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1、2 0 1 3年 1 1 月 第 6期(总第 1 6 3 期)草食家畜(双月刊)寒冷地区规模化奶牛场建设及 粪污处理示范的调查分析 刘福元，王学进 2 7 张云峰，梁志峰，李吉堂。，武飞 3 7 王宏伟。，刘正山 ，赵宏(1 新疆农垦科学院畜牧兽医研究所，新疆石河子8 3 2 0 0 0；2 新疆西部牧业股份有限公司奶牛事业部 新疆石河子8 3 2 0 0 0；3 西部 牧业 股份 有 限公 司奶 牛 场，新疆石河子8 3 2 0 0 0)摘要：现阶段奶牛养殖业 已逐渐由过去传统生产方式向规模化生产发展，而在寒冷地区科学合理的建 设奶牛场显得尤为重要，直接影响着奶牛生产和繁殖的经济效益，并且随
2、着新建规模化奶牛场的增加，粪 污所带来的环境污染问题也 日益严重。本文以新疆石河子地 区西部牧业奶牛场为出发点，从场址选择、场 区规划、牛舍 建设、运动场建设等方面剖析奶牛场的设计要素 从奶牛场的粪污收集、后期利用方案等方 面探讨粪污处理方式，以期能够在一定程度上解决新疆天 山北坡寒冷地区奶牛场的建设及粪污处理，从 而提 高奶牛 养 殖效益，缓 解环境 污 染。关 键词：寒 冷地 区；奶 牛场 建设；粪 污处理；环境 污 染 中图分 类号：$8 1 2 9 3 文献标 识码：A 文章 编号：1 0 0 3 6 3 7 7(2 0 1 3)0 6 一 O 0 2 0 0 6 石河子垦区地处天山北
3、麓中段，属于温带大陆性干旱气候，全年降水稀少，气候干燥，冬季长而严寒，夏季短而炎热，年平均气温 7 8，一年中最低气温 出现在 1月，平均气温一 1 5左右。然而奶牛适宜的 温度范围一般是 1 1 2 3 3 o c t”，因此在寒冷地区使奶业生产规模化是一个复杂的系统工程，在规划建 设奶牛场的时候就要考虑它的支撑条件和各类需要的生产要素，才能保证后期生产的顺利进行。随着规 模化、集约化奶牛养殖的不断增加和快速发展，粪污处理已成为制约规模化牧场可持续发展的一个关键问 题，同时也带来了严重的环境污染问题。据文献报道，一头奶牛仅 日排鲜粪量就高达 2 5 k g，尿量更高达 3 0 k g，据此计
4、算，一个千头奶牛场，E t 排鲜粪 2 5 t，年排鲜粪 9 1 5 0 t，日排尿 3 0 t，年排尿 1 0 9 5 0 t【2】。粪污的 处理 问题 在牧 场规 划、设 计 中应 引起足够 重视。因此，本 文通 过对新 疆西 部牧 业公 司多个 规模化 奶 牛场 的 实际调查，重点探讨新疆天山北坡寒冷地区奶牛场从场址选择、场 区规划、牛场建设等方面的设计要素，并分析规模化牛场建设 中如何满足粪污处理的要求问题及粪污处理的方式，以期对规模化奶牛场经营管 理者在选择粪污处理模式时提供借鉴。1 规模化 奶 牛场 的选 址与布 局 1 1 场 址选择 在规模化牛场选址之初，从经济学角度出发，首先
5、应该考虑“3地”问题：粪污的吸纳地、饲草料及水 源 的供应地和原料奶的销售地，即周边环境对理想养殖规模下粪污吸纳、草料供应及原料奶收售的能力 如何，看预测建成的牛场是否会受到周边环境条件的制约。一般情况下，牛粪最好能在牛场周 围 2 0 k m范 围 内被吸 纳还 田，草料 最好 能在 5 0 k m 内解 决，原 料奶 加工 厂最好 不要 超过 1 0 0 k m 以上。收 稿 日期：2 01 3 1 0 一 l 1 基金项 目：国家支撑计划项 目“奶牛标准化规模养殖饲 草料 高效利用和管理技 术集成与示范”(2 0 1 2 B A D 4 3 B 0 1)作者简介：刘福元(1 9 6 8
