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以粪污水热资源化为核心的高效种养结合系统分析与展望

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农业工程学报 2024年第12期40卷 1-12页

作者：徐永洞刘志丹中国农业大学水利与土木工程学院农业农村部设施农业工程重点实验室环境增值能源实验室北京100083

种养结合系统是实现养殖业和种植业可持续发展的重要途径。水热技术可以将畜禽粪污快速直接转化生产生物原油、水热炭、水相产物和气体产物,生成物分别具有燃料、土壤改良、农用杀菌剂和气体肥料应用潜力,以粪污水热资源化为核心构建的... 详细信息

种养结合系统是实现养殖业和种植业可持续发展的重要途径。水热技术可以将畜禽粪污快速直接转化生产生物原油、水热炭、水相产物和气体产物,生成物分别具有燃料、土壤改良、农用杀菌剂和气体肥料应用潜力,以粪污水热资源化为核心构建的高效种养结合系统有助于提升畜禽粪污的无害化资源化水平和消纳能力、构建生态可持续的绿色循环农业,实现畜禽粪污资源化利用、种植业和养殖的协同高效发展。该研究基于国内外近十余年的研究,系统综述了粪污水热资源化产物在种养结合生态循环农业模式中的作用和应用潜力,论述了畜禽粪污水热转化生物原油在农业内燃机中作为燃料的研究现状,阐述了水相产物作为潜在的农用杀菌剂在作物病害防控中的作用,梳理了畜禽粪污源水热炭在转化机理、理化特性和还田应用中的研究进展,分析了气相产物中的组分和用于温室种植的潜力。在此基础上总结了以粪污水热资源化为核心的高效种养结合系统面临的主要挑战,并对水热资源化产物农业循环应用的研究方向进行展望。研究为畜禽粪污水热资源化和高效种养结合系统研究提供理论参考。

关键词：畜禽粪污水热炭生物炭水热转化生物原油种养结合系统农作物病害防控

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犊牛自动饲喂器应用现状及健康隐患研究进展

中国畜牧杂志 2024年

作者：刘运颖张煜杜欣怡王琦施正香王朝元李浩中国农业大学水利与土木工程学院农业农村部设施农业工程重点实验室北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心

犊牛期良好的饲养管理是保证奶牛泌乳量的重要基础。犊牛自动饲喂器是群栏饲养犊牛常见的饲喂设备，能够为犊牛提供自由采食，符合智能化、福利化养殖的需求，可减少人工成本并改善犊牛的福利和健康，相关开发和应用越来越多。但犊牛使... 详细信息

犊牛期良好的饲养管理是保证奶牛泌乳量的重要基础。犊牛自动饲喂器是群栏饲养犊牛常见的饲喂设备，能够为犊牛提供自由采食，符合智能化、福利化养殖的需求，可减少人工成本并改善犊牛的福利和健康，相关开发和应用越来越多。但犊牛使用自动饲喂器时的吮吸、舔舐行为会带来交叉感染风险，增加犊牛腹泻等疾病的患病率，存在较大争议。本文对犊牛自动饲喂器的国内外机型开发现状、应用情况、使用效果及存在的健康隐患进行综述，以期为牧场选择、使用犊牛自动饲喂器提供参考。

关键词：犊牛自动饲喂器舔舐健康

寒冷地区奶牛舍建筑形式对牛舍热环境舒适性的影响效果

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中国农业大学学报 2024年第8期29卷 169-178页

作者：王琦刘运颖杜欣怡赵婉莹王朝元施正香中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083 北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心北京100083 中国农村技术开发中心北京100045

针对目前我国奶牛舍在寒冷地区应用时保温隔热性能不足的问题,采用建筑热工评价和奶牛热应激评估相结合的方法,对寒冷地区开放式和密闭有窗式2种牛舍的围护结构热阻进行测算,对牛舍内夏季的热环境参数进行测试并采用温湿指数和奶牛皮肤... 详细信息

