緩解奶牛熱應(yīng)激的物理降溫策略

◆作者：黃曉飛 宮玥 張瑞華 楊志強(qiáng) 王封霞 吳天佑 金宜全 趙金鵬

◆單位：光明牧業(yè)有限公司

當(dāng)奶牛經(jīng)受熱應(yīng)激時(shí)，其不能有效地調(diào)節(jié)體內(nèi)溫度，導(dǎo)致健康、生產(chǎn)性能和行為都會(huì)發(fā)生顯著的變化（West，2003）（Tao S 等，2018）。與熱應(yīng)激相關(guān)的負(fù)面影響包括體溫升高、呼吸速率增加、采食量減少、產(chǎn)量降低和繁殖率降低，在極端情況下，甚至?xí)?dǎo)致死亡（Brown 等，2005）（Mader 等，2006）。奶牛熱應(yīng)激會(huì)給養(yǎng)殖戶帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。溫濕度指數(shù)（THI）常被用作衡量熱應(yīng)激程度的指標(biāo)，其主要由溫度和濕度兩個(gè)測(cè)量值計(jì)算。有研究稱，不同氣候地區(qū)應(yīng)當(dāng)用不同的THI 計(jì)算公式，這樣能更準(zhǔn)確地體現(xiàn)奶牛受到熱應(yīng)激的程度。當(dāng)溫濕度指數(shù)高于奶牛經(jīng)受熱應(yīng)激閾值時(shí)需采取適當(dāng)措施以改變牛舍環(huán)境或直接降低奶牛體溫，這有助于減緩奶牛熱應(yīng)激，提高奶牛舒適度，減少因熱應(yīng)激造成的生產(chǎn)損失。牛舍環(huán)境的改變和相關(guān)飼養(yǎng)管理措施可以在奶牛經(jīng)受熱應(yīng)激時(shí)發(fā)揮作用。對(duì)于處于熱應(yīng)激中奶牛有很多降溫方式，但每種降溫方式對(duì)熱應(yīng)激的緩解效果可能因特定地區(qū)氣候和牛舍類型而異（例如栓系式和散養(yǎng)式）。本文主要討論了THI 的應(yīng)用以及有關(guān)減少牛奶熱應(yīng)激的物理降溫措施。

1 環(huán)境溫度監(jiān)控

溫濕度指數(shù)（THI）是用來衡量奶牛熱應(yīng)激嚴(yán)重程度的無(wú)單位值。溫濕度指數(shù)最早由Thom（1959）引入，用于評(píng)估熱應(yīng)激對(duì)人體的影響。此后，它被用來描述奶牛經(jīng)受熱應(yīng)激程度的指標(biāo)。THI 通常用于代替經(jīng)受熱應(yīng)激牛的體溫，以預(yù)測(cè)產(chǎn)奶量損失，它與奶牛生產(chǎn)性能呈負(fù)相關(guān)。很早以前，研究人員一直使用THI ≥72 作為奶牛開始感應(yīng)熱應(yīng)激的閾值。研究報(bào)道，高產(chǎn)奶牛在日均THI 為68 時(shí)產(chǎn)奶量下降2.2 kg/d，因此奶牛開始受到熱應(yīng)激的THI 閾值是被低估的（Collier等，2005）。當(dāng)前，南方牧場(chǎng)根據(jù)THI 判定熱應(yīng)激的標(biāo)準(zhǔn)為：＜68為無(wú)熱應(yīng)激、68～74 為輕度熱應(yīng)激、74～80 為中度熱應(yīng)激、80～87為重度熱應(yīng)激、＞87 為有生命危險(xiǎn)。此外，有學(xué)者認(rèn)為，產(chǎn)奶量下降前24～48 小時(shí)的THI 可能是奶量下降的最佳指示。這也許暗示我們，相關(guān)降溫措施應(yīng)當(dāng)在預(yù)期的高THI 到來前48 小時(shí)實(shí)施，以減少奶量的損失程度。

