CC BY
154
УДК 636.083
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА В КОРОВНИКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГРАФИЧЕСКОГО ИНФОРМАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
В.Ф. Вторый, доктор технических наук, главный научный сотрудник
B.В. Гордеев, кандидат технических наук, заведующий отделом
C.В. Вторый, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Е.О. Ланцова, научный сотрудник
ФГБНУ «Институт агроинженерных и экологических проблем с.-х. производства» E-mail: cow-sznii@yandex.ru
Аннотация. Оптимальный температурно-влажностный режим в коровнике обеспечивает на высоком уровне жизненно важные процессы в организме животных, максимальное использование их генетического потенциала. Для отечественных пород молочного скота термонейтральной зоной можно считать +4...+20°С при относительной влажности воздуха 75-85% в зависимости от способа содержания. Комплексным показателем уровня содержания коров по температурно-влажностному режиму является индекс THI. При THI >75 наступает стрессовое состояние, а при THI >84 последствия для организма коровы могут быть очень тяжелыми. Исследования температурно-влажностного режима в коровнике на 200 голов с привязным содержанием в летний период и анализ с использованием графического информационного моделирования показали, что содержание лактирующих коров за исследуемый период при температуре воздуха в коровнике +14,6...+19,9вС, относительной влажности воздуха 80-86%, индексе THI = 60-67 не вполне соответствуют оптимальным условиям содержания животных. Неравномерность распределения температуры воздуха по коровнику достигает 2,6+3,1вС, относительной влажности воздуха - 56%, индекса THI - 3,2-3,9 создает неравные условия содержания животных, находящихся в различных частях коровника, отрицательно сказывается на их продуктивности.
Ключевые слова: информационная модель, температура, относительная влажность, коровник.
Введение. Температура воздуха в коровнике оказывает существенное влияние на состояние организма животного, на обеспечение жизненно важных процессов в организме. Высокая или низкая влажность воздуха в помещении усиливает отрицательное влияние низких и высоких температур на корову. Поэтому очень важно поддерживать оптимальное соотношение температурно-влажно-стного режима в помещении для содержания лактирующих коров.
Рядом отечественных и зарубежных исследователей установлены границы термонейтральной зоны для молочных коров, т.е. температурные границы (нижняя и верхняя), при соблюдении которых животное хорошо себя чувствует и существенно не снижает продуктивности. Авторы [1] считают, что у коров при голодании критическая темпера-
тура отмечается уже при +13°С. Если уровень кормления соответствует поддерживающему рациону, то критическая температура снижается до -5°С, хотя при полноценном кормлении влияние холода начинает проявляться лишь при температуре -28°С. Нижняя граница термонейтрали для крупного рогатого скота +4°С.
В работе [2] отмечается, что при содержании в закрытых помещениях коровы начинали чувствовать себя неуютно при температуре ниже +5°С. Исследования показали, что молочная продуктивность коров уменьшается при температуре свыше +20°С, но в то же время в диапазоне температур выше +20°С удои были более высокими (предположительно, в связи с лучшими условиями кормления коров летом по сравнению с зимой). Таким образом, верхней границей оп-
тимальной температуры должно быть +25°С. Для каждого животного в отдельности существуют свои зоны безразличия (комфорта). Они меняются в зависимости от сезонов года, породы, возраста, продуктивности, уровня кормления и содержания. Для отечественных пород крупного рогатого скота зона нейтральности находится в диапазоне температур от +4 до +20°С, для высокопродуктивных коров - от +9 до +16°С [3]. Снижение удоев при температуре воздуха в помещении 25°С достигает 17%, 30°С - около 33%, при 35°С - около 56%. Если за 100% взять удой, полученный при температуре 10°С, то в среднем потери молока при минус 5°С составят 14%, при плюс 5°С - 5% [3].
В настоящее время достоверно установлено [4], что при температурах воздуха +10 ...+22°С колебания относительной влажности в пределах 50-90% не оказывают непосредственного влияния на продуктивность животных. При более низких температурах влажность воздуха выше 85% оказывает отрицательное влияние.
