徐 明, 吳淑云, 黃常寶, 石小平

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2.陜西省銅川市動物疫病預(yù)防控制中心，陜西 銅川 727031；3.圣牧高科套海牧業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015200)

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呼和浩特地區(qū)牛舍內(nèi)溫濕度變化規(guī)律和奶牛冷熱應(yīng)激判定

徐 明1*, 吳淑云2, 黃常寶3, 石小平3

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2.陜西省銅川市動物疫病預(yù)防控制中心，陜西 銅川 727031；3.圣牧高科套海牧業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015200)

試驗旨在研究呼和浩特地區(qū)奶牛舍內(nèi)溫濕度的年度變化規(guī)律，為冷熱應(yīng)激的防控提供依據(jù)。采用全自動溫濕度記錄儀記錄舍內(nèi)溫濕度，從2013年1月1日到2013年12月31日，共記錄了17 520個數(shù)據(jù)。再依據(jù)溫度和相對濕度，計算溫濕度指數(shù)(THI)和綜合指數(shù)(CCI)。結(jié)果表明，從1月1日到12月31日，奶牛舍內(nèi)溫度、THI和CCI呈先升高后下降的趨勢，7和1月份分別為最熱和最冷的月份；相對濕度呈先下降后升高的趨勢，8和1月份分別是舍內(nèi)相對濕度最小和最大的月份。依據(jù)CCI回歸公式判定，全年內(nèi)，奶牛共有144 d處于熱應(yīng)激期、165 d處于冷應(yīng)激期。研究結(jié)果為內(nèi)蒙古地區(qū)奶牛、肉牛冷熱應(yīng)激的預(yù)防和控制提供了科學(xué)決策依據(jù)。

溫度；濕度；應(yīng)激；奶牛；呼和浩特

溫?zé)岘h(huán)境是直接影響動物體溫調(diào)節(jié)的因素，包括溫度、濕度、氣流和光照。溫?zé)岘h(huán)境對家畜生理機能、生產(chǎn)性能、繁殖性能以及健康狀況等均有不同程度的影響[1-4]。衡量家畜冷熱應(yīng)激的指標(biāo)主要包括溫度、溫濕度指數(shù)(THI)[5]、熱負(fù)荷指數(shù)(HLI)[6]、風(fēng)寒指數(shù)(WCI)[7]和綜合指數(shù)(CCI)[8]等。目前我國奶牛飼養(yǎng)越來越多地采用自由散欄方式。當(dāng)溫度過高、過低，或有雨雪天氣時，動物多呆在舍內(nèi)。舍內(nèi)環(huán)境比舍外環(huán)境對動物影響更大[9]。很多研究多采用舍外環(huán)境監(jiān)測或氣象報告，尤其是風(fēng)速和太陽輻射強度，不能真實反映動物所處的環(huán)境狀況；內(nèi)蒙古地處北方，冬季氣溫低、溫差大、干燥、風(fēng)速大，夏季太陽輻射強度大、直射時間長、氣溫高、濕度小，相對于其他氣候溫和的地區(qū)，奶牛在舍內(nèi)時間更長，舍內(nèi)環(huán)境溫濕度對奶牛生產(chǎn)的影響更大。因此本文研究了呼和浩特地區(qū)奶牛舍內(nèi)溫濕度的變化規(guī)律，為冷應(yīng)激和熱應(yīng)激的預(yù)防和控制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗場地

試驗在呼和浩特某牧場。牛舍為全封閉、自由散欄式，30 m跨度，鐘樓式單層彩鋼板頂，窗戶和門可以自由打開，屋頂中間打開30 cm，利于空氣流通；牛舍中間為飼喂道，兩側(cè)分別有兩列臥床。沒有安裝風(fēng)扇和噴淋。溫度高于0℃，窗戶全部開啟；當(dāng)舍外溫度低于0℃，僅打開20%窗戶；舍外溫度低于-10℃，窗戶和門全部封閉。

