 王仁刚，斯诺瑞（北京）科技有限公司总经理。2002年本科毕业于中国农业大学动科学院，主修反刍动物营养；2006年硕士毕业于中国农业大学草地所，主修青贮种植与加工。毕业后从事反刍动物相关工作至今，现任索尔泰姆生物技术（北京）有限公司总经理（主营牧场便携式近红外）、斯诺瑞（北京）科技有限公司总经理（主营奶牛专用灯）。  近几年，奶牛光管理这个课题被很多牧场、科研机构和公司所关注，究其原因最主要的是因为光管理的投入产出比极高，会给牧场的经济效益带来比较大的提升。   1.光对激素的作用机理 奶牛的光周期管理最主要是通过光来管理奶牛的褪黑激素。首先要明确一个概念，奶牛光管理的对象是激素而非TMR，全黑当然不行，但TMR有20勒克斯（lx）照度就够了，把TMR照的再亮也是不能刺激奶牛采食的。 牛的眼睛接受光照后，通过眼球刺激下丘脑，可激活体内某些激素，第一反应就是发出信号抑制褪黑激素的释放。褪黑激素通过血液遍布全身，其分泌规律将决定奶牛的生物钟，影响其他激素比如催乳素、生长激素、甲状腺素、胰岛素等的分泌，这些激素将对奶牛产生综合作用，影响骨骼生长、乳腺发育、消化吸收系统、泌乳系统等。 褪黑激素合理的抑制与分泌，对成年奶牛最直接的影响是刺激采食，进而提高产奶量，所以不必担心诸如体况和繁殖等副作用，因为它动用的不是奶牛体内储备，特别是对奶牛繁殖，具有正向作用，而非负向。 2.光周期由自然进化决定 奶牛光周期管理中，光照时间对奶牛褪黑激素的影响最重要，但黑暗时间对奶牛同样重要，因为褪黑激素并不是分泌的越高越好，也不是抑制的越低越好，而是让褪黑激素在体内出现波峰和波谷，形成合理的波浪形。 如果可以时空穿梭到数万年前奶牛的老家北荷兰郡，我们会看到全年3～18℃的气温和夏季最长18小时冬季最短8小时的光照，奶牛则是春季产犊、冬季干奶的自然状态，光周期管理的研究结果恰恰与这一自然现象吻合。通过对奶牛舍特别是高峰期奶牛的光照进行模拟，可以看到从进化学的角度来说对奶牛最好，在科研研究中也得到了证实。 如下图所示，横坐标是一年12个月，纵坐标是一天24小时，蓝色线条是每天日出时间，红色线条是每天日落时间。案例日期10月22日，早上8点左右日出，晚上6点半左右日落，光照时间为10个半小时。两处断裂是奶牛在自然状态下产犊和干奶的时间，奶牛在三月末四月初产犊，而泌乳高峰期发生在产后2个月也就是五月中旬，这个时候日出时间是早上5点，日落时间是晚上9点半，光照时间16.5个小时，而到了6月份光照时间更长，这说明在自然状态下，泌乳高峰期奶牛的光照时间平均为16小时，这也与生产试验得到的结论吻合。
同理，犊牛、育成牛、干奶牛需要多长时间光照在这张图上都可以找到。长光照对于犊牛和育成牛骨架和乳腺的发育非常有帮助。同时强调一点：干奶牛和围产牛不需要补光，因为在自然状态下，它们本身就是接受短光照的。国外科研论文提到，假如给干奶牛16～18小时光照，那么进入到泌乳期后，这些干奶牛的单产水平比对照组低两公斤以上，所以干奶牛一定不要补光；而且干奶牛舍灯在人需要工作时打开即可，不要开太亮，干完活要随手关灯。请牢记一点：干奶牛舍的灯是给人用的，其他牛舍的灯是给牛用的。 另外，黑色区域代表黑暗时间，对奶牛同样重要。如果违背奶牛休息时间，在黑暗期给予光照，也会影响到褪黑激素的分泌，使褪黑激素不能充分分泌，从而影响到产奶量。 3.科研验证（泌乳牛） 美国科学家Dahl和Petitclerc针对1978～2002年进行的光周期研究进行总结，发表在2003年《奶牛科学》杂志上。如下图所示，他们得出结论：合理的调控光周期可以将采食量提高6%，产奶量提高5～16%（平均8%），约2公斤/天；长日照（16～18小时）处理后，2～4个星期可以看到奶量的增加。  