人工LED光源在豬場養殖的應用研究

文│童玉珍（北京大學東莞光電研究院、北京大學寬禁帶半導體研究中心高安研究院、北京大學物理學院）

張國義（北京大學東莞光電研究院）

陳聰 劉濤（北京大學寬禁帶半導體研究中心高安研究院）

胡志平（佛山市馨園照明科技有限公司）

隨著工業化養豬業的興起和非洲豬瘟等疾病的發生，豬場空氣、光照、溫濕度等環境因素受到更多關注。但光照對豬的影響往往被忽視。其實光有很好的殺菌效果，而且光能影響動物的新陳代謝、日常行為、生長周期、繁殖性能等，與動物生長發育有直接關系。通常情況下，豬舍光照分為自然光照射和人工補光兩種，隨著豬場規模化發展及豬瘟的影響，大跨度、全封閉式豬舍越來越多，高密閉性豬舍光源基本依賴于舍內人工照明系統。如何利用LED人工光源調節豬的生長節律，提高生長速率，降低死亡成為行業關注熱點。

筆者研究不同光譜和光配方對豬生長各個階段的影響，針對現代化全封閉式豬場研發了一款提升豬福利、促進其生長發育的LED光源（以下命名為AP光源）。通過采用該AP光源，分別在保育欄、育肥欄、后備母豬欄、分娩欄進行不同形式的光照養殖試驗，研究該LED光源對不同階段豬的影響，并進行效益分析。

一、光照養豬技術原理

1.豬的視覺。豬與人的感光曲線存在一定差異。人眼在明視覺條件下對555納米波長的光較為敏感，而豬的可見光譜范圍為380~694納米，豬的視覺是兩色的，眼睛里有兩種辨別顏色的視錐，對439納米和556納米的光最為敏感，豬的全景視覺為310°，這使豬更容易發現危險并及時作出響應。此外，豬的眼睛對350～400納米的紫外線波段存在視覺響應，對紅光視覺不敏感，即豬眼球視網膜能感知紫外線響應，同時對波長650納米以外的光為盲區。

2.光照技術對豬的影響原理。光照對豬的生長發育影響比較復雜。

（1）刺激視神經。豬通過視覺可感應到光，看見外界事物，從而選擇性覓食。光照射在眼睛上引起視網膜興奮，動物視網膜外的光受體受到光刺激，將產生的光信號轉化為神經沖動，通過視神經將興奮傳遞到大腦皮層的視覺中樞，再由視覺中樞傳遞到下丘腦刺激丘腦分泌褪黑素，從而調控豬的行為和生命節律。

（2）作用于下丘腦（松果體）。下丘腦受到刺激后會分泌促性腺激素（GnRH）、促甲狀腺釋放激素（TRH）、促腎上腺皮質激素（CHR）等，這些激素又會經下丘腦—垂體門脈循環作用于垂體前葉。其中促性腺激素釋放激素作用于垂體前葉，控制和調節機體內激素的分泌，影響其行為和節律。同時，光能通過視神經作用于松果體，減少褪黑激素的分泌，后者又經下丘腦作用于垂體前葉，促使垂體前葉分泌促卵泡素（FSH）、促黃體素（LH）、促甲狀腺素（TSH）、促腎上腺皮質激素（ACTH）等激素，這些激素分別作用于性腺、甲狀腺、腎上腺，促使其產生相應激素，直接影響機體生長發育和繁殖性能。

（3）刺激皮膚、作用于皮下組織腺體。通過光照，部分光會穿過表皮和真皮到達皮下組織。光作用于皮下組織腺體，使其分泌激素，從而影響機體造血功能，改變豬的生理狀態，提高免疫力、改善睡眠、促進生長。

二、試驗設計

1.人工光源設計。基于以上原理，研究不同光譜和光配方對豬生長各個階段的影響，針對現代化全封閉式豬場及養豬業痛點，自主研發了一款可以調節豬生長節律、促進其生長的LED光源（AP光源），筆者利用AP光源對不同階段豬進行光照試驗，探究并分析該光源對豬各生長階段的影響。該AP光源主要涉及了兩種特殊波段的光—紅光和紫外光。

其中紅光LED波長為660納米，豬眼中的光感受器幾乎無法檢測到紅光，因此，采用紅光照明不會引起豬的應激反應，有利于豬生長發育。此外，紅光可以穿過表皮層和真皮層到達皮下組織，從而影響機體造血功能，改善生豬生理狀態，提高生豬免疫力，進而降低發病率，提高生長指標。

