Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований
1.1. Микроклимат животноводческих помещений 7
1.2. Влияние вида пола на продуктивность сельскохозяйственных животных 17
1.3. Типы полов животноводческих помещений и их долговечность 21
1.4. Анализ состояния животноводческих объектов в условиях Сибири 26
1.5. Коррозионностойкие полы из модифицированной древесины 34
2. Материалы и методы исследований
2.1. Материалы и объекты исследований 38
2.2. Лабораторные опыты 39
2.3. Исследования в условиях животноводческих ферм 44
2.4. Комплексная оценка качества состояния полов животноводческих помещений 45
3. Результаты лабораторных исследований
3.1. Санитарно-гигиеническая оценка модифицированной древесины 48
3.2. Определение биостойкости древесины 55
3.3. Физико-химическая и технологическая оценка модифицированной древесины 62
4. Зоогигиеническая оценка полов из модифицированной древесины
4.1. Общая характеристика микроклимата 68
4.2. Тепловой режим полов из модифицированной древесины 77
4.3. Бактериальная обсемененность полов и воздуха животноводческих помещений 84
5. Оценка состояния сельскохозяйственных животных при содержании на полах из модифицированной древесины
5.1. Влияние параметров микроклимата на продуктивность животных 92
5.2. Бактериальная обсемененность кожного покрова животных 102
5.3. Ветеринарно-санитарные показатели животных и продукции животноводства 105
5.4. Экономические показатели полов животноводческих помещений из
модифицированной древесины 111
Выводы 115
Библиографический список 116
Практические предложения приложения
- Микроклимат животноводческих помещений
- Анализ состояния животноводческих объектов в условиях Сибири
- Исследования в условиях животноводческих ферм
- Тепловой режим полов из модифицированной древесины
Введение к работе
Используемые в животноводческих зданиях деревянные, бетонные, асфальтовые и другие виды полов не в полной мере отвечают технологическим и ветеринарным требованиям. Они обладают комплексом недостатков: способностью к накоплению микробной загрязненности, повышенной влагоемкостью, низкой коррозионной стойкостью, высокой абразивностью, малой упругостью и общей недолговечностью. Так, деревянные полы служат в коровниках не более 2 лет, бетонные и асфальтобетонные разрушаются через 2-4 года. Бетонные полы холодные и жесткие, способствуют возникновению у животных простудных заболеваний, приводят к травмам, хромоте и болезни конечностей.
Полы из легких бетонов хотя и имеют лучшие теплофизические показатели, однако обладают повышенной пористостью, поэтому также не являются долговечными и гигиенически совершенными.
Новосибирским государственным аграрным университетом совместно с Новосибирским инженерно-строительным институтом и ЗапсибНИПИАгропром были предложены, сконструированы и внедрены в производство новые конструкции полов из модифицированной полимерными составами древесины березы и осины. Эксплуатация таких полов в коровниках и свинарниках показала их высокие санитарно-гигиенические качества и экономичность. Однако для более широкого применения новых видов полов требуются дополнительные экологические, ветеринарные, медико-биологические и санитарно-гигиенические исследования по изучению влияния полимерных фенолосодержащих компонентов на состояние и продуктивность животных.
Цель и задачи исследований.
Дать сравнительную санитарно-гигиеническую, зоотехническую и теплотехническую оценку полов из модифицированной древесины в сравнении с полами из натуральной древесины, изучить возможность исполь-
5 зования нового материала в свинарниках. На основе полученных данных предложить оптимальный тип модификатора и технологических режимов его отверждения.
Для достижения этой цели ставились следующие основные задачи:
Провести анализ причин неудовлетворительного состояния традиционных полов для содержания сельскохозяйственных животных в условиях Сибирского региона;
Изучить влияние модификаторов и модифицированной древесины на состояние сельскохозяйственных животных и продукцию животноводства;
Провести комплексные исследования в животноводческих помещениях по оценке состояния полов из модифицированной древесины и воздействию эксплуатационных сред на древесину на основе определения физико-механических, теплотехнических и зоогигиенических качеств и микроклимата внутри помещений;
Выработать практические рекомендации производству по применению полов из модифицированной древесины.