Результаты исследований отечественных и зарубежных ученых легли в основу методических рекомендаций по технологическому проектированию ферм и комплексов КРС [5]. Рекомендациями предусмотрено, что в стойлах, боксах, комбибоксах, групповых клетках расчетная температура воздуха принимается +10°С при относительной влажности 40-75%. При беспривязном содержании на глубокой подстилке с кормлением в здании расчетная температура воздуха принимается +3°С при относительной влажности 40-85%.
Для определения степени влияния температурного стресса на животных широко применяется специальный индекс THI (Temperature Humidity Index), представляющий собой комбинацию двух переменных, а именно -температуры окружающей среды и относительной влажности воздуха. Данный индекс является более точным, чем одни лишь температурные показатели, и позволяет достоверно оценить потребность животных в охлаждении и принять необходимые меры для нивелирования теплового стресса [6].
Большую помощь в оценке уровней температуры и относительной влажности в различных точках фермы может оказать графическое информационное моделирование, представляющее собой наглядный способ представления объектов и процессов в виде графических изображений. Оно позволяет визуально определить наиболее критические секторы по температурно-влажностному режиму в помещении с целью организации эффективной работы системы вентиляции.
Методы и методология проведения работ. Основой информационного графического моделирования является наличие необходимого объема информации о моделируемом процессе. В нашем случае это показатели температуры и относительной влажности в различных точках коровника за определенный промежуток времени по определенной схеме.
Разработка графической информационной модели состоит из нескольких этапов:
- мониторинг состояния исследуемых параметров за определенный промежуток времени, как правило, за четыре основных сезонных периода: весна, лето, осень, зима;
- обработка полученных данных и построение моделей в графическом виде с использованием различных программных пакетов.
Результатом моделирования является то, что на основе анализа графических информационных моделей разрабатывается комплекс мероприятий по совершенствованию технологии содержания животных и обеспечению безопасных условий работы для обслуживающего персонала.
Экспериментальная база, ход исследований. Исследования проводились на ферме 200 коров с привязным содержанием входящей в состав молочного комплекса ФГУП «Каложицы» Ленинградской области в летний период. Необходимо отметить, что коровник длиной 72 м и шириной 21 м соединен галереей с другими зданиями комплекса. Коровник по продольной оси здания ориентирован север-юг. Измерения параметров проводились на уровне 10-20 см от пола в рабочей зоне навозоуборочных транспорте-
ров в дневное время. Температура и влажность наружного воздуха измерялись непосредственно на территории комплекса, направление ветра фиксировалось по данным метеостанции находящейся на расстоянии 26 км от фермы.
Следует отметить, что исследуемый объект коровник на 200 коров находится в составе единого комплекса зданий, поэтому на формирование параметров микроклимата оказывает их взаимное расположение, так как между зданиями формируются свои воздушные потоки, что в каждом конкретном случае требует специальных исследований.
В нашем случае принята схема замера температуры и относительной влажности воздуха в девяти точках коровника, она позволяет определить динамику изменения параметров по длине и ширине здания (рис. 1). Для измерения температуры и относительной влажности воздуха использовано электронное устройство (рис. 2), состоящее из датчика температуры и относительной влажности воздуха ДВТ-03 с токовыми выходами 4-20 шЛ, с пределами измерения температуры -40...+ 50°С, относительной влажности 0-98% и архиватора МСД-200, питание постоянным током напряжением 24 В. Аналоговые сигналы с датчика с интервалом 510 с поступают на архиватор МСД-200, представляющий собой электронное устройство с аналоговыми входами и объемом памяти 32 Гб, что позволяет за достаточно большой промежуток времени собирать и архивировать информацию, передавать на компьютер для дальнейшей обработки и анализа [7-12].
