智慧动物生产学-课件 第7章 养殖环境智能监测及调控

第7章

养殖环境智能监测及调控第二部分

智慧规划与环控CONTENTS目录7.1

养殖环境及监测7.2

养殖环境监测技术养殖环境的构成与影响因素7.17.1.1热环境及其对畜禽的影响热环境的组成要素

热环境由空气温度、湿度、气流和辐射热4种物理因素构成，直接影响畜禽体热平衡，通过传导、蒸发、对流和辐射调节散热过程。环境温度的影响

环境温度是首要温热因素，舍内温度分布呈“下低上高”，水平方向从中心向四周递降。高温会降低奶牛产乳量（乳脂率、酪蛋白含量下降）、蛋鸡产蛋率（蛋重减轻、蛋壳变薄）；低温虽对产乳量直接影响小，但长期低温会导致产乳性能下降。湿度与气流的作用

高温高湿环境易引发皮肤病、球虫病等，低温高湿则增加感冒、风湿症风险；高温时提高风速可缓解奶牛产奶量和采食量下降，但气温高于体表温度且未保持体表湿润时反生不良后果，寒冷环境中需防贼风导致关节炎等疾病。辐射热的双重效应

适量太阳辐射（尤其是红外线）可改善组织营养代谢，过强则导致日射病，如夏季放牧牛、羊因过量辐射热降低增重效率，甚至脑腔升温引发疾病。7.1养殖环境及监测7.1.2光照环境的生物学效应光强与光周期的调控作用适宜光强促进新陈代谢，过强导致兴奋不安、饲料转化率下降，过弱影响采食量；光周期影响生理节律，如长日照动物（马、驴）春季发情，短日照动物（绵羊、山羊）秋季发情，产蛋鸡需16h以上光照维持高孕酮水平。光色对畜禽的影响红光使鸡安静、啄癖减少，对产蛋略有利但抑制雏鸡生长；蓝光或黄光可能促进增重和性成熟，绿光抑制成年母鸡产蛋性能，不同光色需根据畜禽种类和生长阶段选择。7.1养殖环境及监测7.1.3空气质量环境的关键指标有害气体的来源与危害

氨由粪尿等含氮有机物分解产生，高浓度损伤呼吸道、降低生产性能；硫化氢源于含硫有机物分解，导致体质变弱、呼吸中枢抑制；一氧化碳多因取暖燃烧不完全产生，造成机体缺氧；二氧化碳本身无毒，但浓度过高表明通风不良，易引发慢性缺氧。微粒的污染与影响

畜舍微粒以有机微粒为主（粪末、饲料末、皮屑等），可吸入颗粒物（≤10μm）侵入呼吸道，引发尘肺病，堵塞皮脂腺和汗腺，影响皮肤散热与防护功能。微生物气溶胶的传播风险

病原微生物附着于飞沫（粒径<1μm可长期飘浮）和尘埃（如结核菌、马立克氏病毒）传播疾病，导致呼吸道传染病（肺结核、猪气喘病）和全身性感染，降低畜禽抗病力。7.1养殖环境及监测7.1.4热环境监测技术

传统温度监控技术玻璃液体温度计：价格低廉、操作简单，需人工读取，适用于各种畜舍环境，使用时应避免热源影响，平衡5-10分钟后读数。双金属片自记温度计：能自动记录温度连续变化，由感应部、自记钟和记录笔构成，需定期查看记录结果。

现代温度监控技术电子温度传感器：通过热敏电阻、热电偶等将温度信号转为电信号，可多点同时测量，精度高、响应快，能测量围护结构表面、畜床表面和家畜皮肤温度。红外测温仪：非接触式测温，接收红外辐射能量转换为温度，快速准确，适用于大规模养殖场，需注意环境因素影响及校正。

湿度监测技术传统测湿工具：干湿球温度计由两支相同温度计组成，湿球包裹纱布，通过干湿球温差查表得相对湿度；毛发湿度计利用毛发伸缩带动指针指示湿度。现代测湿仪器：电阻式、电容式、热电湿度计，分别通过电阻、电容、热传导随湿度变化来测量湿度。7.1养殖环境及监测7.1.4热环境监测技术