1.2 試驗方法

采用全自動溫濕度記錄儀記錄舍內(nèi)溫濕度，整棟牛舍安裝了3個溫濕度記錄儀，均勻分布在牛舍的飼槽上，懸掛于牛舍的柱子上，離地1 m高。記錄儀每0.5 h自動存儲數(shù)據(jù)。從時間從2013-01-01～12-13，共17 520次記錄。用公式計算濕度指數(shù)

THI=(1.8×T+32)-(0.55-0.0055×H)×(1.8×T-26)[10]。

式中：T(℃)為溫度；H(%)為相對濕度。

CCI計算方法參見Mader等[8]采用的方法。

1.3 數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計

利用Excel整理數(shù)據(jù)，再利用SPSS的多項式回歸功能對數(shù)據(jù)進行回歸。將1月1日定為1，以此類推，12月31日定為365。橫坐標(biāo)為日期，縱坐標(biāo)為溫度、濕度、THI和CCI。顯著水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度變化規(guī)律

每日牛舍內(nèi)的平均、最高和最低溫度的變化規(guī)律見圖1。由圖1可知，從1月1日到12月31日，溫度基本呈先升高后下降的趨勢，最低溫度出現(xiàn)在1月初和12月底，接近-21 ℃；最高溫度出現(xiàn)在7月底到8月初，接近38 ℃。

每日的最高、最低和平均溫度的回歸公式如下：

平均溫度=2.7775×10-8×X4-22.804×10-6×X3+49.741×10-4×X2-13.731×10-2×X-2.2036(R2=0.8888)

最高溫度=2.1141×10-8×X4-17.922×10-6×X3+35.971×10-4×X2+4.6653×10-2×X+32.447(R2=0.9212)

最低溫度=3.0919×10-8×X4-25.174×10-6×X3+57.213×10-4×X2-24.908×10-2×X-11.131(R2=0.9043)

式中：X為日期(1月1日定為1，以此類推，12月31日定為365)。上述回歸公式的觀察數(shù)(n)均為365，回歸公式均達到極顯著水平(P<0.001)。

將每月的所有溫度平均，得到月份平均溫度；在本月內(nèi)挑出最大值和最小值，得到最高溫度和最低溫度，最高溫度和最低溫度的差值為極差。2013年每月的平均、最高和最低溫度的變化范圍見表1。由表1可知，從1月到12月，溫度呈先升高后下降的趨勢，最低的月份平均溫度出現(xiàn)在12月，為-21℃；最高的平均溫度出現(xiàn)在7月份，為25℃。

圖1 每日舍內(nèi)溫度的變化規(guī)律

表1 各月份舍內(nèi)溫度的變化范圍

2.2 相對濕度變化規(guī)律

每日牛舍內(nèi)的最高、最低和平均相對濕度的變化規(guī)律見圖2。由圖2可知，從1月1日到12月31日，相對濕度基本呈先下降后升高的趨勢。最高相對濕度出現(xiàn)在1月、2月、3月初和12月份底，接近90%。在12、1、2和3月份，呼和浩特地區(qū)氣溫較低、風(fēng)速較大，為了防止舍內(nèi)低溫和冷風(fēng)，在夜間將牛舍窗戶和門全部關(guān)閉，導(dǎo)致舍內(nèi)相對濕度驟增；最低相對濕度出現(xiàn)在5、6月份，為10%～20%。呼和浩特地區(qū)，空氣的相對濕度隨氣溫的提高呈線性下降趨勢(P<0.001；圖3)。5、6月份相對濕度較低與氣溫高有關(guān)。

每日的最高、最低和平均的相對濕度的回歸公式：

平均濕度=-0.013×10-8×X4-0.4294×10-6×X3+9.2107×10-4×X2-31.373×10-2×X+68.412(R2=0.6671)

最高濕度=-0.2625×10-8×X4+2.6402×10-6×X3-0.6256×10-4×X2-25.87×10-2×X+86.44(R2=0.6671)

最低濕度=-0.382×10-8×X4+1.2727×10-6×X3+8.5201×10-4×X2-34.772×10-2×X+57.535(R2=0.5205)

