近幾年，奶牛光管理這個(gè)課題被很多牧場(chǎng)、科研機(jī)構(gòu)和公司所關(guān)注，究其原因最主要的是因?yàn)楣夤芾淼耐度氘a(chǎn)出比極高，會(huì)給牧場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益帶來比較大的提升。
光管理的理論基礎(chǔ)和研究進(jìn)展
1.光對(duì)激素的作用機(jī)理
奶牛的光周期管理最主要是通過光來管理奶牛的褪黑激素。首先要明確一個(gè)概念，奶牛光管理的對(duì)象是激素而非TMR，全黑當(dāng)然不行，但TMR有20勒克斯（lx）照度就夠了，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，通過眼球刺激下丘腦，可激活體內(nèi)某些激素，第一反應(yīng)就是發(fā)出信號(hào)抑制褪黑激素的釋放。褪黑激素通過血液遍布全身，其分泌規(guī)律將決定奶牛的生物鐘，影響其他激素比如催乳素、生長(zhǎng)激素、甲狀腺素、胰島素等的分泌，這些激素將對(duì)奶牛產(chǎn)生綜合作用，影響骨骼生長(zhǎng)、乳腺發(fā)育、消化吸收系統(tǒng)、泌乳系統(tǒng)等。
褪黑激素合理的抑制與分泌，對(duì)成年奶牛最直接的影響是刺激采食，進(jìn)而提高產(chǎn)奶量，所以不必?fù)?dān)心諸如體況和繁殖等副作用，因?yàn)樗鼊?dòng)用的不是奶牛體內(nèi)儲(chǔ)備，特別是對(duì)奶牛繁殖，具有正向作用，而非負(fù)向。
2.光周期由自然進(jìn)化決定
奶牛光周期管理中，光照時(shí)間對(duì)奶牛褪黑激素的影響最重要，但黑暗時(shí)間對(duì)奶牛同樣重要，因?yàn)橥屎诩に夭⒉皇欠置诘脑礁咴胶茫膊皇且种频脑降驮胶?，而是讓褪黑激素在體內(nèi)出現(xiàn)波峰和波谷，形成合理的波浪形。
如果可以時(shí)空穿梭到數(shù)萬年前奶牛的老家北荷蘭郡，我們會(huì)看到全年3～18℃的氣溫和夏季最長(zhǎng)18小時(shí)冬季最短8小時(shí)的光照，奶牛則是春季產(chǎn)犢、冬季干奶的自然狀態(tài)，光周期管理的研究結(jié)果恰恰與這一自然現(xiàn)象吻合。通過對(duì)奶牛舍特別是高峰期奶牛的光照進(jìn)行模擬，可以看到從進(jìn)化學(xué)的角度來說對(duì)奶牛最好，在科研研究中也得到了證實(shí)。
如下圖所示，橫坐標(biāo)是一年12個(gè)月，縱坐標(biāo)是一天24小時(shí)，藍(lán)色線條是每天日出時(shí)間，紅色線條是每天日落時(shí)間。案例日期10月22日，早上8點(diǎn)左右日出，晚上6點(diǎn)半左右日落，光照時(shí)間為10個(gè)半小時(shí)。兩處斷裂是奶牛在自然狀態(tài)下產(chǎn)犢和干奶的時(shí)間，奶牛在三月末四月初產(chǎn)犢，而泌乳高峰期發(fā)生在產(chǎn)后2個(gè)月也就是五月中旬，這個(gè)時(shí)候日出時(shí)間是早上5點(diǎn)，日落時(shí)間是晚上9點(diǎn)半，光照時(shí)間16.5個(gè)小時(shí)，而到了6月份光照時(shí)間更長(zhǎng)，這說明在自然狀態(tài)下，泌乳高峰期奶牛的光照時(shí)間平均為16小時(shí)，這也與生產(chǎn)試驗(yàn)得到的結(jié)論吻合。
