冬季肉牛加熱飲水圍欄育肥模式適用性分析

賀騰飛，劉天旭，龍沈飛，張校軍，劉芮兵，凌小凡，劉繼軍，陳昭輝※

（1. 中國農業大學動物營養學國家重點實驗室，北京 100193；2. 中國農業大學動物科技學院，北京 100193）

0 引 言

肉牛產業是農牧業發展的重要支柱，根據國家肉牛牦牛產業技術體系統計，2020年全球牛肉總消費量為5 910.5萬t，總貿易量達1 958.1萬t；同年，中國牛肉進出口貿易量合計約211.84萬t，比 2019 年同比增加45.87萬t；貿易額合計101.8億美元。近年來中國肉牛產業發展迅猛，目前正處于改進飼養模式、擴大生產效益的改革階段。

中國肉牛育肥模式主要是集中育肥，包括舍內育肥、圍欄育肥與放牧育肥3種方式。相較于舍內育肥，圍欄育肥和放牧育肥具有固定資產投入少和更適于大規模育肥的優勢。國外肉牛育肥多為圍欄育肥和放牧育肥。巴西采用圍欄育肥與放牧育肥相結合的方式，在每年5－11月多為圍欄育肥，該模式下肉牛日增質量比放牧育肥提高約50%；美國大型肉牛育肥場多采用圍欄育肥；澳大利亞北部采用傳統的放養模式，南部則實行圍欄育肥場集約化飼養。中國西北地區冬季漫長而寒冷，直接影響肉牛質量的增加。肉牛生長性能受溫度、濕度和風速等環境因素的綜合影響，中國畜禽場環境質量標準（NY/T388-1999）中雖對肉牛場各環境指標做出了規定，但單一討論某種環境因素有一定局限性，因此本試驗引入了環境溫濕指數（Temperature Humidity Index, THI）、風冷指數（Wind Chill Index, WCI）、綜合氣候指數（Comprehensive Climate Index, CCI）和冷應激指數（Cold Stress Index, CSI）四種綜合環境指標，來全面評價環境因素對肉牛的影響。西北地區冬季舍內育肥能起到保溫和緩解冷風影響的作用，但與圍欄育肥相比，舍內育肥一般存在飼養密度大，環境濕度高和空氣質量差的問題。冬季圍欄育肥模式下環境濕度和有害氣體濃度較低，但存在環境溫度低和風速高的問題。研究表明，冬季寒冷低溫環境會導致肉牛生長性能和生產效率降低。本實驗室前期研究發現，飲用加熱水能夠顯著緩解西北地區冬季寒冷環境對肉牛生長性能造成的不良影響。經調研發現，目前西北地區集中育肥模式下，舍內育肥多提供常溫飲水，而圍欄育肥下提供加熱飲水正在進一步推廣的過程中。然而，國內外尚未有研究關注冬季育肥牛在圍欄育肥并飲用加熱水的條件下，其生長性能是否優于飲用常溫水的舍內育肥。張掖市是中國西北地區肉牛養殖重點地區，本試驗在張掖市開展，旨在探究中國西北地區加熱水圍欄育肥模式與常溫水舍內育肥模式相比，育肥牛的生長性能和建設投入的差異，為中國西北地區冬季肉牛育肥模式提供優化方案。

1 材料與方法

1.1 試驗地點概況

本試驗在甘肅省張掖市沅博農牧產業開發有限公司開展，其位于中國甘肅省西北部。張掖市夏短冬長，晝夜溫差大，夏季酷熱，冬季嚴寒。該地區干旱少雨，且降水分布不均。張掖具有豐富的風能和太陽能資源，主導風向為西北風，風力多為3～4級。如表1所示，2018至2020年間，在1至3月份內，張掖市月最高氣溫為13.78 ℃，最低為-15.67 ℃，月平均降水天數僅2.89 d/月，西北風3～4級天數為15.44 d/月。

表1 2018-2020年1-3月張掖氣象狀況Table 1 Meteorological conditions of Zhangye from January to March, 2018 to 2020

1.2 試驗設計

試驗選用140頭雜交育肥牛，其中加熱水圍欄育肥組118頭（平均質量（513.23±39.78）kg），共6個重復，每個重復15～20頭育肥牛，每個重復（圍欄）面積為18 m×18 m；常溫水舍內育肥組22頭（平均質量（515.93±53.42）kg），共6個重復，每個重復3～4頭育肥牛，每個重復（圍欄）面積為20 m×4 m。試驗期共35 d。試驗期間均固定飼喂精料4 kg/頭·d，精料日糧配方和日糧營養成分水平如表2；粗飼料為干草（50%）與全株玉米青貯（50%）混合，肉牛試驗期間飼喂粗飼料12 kg/頭·d。試驗期間，每天8:30和14:30將日糧以全混合日糧（Total Mixed Rations，TMR）形式進行機械飼喂，自由飲水。

