《规模化奶牛场小气候自动监测技术规范（报批稿）》编制说明

1编制说明《规模化奶牛场小气候自动监测技术规范》编制组2编制说明一、目的意义江苏共有规模化奶牛场98个，奶牛存栏量14.3万头，年产牛奶69万吨（2023年）。奶牛生长发育、产奶量、奶质均受奶牛场小气候影响，不利的气象条件对奶牛生长、泌乳影响巨大，比如高温会引起奶牛热应激，降低生产力，奶牛场缺少小气候监测常常致使无法及时采取防范措施；同时奶牛养殖过程中，牛胃发酵、奶牛粪污等产生甲烷、二氧化碳，在碳减排、碳中和的背景下，需要关注规模化奶牛场的碳足迹，获取牧场碳排放数据；加之奶牛粪尿排泄时产生的恶臭气体，如氨气、硫化氢等，常常扩散至奶牛场周边居民区，引起民众投诉。因此，提高规模化奶牛场小气候的监测水平具有显著的经济、社会和生态效益。未来江苏规模化奶牛场建设将更加趋向信息化、智能化、生态环保可持续化，首要工作应是提高规模化奶牛场小气候自动监测水平，并确定规模化奶牛场不同功能区域的气象、环境等要素的小气候自动监测技术规范。然而，规模化奶牛场小气候自动监测的技术规范仍为空白，因此根据江苏地区气候特点、地域特色、牛舍类型等确定规模化奶牛场小气候监测规范对奶牛场建设、管理更有实际意义。而江苏规模化奶牛场更关注牛舍内部环境，因此人力巡检成本较高，对牛舍小气候管控需求较大。当前牛舍的小气3候监测主要依赖于简单的温湿度计，且监测设备型号、数据、布设位置无统一规范；气象环境管理自动化、智能化水平低。通过布设一定标准的小气候监测设备，实现对奶牛场小气候全方位的标准监测；结合生产阈值对牛舍小气候及时管理，指导生产，提高牛奶产量和奶牛福利同时降低了人力成本，经济效益巨大。江苏经济产量位居全国前列，也是城镇化水平发展快速的地区。因此，在江苏城市化快速扩张的同时，奶牛场与周边居民区的距离也越来越近，奶牛场对周边环境的影响也逐渐加剧。奶牛场当前存在污染气体缺少预测防控、粪污资源化利用率低等问题。不适宜环境也会使奶牛产生不良应激反应，将影响健康、诱发疾病、降低生产力。2023年中央1号文件指出，继续实施奶业振兴行动，推进农业绿色发展是关键。因此，通过在关键区域布设一定标准的小气候监测设备，及时采取污染防控措施，减少奶牛场恶臭气体排放并及时将数据向周边居民公布，可以缓解奶牛场与周边居民的矛盾，具有显著的社会、生态效益。综上，本项目针对规模化奶牛场管理痛点、难点，结合目前市场需求，基于已有的成熟技术和本研究团队的技术积累，根据江苏地区气候特点，基于场区、牛舍、奶厅、粪污处理区等关键区域，制定规模化奶牛场小气候自动监测技术规范，涵盖点位选取、监测要素、监测仪器参数及设备维护、4监测数据文件等，实现对奶牛场小气候多方面的标准监测，可结合生产阈值对牛舍小气候及时管理，指导生产，节省管理人员巡查、记录、处置的次数，降低人力成本；通过牛舍气象环境智能管控，节约水电费用、节约能源提高经济效益。案），经济效益显著，同时减少奶牛场恶臭气体排放，通过及时将数据向周边居民公布，减少奶牛场对周边环境影响，减缓了牧场规模化养殖对生态环境的影响，提高社会生态效益。另一方面，也具有行业融合引领示范效应。首次将气象影响因素与奶牛场生产管理相结合，以小切口撬动大行业改革，实现规模化奶牛场绿色高效发展，为不同行业间的融合创新起到示范引领作用。二、任务来源2022年8月，江苏省市场监督管理局印发《省市场监督管理局关于下达2022年度江苏省地方标准项目计划的通知》（苏市监标[2022]192号批准《规模化奶牛小气候自动监测技术规范》立项，项目序号为179，由江苏省气象服务中心牵头编制。