另外，黑色區(qū)域代表黑暗時(shí)間，對(duì)奶牛同樣重要。如果違背奶牛休息時(shí)間，在黑暗期給予光照，也會(huì)影響到褪黑激素的分泌，使褪黑激素不能充分分泌，從而影響到產(chǎn)奶量。
3.科研驗(yàn)證（泌乳牛）
美國科學(xué)家Dahl和Petitclerc針對(duì)1978～2002年進(jìn)行的光周期研究進(jìn)行總結(jié)，發(fā)表在2003年《奶牛科學(xué)》雜志上。如下圖所示，他們得出結(jié)論：合理的調(diào)控光周期可以將采食量提高6%，產(chǎn)奶量提高5～16%（平均8%），約2公斤/天；長(zhǎng)日照（16～18小時(shí)）處理后，2～4個(gè)星期可以看到奶量的增加。
奶牛光管理比較新的研究很多關(guān)注點(diǎn)都在光的顏色上，也就是波長(zhǎng)，我認(rèn)為有點(diǎn)跑偏。對(duì)于中國的絕大多數(shù)牧場(chǎng)現(xiàn)階段最應(yīng)該關(guān)注的還是照度。
下圖所示的研究雖然有快20年了，但對(duì)我們?nèi)匀挥泻艽笠饬x。X軸是照度，Y軸是血液中褪黑激素水平，Z軸是補(bǔ)光時(shí)間，可以看到從0到400勒克斯，第一個(gè)小時(shí)不管有沒有燈，也不管牛舍的照度是多少，褪黑激素都可以得到明顯的抑制，從第二個(gè)小時(shí)開始，有燈和沒有燈的差距就很明顯了，最左側(cè)0勒克斯的一組從第二小時(shí)開始，褪黑激素就得不到抑制了，而且還有一個(gè)很有趣的現(xiàn)象是：第二小時(shí)50到400勒克斯對(duì)褪黑激素的抑制效果是相同的；關(guān)鍵是第三個(gè)小時(shí)，如果此時(shí)能夠使褪黑激素得到抑制，那么我們就可以做到16小時(shí)光照效果，但是遺憾的是50和100勒克斯第三個(gè)小時(shí)明顯升高，并不能得到抑制，而這時(shí)恰恰是奶牛最需要抑制褪黑激素的時(shí)間點(diǎn)。我國奶牛集中地區(qū)的維度比較高，泌乳高峰期強(qiáng)光照時(shí)間平均只有8～10個(gè)小時(shí)，我們需要給奶牛補(bǔ)光6～8個(gè)小時(shí)。同時(shí)，這項(xiàng)研究還說明了另一個(gè)問題，只是簡(jiǎn)單的燈光改造而沒有達(dá)到抑制褪黑激素的閾值，并沒有實(shí)際作用，因?yàn)?0勒克斯和100勒克斯在抑制褪黑激素的效果上是相同的。
這一研究也解釋了兩個(gè)困惑我們的問題。第一，把照度提升到400勒克斯實(shí)際上和200勒克斯是一樣的，都只能多抑制褪黑色分泌一小時(shí)，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，有些牧場(chǎng)燈光改造了，但燈下超過200勒克斯，兩燈之間還有外側(cè)臥床只有不到50勒克斯，平均100勒克斯左右，看不出什么效果，因?yàn)?0和100勒克斯本來就沒什么區(qū)別。
如何買燈
如何買燈記住16個(gè)字8個(gè)詞：光譜，均勻，晝夜，壽命，密閉，頻閃，自動(dòng)，照度。
1.光譜
奶牛專用燈根據(jù)奶牛需要設(shè)計(jì)，而普通的LED燈根據(jù)人的需要設(shè)計(jì)。人用LED藍(lán)光光譜非常強(qiáng)，熒光燈光譜斷斷續(xù)續(xù)，它們對(duì)刺激奶牛褪黑激素來說事倍功半，奶牛需要連續(xù)光譜。
奶牛的光譜越接近太陽光越好。荷蘭瓦克寧根大學(xué)畜牧學(xué)院2012年的試驗(yàn)也驗(yàn)證了這一點(diǎn)：奶牛需要白光，全光譜對(duì)奶牛的產(chǎn)奶性能最好，但是全光譜LED是很昂貴的，我們只能從中截取對(duì)奶牛最有效的波段。