针对目前我国奶牛舍在寒冷地区应用时保温隔热性能不足的问题,采用建筑热工评价和奶牛热应激评估相结合的方法,对寒冷地区开放式和密闭有窗式2种牛舍的围护结构热阻进行测算,对牛舍内夏季的热环境参数进行测试并采用温湿指数和奶牛皮肤温度指数对奶牛的热应激程度进行评估,基于已有研究对牛舍内冬季的热环境进行理论预测,对寒冷地区应用不同建筑形式的奶牛舍的舍内热环境舒适性效果进行研究。结果表明:(1)开放式和密闭有窗式牛舍的屋面热阻值基本满足要求,但侧墙热阻值均显著低于该地区要求的墙体低限热阻值;(2)在夏季,2种建筑形式的牛舍在寒冷地区均可提供较舒适的舍内热环境,舍内奶牛热应激问题不显著;(3)冬季应用时舍内温度均无法满足要求。开放式牛舍应用于我国寒冷地区时无法提供适宜的舍内热环境,建议采用密闭有窗式牛舍,要求其墙体热阻值≥1.137 m^(2)·K/W,屋面热阻值≥1.459 m^(2)·K/W。

关键词：建筑形式热环境环境舒适性牛舍

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猪场挥发性有机物排放特征及环境影响分析

中国畜牧杂志 2024年第10期60卷 349-354页

作者：张卓毅史凌杰吴迪梅刘畅郑炜超黄镇王重庆北京市畜牧总站北京100107 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083 北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心北京100083

生猪养殖过程中的挥发性有机物(VOCs)排放会造成环境污染,并危害场区及周边地区人畜健康。本研究以北京地区3种不同清粪与粪污处理方式的典型猪场为研究对象,每种清粪与粪污处理方式分别选取1个育肥猪场,设置2~4个采样点进行VOCs采样监... 详细信息

生猪养殖过程中的挥发性有机物(VOCs)排放会造成环境污染,并危害场区及周边地区人畜健康。本研究以北京地区3种不同清粪与粪污处理方式的典型猪场为研究对象,每种清粪与粪污处理方式分别选取1个育肥猪场,设置2~4个采样点进行VOCs采样监测,在分析VOCs排放浓度和主要致臭成分的基础上,解析VOCs排放导致的环境影响,计算了臭氧和二次有机气溶胶生成潜势。结果表明:①猪场中共检测出112种VOCs,包括28种卤代烃化合物、29种烷烃化合物、12种烯烃化合物、18种芳香族化合物、19种含氧化合物和6种含硫化合物;②气味活度值为1.6~2063.2,存在甲硫醇、乙硫醇和己醛等8种主要致臭成分;③臭氧生成潜势和二次有机气溶胶生成潜势范围分别为96.3~3493.4μg/m^(3)和90.3~3278.3μg/m^(3)。本试验揭示了猪场VOCs的排放特征,评价了VOCs的环境影响,为猪场废气治理提供理论基础和数据支撑。

关键词：清粪方式粪污处理方式主要致臭成分臭氧二次有机气溶胶

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全面供光策略调控废水培养光合细菌产单细胞蛋白

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农业工程学报 2024年第11期40卷 227-237页

作者：王晓丹卢海凤张光明司哺春卞含笑唐帅蒋伟忠李保明中国农业大学三亚研究院三亚572025 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083 河北工业大学能源与环境学院天津300401

为拓展蛋白质来源,缓解中国饲料蛋白资源短缺现状,该研究通过供光策略调控强化了沼泽红假单胞菌(***)从废水中回收菌体资源及单细胞蛋白(single cell protein, SCP)的效果,并解析了不同供光策略下物质合成与污染物降解之间的相关性。结... 详细信息

为拓展蛋白质来源,缓解中国饲料蛋白资源短缺现状,该研究通过供光策略调控强化了沼泽红假单胞菌(***)从废水中回收菌体资源及单细胞蛋白(single cell protein, SCP)的效果,并解析了不同供光策略下物质合成与污染物降解之间的相关性。结果表明:在白炽灯、120μmol/(m^(2)·s)的光强及18 h光/6 h暗(L/D)的光周期条件下菌体的生物量及日产量可达(1 140.56±19.72) mg/L及(0.32±0.02) g/(L·d),相较于24 L/0 D、 3 L/21 D及9 L/15 D组分别提高了17.06%~93.21%、54.43%~299.93%(P研究为提高废水体系中光合细菌合成SCP提供了新的方法与思路。