Bohmanova 等（2007）對(duì)不同地區(qū)THI 計(jì)算方式提出了獨(dú)到的理解，其研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于像格魯吉亞這樣濕潤(rùn)地區(qū)的奶牛來說，濕度權(quán)重較大的溫濕度指數(shù)方程更準(zhǔn)確，而對(duì)于像亞利桑那這樣干燥地區(qū)的奶牛來說，降低濕度權(quán)重的THI 方程或許更好。目前我國(guó)大部分牧場(chǎng)使用統(tǒng)一的THI 計(jì)算公式（THI=0.81×溫度+ （0.99×溫度-14.3）×濕度+46.3），并未考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響，這也許會(huì)降低我們判斷奶牛實(shí)際受到熱應(yīng)激程度的準(zhǔn)確性。因此對(duì)于我國(guó)南方地區(qū)高溫高濕環(huán)境，我們是否應(yīng)當(dāng)考慮濕度權(quán)重大的THI 計(jì)算公式，而北方干燥地區(qū)使用溫度權(quán)重大的THI 計(jì)算公式。此外，限制THI公式預(yù)測(cè)熱應(yīng)激程度的因素可能還包括不考慮太陽(yáng)輻射、風(fēng)速或奶牛特有因素（如產(chǎn)奶量或泌乳階段），以及假設(shè)所有奶牛受相同的環(huán)境影響（Hammami 等，2013）。

當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，奶牛的對(duì)流冷卻可能會(huì)增加，但只有在環(huán)境溫度不超過動(dòng)物皮膚表面溫度的情況下增加（Davis 等，2003）。通過在THI 方程式中加入風(fēng)速，可以使THI 值減小。考慮太陽(yáng)輻射和風(fēng)速的影響，已經(jīng)采用了進(jìn)一步調(diào)整的THI 公式（Mader 等，2006）。Mader 等（2006）提出的THIadj 在評(píng)估溫帶氣候條件下牛的熱應(yīng)激可能是有效的。隨著風(fēng)速和太陽(yáng)輻射因素考慮入公式中，可以更好地評(píng)估奶牛的熱應(yīng)激程度。

THIadj=4.51+THI- （1.922×V）+（0.0068×SR）

其中V=空氣流速（m/s），SR=太陽(yáng)輻射強(qiáng)度（W/m2）。

雖然THI 是最常用的表示熱應(yīng)激的量度，但也存在包含其它量度的指標(biāo)。Buffington 等（1981）建立了一個(gè)考慮干球溫度、濕度、太陽(yáng)輻射和風(fēng)速的方程，稱為黑球濕度指數(shù)（BGHI）。與THI 相比，奶當(dāng)牛受到太陽(yáng)輻射量增加時(shí)，BGHI 與熱應(yīng)激狀態(tài)下直腸溫度和產(chǎn)奶量的相關(guān)性更大。相反地，在太陽(yáng)輻射減少的陰涼條件下，THI 和BGHI之間沒有顯著差異。

BGHI=tbg+0.36tdp+41.5

其中tbg=黑球溫度（℃），tdp=露點(diǎn)溫度（℃）。

2 物理降溫措施

減少熱應(yīng)激對(duì)泌乳奶牛負(fù)面影響的措施主要包括耐熱品種的基因選擇、營(yíng)養(yǎng)管理、物理降溫（Beede 和Collier，1986）（Dash 等，2015）。物理降溫措施通常比改良耐熱遺傳性狀更容易，可以更快地改善奶牛生產(chǎn)和繁殖性能。

2.1 牛舍結(jié)構(gòu)

牛舍建設(shè)不當(dāng)會(huì)對(duì)奶牛經(jīng)受熱應(yīng)激的嚴(yán)重程度產(chǎn)生負(fù)面影響。如果牛舍建造朝向設(shè)計(jì)不當(dāng)、使用的建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)較大、不提供自然通風(fēng)或牛舍密度過大，則隨著THI 的增加，更容易加劇奶牛熱應(yīng)激（Abeni 和Bertoni，2009）。