刺激奶牛褪黑激素必須用特定的光譜，特定的光譜也決定了奶牛專用燈的色溫5000開爾文。
奶牛必須用牛的燈，不能用人的，這一點(diǎn)在養(yǎng)雞行業(yè)已經(jīng)做到，現(xiàn)在的雞場(chǎng)不用人用LED照明，相信養(yǎng)牛行業(yè)未來3～5年也會(huì)實(shí)現(xiàn)。
2.均勻
奶牛專用燈可以提供均勻光照，而普通 LED存在明顯的明暗交替，這樣對(duì)奶牛有應(yīng)激，影響產(chǎn)奶量。光照的均勻首先與奶牛眼球的結(jié)構(gòu)有關(guān)，奶牛只有兩種視錐細(xì)胞，視覺深度不夠，而且奶牛的立體成像感很差，所以明暗交替容易造成奶牛緊張。
避免牛舍中出現(xiàn)明暗交替可以有兩個(gè)方案選擇：第一，多加燈，比如把100瓦燈換成兩個(gè)50瓦，50瓦燈換成兩個(gè)25瓦；第二，用很長(zhǎng)的燈，比如同樣100瓦燈將燈帶做得很長(zhǎng)，但做得太長(zhǎng)又會(huì)帶來很多問題，燈管做得不好。所以，要綜合考慮成本和用電量來選擇。
解決明暗交替問題很難。我們選擇第二種解決方案，我們的燈長(zhǎng)有2米和2.5米的，做得很長(zhǎng)對(duì)加工封閉性和避免膨脹系數(shù)非常有挑戰(zhàn)，不僅要做得長(zhǎng)，還要做得密閉，需要綜合考慮燈的壽命問題、進(jìn)了氨氣是否會(huì)腐蝕LED散熱片等等一系列問題。
3.晝夜
奶牛專用燈必須要有深度調(diào)光功能，能夠創(chuàng)造更加合理的晝夜光環(huán)境，同一個(gè)LED燈珠，既能使牛舍達(dá)到150～200勒克斯的白晝環(huán)境，又能創(chuàng)造低于5勒克斯的黑夜環(huán)境，而普通的LED燈只能交替或間隔開關(guān)，使牛舍中明暗交替更加明顯。
不必?fù)?dān)心，5勒克斯對(duì)于人的眼球可以很快適應(yīng)，不會(huì)影響工人工作，而且不影響奶牛褪黑激素的分泌。
奶牛專用燈的漸變也是非常重要的，要讓奶牛有一個(gè)適應(yīng)期，盡量少產(chǎn)生應(yīng)激。這一功能不僅在夜間起作用，在陰天、早晚日光不足的情況下，同樣可以將牛舍調(diào)整到需要的照度水平，讓燈最大程度的配合日光的照射。
對(duì)于密閉牛舍，燈是奶牛最重要的光源，這更加需要漸變功能，非開即關(guān)的狀態(tài)肯定是不夠的，夜間間隔開燈明暗交替會(huì)更加明顯。
4.壽命
奶牛專用燈理論壽命10年（密閉牛舍）～20年（開放牛舍），而普通的LED燈壽命2年左右。壽命取決于燈珠的質(zhì)量、散熱片的設(shè)計(jì)和燈的整體密閉性等因素。
在選擇燈時(shí)，一定要看光衰期，而不是看“壽命”。光衰期指的是亮度衰減30%所用的時(shí)間。
使用壽命主要取決于兩個(gè)方面：第一，LED燈的光衰期，50000小時(shí)VS15000小時(shí)，同樣是LED，但使用壽命不同，我們?cè)谶x擇時(shí)要看光衰期指標(biāo)；為了避免頻繁換燈的工作量，應(yīng)該至少使用光衰期4萬小時(shí)的LED。第二，燈珠和燈管的散熱效率，設(shè)計(jì)和是否為優(yōu)質(zhì)散熱材料決定了燈珠的壽命，LED燈珠必須配合優(yōu)質(zhì)的散熱輔材才能更有效的延長(zhǎng)使用壽命。
5.密閉