上述回歸公式的n均為365，回歸公式均達到極顯著水平(P<0.001)。

每月的平均、最高和最低相對濕度的變化范圍見表2。由表2可知，從1月到12月，相對濕度呈先下降后升高的趨勢，最低的月份平均相對濕度出現(xiàn)在8月份，為37%；最高的月份平均相對濕度出現(xiàn)在1月，為65%，主要與溫度低和牛舍封閉有關(guān)。

圖2 舍內(nèi)相對濕度的變化規(guī)律

圖3 舍內(nèi)溫度和相對濕度的回歸關(guān)系

表2 各月份舍內(nèi)相對濕度的變化范圍

2.3 濕度指數(shù)THI變化規(guī)律

每日舍內(nèi)的最高、最低和平均THI的變化規(guī)律見圖4。由圖4可知，從1月1日到12月31日，THI基本呈先升高后下降的趨勢，最低THI出現(xiàn)在1月份、2月份和12月底，接近5；最高THI出現(xiàn)在7月份，接近85。

圖4 舍內(nèi)THI的年度變化規(guī)律

每日的最高、最低和平均的THI的回歸公式：

平均THI=3.1555×10-8×X4-25.617×10-6×X3+54.043×10-4×X2-9.7059×10-2×X+25.798(n=365,R2=0.9226)

最高THI=2.1114×10-8×X4-17.85×10-6×X3+35.49×10-4×X2+5.4733×10-2×X+32.267(n=365,R2=0.8938)

最低THI=3.0907×10-8×X4-25.191×10-6×X3+52.226×10-4×X2-4.4026×10-2×X+11.646(n=365,R2=0.8941)

上述回歸公式的n均為365，回歸公式均達到極顯著水平(P<0.001)。

每月的平均、最高和最低THI的變化范圍見表3。由表3可知，從1月到12月，THI呈先升高后下降的趨勢，最低的月份平均THI出現(xiàn)在1月，為24；最高的月份平均THI出現(xiàn)在7月，為71。

表3 各月舍內(nèi)濕度指數(shù)(THI)的變化范圍

2.4 綜合指數(shù)(CCI)變化規(guī)律

CCI是目前判斷冷熱應(yīng)激最準(zhǔn)確的指數(shù)之一，也是唯一可同時判斷冷熱應(yīng)激的指數(shù)。該指數(shù)計算需要溫度、濕度、風(fēng)速和太陽直射時間[8]。每日舍內(nèi)的最高、最低和平均CCI的變化規(guī)律基本同THI(圖5)。最高CCI出現(xiàn)在7月份，為44。最低CCI出現(xiàn)在12月底和1月份，接近-23。

每日的最高、最低和平均的CCI的回歸公式：

平均CCI=3.346×10-8×X4-26.981×10-6×X3+59.087×10-4×X2-19.956×10-2×X-6.93 (R2=0.9216)

最高CCI=2.5769×10-8×X4-21.307×10-6×X3+44.796×10-4×X2-5.6837×10-2×X-3.192(R2=0.8858)

最低CCI=3.35×10-8×X4-27.192×10-6×X3+60.626×10-4×X2-22.761×10-2×X-13.929(R2=0.9016)

上述回歸公式的n均為365，回歸公式均達到極顯著水平(P<0.001)。

從1月到12月，CCI呈先升高后下降的趨勢，最低的月份平均CCI出現(xiàn)在1月，為-10；最高的月份平均CCI出現(xiàn)在7月，為29(表4)。

圖5 舍內(nèi)CCI的年度變化規(guī)律

表4 各月舍內(nèi)CCI的變化范圍

THI和CCI 有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，一次和二次的回歸公式均達到極顯著水平(詳見圖6)。

圖7顯示，CCI和THI與溫度均有極顯著的回歸關(guān)系(P<0.001)。隨溫度的提高，THI和CCI均提高。

3 討 論

3.1 呼和浩特地區(qū)奶牛冷熱應(yīng)激的持續(xù)時期和程度

呼和浩特地區(qū)牛舍內(nèi)溫度、濕度和THI變化趨勢與董曉霞等[10]報道一致。董曉霞等[10]選用風(fēng)寒指數(shù)為衡量指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)北京地區(qū)一年內(nèi)最冷的時間出現(xiàn)在1月份，與本研究結(jié)果相同。