С
I
Ю
Рис. 1. Схема замера температуры и относительной влажности в коровнике
Рис. 2. Схема устройства для измерения
температуры и относительной влажности:
1 - датчик температуры и относительной влажности воздуха ДВТ-03; 2 - архиватор МСД-200
Результаты исследований. Графическая информационная модель представляет собой лепестковую диаграмму, где номера осей соответствуют точкам (1-8) на схеме рисунка 1, а численные значения по осям соответствуют числовому значению параметра (температура, относительная влажность), область этих значений выделена на светлом фоне. Значения исследуемых параметров в центре коровника, отмеченном на рис. 1 точкой 9 на графической информационной модели, находятся в области, выделенной более темным фоном.
На рисунках 3,4 представлены графические информационные модели распределения температуры и относительной влажности воздуха в коровнике при различных метеоусловиях. На рисунке 3 ветер юго-западных направлений 2 м/с при температуре 13,3°С и относительной влажности воздуха 94%. На рисунке 4 ветер восточный 2^3 м/с при температуре 16,3°С и относительной влажности воздуха 82%.
Анализируя модели распределения температуры воздуха в коровнике (рис. 3 а, 4а), необходимо отметить, что с повышением внешней температуры воздуха на 3°С температура внутри коровника в среднем выросла на 2^3°С. Распределение температур внутри коровника неравномерное и зависит от направления ветра в данный промежуток времени и технологии содержания и обслуживания животных.
8
1
2
7
9
3
6
5
4
При юго-западном ветре (ось 6-2 модели, рис. 3а) наименьшие значения температур наблюдались с наветренной стороны 14,6^ 16,9°С, с подветренной стороны температура воздуха равнялась 16,4^17,7°С. Высокое значение температура воздуха в коровнике имела в его центре 17,1°С. В целом неравномерность распределения температуры воздуха по коровнику достигает 3,1°С.
При восточном ветре (ось 3-7 модели, рис. 4а) наименьшие значения температур наблюдались с подветренной стороны 17,3^ 18,9°С, с наветренной стороны температура воздуха по длине коровника равнялась 18,8^ 9,7°С. Набольшее значение температуры воздуха в коровнике имели в его центре 19,9°С. В целом неравномерность распределения температуры воздуха по коровнику достигает 2,6^3,1°С.
18
8
17,1
распределения в коровнике при юго-западном ветре: а) - температуры, °С; б) - относительной влажности воздуха, %
19,9
20
19,9
8 <•
1 19,9
19,9
2
19,9
19,9
19,9
5 19,9 1
а)
86
82
7
5 б) Рис. 4. Графическая информационная модель распределения в коровнике при восточном ветре:
а) - температуры, °С; б) - относительной влажности
воздуха, %
Относительная влажность воздуха также имеет различные значения в разных частях коровника и зависит от ряда внешних и внутренних факторов, в т.ч. от направления ветра и формирующихся местных воздушных потоков. При юго-западном ветре (рис. 3б) относительная влажность воздуха в коровнике с наветренной стороны (ось 6-2) составляет 83^85%, с подветренной стороны - 84%, в центральной части коровника - 86%. При восточном ветре (рис. 4б) относительная влажность воздуха в коровнике с наветренной стороны (ось 3-7) составляет 80^83%, с подветренной стороны 81^86%, в центральной части коровника - 82%.
Неравномерность распределения относительной влажности внутри коровника может составлять 5^6% в зависимости от климатических и технологических особенностей производства. В молочном скотоводстве для оценки совокупного влияния температуры и влажности воздуха, оценки стрессового со-
7
3
3
стояния животного применяется индекс температуры и влажности (THI):
THI = tab + 0,36 tdp + 41,2 , (1)
где tab - температура по сухому термометру, °С; tdp - точка росы, °С.
Порог стресса начинается при THI > 75. При THI > 84 наступают тяжелые последствия вплоть до гибели животных. В то же время исследования зарубежных ученых [6] показали, что потери надоев становятся существенными при минимальных значениях индекса THI = 65. При значениях индекса от 65 до 73 потери в надоях составили 2,2 кг в сутки. Вышеприведенные данные говорят о том, что охлаждение животных должно быть начато в любое время при минимальном значении индекса THI = 65 и выше либо когда среднесуточное значение индекса составляет 68. В соответствии с зависимостью (1) произведен расчет индекса THI для исследуемого коровника. Результаты расчетов представлены в виде графической информационной модели с учетом погодных условий на рис. 5.
