生猪养殖设施工程技术研究现状与发展分析

　　摘要：生猪养殖业是我国畜牧业的支柱产业，随着生猪养殖从分散养殖向规模化养殖的发展，对生猪养殖设施工程技术的需求日渐增加。为了向生猪养殖业发展提供参考与支持，对生猪养殖关键设施工程技术的研究与发展状况进行了总结和分析。重点对猪舍、育仔、饲喂、粪污处理设施工程环节进行研究与发展分析。目前，我国已初步形成了适合国情的生猪养殖设施工程技术体系，但与国外发达国家的生猪养殖设施工程技术还存在一定差距，存在养殖设施工程各环节发展不均衡，养殖工程的机械化、自动化、智能化技术水平较低，关键养殖设施工程技术的基础性研究体系不健全，养殖设施配套性差，养殖机械的适用性和可靠性较低等问题。建立健全的生猪养殖设施工程技术的研究体系，加强养殖、饲料、设施工程、资源环境等方面相互融合与协作、深入与系统的研究，开展适于我国南北方配套应用的生猪养殖设施与设备研发，实现生猪养殖过程的健康福利化、生态化、自动化及至智慧化，将是我国生猪养殖设施工程技术的发展方向。

　　关键词: 生猪养殖；设施；工程

　　2017年，世界生猪存栏量为76905万头，其中，中国生猪存栏量占比超过 50%，由其产生的粪污总量超过10亿t。目前，中国生猪养殖业中小型猪场占比较高，生猪养殖规模化、集约化、自动化水平较低，生猪养殖采用的猪舍、设施设备、粪污处理设施等工程技术存在不标准、不配套、不完善等问题，导致母猪生产效率、育肥猪日增重低于欧美水平，加之土地、环保、原料、防疫、人工成本较高，使得中国生猪养殖业的竞争力在国际上不具有优势。

　　中国从改革开放到20世纪80年代末，生猪养殖业地位开始由副业向产业型转变。在20世纪70年代中后期建立广州白云机械化生猪养殖场、沈阳马三家机械化生猪养殖试验场，以及1980年深圳光明农场引进美国第一条万头生猪养殖生产线，从此开始了生猪养殖的规模化进程。20世纪90年代以后，生猪养殖规模化迅速发展，生猪养殖已成为农业支柱产业之一。通过对进口成套生猪养殖设备改进设计，中国生猪养殖设备逐步实现了国产化。尽管中国生猪养殖业仍然是劳动密集型产业(小型猪场占比高)，自动化程度和整体水平不高，但随着生猪养殖规模化的发展，中国生猪养殖设备的自主研发、科技创新不断加强，大量现代化的生猪养殖设备得到广泛应用，生猪养殖的规模化、集约化程度得到不断提高。猪场从使用简单的自动饮水器、机械输料装置、刮板清粪机、各种金属猪栏，发展到使用自动饮水及智能饲喂系统等，生猪养殖机械化、自动化、智能化程度不断提高。同时，猪舍设计和建筑中新材料、新结构、新设备得到广泛应用，猪舍的改造和设计正朝着标准化、轻简化、自动化方向发展，生猪养殖效率和经济效益在不断提高。

　　欧美国家生猪养殖业总体水平较高，其生猪养殖的规模化、集约化、自动化水平高，如欧盟国家实现了生猪福利化养殖、猪舍保温与通风自动控制、喂料与饮水自动控制、水泡粪与土地承载能力(包括氮、磷含量限定)或沼气生产配套等，其生猪养殖设施工程技术先进。美国也因此降低了人工成本，加之以玉米与大豆为主的饲料价格较低，增加了生猪养殖的竞争力。

　　由2016年农业部发布的《全国生猪生产发展规划(2016—2020年)》，推动了大型养猪企业在东北、西北等潜力增长区布局；2017年中央1号文件提出生猪产能向东北转移；加之东北地区的资源、环境优势，就此出现“南猪北养”的养殖趋势。同时随着我国对猪场粪污处理要求的提高，小型家庭式猪场逐渐退出，传统的养猪模式向现代化、规模化逐步转换，生猪养殖业规模化、集约化、自动化程度将进一步提高。

　　生猪养殖场的建设是一个系统工程，从生产工艺到设施工程配套，等等，需要从宏观规划开始，再综合考虑各养殖过程及其设施工程，否则会导致生产成本高、产出效益差。尽管中国一些大型猪场的设施水平较高、自动化设备比例较高，但由于大型猪场数量相对较少，目前国内的猪场仍以中小型为主，导致猪场设施的技术水平相对较低，生猪养殖过程主要依靠人工完成，人力成本相对较高，生猪养殖的竞争力较弱。因此，开展生猪养殖设施工程技术的系统研究非常必要。为此，本文针对猪舍、育仔、饲喂和粪污处理等关键设施工程技术研究现状与发展趋势进行分析。

