近幾年，奶牛光管理這個課題被很多牧場、科研機構和公司所關注，究其原因最主要的是因為光管理的投入產出比極高，會給牧場的經濟效益帶來比較大的提升。
光管理的理論基礎和研究進展
1.光對激素的作用機理
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。首先要明確一個概念，奶牛光管理的對象是激素而非TMR，全黑當然不行，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，可激活體內某些激素，第一反應就是發(fā)出信號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、生長激素、甲狀腺素、胰島素等的分泌，這些激素將對奶牛產生綜合作用，影響骨骼生長、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，對成年奶牛最直接的影響是刺激采食，進而提高產奶量，所以不必擔心諸如體況和繁殖等副作用，因為它動用的不是奶牛體內儲備，特別是對奶牛繁殖，具有正向作用，而非負向。
2.光周期由自然進化決定
奶牛光周期管理中，光照時間對奶牛褪黑激素的影響最重要，但黑暗時間對奶牛同樣重要，因為褪黑激素并不是分泌的越高越好，也不是抑制的越低越好，而是讓褪黑激素在體內出現波峰和波谷，形成合理的波浪形。
如果可以時空穿梭到數萬年前奶牛的老家北荷蘭郡，我們會看到全年3～18℃的氣溫和夏季最長18小時冬季最短8小時的光照，奶牛則是春季產犢、冬季干奶的自然狀態(tài)，光周期管理的研究結果恰恰與這一自然現象吻合。通過對奶牛舍特別是高峰期奶牛的光照進行模擬，可以看到從進化學的角度來說對奶牛最好，在科研研究中也得到了證實。
如下圖所示，橫坐標是一年12個月，縱坐標是一天24小時，藍色線條是每天日出時間，紅色線條是每天日落時間。案例日期10月22日，早上8點左右日出，晚上6點半左右日落，光照時間為10個半小時。兩處斷裂是奶牛在自然狀態(tài)下產犢和干奶的時間，奶牛在三月末四月初產犢，而泌乳高峰期發(fā)生在產后2個月也就是五月中旬，這個時候日出時間是早上5點，日落時間是晚上9點半，光照時間16.5個小時，而到了6月份光照時間更長，這說明在自然狀態(tài)下，泌乳高峰期奶牛的光照時間平均為16小時，這也與生產試驗得到的結論吻合。
另外，黑色區(qū)域代表黑暗時間，對奶牛同樣重要。如果違背奶牛休息時間，在黑暗期給予光照，也會影響到褪黑激素的分泌，使褪黑激素不能充分分泌，從而影響到產奶量。
3.科研驗證（泌乳牛）
美國科學家Dahl和Petitclerc針對1978～2002年進行的光周期研究進行總結，發(fā)表在2003年《奶?？茖W》雜志上。如下圖所示，他們得出結論：合理的調控光周期可以將采食量提高6%，產奶量提高5～16%（平均8%），約2公斤/天；長日照（16～18小時）處理后，2～4個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注點都在光的顏色上，也就是波長，我認為有點跑偏。對于中國的絕大多數牧場現階段最應該關注的還是照度。
下圖所示的研究雖然有快20年了，但對我們仍然有很大意義。X軸是照度，Y軸是血液中褪黑激素水平，Z軸是補光時間，可以看到從0到400勒克斯，第一個小時不管有沒有燈，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，從第二個小時開始，有燈和沒有燈的差距就很明顯了，最左側0勒克斯的一組從第二小時開始，褪黑激素就得不到抑制了，而且還有一個很有趣的現象是：第二小時50到400勒克斯對褪黑激素的抑制效果是相同的；關鍵是第三個小時，如果此時能夠使褪黑激素得到抑制，那么我們就可以做到16小時光照效果，但是遺憾的是50和100勒克斯第三個小時明顯升高，并不能得到抑制，而這時恰恰是奶牛最需要抑制褪黑激素的時間點。我國奶牛集中地區(qū)的維度比較高，泌乳高峰期強光照時間平均只有8～10個小時，我們需要給奶牛補光6～8個小時。同時，這項研究還說明了另一個問題，只是簡單的燈光改造而沒有達到抑制褪黑激素的閾值，并沒有實際作用，因為50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困惑我們的問題。第一，把照度提升到400勒克斯實際上和200勒克斯是一樣的，都只能多抑制褪黑色分泌一小時，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，有些牧場燈光改造了，但燈下超過200勒克斯，兩燈之間還有外側臥床只有不到50勒克斯，平均100勒克斯左右，看不出什么效果，因為50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個字8個詞：光譜，均勻，晝夜，壽命，密閉，頻閃，自動，照度。