关键词：光质光强光周期光合细菌单细胞蛋白污染物降解

基于饮水行为参数的育肥猪个体饮水量量化方法

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中国农业大学学报 2024年第11期 179-187页

作者：吴锦辉刘健周振宇庄晏榕冀横溢滕光辉中国农业大学水利与土木工程学院农业农村部设施农业工程重点实验室

为解决传统猪只个体饮水量预测方法精度不高和特征输入单一的问题，以包括饮水次数、饮水时长、水温、日龄及体重在内的猪只饮水行为参数为特征输入，分别构建基于线性回归、K最近邻回归、随机森林回归、支持向量回归、极限梯度提升及B... 详细信息

为解决传统猪只个体饮水量预测方法精度不高和特征输入单一的问题，以包括饮水次数、饮水时长、水温、日龄及体重在内的猪只饮水行为参数为特征输入，分别构建基于线性回归、K最近邻回归、随机森林回归、支持向量回归、极限梯度提升及BP神经网络的单因素与多因素回归预测模型，并以经过标准分数预处理的育肥期猪只饮水数据为样本，对个体饮水量量化方法进行研究。结果表明：1）相比机器学习回归模型预测结果，线性回归模型能更好地揭示饮水时长与饮水量之间的线性相关性，尽管其模拟精度有限；2）相较于单一特征输入的回归模型，多特征输入的模型纳入更多影响因素，在预测饮水量上更为精准，且机器学习回归模型能更有效地捕捉饮水行为参数与饮水量之间的非线性关系；3)BP神经网络在模型适应度和模拟精度方面表现出明显优势，更适用于育肥猪个体饮水量量化。在智能化养殖环境中，根据饮水量建立的完整反馈数据可用于创建每只猪当天的评价指标数据库，为进一步分析猪只健康状况提供关键数据。

关键词：机器学习育肥猪行为参数网格搜索个体饮水量量化

动静叶间距对气液固混输叶片泵性能及流动特性的影响分析

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第8期64卷 1424-1434页

作者：胡丽伟李慧闯杨佳杭梁澳张文武中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083

混输叶片泵是多相混输过程中的关键设备,其综合性能的提高对系统的输运能力至关重要。为揭示动静叶间距对混输叶片泵气液固三相流动特性的影响,基于Euler多流体模型,对某气液固混输叶片泵动静叶间距分别为8、10、12、14、16 mm时的内部... 详细信息

混输叶片泵是多相混输过程中的关键设备,其综合性能的提高对系统的输运能力至关重要。为揭示动静叶间距对混输叶片泵气液固三相流动特性的影响,基于Euler多流体模型,对某气液固混输叶片泵动静叶间距分别为8、10、12、14、16 mm时的内部流体流动进行了数值模拟。结果表明,当动静叶间距由8 mm增加到16 mm,混输叶片泵的扬程和效率分别下降了0.47 m和1.38%,且下降趋势可分为骤降区Ⅰ、缓变区和骤降区Ⅱ。不同动静叶间距下,气液固混输叶片泵内压强、固体体积分数、气体体积分数等分布规律相似,但随着动静叶间距增加,气液固混输叶片泵叶轮和导叶进出口压强差降低,气体和固体的聚集程度增大,且液体撞击导叶叶片压力面最剧烈的位置逐渐前移,导叶内涡量增强,涡结构更加明显,从而导致混输叶片泵输运性能降低。研究成果可为气液固混输叶片泵设计过程中动静叶间距的选取提供参考。

关键词：混输叶片泵动静叶间距气液固三相流动涡量数值模拟

基于超参数优化算法的随机森林模型预测奶牛呼吸频率

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农业工程学报 2024年第11期40卷 195-203页

作者：严格齐赵婉莹于镇伟焦洪超林海李浩施正香王朝元山东农业大学动物科技学院泰安271018 中国农村技术开发中心北京100045 山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083

奶牛呼吸频率是评估环境造成的奶牛热应激程度的重要指标之一。该研究基于随机森林(random forest,RF)算法提出了适用于生产条件下的奶牛个体呼吸频率准确预测模型,为了平衡模型精度与计算效率问题,利用遗传算法(genetic algorithm,GA)... 详细信息