　　猪舍是用于生猪养殖的建筑物。根据养殖目的不同，可分种猪舍、妊娠猪舍、分娩猪舍、保育猪舍、育肥猪舍等。猪舍内设有猪栏、饲喂、饮水、通风、保

　　暖与降温、清粪等设施。

　　猪舍可分敞开式、封闭式和半封闭式猪舍3种。其中，敞开式猪舍(图1a)通常背风向阳、三面有墙、一侧敞开(冬季背风面)，向风面有墙并有可封闭的通风口以供夏季使用，其围护结构一般不设保温层，只在屋顶上设保温层以减轻夏季太阳辐射的影响和避免冬季的冷凝现象，该舍通常在南方温暖地区用来养殖肥猪；封闭式猪舍(图1b)设有天棚和闭合的四周墙，天棚和墙都有保温层，称为保温舍，该舍由仪器、设备控制舍内的温度、湿度和通风等条件，使舍内小气候处于最佳状态，舍内保温好，养殖密度大，生产周期短；半封闭猪舍介于两者之间，可防止冬季寒风的侵袭，其保温能力较封闭式差，但优于敞开式。

　　猪舍为生猪养殖提供生长和繁殖环境的基础条件，猪舍结构通常包括天棚(屋顶) 、墙体、地面与地下设施等，其结构除了满足功能、强度要求以外，保

　　温性能极其重要。不同的气候条件对猪舍结构提出不同的设计要求，《民用建筑热工设计规范》中采用累年最冷月(1月)和最热月(7月)平均温度作为分区主要指标，将全国划分为严寒(－10℃)、寒冷(－10～0℃)、夏热冬冷(0～10℃)、夏热冬暖(＞10℃)和温和(0～13℃)5个气候区，对应猪舍分别需要满足冬季保温要求(可不考虑夏季防热)、冬季保温要求(兼顾夏季防热)、夏季防热要求(兼顾冬季保温)、夏季防热要求(可不考虑冬季保温)考虑冬季保温要求(可不考虑夏季防热)。除南方温暖地区以外，猪舍通常采用有窗封闭式，其优点是冬季保温性能良好，受舍外界气候变化影响小，并且舍内环境可以实现人工控制，创造适合猪生长的环境，有利于猪的生长。

　　猪舍常见的墙体结构主要24砖墙、37砖墙、50砖墙(图2a)、彩钢夹芯板(图2b)、实体砖墙外贴聚苯板等，其中北方猪舍砖墙结构较多，但实体砖墙外贴聚苯板的墙体隔热性能最好。猪舍屋顶和天棚(可增加猪舍的保温性) 通常采用优质保温材料。还有用木质结构的猪舍(图2c)，其综合性能较佳。通常在猪舍保温材料靠室内一面设防潮层，以防止水汽渗入而降低保温性能。因复合材料保温性能好，且易于实现猪舍建筑的标准化，轻型复合钢结构(北方非严寒区采用100～150mm厚的彩钢夹芯板)的组装式猪舍越来越受到重视，可实现猪舍内温湿度、空气质量可控的现代化猪舍建设目标。生猪养殖最适温度为18～23℃，北方冬季猪舍内的温度大都低于此范围，需对猪舍进行保温，其中分娩猪舍和保育猪舍通常都须供暖，因此保育猪舍结构应注重保温设计、分娩猪舍结构应注重保温并兼顾隔热。

　　猪舍地面温度与猪的生长息息相关。目前，大型猪场猪舍地面采用漏缝地板，漏缝地板要求耐腐蚀、表面平整、坚固耐用，常采用钢筋混凝土、铸铁或铝板制成，缝隙宽度应小于猪蹄接地宽度的一半，猪舍地面下设粪池以及进出风通道。中小型猪场还有一些猪舍内采用水泥地面，便于冲洗，但不利于猪床的保暖和干燥，为减少猪只体温经水泥地面传导散热，可在水泥地面下加设炉渣(50mm)、砖砌垫层或保温板(30～50mm)，或采用架空预制钢筋混凝土地板，也可采用加温地面(如水暖)、橡胶地面或塑料地面等。北方猪舍地基可作保温，在地基外侧地面以下贴1层约50 mm厚的聚苯板或50mm厚的炉灰渣等隔热且具有防腐性的材料，可更好地提高猪舍地面的温度。猪舍地面以下通常建有粪池、刮粪通道或通风通道。

　　北方猪舍供暖多采用集中加热，利用燃气和煤锅炉供暖，以暖气和地热形式为主。目前，供暖猪舍的能耗高于民用建筑的能耗，而猪舍集约化养殖密度较高，导致舍内猪体散热散湿量很大，猪舍不同于一般的工业与民用建筑，采用现行的工业和民用建筑节能设计标准存在一定的缺陷，需要制定北方猪舍建筑热工节能设计标准与规范；或利用新能源技术(如生物质能)实现供暖。由于猪舍集约化养殖密度较高，导致舍内猪体散热散湿量很大，而现行的工业和民用建筑节能设计标准与规范中各项热工性能参数限值都不考虑建筑内人体的散热散湿，只有经过较为准确的能耗计算和分析后，才能做到既创造生猪生长舒适的人工环境，又避免不必要的能源浪费，因此，制定猪舍建筑热工节能设计标准并对猪舍能耗进行全面系统分析具有重要的意义。

