于靜，沈盼，施正香，鄒兵，王洋

（1.天津夢(mèng)得集團(tuán)有限公司，天津 300403；2.中國(guó)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，北京 100083；3.北京市畜禽健康養(yǎng)殖環(huán)境工程技術(shù)研究中心，北京 100083；4. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京 100083）

開放式牛舍夏季熱應(yīng)激對(duì)奶牛生產(chǎn)力的影響

于靜1，沈盼2,3，施正香2,3，鄒兵4，王洋1

（1.天津夢(mèng)得集團(tuán)有限公司，天津 300403；2.中國(guó)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，北京 100083；3.北京市畜禽健康養(yǎng)殖環(huán)境工程技術(shù)研究中心，北京 100083；4. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京 100083）

夏季開放式牛舍因無法實(shí)施有效的環(huán)境調(diào)控，容易造成熱應(yīng)激，對(duì)奶牛生產(chǎn)力造成不利影響。本文采用自主研發(fā)的以太網(wǎng)奶牛場(chǎng)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)天津某牛場(chǎng)成乳牛舍的夏季舍內(nèi)溫度、相對(duì)濕度、CO2、NH3及H2S等進(jìn)行了實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集。結(jié)果表明，7～9月份天津地區(qū)的奶牛熱應(yīng)激較為嚴(yán)重，已有的噴淋-擾流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)尚不足有效克服熱應(yīng)激對(duì)奶牛生產(chǎn)的影響，尤以8月份的影響最為嚴(yán)重，其8月份的產(chǎn)奶量?jī)H為同年7月份、9月份的90%和77.4%；牛舍內(nèi)的溫濕指數(shù)始終處于較高水平，7～9月份的日均THI值達(dá)到76.2、80.6和73.3，與奶牛產(chǎn)奶量呈顯著負(fù)相關(guān)，THI值每增加1，產(chǎn)奶量下降約0.72kg。

奶牛生產(chǎn)力；THI；有害氣體濃度

影響奶牛生產(chǎn)力的因素有很多，主要有遺傳因素、環(huán)境因素和生理因素。由于奶牛的相對(duì)體表面積較小、汗腺不發(fā)達(dá)，消化過程中又會(huì)釋放大量的熱量，因而對(duì)熱應(yīng)激的承受能力較差，會(huì)嚴(yán)重影響奶牛生產(chǎn)性能的發(fā)揮[1]。加強(qiáng)牛舍的環(huán)境管理，對(duì)提高奶牛生產(chǎn)力意義重大。泌乳牛的適宜生產(chǎn)溫度為10～18℃。夏季溫度較高，對(duì)奶牛產(chǎn)奶量影響較大，而且也容易發(fā)病。一般情況下，空氣濕度對(duì)奶牛的熱平衡影響不大，但在高溫時(shí)濕度過高或過低、低溫時(shí)濕度過高，都會(huì)使奶牛的產(chǎn)熱和散熱受到影響。氣溫在24℃以下時(shí)，濕度的高低對(duì)奶牛的產(chǎn)奶量、乳成分、采食量、飲水量及體重影響不大；但在24℃以上，隨著溫度的升高，大部分品種的奶牛產(chǎn)奶量和采食量都會(huì)下降[2]。此外，牛舍內(nèi)CO2、NH3及H2S等有害氣體也會(huì)對(duì)奶牛的健康和生產(chǎn)力產(chǎn)生不利影響，濃度越高影響越大[3]。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于畜舍環(huán)境監(jiān)測(cè)與調(diào)控的研究很多，尤以牛舍熱濕環(huán)境方面的研究居多。為解析環(huán)境的綜合效應(yīng)，一般用溫濕度指數(shù)（THI）評(píng)估奶牛熱應(yīng)激程度。Johnson[4]和Preez等[5]指出，當(dāng)THI在35～72范圍內(nèi)，產(chǎn)奶量不受熱應(yīng)激影響；當(dāng)THI大于72時(shí)，采食量和產(chǎn)奶量開始下降；當(dāng)THI大于76時(shí)，采食量和產(chǎn)奶量急劇下降。Bouraoui 等[6]研究表明，當(dāng)THI高于69時(shí)，THI值每增加1，奶牛日產(chǎn)奶量平均降低0.41kg。Preez等[5]以THI為指標(biāo)評(píng)判奶牛的熱應(yīng)激程度及產(chǎn)奶性能得出以下結(jié)論：當(dāng)THI低于70時(shí)，奶牛不表現(xiàn)熱應(yīng)激癥狀；當(dāng)THI在70～72之間時(shí)，奶牛表現(xiàn)出輕度熱應(yīng)激，產(chǎn)奶量接近于正常產(chǎn)奶量指標(biāo)；當(dāng)THI在72～78之間時(shí)，奶牛表現(xiàn)中度熱應(yīng)激，產(chǎn)奶量明顯低于正常產(chǎn)奶量指標(biāo)；THI在78～82之間時(shí)，奶牛表現(xiàn)出中重度熱應(yīng)激，嚴(yán)重影響奶牛健康；高于82時(shí)，影響奶牛的生存。