散欄式牛舍的自然通風(fēng)可以幫助奶牛緩解熱應(yīng)激，但牛舍不宜建設(shè)過長(zhǎng)，否則會(huì)影響通風(fēng)效果。栓系式牛舍通常有一個(gè)陡傾的屋頂或開口的脊形通風(fēng)口以增加自然通風(fēng)。這種牛舍的高屋頂設(shè)計(jì)減少了紅外輻射的傳遞。屋脊通風(fēng)還增加了穿堂風(fēng)通過整個(gè)牛舍，進(jìn)一步增加空氣流通（West，2003）。

2.2 遮蔭處理

遮蔭處理對(duì)奶牛的生理功能、行為活動(dòng)和生產(chǎn)性能均是有益的。在夏天，與無(wú)遮蔭奶牛相比，有遮蔭奶牛的呼吸速率和直腸溫度較低。奶牛會(huì)利用遮蔭處來緩解熱應(yīng)激帶來的負(fù)面影響。如在放牧場(chǎng)上，當(dāng)環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻射增加時(shí)，奶牛會(huì)自主尋找遮蔭，如沒有遮蔭，則需要減少高溫情況下放牧的時(shí)間（Kendall等，2007）。

生產(chǎn)性能和生理變化可以用來確定動(dòng)物何時(shí)不能適應(yīng)某種環(huán)境。在生產(chǎn)性能受到影響之前，動(dòng)物會(huì)改變行為模式以緩解這種狀況。當(dāng)奶牛沒有遮蔭時(shí)，它們會(huì)通過其他方式來適應(yīng)環(huán)境，例如站立時(shí)間增加、飲水量增加等。研究表明，熱應(yīng)激情況下，無(wú)遮蔭措施的奶牛飲水和站立水槽周圍的牛只比例高于有遮蔭處理的奶牛（Nordlund 等，2019）。Schutz 等（2010）研究了遮蔭量對(duì)放牧荷斯坦奶牛行為和生理的影響（共3 個(gè)處理：不遮蔭、2.4 m2/頭遮蔭和9.6 m2/頭遮蔭）。研究發(fā)現(xiàn)，與2.4m2/頭遮蔭組相比，9.6 m2/頭遮蔭組的奶牛花費(fèi)兩倍的時(shí)間在遮蔭處（分別為24%和50%），發(fā)生較少爭(zhēng)斗行為（分別為10.7 次和3.2次），有更長(zhǎng)的躺臥時(shí)間，且有更高的躺臥比例（10%vs 36%）。當(dāng)遮蔭面積足夠大時(shí)，奶牛會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間在遮蔭處，而不是為了遮蔭而相互競(jìng)爭(zhēng)。另外，較大遮蔭面積的奶牛呼吸速率低于較小遮蔭面積的奶牛（無(wú)遮蔭、2.4 m2/ 頭遮蔭和9.6 m2/ 頭遮蔭分別為62、57 和51 次/min）。Roman-Ponce 等（1977）報(bào)道，遮蔭處理降低了奶牛呼吸速率（54次/min vs 82 次/min）和直腸溫度（38.9 和39.4℃），且產(chǎn)奶量較無(wú)遮蔭奶牛高10%。

在熱應(yīng)激期間，奶牛增加飲水量也是降溫的一種方式（趙金鵬等，2021）。Palacio 等（2015）在一項(xiàng)為期8 周的研究中發(fā)現(xiàn)，有遮蔭措施的奶牛較無(wú)遮蔭措施的奶牛在水槽周圍比例少34.2%。之前的研究也支持這個(gè)結(jié)果，泌乳奶牛隨著熱應(yīng)激程度的增加，無(wú)遮蔭措施時(shí)，奶牛飲水量和站立水槽周圍的時(shí)間增加（Schutz等，2010），這可能是由于兩方面原因：①奶牛受到熱應(yīng)激飲水量增加；②水槽中蒸發(fā)的水蒸氣可以創(chuàng)造理想的小氣候，從而吸引奶牛。但是，當(dāng)奶牛在水槽周圍聚集時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域過度擁擠。另外，如表1 所示，我們發(fā)現(xiàn)在重度熱應(yīng)激下水槽加冰也可以增加奶牛飲水量。有趣的是，跟蹤不加冰后4 天兩組的飲水量變化，未加冰組的飲水量增加幅度高于加冰組，我們懷疑重度熱應(yīng)激情況下水槽加冰可以緩解奶牛熱應(yīng)激下降時(shí)的應(yīng)激。

