陳昭輝，熊浩哲，張霞霞，劉繼軍，林 梁

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遮陽網(wǎng)對(duì)西北地區(qū)夏季圍欄牛場環(huán)境和肉牛生理特征的影響

陳昭輝1,2，熊浩哲1,2，張霞霞1，劉繼軍1,2※，林 梁3

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193； 2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，北京 100193；3. 張掖市祁連牧歌有限公司，張掖 734000）

為了研究遮陽網(wǎng)在中國西北地區(qū)應(yīng)用于圍欄育肥牛場以緩解夏季肉牛熱應(yīng)激的效果，該試驗(yàn)對(duì)現(xiàn)場環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行實(shí)測，同時(shí)對(duì)肉牛的皮膚溫度、呼吸頻率進(jìn)行了記錄，通過數(shù)據(jù)分析，對(duì)不同時(shí)段牛場的溫?zé)岘h(huán)境進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：遮陽網(wǎng)在各個(gè)時(shí)段都能改善肉牛生長環(huán)境，在午時(shí)可減少87%的太陽輻射，使溫度降低3.95 ℃，黑球溫度降低19.9%，從而將環(huán)境從嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸葻釕?yīng)激狀態(tài)；中午肉牛的躺臥行為百分比從14.21%升高至59.9%（<0.01），而站立行為的百分比從64.5%降至29.7%（<0.01），且各個(gè)時(shí)段肉牛飲水行為占比較低；非遮蔽區(qū)的黑球溫度與肉牛皮溫和呼吸頻率的相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)分別為0.53和0.20。以上結(jié)果通過環(huán)境和肉牛生理特征的變化，反映了遮陽網(wǎng)主要通過減少太陽輻射來降低肉牛熱應(yīng)激水平，改善肉牛的生長環(huán)境，從而在維持其生產(chǎn)性能的同時(shí)提高了動(dòng)物福利。該研究可為遮陽網(wǎng)在中國肉牛行業(yè)中的應(yīng)用效果提供參考。

降溫；溫度；太陽輻射；遮陽網(wǎng)；熱應(yīng)激；環(huán)境；肉牛

0 引 言

經(jīng)過將近30年的發(fā)展，中國肉牛產(chǎn)業(yè)已形成西北、中原、東北、西南4大產(chǎn)業(yè)帶，肉牛存欄量、屠宰量和牛肉產(chǎn)量約占全國的90%左右[1]。其中西北地區(qū)幅員遼闊，農(nóng)牧資源豐富，肉牛產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿Υ螅欢捎谔栞椛湓斐傻南募靖邷赝o牛群造成嚴(yán)重的熱應(yīng)激。研究表明，在炎熱的夏季，太陽輻射會(huì)使環(huán)境溫度升高，畜體吸收熱量，肉牛代謝加快，飼料報(bào)酬低。因此高溫對(duì)不采取任何遮蔭措施的牛的健康、福利和生產(chǎn)性能等方面都有巨大的負(fù)面影響[2]。輕者會(huì)降低采食量、飼料利用率和生長速率，重者則可能導(dǎo)致機(jī)體代謝衰竭最終死亡，這使得熱應(yīng)激給肉牛生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失[3]。

降低夏季太陽輻射的措施通常有遮陽網(wǎng)遮陽、綠化遮陽、利用噴淋技術(shù)等。研究表明，樹木提供的遮蔭可以在改善奶牛運(yùn)動(dòng)場極端溫度的同時(shí)減緩風(fēng)速，既能保證產(chǎn)奶量又有利于動(dòng)物福利[4]。Tucker等[5]發(fā)現(xiàn)在炎熱的氣候條件下，奶牛在遮蔭區(qū)活動(dòng)的傾向十分明顯。但由于綠化遮陽投資往往較大，適用性不廣。噴淋技術(shù)在降低溫度的同時(shí)也增大了動(dòng)物活動(dòng)區(qū)的空氣濕度與環(huán)境溫濕度指數(shù)，其應(yīng)用效果不盡人意[6]。遮陽是近年來備受關(guān)注的一種降溫策略，不同類型的材料可以達(dá)到不同的遮陽效果。在選擇遮陽網(wǎng)時(shí)需要考慮以下要素：遮陽材料的物理特性、動(dòng)物對(duì)材料的反應(yīng)、材料的耐用性和其生產(chǎn)成本[7]。為應(yīng)對(duì)夏季奶牛熱應(yīng)激，Eigenberg等[8]研究表明黑色塑料材質(zhì)遮陽網(wǎng)的遮陽效果可達(dá)60%，可作為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的降溫措施。目前，遮陽網(wǎng)已在中國溫室種植業(yè)中廣泛應(yīng)用于冬季保溫和夏季降溫，并得到了較好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益，但有關(guān)其在畜牧業(yè)應(yīng)用效果的研究較少，除在豬舍中發(fā)現(xiàn)使用黑色遮陽網(wǎng)的豬舍平均溫度為29.3 ℃，平均濕度為70%外[9]，在其他畜禽上鮮有應(yīng)用。尤其是在遮陽網(wǎng)對(duì)圍欄育肥場小氣候影響方面的研究還未見報(bào)道。