本标准由江苏省气象局负责管理，由江苏省气象服务中心主编，南京卫岗乳业有限公司、江苏省农业科学院、南京5农业大学、江苏省环境监测中心、江苏省气象探测中心、江苏省质量和标准化研究院负责起草。江苏省气象服务中心是江苏省气象局直属气象科研业务单位，承担气象灾害防御、专业气象、农业气象、服务及科研等工作，完成了国家级、省部级、厅局级项目50多项，获得多项省部级科技成果奖，公开发表论文200余篇，主编、参编10余项国家级、省级标准。三、制定工作过程（一）成立标准编写组2022年6月，标准经批准立项后，立即以项目起草主要成员为基础，吸收相关专业的骨干成立标准编制组，编制组成员含正高职称4名，副高职称4名，中级3名，专业涵盖大气科学、环境学、畜牧养殖、气象探测技术等相关学科，专业结构合理，编制组成员长期从事气象环境设备布设、监测、评价和相关管理工作，积累了丰富的工作经验和大量基础数据，且具有丰富的行业标准和地方标准等编制工作经验，为本规范的编制积累了较好的理论、实践和数据基础。（二）查询资料和初步调研2022年6月至2022年8月，编制组根据《江苏省地方标准管理规定》的相关要求，检索、查询和收集国内外相关标准和文献资料，主要针对目前各地在奶牛场气象环境在线6监测系统建设的规定进行了汇总分析。同时编制组调研了江苏地区8家奶牛场、上海地区1家奶牛场、山东地区2家奶牛场以及宁夏吴忠地区1家奶牛场（图1），了解了当前气象环境设备监测要素、布设数量、安装高度以及存在的问题（图2）等方面。（三）确定研究方案和技术路线编制组结合奶牛场生态化发展目标和气象服务需求，开展规模化奶牛场小气候自动监测技术研究进展调研；开展了7典型牛舍小气候环境监测及分布规律分析；开展典型牛舍内部小气候环境模拟仿真；建牛舍内外环境对奶牛生产、生理影响分析。相关工作由国家重点研发计划“科技助力经济2020”重点专项-“气象助力生态科技牧场发展”（KJZLJJ202010）、江苏省气象局2021年面上项目“基于计算机流体力学的室内微气候特征及其数值模拟”（KM202111）、江苏省气象局2022年青年项目“标准牧舍舍内气象环境响应及预测模型构建”（KQ202227合计经费156万）共同资助。编制组学习标准化工作导则GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》，参考相关标准和资料，确立了本规范研究技术路线如下图：8分析研究江苏地形地貌、水文、气象等自然条件状况，研究奶牛场气象环境在线监测站点的布设点位选取、结构选型、安全性和稳定性等适宜性要求；根据江苏奶牛场运营管理及气象服务监测需求，实施各类监测要素多型号仪器设备在江苏各牧场选型测试，研究监测内容（因子）选取、仪器设备选型等细则要求；比选现有及未来短期内可实现的通讯技术方式，进行稳定性、保密性、兼容性等实现条件和费用测算研究，研究数据采集传输等方面细则。（四）开题论证在广泛调研、初步研究的基础上，结合我省目前对奶牛场气象环境在线监测技术要求，初步确定了标准的主要技术内容和制定的技术路线，并编写了开题论证报告和标准草4），与会专家以会审结合函审形式审阅了编制组标准开题论证报告和标准草案的内容介绍，形成论证意见。根据专家论证意见，编制组完善了技术路线和工作方案，为规范编制打下基础。