При юго-западном ветре и температуре воздуха в коровнике 14,6^17,7°С с наветренной стороны (рис. 5а, ось 6-2) индекс THI = 60^63,1; с подветренной стороны THI = 62^ 63,9; в центральной части коровника THI = 63,5. При восточном ветре и температуре воздуха в коровнике 17,3^19,9°С (рис. 5б) относительная влажность воздуха в коровнике с наветренной стороны (рис. 5б, ось 37) THI =65,5^66,7, с подветренной стороны THI =68^66,0 в центральной части коровника THI =67,0. При различных температурно-вла-жностных условиях в коровнике индекс составил THI =60-67 при колебании значений внутри коровника от 3,2 до 3,9.
Область применения результатов. Результаты исследований могут быть использованы при оценке параметров микроклимата в животноводческих помещениях, соответствия их установленным нормативам, разработке проектов реконструкции систем вентиляции на фермах и комплексах, прогнозировании формирования микроклимата в зависимости от природно-климатических условий.
63,9
163,5
63,5 8
а)
Рис. 5. Графические информационные модели индекса ТН1: а) - при юго-западном ветре; б) - при восточном ветре
Выводы. Оптимальный температурно-влажностный режим в коровнике обеспечивает на высоком уровне жизненно важные процессы в организме животных, максимальное использование их генетического потенциала. Для отечественных пород скота термонейтральной зоной можно считать +4. +20°С, при относительной влажности воздуха 75-85% в зависимости от способа содержания. Комплексным показателем уровня содержания коров по температурно-влажно-стному режиму является индекс ТН1, значения которого менее 65-68 говорят о комфортном содержании животных, при ТН1>75 наступает стрессовое состояние, а при ТН1> 84 последствия могут быть очень тяжелыми.
Исследования температурно-влажностно-го режима в коровнике на 200 голов с привязным содержанием в летний период и анализ с использованием графического информационного моделирования показали, что содержание лактирующих коров за исследуемый период, где температура воздуха +14,6 ...+19,9°С (норма до +20°С), относительная влажность 80-86% (норма до 75%), индекс
THI = 60-67 (норма 65-68) не вполне соответствует оптимальным условиям. Неравномерность распределения по коровнику температуры воздуха достигает 2,6^ 3,1°С, относительной влажности воздуха - 5-6%, индекса THI = 3,2-3,9, что создает неравные условия содержания животных, находящихся в различных частях коровника, и отрицательно сказывается на их продуктивности.
Литература:
1. Ковальчикова М., Ковальчик К. Адаптация и стресс при содержании с.-х. животных. М., 1978. 271 с.
2. Мозес Э. Микроклимат животноводческих помещений. М., 1976. 192 с.
3. Юрков В.М. Микроклимат животноводческих ферм и комплексов. М., 1985. 223 с.
4. Пчелкин Ю.Н., Сорокин А.И. Устройство и оборудование для регулирования микроклимата в животноводческих помещениях. М., 1977. 216 с.
5. Методические рекомендации по технологическому проектированию ферм и комплексов КРС. М., 2011.
6. Польховская Н. Тепловой стресс и его влияние на продуктивность дойных коров // Ценовик. 2015. №7.
7. Вторый В.Ф., Вторый С.В. Система технологического мониторинга производства молока на ферме КРС // Вестник ВНИИМЖ. 2012. №2. С. 20-25.
8. Текучев И.К., Кормановский Л.П., Иванов Ю.А. Инновационные технологии производства молока. Подольск, 2011.
9. Иванов Ю.А. Качество молока и эффективность его производства // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2012. №2. С. 22-24.
10. Технологические требования к новым техническим средствам в животноводстве / Иванов Ю.А. и др. М., 2010.