4.最新的研究进展 奶牛光管理比较新的研究很多关注点都在光的颜色上，也就是波长，我认为有点跑偏。对于中国的绝大多数牧场现阶段最应该关注的还是照度。 下图所示的研究虽然有快20年了，但对我们仍然有很大意义。X轴是照度，Y轴是血液中褪黑激素水平，Z轴是补光时间，可以看到从0到400勒克斯，第一个小时不管有没有灯，也不管牛舍的照度是多少，褪黑激素都可以得到明显的抑制，从第二个小时开始，有灯和没有灯的差距就很明显了，最左侧0勒克斯的一组从第二小时开始，褪黑激素就得不到抑制了，而且还有一个很有趣的现象是：第二小时50到400勒克斯对褪黑激素的抑制效果是相同的；关键是第三个小时，如果此时能够使褪黑激素得到抑制，那么我们就可以做到16小时光照效果，但是遗憾的是50和100勒克斯第三个小时明显升高，并不能得到抑制，而这时恰恰是奶牛最需要抑制褪黑激素的时间点。我国奶牛集中地区的维度比较高，泌乳高峰期强光照时间平均只有8～10个小时，我们需要给奶牛补光6～8个小时。同时，这项研究还说明了另一个问题，只是简单的灯光改造而没有达到抑制褪黑激素的阈值，并没有实际作用，因为50勒克斯和100勒克斯在抑制褪黑激素的效果上是相同的。
很多牧场灯下确实挺亮，但是牛并不是总在灯下待着，所以舍内奶牛活动区域的平均照度才是最关键的。我们建议平均照度要达到150勒克斯，更加人性化，也能更好的抑制褪黑素分泌，这也是为什么均匀度重要的原因。 这一研究也解释了两个困惑我们的问题。第一，把照度提升到400勒克斯实际上和200勒克斯是一样的，都只能多抑制褪黑色分泌一小时，而且提升到400勒克斯后，后期褪黑激素水平上不去反而起反作用，所以牛舍里并不是越亮越好；第二，有些牧场灯光改造了，但灯下超过200勒克斯，两灯之间还有外侧卧床只有不到50勒克斯，平均100勒克斯左右，看不出什么效果，因为50和100勒克斯本来就没什么区别。 如何买灯记住16个字8个词：光谱，均匀，昼夜，寿命，密闭，频闪，自动，照度。 1.光谱 奶牛专用灯根据奶牛需要设计，而普通的LED灯根据人的需要设计。人用LED蓝光光谱非常强，荧光灯光谱断断续续，它们对刺激奶牛褪黑激素来说事倍功半，奶牛需要连续光谱。 奶牛的光谱越接近太阳光越好。荷兰瓦克宁根大学畜牧学院2012年的试验也验证了这一点：奶牛需要白光，全光谱对奶牛的产奶性能最好，但是全光谱LED是很昂贵的，我们只能从中截取对奶牛最有效的波段。 刺激奶牛褪黑激素必须用特定的光谱，特定的光谱也决定了奶牛专用灯的色温5000开尔文。 奶牛必须用牛的灯，不能用人的，这一点在养鸡行业已经做到，现在的鸡场不用人用LED照明，相信养牛行业未来3～5年也会实现。 2.均匀 奶牛专用灯可以提供均匀光照，而普通 LED存在明显的明暗交替，这样对奶牛有应激，影响产奶量。光照的均匀首先与奶牛眼球的结构有关，奶牛只有两种视锥细胞，视觉深度不够，而且奶牛的立体成像感很差，所以明暗交替容易造成奶牛紧张。 避免牛舍中出现明暗交替可以有两个方案选择：第一，多加灯，比如把100瓦灯换成两个50瓦，50瓦灯换成两个25瓦；第二，用很长的灯，比如同样100瓦灯将灯带做得很长，但做得太长又会带来很多问题，灯管做得不好。所以，要综合考虑成本和用电量来选择。 解决明暗交替问题很难。我们选择第二种解决方案，我们的灯长有2米和2.5米的，做得很长对加工封闭性和避免膨胀系数非常有挑战，不仅要做得长，还要做得密闭，需要综合考虑灯的寿命问题、进了氨气是否会腐蚀LED散热片等等一系列问题。 3.昼夜 奶牛专用灯必须要有深度调光功能，能够创造更加合理的昼夜光环境，同一个LED灯珠，既能使牛舍达到150～200勒克斯的白昼环境，又能创造低于5勒克斯的黑夜环境，而普通的LED灯只能交替或间隔开关，使牛舍中明暗交替更加明显。 