Научная новизна.
Впервые на основании сравнительной санитарно-гигиенической и теплотехнической характеристик деревянных полов различной конструкции в помещениях для содержания сельскохозяйственных животных теоретически обоснована возможность использования модифицированной полимерными составами древесины.
Доказано, что содержащиеся в модифицированной древесине в малых количествах в отвержденных фенолоформальдегидных смолах свободный фенол и формальдегид выполняют лишь фунгицидную роль, уменьшая микробную загрязненность полов и воздушной среды, и не оказывают влияние на состояние сельскохозяйственных животных.
Установлено влияние полов из модифицированной древесины на формирование оптимального микроклимата в помещениях для содержания коров и свиней, микробную загрязненность животных, воздуха и полов.
Практическая значимость и реализация исследований.
Основные материалы исследований одобрены и рекомендованы для внедрения научно-техническим советом ЗапсибНИПИАгропром и агропромышленного комплекса Новосибирской области. Устройство предложенных конструкций полов положительно влияет на формирование микроклимата в помещениях для коров и свиней, способствует улучшению условий содержания животных, повышению некоторых показателей волосяного покрова и крепости копыт, не оказывает отрицательного влияния на физиологическое состояние. Содержание коров на опытных полах благоприятно влияет на увеличение продуктивности, повышая удои на 2-2,5 л в сутки в зимне-стойловый период.
Основные положения исследований прошли производственную проверку на фермах учебно-опытного хозяйства «Тулинское» НГАУ и в Сузун-ском, Ордынском, Маслянинском районах Новосибирской области.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-практических конференциях и семинарах Новосибирского государственного аграрного университета (1998 - 2006 гг.), на международных конференциях в г. Одессе, Томске, Омске, Новосибирске и др.
Публикация. По результатам исследований опубликовано 17 работ.
7 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Микроклимат животноводческих помещений
Согласно учению о биосфере, разработанному В.И.Вернадским, живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей средой. Главный вывод этого учения заключается в принципе целостности биосферы и сформулирован следующим образом: «Можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом». В.И.Вернадский писал: «Твари Земли являются созданием сложного космического процесса, необходимой и закономерной частью стройного космического механизма».
Это означает, что Земля не просто сложение отдельных составных частей, а действующий согласованный «механизм», В поддержку этого вывода выступают достаточно узкие пределы существования жизни в виде физических постоянных: всемирное тяготение, уровни радиации, температурные режимы, давление, состав атмосферы и т.п.
Многочисленными исследованиями было подтверждено, что с экологической точки зрения живой мир - это единая система, пронизанная взаимообусловленными связями, в виде трофических цепей, потоков энергии и информации. Эти связи настолько взаимно необходимы, что если их небольшая часть будет разрушена, то это может повлечь за собой разрушение всего остального [19].
Не менее важный принцип, выявленный В.И.Вернадским, - принцип гармонии биосферы и её организованности. В живой природе все учитывается и все приспособляется с той же точностью, с той же механичностью и с тем же подчинением мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях небесных светил и начинаем видеть в системах атомов вещества и атомов энергии. Жизнь живых организмов зависит в основном от двух факторов: последовательности, определяемой генетическим аппаратом, и изменчивости, зависящей от условий окружающей среды и реакции на них индивида. В настоящее время существует концепция, объясняющая эволюцию видов эволюцией природных систем, которая предполагает, что отдельным видам первоначально для осуществления эволюционных изменений требовалось значительное время. При переходе на другой уровень развития экосистем для их эволюции требуется несоизмеримо меньше времени. При этом естественный отбор протекает среди природных систем, которые меняются в целом, детерминируя изменения входящих в систему видов [19; 70].