為進(jìn)一步了解天津地區(qū)夏季熱應(yīng)激對(duì)奶牛生產(chǎn)的影響程度，本研究采用中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)最新研發(fā)的組態(tài)王奶牛場(chǎng)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)天津地區(qū)某牛場(chǎng)的成乳牛舍夏季舍內(nèi)外溫度、相對(duì)濕度以及有害氣體等進(jìn)行了為期3個(gè)月的實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集，以便為牛舍夏季的環(huán)境調(diào)控措施選擇提供決策依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 測(cè)試牛舍概況

本次試驗(yàn)地點(diǎn)為天津市夢(mèng)得集團(tuán)今日健康乳業(yè)有限公司1號(hào)牛舍，該牛舍為開放式牛舍，東西側(cè)山墻設(shè)TMR飼料車通道及清糞車通道，南北側(cè)縱墻為開敞式。牛舍內(nèi)采用噴淋-擾流風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)開啟時(shí)間為10∶00～17∶00；舍內(nèi)清糞方式采用鏟車清糞，每日清糞三次。牛舍中間為轉(zhuǎn)群通道，轉(zhuǎn)群通道東側(cè)為泌乳牛群區(qū)，西側(cè)為圍產(chǎn)牛及產(chǎn)后牛。

1.2 測(cè)試內(nèi)容及時(shí)間

本試驗(yàn)?zāi)康脑谟诒O(jiān)測(cè)奶牛舍溫濕度及有害氣體濃度等環(huán)境參數(shù)，分析牛舍環(huán)境對(duì)奶牛生產(chǎn)力的影響。利用溫濕度傳感器及有害氣體濃度監(jiān)測(cè)傳感器測(cè)試牛舍內(nèi)溫度、相對(duì)濕度、CO2濃度、NH3濃度及H2S濃度。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，選取7～9月進(jìn)行三個(gè)階段為期19d的環(huán)境監(jiān)測(cè)。第一階段：2016.07.01～2016.07.09；第二階段：2016.07.28～2016.08.01；第三階段：2016.08.31～2016.09.04。

1.3 測(cè)試方法

采用中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)自主設(shè)計(jì)與開發(fā)[7]的組態(tài)王軟件對(duì)牛舍環(huán)境信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)、采集和存儲(chǔ)。溫濕度測(cè)試：選用西門子QFA3171溫濕度傳感器，具有體積小、質(zhì)量輕、測(cè)量精度高、響應(yīng)時(shí)間短、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)。量程范圍：相對(duì)濕度0～100%，溫度0～50℃。

二氧化碳測(cè)試：MOT500-CO2-IR紅外二氧化碳檢測(cè)儀，具有響應(yīng)速度快、測(cè)量精度高、穩(wěn)定性和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量范圍為0～3928mg/m3，分辨率為1.96mg/m3，檢測(cè)精度為±3%。

氨氣、硫化氫測(cè)試：MOT300系列的MOT300-NH3型和MOT300-H2S型氣體傳感器，具有體積小、操作簡(jiǎn)單、攜帶方便、便于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。檢測(cè)精度為±3%，測(cè)量范圍為0～196mg/m3，分辨率為0.2mg/m3，輸出信號(hào)為16位精度的4-20mA信號(hào)。

2 結(jié)果與分析

2.1 牛舍內(nèi)溫濕度狀況

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為連續(xù)采樣，每分鐘記錄一組數(shù)據(jù)，為便于分析和比較泌乳牛產(chǎn)奶量與環(huán)境因子間的關(guān)系，測(cè)試期間全天候不間斷監(jiān)測(cè)。表1為牛舍內(nèi)溫濕度測(cè)定結(jié)果。

