淺析基于大數(shù)據(jù)智能環(huán)控系統(tǒng)監(jiān)測奶牛熱應(yīng)激處理提升單體產(chǎn)量的解決方案

張婷

（寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

根據(jù)相關(guān)資料表示，奶牛最佳生長環(huán)境為日均氣溫在0～20℃，空氣濕度在60%左右，天氣晴好。在這樣的環(huán)境下，奶牛可以將飼料中的營養(yǎng)成份變?yōu)槿橹淘春湍坍a(chǎn)量較好。如果氣溫高于20℃，奶牛產(chǎn)奶量開始下降；如果氣溫高于35℃，且遇到大風(fēng)，梅雨季節(jié)，就會嚴(yán)重影響到奶牛的正常進(jìn)食和吸收，奶牛的奶產(chǎn)量至少下降35%。所以，不管是大型養(yǎng)殖場，還是中小散戶養(yǎng)殖，要時刻注意天氣變化對奶牛產(chǎn)生的熱應(yīng)激影響。隨時注意調(diào)整奶牛的生活環(huán)境，從而保證奶牛產(chǎn)出高品質(zhì)牛奶，保證國人的飲奶需求。當(dāng)外界溫濕度發(fā)生變化后，會對奶牛產(chǎn)生熱應(yīng)激影響，這樣會降低奶牛的覓食，影響到奶牛的產(chǎn)奶量。

1 熱應(yīng)激對奶牛產(chǎn)奶量的影響

奶牛養(yǎng)殖場一旦發(fā)生奶牛熱應(yīng)激反應(yīng)，會使奶牛繁殖率和產(chǎn)奶量全部降低，從而使養(yǎng)殖場經(jīng)濟(jì)效益大量降低。大量實驗證明，熱應(yīng)激主要使奶牛覓食量下降，從而導(dǎo)致奶牛產(chǎn)奶量下降。通過研究證實，如果奶牛出現(xiàn)熱應(yīng)激反應(yīng)，強(qiáng)行給奶牛飼喂平日的等量飼料，奶牛的奶產(chǎn)量依舊會下降。究其原因，是因為熱應(yīng)激導(dǎo)致奶牛維持自生的散熱，導(dǎo)致飼喂的需求量降低。

2 奶牛的繁殖性能與熱應(yīng)激的關(guān)系

實驗證明，熱應(yīng)激嚴(yán)重影響奶牛的繁殖力。熱應(yīng)激對奶牛的胚胎有很強(qiáng)的殺傷力。熱應(yīng)激能夠改變奶牛的激素水平，對其受孕環(huán)境產(chǎn)生影響。通常，熱應(yīng)激對奶牛繁殖性能的影響不易被發(fā)現(xiàn)，奶牛產(chǎn)生熱應(yīng)激后，不太愿意活動。在以色列進(jìn)行的一項研究表明，在預(yù)計發(fā)情日的前一天和接下來的8天里對奶牛進(jìn)行冷卻處理，結(jié)果，它們比對照組的牛表現(xiàn)出更為明顯的發(fā)情特征。試驗還顯示受到熱應(yīng)激影響的奶牛的發(fā)情時間要比呆在空調(diào)房間里的奶牛少5～6h。

通常，人工養(yǎng)殖降低奶牛熱應(yīng)激的方法有3種：（1）人為改善奶牛的生存環(huán)境；（2）通過醫(yī)學(xué)方法改變奶牛對熱的繁殖敏感程度；（3）對奶牛制定科學(xué)的營養(yǎng)方案。本文從改善環(huán)境方面進(jìn)行討論。

2.1 搭建遮陽棚

夏季養(yǎng)殖場一般使用遮陽對奶牛進(jìn)行降溫。養(yǎng)殖場中樹蔭是一種自然遮陽的最有效方式，但是在養(yǎng)殖場大量種樹是很不合理的，通常人們使用遮光鋼板來給奶牛搭建遮陽棚。遮陽不會降低養(yǎng)殖場的溫度，但是可以抵擋太陽光照射對奶牛產(chǎn)生的熱能。在遮陽棚下，可以降低奶牛的直腸溫度，改變其呼吸頻率，降低乳腺炎的發(fā)病率。

2.2 在牛舍增加通風(fēng)

牛舍增加通風(fēng)，通常表現(xiàn)為為牛舍加裝風(fēng)扇，從而改變牛舍的空氣流動性，降低牛舍中的溫度。但是對一些高溫地區(qū)的奶牛場來說，增加風(fēng)扇根本不夠，風(fēng)扇只能降低牛舍周圍2～3℃，對于高溫地區(qū)來說，影響微乎其微。通常，在空氣潮熱的環(huán)境，風(fēng)扇比干燥高溫的地區(qū)更有用。但人工養(yǎng)殖環(huán)境下，是將遮陽棚、風(fēng)扇和噴淋系統(tǒng)一起使用。