表1 水槽加冰對(duì)奶牛飲水量的影響

2.3 蒸發(fā)降溫

遮蔭對(duì)太陽(yáng)輻射有保護(hù)作用，但可能不會(huì)影響奶牛周圍的空氣溫度或濕度，其自然散熱的能力仍受到限制。因此，采用風(fēng)扇或噴淋等降溫方式可以增加降溫效果，進(jìn)一步緩解熱應(yīng)激的負(fù)面影響。提供噴淋或噴霧，是降低奶牛熱應(yīng)激程度，增加奶牛自然散熱的有效方法。使用噴淋且加或不加另一種降溫方法（如風(fēng)扇）進(jìn)行降溫，較單獨(dú)遮蔭能更有效地減少熱負(fù)荷。與遮蔭、風(fēng)扇或噴淋單獨(dú)使用相比，風(fēng)扇和噴淋組合對(duì)降低奶牛體溫和呼吸速率更為有效，因?yàn)槠湓黾恿苏舭l(fā)散熱（Correa-Calderon 等，2004）。

Schutz 等（2011）發(fā)現(xiàn)，放牧奶牛更傾向于遮蔭而不是噴淋。在他們的研究中，62%的奶牛選擇遮蔭而不是噴淋，且65%的奶牛選擇遮蔭而不是沒有任何散熱措施。試驗(yàn)分別記錄噴淋、遮蔭或無(wú)處理前和處理后10 min的呼吸速率、體表溫度以及直腸溫度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管奶牛喜歡遮蔭處理，但噴淋處理在降低呼吸速率和體表溫度的效果明顯優(yōu)于遮蔭處理。隨著熱負(fù)荷指數(shù)和氣候測(cè)量值（包括：環(huán)境溫度、濕度、黑球溫度和風(fēng)速）的增加，噴淋處理組奶牛的體溫下降幅度更大（噴淋處理、遮蔭處理和無(wú)處理的單位體溫?zé)嶝?fù)荷指數(shù)的增加數(shù)分別降低了0.008、0.001 和0.0001℃）。Kendall 等（2007）報(bào)道，使用噴淋降溫時(shí)，奶牛會(huì)長(zhǎng)時(shí)間將頭部處于較低的位置，這可能意味著奶牛試圖阻止頭部暴露在噴淋下。對(duì)于奶牛來說，頭部受到噴淋或噴霧可能使其感到不舒服。當(dāng)奶牛暴露在風(fēng)雨中時(shí)，與有遮擋的奶牛相比，無(wú)遮擋的奶牛頭部處于較低位置的可能性高5 倍，這可能是在試圖保護(hù)敏感區(qū)域的暴露，例如耳朵（Tucker 等，2008）。噴淋產(chǎn)生的較大沖擊會(huì)使奶牛更頻繁地降低頭部。Chen 等（2016）發(fā)現(xiàn)，與0.4 L/min 的水流相比，經(jīng)受4.5 L/min 水流的奶牛低頭的頻率增加了5 倍。奶牛表現(xiàn)出的這些行為可能表明它們?cè)噲D避開較大的水流速度，但是最后研究者提到奶牛并沒有完全避開大的水流速度，且沒有觀察到偏好的差異。

