猪舍环境参数研究综述

高航，袁雄坤，姜丽丽，王军军，臧建军



猪舍环境参数研究综述

高航，袁雄坤，姜丽丽，王军军，臧建军

（中国农业大学动物科技学院/动物营养学国家重点实验室，北京 100193）

适宜的畜舍环境是保障畜禽健康养殖的重要条件。据国家统计局数据表明：在2017年我国猪肉产量5 340万t，增长0.8%，生猪存栏量68 861万头，增长0.5%，我国是传统的猪生产和猪肉消费大国，随着我国养猪业规模化、福利化的发展，在当前已经拥有了高产品种猪和优质全价的配合饲料之后，猪舍内小气候环境对猪群健康的影响引起越来越多的关注和重视。早在20世纪40年代，欧美等西方发达国家学者就开始建立家畜人工气候室，通过在畜舍中模拟自然环境的气候变化，研究在不同气候条件下家畜的生理变化规律，制定猪适宜环境参数并应用于生产管理，以较好的环境换取更高的生产效益。近年来，欧美国家更加关注饲养环境对畜禽精准饲养和动物福利与健康的影响。美国NRC（2012）提出了以环境温度和饲养密度为变量的代谢能摄入量动态模型，实现营养供给的动态预测。我国生态气候复杂，生产要素的集成缺乏统一的环境基础，当猪舍环境较差时，会严重影响猪群的健康并制约猪生长性能的发挥。文章以我国现有的猪舍内环境参数标准为基础，结合国内外现有的相关环境参数标准与试验研究，比较并分析了国内外猪舍内环境温度、湿度、有害气体浓度和饲养密度等适宜参数的异同；畜舍中温度主要影响猪的采食量进而对其生长性能产生影响，在高温环境中生长猪采食量降低从而导致生产性能下降，低温环境条件下生长猪增加的采食量，更多的用于维持体温的恒定，能量利用率因而较低；畜舍中的湿度往往是伴随着舍内温度产生的协同效应；猪舍中的有害气体主要包括氨气、硫化氢、二氧化碳、甲烷和氧化氮，有害气体不仅影响人类身体健康，同时也会严重影响猪的健康生长，诱发疾病以及降低饲料转化效率。猪是社会性很强的动物，在规模化猪场发展的前提下，群居会给猪带来一定的好处，但因饲养密度增加导致的应激，会破坏猪的生理机能、行为习惯和环境之间的动态平衡，从而严重影响猪的健康，制约猪生长性能的发挥。

猪；环境参数；温度；湿度；空气质量；饲养密度

现代畜牧业高度集约化、规模化的发展，极大的提高了动物的生产效率，但在集约化的生产模式下，也会给动物的健康生长带来一定的影响。这一影响主要来自于畜舍环境、日粮营养供给以及传染病[1]。COLE等[2]研究表明：在家畜生产过程中，制约其生长性能发挥的因素约20%取决于品种和个体遗传能力，40%—50%取决于饲料和日常管理因素，而20%—30%则取决于畜舍环境。在品种和日常管理一定的情况下，畜舍环境对我国集约化养猪生产的影响日益明显，畜舍环境是指舍内温度、湿度、空气质量、饲养密度以及光照等因素彼此间相互影响，共同构成的猪舍内小气候环境。因此，综合确定猪舒适畜舍环境的适宜参数对于保障猪的健康生长和高效生产具有重要意义。本文在总结国内外现有猪舍环境参数的基础上，比较、分析了不同国家对猪舍环境参数推荐值的异同，进而为我国今后研究、修订猪舒适环境参数，科学调控猪舍内环境提供参考和理论依据。

1 温热环境

畜舍温热环境是由舍内温度、湿度和通风三者相互作用而组成。而这三者又会被多种因素所影响，如猪的体重和数量、猪自身健康状况、地板类型、空气流速、室温和猪舍隔热性能等因素[3]。在实际规模化养殖生产中，由于饲养管理水平、气候条件等因素的限制，猪舍温度未能控制在猪“舒适区”范围内，体温调节机制无法维持体温的恒定。图1为环境温度对猪的影响示意图[4]：以产热和散热平衡的调节点可将坏境温度划分为3个区域：舒适区（即等热区）、高温区、低温区[5]。当猪舍温度低于“舒适区”范围时，猪会通过颤抖和其他机理来增加产热进行调节，而当环境温度低于下限临界温度时（lower critical temperature, LCT），猪自身不能进一步增加产热，随着深部体温的降低，体内代谢速率降低，产热进一步减少[6]；当猪舍温度高于“舒适区”范围，显热损失（辐射、对流、传导散热）减少，当环境温度进一步高于上限临界温度（upper critical temperature，UCT），动物不能进一步增加蒸发散热，结果导致体内产热和散热不平衡，进而影响猪群的生长性能[7]。由此可见，当猪舍温度低于LCT或高于UCT时，都将调动猪的体温调节机制以维持体温恒定，此时无论温度的高低，都是一种应激，猪体内的各种生理机制必须做出相应的反应，进而影响猪采食用于生长和生产的能量效率[8]。