6、一)，男，研 究员，从 事反 刍动物 营养与奶牛养殖研 究，牧场设 计与规划 工作。2 0 2 0 1 3年 1 1 月 第 6期(总第 1 6 3期)草食家畜(双月刊)考虑好“3地”问题之后，才能谈到牛场的场址选择，牛场建设要选择地势高燥、背风 向阳、排水 良好、易于组织防疫的地方。并远离化工厂、畜产品加工厂及其他牧场，远离交通干线及居民聚居区。1 2场 区规 划 在规模化奶牛场场区规划之前 首先 必须确定养殖 的规模，在确定 了养殖规模后，才能进一步确定 养殖 区、草料 区、挤奶区及粪污处理区的面积，同时考虑拟采取的养 殖工艺流程，如散栏式饲喂、机器 挤奶、刮板清粪、T MR饲喂，颈夹及卧
7、床设施等，从 而有 的放矢 的进行场区的规划。一个合格的奶 牛场 设计首先应 当符合奶牛生 活习性，满足奶牛高产、牛体保健 的需要；同时，还要符合节约原则，便 于实 行机械化，以提高工作效率，降低工人劳动强度。另外必须符合奶 牛场防疫卫生要求，为优质牛奶生产 创造充分必要条件。场 区规划时要考虑粪污处理区设在生产 区下风 向，地势低处，与生产区保持 3 0 0 m卫生间距；奶牛 场净道与污道完全分开，净道位于上风向处，污道位于下风 向处；牛舍运动场要建在牛舍的南面或东南 面，以便在冬天接受更多的阳光照射，这样的运动场很容易被晒干并且便于管理(见图 1)；奶牛场排污遵 循减量化、无害化 和资源化
8、的原则。规模化牛场的道路宽度最少需要 4 m，最好是 6 m，最小转弯半径为 8 m，以满足粪污车、奶罐车和 日粮饲 喂车的通过。图 1 规模 化 奶牛 场场 区规 划线 路 图 如果是 自繁 自养牛场，则成母牛、育成牛、犊牛的比列一般是 6 0：3 0：1 0，以此来确定各期奶牛的养殖 数量，再进行规划就 比较准确。从整个牛群结构来看，西部牧业公司自繁 自养奶牛场成母牛 占到 5 8 2 2 育成牛 占到 3 9 3 5，犊牛占到 1 2 4 4，基本符合 6 0：3 0：1 0的比例，因此其牛群结构 比较合理，见表 1。表 1 西 部牧 业公 司各 牛场 奶牛 存栏 情况 表 泌乳牛为大群
9、 上奶厅挤奶 的奶牛，不包括 产后 1 5 d内的泌乳牛。2 牛舍 内部 的建 造及 粪污 处理 方 案 2 1 牛舍结构与面积 根据奶牛养殖数量确定牛舍设计方案，一般养殖规模在 l 0 2 0头采用单列式牛舍，养殖规模在 3 O 21 2 0 1 3年 1 1 月 第 6期(总第 1 6 3期)草食家畜(双月刊)5 0头采用双列对头式牛舍，养殖规模在 1 0 0头以上建议采用大跨度牛舍。散栏式奶牛养殖，双列式成母牛舍跨度在 1 2 m左右，头均 占有牛舍面积在 6 m 2 左右为宜。大跨度成 母 牛舍，列宽 可 以达到 2 7 m，牛舍 两 边各建 2列 卧床，中间设饲 喂通 道，头 均 占
10、有 牛舍 面 积在 l O mz 左右 为宜。西部牧业公司牛场 中一牛场、四牛场和七牛场均为双列式牛舍，成母牛头均占有圈舍面积分别为 1 1 4 0 m2 头、5 5 0 m 头 和 5 8 3 m2 头，基 本达 到 了 6 m2 头 的标 准；中心牛 场、五牛 场和六 牛 场为 大跨 度新 建牛 场，成母 牛 头均 占有 圈舍面 积分别 为 l 3 1 6 m2 头、1 0 1 0 m7 头和 1 1 9 0 m z 头，达到 了 1 0 m2 头 的标准(见表 2)。因此各 牛 场舍 内环境 相对 良好。调 研 中发 现 西部牧业 公 司牛场 各类 牛 占有 的圈舍 面积均 比国 家推荐
11、的圈舍参数高出一倍 以上，这是因为国家推荐的圈舍参数是栓系式饲养的标准，而 目规模化奶牛 场均采用散栏式饲养，要求 的圈舍面积更大。表 2 西部牧 业公 司各牛 舍情 况统 计表 2 2牛舍 内粪污 的收 集 规模化牛舍内粪污的收集 南原来的人工转变为机械 自动收集，保证牛舍的清洁干净，为奶牛和优质 奶源的生产创造 了良好的环境。规模化奶牛场舍内粪便收集有小型铲车、电动刮粪板、水冲式和漏粪地板 四种方式。水冲式硬件设施投入高，运行成本高，特别是新疆天山北坡地 区属于高寒地区，冬季冻土层都 在 8 0 c m以上，个别年份冻土层深度可达 1 3 0 e m以上，排污管道极易被冻住，所以不宜采用水
