新型LED光源對蛋雞生長發(fā)育影響的研究進(jìn)展

摘要：基于禽類特殊的視覺系統(tǒng)及現(xiàn)階段主要采用的密閉式禽舍建筑形式，人工光照管理在蛋雞生產(chǎn)中的重要性愈發(fā)凸顯。新型LED燈以其節(jié)能、高效、單色性佳、可進(jìn)行智能化調(diào)控等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于蛋雞生產(chǎn)中。文章概述了近年來傳統(tǒng)光源及LED光色、光照度及光照周期等因素對蛋雞生長發(fā)育（采食量、體重及飼料轉(zhuǎn)換率）、生產(chǎn)性能（開產(chǎn)日齡、產(chǎn)蛋量及蛋品質(zhì)）、行為活動(dòng)（覓食、采食、梳羽、休息及啄癖）等方面產(chǎn)生的影響，對比分析傳統(tǒng)光源和LED光源存在的差異，回顧了LED光源智能化調(diào)控技術(shù)在畜禽舍照明領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀，指出LED燈在蛋雞生產(chǎn)中的應(yīng)用潛力和方向，以期為日后的研究提供更多的突破思路。

禽類具有極為敏感的視覺反應(yīng)系統(tǒng)，能夠通過眼球視網(wǎng)膜和頭蓋骨下的感受神經(jīng)，對不同的光照條件做出相應(yīng)的神經(jīng)反射，通過體內(nèi)的新陳代謝與激素變化來調(diào)節(jié)機(jī)體發(fā)育及行為活動(dòng)。人類視網(wǎng)膜上具有L、M和S型3種視錐細(xì)胞，分別對應(yīng)的最大光譜敏感峰值為650 nm、535 nm和440 nm。禽類具有第4種視錐細(xì)胞，其敏感峰值出現(xiàn)在415 nm，使其對于光照更加敏感。特殊的生理結(jié)構(gòu)決定了光照環(huán)境在蛋雞生產(chǎn)中的重要性，通過不同的作用機(jī)制直接或間接地影響蛋雞的生長發(fā)育、生產(chǎn)性能及行為活動(dòng)。

現(xiàn)代化蛋雞生產(chǎn)均采用密閉式雞舍，人工光源成為唯一且完全可控的光環(huán)境因子。科學(xué)合理的光照可以在確保動(dòng)物福利的基礎(chǔ)上，最大限度地提高蛋雞的生產(chǎn)性能。20世紀(jì)60~70年代關(guān)于白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源在畜禽舍中的應(yīng)用研究是個(gè)熱點(diǎn)，特別是針對光照度及光照周期的很多成果且已經(jīng)在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。近年來，LED光源的出現(xiàn)和智能化調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用，使得舍內(nèi)光環(huán)境調(diào)控再度受到關(guān)注。本文通過梳理光照度、光周期的研究成果和實(shí)際應(yīng)用情況，著重就LED新型光源對蛋雞行為及生理生長發(fā)育、智能調(diào)控系統(tǒng)方面的最新研究進(jìn)展進(jìn)行分析，更好地了解該光源在蛋雞生產(chǎn)應(yīng)用中的優(yōu)勢及存在問題，以便為今后LED燈在禽類生產(chǎn)實(shí)踐中的科學(xué)應(yīng)用提供參考。

1、 LED光源在蛋雞生產(chǎn)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

自二十世紀(jì)七、八十年代以來，關(guān)于傳統(tǒng)光源在蛋雞舍中的應(yīng)用已具有一定的研究基礎(chǔ)，而近年來，LED燈等新型光源的推廣與普及，將光環(huán)境調(diào)控在蛋雞生產(chǎn)中的應(yīng)用推進(jìn)到了新的研究階段。

1.1 LED燈與傳統(tǒng)光源的對比

新型的LED燈發(fā)光二極管，作為一種新型光源，具有體積小，壽命長，驅(qū)動(dòng)電壓低，耗電量低，反應(yīng)速率快，耐振性好，單色性佳和破碎后無污染等特點(diǎn)。

1.1.1能耗

Kamanli等比較了蛋雞舍中白熾燈、小型熒光燈和LED燈的能耗狀況，白熾燈耗電量是LED燈的7.12倍，是熒光燈的5.14倍。楊景晁等通過對比LED燈和節(jié)能燈對蛋雞生產(chǎn)性能的影響以及兩種燈的能耗總量得出了相同的結(jié)論，即LED燈可在確保蛋雞生產(chǎn)性能的同時(shí)，節(jié)約能耗。