图1 温度升高对猪的影响[4]

猪舍温度是影响猪群生产性能的首要温热因素，猪的生产潜力只有在适宜的温度范围内才能达到最大发挥。由于初生仔猪对环境温度有较高要求，因此畜舍温度较低时会对仔猪产生较大影响，主要体现在以下3个方面：①寒冷对仔猪体温的影响：新生仔猪体温调节机制未完全发育完善，当猪舍内温度过低或低温时间较长时，超过猪代谢产热的最高限度，寒冷会对新生仔猪的体温造成不可逆降低[9]。②寒冷对仔猪初乳采食量的影响：对于仔猪而言，由于胎盘屏障的作用，猪的胎盘不能将母源抗体运送给胎儿，因此，采食初乳是新生仔猪获得被动免疫的重要途径。PARKER等[8]研究表明，在寒冷环境中仔猪花大量时间通过改变行为来调节体温，而不是通过吸奶调节，结果导致初乳吸收量减少。此外在寒冷环境中仔猪通过肠道上皮细胞吸收和传递免疫球蛋白的能力也会降低。③寒冷对仔猪腹泻率的影响：健康仔猪肠道微生物与环境中的微生物处于动态平衡，低温环境会导致新生仔猪对机体自身肠道微生物菌群敏感性发生改变，其平衡的破坏会导致胃肠机能障碍，从而引起腹泻[8]。

在不同的环境温度条件下，猪的自由采食量和能量的利用有较大差别。对于北方严寒地区，制约其养殖业发展的主要因素是由于全年低温期较长，当猪舍环境温度较低时，机体皮肤血管收缩、血流量减少，使得环境与体温间温差减少。而当环境温度低于LCT时，机体为了维持自身体温的恒定，在采食量增加的前提下，用于产热的能量增多，导致机体用于生产的能量减少。研究发现：当猪舍温度低于LCT，猪平均采食量增加25 g/d/℃或代谢能摄入量增加328 kJ/d/℃[10-14]。

与其他家畜相比，猪的散热能力较差，因此当环境温度升高时，其主要是通过减少代谢产热来维持体温恒定。在热应激条件下猪自身产热的减少主要是通过降低采食量[18]。研究发现：当环境温度升高时，平均每升高1℃采食量减少73 g/d，或代谢能采食量减少985 MJ/d/℃[15-18]。因此在规模化养猪生产中，应合理调控猪舍内环境温度。通过对不同标准中给出的适宜温度参数进行比较分析（表1）发现：①随着猪体重的增加，猪LCT、UCT和蒸发散热临界温度（evaporative critical temperature, ECT）的推荐值均降低，这表明随着猪体重的增加，其对低温的适应能力增强。②同一体重阶段，不同国家给出的适宜温度参数也不相同，对于2—7 kg的断奶仔猪，我国与加拿大LCT的推荐值均为27℃，而美国与澳大利亚给出的LCT推荐值分别为30℃与24℃，LE DIVIDCH等[10]分别研究了20、24和28℃对早期断奶仔猪产热的影响，发现随着猪舍温度的降低，仔猪产热呈线性上升，猪舍温度20℃比温度为28℃时产热增加11—12.5 kJ/d/kg0.75，因此，对于早期断奶仔猪，LCT的确定对于能量用于生长的有效利用有重要作用；对于体重55—110 kg的生长猪，我国与美国给出的UCT推荐值较为接近，分别为27℃与26.7℃，而加拿大与澳大利亚的UCT推荐值分别为24℃与36℃，差异较大。③与国外标准中猪适宜温度参数相比，我国给出的适宜温度参数值按猪生长阶段划分，然而在同一生长阶段，不同体重的猪对环境适应性也有较大差别；因此，在我国今后环境参数标准的修订中，也应对不同生长阶段猪体重其对应的舒适环境温度进行进一步的确立与完善。