12、 冲式清粪。漏粪地板牛舍投资过大，且牛舍中易产生有害气体集聚所 以也不建议使用。新疆天山北坡地区 目前最常 用的粪污收集方式有两种：即小型铲车和电动刮粪板。由于小型铲车粪污收集油耗大，耗人力，运行成本 高。且 只能在 牛群挤 奶 时收集 粪污，每 天粪污 清理 次数有 限。所 以 电动机械 刮粪板 清粪 是我 国 当前发展 的 方 向，其先进性、实用性、可靠性及性价 比会逐渐被奶牛场接受。需要注意的是不论采用小型铲车或电动 刮粪板 那种 粪 污 收集 方式，新疆 天 山北坡 地 区必 须 在 圈舍 内 的一头 设计 粪 尿 收集 坑，粪尿 坑 不能 设计 在 牛舍外部，以防止冬季粪尿冻住，影响
13、后续拉运。并需要在粪尿坑一侧墙上开一个小 门，以便粪污车的皮 管 从小 门中穿过，利用 负压 把粪 污泵人 罐 内。几 种牛舍 清粪 方式 综合对 比见 表 3。表 3 牛舍 清粪方 式综 合对 比 2 2 2 0 1 3年 1 1 月 第 6期(总第 1 6 3期)草食家畜(双月刊)3 运动场的建造及粪污处理方案 3 1 运 动场 的面 积 奶牛是群居动物，每一个奶牛群都有复杂 的社会等级关系，为了保持牛群 中稳定 的社会关系，需要足 够 的空 间，这样 奶 牛就 可 以相互 避让，轻 而易举 地 显示 出 自己的优势 或 臣服嘲。奶 牛每 年大 约有 7 0 以上 的时间是在运动场度过的，
14、因此较大的运动场对维持奶牛的群居社会等级关系，减少应激十分重要。从对 粪污吸纳方面来看，在新疆天山北坡寒冷地区也需要较大的运动场，来满足冬季粪便难以清理的需要。但 目前在奶牛场的建设中往往出现重视圈舍建设，而轻视运动场建设的现象，新建牛场 的运动场普遍偏小，成母牛头均只有 2 0 mz 左右，这可能与参考 国内传统的奶牛运动场的参数设计有关，不能满足新疆气候 条件 下 奶牛养 殖 的需 要，新 疆 天 山北 坡 地 区成母 牛运 动场 最少 需要 3 0 m ，4 0 m 比较 适宜。实 践显示，头 均 6 0 m 2 的成母牛运动场，每年清粪 2次，每次粪污厚度只有 1 0 c m左右，运动
15、场干燥、干净，奶牛生活在 其中。躺卧、游走，悠闲放松。新疆天山北坡地区牛场多建在戈壁滩上，运动场面积可 以大一些，以便更好 的吸纳粪污，缓解冬春季节运动场粪污无法及 时清理的矛盾。西部牧业牛场除七牛场和五牛场运动场偏小外，其余牛场的运动场都可以满足基本需要，建议在后 续新建牛场时还需要进一步加大头均 占有运动场 的面积，争取达到 4 0 m 2 头 以上，以减轻冬季粪污暂存 的压 力，见表 4。表 4西部 牧 业公司 奶 牛运动 场情 况统 计表 3 2运 动场 的 结构 与坡 降 新疆天山北坡地 区规模化奶牛场多建在戈壁滩上，往往大大小小的鹅卵石较多 加之建筑剩料，运动 场如果不加处理，影响
16、奶牛的躺卧及肢蹄健康，所以需要对直径在 2 c m以上的鹅卵石进行清除。沙子渗 水性好，不易结块，微生物不能在这种垫料 中繁殖，是一种 良好的运动场垫料，但铺设的成本高，且含沙的 污粪制成有机肥也会影响其肥效。运动场也可以用砖块铺设，但费用较高，用砖块铺设运动场时要注意，不能平铺要立铺，否则机械清粪时容易压坏。不论采取哪种材质，运动场一定要比四周 围栏外高出 2 0 c m以上，且建成鱼脊形，即中间高四周低 的 形状，以利于雨天及消雪季节污水向四周流淌。运动场 四周还要修建污水沟，接收污水的流人，防止粪污 直接 流人 林带，影 响树 木成 活。3-3 运动场粪污的清理方式 新疆天山北坡地区一般
