规模化养猪工程技术的发展现状和趋势

一、前言

      20世纪50年代以来，美国、丹麦、德国等发达国家工厂化养猪发展迅速，形成了一整套养猪工艺模式、配套设施及饲养管理技术。70年代以来，中国的养猪业也逐渐由传统的小规模生产向集约化、工厂化生产转变，极大地促进了我国生猪饲养水平的提高。据联合国粮农组织（FAO）统计：2002年，中国大陆的生猪存栏量为4.57亿头，约占全世界存栏量的48.6％；屠宰量为5.64亿头，约占全世界猪屠宰量的46.8％，均居世界首位。我国生猪出栏率和胴体重分别为123.3％和77.1kg/头，均低于世界128.1％和78.1kg/头的平均水平，远低于世界养猪大国的水平，如丹麦分别为172.3％和78.2kg/头、美国分别为169.9％和89.0kg/头。此外，我国猪肉出口量为16.2万t，约占世界猪肉出口量的2.8％；猪肉进口量为16.4万t，约占世界猪肉进口量的2.8％，进出口量基本持平[1]。统计数据表明我国虽然在数量上是养猪大国，但在生产水平方面还与世界先进的养猪国家或地区有一定的差距。造成这一结果的主要原因，是中国大量生猪饲养还沿袭着传统的农户小规模饲养方式。单就我国规模化养猪来看，我国的养猪业在育种、饲料和疾病控制等方面取得了一些成就，同时在畜牧工程技术，如猪场建筑、通风、降温、加热、空气质量控制、环境自动控制和粪污处理与利用等，也取得了一系列的成果。本文介绍了国内外规模化养猪环境工程技术的现状，并对我国规模化养猪业存在问题及今后应采取的措施进行初步探讨。

二、国内外研究现状

2.1 养猪饲养工艺的发展

      任何产业系统均有其自身的生产工艺要求，同样对于养猪业也有其自身的饲养工艺要求。选择合适的饲养工艺是决定猪场生产好坏的至关重要环节。从国内外规模化养猪饲养工艺发展来看，现在主要有5种饲养工艺，即定位饲养、圈栏饲养、厚垫草饲养、户外饲养及舍饲散养体系。随着对“动物福利”的不断关注和母猪定位饲养弊端的日益突现，1998年，荷兰规定空怀、妊娠母猪必须群养且最小圈栏面积为2.25m2/头，并需有1.3 m2/头以上的实心地面，这一规定就意味着采用传统的定位饲养的空怀、妊娠母猪舍必须在2008年1月1日前完成改造。欧盟养猪协会规定，从1999年1月1日开始，妊娠母猪的饲养逐渐过渡到舍饲散养体系，并于2013年1月1日前全部完成改造；从2003年5月1日起，所有舍饲散养体系中必须为猪提供可供猪拱咬的物质材料，如垫草等[2]。从欧盟的饲养工艺发展来看，舍饲散养体系将是未来规模化养猪业的重要发展方向。此外，国外对厚垫草饲养和户外饲养工艺的研究也在逐步开展。

      我国在引进吸收美国三德公司饲养设备基础上，形成了定位和圈栏饲养工艺。华中农业大学针对华中地区气候特征，发展了适合于华中地区的“五段式”饲养工艺，其中妊娠母猪依然采用定位饲养[3]。中国农业大学经过十几年舍饲散养工艺模式的探索，已初步形成了以暖床为主体的舍饲散养工艺模式和配套技术设施[4]。此外，厚垫草饲养和户外饲养只是在我国农村的家庭饲养中存在，规模化猪场几乎很少采用。

2.2 猪场建筑和规划

      由于建筑材料和能源的紧张，除传统的密闭舍外，国外正在研究开发新型廉价实用猪舍建筑，如采用厚垫草饲养的半开放舍、隧道式拱形猪舍、拱形塑料膜猪舍及帐篷猪舍等。由于对农村生态和景观的日益关注，国外的畜牧场规划设计越来越注重畜舍建筑的美观，使之融合于周围环境，以达到自然、和谐[5]。