牛的耐熱性與品種（系）、生產(chǎn)性能有密切關(guān)系[10-11]。西雜牛是為改善中國地方黃牛生產(chǎn)性能而與西門塔爾牛雜交的改良種，在中國農(nóng)區(qū)和牧區(qū)肉牛養(yǎng)殖中有著舉足輕重的地位。然而目前關(guān)于反芻動(dòng)物熱應(yīng)激的研究主要集中于奶牛，國內(nèi)肉牛熱應(yīng)激的研究幾乎處于空白狀態(tài)[12-13]。因此，探究緩解西雜牛熱應(yīng)激的方法在肉牛養(yǎng)殖領(lǐng)域具有重要意義。本試驗(yàn)從環(huán)境指標(biāo)和肉牛行為生理指標(biāo)兩方面衡量遮陽網(wǎng)在中國西北地區(qū)圍欄育肥牛場的遮陽降溫效果，以期確定可靠的環(huán)境指標(biāo)以預(yù)測當(dāng)前牛群生理特征的變化，為緩解西北地區(qū)夏季肉牛的熱應(yīng)激提供參考。

1 材料與方法

1.1 圍欄育肥牛場

本試驗(yàn)在甘肅省張掖市（38.55°N，100.26°E）的祁連牧歌圍欄育肥牛場進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間為2018年6月至同年7月。張掖位于中國甘肅省西北部，河西走廊中段，屬于溫帶大陸性干旱氣候。夏季炎熱而短暫，氣溫日差較大，7月平均溫度為11～24 ℃，日間最高氣溫達(dá)41.5 ℃，風(fēng)向以西北風(fēng)和東風(fēng)為主[14]。

圍欄育肥牛場長198 m、寬100 m，牛場內(nèi)共設(shè)置4排牛欄，每排11列，牛欄長18 m、寬18 m。第二排牛欄沿對(duì)角線在距離地面3 m處安裝2塊9 m×9 m的黑色塑料材質(zhì)遮陽網(wǎng)（見圖1），其針數(shù)為4針，透光率在40%左右，可為每頭牛提供5.4 m2的遮陽面積。每個(gè)欄位飼養(yǎng)12頭西門塔爾雜交牛，其被毛呈紅白色。每牛欄內(nèi)配有一個(gè)飲水槽，供肉牛自由飲水；飼喂方式為人工飼喂，時(shí)間為8:00與17:00；全天不清糞；試驗(yàn)期間的飼料配方為：麥草1 kg，苜蓿0.5 kg，青貯玉米9 kg，全價(jià)料7 kg，玉米粉1.5 kg，小蘇打60 g。肉牛自由活動(dòng)，無法控制其所在區(qū)域。

圖1 圍欄育肥牛場遮陽網(wǎng)布置圖

1.2 檢測方法

試驗(yàn)檢測指標(biāo)包括溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、太陽輻射強(qiáng)度、肉牛體表溫度、呼吸頻率、肉牛行為。各環(huán)境指標(biāo)每天測定3次，時(shí)間為7:00、14:00、19:00，且分別記錄為早、午、晚。在第二排牛欄中選擇3個(gè)牛欄進(jìn)行環(huán)境指標(biāo)的測定，具體布點(diǎn)圖見圖2，同時(shí)將遮蔽區(qū)記為S（shade area），非遮蔽區(qū)記為NS（no shade area）。根據(jù)頭牛體尺，本試驗(yàn)的測定高度選取0.7、1.4 m作為肉牛躺臥、站立高度。對(duì)于溫度、濕度、風(fēng)速、熱輻射的測定：分別使用手持溫濕度測定儀（HE710-EX，北京思普特科技有限公司）、風(fēng)速計(jì)（MODEL600，加野麥克斯Kanomax）、手持熱輻射檢測儀（TD-JTR09，北京同德創(chuàng)業(yè)科技有限公司）對(duì)20個(gè)環(huán)境指標(biāo)測點(diǎn)進(jìn)行測定，采樣間隔10 min；對(duì)于肉牛體表溫度的測定：每個(gè)測定欄位選擇2頭體質(zhì)量、年齡及生理狀況相似的肉牛，使用激光紅外測溫儀（HT-8962，上海宏誠科技）測定肉牛腹部皮膚表面溫度；對(duì)于呼吸頻率的測定：觀察腹部的起伏情況，記錄肉牛1 min的呼吸次數(shù)；對(duì)于肉牛行為的記錄：分躺臥、站立、飲水、采食4種行為，其中把肉牛的走動(dòng)行為也歸類為站立行為，記錄各行為牛的數(shù)量占?？倲?shù)的百分比。