11. Иванов Ю.А. Направления технической модернизации при производстве продукции животноводства // Вестник ВНИИМЖ. 2015. №1. С. 3-8.
12. Пат. 161235 РФ. Устройство контроля параметров микроклимата в помещениях для содержания с. -х. животных / Вторый В.Ф. и др. Опубл. 10.04.16
Literatura:
1. Koval'chikova M., Koval'chik K. Adaptaciya i stress pri soderzhanii s.-h. zhivotnyh. M., 1978. 271 s.
2. Mozes EH. Mikroklimat zhivotnovodcheskih pomesh-chenij. M., 1976. 192 s.
3. YUrkov V.M. Mikroklimat zhivotnovodcheskih ferm i kompleksov. M., 1985. 223 s.
4. Pchelkin YU.N., Sorokin A.I. Ustrojstvo i oborudova-nie dlya regulirovaniya mikroklimata v zhivotnovodcheskih pomeshcheniyah. M., 1977. 216 s.
5. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu ferm i kompleksov KRS. M., 2011.
6. Pol'hovskaya N. Teplovoj stress i ego vliyanie na pro-duktivnost' dojnyh korov // Cenovik. 2015. №7.
7. Vtoryj V.F., Vtoryj S.V. Sistema tekhnologicheskogo monitoringa proizvodstva moloka na ferme KRS // Vest-nik VNIIMZH. 2012. №2. S. 20-25.
8. Tekuchev I.K., Kormanovskij L.P., Ivanov YU.A. Inno-vacionnye tekhnologii proizvodstva moloka. Podol'sk, 2011.
9. Ivanov YU.A. Kachestvo moloka i ehffektivnost' ego proizvodstva // Sel'skohozyajstvennye mashiny i tekhnologii. 2012. №2. S. 22-24.
10. Tekhnologicheskie trebovaniya k novym tekhniches-kim sredstvam v zhivotnovodstve / Ivanov YU.A. i dr. M., 2010.
11. Ivanov YU.A. Napravleniya tekhnicheskoj moderniza-cii pri proizvodstve produkcii zhivotnovodstva // Vestnik VNIIMZH. 2015. №1. S. 3-8.
12. Pat. 161235 RF. Ustrojstvo kontrolya parametrov mikroklimata v pomeshcheniyah dlya soderzhaniya s.-h. zhivotnyh / Vtoryj V.F. i dr. Opubl. 10.04.16
THE COWSHED'S TEMPERATURE -AND- HUMIDITY CONDITIONS WITH GRAPHIC INFORMATION
MODELING USING ASSESSMENT V.F. Wtory, doctor of technical sciences, general research worker V.V. Gordeev, candidate of technical sciences, department head S.V. Wtory, candidate of technical sciences, senior research worker E.O. Lantsova, research worker
FGBNY "Institute of agroengineering and environmental problems of agricultural industry" Abstract. The optimal cowshed's temperature -and- humidity regime provides on the high level of vital processes in animals' body, their genetic potential maximum using. For domestic dairy cattle breeds as thermo neutral area that can be considered from +4...till +20 0C at 75-85% of relative humidity, depending on the way of the keeping. The integrated indicator of the cows keeping level on the temperature- and- humidity level is the THI index. At THI >75 it stress comes, and at THI >84 consequences for the cows' body can be very heavy. The research of temperature-and-humidity conditions in the cowshed for 200 cows with tethered housing during the summer period and the analysis by a graphical information modeling using had showed that the of lactating cows keeping during the period of study at +14,6...+19,9 ° C temperature of air in the cowshed, 80-86% of relative humidity, 60-67 index THI do not fully correspond to the optimal conditions of the animals' keeping. The air temperature distribution non-uniformity in cowshed achieve 2.6+3,1 °C, 5-6% of relative humidity, index, 3,2-3,9 of THI and creates unequal conditions of animals located in different parts of the cowshed, that negatively affects their production. Keywords: information model, temperature, relative humidity, cowshed.
