水禽智能化养殖装备

规模化多层笼养为现代集约化水禽开辟出了新道路，为设计适合中国国情的规模化水禽养殖提供了参考依据。在集约化水禽养殖场中，劳动力强度最大的作业是饲喂与清粪，其次是饮水、环控以及消杀。智能装备与环控可有效解决水禽养殖场对人工的依赖、提高劳动效率、降低粪污处理难度，以及减少饲喂的劳动强度与浪费，并通过智能化感知和监测水禽状态，对水禽的养殖环节进行精准管控，从而提升管控效率并节省成本，促进水禽养殖的智能化与自动化的方向发展。

目前，水禽智能化养殖装备主要有智能化水禽棚舍、环境智能调控系统、智能饲喂设备、智能饮水设备、智能加药和消毒设备，以及自动粪污处理设备。

1　智能化水禽棚舍

智能化水禽棚舍是一种针对水禽习性，具有自动化养殖和管控功能的智能构筑物，可达到少量养殖管理人员协助或者无人化养殖的目标。如图1为农业农村部华南热带智慧农业技术重点实验室改造的智慧水禽棚舍示范点。该棚舍通过安装轨道式巡检机器人，监测和获取水禽的生理生长信息，并集成人工智能算法，为水禽棚舍的智能化改造提供了技术参考。图2为德国的移动式家禽养殖舍，该养殖舍使用移动式的房车，使家禽的养殖更接近原生态。房车内部可实现温湿度的自动调节、自动饲喂和自动清粪等功能。

图1 智能水禽棚舍

Fig. 1 Smart waterfowl house

图2 德国移动式家禽养殖舍

Fig. 2 German mobile poultry house

中国水禽养殖棚舍也经历了从小型开放棚舍、连排式开放棚舍、低架式棚舍、旱地式棚舍、网床架式棚舍、发酵床式棚舍、全封闭大棚和高层笼架式棚舍等模式，呈“越来越高”的趋势，如图3所示。高层笼式棚舍可进一步利用棚舍竖直方向的空间，有利于粪便的集中处理，符合绿色发展的理念，可促成传统养殖行业的转型，符合未来的发展趋势。但目前棚舍普遍存在机械化发展程度较低的问题，导致大部分水禽养殖仍以纯人工的方式进行，水禽棚舍的智能化技术发展较慢。智能化设备与养殖技术可进一步提升高层笼式棚舍的优势，形成经济、高效、环保的水禽养殖模式。

图3 不同类型水禽棚舍

Fig. 3 Different types of waterfowl house

2　棚舍环境智能调控

良好的水禽棚舍环境（如通过空气温湿度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度以及氨气浓度等评价环境），对于水禽的生理、生长与生产都至关重要。集约化棚舍易积蓄有害气体、悬浮颗粒以及气溶胶微生物等，若不及时调节空气，则会导致棚舍内的高温热应激以及传播疾病。因此，水禽棚舍的通风系统优化设计与温度调控系统是关键。 图4为笼架式棚舍传感器与调节设备布置的参考方案。通过把温湿度传感器布置在不同层高和不同区域，以获取全方位禽舍内部的环境信息进行调控。

图4 笼架式棚舍传感器与调节设备布置方案

Fig. 4 Layout plan of sensors and adjustment equipment in cage-type shed

目前水禽养殖监控基本处于人工或半机械化状态，无法有效地兼顾所有环境因子之间的联系进行环境调控。近些年来，随着科技的发展，通过自动化技术、物联网技术和互联网技术等设计智能化水禽棚舍也逐渐发展开来。智能化的水禽养殖环境调控是通过各类传感器、控制柜、服务器、电脑、网页和手机App端等协同实现的物联网技术。在分析多源传感数据信息的基础上，调控水禽舍设备，水禽舍环境智能调控流程如图5所示。

图5 水禽舍智能调控流程

Fig. 5 Intelligent control process of waterfowl house

当前水禽的棚舍中存在人工或低自动化程度的环境信息采集和环境调控的模式。Pereira等采用物联网的方式，使用多个低成本模块化设备采集环境信息，结果显示模块化设备所采集的环境信息与校准设备高度相关。应诗家等在设计新型网床式养殖鸭舍时，通过鸭棚两侧的卷帘控制通风，同时装配有湿帘来降低温度。上述研究未对调控方法上进行进一步的智能化，缺乏实时性。郭彬彬等利用人工神经网络代替人工控制鹅舍内的环控设备，实现智能化控制，减少了鹅夏季热应激和病死淘汰率。徐敏基于可调谐吸收光谱技术搭建了一套鹅舍NH3浓度检测系统，发现光谱检测系统的线性误差和重复误差均显著小于电化学检测仪。刘双印等基于主成分分析—支持向量机—融合自回归滑动平均模型预测狮头鹅养殖舍的气温，为水禽舍的气温精准调控提供了决策。上述研究尝试了应用智能模型取代人工调节，但没有对在复杂恶劣环境中的设备进行可靠性与寿命测试。