畜舍中湿度是影响猪生长与生产性能的另一因素。猪舍中的空气湿度会影响体表水分蒸发、干扰猪自身的体热调节，阻碍散热[22]。由于猪舍中饮水设备以及猪排泄物的存在，在实际生产中猪舍湿度均较高。畜舍内湿度对猪体温调节的影响与舍内温度有关，在低温环境中，潮湿空气的导热性强，猪可感散热增加；同时湿度对猪的影响往往是在高温条件下所产生的协同效应。Huynh[23]研究了61.7kg猪在不同的湿度环境下（50%、65%、80%）其生理指标的变化趋势，发现：随着畜舍中湿度增加，猪呼吸频率和直肠温度发生快速升高的拐点温度显著前移，畜舍中湿度为80%时，猪直肠温度较湿度为50%时升高2℃。Curtis等[24]研究表明，在猪舍温度为30℃时，湿度增加18%相当于温度增加1℃。中国《规模化猪场环境参数及环境管理》（GB/T 17824.3-2008）对猪舍内空气相对湿度规定见表2[14-19]。发现当猪舍温度在猪的舒适区范围内，对舍内湿度的要求在60%—75%的范围内，当舍内温度处于舒适区，空气湿度对猪的热调节影响较小。

2 空气质量

集约化的家畜生产会产生大量的空气污染物，通常将这些污染物分为4类：有害气体、颗粒物、生物溶剂和有毒的微生物副产物[25]。猪对周围环境具有本能的趋利避害反应，若长期生活在有害气体的环境中，猪对有害气体的感知能力会降低。DONE等[26]研究表明，猪舍内有害气体过量会诱发呼吸道疾病，导致猪呼吸困难、喘气咳嗽、食欲不振、免疫力降低等，从而降低猪的生长性能。

在动物生产中产生的污染气体主要包括NH3、H2S、CO2、CH4和N2O；其中NH3和H2S被认为是在动物生产中产生的最重要的排放物，CO2是对全球变暖具有重要影响的温室气体，CH4和N2O是对全球气候变化具有潜在影响的温室气体[27]。

2.1 氨气

NH3为无色、具有刺激性气味的气体，易溶于水。在畜舍内产生于猪舍内漏缝地板、水泥地面和粪沟内排泄物变干的过程中[28]。主要分布于地面、猪只周围和屋顶。在通风良好的畜舍中，NH3浓度在5—20µL·L-1范围内，当畜舍中的通风较差时，其浓度可高达50µL·L-1。WAH等[29]研究表明，全球一年NH3排放量约为54亿t，主要来源于畜禽粪便和肥料排放。猪舍中NH3的危害主要包括降低猪的免疫性能，导致各种病原微生物随之侵入机体，从而诱发各种呼吸道疾病，降低生产性能[30]。表3针对不同浓度NH3水平对不同生长阶段猪生长性能和健康的影响进行了总结：猪舍中低浓度的NH3会引起呼吸中枢的兴奋，并且与血红蛋白结合，使得血红蛋白与氧气的结合减少，导致机体出现缺氧的症状[31]；Lillie等[32]的研究表明，在畜舍中当NH3浓度低于100µL·L-1时，将刺激鼻子、眼睛、支气管和肺部，作为一种慢性应激因子对仔猪的健康生长产生影响。NH3浓度过高会引起断奶仔猪存活率降低、关节炎、猪应激综合征等疾病发生率提高[33]。伊利诺伊大学的学者研究了空气中不同浓度的NH3含量对断奶仔猪的影响，发现当猪舍中NH3含量为50µL·L-1时，仔猪的生长速率降低12%，并未对其呼吸系统造成损伤；当猪舍中NH3含量为100—150µL·L-1之间时，生长速率降低30%，并且其气管上皮细胞和鼻甲均有病变情况，同时其研究发现，当猪舍中NH3浓度为50或75µL·L-1时，仔猪肺中清除细菌的能力减弱[34]。此外，NH3不仅会对畜禽呼吸道产生影响，还会使得舍内微生物气溶胶浓度增加，病原体数量增多。MICHIELS[35]等研究了NH3浓度和PM10对猪肺组织病变的影响，发现随着NH3浓度的升高，生长猪死亡率和支原体肺炎的患病率都显著增加。

表1 不同国家推荐适宜猪生长温度值

表2 猪舍空气相对湿度[19]