      我国早期规模化猪场建筑多以砖混结构为主体，并根据各地气候不同，形成了不同猪舍建筑型式。一般北方地区的猪舍建筑多为密闭舍和有窗舍；长江流域分娩舍多为有窗舍，其他猪舍多为开敞式；南方温暖地区多采用开敞式。

      由于我国早期规模化猪场在规划设计时，未能很好地考虑后期粪污处理，使得猪场粪污堆积、污水外流，猪场的恶臭扩散到周边地区，造成严重的环境污染，为了解决此问题，猪场每年都需投入大量资金，最终影响猪场的正常运行。

2.3 通风技术

      规模化养猪的通风技术，不论是在夏季排出多余热量，为猪提拱舒适的风速，还是在冬季排出舍内空气中多余的湿气、有害气体、粉尘及病原微生物等，避免舍内湿度过大，为猪提供良好的空气环境等方面具有重要意义。

      为了改善密闭舍内的空气质量，国外研究开发出一系列通风技术，如地下管道通风技术[6]、从漏缝地板底部、多孔天花板或侧墙体进风，从屋顶排风的负压通风技术[7]及管道正压通风技术等。在通风设计和运行控制方面，利用CFD技术模拟猪舍内部的气流环境情况[8]，改进猪舍进出风口的设计；通过改善通风控制算法可提高猪舍的通风效率[9]。针对夏季通风系统失灵的问题，Robert等研究发现，对于22.7kg猪，当通风系统失灵60min和95min时，会分别因温度过高和CO2浓度过高而影响生产，如果舍内装有循环风机，则可使影响时间分别延长到75min和115min[10]。针对冬季最小通风量的控制标准—CO2浓度，Barber等指出，为了提高猪场的总体效益，CO2浓度的控制阈值应根据气候区、猪舍建筑型式和清粪方式的不同而不同，其控制范围可为1540ppm～5000ppm[11]。

      Choinière等对采用自然通风和机械通风的育肥舍生产性能进行比较分析，得到在夏季采用自然通风的猪舍可以提高猪的日增重，从而可以提前出栏[12]。针对自然通风的设计算法缺陷，改进了热压自然通风的计算方法，并优化了猪舍的进风口设计[13]，以改善舍内气流环境。

      在我国，由于传统猪舍建筑多以开敞式或有窗式，可利用自然通风的热压和风压作用，可取得“扫地风”和“穿堂风”效果。试验证明，自然通风的猪舍跨度应在9～12m，此时通风效果较好，跨度最大不能超过15m；猪舍之间的栋距也不应小于7～9m，采用双坡屋顶的猪舍有利于舍内气流的合理流动。但自然通风的可控性较差，一般适用于公猪舍、配种猪舍、妊娠母猪舍、生长育成舍和育肥舍。由于分娩哺乳舍和断奶仔猪舍对舍内温度调控要求较高，一般不宜采用自然通风的方式[14]。

      对于有窗式猪舍和密闭式猪舍，改横向机械通风为纵向机械通风，可使舍内的气流分布均匀，通风、降温、排污性能好，可使净道和污道明显分开，避免相连两栋猪舍的对吹或对吸、易于消除有害气体滞留死角，与湿帘配套使用可达到夏季降温的目的。但纵向通风在冬季使用时，由于通风量较小会使*近出风口的空气环境更加恶劣。对于实施单元式全进全出管理的猪舍，如分娩哺乳舍和断奶仔猪舍，纵向通风将无法实施，该类猪舍可采用屋顶机械通风方式，舍内空气从猪舍漏缝地板底下、侧墙洞口、近地面或屋檐缝隙进入，并通过安装在屋顶的排风扇排出，这种通风方式也可使舍内的气流均匀，且可对单元进行精密的通风控制，如中荷畜牧培训中心的猪舍通风系统[15]。