2.3 增加噴淋系統(tǒng)

通常，人工養(yǎng)殖是在奶牛進(jìn)入擠奶等待區(qū)進(jìn)行噴淋冷卻處理。是使用低壓灑水將奶牛淋濕，然后再用風(fēng)扇將奶牛吹干。但是奶牛每天都要進(jìn)入擠奶區(qū)，至少要用這樣的方法冷卻2～3次。這套冷卻系統(tǒng)必須安裝在擠奶區(qū)以外的地方，這其實是對養(yǎng)殖場的一種資源的浪費，同時，這套系統(tǒng)價格在30～40萬左右，價格昂貴，同時對牛場的電力容量也有要求，從而性價比不高。

2.4 蒸發(fā)冷卻

目前，養(yǎng)殖場一般使用的是蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，這套系統(tǒng)采用高壓噴霧和風(fēng)扇構(gòu)成的系統(tǒng)。這套系統(tǒng)，通過大功率風(fēng)扇給奶牛一個向下旋動的氣流，同時將霧化的水噴到氣流中，使水滴蒸發(fā)，降低空氣中的溫度美國亞利桑納州有一項關(guān)于使用Korra1Koo1系統(tǒng)（上面已經(jīng)做過解釋）和噴淋風(fēng)扇系統(tǒng)分別在三個設(shè)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行運轉(zhuǎn)后對奶牛生產(chǎn)性能影響的試驗，結(jié)果見表1。

表1僅僅為增加牛奶產(chǎn)量的效益。奶牛的繁殖力、死亡率、淘汰率等因素，因此，在奶產(chǎn)量的效益上需再乘以2。在只考慮產(chǎn)量時，表中帶有括號的數(shù)值為負(fù)值。從表1中可以看出，當(dāng)折現(xiàn)率為10%和20%以及在全部3個溫度范圍內(nèi)使用并且只估計牛奶產(chǎn)量的情況下，KorralKool系統(tǒng)和噴淋風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)都體現(xiàn)出它們的價值效果。隨著溫度的升高，Korral Koo1系統(tǒng)所產(chǎn)生的回報較高一些。

表1 奶牛冷卻系統(tǒng)的投資凈現(xiàn)值流量表

2.5 奶牛喂養(yǎng)過程的冷卻

還有一種給奶牛降溫的辦法，就是在畜欄喂料槽的上方安裝噴淋設(shè)施，這是目前一種效果很好的措施。據(jù)在美國加里佛尼亞進(jìn)行的一項試驗研究報道，在喂料區(qū)域的上方安裝噴淋系統(tǒng)能夠改善牛奶產(chǎn)量和奶牛的繁殖性能。這樣可以使奶牛在進(jìn)食的過程，增加空氣的流動，達(dá)到降溫的效果。但是，在無風(fēng)的情況下，這種系統(tǒng)會因為空氣流動，使水霧遠(yuǎn)離奶牛，使得牛舍變得很潮濕。如果采用定時裝置，可以減少水霧過多的問題。使用這套設(shè)備，大概需要一年才能收回成本。但是，人工飼養(yǎng)不僅成本過高，而且沒有正確的科學(xué)喂養(yǎng)和精細(xì)化操作，反而還會帶來負(fù)面影響，因此需要一套智能化的飼養(yǎng)設(shè)備改變現(xiàn)狀。綜上所述，一些物理方法確實能緩解奶牛的熱應(yīng)激，但是這些方法需要耗費大量的人力物力且不能針對某一頭奶牛精準(zhǔn)進(jìn)行熱應(yīng)激處理，大大增加了水資源和投入品的消耗，無形之中增加了養(yǎng)殖成本。

先來看圖1一組數(shù)據(jù)。

圖1

實驗組，由智能環(huán)控系統(tǒng)控制，存欄377頭。對照組1與對照組2，由人工控制，環(huán)境設(shè)施與實驗組相同，存欄分別為277頭和460頭。智能環(huán)控系統(tǒng)每3min獨立刷新一次各牛舍THI數(shù)據(jù)，噴淋及風(fēng)機(jī)組合策略完全根據(jù)牛舍THI數(shù)值運行，24h內(nèi)不同的THI區(qū)段執(zhí)行不同的降溫策略組合。對于牧場來說，評價一個環(huán)控系統(tǒng)不能只看是否節(jié)水節(jié)電，主要是根據(jù)減緩奶牛熱應(yīng)激的程度，能否提升產(chǎn)奶量來判斷。根據(jù)圖1中的奶牛生理指標(biāo)數(shù)據(jù)，我們可以直觀地看出奶牛的熱應(yīng)激程度有所減緩，反芻時間比對照組高出約60min，采食時間高出約50min，活動量減少約50min，重喘息時間減少約90min，有效地緩解了奶牛的熱應(yīng)激程度，讓奶牛更加舒適的度過炎炎夏日。