1.1.2照度衰減

Benson等對熒光燈、緊湊型熒光燈和LED燈三種光源進(jìn)行了照度衰減方面的分析比較，發(fā)現(xiàn)較其他兩種光源而言，LED燈存在較嚴(yán)重的照度衰減現(xiàn)象，其每天的衰減強(qiáng)度是熒光燈的10倍。1.1.3光照的空間均勻性Long等通過對比LED燈和熒光燈在蛋雞舍中的應(yīng)用性能，指出LED等較熒光燈產(chǎn)熱量小，但其空間均勻性較低。且LED燈光照縱向均勻性優(yōu)于橫向。

1.1.4 LED燈智能化調(diào)控

蛋雞整個(gè)生長周期中，光環(huán)境參數(shù)一直處于動(dòng)態(tài)變化中，在逐步完善光照對蛋雞生理、行為及生產(chǎn)性能等多方面作用模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合智能化調(diào)控手段，實(shí)現(xiàn)蛋雞舍光色、光照度及光周期的動(dòng)態(tài)可調(diào)，對于蛋雞生產(chǎn)具有重要的意義。蘇俊民基于LED燈開發(fā)了一種畜禽養(yǎng)殖光照控制器，可根據(jù)天黑和天亮的信號和光照程序進(jìn)行夜間光照的自動(dòng)控制。陳永樂等針對半開放雞舍的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用光照傳感器采光，進(jìn)而通過繼電器控制舍內(nèi)光源，節(jié)約電能的同時(shí)保證蛋雞的光照需求。潘學(xué)東等設(shè)計(jì)開發(fā)了一套可用于智能化蛋雞養(yǎng)殖的LED光源控制系統(tǒng)，利用可程控的LED燈，實(shí)現(xiàn)光質(zhì)、光強(qiáng)與光照制度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，滿足蛋雞在不同階段所需的光照時(shí)間與光照強(qiáng)度的要求。武志強(qiáng)基于LED燈極佳的單色性，設(shè)計(jì)了一套以牛頓三原色光為基本原理且可應(yīng)用于蛋雞舍的光色可調(diào)系統(tǒng)，通過PWN調(diào)光方式控制LED的電流來調(diào)控紅、藍(lán)、綠光的亮度，進(jìn)而產(chǎn)生黃、青、白等光色，較好地滿足了蛋雞精確補(bǔ)光的需求，將舍內(nèi)光照推向了更為精準(zhǔn)化的階段。周國泉等研發(fā)出了一種適用于肉雞養(yǎng)殖的綠藍(lán)紫外三色LED組合燈，在育雛期提供綠光，育成期提供藍(lán)光，同時(shí)在整個(gè)周期內(nèi)，每天提供適量紫外光，用以提高肉雞生產(chǎn)性能。Hawk將LED等應(yīng)用到了飲水及采食系統(tǒng)，通過燈光來吸引和指導(dǎo)動(dòng)物，確保在黑暗環(huán)境中同樣可以正常飲水采食。泮進(jìn)明等設(shè)計(jì)了一種適用于梯形雞籠蛋雞或種雞規(guī)模養(yǎng)殖LED燈照明系統(tǒng)，用以滿足新型蛋雞養(yǎng)殖模式對光照的需求。

2、 LED光對蛋雞的影響

2.1 LED光色對蛋雞的影響

LED燈區(qū)別于傳統(tǒng)光源最大的特性在于其極強(qiáng)的單色性，且通過與智能調(diào)控系統(tǒng)的結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)“一燈多色，任意轉(zhuǎn)換”。這些優(yōu)勢決定了針對LED燈的研究將主要集中在光色這一領(lǐng)域，探討單色光對蛋雞生長發(fā)育及生產(chǎn)性能的影響。禽類可見光譜范圍寬于人類，同時(shí)可區(qū)分不同的顏色。在感受不同的光色后，其生物節(jié)律、生產(chǎn)性能都將產(chǎn)生變化。且在不同的生長周期，蛋雞對于光照的需求也不盡相同。因此，明確不同生長階段光色對蛋雞生的影響，對于科學(xué)合理地使用單色LED，正確地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐具有重要意義。

2.1.1 LED光色對蛋雞行為的影響

不同光色會(huì)產(chǎn)生不同的光效，從而對蛋雞的行為產(chǎn)生不同程度的影響。Hubereiche等［20］通過監(jiān)控紅、白、綠三種光色下蛋雞的行為參數(shù)，分析得出綠光下蛋雞的探索性行為（覓食、叼啄等）更為頻繁，與白光相比，紅光下蛋雞的攻擊性較弱。Sultana等［21］的研究結(jié)果表明蛋雞在紅光下攻擊性增強(qiáng)，藍(lán)光照射會(huì)降低蛋雞的活動(dòng)量，雞只表現(xiàn)較為安靜。