不必担心，5勒克斯对于人的眼球可以很快适应，不会影响工人工作，而且不影响奶牛褪黑激素的分泌。 奶牛专用灯的渐变也是非常重要的，要让奶牛有一个适应期，尽量少产生应激。这一功能不仅在夜间起作用，在阴天、早晚日光不足的情况下，同样可以将牛舍调整到需要的照度水平，让灯最大程度的配合日光的照射。 对于密闭牛舍，灯是奶牛最重要的光源，这更加需要渐变功能，非开即关的状态肯定是不够的，夜间间隔开灯明暗交替会更加明显。 4.寿命 奶牛专用灯理论寿命10年（密闭牛舍）～20年（开放牛舍），而普通的LED灯寿命2年左右。寿命取决于灯珠的质量、散热片的设计和灯的整体密闭性等因素。 在选择灯时，一定要看光衰期，而不是看“寿命”。光衰期指的是亮度衰减30%所用的时间。 使用寿命主要取决于两个方面：第一，LED灯的光衰期，50000小时VS15000小时，同样是LED，但使用寿命不同，我们在选择时要看光衰期指标；为了避免频繁换灯的工作量，应该至少使用光衰期4万小时的LED。第二，灯珠和灯管的散热效率，设计和是否为优质散热材料决定了灯珠的寿命，LED灯珠必须配合优质的散热辅材才能更有效的延长使用寿命。 5.密闭 奶牛专用灯密闭级别IP69级，普通的LED灯并不密闭，牧场用灯必须可清洗，防水意味着更加安全，特别是在奶厅，灯越长均匀度越好。 牛场的条件中，水气、雾气、尘土、粪污、苍蝇屎等对灯来说都非常讨厌，建议每年冲洗。在灯防水的情况下，清洗次数越多越好；如果灯不防水就少清洗，容易漏电；如果只有一次冲洗机会，建议放在秋天苍蝇快没时，把苍蝇屎清洗干净。 奶牛专用灯IP69级防水防尘，这是民用最高级别的密闭。可以用水枪直接冲洗，避免被灰尘和飞虫覆盖，影响发光效率。 密闭性的天敌就是灯的膨胀系数。为了实现均匀的光照，最好选择大的、长的灯。灯必须要有保护罩，防水防尘。密闭性强的灯，使用寿命也长。灯在牛场的另一个天敌是氨气，灯只要防尘级别高便也能防氨气。 高级别的防水防尘灯在奶厅里也可以使用。驱赶呵斥奶牛是牧场的大忌，但是牛为什么要驱赶？去挤奶不是一件很快乐的事儿吗？牛不愿意进奶厅主要原因就是待挤区太黑了，她看不见！我们已经做了几十个奶厅的待挤区改造，无一需要驱赶，而且挤奶区使用高质量的照明对操作人员发现乳房问题也有帮助。建议大家检查一下自己牧场的待挤区，照度是不是和奶厅或牛舍一样，虽然这是个简单的问题，但是会解决一个很大的麻烦。 6.频闪 奶牛专用灯一定不能有频闪，奶牛虽然对立体成像不敏感，但是由于它眼球非常大，而且构造特殊，对频闪非常敏感。频闪是一种由于频率而发生的闪烁，光通量波动深度越大，频闪越严重，频闪会造成产奶量降低，而普通的LED灯人眼看不到频闪，因为人与牛的眼球构造不同，但是牛能看到。 目前有两种技术可以消除频闪：第一，采用高频技术，提高闪动频率；第二，采用恒流技术，把交流电变成类似直流电的电流，只有恒流才能真正做到消除频闪。 现在的牧场自动化程度越来越高，干扰将是未来牧场必须面对的问题，高频消除频闪对牧场信号可能会有干扰，恒流技术将会得到广泛应用。所以再碰到号称无频闪的灯，您要问问是用高频技术还是恒流技术消除频闪。 7.自动 奶牛专用灯自动化是整个系统无开关，不需要靠人为调节，完全智能控制，通过感光器判断。光感控制非常有意义，阴天下雨会掉奶就是光对产奶量影响最直接的例子，如果一栋两千多头牛的大舍晚开了一小时灯，损失是很大的，所以要尽量避免人为操作。 阴天下雨要不要多开一会？什么时候开？什么时候关？什么时候调暗？调到什么程度？这些问题不能靠人来解决。