紫外光LED選用兩種紫外波段的光加二氧化鈦（TiO2）納米材料的形式（采用北大核心外延片技術、襯底技術及LED封裝技術，采用UVC＋UVA＋高分子材料所形成的UV光產品獨特方案），采用UVC波段光可使50厘米照射范圍內的病毒細菌一掃而光。由于紫外光只沿直線傳播的特點，導致消毒易產生死角，采用結合二氧化鈦納米材料的形式能很好地解決這一問題，其原理如下列公式所示：

二氧化鈦納米材料在UVA紫外線作用下產生臭氧，分解氨氣、凈化空氣、殺菌，臭氧濃度控制在0.008毫克/立方米（濃度過高會產生二次傷害，如呼吸道疾病等，濃度過低達不到殺菌滅毒的要求）。臭氧的彌散性能很好地實現無死角殺菌，同時還能去除舍內異味。燈具安裝在1.8米左右的高度，這樣既能起到明顯的殺菌消毒效果，又不會影響豬的生長發育，從而為豬提供舒適的生活環境。

2.試驗設計。本研究與廣州、江西等地區的某些豬場合作進行試驗示范，將豬分欄（保育欄、育肥欄、后備母豬欄、分娩欄）進行光照飼養試驗，每欄都設有兩組對比試驗，即僅有人工LED光源（AP光源）光照的試驗組和只有自然光照的對照組，每組3個重復，由時鐘控制器控制光照時間，燈具安裝位置不低于1.8米，試驗方案如表1所示。

表1 不同欄的實驗方案

（1）保育欄。選取兩間豬舍，一間為試驗組，一間為對照組。試驗組燈具安裝在高1.8米的位置，燈具之間距離2.5米，每天選擇兩個時間段進行光照，每個時間段光照W個小時。每間豬舍飼養180頭仔豬，25天后獲取對比數據，測量舍內豬的重量、出欄數等，分析其料肉比、日增重、死亡率等數據，連續3個月進行對比分析試驗。

（2）育肥欄。試驗組燈具高2米，間距3米，從豬入欄到出欄分4個不同時期進行光照試驗，每天兩個時間段光照，每個時間段分別光照X1，X2，X3和X4個小時。每間豬舍投放180頭豬進行育肥試驗。135天后獲取對比數據，計算成活率、料肉比、日增重等數據。連續3個周期進行對比分析試驗。

（3）后備母豬欄。試驗組燈具高1.8米，每3頭母豬1盞燈，每天選擇兩個時間段進行光照，每個時間段光照Y個小時。監測并記錄母豬身體狀況、繁殖系統發育、性成熟時間及受胎情況，對試驗結果進行對比分析。

（4）妊娠/分娩欄。試驗組中燈具高1.8米，每頭母豬1盞燈，每天選擇兩個時間段進行光照，每個時間段光照Z個小時。監測妊娠母豬的生產時間、產仔數量、仔豬體重和成活率，最終對結果進行對比分析。

三、試驗結果與分析

1.保育欄。結果發現，試驗組中獸藥、抗生素等藥物使用量明顯降低，氣喘、腹瀉等疾病發生率有所減少。由表2可知，AP光源養殖方案成活率顯著提高，每頭豬可多增重1.8～2千克并節省飼料2千克。也就是說，按燈的最低壽命為3年、每盞燈對應20頭豬計算，保育欄的豬每年至少可養育10輪，每盞燈可實現保育欄出欄多增重600千克，節省飼料1200千克。這是因為通過前期試驗我們優化了光照方案，其原理如下：適當的光周期能改善豬腎上腺皮質功能，調節甾體激素分泌，從而調節動物體內的水鹽代謝和糖、蛋白質、脂肪三大營養物質的代謝，提高仔豬的機體免疫力；適當的光照時間和強度可以改善仔豬的疾病發生率和死亡率，增強機體免疫力，增強代謝活動，使仔豬生長速度加快，提高飼料轉化效率。

表2 保育欄試驗數據

2.育肥欄。對比發現，試驗組中疾病發生率明顯降低，藥物使用量減少且毛色有所改善，屠宰后肉的品質更好。表3為育肥欄的部分監測數據，可以看出，通過AP光源養殖的育肥豬成活率更高，日增重量更多，料肉比更低，平均每頭豬可多增長6千克，同時節省11.7千克飼料，按育肥欄每年養殖最低2.5輪計算，每盞燈可實現多增重360千克，節省飼料702千克的經濟效益。