表2 試驗精料飼糧組成及營養成分（干物質基礎）Table 2 Ingredient and chemical composition of diets(Dry matter basis) %

1.3 育肥模式

1.3.1 加熱水圍欄育肥模式

本試驗用加熱水圍欄育肥模式如圖1所示，其東西方向11個圍欄為一列，共4列。其中第二列西側4個圍欄和第四列西側2個圍欄（圖1 a陰影標識）為試驗用圍欄。單個圍欄長度和寬度均為18 m。加熱水圍欄育肥的地面為自然土壤并鋪設少量墊草。試驗期間使用加熱飲水槽提供加熱飲水。

圖1 加熱水圍欄育肥模式示意圖（單位：mm）Fig.1 Schematic diagram of fencing fattening with heated water

1.3.2 常溫水舍內育肥模式

本試驗用常溫水舍內育肥模式如圖2所示，牛舍為磚混結構、鋼屋架彩鋼板弧頂屋面，東西走向。牛舍長120 m、跨度12.0 m、檐高2.5 m。東西兩端分別有一正門與走道相連，正門兩側各有一側門與牛欄相通，門寬均為3.0 m、高均為2.3 m。牛舍為雙列中走道布置，南北兩側除立柱外窗戶通長設置，窗臺高1.5 m，窗高1.0 m，供采光與通風，舍內地面為混凝土。舍內南北兩側各3個圍欄為試驗用圍欄（圖2陰影標識），單個圍欄長20 m，寬4 m；試驗期間提供常溫飲水。

圖2 常溫水舍內育肥模式示意圖（單位：mm）Fig.2 Schematic diagram of in-house fattening with room temperature water

1.4 環境指標監測與計算

1）環境指標監測

加熱水圍欄育肥與常溫水舍內育肥環境指標監測布點分別如圖1 b和圖2所示。于試驗各欄位中間的0.7和2.0 m高度處布置風速、氨氣和二氧化碳記錄儀各一個；于試驗各欄位中間的2.0 m高度處布置溫濕度自動記錄儀一個。

試驗期內每天8:30、14:30和20:30測定記錄各個監測點的溫度、濕度、風速、二氧化碳濃度和氨氣濃度，環境指標測定所用儀器如表3所示。

表3 環境指標測定儀器Table 3 Environmental indicator measurement instrument

2）綜合環境指標

綜合環境指標計算方法及相關閾值如下：

溫濕度指數THI：

式中為干球溫度，℃；為濕球溫度，℃。

風冷溫度WCT：

式中為大氣溫度，℃；為風速，m/s。

冷應激指數CSI：

式中為日平均風速，m/s；為日平均溫度，℃；為日平均降水量，本試驗中日平均降水量為0，因此記為0。

綜合氣候指數CCI：

溫度與濕度修正系數[1]：

風速修正系數[2]：

總輻射修正系數[3]：

式中為環境溫度，℃；RH為相對濕度，%；WS為日平均風速，m/s；RAD為日平均輻射照度，W/m。

張掖冬季平均日照時數，經估算約為7.41 h/d；已知太陽常數為1 535 W/m，由此簡單估計張掖地區日平均輻射照度為876.25 W/m。

(2)非消費型購房合同中管理人破產解除權之限制。與消費型購房合同不同，非消費型購房合同中購房人多為投資型、普通型購房，通常爭議房產對其基本生存保障權影響不是特別重大。管理人在行使針對該類合同行使破產解除權時首先要考慮破產企業財產保值增值，通常只要符合該原則即可行使破產解除權。但是司法實踐中，因案件類型、購房人家庭背景、收入狀況各異，也不能一概而定。若經過綜合考量發現，在行使破產解除權后將會對購房人基本生存造成嚴重影響時，此時應當慎重行使破產解除權，或者在行使破產解除權后給予購房人消費型購房人待遇。