气流监测技术传统气流监测技术：风速计（叶轮、转杯式）通过旋转部件转速测量风速；烟雾法直观判断气流方向，精度低。现代气流监测技术：热电风速计响应速度快、测量范围宽；激光多普勒测速仪非接触、高精度；热线风速仪适用于快速响应和连续测量场合。

综合热环境监测系统系统组成包括传感器网络（采集温度、湿度等参数）、数据采集与处理系统（预处理、分析、存储数据）、智能控制系统（自动调节设备）、远程监控与报警系统（远程访问、异常报警）。使用时需注意传感器布局、数据准确性、系统稳定性和数据安全。7.1养殖环境及监测7.1.5光照环境监测技术

传统光照测量仪器照度计：基于光电池光电流与光通量成正比原理，测量光照强度（勒克斯），需人工现场测量，只能获取单点或局部数据，使用时避免潮湿、有害气体，保证与测量目标距离及无遮挡。

现代光照测量仪器光照传感器：核心为光敏元件（光敏电阻、光电二极管），将光能转为电信号，经信号处理电路处理，配备外壳和安装部件。使用时需避免恶劣环境，牢固固定，确保被测范围在量程内。

光照监测的意义光照影响畜禽采食、饮水、运动等行为，及生长发育、繁殖能力和健康状况。通过监测光强、照度、光照时数，可为畜禽提供适宜光照条件，保障健康生长，提高生产性能，如控制蛋鸡光照时间和强度以提高产蛋率。7.1养殖环境及监测7.1.6空气质量监测技术

01有害气体、挥发性有机物监测技术传统监测技术：化学试剂法利用化学反应判断气体种类和浓度，操作简便但精度低、需人工；电化学传感器基于电化学反应产生与气体浓度成正比的电信号，灵敏度高、响应快，需定期校准。现代监测技术：光学方法（如TDLAS）基于气体分子对特定波长激光吸收特性，高选择性；电子鼻技术模拟嗅觉系统，综合评估气味；质谱法及联用技术（如GC-MS）灵敏度和选择性极高；红外光谱法适用于痕量气体监测。

02粉尘及微生物气溶胶监测技术传统监测技术：重量法用滤纸等捕集粉尘称重，操作简便但收集效率低；显微镜观察法直接观察微生物气溶胶，简单直观但难准确量化；化学分析法应用有限。现代监测技术：光学粒子计数器（OPC）利用光散射原理检测粉尘浓度和粒径分布，实时准确；生物气溶胶采样与分析系统通过采样、收集、检测对微生物定性定量；激光诱导荧光光谱法（LIF）可检测微生物存在和浓度。7.1养殖环境及监测养殖环境调控技术7.27.2.1.1自然通风的原理与应用

风压通风原理利用外界自然风产生的风压差实现空气流动，迎风面形成正压，背风面形成负压，推动空气从迎风面流向背风面。其通风量与窗孔面积、开口流量系数及风速相关，当迎风面开口与主导风向垂直时通风效果更佳。

热压通风原理基于温度差异引起的空气密度变化，舍内空气温度高于室外时，热空气上升从高处排出，冷空气从低处进入。热压差与室内外空气密度差、进出风口高度差相关，高度差越大，热压效应越显著。

风压与热压共同作用原理有风时风压占主导，无风或风速较低时热压起主要作用。风向与热压通风方向一致时增强效果，相反则削弱。总通风量受两者共同影响，需综合考虑建筑布局与气候条件。

不同季节自然通风方式选择夏季适用风压通风，通过侧墙开口和对流通风孔引入凉爽空气排出热空气；冬季适用热压通风，利用内部热量驱动空气流动，减少热量流失；春秋季则采用两者共同作用的方式，灵活应对温和气候。7.2.1通风调控技术7.2.1.2机械通风的类型与特点

正压通风通过送风设备将新鲜空气送入室内，使室内气压高于室外，污染物被稀释并通过排气口排出。优点是可预处理空气，阻止外界污染物进入；缺点是风机运行噪声大，易出现气流分布不均和通风死角。