表3 育肥欄試驗數據

產生這一結果的因素除了AP光源改善了豬舍環境外，還在于光對生豬身體機能也有所影響，光通過視覺系統刺激神經系統興奮，減少褪黑素和其他神經抑制遞質的分泌，刺激其對食物的需求，延長進食時間。光能刺激胃、肝等器官的發育，增加胰細胞ATP、LDH酶的活性，促進消化系統對飼料中蛋白質等營養物質的吸收，從而促進生長發育。此外，正如田衛華等總結所述，光還能促進GH的分泌，從而刺激細胞，增加mRNA等蛋白質合成所需的物質，從而促進蛋白質合成，增加瘦肉率，改善肉品質。

3.后備母豬欄。將后備母豬欄的試驗結果進行對比分析發現，通過AP光源養殖的豬性成熟時間比對照組性成熟提前3～5天，且受胎率更高。這是因為AP光源光照方案一方面促進生長發育，另一方面刺激并維持母豬生殖道的發育。該光源很好地模擬了早晨和傍晚這兩個更容易使家豬興奮的時間段的光譜，有催情效果。通過調控家豬興奮時間，從而提高發情率和配種率；有效刺激了下丘腦-垂體-性腺軸的活動，促進了黃體生成素、雌性激素等性腺激素的分泌；刺激中樞，使母豬出現發情狀態，促進母豬卵泡成熟和排卵。

同時，AP光源作用于生豬養殖可以促進維生素D和鈣的吸收，提高免疫力，防止疾病的發生；避免豬產生應激反應，使豬能多睡覺、多長肉，促進母豬繁殖系統的發育，使其提前進入發情期，有利于受胎和胚胎發育。

4.妊娠/分娩欄。由表4可知，試驗組母豬平均產仔數為10.55頭，以上這些產子母豬均為三元母豬，并且均為首胎，其首胎產子率遠高于行業平均數據9.4、9.12。這是因為AP光照方案促進了生豬體內雌二醇及孕酮的分泌，增強了卵巢和子宮機能，有利于受胎和胚胎發育，減少妊娠期胚胎死亡率，提高產仔量；可以調節褪黑素的分泌節律，提高母豬哺乳及繁殖效率；采用適當的光照強度能有效提升初生窩重和斷乳窩重。采用該AP光源可有效減少母豬產后貧血、胎兒營養不良、胎兒發育不勻、死胎、弱胎、畸形胎等現象，減少了仔豬黃白痢的發生，促進仔豬生長，提高了仔豬成活率；能降低病毒細菌帶來的傷害，促進母豬造血功能，提升仔豬體質、母豬繁殖性能、動物福利，提高豬場經濟效益。

表4 妊娠/分娩欄試驗數據

四、總結

筆者將豬分欄養殖，分別在保育欄、育肥欄、后備母豬欄、分娩欄進行光照試驗，通過采用適當的照明方案來調控生豬生命節律和生活環境，并取得顯著成效。

（1）保育欄，獸藥、抗生素等藥物使用量明顯降低，氣喘、腹瀉等疾病現象減少，成活率顯著提升，每頭豬可以增重1.8～2千克，并節省2千克的飼料。

（2）育肥欄，疾病率降低，成活率明顯提升，藥物使用量減少，每頭豬可增重6千克，并節省11.7千克的飼料，屠宰后肉質更加鮮艷。

（3）該照明技術作用于后備母豬，可促進維生素D和鈣的吸收，提高免疫力，防止疾病的發生，提高后備母豬福利；能促進母豬繁殖系統的發育，使性成熟時間提前，同時也有利于受胎和胚胎發育。

（4）該照明技術作用于母豬分娩階段，能增強母豬造血機能，有效減少母豬產后貧血、胎兒營養不良、胎兒發育不勻、死胎、畸形胎等現象，減少仔豬黃白痢的發生，促進仔豬生長，提高仔豬成活率。

本文的照明技術對豬各個階段均取得了良好的數據，使用該LED燈可有效提高生豬生長速度、生殖速度、毛發顏色和肉質，并有效降低料肉比、發病率和死亡率。可以得出，LED人工照明技術進入豬場能有效提高豬場生產力。利用最新的LED技術能節約能源，減少維護費，通過提高動物幸福指數來增加產能，為人們提供高品質食品。