1.5 生長性能

在試驗第1天和第35天晨飼前對試驗牛稱質量，稱量記錄試驗牛每天的采食質量，計算平均日增質量、平均日采食質量和質量比。

1.6 飲水溫度

試驗期內每天8:30、14:30和20:30測定記錄各飲水槽飲水溫度。水溫測定儀器的生產商為深圳市樂格電子科技有限公司，型號為TP608，測溫范圍為-50～300 ℃，精度為±1 ℃。

1.7 建筑成本

1.8 統計方法

采用SPSS 17.0統計軟件方差分析中獨立樣本檢驗法比較各處理組與對照組間差異顯著性，所得數據以“平均值±標準差”表示。處理組各項以＜0.05為顯著性水平。

2 結果與分析

2.1 不同飼養模式下環境指標

1）溫濕度

試驗期間不同育肥模式下的溫濕度結果見表4和表5。其中最高溫度及最低溫度指測定期間所能達到的極端溫度；日平均溫度用以評價測定期間整體環境溫度狀態；低于-21 ℃的總時數與總日數用以評價測定期間極冷環境的發生頻率及時長，濕度同。

由表4可知，在整個試驗期間，加熱水圍欄育肥組日平均溫度顯著低于常溫水舍內育肥組（＜0.05），且常溫水舍內育肥組環境溫度均高于肉牛下限臨界溫度（-21 ℃），而加熱水圍欄育肥組環境溫度低于肉牛下限臨界溫度的時長總計達11.19 h。由表5可知，加熱水圍欄育肥組環境濕度超過80%的總時長為76.78 h；而常溫水舍內育肥組環境濕度超過80%的時長為456.33 h。加熱水圍欄育肥環境日平均濕度為49.94%，而常溫水舍內育肥環境日平均濕度為75.79%，加熱水圍欄育肥組日平均濕度顯著低于常溫水舍內育肥組（＜0.05）。

溫濕度結果表明，相較于加熱水圍欄育肥模式，常溫水舍內育肥具有更好的保溫性能，能夠使環境溫度保持在肉牛下限臨界溫度之上，使肉牛免于冷應激的影響。這主要是由于常溫水舍內育肥模式的具有較完備的外圍護結構，保溫效果更好。而環境濕度結果表明，加熱水圍欄育肥模式下的環境濕度顯著低于常溫水舍內育肥。這主要是由于加熱水圍欄育肥模式下空氣流通量大，飼養密度低，能夠有效降低環境濕度。

表4 不同育肥模式的溫度Table 4 Air temperature between different fattening patterns

表5 不同育肥模式的相對濕度Table 5 Air relative humidity between different fattening patterns

2）風速、氨氣濃度和二氧化碳濃度

表6 不同育肥模式間的風速、氨氣濃度與二氧化碳濃度Table 6 Wind velocity, ammonia concentration and carbon dioxide concentration between different fattening patterns

試驗期間，加熱水圍欄育肥模式下的風速較高，說明加熱水圍欄育肥模式的擋風能力差，空氣流通量大。比較全天3個時間點常溫水舍內育肥和加熱水圍欄育肥的風速變化情況，發現各時間點之間風速差異不顯著（＞0.05），表明試驗環境風速在同一天內較為穩定；試驗期間常溫水舍內育肥和加熱水圍欄育肥在3個時間點和2個位置高度的環境氨氣濃度均未超標，即NH質量濃度不超過20 mg/m。而常溫水舍內育肥組的環境CO濃度，除14:30的0.7 m位置外，其余均高于1 500 mg/m，超出了國家農業行業標準畜牧場環境質量標準的規定。表明常溫水舍內育肥組的環境空氣質量較差。

3）綜合環境指標

綜合環境指標結果如表7所示。常溫水舍內育肥組的環境THI、WCI、CCI分別為（34.71±1.77）、（117.82±9.16）kJ/m·h和（-6.56±1.58）℃，均顯著高于（＜0.05）加熱水圍欄育肥組的（21.74±2.78）、（12.38±10.38）kJ/m·h和（-8.35±1.09）℃。

表7 不同育肥模式間的綜合環境指標Table 7 Comprehensive environmental indicators between different fattening pattern

此外，常溫水舍內育肥組的環境CSI為（1 067.85±12.56）kJ/m·h，顯著低于加熱水圍欄育肥組的（1 301.69±7.87）kJ/m·h。肉牛的生長受溫度、濕度和風速等環境因素的綜合影響，單一討論某種環境因素有一定局限性，本試驗引入了以上4種綜合環境指標，能夠更加全面有效地評價環境因素對肉牛的影響。由綜合環境指標可以發現，常溫水舍內育肥模式的環境保溫御寒和抵御風冷的效果優于加熱水圍欄育肥模式，這與結果1）中常溫水舍內育肥模式組環境溫度顯著升高和2）中其風速顯著降低的結論是一致的。