　　猪舍通风(尤其是封闭式猪舍)是控制猪舍环境、保障猪舍内空气质量的主要手段，国家标准GB/T 17824.3—2008《规模猪场环境参数及环境管理》中对规模猪场的气体指标进行了规定，合理的通风系统不仅能及时补充足够的新鲜空气，同时还可以及时排除猪舍内污浊的空气和多余的水汽，为猪只的健康生长提供良好的生活环境。夏季通风也是猪舍降温的主要方式，对于温度较高地区，常采用负压机械通风结合湿帘(湿帘-风机)实现降温(图3)；北方地区冬季通风要处理好保暖与通风之间的关系。

　　猪舍通风多采用机械通风的形式，也可采用自然通风和机械通风相结合的方式。机械通风是利用风机强制进行舍内外空气的交换，通常包括正压、负压和联合通风3种方式。目前，我国多采用负压且纵向通风模式，即将风机安装在猪舍山墙上或靠近该山墙的两侧纵墙上，进风口则设在另一端山墙上或远离风机的纵墙上(可在纵墙屋檐下设长条形缝隙式进风口或在纵墙上设开口式进风口)，当采用漏缝地板和舍下深粪坑时，常另设专用的小风机将舍内空气从粪池抽出作为冬季通风，其进气分布良好，常应用于年平均气温变化较大的地区。正压通风在严寒、炎热地区适用，常沿猪舍长度方向悬装送风管(沿管长度方向两侧均布圆孔且管末端封闭)，两侧纵墙设排风口，风管数由猪栏数决定。

　　猪舍通风系统一般都采用多台风机组合系统(图3b)，炎热地区的大型猪舍常采用低压大流量的轴流式风机。轴流式风机吸入与送出的空气的流向和风机叶片轴的方向平行，它由外壳及叶片所组成(图4)，具有结构简单、风压低、通风量大、功耗低等特点，是猪舍通风的主要机型。

　　自然通风和机械通风相结合的通风系统比较经济实用，在春秋季节自然通风、夏冬季节机械通风，中国的南方地区应用较多。随着猪舍环控技术的成熟，部分猪舍实现了对环境温度、湿度和氨气浓度等的自动监控。

　　北方冬季封闭式猪舍的通风和保温相互矛盾，舍外新鲜空气未经热处理直接进入舍内，会使舍内温度降低，造成生猪的冷应激，将新风加热至生猪适宜的生长温度，又势必消耗大量的热能，增加能源的消耗和生猪的养殖成本，因此需要在技术上实现能够兼顾通风和保温的节能高效通风模式及装备，排风热能的余热回收是通风系统节能降耗的一种有效途径。为此，建设猪舍时在水泡粪粪池底下埋设管道或在粪池侧面地下通风道加换热板，利用粪尿中的热源与排风加热新进入的新鲜空气，或通过换热器(其管子中间通新鲜空气，管子外边是外排热气)加热管内的新鲜空气，然后送到猪舍中，这对寒冷地区节能降耗非常有意义。

　　猪舍通风有纵向、横向、垂直等几种通风模式。随着生猪养殖规模化的发展，出现了大跨度猪舍以及联排猪舍，其较佳的通风模式需要深入研究。

　　猪栏是用栅栏围起、用于生猪养殖的圈栏。猪舍都配有猪栏，猪栏通常分公猪猪栏、母猪限位猪栏、分娩猪栏、高床分娩猪栏、保育猪栏、高床保育猪栏、育肥猪栏等，见图5。其中，母猪限位猪栏(或半限位栏)主要用于配种、妊娠期母猪养殖，通常长2.1m、宽0.6m、高0.96m；分娩猪栏用于母猪产仔(每栏饲养1头母猪和1窝仔猪)，通常长2.1m、宽1.5m，中部限位架长2.1m、宽0.6m，是母猪分娩哺乳的地方，两侧是仔猪活动区；保育猪栏用于断奶仔猪养殖，通常养殖1或2窝仔猪；育肥猪栏用于育肥猪养殖，通常养殖约20头生猪。高床分娩猪栏、保育猪栏可为分娩母猪、保育猪提供一个干燥的环境，栏床提升一定高度(500～600mm)作为饲养区，生猪产生的粪便通过全漏缝地板网(常采用网片)落下，利于粪污固液分离收集及其处理，目前已有猪场将猪栏架起一定高度以分离流出的饮用水(出于粪污处理考虑) 。

　　目前，欧盟已禁用母猪限位猪栏(除配种后28d与分娩前7d外)以增加动物福利，即母猪配种28d后不允许将母猪关在限位猪栏，必须实行放养，目前一般有3种养殖方式: 母猪电子饲喂站、小群大栏、自由进出猪栏饲养。这几种养殖方式均有充分的活动区域，其中欧盟国家研制的自由进出(可自锁)猪栏(图6)，前部配有饲喂器、外部配有较大的空间，允许母猪不受干扰地及时采食饲料以及到栏外活动，并保护母猪免受侵害。