负压通风通过排风设备将室内空气排出，使室内气压低于室外，新鲜空气自然流入。优点是能源消耗低，机械噪声少；缺点是极端天气下效果差，空气未经处理可能携带灰尘和病原微生物，温湿度调节困难。

平衡通风结合正压与负压通风优势，使进风量与排风量相等，室内气压接近外界。主要组件包括送风、排风设备及智能控制系统，能有效去除污染物，控制温湿度，能耗低于单纯正压或负压通风，适用于对环境要求较高的畜禽舍。7.2.1通风调控技术7.2.1.3新型通风技术的发展

自适应通风通过传感器实时监测温度、湿度、有害气体浓度等环境参数，中央控制系统分析数据后自动调节通风设备运行状态。配备变速风机和调节阀，可灵活调整风速和风量，实现精准空气流动，在保证空气质量的同时减少能耗。

靶向送风利用高分辨率摄像头监测动物活动和环境状态，计算机视觉系统分析数据，动态调整风机和送风设备。针对动物密集或热应激区域增强通风降温效果，提升动物舒适度和生产效率，同时优化能源利用。

热回收通风系统通过热交换器回收排出空气中的热量，预热或预冷进入室内的新风。冬季利用废气加热冷空气，夏季将废气冷量传递给热空气，降低供暖和制冷能耗。适用于需要大量通风且温度要求较高的畜禽舍，显著提高能源利用效率。7.2.1通风调控技术供暖系统的选择与应用

传统供暖系统特点电加热：适用于小规模或局部加热，如新生动物保温，优点是便携、易安装、加热迅速，缺点是能耗较高；燃气加热：适用于中大型畜舍，热效率较高，但需良好通风防一氧化碳中毒热风炉供暖：以空气为介质，通过燃料燃烧加热空气，设备造价低、结构简单、热效率高、送热速度快，适用于大规模养殖场，能降低舍内湿度。

热泵技术特点基于逆卡诺循环，通过制冷剂相变转移热量，核心组件包括压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀。有空气源、地源、水源等类型，具有高效能量转换效率，能减少能源消耗和运营成本，减少对化石燃料依赖，可实现供暖、制冷、供热水或烘干等多功能。

热泵技术优势与挑战优势：能效比高，节能环保，多功能性强。挑战：购置安装成本高，初始投资大，投资回报期长；公众认知不足；极端气候条件下效率受影响，如冬季低温时空气源热泵需额外除霜。7.4热环境调控技术

7.2.2.1降温系统的种类与设计水帘降温系统工作原理：利用水蒸发吸热，将水帘安装在进风口，外界空气经水帘冷却后进入舍内。适用条件：适用于炎热地区。注意事项：需保证水源充足，系统设计包括水泵、供水管道和水帘墙，以实现持续降温效果。喷雾降温系统工作原理：通过高压喷嘴将水雾化，使其在空气中迅速蒸发带走热量。适用条件：适用于炎热高湿地区。注意事项：雾滴要适中，需控制喷雾量和湿度，设备可兼用于喷洒消毒药剂，设计包括高压水泵、喷嘴和控制系统。7.2.2

热环境调控技术7.2.2.2降温系统的种类与设计

喷淋与滴水降温系统喷淋降温：靠淋湿动物体表，让水在体表蒸发直接带走体热，适用于成猪舍与牛舍，可避免水泥浴池的卫生和臭味问题。滴水降温：在单体定位公猪和分娩母猪颈部上方安装滴水头，水滴间隔滴到颈部，直接降低猪体温，经济有效。

风扇降温系统工作原理：通过增强空气流动，提高蒸发和对流散热。适用条件：各种规模的畜禽舍。注意事项：安装方便，成本低，通常用于辅助降温，种类包括吊扇、立式风扇和壁挂风扇，可根据舍内需求选择布置。7.2.2

热环境调控技术7.2.2.3畜舍的保温与隔热措施

材料特性的影响温热特性：导热系数越小保温隔热能力越好，蓄热系数大则材料层面温度波动小空气特性：容重小、孔隙多则保温隔热性能好，透气性好则隔热能力差水分特性：材料潮湿会使导热能力显著增强，影响保温隔热性能和硬度。