2.2 不同飼養模式下肉牛的生長性能和飲水溫度

試驗期間不同育肥模式下肉牛的生長性能和飲水溫度如表8所示。兩種育肥模式的肉牛平均初始質量、末質量和平均日采食量間均無顯著差異（＞0.05）。加熱水圍欄育肥肉牛的平均日增質量為（1.40±0.39）kg/d，顯著高于常溫水舍內育肥組的（1.14±0.47）kg/d（＜0.05），加熱水圍欄育肥肉牛的日采食質量與日增質量比為8.83±3.63，顯著低于常溫水舍內育肥組的12.11±6.34（＜0.05）；此外，試驗期間加熱水圍欄育肥組的平均飲水溫度為（20.58±0.91）℃，顯著高于常溫水舍內育肥組的（7.20±1.70）℃（＜0.05）。以上結果表明，加熱水圍欄育肥模式能夠顯著提高育肥牛日增質量，縮短育肥周期。這可能是由于加熱水圍欄育肥組肉牛飲水溫度顯著高于常溫水舍內育肥組所致，冬季肉牛飲用加熱水可提高瘤胃穩定性，并通過促進瘤胃微生物菌群發酵提高飼料利用率，進一步緩解冷環境對肉牛的刺激，并提高肉牛機體健康和生長性能。

表8 不同育肥模式間的肉牛生產性能Table 8 Growth performance of beef cattle between different fattening pattern

2.3 張掖地區圍欄育肥與舍內育肥建設投入比較

根據具體建設費用或估計值計算單位面積建設費用，該部分建設費用僅包含育肥區域。該地區單位面積土地費用以0.78元/（m·a）估計，使用年限為50 a時，即為39元/m。加熱水圍欄育肥與常溫水舍內育肥肉牛飼養密度不同，每頭牛所占建筑面積不同，因此建設成本計算時考慮以元/頭為單位。

以圍欄育肥及舍內育肥區域單位面積建筑單價估計。圍欄育肥區域總建筑面積80 000 m，建設投入約1 040萬元（含設備投入，不含土地成本），合130元/m。建成區域可飼養4 400頭育肥牛，合每頭牛占地18 m，土地成本約39元/m，圍欄育肥區域建筑成本約合3 042元/頭。

舍內育肥據建筑形式估計，以地面面積為單位：磚混結構約300元/m；彩鋼板屋面約80元/m；混凝土地面約150元/m；門窗約30元/m；水電共投資約40 000元，1 440 m建筑面積合30元/m；設備投資約50元/m，合計約640元/m。舍內育肥可飼養200頭育肥牛，合每頭牛占地7.2 m，土地成本約39元/m，舍內育肥區域建筑成本約合4 889元/頭。可見張掖地區圍欄育肥建設模式投入較舍內育肥模式低37.78%。

3 討 論

溫度、濕度和風速等溫濕環境是影響肉牛生長性能的重要環境因素。肉牛在育肥期的適宜環境溫度為3～20℃，下限臨界溫度為-21℃。寒冷環境可能導致肉牛產生冷應激，進而影響肉牛的神經系統，間歇性冷刺激會增大肉牛體溫波動，影響肉牛代謝水平，同時低溫環境下肉牛需要額外的熱量維持體溫，理論上環境溫度每下降1℃，肉牛所需維持能量約提高2.89 kJ/kg代謝質量。本試驗中，與常溫水舍內育肥組相比，加熱水圍欄育肥組的環境溫度顯著降低，理論上更不利于肉牛生長。然而本試驗結果表明，加熱水圍欄育肥組肉牛的平均日增質量顯著高于常溫水舍內育肥組，且日采食質量與體增質量比顯著降低。這可能是由于與常溫水舍內育肥相比，加熱水圍欄育肥環境溫度雖有所降低，但并未達到顯著影響肉牛生長性能的程度。根據Kennedy等研究結果表明，在-20℃環境下，每天10 h持續21 d的間歇性冷暴露對肉牛靜息產熱無顯著影響。本試驗條件下，加熱水圍欄育肥的日最低溫度為-22.42℃，低于-21℃的總時數為11.19 h，因此該低程度和短時間的冷刺激可能并未對肉牛生長性能產生顯著影響。此外，從綜合環境指標來看，加熱水圍欄育肥的綜合環境指標THI、WCI和CCI均顯著降低，CSI指標顯著升高。這主要是由于與常溫水舍內育肥相比，加熱水圍欄育肥的環境溫度雖然降低，但空氣流通率提高，進而降低了環境濕度，更有利于肉牛生長。Mader等對動物的環境壓力綜合指數進行了評估，對于低敏感動物群體，當CCI指數在-10到0℃的范圍之內，動物均處于輕度應激水平；對于高敏感群體，當CCI指數在-10到-5℃的范圍之內，動物處于重度應激水平。而本試驗計算所得加熱水圍欄育肥和常溫水舍內育肥的CCI指數均在-10到-5℃的范圍之內，即兩模式下的肉牛處在相同等級的應激水平，這可能是與常溫水舍內育肥相比，加熱水圍欄育肥肉牛生長性能并未顯著降低的原因之一。