9（五）编写标准征求意见稿和编制说明2023年8月～2023年10月，编制组就标准编制面向相关政府部门、企事业单位，有针对性的对技术规范中涉及的布点原则、监测参数选择、建设要求等进行了全面调研，对目前市场上的畜牧环境在线监测设备进行研选测试，通过组织有关专家召开论证会，在此基础上进一步修改完善了技术规范内容形成初稿；组织研选主流畜牧气象环境在线监测设备，形成畜牧气象环境在线监测设备研选比对材料，确立标准用在线监测参数性能指标，对标准内容进行了进一步丰富和完善。（六）标准征求意见稿送审前审查2023年11月21日，编制组在江苏省气象服务中心召开标准专家论证会。江苏省气象服务中心、江苏省农业科学院、南京农业大学、江苏省环境监测中心等标准编制单位的编制人员参加了会议，并邀请了大气探测、农业服务、天气预报等相关领域专家到会指导。专家组充分肯定了编制组前期所做的详实的工作，并认为该标准紧密结合江苏地区奶牛场特点，从奶牛场生态化发展和气象服务角度出发，明确了奶牛场小气候自动监测要素、数量、布设位置及设备参数等方面要求。同时，专家组也指出了研究方案和技术路线的合理性，并强调该标准的适用性强，具有较高的科学性、创新性、协调性和规范性。专家组一致认为：该标准制定目标明确，技术方案可行，一致同意进入公开征求意见阶段（图5）。（七）标准公开征求意见2023年12月29日，进入标准征求意见稿公开征求意见环节。本标准征求意见稿于江苏省气象局气象政务管理信息系统进行公开征求意见（图6），并以函评的形式邀请扬州大学、南京农业大学、淮安市动物疫病预防控制中心、南京卫岗乳业有限公司、爱德卫岗现代牧业（泗洪）有限公司、江苏省生态环境监测监控有限公司、江苏省质量和标准化研究院、江苏省气候中心等单位相关专家进行意见建议。共征求了来自8个单位共8位专家意见。发送征求意见稿之后，回函的单位数和专家数分别为8个和8位，其中回函并有建议或者意见的单位和专家数分别为8个和8位，没有回函的单位和专家数分别为0个和0位。累计收到意见32条，采纳31条，未采纳1条，无意见的专家数为0。项目组对征求意见加以分析、研究，经过修改和完善，形成标准送审讨论稿。（八）标准送审及审查2024年3月12日，编制组向江苏省气象局法规处提出地方标准审查申请，并提交相关送审材料。2024年9月25日，江苏省市场监督管理局在南京组织召开了本标准的送审稿专家审查会，专家组认真听取起草组关于标准制定的说明，审阅了标准送审材料，逐条对送审查稿进行讨论后，一致同意该标准通过审查。（九）标准报批稿编制组及时对审查会专家提出修改意见进行修改完善，由主要负责人进行统稿并形成标准报批稿。2024年10月23日，并提交材料进行报批申请。四、主要内容及技术指标确立（一）编制原则本标准为江苏省地方标准，属于推荐性标准。技术规范的编制借鉴各地奶牛场气象环境在线监测站点建设的先进经验，结合国家标准的制定思路，综合考虑江苏省现代都市型畜牧业气象环境在线监测站点建设的现状、安装布设过程中存在的问题、监测系统未来发展需求，确保能够满足相关标准和工作的需求，体现江苏省规模化奶牛场小气候自动监测站点建设特点。编制过程中，依托国家重点研发计划“科技助力经济2020”重点专项-“气象助力生态科技牧场发展”（KJZLJJ202010）、江苏省气象局2021年面上项目“基于计算机流体力学的室内微气候特征及其数值模拟”（KM202111）、江苏省气象局2022年青年项目“标准牧舍舍内气象环境响应及预测模型构建”（KQ202227）等3项国家级、厅局级科研项目，研发了固定式、地轨式、吊轨式3种奶牛场小气候自动观测设备，并开展了奶牛场小气候自动观测试验；基于小气候观测数据，开展了奶牛场小气候环境时空分布规律分析，厘清了奶牛场牛舍内外小气候温度、湿度等要素的变化及相互作用机制；基于计算流体力学，开展了牛舍小气候环境的模型搭建，构建了牛舍内部温度、湿度、风速三维仿真模型，结合观测数据，进行了牛舍小气候环境的模拟，以上研究均为本标准的编制提供了科学的依据。