常用保温材料及应用泡沫板：如聚苯乙烯板，轻便且保温性能良好，适用于墙壁和屋顶保温层玻璃棉：无机纤维材料，具有良好保温、隔热和防火性能，适用于防火要求高的畜舍，由玻璃纤维和粘合剂形成均匀保温层聚氨酯：通过喷涂形成连续保温层，保温性能卓越，适用于复杂结构，有高压和低压喷涂工艺。

常用隔热材料及应用隔热反射材料：如铝箔隔热层，可反射太阳辐射热，减少外界热量传入，降低屋顶温度，适用于炎热地区，结构通常包括铝箔和隔热层隔热瓦：安装在屋顶，具有良好隔热和耐候性能，适用于热带和亚热带地区，结构包括隔热层和防水层，能提供良好隔热和防水性能。7.2.2

热环境调控技术7.2.3.1光环境的优化设计策略

自然光的高效利用通过窗口、天窗合理布局，采用大面积透光材料引入自然光，避免直射阳光，可使用散射光或加装遮阳装置。配合光控系统，根据室内外光强自动调节窗帘或遮阳板开合，确保光照均匀适中。

人工光源的科学选择传统荧光灯成本低但能耗高、光谱单一；LED灯高效节能、可调光谱、寿命长，能根据畜禽不同生长阶段和生理需求调控光谱成分和光强度，两者结合可满足基本光照与精细化调控需求，同时需配备紧急照明系统应对阴天等情况。

光周期与光谱的调控光周期控制系统依据设定程序自动调控光照和黑暗时长，设备端通过定时器或智能设备管理，生物端配合训练使畜禽适应新光周期。光谱调控需针对不同畜禽种类和生长阶段制定方案，引入多波长LED光源，调节颜色光比例实现最佳组合，并配合光周期系统模拟自然光变化。7.2.3

光环境调控技术

光强传感器的应用应选择高精度、多功能传感器，能实时监测光强并反馈数据，且需耐受养殖场湿度、尘土等多变环境，具备一定自动校准能力。在畜禽活动区、静卧区、水槽、食槽等不同位置安装多个传感器，于天花板、墙面及接近地面等不同高度布置，实现全场光强数据多层次覆盖。根据区域需求调整灵敏度，活动区需较高灵敏度捕捉快速变化，休息区可稍低，并设定合适数据采集频率。

数据的采集与分析传统荧光灯成本低但能耗高、光谱单一；LED灯高效节能、可调光谱、寿命长，能根据畜禽不同生长阶段和生理需求调控光谱成分和光强度，两者结合可满足基本光照与精细化调控需求，同时需配备紧急照明系统应对阴天等情况。7.2.3

光环境调控技术7.2.3.1光环境的优化设计策略7.2.3.2不同畜禽舍的光环境调控实例

鸡舍光环境调控方案孵化阶段用1～5lx低光强黄光降低雏鸡应激；育雏期（0～6周龄）光强20～40lx、光周期16L:8D以刺激食欲；育成期（7～20周龄）光强降至10～20lx、光周期14L:10D防止提前性成熟；产蛋期保持16L:8D光周期、15～30lx光强，红光光谱可提高产蛋率5%～7%并改善蛋壳质量。

猪舍光环境调控方案生长育肥阶段光周期16L:8D、光强50～100lx，可增加采食量约8%、提高日增重约10%；分娩舍采用5～10lx红光减少母猪应激，降低仔猪被压死概率约30%；幼猪保育舍用30～50lx蓝光减少争斗行为，提高哺乳次数，断奶后平均体重增加5%～8%。

奶牛舍光环境调控方案白天提供200～250lx光强、16L:8D光周期，增加采食量和活动量，使泌乳期奶牛产量增加6%～10%；夜间光强降至50lx保证休息。蓝光（450～470nm）和红光（630～660nm）结合使用，蓝光降低乳房炎发生率约15%，红光提高泌乳效率使泌乳量增加5%～7%，可调光LED灯具节能40%～50%。7.2.3