噴淋流量和水滴大小是評(píng)估噴淋降溫時(shí)需要考慮的重要方面，為了使奶牛降溫充分，水滴必須濕潤(rùn)動(dòng)物表皮。但是，如果水在表皮積聚，動(dòng)物周圍的濕度會(huì)增加，可能會(huì)降低降溫措施的有效性。在相對(duì)濕度較高的地區(qū)，噴霧可能會(huì)增加環(huán)境濕度，抑制奶牛的蒸發(fā)散熱。但是，一項(xiàng)在濕度較高的阿拉巴馬的研究發(fā)現(xiàn)，與風(fēng)扇和噴霧處理相比，風(fēng)扇和噴淋處理的奶牛在呼吸速率上沒有差異。Chen 等（2013）測(cè)試了在炎熱干燥氣候中，噴淋流量和水滴大小對(duì)奶牛生理反應(yīng)的影響（如呼吸速率、體溫、表皮溫度）。研究者觀察到，水滴的大小并不影響降溫效果，但流速確實(shí)影響了幾種生理活動(dòng)。與基線相比，呼吸速率和表皮溫度降低，且處理后30 min體溫仍低于基線。最后總結(jié)出，最佳平衡奶牛降溫和用水量的最有效噴淋流量為1.3 L/min，流速大于1.3 L/min 時(shí)對(duì)奶牛熱應(yīng)激的改善并不明顯。

為了有效地使奶牛降溫，噴淋開啟頻率的設(shè)定至關(guān)重要。在空氣濕度較高的地區(qū)，與僅使用風(fēng)扇降溫相比，噴淋和風(fēng)扇相結(jié)合的降溫方式已被證明是奶牛降溫的最有效的方法。Flamenbaum 等（1986）發(fā)現(xiàn)，噴淋開啟20～30 s 較10 s 效果更好。在同一個(gè)研究中，噴淋頻率為5 次/d，每次開啟30 min，奶牛體溫保持在正常范圍內(nèi)（＜39℃）的時(shí)間可持續(xù)24 h。南方地區(qū)常見的噴淋流程為：5 min 一個(gè)周期、10～30 s 噴淋和強(qiáng)制通風(fēng)（風(fēng)扇）。在另一項(xiàng)研究中，與每天5 次降溫相比，每天8 次降溫的奶牛繁殖參數(shù)得到改善（Honig 等，2016）。

在待擠廳對(duì)奶牛進(jìn)行噴淋，有助于緩解奶牛從牛舍行至擠奶廳積累的熱負(fù)荷。奶牛在待擠廳使用風(fēng)扇和噴淋降溫20～30 min 時(shí)，體溫和呼吸速率可以在短時(shí)間內(nèi)降低。Araki 等（1985）報(bào)道，當(dāng)奶牛擠奶前在待擠廳使用噴淋和風(fēng)扇降溫，與未進(jìn)行降溫措施的奶牛相比，擠奶后體溫降低，并持續(xù)2～4 h。因此，在炎熱的天氣下，可在待擠廳使用噴淋+ 風(fēng)扇的方式減少熱應(yīng)激對(duì)奶牛的影響。

因牧場(chǎng)受到環(huán)保壓力，在使用噴淋或噴霧降低奶牛熱應(yīng)激程度時(shí)，還需要考慮用水量的問題。我們?cè)趯?shí)際中發(fā)現(xiàn)，與手動(dòng)開關(guān)噴淋相比，使用智能噴淋可以有效節(jié)約用水量，節(jié)水率大約39.5%，且兩組奶牛直腸溫度無(wú)明顯差異。另一方面，智能噴淋不需要過多考慮噴淋開啟頻率。

3 總結(jié)

THI 可以幫助牧場(chǎng)評(píng)估奶牛可能承受的熱應(yīng)激程度，對(duì)于不同氣候地區(qū)，可以考慮不同的THI 計(jì)算公式。根據(jù)奶牛受到的熱應(yīng)激程度（THI 值），牧場(chǎng)可以提供遮蔭、風(fēng)扇、噴霧或上述任何組合措施，均可以幫助緩解熱應(yīng)激帶來的負(fù)面影響。