17、从 6月份到 1 0月底，降雨量少，牛粪风吹 日晒，几天内就会变干，所以运动场 比较干燥，粪污达到一定高度时可以随时用铲车清理 并运出场外。新疆天山北坡地区一般从 1 2月份到翌年 2月份。由于天气寒冷运动场的粪污都被冻住，而难以装载 和拉运，此期每天可以分两次，对排到运动场和走道的粪污在没有被冻结之前进行逐堆清理，防止粪便冻 结后高低不平，对牛肢蹄造成损害。2 3 2 0 1 3年 1 1月 第 6期(总第 1 6 3期)草 食家 畜(双 月 刊)入冬 前 的 l 1月份 和开春 的 3-5月份，运 动场 的环 境最 差，积 雪消 融，雪 水加 上粪 污，此 时 运动 场 的粪 污厚 度一
18、般达 到 2 5 e m 以上，运 动场 偏小 的牛 场粪 污厚度 达 到 5 0 c m，工作人 员 的长筒 靴都会 进水。此 期 由于粪污处于糊状，含水量高达 9 0 1 2 上，无法拉运，只能等到 5月份天气渐暖，粪污水分蒸发，适当干燥 后才可拉运。因此新疆天山北坡地区牛场运动场每年最少清粪 2次，即在入冬之前的 1 1 月份和开春之后 的 5月份，在此期间半年的粪污要堆放在运动场，加上积雪消融，没有较大的运动场就会影响生产 运动场清粪时要特别注意，既要把粪污清理干净，又不要破坏运动场 的地面结构。如果后期牛粪用于 加工制作有机肥，在制粒环节牛粪中携带的鹅卵石或红砖会损坏和堵塞制粒设备
19、4 规 模化 奶牛场 粪污 后续 的利 用方 案 奶 牛 的粪 污分 两种，一种 是从 圈舍 中清理 出来 的粪 污，约 占粪污 总量 的 4 0左右 该粪 污 湿度 较大 但一般 比较干净，不含石子、砖块等硬质杂物，但含有少量的饲草料(在圈舍 内饲喂)；另一种是从运动场 清理出来 的粪污，约占粪污总量的 6 0 左右，该粪污一般较干，但常含有较多的石子、砖块等杂质。在粪污后续利用过程中，根据粪污的具体情况，可以把圈舍 中清理出来的粪便干湿分离后。进一步晒 干或烘干，作为牛床的垫料。把运动场清理出来的粪污通过加入调整剂进行高温耗氧堆肥，制作有机肥 4 1 干湿 分离 制作 牛床 垫料 规模化牧
20、场粪污量大，含水率高，运输、存储、利用都不方便，固液分离作为粪污利用的预处理 起着 不可或缺的作用。固液分离设备主要由潜水切割泵、潜水搅拌机和挤压式固液分离机组成。把经干湿分离后的牛粪制成牛床垫料，不仅能解决污粪存放的问题，还能解决牛床垫料来源的问题 并减轻后续污粪处理的难度，所以说将牛粪制成牛床垫料是连接污粪处理和提高产奶量、节省经济开支 的纽带。每年夏季，在西部牧业公司各牛场，把圈舍 内的粪便经过干湿分离机进行 干湿分离，使含水量从 8 8 降低到 7 0，并进行晾晒和堆积，以备冬季作为奶牛卧床垫料，初步估算每头成母牛每个冬季需要垫 料 2 0 n l 左 右。用十 牛粪做 牛 床垫料 这
21、种 方式在 西部 牧业 公 司已开 始普遍 推广 应用 各牧 场 的实践 表明 牛粪垫料卫生、安全、舒适，能显著提高牛场的系统效率。生产中可借助商业化机械设备，如牛粪抛撤机和 牛床疏松机等，提高_丁作效率。各种垫料综合 比较见表 5。表 5 各 种 垫料综 合 比较 表 注：表 5中部 分 内容 参 考 胡 朝 阳 文 章l4 l。4 2好氧发 酵 制作有 机肥 料 伴随着集约化养殖场的发展，人们对粪便肥料化技 术进行更深入的探索，目前研究最多、应用最广 泛、且最有前景的是高温好氧堆肥法。在堆肥化过程中，有机碳被微生物呼吸代谢，因而降低碳氮比，所产 生的热可使堆肥温度达到 7 0以上，能杀灭病