光环境调控技术7.2.4.1源头减排技术

饲料配方优化技术包括理想蛋白质饲料配方，其氨基酸组成与畜禽生理需求精确匹配，可提高蛋白质利用效率、减少氮排放；减臭型添加剂有物理调控剂（如活性炭、沸石粉）、生物调控剂（如EM菌剂、丝兰提取物）、酶制剂和酸化剂等，能吸附或抑制有害气体生成；减尘型饲料配方采用颗粒饲料可显著减少粉尘浓度，但会增加生产成本。

饮水处理技术通过氧化、磁化及添加益生菌等方式优化水质，如添加甲酸可降低畜禽体内pH、抑制病原菌增殖，EM菌剂能抑制恶臭菌群活性，磁化处理可减少细菌总数及大肠埃希菌含量，益生菌可提高营养物质吸收率，从而减少粪污中有害气体排放。

精准饲喂技术在畜禽生产全过程中，通过优化饲料配方、精准管理饲料料槽等手段，满足畜禽营养需求，提升饲料消化吸收效率和氮的利用率，减少能源消耗、饲料成本及粪污排放，降低生产过程中的环境负荷，实现节能减排目标。7.2.4

空气质量调控技术7.2.4.2过程控制技术01养殖场规划设计技术合理布局规划可优化养殖场布局和功能，采用漏缝地板能使粪污落入粪坑，减少NH3排放，其布置方式（平行或垂直）和清理方式对排放有影响；优化养殖与饲喂系统、合理配置清粪系统（如猪舍的干清粪工艺、反刍动物舍的干清粪工艺、鸡舍的即时清粪工艺）和清粪设备（如猪舍的V刮式清粪设备、反刍动物舍的机械刮粪板、鸡舍的输送带式清粪机），可减少舍内粪尿污染和空气污染物排放。7.2.4

空气质量调控技术7.2.4.2过程控制技术02通风环控技术畜禽舍通风方式有自然通风（利用风压或热压原理）和机械通风（正压、负压、等压通风，横向、纵向、垂直通风）。精准送风技术采用正压或负压模式，利用送风管道将舒适气流送至畜禽活动区域，减少风量并精准调控微气候；靶向通风能稳定养殖环境温度，减少温度应激，快速排出废气和有害气体，适合大规模集约化养殖场。7.2.4

空气质量调控技术03空气净化技术包括喷雾降尘技术，通过雾化喷嘴使水形成雾团，黏附粉尘后沉降；静电除尘技术利用电极产生电晕效果使PM带电并聚集；微酸性电解水技术富含活性氯，可杀菌降尘；生物净化技术有生物喷洒法（降低有害气体浓度但增加总细菌数）和生物发酵床技术（处理粪便）；等离子技术通过高压脉冲电晕放电产生活性粒子降解恶臭物质。7.2.4.3末端处理技术

粪污处理技术粪污预处理技术有固液分离（重力沉降、机械分离等，降低含水率减少NH3排放）和干燥处理（高温、自然、烘干膨化干燥）；饲料化处理技术包括干燥法、青贮法等；表面覆盖技术用塑料薄膜等材料覆盖粪浆池减少NH3和臭气散发；物理化学处理技术投放吸附型或掩蔽型物理除臭剂；生物处理技术有生物菌剂除臭法等；低等动物处理技术利用家蝇、蚯蚓等降解粪污，但需脱水处理且对环境条件要求高。

废气处理技术化学喷淋技术通过化学反应将恶臭物质转化为无臭味化合物，但有二次污染风险且成本高；空气洗涤技术在排气口安装空气洗涤器；生物除臭技术包括生物洗涤法（吸收塔和生化池）、生物过滤法（多孔填料生物膜降解污染物）、生物滴滤法（填充塔转化污染物）；光催化技术利用紫外线或太阳光活化光催化剂，将有机污染物氧化为CO2和H2O。

防护林减臭技术通过拦截和稀释空气污染物，降低风速，限制臭气传播范围，促进PM