奶牛呼吸频率是评估环境造成的奶牛热应激程度的重要指标之一。该研究基于随机森林(random forest,RF)算法提出了适用于生产条件下的奶牛个体呼吸频率准确预测模型,为了平衡模型精度与计算效率问题,利用遗传算法(genetic algorithm,GA)、差分进化(differential evolution,DE)算法、粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法、贝叶斯优化(Bayesian optimization,BO)算法对模型超参数进行优化,并与网格搜索(grid search,GS)下的人工神经网络(artificial neural network,ANN)和极限梯度提升机(extreme gradient boosting,XGBoost)模型进行了对比分析。研究结果表明,使用融合环境参数的修正温湿指数(adjusted temperature-humidity index,ATHI)、时间区域、奶牛产奶量、泌乳天数、身体姿势以及胎次作为输入特征时,基准RF模型的预测性能最佳。在此基础上,4种智能优化算法下的RF模型性能优于GS-ANN和GS-XGBoost,其中BO-RF的综合性能最优,其决定系数、平均绝对误差、平均绝对百分比误差以及均方根误差分别为0.614次/min、7.723次/min、14.4%、9.737次/min,超参数优化耗时约为DE-RF的1/220。特征重要性分析表明,输入因子对奶牛呼吸频率的影响程度不同,ATHI是影响力最高的因子,相对重要性(relative importance,RI)为0.73,其次是时间区域(RI=0.09)和奶牛产奶量(RI=0.07)。研究为奶牛生产、健康评价及牛舍环境精准调控提供了有效方法和基础。

关键词：奶牛呼吸频率模型元启发式算法贝叶斯优化随机森林

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间歇通风策略在西北地区夏季蛋鸡舍应用效果

农业工程学报 2024年第18期40卷 184-193页

作者：陈辰王阳彭海青李保明万代富李德义郑炜超农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心北京100083 福康源禽业责任有限公司乌鲁木齐830001 新疆牧丰伟业机械制造有限公司昌吉831100

在中国西北地区夏季蛋鸡养殖中,由于昼夜温差大,需对蛋鸡舍的通风换气量进行频繁调整以适应环境变化。在连续通风策略下,对风机运转数量的调整常导致舍内负压值的较大波动,并且难以实时准确地通过进风口来调控舍内负压水平,导致舍内温... 详细信息

在中国西北地区夏季蛋鸡养殖中,由于昼夜温差大,需对蛋鸡舍的通风换气量进行频繁调整以适应环境变化。在连续通风策略下,对风机运转数量的调整常导致舍内负压值的较大波动,并且难以实时准确地通过进风口来调控舍内负压水平,导致舍内温度波动大、热环境分布不均匀。为探究间歇通风策略在西北地区夏季蛋鸡舍的应用效果,该研究在两栋不同进风模式的商品代蛋鸡舍进行试验。通过对两栋鸡舍内温湿度、风速及内外压差的连续监测,对比间歇通风和连续通风策略下,侧墙小窗进风及纵向通风鸡舍内的热环境分布,并对风机的间歇调控策略进行分析。结果表明:间歇通风策略下,侧墙小窗进风和纵向通风鸡舍内的平均温度波动分别为0.6、0.7℃,水平方向最大温差分别为0.3、5.2℃;连续通风策略下,侧墙小窗进风和纵向通风鸡舍内的平均温度波动分别为1.2、1.0℃,水平方向最大温差分别为0.8、4.7℃。开启风机数量相同时,两栋鸡舍内外压差和风速均不随通风策略的改变而发生变化,侧墙小窗进风鸡舍风机相对山墙至风机排风端的内外压差由17 Pa增大至19 Pa,纵向通风鸡舍相对山墙处舍内外压差为11 Pa;侧墙小窗进风鸡舍平均进风风速和走道平均风速分别为3.30、0.49 m/s,与纵向通风鸡舍相比分别提高1.86、0.12 m/s。综合间歇和连续通风策略下两栋鸡舍内热环境情况,间歇通风策略应用于西北地区夏季蛋鸡舍可有效降低舍内温度波动并维持舍内外压差水平的稳定,间歇通风策略更适用于侧墙小窗进风式鸡舍,可提高舍内温度分布均匀性。

关键词：环境控制风速通风策略温差热应激压差

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