表1 不同階段牛舍內(nèi)溫濕度狀況

從牛舍溫濕環(huán)境測(cè)定結(jié)果可以看出，從七月初到九月初牛舍內(nèi)日平均溫度均高于24℃，最高日平均舍溫為31.3℃，午后舍內(nèi)溫度基本都在29℃以上，而奶牛正常舒適溫度上限值為24℃，由此可見，舍內(nèi)溫度顯著高于奶牛的正常舒適溫度范圍；第二階段牛舍最低溫度、最高溫度、日平均溫度均高于其余兩階段。舍內(nèi)濕度環(huán)境除第三階段外，其余兩階段舍內(nèi)日最高相對(duì)濕度均偏高；其中，第二階段舍內(nèi)最高濕度、最低濕度和日平均濕度均高于其他兩個(gè)階段，最高相對(duì)濕度達(dá)到99%，接近飽和狀態(tài)，屬于嚴(yán)重的高濕環(huán)境。

2.2 舍內(nèi)有害氣體濃度測(cè)定

試驗(yàn)期間，對(duì)牛舍內(nèi)的CO2、NH3、H2S等有害氣體進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，舍內(nèi)CO2濃度在630～830mg/m3之間，H2S氣體濃度低于0.09mg/m3，NH3濃度低于8mg/m3，空氣質(zhì)量良好。

3 討論

3.1 舍內(nèi)熱環(huán)境調(diào)控效果分析

一般而言，由于牛體本身的散熱作用，使得舍內(nèi)平均溫度高于舍外，但日溫差較舍外要小，采用自然通風(fēng)的牛舍，舍內(nèi)溫度的變化趨勢(shì)基本上與舍外溫度變化趨勢(shì)一致，即早晚溫度低于午后溫度。而舍內(nèi)相對(duì)濕度早晚顯著高于午后，這主要由于在空氣含濕量一定的情況下，舍內(nèi)相對(duì)濕度表現(xiàn)出隨著舍溫的升高而降低的濕焓關(guān)系。當(dāng)舍內(nèi)降溫系統(tǒng)開啟后，擾流風(fēng)機(jī)有助于舍內(nèi)外干濕空氣的交換，使牛舍空氣濕度在白天時(shí)段相對(duì)較低。

盡管該牛舍中安裝了噴淋-擾流風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)，但由于是敞開式牛舍建筑，且牛舍的跨度較大（30m），舍外即使風(fēng)速較大，也很難在牛舍中部產(chǎn)生良好的通風(fēng)效果，所采用的擾流風(fēng)機(jī)只能在局部區(qū)域形成一定的氣流。因此，牛舍的總體通風(fēng)效果并不理想，水蒸氣積聚明顯，使舍內(nèi)始終處于較高的濕度狀態(tài)。加上該牛舍屋頂采用單層彩鋼板，隔熱效果較差，因而炎熱季節(jié)很容易造成奶牛的熱應(yīng)激。

本文統(tǒng)計(jì)了試驗(yàn)期間的牛舍內(nèi)外溫度變化情況（圖1）?？梢钥闯觯Ｉ醿?nèi)日最高溫度略低于舍外最高溫度（0.3～1.9℃），舍內(nèi)日最低溫度明顯高于舍外最低溫度（1.5～3.7℃）。在噴淋-擾流風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)開啟時(shí)，在一定程度上改善了舍內(nèi)的溫?zé)岘h(huán)境，但降溫效果并不明顯，尚不能從根本上解決奶牛的熱應(yīng)激問題。

圖1 舍內(nèi)外溫度變化曲線

針對(duì)天津地區(qū)開放式牛舍夏季降溫效果不明顯，奶牛熱應(yīng)激較為嚴(yán)重的情況，可以從以下幾方面著手來緩解奶牛的熱應(yīng)激：①噴淋管道的安裝高度距離地面1.5～1.8m，調(diào)整噴頭的角度使之可以噴到奶牛軀干，或者在相對(duì)濕度不高的情況下選用噴霧系統(tǒng)，從而提高噴淋系統(tǒng)的降溫效率[8]；②選用彩鋼夾芯板坡屋頂+PVC吊頂結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有較好的隔熱效果[9]，有助于降低太陽輻射對(duì)牛舍的升溫效果；③盡量降低頸枷上方和臥欄上方擾流風(fēng)機(jī)的安裝高度，同時(shí)調(diào)整臥欄上方風(fēng)機(jī)的安裝角度為20°、頸枷上方風(fēng)機(jī)安裝角度為10°，以最大限度發(fā)揮擾流風(fēng)機(jī)的擾流效果[10]。