2.4 降温技术

      国外密闭猪舍降温主要依*湿帘－风机降温系统，或机械通风辅助局部的降温，如设置喷雾、喷淋、滴水系统[16]，或结合地下管道通风来进行降温。 

      在国内，湿帘—风机降温系统和喷雾降温系统是目前猪场广泛采用的降温方式，其中湿帘—风机降温系统是目前较为成熟的蒸发降温系统，其蒸发效率一般可达75％～90％，能使舍内温度降低5.0～7.0℃，可基本确保猪场在炎热夏季的安全生产。喷雾降温系统因喷头质量等原因，我国研究较少，但由于设备价格低廉、系统运行费用低，许多猪场也采用这一降温方式。此外针对分娩母猪舍、保育舍和南方开放型猪舍的降温问题，研究开发了正压管道通风降温系统、滴水降温系统、集中细雾降温系统和局部环境射流蒸发降温系统等几种降温方式[17]，针对新型舍饲散养工艺的暖床研究开发了地板降温系统[18]，这些降温系统对于局部降温有着良好的效果。此外，地道风降温系统[19]可使舍内避免由于蒸发降温带来的高湿环境，其该降温系统气流稳定、效果好、节能、使用年限长，并可兼顾冬季保温，但由于系统一次性投资大，很少在生产中运用，除非一般利用现有的地道。

2.4 加热技术

      对于初生仔猪、断奶仔猪舍及北方寒冷地区的猪舍，冬季仅*猪体自身产热来维持猪舍内部温度在一个适宜的范围是有一定的困难，需对猪舍进行加热。国内外常用的猪舍加热有水暖加热系统、PVC正压送风管道系统[20]和仔猪局部加热系统，如远红外灯、热垫、保温箱[21,22]，针对新型舍饲散养工艺开发研制“暖床”加热系统[23]，并在实际应用中取得良好的效果。

2.5 空气质量控制技术

      猪舍内部空气质量是影响生猪生产性能的重要因素之一，且猪场排放的废气（NH3、臭气等）和灰尘是规模化猪场备受指责的主要原因之一。Nick等对7个分娩舍和2个断奶培育舍的空气质量调查表明，猪舍内部平均NH3、CO2和细菌浓度分别为18±6ppm、1579±601ppm和106489±90566个/m3，分娩舍内灰尘浓度要高于育肥舍（分别为179±91个/ml和97±65个/ml），其中82％的灰尘集中在0.3-0.5μm，而大于5μm的粉尘还未到1％[24]。针对深粪坑的猪舍，确定了粪坑排风量，以减少舍内的有害气体和灰尘浓度，并通过合理地布置进、出风口的位置或采用喷洒菜油籽等技术来控制舍内的灰尘浓度，改善舍内空气质量。为了保证猪场的周围环境，在排风口设置生物过滤器，可使排出空气有害气体和灰尘减少78-80％[25]。

      国内研究的正压过滤通风技术，可将过滤过的空气通过管道送入猪舍中，可使通风和空气预处理有机地结合在一起，使进入舍内的空气保持清新。为了控制舍内有害气体的产生，在饲料中添加EM菌或在粪便中添加酶制剂，如NU－Plus等，来减少粪便中有害气体的产生，从而达到提高舍内空气质量的目的。为了减少畜舍内部排出的有害气体、粉尘和微生物，研究设计了生物质挡尘墙等[26]。

2.6 环境自动控制技术

      由于我国的养猪业大多采用手工喂料、人工清粪，且舍内环境控制设备设施较少，因此猪舍环境自动控制技术方面的水平还较低，一般多采用人工手动控制，即使采用自动控制也是单因数控制，如温度控制、通风换气控制等。国外的环境自动控制技术水平已经向智能化发展，可对母猪进行自动识别给料，鉴别发情[27]，并利用图像处理技术识别动物行为，以此作为参数对舍内环境进行自动调控[28]。

2.7 粪污处理与利用

      规模化猪场带来的大量粪便不仅会造成环境污染，而且会引起恶臭散发，影响周边环境，给防疫增加难度，最终影响猪场的健康发展。因此，如何实现规模化猪场粪污的无害化处理和资源化利用，从而达到“清洁生产”，已成为猪场生产中急需解决的科研课题。目前国内外研究开发了多种粪污处理工艺，如固液分离、沼气厌氧发酵法、人工湿地法、多级生物氧化塘处理法及自然堆肥法等[29]，同时结合猪场的总体规划设计、营养和生物技术等，可减轻和控制规模化猪场造成的污染。