《规模化奶牛场小气候自动监测技术规范》明确规定了江苏地区规模化奶牛场不同功能区气象环境监测要素、布设规范，填补了气象环境监测设备在奶牛场方面布设规范方面的空白，将气象服务工作专业化、精细化、标准化，具有创新性。适用于江苏地区气候特征的都市畜牧业的生态发展。通过标准化的奶牛场气象环境监测，结合精准的气象服务技术，可促进乳业的提高经济、生态、社会效益。相关技术获得2021年“科创江苏”创新创业大赛农业科技领域一等奖（生态科技牧场）、2021年中国气象服务协会科学技术奖一等奖（乳品全产业链气象服务示范应用）等多个省部级奖项。注重行业内外交叉融合，注重与气象环保领域标准之间的协调，尤其考虑本领域基础技术标准的情况，注意采用已发布的国际、国家标准中做出的规定，尤其注重标准执行过程中的易操作性，制定本标准的技术路线，形成最终方案，确保制定标准的可行性，适用于全省范围操作执行。根据GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》给出的规定起草，符合标准编写要求。本标准的所有条目在表述上力求做到清晰、明确，在方法上力求做到简易、可操作。（二）主要内容（1）规模化奶牛场的定义对于规模化奶牛场存栏数的定义众多，有学者认为是500头以上，有学者认为是100头（NY1567-2007），有学者认为200头（DB311098-2018）。本标准综合考量江苏地区奶牛场情况，选择100头作为本标准的规模化奶牛场的奶牛头数要求。标准适用于现有和新建规模化奶牛场，现有的牛场，指的是已经建成的牧场，在现代化改造的时候，需要符合本标准要求；新建的牧场指的是在本标准颁布之后新建的牧场（DB311098-2018）。（2）规模化奶牛场小气候的定义农业小气候指的是农田、果园、温室等农业物生长环境和农业生产活动环境内的气候,这些小环境内的气候与农业生物和农业生产有着密切的联系[1-3]。而根据不同下垫面构造和特性，产生不同的小气候效应。例如“草原小气候”指的是由于下垫面构造和特性不同以及人类活动影响所形成的草原近地层和土壤上层特殊的局地小环境气候。草原小气候空间尺度垂直方向在近地层气层10m以内，水平方向为数米至数百米（DB51/T854-2008）；“设施农业小气候”指的是受设施结构的影响,设施内空气、土壤与作物群体间的物理过程和生物过程相互作用形成的不同于设施外的环境气候条件（GB/T38757-2020）；“农林小气候”指的是“农田、森林、果园、草场以及各种农业设施中的贴地气层和土壤气候的统称”（GB/T20524-2018）。因此，综合考虑以上标准中对于不同场景的小气候的定义，本标准的规模化奶牛场小气候指的受奶牛场设施构造、管理方式以及奶牛活动影响所形成的局地环境气候。