1.光譜
奶牛專用燈根據奶牛需要設計，而普通的LED燈根據人的需要設計。人用LED藍光光譜非常強，熒光燈光譜斷斷續(xù)續(xù)，它們對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。荷蘭瓦克寧根大學畜牧學院2012年的試驗也驗證了這一點：奶牛需要白光，全光譜對奶牛的產奶性能最好，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，這一點在養(yǎng)雞行業(yè)已經做到，現在的雞場不用人用LED照明，相信養(yǎng)牛行業(yè)未來3～5年也會實現。
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，這樣對奶牛有應激，影響產奶量。光照的均勻首先與奶牛眼球的結構有關，奶牛只有兩種視錐細胞，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。
避免牛舍中出現明暗交替可以有兩個方案選擇：第一，多加燈，比如把100瓦燈換成兩個50瓦，50瓦燈換成兩個25瓦；第二，用很長的燈，比如同樣100瓦燈將燈帶做得很長，但做得太長又會帶來很多問題，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，我們的燈長有2米和2.5米的，做得很長對加工封閉性和避免膨脹系數非常有挑戰(zhàn)，不僅要做得長，還要做得密閉，需要綜合考慮燈的壽命問題、進了氨氣是否會腐蝕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光功能，能夠創(chuàng)造更加合理的晝夜光環(huán)境，同一個LED燈珠，既能使牛舍達到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，使牛舍中明暗交替更加明顯。
不必擔心，5勒克斯對于人的眼球可以很快適應，不會影響工人工作，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，要讓奶牛有一個適應期，盡量少產生應激。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，同樣可以將牛舍調整到需要的照度水平，讓燈最大程度的配合日光的照射。
對于密閉牛舍，燈是奶牛最重要的光源，這更加需要漸變功能，非開即關的狀態(tài)肯定是不夠的，夜間間隔開燈明暗交替會更加明顯。
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量、散熱片的設計和燈的整體密閉性等因素。
在選擇燈時，一定要看光衰期，而不是看“壽命”。光衰期指的是亮度衰減30%所用的時間。
使用壽命主要取決于兩個方面：第一，LED燈的光衰期，50000小時VS15000小時，同樣是LED，但使用壽命不同，我們在選擇時要看光衰期指標；為了避免頻繁換燈的工作量，應該至少使用光衰期4萬小時的LED。第二，燈珠和燈管的散熱效率，設計和是否為優(yōu)質散熱材料決定了燈珠的壽命，LED燈珠必須配合優(yōu)質的散熱輔材才能更有效的延長使用壽命。
5.密閉
奶牛專用燈密閉級別IP69級，普通的LED燈并不密閉，牧場用燈必須可清洗，防水意味著更加安全，特別是在奶廳，燈越長均勻度越好。
牛場的條件中，水氣、霧氣、塵土、糞污、蒼蠅屎等對燈來說都非常討厭，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會，建議放在秋天蒼蠅快沒時，把蒼蠅屎清洗干凈。
奶牛專用燈IP69級防水防塵，這是民用最高級別的密閉?？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。為了實現均勻的光照，最好選擇大的、長的燈。燈必須要有保護罩，防水防塵。密閉性強的燈，使用壽命也長。燈在牛場的另一個天敵是氨氣，燈只要防塵級別高便也能防氨氣。