      综上所述，我国规模化养猪环境工程技术已有较大进展，有些地方已初步形成了自己的特色，并在实际生产上开始产生巨大的社会经济效益。但与发达国家相比，我国规模化养猪在工程工艺、猪场整体设施配套、环境自动控制和信息技术方面存在明显的差距。

三、我国规模化养猪存在的问题

3.1饲养工艺的研究

      经过二十几年的研究，我国已经地确定了定位饲养、圈栏饲养工艺模式，但从“动物福利”和欧盟关于养猪法规来看，定位饲养、圈栏饲养工艺模式已不太适合未来养猪的发展趋势。新型舍饲散养工艺的研究虽已取得初步成果，但仍需完善工程配套设施和管理规定，使之更加适合我国国情。只有确定了规范化和标准化的工程工艺技术，才能完善猪场建筑设施、环境调控设备及舍内饲养设施，最终保证猪场的生产效益。

3.2 猪场建设和规划

      我国猪舍多以砖混结构为主，由于缺少对猪场建筑设施的标准化和规范化研究，至今结构设计仍沿用工业与民用建筑设计规范，未能形成一系列与特定生产工艺相配套的定型猪舍设计和推广产品。虽然我国也有一些厂家在推广装配式猪舍，但往往没有考虑到我国不同气候区特点、猪的生物学特性和饲养工艺要求，很难满足规模化养猪的环境和饲养要求，且内部工程设施和技术也不配套，难以大面积推广。因此，针对不同气候区特点，结合猪的生物学特性，进行猪舍型式定型化和标准化是畜牧工程工作者面临的一大难题。

3.3 环境调控设备和饲养设备

      我国在通风、降温及加热的单项技术上取得了重大突破，但是这些设备的机电一体化和自动控制与国外还有相当大的差距，使得设备投资很高，运行控制难度大，极大地影响了用户使用的积极性。新工艺的应用，如单元式猪舍，也给通风系统的设计提出了新的要求。能源的紧张使猪舍局部降温和加热技术的研究应用成为热门。虽然现在研究开发了一些有效的局部降温、加热技术，但是要从根本上满足猪的生物学特性和行为学要求，并与其他设施相配套的局部降温、加热技术还有待开发研究。由于圈栏或定位饲养在一定程度上限制了猪的活动，使猪的蹄病增多，延迟了母猪的性成熟和初配年龄，缩短母猪利用年限，因此开发研究符合猪自身行为和生理需求的设施设备也将是未来养猪设备开发的一大热点。

3.4 空气质量控制和粪污处理

      我国现在猪舍内部空气质量的控制方式主要是通过通风来解决，但是通风会带来舍外及周边环境的恶化，所以研究开发合适的舍内除尘、除臭设备，并加强对排出气体的净化和控制，并开发出定型化产品，将是未来猪场环境保护的大势所趋。

      在粪污处理方面，除了要从营养控制、生物技术等方面来控制猪粪尿中氮、磷等的排放量外，还应加大力度，结合各地自然、地理状况，研究开发出适宜、简便、低耗的猪场粪污处理工艺，以减少建筑投资和运行费用，实现猪场生产的“清洁生产”，使之成为“无害化”企业，减轻对周边环境的污染。

3.5 猪场的信息化技术

      我国养猪业的信息化技术才刚刚起步，且只是用于猪的育种分析技术、饲料配方[30]，对于猪的饲养饲喂、环境控制自动化和信息化还是一片空白。国外已经在猪的自动识别，定量精确控制喂料，舍内环境自动控制及网络在线控制方面取得很好的成绩，因此，国内在这一方面研究还需要进一步加强。

四、我国规模化养猪设施技术的未来发展方向

4.1 由注重数量向注重质量发展

      虽然我国生猪的存栏量、产肉量都距世界首位，但是我国猪肉出口量却仅有16.2万t，仅占世界猪肉出口量的2.8％。这虽然与我国的运输原因有关，但更为重要的是受到疫病和猪肉质量的影响，如过量使用药物而导致的药物残留问题。