3.2 熱應(yīng)激對(duì)奶牛生產(chǎn)力的影響

表2列出了天津地區(qū)7～9月份的溫濕指數(shù)及日均產(chǎn)奶量情況?？梢钥闯?，牛舍內(nèi)的THI值均高于72，奶牛始終處于熱應(yīng)激狀態(tài)，8月份日最高THI值達(dá)到了86.50，屬于中重度熱應(yīng)激水平。7月份的溫濕指數(shù)在73～79之間，屬中度熱應(yīng)激水平，9月份的溫濕指數(shù)介于71～75之間，屬輕度熱應(yīng)激。表明8月份是一年中最為炎熱的時(shí)期，因而對(duì)奶牛的生產(chǎn)力影響最大，其生產(chǎn)力水平僅為7月份的90%、9月份的78%。

表2 測(cè)試期間舍內(nèi)的溫濕指數(shù)和日產(chǎn)奶量

已有研究表明，THI值高低與產(chǎn)奶量密切相關(guān)。本文統(tǒng)計(jì)了試驗(yàn)期間的奶牛生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并就產(chǎn)奶量與THI進(jìn)行了回歸分析。得到天津地區(qū)7～9月份奶牛產(chǎn)奶量與THI值之間的關(guān)系為：

式中，y為日產(chǎn)奶量（kg/頭）；x為THI值。即THI每增加1，奶牛日平均產(chǎn)奶量下降0.7157kg，其中，R2=0.7356。與文獻(xiàn)[6]的研究結(jié)果相比，平均產(chǎn)奶量下降幅度更大，這可能與天津地區(qū)7～9月份的熱應(yīng)激程度更為嚴(yán)重，以及現(xiàn)代奶牛品種過分強(qiáng)調(diào)高產(chǎn)性能有關(guān)。可見，加強(qiáng)夏季的熱應(yīng)激管理，尤其是8月份的熱應(yīng)激管理，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)十分重要。

4 結(jié)論

天津地區(qū)7～9月份的THI值均高于72，奶牛長(zhǎng)期處于熱應(yīng)激水平，THI值每增加1產(chǎn)奶量下降約0.72kg。尤以8月份熱應(yīng)激最為嚴(yán)重，奶牛的生產(chǎn)力僅為7月、9月的90%、78%。

天津地區(qū)的開放式牛舍采用噴淋通風(fēng)降溫措施，雖然在一定程度上緩解熱應(yīng)激對(duì)奶牛生產(chǎn)的影響，但效果并不理想，并不能從根本上解決奶牛的熱應(yīng)激問題。

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The Effect of Heat Stress on Dairy Cows during Summer in Open Barn

YU Jing1, SHEN Pan2,3SHI Zheng-xiang2,3, ZOU Bing4, WANG Yang1

(1.Tianjin Mengde Group Company Ltd, Tianjin 300403; 2.China Agricultural University, Key Laboratory of Agricultural Engineering in Structure and Environment, Ministry of Agriculture, Beijing 100083; 3. Beijing Research Center for Livestock and Poultry Healthy Environmental Engineering Technology, Beijing 100083;4.College of Information and Electrical Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083)

To make an effective environmental control in summer is of great significance to relieve heat stress of dairy cow in open barns, otherwise there would be negative impact on the dairy yield. In this paper, real-time environmental parameter data of a dairy house such as temperature, relative humidity, concentration of harmful CO2,NH3, H2S gases (CO2, NH3, H2S) were monitored and collected in Tianjin during summertime by an independently developed monitoring system for dairy farm, which was based on the Ethernet. The statistics indicated that heat stress of dairy was very serious from July to September, especially in August. Large impact the heat stress has on dairy production could not be reduced by the pre-existing spray-fow fan system. Due to the adverse effect from heat stress,the milk yield of August only covered 90% of July and 77.4% of September in the same year. The temperature-humidity index(THI) maintained high level during testing time and the daily average of THI were respectively 76.2, 80.6 and 73.3 from July to September. The analysis result showed that signifcant negative correlation between THI and milk yield was found: every 1 unit increase in THI was associated with a 0.72 kg fall in milk yield.

Cow productivity; Temperature-humidity index; Concentration of harmful gases

S823.4

A

1004-4264（2017）07-0014-04

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.07.004

2017-03-27

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（奶牛）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-37）。

于靜（1966 -），女，博士，北京人，推廣研究員，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師。

施正香（1964-），女，江蘇人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樾笄蒺B(yǎng)殖工藝與環(huán)境。