奶牛專用燈密閉級(jí)別IP69級(jí)，普通的LED燈并不密閉，牧場(chǎng)用燈必須可清洗，防水意味著更加安全，特別是在奶廳，燈越長(zhǎng)均勻度越好。
牛場(chǎng)的條件中，水氣、霧氣、塵土、糞污、蒼蠅屎等對(duì)燈來說都非常討厭，建議每年沖洗。在燈防水的情況下，清洗次數(shù)越多越好；如果燈不防水就少清洗，容易漏電；如果只有一次沖洗機(jī)會(huì)，建議放在秋天蒼蠅快沒時(shí)，把蒼蠅屎清洗干凈。
奶牛專用燈IP69級(jí)防水防塵，這是民用最高級(jí)別的密閉?？梢杂盟畼屩苯記_洗，避免被灰塵和飛蟲覆蓋，影響發(fā)光效率。
密閉性的天敵就是燈的膨脹系數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)均勻的光照，最好選擇大的、長(zhǎng)的燈。燈必須要有保護(hù)罩，防水防塵。密閉性強(qiáng)的燈，使用壽命也長(zhǎng)。燈在牛場(chǎng)的另一個(gè)天敵是氨氣，燈只要防塵級(jí)別高便也能防氨氣。
高級(jí)別的防水防塵燈在奶廳里也可以使用。驅(qū)趕呵斥奶牛是牧場(chǎng)的大忌，但是牛為什么要驅(qū)趕？去擠奶不是一件很快樂的事兒?jiǎn)?？牛不愿意進(jìn)奶廳主要原因就是待擠區(qū)太黑了，她看不見！我們已經(jīng)做了幾十個(gè)奶廳的待擠區(qū)改造，無一需要驅(qū)趕，而且擠奶區(qū)使用高質(zhì)量的照明對(duì)操作人員發(fā)現(xiàn)乳房問題也有幫助。建議大家檢查一下自己牧場(chǎng)的待擠區(qū)，照度是不是和奶廳或牛舍一樣，雖然這是個(gè)簡(jiǎn)單的問題，但是會(huì)解決一個(gè)很大的麻煩。
6.頻閃
奶牛專用燈一定不能有頻閃，奶牛雖然對(duì)立體成像不敏感，但是由于它眼球非常大，而且構(gòu)造特殊，對(duì)頻閃非常敏感。頻閃是一種由于頻率而發(fā)生的閃爍，光通量波動(dòng)深度越大，頻閃越嚴(yán)重，頻閃會(huì)造成產(chǎn)奶量降低，而普通的LED燈人眼看不到頻閃，因?yàn)槿伺c牛的眼球構(gòu)造不同，但是牛能看到。
目前有兩種技術(shù)可以消除頻閃：第一，采用高頻技術(shù)，提高閃動(dòng)頻率；第二，采用恒流技術(shù)，把交流電變成類似直流電的電流，只有恒流才能真正做到消除頻閃。
現(xiàn)在的牧場(chǎng)自動(dòng)化程度越來越高，干擾將是未來牧場(chǎng)必須面對(duì)的問題，高頻消除頻閃對(duì)牧場(chǎng)信號(hào)可能會(huì)有干擾，恒流技術(shù)將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。所以再碰到號(hào)稱無頻閃的燈，您要問問是用高頻技術(shù)還是恒流技術(shù)消除頻閃。
7.自動(dòng)
奶牛專用燈自動(dòng)化是整個(gè)系統(tǒng)無開關(guān)，不需要靠人為調(diào)節(jié)，完全智能控制，通過感光器判斷。光感控制非常有意義，陰天下雨會(huì)掉奶就是光對(duì)產(chǎn)奶量影響最直接的例子，如果一棟兩千多頭牛的大舍晚開了一小時(shí)燈，損失是很大的，所以要盡量避免人為操作。
陰天下雨要不要多開一會(huì)？什么時(shí)候開？什么時(shí)候關(guān)？什么時(shí)候調(diào)暗？調(diào)到什么程度？這些問題不能靠人來解決。這里還要強(qiáng)調(diào)一下，別用人的感覺判斷牛，因?yàn)槿说难矍蚴歉叨冗M(jìn)化的，舉個(gè)例子，從一個(gè)小黑屋子一出來，我們馬上要瞇著眼遮擋陽光，但是兩分鐘就不刺眼了，我們的眼球可以很快適應(yīng)外界環(huán)境，但牛的眼球沒這么高級(jí)。