Н.П. Наумов [70], СИ. Плященко [77] считают, что рассматривая проблему экологии содержания сельскохозяйственных животных, можно сделать вывод о необходимости комплексного подхода в оценке состояния не только самих животных, но и микроклимата, условий кормления и содержания, природно-климатических характеристик региона, наличия или отсутствия тех или иных дополнительных факторов, влияющих на самочувствие и продуктивность животных.
Исследованиями ряда авторов [21; 22] установлено, что с переходом животноводства на промышленную основу резко изменились условия обитания животных, возросла изоляция их от естественно внешней среды, увеличилась плотность размещения и это сказалось на санитарно-гигиеническом режиме помещений , резистентности животных к различным заболеваниям.
Санитарно-гигиеническое состояние животноводческих помещений зависит от общего состояния окружающей среды, которая может оказывать благоприятное и неблагоприятное воздействие на здоровье и продуктивность животных [6; 18]. Все параметры микроклимата животноводческих помещений, в том числе санитарно-гигиенические условия, изменяются в зависимости от конструкции помещений, состава и состояния полов [11; 15]. Формируется микроклимат и под действием планировки помещения, теплозащиты ограждающих конструкций, воздухообмена, навозоудаления, освещения, системы содержания животных. Несоответствие основных параметров микроклимата (температуры, влажности, скорости движения воздуха, обсемененности его микроорганизмами, наличия пыли и вредных газовых примесей, уровня освещенности в помещениях, акустического шума и т.д.) оптимальным зооги гиеническим показателям вызывает комплекс ответных реакций по типу условных и безусловных рефлексов, обусловливает у животных нарушение обмена веществ, замедление окислительно-восстановительных процессов в тканях, нарушение воспроизводительных функций маточного поголовья, задержку роста и развития молодняка, снижение удоев молока, прироста массы тела; снижение устойчивости к болезням (табл. 1.1) [22].
Наибольшее влияние на животных оказывает температура окружающей среды, т.к. она непосредственно влияет на тепловое состояние организма, изменяя тем самым течение жизненно важных процессов и сказываясь на санитарно-гигиеническом благополучии животных. Другим показателем является влажность воздуха. Многочисленные опыты советских и зарубежных исследователей [18;29;128] показывают, что изменение температурно-влажностного режима животноводческих помещений оказывает большое влияние на продуктивность животных. Установлено, что максимальное отклонение в физиологических процессах организма животных происходит при снижении температуры внутренней поверхности стен в сравнении с температурой воздуха в помещении более чем на 3С. При этом наблюдаются потери лучистого тепла с поверхности тела коров на 30-36 % [75], уменьшение удоев на 12-20%, а также ускоряется рост незаразных заболеваний, в частности мастита на 10-20%). При содержании коров в холодном помещении и ненормированном кормлении снижаются не только удои, но и процент жира в молоке. Такой процесс отмечается до определенного предела снижения температуры внутри помещения. При повышенных температурах (выше 30 С) молочная продуктивность коров снижается на 30-40% [78].
Анализ состояния животноводческих объектов в условиях Сибири
Одним из важнейших элементов животноводческого помещения как системы является конструкция пола в местах отдыха животных. Только с полом происходит непосредственный контакт у животного. От качества и состояния пола зависят здоровье, чистота костного и шерстного покрова коров, а следовательно, бактериальная и механическая загрязненность молока. Содержание животных на холодных и сырых полах является одной из основных причин про-студных заболеваний. Теплопотери через пол могут достигать 400 Вт/ч на І м поверхности тела животного [82]. Для восполнения этих потерь, животным приходится расходовать большее количество энергии, что приводит к увеличению расхода кормов и, следовательно, себестоимости продуктов животноводства [11].
