以處理。

圖18 水(尿)泡糞工藝Fig.18 Cleaning process of manure in water or urine

4.2 糞污處理

目前，糞污處理方式主要有：糞污全量還田利用，實現種養結合就地利用；固體糞便堆肥與污水沼肥化利用，利用固體糞便經堆漚發酵后還田，污水經厭氧處理后還田；異位發酵床模式，利用微生物菌發酵床處理糞污，糞污加入輔料經發酵后還田；能源轉化利用模式，利用糞污進行沼氣生產，用作生物能源或發電。其中，糞污處理的最佳方式始終是還田利用。

4.2.1糞污全量還田利用

糞污全量還田利用是將豬場產生的糞污集中收集，全部進入氧化池(塘)貯存與氧化處理，經無害化處理后在施肥季節進行還田利用。這種模式有利于種植業與養殖業有機結合，是實現豬場糞污“資源化、生態化”利用的最經濟、最佳的模式[109]。采用水泡糞方式時，糞污全量進入氧化池(塘)處理，通常經有氧發酵(約1.5個月)、厭氧發酵(約2個月)后還田應用于農業，要求有配套糞污施用的農田，見圖19。

圖19 糞污發酵處理后還田Fig.19 Returning field after fermentation

優點是糞污收集、貯存、處理設施建設成本低，處理費用較低，糞污資源化利用率高。缺點是糞污貯存周期較長，占地面積大，需要建設氧化池(塘)貯存設施，施肥期較集中，需配套足量的農田以及專業化的施肥機械、農田施肥管網等，糞污只能在一定范圍內施用。

4.2.2固體糞便堆肥與污水沼肥化利用

采用干清糞方式時，糞便、尿液已及時分離，固體糞便經堆肥發酵方式處理，污水經厭氧發酵或氧化池(塘)等發酵處理，最后將固體糞肥、液體糞肥進行還田利用。采用水泡糞方式時，糞污進入貯糞池，經固液分離，再進行固體糞便堆肥發酵處理、液體糞水厭氧發酵或氧化池(塘)發酵處理，最后將固體糞肥(圖20)、液體糞肥進行還田利用。

圖20 固體糞肥發酵后還田Fig.20 Manure field after fermentation

4.2.3異位發酵床

異位發酵床[110]通常由發酵池、噴淋池、防雨棚(發酵房)等組成，應用的主要設備有糞污攪拌機、切割泵、自動噴淋機、翻堆機等。異位發酵床工藝為：將豬舍內產生的糞污(糞便和尿液)送入集糞池，并由糞污攪拌機攪拌控制沉淀，然后通過糞污切割泵進行打漿并抽送至噴淋池，將谷殼、鋸末、木屑、秸稈粉等作基質原料，加入微生物菌劑，充分混合攪拌，鋪在發酵池內，然后將噴淋池內的糞污通過自動噴淋機噴灑到發酵床上，利用機械翻堆，使墊料和糞污攪拌混合，多次導入糞污循環進行發酵，分解糞尿，消除產生的臭味，最終發酵后轉化為有機肥，實現糞污的資源化利用。發酵床通常為長方形，床長50～70 m，發酵床上方安裝防雨頂棚或建在發酵房內。根據豬場規模大小決定異位發酵床建設面積(每頭豬約需0.2～0.3 m2床體面積)。異位發酵床成功運行的關鍵是源頭節水。

其優點是飼養過程不產生污水，處理成本低。其缺點是墊料成本高，糞便和尿液混合含水率高，發酵分解時間長，寒冷地區使用受限。

4.2.4糞污專業化集中處理或能源利用

依托專業糞污處理企業，收集周邊豬場糞污并集中處理，可以是固體糞便處理、養殖污水集中處理后達標排放或糞便與污水集中處理，適用于生豬養殖密集區。其中，污水集中處理后達標排放需組合厭氧發酵與好氧處理等工藝進行污水的深度處理，達到GB 18596—2001《畜禽養殖業污染物排放標準》后直接排放，固體糞便進行發酵處理生產有機肥或直接還田利用。主要缺點是污水處理成本高。