3 智能環(huán)控系統(tǒng)

智能環(huán)控系統(tǒng)模型利用奶牛的實時行為數(shù)據(jù)，在牧場生成可操作的、高效的降溫策略，理解群體熱應(yīng)激的概念很重要：在這個概念中，重喘氣代表了特定群體中表現(xiàn)出熱應(yīng)激行為的奶牛的百分比。研究表明，重喘氣奶牛的比例與奶牛直腸溫度呈明顯的晝夜循跡關(guān)系。基于這個概念調(diào)整降溫策略可以有效避免奶牛體溫超過38.6℃。通過監(jiān)測重喘氣，在采食通道和等待區(qū)域時的降溫干預(yù)可以精確調(diào)整監(jiān)測牛的日常壓力和牛對降溫頻率和強(qiáng)度的反應(yīng)。在開頭的數(shù)據(jù)中，我們可以明顯看到奶牛實驗組重喘息時間與對照組相比減少約90min，奶牛的熱應(yīng)激程度得到了有效地改善。該系統(tǒng)還可以上傳到云端并通過手機(jī)端app遠(yuǎn)程控制降溫設(shè)備，實時監(jiān)測群體“喘息趨勢”，作為降溫效率的實時指示器，同時以大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)為手段，綜合實現(xiàn)畜舍應(yīng)激系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)控和本地自動化設(shè)備控制，并具有微環(huán)境控制能力，并可以及時生成和導(dǎo)出組日常熱應(yīng)激報告。該系統(tǒng)不僅用奶牛的感受來自動調(diào)控硬件設(shè)備，還實現(xiàn)真正的精準(zhǔn)噴淋：通過高科技傳感器動態(tài)監(jiān)測牛舍溫濕度，精準(zhǔn)感知奶牛位置，牛來啟動，牛去關(guān)閉，不浪費一度電，一滴水，源頭控水

3.1 提高產(chǎn)奶量

通過對比可以發(fā)現(xiàn)處于同一泌乳階段的奶牛，采用智能環(huán)控系統(tǒng)的奶牛產(chǎn)奶量高于使用人工控制噴淋的奶牛產(chǎn)奶量。實驗?zāi)翀龅难芯勘砻鳎搱瞿膛Ｆ骄霎a(chǎn)可達(dá)2.4公斤/頭/日，且泌乳牛單產(chǎn)量在熱應(yīng)激最嚴(yán)重的八月達(dá)到建場以來同期最高。

3.2 節(jié)水省電

相比較于人工開啟噴淋和風(fēng)機(jī)，智能環(huán)控系統(tǒng)可以自動調(diào)控降溫策略，精準(zhǔn)控制風(fēng)扇噴淋開啟，即節(jié)約了人力成本和能源消耗，又降低了環(huán)境保護(hù)的壓力，系統(tǒng)做到了源頭控水，構(gòu)建精準(zhǔn)微環(huán)境。實驗數(shù)據(jù)表明，安裝智能環(huán)控系統(tǒng)后牧場省電高達(dá)48%，節(jié)水高達(dá)65%。通過提升奶量、節(jié)水節(jié)電、糞污減排等方面，我們可以將牧場收益擴(kuò)大化，萬頭牧場每年收益可增加1000萬。智能環(huán)控系統(tǒng)還可提供奶牛活動數(shù)據(jù)監(jiān)測、畜舍環(huán)境采集、大數(shù)據(jù)分析、設(shè)備物聯(lián)控制和預(yù)警提醒等多達(dá)45項服務(wù)，真正將牧場裝進(jìn)口袋。利用奶牛的實時行為數(shù)據(jù)，在牧場生成可操作的、高效的降溫策略，融合奶牛身體指數(shù)、環(huán)境指數(shù)、熱應(yīng)激指數(shù)，綜合形成算法，智能調(diào)控風(fēng)扇和噴淋，形成宏觀大環(huán)境控制和精準(zhǔn)微環(huán)境控制，數(shù)據(jù)收集，實時反饋，為牧場的畜舍環(huán)境管理提供智慧解決方案。真正做到減緩奶牛熱應(yīng)激，讓奶牛更加舒適。該系統(tǒng)還有配套的手機(jī)端app，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，隨時隨地查看牛只喘息、采食、溫度、濕度、THI、用水量和用電量相關(guān)信息，真正實現(xiàn)全自動化畜舍環(huán)境管理。目前，不僅是奶牛養(yǎng)殖，畜舍熱應(yīng)激環(huán)境設(shè)施的智能化管理也已經(jīng)進(jìn)入了一個新的階段。跟隨科技的腳步，選擇智能化養(yǎng)殖設(shè)備，為奶牛提供一個更舒適的生活環(huán)境，為牧場減輕更多的工作量，帶來更多的收益，是推動奶牛行業(yè)發(fā)展的決定性因素。