表3 不同NH3浓度对猪生长性能和健康的影响

2.2 硫化氢

H2S是由厌氧细菌分解蛋白质等含硫有机物产生的一种有毒有害气体，猪舍内H2S主要产生于粪便厌氧变性的过程中，并且在搅动粪污时，其释放量会更大[28]。H2S作为一种刺激性气体会对眼睛周围和呼吸道粘膜造成局部炎症反应，情况严重时甚至会造成肺水肿。表4总结了不同H2S浓度对人和猪健康的影响[33]，随着猪舍内H2S浓度的增加，其对猪和人体的危害加重。在畜舍中低浓度的H2S会导致猪免疫力降低，高浓度的H2S会阻碍猪的呼吸中枢，从而使猪窒息死亡。刘希颖等[40]研究推荐猪舍中的H2S浓度低于10mg·m-3，舍内H2S浓度过高会导致猪采食量下降。

2.3 二氧化碳

CO2是一种无色、无毒、无臭略带酸味的气体[41]。猪舍内CO2主要来源于猪的呼吸、粪污排放以及取暖设备。CO2本身并无毒害作用，其主要危害是当CO2达到一定浓度时，会造成猪缺氧，诱发CO2慢性中毒，畜舍内的CO2较高，说明畜舍通风不良、氧气含量降低、其他有害气体含量会增高，因此，CO2可作为评价猪舍中通风量的标志性气体[28]。Rodriguez等[42]研究发现：当仔猪进入CO2浓度10%的环境中，（设定空气中的CO2浓度为1%），未出现失衡和规避反应，进入CO2浓度为20%的环境中，出现呼吸速率增加，行为异常等反应；进入CO2为30%的环境中6分钟后机体失去平衡，此外在CO2浓度为20%和30%的环境中仔猪肌肉神经高度兴奋。比较美国爱荷华州立大学推广中心[43]（表5）与我国规模化环境猪场给出的有害气体限值[19]（表6），结果发现：我国猪舍内CO2浓度值限值与美国推荐的猪舍内CO2浓度值相比偏高，CO2作为猪舍环境洁净程度的重要指标，猪舍中CO2浓度越低，表明猪舍中通风量与洁净程度均较好，但对于在北方冬季的猪舍而言，猪舍内CO2浓度越低，表明猪舍内通风良好，同时其供暖耗能也会增加。

表4 不同浓度H2S对人和猪的危害[33]

表5 美国爱荷华州立大学推广中心推荐的猪舍内有害气体浓度限值[43]

表6 中国猪舍有害气体环境标准中浓度参数限值[19]

2.4 颗粒物

猪舍空气中的颗粒物主要来源于猪的粪便和饲料。粪便干燥后被大量的微生物和微生物副产物严重污染，并且通过气流流动很容易被猪和人吸入（吸入量>40%），从而危害动物的健康，猪、牛、家禽等畜禽传染病和呼吸道疾病的发生与空气中的悬浮颗粒物浓度相关[41]。颗粒物增多会使得猪生长速率降低，还会引起鼻甲骨病变[21]。WATHES等[44]研究表明：将断奶仔猪暴露于猪舍环境颗粒物浓度为5.1和9.9 mg·m-3的环境中，其采食量和体重要显著低于在环境颗粒物浓度为1.2和2.7 mg·m-3的环境中。生物气溶胶浓度增加会降低猪的生长速率，饲料转化率减少，同时由于呼吸系统疾病和脓肿引起猪的发病率和死亡率增加[34]。

3 饲养密度

饲养密度是指动物在一定空间范围内的密集程度，通常用单位数量家畜所占有的生活空间面积或者一定面积的载畜量来表示[5]。考虑到生产成本和猪的健康生长，应将饲养密度控制在一定范围内。传统上饲养密度的适宜范围会依据不同物种以及不同生长体重阶段进行划分。我国生猪养殖业长期以小规模、小群体的农户散养为主，随着国内规模化、集约化养殖的发展，在2016年《全国生猪生产规划（2016—2020年）》报告中提出了“十三五”期间生猪规模化养殖需达到52%[45]，因此，健康养猪工艺、福利化养殖环境的实现受到了越来越多的关注和重视。