Одним из важнейших свойств пола является его водопоглощение. От влажности пола значительно зависят его теплофизические характеристики (например, влажность покрытий полов, находящихся в эксплуатации, может быть: бетон - 6-10%, кирпич - 10-20%; древесина - 20-55%). Кроме того, в водопроницаемых полах могут сохраняться и размножаться возбудители многих опасных заразных заболеваний, а их дезинфекция практически невозможна. Поэтому часто приходится удалять не только пол, но и грунт на достаточную глубину. Из этого следует, что полы должны иметь минимальное водопоглощение и способность легко и эффективно дезинфицироваться [65].
Исследованиями ряда авторов[5; 8; 85] установлено, что пол должен быть ровным и нескользким, т.к. неровности приводят к застою и разложению жижи, что создает благоприятные условия для размножения микроорганизмов, образования вредных газов (сероводорода, аммиака) и увеличения испарения влаги. Смачивание копыт разлагающейся мочой разрушает копытный рог, приводит к воспалению мягких тканей копыта.
Скользкий пол может вызвать скольжение и падение животных, привести к различным травмам. В то же время пол не должен быть слишком абразивным, чтобы не вызывать повреждения копыт и костных покровов [85].
Излишне жесткий пол вызывает общую усталость животных, хромоту. В помещениях с эластичными полами животные охотнее и дольше лежат, что положительно влияет на их продуктивность [85,114].
Исследования по определению коэффициентов сцепления и истираемости копытного рога показали следующие результаты, приведенные в табл. 1.2.
Допустимыми для эксплуатации можно считать материалы покрытий, имеющие средние значения коэффициентов сцепления в пределах 0,37 - 0,80 и истираемости копытного рога в пределах 0,01-0,20. В настоящее время в животноводческих зданиях применяют в основном деревянные, бетонные, асфальтовые, кирпичные полы и полы из грунтовых материалов.
Самые распространенные - деревянные полы. Существуют различные их типы. Дощатые полы по глиняному основанию представляют собой настил досок, прибитых к лагам, втопленным в подготовку из утрамбованного слоя глины. Подготовка должна быть значительной глубины и тщательно утрамбованной. Толщина досок должна быть не менее 40 мм. Эти полы имеют существенные недостатки: срок службы не превышает 2-3 лет, а частичный ремонт начи нается через несколько месяцев после начала эксплуатации, требуют большого расхода древесины хвойных пород [48].
Известны торцевые полы из обрезков древесины хвойных или твердых пород, однако из-за их высокой стоимости и сложной технологии их применение ограничено.
Бетонные полы технологичны, относительно недорогие, прочные, но холодные, жесткие и скользкие. Использование бетонных полов без подстилки приводит к высокой заболеваемости и травматизму животных. Они используются в кормовых и навозных проходах животноводческих помещений [8; 11; 37].
Асфальтовые полы делают обычно в один слой асфальта толщиной 2-2,5см по плотному основанию. Технология устройства таких полов относительно проста. Асфальтовые полы эластичные, мягкие, нескользкие, имеют относительно малую теплопроводность. Существенным недостатком является их недостаточная стойкость к воздействию агрессивной среды животноводческих помещений и абразивность [14; 48].
Кирпичные полы делают из кирпичей, которые укладывают по глиняному или песчаному основанию. Для полов сельскохозяйственных зданий применяют неколотый, хорошо обожженный красный кирпич марок не ниже 75-100. Укладывают его на ребро или плашмя. В последнем случае пол получается менее прочным [48].
В некоторых регионах для полов животноводческих помещений применяют битуминизированный силикатный кирпич размером 250x120x50 мм, однако при его высокой плотности и неудовлетворительных теплофизических показателях данные полы считаются малоэффективными. Полы из красного и силикатного кирпича сравнительно прочные, нескользкие, непроницаемые для жидкостей, но жесткие и холодные, требуют тщательного ухода, постоянного наблюдения и своевременного ремонта, причем ремонт их очень сложен [22; 48].