熱應(yīng)激對動物的生理機能[11-13]、生產(chǎn)性能[14-16]、繁殖機能[13,17]和經(jīng)濟效益[3]均有顯著影響。Mader等[8]推薦，CCI大于25，奶牛即處于熱應(yīng)激期。從2013年最高CCI回歸公式計算得，7月20日為2013年最熱的日期；奶牛從5月8日開始出現(xiàn)熱應(yīng)激，到9月29日結(jié)束，奶牛共有144 d處于熱應(yīng)激期(圖8)，其中27 d處于嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激期(07月06日～08月02日)，75 d處于中度熱應(yīng)激(5月29日～7月5日；08月03日～09月08日)，42 d處于輕度熱應(yīng)激期(05月08日～28日；09月09日～29日)，奶牛不存在極端熱應(yīng)激和致死熱應(yīng)激。董曉霞等[10]用THI大于72判定，北京地區(qū)從1951到2012年，奶牛每年有131～139 d處于熱應(yīng)激期。與本研究基本一致。

圖6 舍內(nèi)CCI和THI的回歸關(guān)系 圖7 舍內(nèi)溫度與CCI和THI的回歸關(guān)系

Fig.6 Regression relationship of CCI from THI in the shed Fig.7 Regression relationship of THI and CCI from tem perature in the shed

圖8 奶牛熱應(yīng)激的持續(xù)時間和程度 圖9 奶牛冷應(yīng)激的持續(xù)時間和程度

Fig.8 Duration and level of annual heat stress of dairy cows Fig.9 Duration and level of annual cold stress of dairy cows

冷應(yīng)激對動物的生理機能、健康和生產(chǎn)性能有顯著影響[18-20]。當(dāng)CCI小于0時，奶牛開始出現(xiàn)冷應(yīng)激反應(yīng)[8]。利用最低CCI回歸公式計算得，一年中最冷的日期為2013-01-22日，奶牛從10月29日開始出現(xiàn)冷應(yīng)激反應(yīng)，到4月9日結(jié)束，共持續(xù)165 d(圖9)，其中中度冷應(yīng)激共持續(xù)105 d(11月27日～3月9日)，輕度冷應(yīng)激期的總天數(shù)為60 d(10月29日～11月26日；3月10日～4月9日)，奶牛不存在更嚴(yán)重的冷應(yīng)激。董曉霞等[10]用WCI小于-10判定，北京地區(qū)從1951～2012年，奶牛每年處于冷應(yīng)激期的天數(shù)介于33～71 d之間。呼和浩特比北京冬季更寒涼，奶牛處于冷應(yīng)激的天數(shù)更長。

3.2 奶牛冷熱應(yīng)激的判斷標(biāo)準(zhǔn)

美國和加拿大氣象中心[7]聯(lián)合提出的WCI，可作為判斷動物冷應(yīng)激的指數(shù)，包括溫度和風(fēng)速。Gaughan等提出的HLI，可作為判斷動物熱應(yīng)激的指數(shù)，包括溫度、濕度和風(fēng)速[6]。Mader等[8]提出的CCI包括溫度、濕度、風(fēng)速和太陽直射時間，是目前唯一可同時判斷動物冷應(yīng)激和熱應(yīng)激的指數(shù)，應(yīng)用較準(zhǔn)確。CCI、HLI和WCI一般在露天飼養(yǎng)的奶牛和肉牛上使用，此時溫度、濕度和風(fēng)速(日照時間)均需可知。但這些指數(shù)的計算過程復(fù)雜，不易在牧場實地使用。

動物在冷熱應(yīng)激期間多呆在舍內(nèi)，舍內(nèi)環(huán)境比舍外環(huán)境對動物影響更大[9]。舍內(nèi)的風(fēng)速和太陽直射時間一般均為0，主要影響因素包括溫度和相對濕度。THI是目前判斷熱應(yīng)激的主要指數(shù)，包括溫度和濕度。但目前未見到THI在冷應(yīng)激判定中的應(yīng)用。