饲养密度的大小会直接影响猪舍环境，对猪舍温湿度、有害气体、噪音甚至有害微生物的数量都有直接的影响[46]，从而影响猪的健康，导致生产性能的降低。当饲养密度过小，并且在猪舍温度相对较低的情况下，一方面，猪的维持净能增加，竞争性采食减少，导致料重比增加，增重减缓[47]；另一方面，猪舍利用率较低，会使得猪场生产成本增加，影响猪场经济效益。当饲养密度过大时，由于采食空间和活动空间的限制，猪的反常行为（咬尾、咬栅栏、空嚼、过度修饰等）和斗争行为增多，猪的生产净能减少，饲料利用率降低，增重速率降低[5]。此外，饲养密度较高会导致猪的行为出现一系列的问题。饲养密度是建立猪群社会等级的重要因素，当在圈栏中饲养密度较大，猪的生存活动空间受到限制时，猪群社会等级会发生变化[48]；打斗能力强社会等级高的猪采食时间长，而打斗能力低社会等级低的猪在采食的竞争中占劣势，导致强壮的猪越来越强壮，弱小的猪越来越弱小，加剧了个体之间的差异。从表7可以得出[49]，随着畜舍内饲养密度增大，猪群咬斗的频率增加，并且其站立时间增多而卧息时间减少，采食量的多少可直观反应出猪群的健康状况和生长性能，Hyun等[50]对生长育肥猪的研究表明，与饲养密度为0.56 m2/头相比，0.25 m2/头的饲养密度条件下猪采食量显著减少，增重缓慢，同时由于在高饲养密度的环境中，猪应激反应增加，导致儿茶酚胺和糖皮质激素的释放增多，机体新陈代谢速率加快，猪增重速率降低[51]。

表7 饲养密度对猪行为的影响[49]

我国对规模化猪场的饲养密度推荐参数分别于2007年颁发了《标准化规模猪场建设规范》（NY/T 1568-2007）[52]、于2008年颁发了《规模猪场建设》（GB/T 17824.1-2008）[19]（表8）。总体而言，规模化猪场关于饲养密度的行业标准与国家标准无较大差别，但国家标准对空怀妊娠母猪、哺乳母猪和生长猪规定的饲养密度低于对应的行业标准、而对后备母猪规定的饲养密度则高于对应的行业标准。

在欧盟的相关动物福利协议中对健康养殖工艺、实体与漏缝地板的比例及相关的福利设施做出了明确的规定，从1999年1月1日起逐步将妊娠母猪的限位饲养过度为舍饲散养，于2013年1月1日前完成改造；从2016年1月1日起，欧盟各成员国需完全禁止母猪的拴系饲养[53]。表9列出了欧盟和欧洲主要国家对规模化猪场饲养密度的相关推荐参数，从表中我们可以看出对于英国、丹麦和荷兰所规定的饲养密度与欧盟标准基本相同，不同国家对公猪空间容量的规定稍有差异，其中荷兰对于50—110 kg的生长猪饲养密度的规定要低于欧盟标准和英国、丹麦的标准。

表8 国家标准与行业标准饲养密度对比

表9 欧洲主要国家饲养密度标准

表10[54]、11[20]分别列出了美国与加拿大对不同阶段猪饲养密度推荐参数值。通过比较不同标准中的饲养密度推荐参数值发现：①与其他国家的参数标准相比，我国《标准化规模养猪场建设规范》对不同生长阶段中每栏猪头数给出了较为详细的规定。②我国猪群饲养密度的划分主要依据猪的不同生长阶段，未对不同生长阶段猪体重进行更细致的饲养密度的确立，对于生长阶段只给出了一个大概范围，饲养工艺比较粗犷，特别是在生长猪前期规定的饲养密度要低于欧盟标准，导致单位饲养面积的生长猪数量少于欧盟等国；对于哺乳母猪，欧盟推荐通过小群饲养模式来满足母猪的社交行为，而我国主要是单栏饲养为主，因此，在中国和欧盟饲养密度标准之间的差异也可能是欧洲规模化猪场商品猪年出栏量高于我国的原因之一。在美国和加拿大的参数标准中对于不同体重生长阶段和地板类型下的饲养密度给出了较为详细的推荐值。同时基于经验公式：A=K×BW0.667，根据不同阶段猪的体重和k值来确定其饲养密度。③不同国家标准所推荐的参数值，对于在同一体重阶段下，其每头猪占栏面积也有不同（欧洲＞美国＞加拿大）。

表10 美国对生长育肥猪饲养密度的最小推荐值[54]

表11 加拿大对猪群饲养密度的规定[20]

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（责任编辑 林鉴非）

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”国家重点研发计划（2016YFD0500506）

高航，E-mail：13935032440@163.com。

臧建军，E-mail：zangjj@cau.edu.cn