Исследования в условиях животноводческих ферм
Важнейшее свойство пола - его водопоглощение. От влажности пола зависят теплофизические характеристики. Например, влажность покрытий, находящегося в эксплуатации пола из бетона - 6-10%, кирпича - 10-12; древесины -20-55. Кроме того, в водопроницаемых полах могут сохраняться и размножаться возбудители многих опасных заболеваний, а их дезинфекция практически невозможна, поэтому часто приходится удалять не только пол, но и грунт на достаточную глубину. Из этого следует, что полы должны иметь минимальное водопоглощение, чтобы их можно было легко и эффективно дезинфицировать. Водопоглощение покрытий определяли весовым способом с отбором проб и неразрушающим методом электронным влагомером ВЭЛК-1М [2].
Пол должен быть ровным и не скользким. В то же время пол не должен быть слишком абразивным, чтобы не вызвать повреждение копыт и кожных покровов. Излишне жесткий пол вызывает общую усталость животных, хромоту и снижает их продуктивность. Можно считать допустимыми материалами покрытий полов, имеющие среднее значение сцепления в пределах 0,37-0,8 и истираемость копытного рога в пределах 0,1-0,2 г/см . Скользкость полов (сцепление) определяли на специально сконструированном приборе НГАУ по авторскому свидетельству №1552075, а истираемость копытного рога в приборе по авторскому свидетельству №1574572 (авторы Пичугин А.П., Яковенко А.В.).
Оценкой условной классификации полов на «теплые» и «холодные» может быть коэффициент относительного теплопоглощения еот, представляющий от-ношение количества тепла, поглощенного 1 м пола при пребывании на нем сельскохозяйственного животного, к количеству тепла, выделяемому 1 м поверхности животного за определенное время. При этом для холодных полов значение еот больше единицы, а для теплых - менее единицы, что дает возможность классифицировать уровни качества пола по этому показателю: менее 0,7 - отлично; 0,7-0,9 - хорошо; 0,9-1,1 - удовлетворительно; 1,11-1,31 -плохо; более 1,31 - недопустимо.
Для сухих деревянных полов значение коэффициента еот равно или меньше 0,7. Таким образом, для определения соответствия покрытия пола зоогигиени-ческим, технологическим и эксплуатационным требованиям был использован набор различных методик, приборов и устройств по оценке отдельных параметров материала и соответствия действующим нормативам и показателям.
В качестве дополнения к общей формализованной оценке качественных характеристик полов животноводческих помещений могут быть введены дополнительные сопутствующие показатели, рассчитанные с применением методов математической статистики и теории вероятности. К таким показателям могут быть отнесены следующие экономико-организационные и эксплуатационные параметры: - доступность материалов и технологии; - вероятность разрушения или выхода из строя; - ремонтопригодность; - долговечность или срок службы до очередного ремонта; - травматизм и заболевания животных; - экономическая целесообразность в сравнении с традиционными техническими решениями. Каждый из перечисленных параметров может быть представлен в виде средней вероятности того или иного события или показателя и в общем виде описывается формулой P = 2(1-RN/ N):T, где : N - число боксов с полами данной конструкции; RN - число боксов без разрушений и недопустимых отклонений; Т - период или время функционирования полов после устройства или капитального ремонта. Предлагаемая комплексная оценка особенно важна при изменении или внедрении новой технологии содержания сельскохозяйственных животных, а также при применении новых прогрессивных материалов и конструктивных элементов и конструктивных элементов полов.
Внедрение измерительного комплекса позволит производить комплексную оценку качества полов животноводческих помещений в реальных условиях и выдать рекомендации по улучшению их показателей с учетом обеспечения максимальной эффективности. В качестве обобщенного показателя качества полов может быть выбран интегральный параметр, представляющий собой суммарные относительные значения баллов по каждой измеряемой величине. Этот показатель может стать главной характеристикой при оценке полов животноводческих помещений на всех стадиях функционирования объектов: при строительстве, эксплуатации, ремонте, реконструкции, а также основой на стадии проектирования.