22、菌、虫卵及杂草种子。通过有 目的的降解作用，把有机物转 化为腐殖质，从而达到原料的无害化和资源化。该 固体粪便经过发酵、干燥、造粒等工艺处理后，掺加化学 养份生产有机肥。随着市场对有机肥的认可度不断的提高，有机肥市场前景广阔，就 目前有机肥生产设备 来讲，造价也较合理。目前配套 的商品化机械有：堆肥抛翻机、干燥设备、混合设备、筛分设备和制粒设备等。西部牧业中心 牛 场 已建 成 年产 5 0 0 0 t 的有机 肥厂，运行效 果 良好。另外，由于牛粪有机质含量偏低，原料中含沙和长纤维，用于产沼气时存在产气量低、管路堵塞等问 题，加上新疆天山北坡地区冬季气候寒冷，沼气利用效率低。因此，在 目前缺
23、乏关键技术时期，新疆天山 北坡地 牛场不建议推广应用沼气技术。2 4 2 0 1 3年 1 1月 第 6期(总第 1 6 3期)草食家畜(双月刊)总之，在规模化奶牛场的设计建造过程中，必须重视粪污处理工艺，从源头上把关，不能简单地依靠 单一的末端治理手段解决环境污染问题，应以资源化和循环利用为基本立足点，以环境容量为基准，从实 际出发、合理规划、防治结合、综合治理，实行减量化排放，资源化利用和无害化处理原则，进行综合治理。参 考 文献：1 李宁，朱明志 高温高湿地 区建设奶牛场的规划与设计一以湖北省黄冈市为例 J 乳业科学与技术，2 0 1 3，3 6(1)：2 9 3 1 2 钱恺 牛粪好氧
24、堆肥曝 气特性分析与腐熟度评价方法的研究 D 江苏大学硕士论文，2 0 0 9 3 J A N H U L S E N 奶牛信号牧场管理 实用指南 M 李胜利主译，2 0 0 7 4 胡朝 阳，奶牛场污粪利用新透镜探讨 J 2 0 0 9全国畜禽水产养殖污染检测与控制及畜禽粪便处理技 术研 讨会 C 1 2 0 0 9：9 0 9 2 I nv e s t i g a t i o n a n d Ana l y s i s o n Co ns t r u c t i o n a nd W a s t e Tr e a t m e nt o f La r g e-s c a l e Da i r
25、 y Fa r ms i n Co l d Ar e a s L I U F u-y u a n ，WA N G X u e-j i n ，Z H A N G Y u n f e n g ，L I AN G Z h i f e n g ，L I J i t a n g ，W U F e i ，W ANG Ho n g we i ，LI U Zh e n g s ha n ZHAO Ho n g 0 (1 A n i m a l H u s b a n d r y a n d V e t e r i n a r y I n s t i t u t e，X i n ji i a n g A c a
26、 d e m y o f A g r i c u l t u r a l a n d Re c l a ma t i o n S c i e n c e s，S h i h e z i 8 3 2 0 0 0。C h i n a：2 Da i r y Di v i s i o n o f An i ma l We s t e r n Hu s b a n d r y C o L t d S h i h e z i 8 3 2 0 0 0 C h i n a；3 Da i r y F a r m o f An i ma l We s t e r n Hu s b a n d ry C o mp
27、a n y，S h i h e z j 8 3 2 0 0 0 C h i n a)Abs t r a c t：No wa d a y s，t h e d a i r y i nd u s t r y ha s g r a du a l l y d e v e l o p e d i n t o l a r g e s c a l e pr o d u c t i o n f r o m t h e t r a d i t i o n a l mo d e S c i e n t i fi c a n d r e a s o n a b l e c o n s t r u c t i o n