也可依托專業生產可再生能源的企業，投資建設大型沼氣工程，糞污輸入專門的沼氣發酵罐進行高濃度厭氧發酵，沼氣發電上網或提純生物天然氣(具備發電上網或生物天然氣進入管網條件)，沼渣生產有機肥還田利用，沼液還田利用，這是目前許多大型豬場處理糞污的方法，見圖21。

圖21 糞污能源化利用工藝Fig.21 Energy technology of manure

優點是對豬場的糞污集中處理，專業化運行，能源化利用效率高。缺點是一次性投資高，能源利用難度大，沼液處理成本較高，需配套后續處理利用工藝。

總之，豬場糞污處理的原則是：減量化，即控制糞污量，應做到雨水和污水分流、糞便與污水分流、源頭節水；無害化，固體糞肥進行堆肥發酵、污水通過微生物發酵；資源化，即種養結合，糞污還田利用；豬場規模適度化，控制超大型豬場的建設，大型養殖企業可實行多點分布式養殖模式。

5 發展分析

我國從20世紀80年代初開始建設引進先進生豬養殖成套設備的規模化豬場，迄今已形成了較完整的生豬養殖設施工程配套體系。

(1)在豬舍方面，我國豬舍建筑結構已形成磚混結構、輕型復合鋼結構(彩鋼夾芯板)、磚加保溫板復合結構等幾種型式，可以滿足我國豬場豬舍的建設要求。但在豬舍建筑結構設計上，還存在豬舍建筑結構設計(民用建筑熱工設計規范不適用)、地下設施(清糞、通風、保暖)結構設計缺少規范，豬舍規格型式(包括大跨度豬舍)欠優化設計等問題，需要制定豬舍建筑熱工設計規范以及設施建設規范，開展豬舍熱量傳遞的理論研究，建立分別適用我國南方、北方的豬舍優化設計方案。

(2)在豬欄方面，我國已設計了適于各類生豬養殖需要的豬欄，主要以鋼結構(鍍鋅鋼管)豬欄為主，但從健康/福利化養殖角度設計并應用的豬欄還較少。歐盟已禁止母豬配種28 d后使用限位豬欄，并已研究了母豬群養豬欄、自由進出豬欄、分群組配置的分娩豬欄、可調整的分娩豬欄、可升降的分娩豬欄以及自由式分娩豬欄等。鑒于國內外的技術發展，我國需要多學科協作深入研究母豬健康養殖模式，進而研發先進、適用的各類豬欄，以促進我國生豬養殖水平的提高。

(3)在通風方面，我國已提出了縱向、橫向、垂直等幾種通風模式，并已具有性能優良的通風設備制造技術。但在大跨度豬舍、聯排豬舍等通風方面缺少深入、系統的理論體系研究，尤其是北方冬季需考慮保溫要求時，缺少保溫與通風之間相互作用關系的理論模型支持。同時，缺乏基于生豬體溫度(以及空氣質量)的通風基礎研究。

(4)在飼喂方面，我國已研發了用于生豬養殖的各類飼喂機械(飼喂器)和飲水器，從功能角度可以滿足規模化豬場需求。目前，我國輸料機械(如索盤式輸料機)的工作可靠性、殘留飼料自清理性能還有待提高，在液態飼料飼喂設備、智能飼喂設備研究方面還處于發展階段，需要開展飼喂系統的關鍵技術研究，如針對母豬基于綜合技術的多功能電子飼喂系統研究、針對哺乳母豬的液態飼料智能飼喂系統、針對育肥豬智能稱量分欄飼喂系統等，這需要綜合音像(聲音和圖像分析)技術、養殖技術、工程技術、信息技術等。

(5)在糞污處理方面，我國已提出了糞污處理的多種方式，在控制環境污染方面取得了較大進展。但在糞便清除、糞水分離(包括滲漏飲用水分離)、糞污還田利用技術(涉及重金屬、抗生素等達標)與設施配套、糞污沼氣化高效利用技術與設施配套、臭氣處理技術與設施等方面，還需要多學科協作開展深入、系統研究，在源頭控水的基礎上實現糞污資源化利用。