畜舍內有害氣體的產生量與舍內動物數量呈正比。冬季通風不足的條件下，舍內飼養動物越多，有害氣體濃度增長越快。肉牛育肥過程中產生的有害氣體主要為NH，長期低濃度NH環境可造成肉牛慢性氨中毒，導致肉牛生長性能降低；高濃度NH環境下，不僅會降低肉牛生長性能，還會導致肉牛的肝腎功能損傷，降低肉牛的免疫力和抗氧化能力。此外，長期暴露于高濃度CO環境也會引起肉牛慢性缺氧，從而導致育肥牛機體虛弱，生長性能降低。本試驗中，常溫水舍內育肥和加熱水圍欄育肥的環境NH濃度均低于中國畜禽場環境質量標準（NY/T388-1999）中對肉牛場NH濃度的規定20 mg/m；在CO濃度方面，加熱水圍欄育肥的CO濃度低于畜禽場環境質量標準中對肉牛場CO濃度的規定1 500 mg/m，而常溫水舍內育肥所監測的3個時間點下的0.7和2.0 m高度處CO濃度均高于1 500 mg/m，不符合畜禽場環境質量標準，因此常溫水舍內育肥模式對肉牛福利和健康會造成不利影響。出現這種差異的主要原因是加熱水圍欄育肥不受外圍護結構的限制，能夠加快空氣流通，使肉牛產生的有害氣體迅速擴散至空氣中充分稀釋，從而使環境空氣質量得到改善。

本試驗條件下，加熱水圍欄育肥組肉牛飲水溫度顯著高于常溫水舍內育肥組，這可能是造成加熱水圍欄育肥肉牛生長性能顯著升高的另一重要原因。研究表明，冬季肉牛飲用加熱水可提高瘤胃穩定性，并通過促進瘤胃微生物菌群發酵提高飼料利用率。陳昭輝等研究表明，冬季肉牛飲水溫度由10增加至20℃，肉牛平均日增質量增長33%，生長性能顯著升高，表明飲用加熱水可有效緩解冬季寒冷環境對肉牛生長的不良影響。蔡景義等研究也發現，提高冬季肉牛的飲水溫度可使肉牛平均日增質量增加0.14 kg；刁小南等也得出相似結果，認為20℃的溫水能夠顯著提高肉牛的日增質量。本試驗結果與上述研究相符，表明與常溫水舍內育肥相比，飲用加熱水能夠緩解圍欄育肥下的寒冷環境影響。

4 結 論

1）環境指標結果表明，除溫度、風速外，與常溫水舍內育肥模式相比，加熱水圍欄育肥模式下的環境濕度、有害氣體濃度均顯著降低，更利于育肥肉牛生長。

2）肉牛在加熱水圍欄育肥模式下的平均日增質量為（1.40±0.39）kg/d，顯著高于常溫水舍內育肥組的（1.14±0.47）kg/d，加熱水圍欄育肥肉牛的日采食質量與日增質量比為8.83±3.63，顯著低于常溫水舍內育肥組的12.11±6.34。表明冬季圍欄育肥配合加熱飲水能夠緩解低溫和高風速的影響，更有利于育肥牛生長。

3）張掖地區加熱水圍欄育肥建設成本投入較常溫水舍內育肥低37.78%，有利于減少肉牛育肥的前期投入，提高生產效益。

綜上所述，冬季張掖地區加熱水圍欄育肥飼養模式下，冷環境未對肉牛生長產生不利影響，肉牛平均日增質量顯著高于常溫水舍內育肥模式，且建設成本更低，該模式適宜在張掖地區使用。