2.1.2 LED光色對育成雞生理及生產(chǎn)性能的影響

在育成期進(jìn)行單色光處理，會(huì)對蛋雞的性成熟產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而影響后期的生產(chǎn)性能。已有研究顯示，對14周齡蛋雞進(jìn)行藍(lán)光處理，雞只開產(chǎn)時(shí)間顯著晚于紅光和白光組。Hassan等使用不同單色LED燈及各單色光的組合對12周齡蛋雞進(jìn)行光處理，研究結(jié)果顯示藍(lán)光（63.63 g）和綠光（63.06 g）處理后，蛋重顯著優(yōu)于紅光（61.76 g）及其他組合光組，其中綠光組的蛋殼強(qiáng)度顯著增加（P<0.05）；紅光處理下蛋雞的飼料轉(zhuǎn)換率較高，蛋殼著色明顯。此外，紅光和綠光的組合使用(14 h紅光+2 h綠光)可提高蛋雞的FSH、E2的分泌水平，促進(jìn)卵巢發(fā)育，進(jìn)而提高產(chǎn)蛋量。

2.1.3 LED光色對產(chǎn)蛋雞生理及生產(chǎn)性能的影響

產(chǎn)蛋期（19周齡）使用藍(lán)光處理可提高蛋雞的產(chǎn)蛋量及飼料轉(zhuǎn)換率，同時(shí)藍(lán)光和紅光下蛋雞的蛋重增長趨勢較白光和綠光下緩慢［26］。此外，紅光處理下，蛋雞的受精率和孵化率較藍(lán)光和綠光組高，同時(shí)紅光組FSH和LH的分泌量也顯著高于綠光組。產(chǎn)蛋高峰期提供不同顏色的光照將會(huì)顯著影響產(chǎn)蛋量的變化。藍(lán)光處理可促進(jìn)LH和FSH的分泌，進(jìn)而提高產(chǎn)蛋量，降低料蛋比。光色對蛋雞的影響主要存在于性成熟和生產(chǎn)性能方面。針對不同生長階段的蛋雞應(yīng)采取不同的光色處理來達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。關(guān)于光色對蛋雞行為的影響這一方面，研究基礎(chǔ)較為薄弱，存在較多的爭議，還需進(jìn)一步進(jìn)行探究和分析。

2.2 LED光照度對蛋雞影響

2.2.1 LED光照度對蛋雞行為的影響

一般認(rèn)為，黑暗環(huán)境下雞只的活動(dòng)量基本為零，光照周期初始階段活動(dòng)量急劇增加，由此可知，光照度與蛋雞的行為活動(dòng)密切相關(guān)。Wang等［30］通過觀察5、10、15、20 lx四個(gè)照度等級下雛雞的啄羽行為及針對皮膚損傷狀態(tài)進(jìn)行評分得出，蛋雞不同部位皮膚損傷面積分別為尾部（44.02%），背部（20.8%），頭部（15.73%），且損傷程度隨著光照度的增加而呈現(xiàn)增加趨勢。關(guān)于LED不同光照度對蛋雞的影響與傳統(tǒng)光源相似，蛋雞的啄羽、啄肛等行為隨著光照度的增加而增加的同時(shí)，活動(dòng)量也會(huì)增大，用于活動(dòng)的能量消耗也會(huì)隨之上升。

2.2.2 LED光色與光照度的耦合效應(yīng)對蛋雞的影響

禽類特殊的視覺系統(tǒng)決定了其對400~480 nm及580~700 nm范圍內(nèi)光照的敏感度優(yōu)于人類，即特定光色條件下，禽類感受到的照度等級與人類存在差別。而在日常生產(chǎn)中，所有光源的照度設(shè)置均是基于人眼的照度標(biāo)準(zhǔn)，且在單色光下仍使用白光的照度標(biāo)準(zhǔn)，缺乏科學(xué)的理論參考值。因此，系統(tǒng)全面地探究光色及照度的耦合作用，對于充分發(fā)揮LED燈在蛋雞生產(chǎn)中的作用具有重要的意義。目前，基于LED光極佳的單色性，相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者針對光色對蛋雞的影響已經(jīng)做了十分系統(tǒng)的研究。而關(guān)于單色光與照度兩因素耦合作用的研究仍然較少。戚咸理等針對3 600只商品蛋雞，在紅、綠、藍(lán)、白四種光色下，設(shè)置了0.1、0.5、1、2.5、5、10、15、20、25、30 lx 9個(gè)不同的照度等級。通過觀察不同光色及照度水平下蛋雞的死淘率、耗料量、產(chǎn)蛋量、啄癖等指標(biāo)，總結(jié)得出光色及照度對蛋雞的影響。研究結(jié)果顯示不同光色下，蛋雞的性成熟日齡隨著照度水平的升高而提前。生產(chǎn)實(shí)踐中使用單色光已經(jīng)較為普遍，但如何更加準(zhǔn)確地選擇單色光，如何選擇與之配套的其他光環(huán)境參數(shù)，則需要更進(jìn)一步的探究。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室針對這一問題，搭建了一套自主偏好性選擇系統(tǒng)，用以探究光色對蛋雞的影響。筆者也一直致力于探究藍(lán)色LED燈與光照度耦合作用對育成雞的影響，初步結(jié)果顯示藍(lán)光處理會(huì)導(dǎo)致蛋雞性成熟推遲，選擇高于白光的照度等級，可實(shí)現(xiàn)蛋雞較好的生長發(fā)育。