Тепловой режим полов из модифицированной древесины
Полы в животноводческих помещениях имеют конструктивные и эксплуатационные особенности, принципиально отличающие их от полов других помещений. Такие полы всегда устраивают на грунте без подполья. Они служат постелью для животных, которые примерно половину времени проводят лежа. Значительная часть физиологического тепла лежачего животного отдается полу. Поэтому пол, как ограждающая конструкция, значительно влияет на санитарно-гигиенические условия содержания животных, а следовательно, на их здоровье и продуктивность.
Усугубляющим фактором в этом процессе является продолжительный период отрицательных температур наружного воздуха в условиях Сибирского региона (рис. 4.1).
По степени интенсивности поглощения физиологического тепла животного полы можно разделить на теплые и холодные. Деревянные полы не вызывают опасных для здоровья животного нарушений терморегуляции организма. Поэтому деревянные полы называют теплыми, а полы из обыкновенного бетона и других подобных материалов - холодными.
Разработанные в НГАУ полы для животноводческих помещений из модифицированной древесины нашли применение в различных хозяйствах Сибири.
Однако большой интерес представляло описание теоретического процесса работы материала пола в условиях эксплуатации. Основными критериями данного пола и, следовательно, его работоспособности являются температура и влажность, от которых напрямую зависит количество микрофлоры, разрушающий с той или иной степенью интенсивности материал пола.
В области ложа образуется зона периодического нагрева и охлаждения в связи с переменой положения животным, и кривые максимальных, средних и минимальных температур отражают характер затухания амплитуды колебаний температуры по толщине пола. Максимальные колебания температуры отмечаются на поверхности пола, а ее численное значение зависит от продолжительности положения животного в одном состоянии и составляет в среднем 12... 14С. Воздействие нестационарных колебаний распространяется до глубины h = 0,2-0,Зм. Ниже этого слоя температурное поле формируется под влиянием средней температуры поверхности грунта и температур внутреннего и наружного воздуха.
Таким образом, в области ложа в зоне шириной (SO+0.4)M И глубиной ho температурное поле является нестационарным. Вне этой зоны влияние нестационарности не проявляется. Это обстоятельство позволяет утверждать, что если расстояние между параллельными ложами превышает 2h0, т.е. примерно 0,50 м, и более, то взаимным влиянием нестационарных воздействий отдельных зон можно пренебречь.
Согласно технологическим нормам для животноводческих помещений (ОНТП), площадь ложа одной коровы принимается от 1,7 до 2,4 м . Фактическая площадь контакта с полом коровы средней упитанности, по данным натурных обследований, составляет в среднем 1,12 м . Площадь нагрева пола составляет примерно 50% общей площади ложа. Расчетную зону нагрева пола можно представить в виде полосы вдоль зданий шириной 1,2 м (рис.4.2).
Одним из основных факторов, характеризующих процесс контактного теплообмена животных с полом, является закономерность смены во времени их положения. Эта закономерность описывается функцией поведения животных и зависит от ряда детерминированных и случайных факторов, связанных с физиологическим состоянием организма, режима содержания животных, микроклиматом помещений и теплотехническими свойствами полов.
Стабильный режим содержания животных обуславливает периодичность их поведения, при котором в определенные отрезки времени (время кормления, дойки, ночные часы отдыха) достоверно известно положение животных. Продолжительность и периодичность повторения этих состояний можно считать достоверными событиями.
![Комплексная гигиеническая оценка ионизации воздушной среды закрытых помещений [Электронный ресурс]](/i/i/4503/200199.png "Комплексная гигиеническая оценка ионизации воздушной среды закрытых помещений [Электронный ресурс] Гуськов Андрей Сергеевич")