28、o f d a i ry f a r ms i s p a r t i c u l a r l y i mp o r t a n t i n c o l d a r e a s,wh i c h di r e c t l y a f f e c t s t h e e c o no mi c b e n e fit s o f d a i r y p r o du c t i o n a n d r e p r o d u c t i o nW i t h t h e i n c r e a s e 0 f n e w l a r g e s c a l e d a i ry f a r ms
29、，d a i ry wa s t e s c a u s e d i n c r e a s i n g l y s e r i o u s e n v i r o n me n t a l p o l l u t i o n p r o b l e msI n t h i s p a p e r,s e v e r a l d a i r y f a r m s o f a n i m a l w e s t e r n h u s b a n d r y c o m p a n y i n S h i h e z i a r e a o f X i n j i a n g a s a s
30、t a rt i n g po i nt，d a i ry farm d e s i g n e l e me n t s i s p a r s e d f r o m s i t e s e l e c t i o n，fi e l d a r e a p l a n n i n g，b a r n c o n s t r u c t i 0 n s t a d i u m c o n s t r u c t i o n a n d o t h e r a s p e c t s，a n d w a s t e t r e a t me n t me t h o d s i s d i s
31、 c u s s e d f r o m d u n g c o l l e c t i o n t h e fat e u s e p r o g r a ms，e t c Ex p e c t t o be a b l e t o s o l v e d a i ry far m c o n s t ru c t i o n a n d wa s t e t r e a t me n t pr o b l e m i n t he n o r t h s l o p e o f T i a n s h a n mo u n t a i n i n X i n j i a n g，a n d i mp r o v e t h e b r e e d i n g b e n e fi t a n d a l l e v i a t e t h e p o l l u t i o n o f e n v i r o n me n t a 1 Ke y wor ds：c o l d r e g i o n s；da i ry far m c o n s t r uc t i o n；d a i r y wa s t e t r e a t me n t；e n v i r o n me n t a l po l l u t i o n 25