2、监测点布设要求（1）监测仪器布点原则点面结合，全面覆盖:考虑到调查目标为初步摸清区域整体环境状况，因此在点位布设上除了将重点风险源作为核心进行点位布设外，为反映场地整体气象环境及场地生产活动可能产生的影响，建议尽量采用系统布点法全面覆盖场地各功能区;功能分区，突出重点:场区内点位布设强调体现功能分区，按照用地功能分为生产、仓储、种植和办公等进行划分，重点针对牛舍、粪污处理区等区域作经验布点;资源节约，操作可行:点位布设需要结合采样现场的实际情况，充分考虑周边环境、交通条件以及采样安全性(地下管线分布、敏感区等)。同时兼顾经济原则，最大限度节约采样成本、人力物力资源。（2）监测仪器布点方法布点时的原则综合考量了功能区布点法结合几何图形布点法功能区布点法适合规划合理，布局得当的牧场。目前行业内传统畜禽舍的传感器布局多沿用一些早期根据经验提出的传统布局方案[6]，如中心法、梅花法、对角线法、蛇形、对称式和棋盘式等不同方式。该种方法以固定、规律的布点方式安置传感器，灵活性上虽然忽略了舍内温度的动态变化，但简单易行、标准化程度高且具有更强的稳定性。l对角线布点法示意图l梅花形布点法示意图（3）监测设备布点要求的确定由于本标准的监测设备布设环境较为粗放，监测要素的安装高度、分辨力和准确度主要参考GB/T35221-20175.4、GB/T33703-2017，并结合DB13/T2871-2018和DB11/T425-2018，适当放宽要求。l监测数量的确定应与牛舍面积匹配，单个牛舍至少3套。根据编写组实地调研结果表明，江苏地区牛舍面积大多在10000m2以内，因此大部分牛舍布设数量为3套即可，牛舍面积大于10000m2，监测点为5个。l安装高度的确定安装高度主要考虑不同的观测对象而进行相应设计。牛舍和奶厅的观测对象是奶牛，观测目的是观测影响奶牛生产的气象环境要素，因此高度选择与奶牛站立高度一致，因此设定观测高度1.5m～2.0m。l安装位置的确定监测点数量为3个时，选择均匀布点法，该种方法以固定、规律的布点方式安置传感器，灵活性上虽然忽略了舍内温度的动态变化，但简单易行、标准化程度高。当监测点数量大于3个时，按梅花式布设，分布较为均匀，在本标准中易于执行。l防护设备的增加考虑到牛舍为奶牛主要活动场所，牛只对监测设备进行啃咬，导致设备受损，无法正常观测；另一方面，牛舍内部车辆出入较为频繁，造成饲料、粪污等扬尘较为严重，容易对监测设备造成较大影响。因此，建议监测设备应配备防牛只啃咬、防尘的保护罩。2）奶厅l监测设备数量的确定主要根据奶牛场实际情况及需求制定并结合经济要素，因此至少设置1个点。l安装高度的确定安装高度主要考虑观测对象也是奶牛。奶牛在奶厅通常是等待挤奶的过程，全程保持站立。因奶厅人员操作区域相应低于地面，布设高度以相对位置高度作为限定，应在牛体上方0.5m以上。l安装位置的的确定考虑到监测的代表性，设备应布设在奶厅中央上方的位置。3）粪污处理区l监测设备数量的确定主要根据奶牛场实际情况及需求制定。由于当前对奶牛场环境高度重视，且奶牛场的臭味及温室气体来源主要为奶牛排出的粪便，因此在此区域因此至少设置2个点。l安装高度粪污处理区内运输粪污的车辆进出频繁，容易对布设较低位置的监测设备造成一定影响。考虑改区域同时关注气象和环境条件，建议安装高度在1.5m～2.0m。l安装位置的确定粪污处理区为粪污集中处理的区域，且一般为室外场所，空气较为流通，但环境较为恶劣。因此建议此处监测设备安装位置在粪污处理区主导风向的下风向30m~50m区域。干粪堆积区为粪污经过固液分离之后堆放干粪的地区，一般设有顶棚的半封闭区域，也是臭味较为聚集的地区。应设立明显标志、场地四周设置围栏。4）场区l监测设备数量的确定主要根据奶牛场实际情况及需求制定，因此至少设置1个点。