高級別的防水防塵燈在奶廳里也可以使用。驅趕呵斥奶牛是牧場的大忌，但是牛為什么要驅趕？去擠奶不是一件很快樂的事兒嗎？牛不愿意進奶廳主要原因就是待擠區(qū)太黑了，她看不見！我們已經做了幾十個奶廳的待擠區(qū)改造，無一需要驅趕，而且擠奶區(qū)使用高質量的照明對操作人員發(fā)現乳房問題也有幫助。建議大家檢查一下自己牧場的待擠區(qū)，照度是不是和奶廳或牛舍一樣，雖然這是個簡單的問題，但是會解決一個很大的麻煩。
6.頻閃
奶牛專用燈一定不能有頻閃，奶牛雖然對立體成像不敏感，但是由于它眼球非常大，而且構造特殊，對頻閃非常敏感。頻閃是一種由于頻率而發(fā)生的閃爍，光通量波動深度越大，頻閃越嚴重，頻閃會造成產奶量降低，而普通的LED燈人眼看不到頻閃，因為人與牛的眼球構造不同，但是牛能看到。
目前有兩種技術可以消除頻閃：第一，采用高頻技術，提高閃動頻率；第二，采用恒流技術，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。
現在的牧場自動化程度越來越高，干擾將是未來牧場必須面對的問題，高頻消除頻閃對牧場信號可能會有干擾，恒流技術將會得到廣泛應用。所以再碰到號稱無頻閃的燈，您要問問是用高頻技術還是恒流技術消除頻閃。
7.自動
奶牛專用燈自動化是整個系統(tǒng)無開關，不需要靠人為調節(jié)，完全智能控制，通過感光器判斷。光感控制非常有意義，陰天下雨會掉奶就是光對產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？什么時候開？什么時候關？什么時候調暗？調到什么程度？這些問題不能靠人來解決。這里還要強調一下，別用人的感覺判斷牛，因為人的眼球是高度進化的，舉個例子，從一個小黑屋子一出來，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外界環(huán)境，但牛的眼球沒這么高級。
自動化中，定時很重要。不只在一天之內定時，還要在一年之內定時，因為冬天和夏天太陽升起和落下的時間不一樣，白天的時長也不一樣，按季節(jié)調整。
感光器是必備的，環(huán)境達不到80勒克斯就自動開啟。用感光器代替人對亮度的判斷，用控制器代替人為操作，同時感光器需要與整個控制系統(tǒng)配套調校。
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，但有兩點區(qū)別：1.普通燈燈下和兩燈之間的照度差別很大；2.達到同樣照度，奶牛專用燈的用電量不到普通燈的三分之一。
我們已經意識到必須使用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，這兩個燈區(qū)別就很大了。
這里需要解釋兩個概念：亮度和照度。亮度是針對照明工具的，而我們常說的照度針對的是空間，和照明工具一點關系都沒有。
對于畜牧業(yè)專用LED，以30米跨度100米長度的牛舍為例，需要的總瓦數不應該超過2500瓦，以補光6小時為例，一天的用電量在15度左右，一個月不應該超過500度電，而一個400*100米的密閉牛舍總瓦數應該不超過3萬瓦，一天開燈16小時，夜間10%用電量，一個月用電量大約1.5萬度，只有滿足這個用電量并保證充足和均勻的光照強度，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，所以燈應該懸掛在奶牛出現頻率最高的地方，大約在臥床和站立區(qū)上方，當然也要考慮附著點和風扇的位置，避開風扇等擋光。燈珠的高度一般選擇在4.8～4.9米，這是經過3D模擬計算結合牧場的實際操作得出的數據。
照度評估：應該評估牛眼睛出現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，但應該做3D光照模擬圖，并結合牛舍和奶廳的實際情況，找到最佳的懸掛方式。
懸掛高度：應結合LED燈珠的燈光發(fā)射角度、風扇高度、有無機械作業(yè)等情況綜合考慮，目標是讓離地1.2米的位置得到盡可能均勻的光照，并使整個牛舍所有奶?；顒訁^(qū)域的光照強度達到平均150勒克斯（所以采食通道中間是多少勒克斯并不重要，因為根本沒有牛）。
清潔：建議每年最好清潔兩次，至少每年秋天清洗一次，因為蒼蠅屎是最影響發(fā)光效率的。
安全：奶牛用燈必須自帶漏電保護功能和防火功能，對牧場都有好處，電源線各牧場都有安全要求。