2.3 LED光周期對蛋雞的影響

自然環(huán)境中，光照時(shí)間隨著季節(jié)變化而變化，蛋雞在此環(huán)境中形成的生物節(jié)律對其充分地發(fā)揮產(chǎn)蛋性能至關(guān)重要。密閉雞舍中，人工光源的工作時(shí)間，是否與蛋雞的生物節(jié)律一致，直接決定了其生產(chǎn)性能的優(yōu)劣［38］。光周期對蛋雞生產(chǎn)的影響主要來源于光照時(shí)間的不同，光源種類在此過程中無顯著性影響。Kamanli等［39］通過對比相同光周期下黃光白熾燈、白光迷你熒光燈及白光LED燈三種不同光源對蛋雞生產(chǎn)性能及蛋品質(zhì)的影響，研究結(jié)果顯示光源種類對蛋雞最終的體重、采食量、產(chǎn)蛋量、雞蛋的蛋白指數(shù)和形態(tài)指數(shù)均無顯著影響。因此，LED燈光周期對蛋雞的影響與傳統(tǒng)光源一致。

2.3.1 LED光周期對蛋雞生產(chǎn)性能的影響

生產(chǎn)實(shí)踐中使用的標(biāo)準(zhǔn)光周期為16L∶8D，而眾多研究顯示，間歇光照不僅可以減少照明時(shí)間，節(jié)約成本，而且可以維持甚至提高蛋雞的產(chǎn)蛋性能［40~43］。Ma等［44］對比了13L∶5D∶1L∶5D和16L∶8D這兩種光照周期下蛋雞的產(chǎn)蛋性能和能量效率，研究結(jié)果顯示，間歇光照組和持續(xù)光照組18~58周齡蛋雞的日平均產(chǎn)蛋量分別為（60.8±19.2）%和（59.7±19.3）%；截至58周齡，間歇光照組每只蛋雞的產(chǎn)蛋量比持續(xù)光照組多7個(gè)，但兩組采食量無顯著差異，表明間歇光照可提高飼料轉(zhuǎn)化率。Shen［45］通過對比兩種間歇光照與連續(xù)光照對蛋雞生產(chǎn)性能的影響，指出不同的光照周期對蛋品質(zhì)沒有顯著性影響，但間歇光照下蛋雞的產(chǎn)蛋量顯著增加。相較于持續(xù)的短期光照，育成期提供逐漸減少（23~8 h）的光照制度會(huì)推遲蛋雞的開產(chǎn)時(shí)間。而在持續(xù)光照中，8 h光照環(huán)境下蛋雞的性成熟時(shí)間相較于10 h光照推遲了18.3 d［48］，表明育成期延長光照時(shí)間有助于促進(jìn)蛋雞的性成熟。

2.3.2 LED光周期對蛋雞死淘率的影響

Lewis等分析了不同間歇光照下蛋雞的死淘率，指出較短的日間照明可有效降低蛋雞的死淘率，且光照時(shí)間每增加1 h，死淘率將增加0.8%。3結(jié)語LED光源極佳的單色性，使單色光在生產(chǎn)中得到應(yīng)用逐步成熟。但目前關(guān)于單色光與光照度及光照制度的多因素耦合所產(chǎn)生的影響效果尚不明確，仍需要更進(jìn)一步探索；其次，隨著蛋雞養(yǎng)殖模式的變化，舍內(nèi)補(bǔ)光模式也應(yīng)依照空間變化而進(jìn)行調(diào)整，可充分利用LED燈體積小，安裝形式多樣，光參數(shù)可控等優(yōu)勢，探究不同飼養(yǎng)模式下燈具的安裝及補(bǔ)光方案；此外，基于蛋雞不同時(shí)期對光環(huán)境的不同需求，有效結(jié)合智能環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)與LED燈，實(shí)現(xiàn)蛋雞舍光照系統(tǒng)的智能化和精準(zhǔn)化對于科學(xué)高效地管理蛋雞生產(chǎn)具有重要的意義。

來源：中國家禽 作者：楊瀟  施正香 鄭煒超  童勤