l安装高度的确定安装高度主要考虑观测对象是整个牧场而非牛，高度不用过低，且观测对象以气象要素为主，因此布设高度主要参考GB/T35221-20175.4仪器安装高度要求。其中气温要素观测高度1.5m，风速观测高度2.0m，百叶箱观测高度为2.0m，并结合奶牛观测需求，综合制定高度选取1.5～2.0m。3、监测要素的确定（1）气象监测要素的确定综合考虑对奶牛场生产加工影响较大的气象要素，选择气温、相对湿度、风速、风向、气压、光照、噪音作为本标准监测的主要气象要素。气温、相对湿度和风速对奶牛产量影响巨大[4-5]，过高的温度和湿度会造成奶牛产生热应激反应，从而导致产奶量和奶质下降。气压、光照、噪音对奶牛舒适度有较大影响[7]，也是国际上评价奶牛福利的主要考量因素[8-10]，尤其是光照和噪音时间变化较为显著，在奶牛主要活动区域（牛舍、奶厅）中，需要额外增加这两项要素的观测。（2）环境监测要素的确定项目组采用实验室采样分析方法，于2021年12月委托江苏省环境监测中心对江苏省泗洪爱德牧场牧舍、堆粪区、饲料装卸区、污（物）水处理区恶臭污染物进行布点，同步对敏感点布设监测点位，开展手工监测。同时使用便携式监测设备对周边主要恶臭气体开展监测。出具的恶臭污染物监测分析报告表明，该牧场主要恶臭污染物为氨气、硫化氢和臭气。项目组于2021年对泗洪爱德牧场、牧舍内部布设了氨气、硫化氢及臭气泵吸式在线监测设备，经过2年多的调试和运行，该系列观测设备存在监测数据不稳定、进气口易受牧场扬尘堵塞、硫化氢和臭气数据经常为0的情况。结合资料查阅方法，当前对于硫化氢和臭气的监测及量化仍存在较大的技术难度且各传感器计算方法不统一，易出现监测不规范的情况。根据项目组对上海某牧场实地调研，该牧场已安装氨气传感器近十余年，且监测设备稳定，数据可靠，为上海市地方标准《DB31/1098-2018畜禽养殖业污染物排放标准》提供了较好的数据依据。因此，项目组综合考虑监测要素的代表性及监测设备的经济性、可操作性，选择氨气作为本标准的主要环境监测要素。奶牛养殖过程中，牛胃发酵、奶牛粪污等产生甲烷、二氧化碳，在碳减排、碳中和的背景下，需要关注规模化奶牛场的碳足迹，获取牧场碳排放数据，因此，本标准将甲烷这一温室气体考虑在内，作为奶牛场温室气体监测的代表性环境要素。PM2.5和PM10作为常见的可吸入颗粒物，对生活在奶牛场的工作人员和奶牛的健康都有一定影响，因此建议在不同区域都可选安装，而由于奶厅停留时间较短，可以不用安装。4、监测仪器的要求由于本项目的主要目的是为行业（乳业、牧业）提供可靠、稳定、标准的气象环境数据，并为气象服务提供精准数据基础。而乳业、牧业养殖较为粗放，养殖环境较不利于精密观测仪器的保养，因此在监测设备参数选定的过程中，气象类主要参考GB/T35221-2017和GB/T33703-2017结合DB13/DB11，适当放宽要求，环境类与其他行业内的环境监测设备要求保持一致。因奶厅人员操作区域相应低于地面，布置高度应在牛体上方0.5m以上。ms、监测仪器采集频率的确定本标准使用的气象环境监测仪器均为在线采集的方式，考虑奶牛场养殖环境较为粗放，扬尘较多，过高的采集频率会减短设备及耗材的使用寿命，不利于设备长期使用，因此根据牧场运行管理实际需求结合气象环境要素变化频率进行综合考量。其中，气温、相对湿度、气压、风险、风速、氨气、甲烷的数值时间变化较为剧烈且对奶牛的生产影响较大，设置采集频率为不低于6次/h。与气温、相