呼和浩特一年內(nèi)的相對濕度規(guī)律明顯，且濕度和溫度間存在顯著相關(guān)關(guān)系(圖3)。因此，在呼和浩特舍內(nèi)溫濕度的特定環(huán)境條件下，可以用溫度作為標(biāo)準(zhǔn)判定奶牛的冷熱應(yīng)激，簡單、直接。我們根據(jù)CCI、THI和溫度的回歸公式(圖7)，得到了溫度的冷熱應(yīng)激判定標(biāo)準(zhǔn)，見表5。表5顯示，當(dāng)環(huán)境溫度大于22℃，奶牛即出現(xiàn)熱應(yīng)激反應(yīng)，這與Mader等[2]報道一致。溫度可在某一特定地區(qū)，已知濕度和溫度的相關(guān)關(guān)系情況下，用于判定動物的冷熱應(yīng)激，簡單、直接、易操作。

表5 成年奶牛冷熱應(yīng)激的判定標(biāo)準(zhǔn)

aCCI標(biāo)準(zhǔn)引自Mader等(2010)[8]；a CCI standard is qoted from findings by Mader.etc.

bTHI熱應(yīng)激標(biāo)準(zhǔn)參考Mader等 (2006)[5]，Morton等 (2007)[17]和Baumgard和Rhoads(2012)[21]；b.THI heat quoted that by Mader(2006),Morton(2007)and Baumgard & Rhoads(2012).

cTHI冷應(yīng)激標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)CCI冷應(yīng)激標(biāo)準(zhǔn)、按照圖6回歸公式計算而得；C,THI cold stress index are calculated results with regression formula in Fig.b.

d溫度冷熱應(yīng)激標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)THI和CCI冷熱應(yīng)激標(biāo)準(zhǔn)、按照圖7回歸公式計算而得。d.Temperature heat cold stress are calculated results following formula in Fig.7.

4 結(jié) 論

呼和浩特地區(qū)奶牛舍內(nèi)溫度、相對濕度、THI、CCI的年度變化規(guī)律明顯；依據(jù)CCI回歸公式判定，2013年呼和浩特地區(qū)某奶牛場奶牛有144 d處于熱應(yīng)激期、有165 d處于冷應(yīng)激期。

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Cold or Heat Stress Determination of Barn Cows on Temperature and Humidity Index in Hohhot

XU Ming1*, WU Shu-yun2,HUANG Chang-bao3,SHI Xiao-ping3

(1.CollegeofAnimalScience,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot,InnerMongolia010018; 2.TongchuanAnimalDeseasePreventionandControlCente,Tongchuan,Shaanxi727031;3.ShengmuHigh-TechTaohaiDairyCorporation,Bayannur,InnerMongolia015200)

To prepare references and basis for the prevention and control of heat and cold stress through studying the annual change of temperature and relative humidity in cow barns in Hohhot, a total of 17520 data on barn temperature and humidity was recorded and saved by an automatic recorder from January, 1stto December 31st, 2013, and the temperature humidity index (THI) and the comprehensive index (CCI) were measured and calculated based on the collected temperature and relative humidity. The results showed that the temperature, THI and CCI first increased and then decreased throughout the year, with July and January to be the hottest and coldest month; In contrast, relative humidity first decreased and then increased, with August and January displaying minimum and maximum relative humidity. According to CCI regression, barn cows suffered heat stress for 144 days and cold stress for 165 days in a year. The results provided scientific basis for preventing and controlling heat stress and cold stress of cows and beef cattles in Inner Mongolia.

temperature; humidity; stress; cow; Hohhot

2014-09-15，

2014-12-26

國家奶牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-37-02A)

徐明(1979-)，男，內(nèi)蒙古包頭市人，副教授，研究方向：反芻動物生產(chǎn)與管理。E-mail：40538577@qq.com

S811.6

A

1005-5228(2015)02-0054-07