      随着我国城市居民人均收入的增加，对高档冰鲜、品牌猪肉的消费能力也在增强。但目前我国却只有极个别企业，如北京精气神公司、北大资源公司，能提供优质品牌猪肉，优质猪肉出现空缺。为此我国规模化猪场要从饲养工艺的创新和改变入手，整体提高猪场的设施技术，以保证猪拥有良好的生长环境，从而提高猪肉品质，努力实现我国规模化养猪由注重数量向注重质量的转变。

4.2 由传统型生产向福利型生产发展

      我国规模化猪场一般都沿袭国外的定位或圈栏饲养工艺模式，但随着定位或圈栏饲养工艺模式的实际使用，其弊端也日益突现，如猪由于受到空间的局限，极大地减少了运动量，使猪蹄病日趋严重；猪在这种贫瘠的饲养环境中产生了许多异常行为，如啃栏、咬耳、咬尾、咬蹄、拱腹、啃咬异物等，从而造成猪群相互之间的伤害，最终影响生产力。随着人们对动物福利的关注，定位或圈栏饲养工艺模式日益受到动物福利关注者的指责，欧盟将逐步取消该饲养工艺模式，并以此作为绿色贸易壁垒。为了提高我国养猪业的整体实力，促进我国猪肉的出口量，增强我国养猪业的创汇能力，需按照猪本身的行为习性，研究开发良好的饲养环境，为猪提供必要的“玩具”设施，如磨牙链、蹭痒架、草捆和玩具箱等，从而减少猪异常行为的出现，使我国的养猪业向符合动物福利的方向发展。

4.3 由兽医防疫向工程防疫发展

      规模化养猪的疾病防治和防疫工作一直沿袭着兽医防治体制，一般是出现疾病问题，然后寻找防治的方法，很难做到防范于未然，而且一旦爆发畜禽疫病，只能*扑杀、隔离等手段来进行防治，如今年的禽流感防治工作。同时兽医治疗过程往往会因过量的药物使用，引起猪肉的药物残留问题，影响猪肉品质。因此，为了避免疫病的出现和及时地对疫病进行控制，需要从猪场的总体规划和工程措施来进行预先防治，努力实现猪场多点生产工艺方式，并科学地进行猪场选址和猪场规划、建立适当的防疫隔离带、完善猪场的进出消毒制度，并从工程措施上进行保证，防止外来疫病的流入[31]。

4.4 由耗能型向节能型发展

      随着我国工业的高速发展，能源问题日益突出，成为制约我国经济发展的瓶颈。规模化养猪是一个耗能型行业，需要消耗大量的水资源和电力资源。为了节约用水，并结合我国国情，应改传统的水冲粪和水泡粪等清粪方式为人工清粪；为了节约电源，应研究开发局部降温、加热技术，以改变传统的整舍降温或加热方式，实现猪场的节能运转。

4.5 由污染型向生态型发展

      一直以来，规模化猪场都被认为是一个巨大的污染源，但如果猪场的粪污处理得当，又是良好的有机肥。为了实现这一转变，我国的猪场规模应该根据当地的土地消纳能力进行适度规模生产，而不宜盲目扩大。为了保证粪污能得到良好地处理，应该研究开发先进的粪污处理技术，如自然堆肥技术、干发酵技术及沼气技术等，以确保猪场的清洁生产。

五、结语

      20世纪70年代以来，我国畜牧工程工作者对猪场规模化养殖关键环境工程技术进行了深入研究，并取得了一系列成果。但随着日益高涨的动物福利和环境保护呼声，传统饲养工艺在某些方面已经不再适应现代发展的趋势，寻找新的饲养工艺模式及其配套设施，提高猪的生长环境和福利，进而提高猪的生产性能和猪肉品质，并减少猪场对周围环境的影响，达到“清洁生产”，将是我国畜牧工作者面临的又一重大课题。