自動(dòng)化中，定時(shí)很重要。不只在一天之內(nèi)定時(shí)，還要在一年之內(nèi)定時(shí)，因?yàn)槎旌拖奶焯柹鸷吐湎碌臅r(shí)間不一樣，白天的時(shí)長(zhǎng)也不一樣，按季節(jié)調(diào)整。
感光器是必備的，環(huán)境達(dá)不到80勒克斯就自動(dòng)開啟。用感光器代替人對(duì)亮度的判斷，用控制器代替人為操作，同時(shí)感光器需要與整個(gè)控制系統(tǒng)配套調(diào)校。
8.照度
奶牛專用燈照度平均150勒克斯，普通的LED燈照度也是平均150勒克斯。雖然平均照度一樣，但有兩點(diǎn)區(qū)別：1.普通燈燈下和兩燈之間的照度差別很大；2.達(dá)到同樣照度，奶牛專用燈的用電量不到普通燈的三分之一。
我們已經(jīng)意識(shí)到必須使用LED燈了，LED的確省電，但是還要考慮發(fā)光效率的問題，也就是說同樣100瓦的LED燈，有的能管200平米的照明，有的只能管50平米的照明，這兩個(gè)燈區(qū)別就很大了。
這里需要解釋兩個(gè)概念：亮度和照度。亮度是針對(duì)照明工具的，而我們常說的照度針對(duì)的是空間，和照明工具一點(diǎn)關(guān)系都沒有。
對(duì)于畜牧業(yè)專用LED，以30米跨度100米長(zhǎng)度的牛舍為例，需要的總瓦數(shù)不應(yīng)該超過2500瓦，以補(bǔ)光6小時(shí)為例，一天的用電量在15度左右，一個(gè)月不應(yīng)該超過500度電，而一個(gè)400*100米的密閉牛舍總瓦數(shù)應(yīng)該不超過3萬瓦，一天開燈16小時(shí)，夜間10%用電量，一個(gè)月用電量大約1.5萬度，只有滿足這個(gè)用電量并保證充足和均勻的光照強(qiáng)度，才是專業(yè)的畜牧用燈。
如何用燈
懸掛位置：以上我們談到奶牛專用燈是照射牛眼球刺激分泌褪黑素的，并不是照著TMR，所以燈應(yīng)該懸掛在奶牛出現(xiàn)頻率最高的地方，大約在臥床和站立區(qū)上方，當(dāng)然也要考慮附著點(diǎn)和風(fēng)扇的位置，避開風(fēng)扇等擋光。燈珠的高度一般選擇在4.8～4.9米，這是經(jīng)過3D模擬計(jì)算結(jié)合牧場(chǎng)的實(shí)際操作得出的數(shù)據(jù)。
照度評(píng)估：應(yīng)該評(píng)估牛眼睛出現(xiàn)頻率最高的位置照度是多少勒克斯，大約在距離地面1.2米的位置。
懸掛方式：平行或垂直采食通道都可以，但應(yīng)該做3D光照模擬圖，并結(jié)合牛舍和奶廳的實(shí)際情況，找到最佳的懸掛方式。
懸掛高度：應(yīng)結(jié)合LED燈珠的燈光發(fā)射角度、風(fēng)扇高度、有無機(jī)械作業(yè)等情況綜合考慮，目標(biāo)是讓離地1.2米的位置得到盡可能均勻的光照，并使整個(gè)牛舍所有奶?；顒?dòng)區(qū)域的光照強(qiáng)度達(dá)到平均150勒克斯（所以采食通道中間是多少勒克斯并不重要，因?yàn)楦緵]有牛）。
清潔：建議每年最好清潔兩次，至少每年秋天清洗一次，因?yàn)樯n蠅屎是最影響發(fā)光效率的。
安全：奶牛用燈必須自帶漏電保護(hù)功能和防火功能，對(duì)牧場(chǎng)都有好處，電源線各牧場(chǎng)都有安全要求。