这里还要强调一下，别用人的感觉判断牛，因为人的眼球是高度进化的，举个例子，从一个小黑屋子一出来，我们马上要眯着眼遮挡阳光，但是两分钟就不刺眼了，我们的眼球可以很快适应外界环境，但牛的眼球没这么高级。 自动化中，定时很重要。不只在一天之内定时，还要在一年之内定时，因为冬天和夏天太阳升起和落下的时间不一样，白天的时长也不一样，按季节调整。 感光器是必备的，环境达不到80勒克斯就自动开启。用感光器代替人对亮度的判断，用控制器代替人为操作，同时感光器需要与整个控制系统配套调校。 8.照度 奶牛专用灯照度平均150勒克斯，普通的LED灯照度也是平均150勒克斯。虽然平均照度一样，但有两点区别：1.普通灯灯下和两灯之间的照度差别很大；2.达到同样照度，奶牛专用灯的用电量不到普通灯的三分之一。 我们已经意识到必须使用LED灯了，LED的确省电，但是还要考虑发光效率的问题，也就是说同样100瓦的LED灯，有的能管200平米的照明，有的只能管50平米的照明，这两个灯区别就很大了。 这里需要解释两个概念：亮度和照度。亮度是针对照明工具的，而我们常说的照度针对的是空间，和照明工具一点关系都没有。 对于畜牧业专用LED，以30米跨度100米长度的牛舍为例，需要的总瓦数不应该超过2500瓦，以补光6小时为例，一天的用电量在15度左右，一个月不应该超过500度电，而一个400*100米的密闭牛舍总瓦数应该不超过3万瓦，一天开灯16小时，夜间10%用电量，一个月用电量大约1.5万度，只有满足这个用电量并保证充足和均匀的光照强度，才是专业的畜牧用灯。  悬挂位置：以上我们谈到奶牛专用灯是照射牛眼球刺激分泌褪黑素的，并不是照着TMR，所以灯应该悬挂在奶牛出现频率最高的地方，大约在卧床和站立区上方，当然也要考虑附着点和风扇的位置，避开风扇等挡光。灯珠的高度一般选择在4.8～4.9米，这是经过3D模拟计算结合牧场的实际操作得出的数据。 照度评估：应该评估牛眼睛出现频率最高的位置照度是多少勒克斯，大约在距离地面1.2米的位置。 悬挂方式：平行或垂直采食通道都可以，但应该做3D光照模拟图，并结合牛舍和奶厅的实际情况，找到最佳的悬挂方式。 悬挂高度：应结合LED灯珠的灯光发射角度、风扇高度、有无机械作业等情况综合考虑，目标是让离地1.2米的位置得到尽可能均匀的光照，并使整个牛舍所有奶牛活动区域的光照强度达到平均150勒克斯（所以采食通道中间是多少勒克斯并不重要，因为根本没有牛）。 清洁：建议每年最好清洁两次，至少每年秋天清洗一次，因为苍蝇屎是最影响发光效率的。 安全：奶牛用灯必须自带漏电保护功能和防火功能，对牧场都有好处，电源线各牧场都有安全要求。 Q：奶牛专用灯和普通LED灯对比，费用如何？ 王仁刚：奶牛专用灯以30米跨度100米长度牛舍计算，一套系统包括电源、灯、智能控制、感光器、安装等，费用大约5～6万元；200米长度牛舍大约10～12万元。 光管理说起来简单，做起来相对有一定难度，需要解决很多细节点，比如亮度、照度、均匀度、频闪等，不建议牧场在某一个点去投资。评价光周期管理是否成功，唯一肉眼可见的效果就是采食量提高、产奶量提高，肉眼不可见的效果是管理好了褪黑激素、胰岛素、催乳素、生长激素、甲状腺素等激素。 Q：如果牧场改造安装奶牛专用灯，原来的电缆是否可以直接沿用？ 王仁刚：对。只要你的照度够，奶牛专用灯只会瓦数更低。假设100米长牛舍用电2500瓦，也就是说100瓦灯25个，我们只会比2500瓦低。评价一个灯是否好，还有一个非常重要的标准就是是否节能。同样的照度，用的亮度越小，说明发光效率越高、灯的质量越好。 ▍本文来源：荷斯坦杂志 |
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