3　智能饲喂设备

水禽智能饲喂设备能够在无人监管的情况下，通过计算机视觉、物联网或人工智能等技术对水禽进行大规模和长时间的饲养，同时可附带根据水禽的生理生长需求对水禽进行自动化精准饲喂。典型禽舍智能饲喂设备有自动投喂姣龙、集中配料塔、自动喂食器和自动喂料车等（图6）。目前水禽的自动饲喂主要以自走式料车设备为主，其结构易于使撒料过程均匀，但精细度以及智能化程度较低。水禽智能化精准饲喂装备设计研发与应用正飞速发展，目前已有相关研究成果。张燕军等发明了一种具有精准饲喂以及回收饲料功能的水禽饲喂装置。闻治国等和杨宗武发明了可实现自动送料和饲喂功能的水禽养殖饲喂装置。任文涛等设计了一种稻田开放式的自动化养鸭设备，可满足在稻田中无人值守的条件下实现长时间的全自动化饲喂功能。倪征等设计了一种针对蛋鸭的商业化自动喂料系统，可有效地节约饲料量。

图6 水禽自动投喂设备

Fig. 6 Automatic feeding equipment of waterfowl

对于智能化饲喂技术，目前研究还相对薄弱。针对不同生长状况和不同种类的水禽制定特性的饲喂策略是饲喂智能化的核心目的。虽然这个过程很繁琐，但如果水禽的信息采集模型采样不准，可能会造成更差的养殖生产效益。但这种精准化智能化的喂养技术已被证实可提高饲料的转化效率以及产蛋能力。因此，在这个过程中，对于水禽信息采集的准确性要求十分高。料车所附带的巡检功能可在投料的同时近距离采集水禽的准确数据，从而精准地把控采食量，做到“因禽制宜”。

4　智能饮水设备

水禽智能饮水设备是在无人监管的情况下，根据水禽的需水量实现自动喂水的装置，常见的饮水器如图7所示。目前养鸭中的饮水设备主要分为封闭式与开放式两种。在开放式饮水设备中，水器易污染，清洁维护麻烦，劳动力强度大，无法提供自动供水功能。封闭式的饮水设备则为乳头饮水器，具有干净以及节省水资源的特点，并可有效制止水禽戏水行为所导致的室内湿度高以及环境易滋生细菌的问题。

图7 禽舍饮水器

Fig.7 Waterfowl house drinker

目前的水禽饮水装置较蛋鸡和肉鸡比，自动化程度还较低。王生雨等发明了一种水禽的自动饮水装置，并使用了樱桃谷鸭进行效果验证，在符合鸭的习性的条件下，种鸭25~75周龄存活率为91.8%，实现了一定程度的自动化。孔爱菊等发明了一种稻田鸭舍的无人喂水控制系统，可实现野外喂水系统的自动控制。这种半自动化的非电力式饮水设备已广泛应用于水禽养殖场中。与饲喂装置类似，若结合智能化信息采集技术，可有利于水禽的湿润调节，从而提高水禽福利水平。

5　智能加药和消毒设备

水禽舍中的消毒防疫对于阻断病毒细菌外界侵入起到重要作用。图8为三种常见的智能消毒设备。其中图8（a）是针对人员进出的消毒机。在该装置消毒通道中可对人体进行喷雾消毒。图8（b）为缓释消毒器，该仪器可针对水禽的疾病或待处理的污水，采用溶解法自动缓释所需要的药剂。但通过在水中投药的方式治疗水禽疾病易造成药品浪费。自动加药装置可自动充分搅拌药品，同时可根据水禽的疫病程度，及时调整药物的用量，以避免药物的浪费。目前，新的研究方向是采用药物雾化的方式，将稀释的疫苗雾滴散布于养殖舍中。如图8（c）为喷雾式消毒机器人，水禽通过呼吸道吸入防疫机器人所喷出的药物进入体内，直接给水禽进行免疫，以及可对水禽舍内进行充分地消毒。这种方法具有应激小、免疫快，以及效率高的优点。

图8 禽舍自动消毒设备

Fig. 8 Automatic disinfection equipment in waterfowl house

6　自动粪污处理设备

水禽的自动化清粪工艺是将自动化控制、智能化技术、粪便发酵技术以及水禽养殖技术相结合的工艺模式，使用传送带的方式清理水禽粪便，以取代传统人工清粪困难的问题。

近年来，使用传送带自动化处理粪便的趋势愈来愈明显。于珍珍等研制了一种处理鹅粪的清粪发酵一体设备，如图9（a）所示，该设备通过在鹅舍部署的传送带，将粪便传送集中发酵处理。随着鸭的高架笼养模式的逐渐兴起，在各层笼下布置传送带清粪可实现粪便的不落地与集中处理。图9（b）为立体式笼养鸭粪便传送带，在检测到传送带上堆积了大量的粪便后，传送会开启，并把粪便集中于发酵池中处理，可显著提高鸭舍内的空气质量。

图9 水禽粪便自动处理设备

Fig. 9 Waterfowl stool automatic treatment equipment