注：●代表環(huán)境指標(biāo)測定點(diǎn)；陰影區(qū)表示遮陽區(qū)域

Note: ● represents for environmental measuring points; Shaded area represents the shaded area of sunshade net

圖2 環(huán)境指標(biāo)測定點(diǎn)平面布置圖

Fig.2 Arrangement plan of environmental measuring points of layout plan

1.3 熱應(yīng)激評(píng)價(jià)指標(biāo)

選取常用的環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)肉牛的熱應(yīng)激程度，溫濕度指數(shù)（temperature-humidity index，THI）與黑球溫度（black globe temperature，T）。雖然T和THI都考慮了2個(gè)環(huán)境因素，但并不全面，其中T沒有考慮空氣的流動(dòng)與環(huán)境濕度，THI沒有考慮空氣流動(dòng)與熱輻射[15]。因此采用3個(gè)綜合指標(biāo)，包括校正后的THI（adjusted temperature-humidity index，THIadj）、熱負(fù)荷指數(shù)（heat load index，HLI）和黑球-濕度指標(biāo)（black globe humidity index，BGHI）以考慮太陽輻射、風(fēng)速、濕度的影響。上述環(huán)境指標(biāo)的計(jì)算公式分別如式（1）～式（6）所示[8,16-17]。

THI=(0.8T)+(/100)×(T?14.4)+46.4 （1）

T=1.33T?2.65T0.5+3.21×lg10(+1)+3.5 （2）

THIadj=4.51+THI?1.992+0.006 82.5（3）

BGHI=(0.8T)+(/100)×(T?14.4)+46.4（4）

若T＞25 ℃，

HLI=8.62+0.38+1.55T?0.5+e(2.4-WS)（5）

若T＜25℃，

HLI=10.66+0.28×+1.3×T?（6）

式中T為環(huán)境溫度，℃；為相對(duì)濕度，%；為太陽輻射熱，W/m2；為風(fēng)速，m/s；e為自然對(duì)數(shù)。

根據(jù)之前的試驗(yàn)結(jié)果[16-20]，評(píng)價(jià)肉牛熱應(yīng)激程度的各指標(biāo)閾值如表1所示。其中HLI的初始臨界值是以未遮陽、黑色普通牛的喘息評(píng)分建立的，其上、下臨界值分別為86和77，可根據(jù)牛的品種及實(shí)際飼養(yǎng)情況進(jìn)行校正[18]。本次試驗(yàn)對(duì)象為生理健康、舍飼130 d以上、被毛紅白相間的西門塔爾雜交牛，遮陽面積為5.4 m2/頭，飲用15～20 ℃的地下水，全天不清糞。因此，其校正后的上、下臨界值分別為89和80[17]。

表1 熱應(yīng)激閾值

1.4 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器如表2所示。

表2 試驗(yàn)儀器

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel與SPSS20.0軟件進(jìn)行分析，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”的形式表達(dá)，＜0.05為差異顯著，＜0.01為差異極顯著，＞0.05為差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 肉牛熱應(yīng)激程度

2.1.1 環(huán)境實(shí)測結(jié)果

試驗(yàn)期間圍欄育肥牛場遮蔽區(qū)與非遮蔽區(qū)在各個(gè)時(shí)段的溫度、濕度、風(fēng)速以及太陽輻射熱的實(shí)測結(jié)果如表3所示。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：由于該地晝夜溫差大，再加上太陽輻射的影響，造成不同時(shí)段肉牛場的環(huán)境狀況差異較大，具體表現(xiàn)為早晚溫度較低，濕度較高；午間溫度最高，濕度最低；早、午時(shí)段，遮陽網(wǎng)能顯著降低牛場的溫度，提高濕度（＜0.01），而對(duì)風(fēng)速無影響；在傍晚，遮蔽區(qū)與非遮蔽區(qū)的環(huán)境差異不顯著（＞0.05），說明此時(shí)遮陽網(wǎng)不改變牛場環(huán)境。對(duì)于太陽輻射熱而言，在中午遮陽網(wǎng)的效果最為明顯，可減少87%的太陽輻射，但在傍晚，由于太陽直射角度發(fā)生變化，遮陽網(wǎng)僅能減少約20%的太陽輻射，遮蔽區(qū)與非遮蔽區(qū)的輻射熱無顯著差異（＞0.05）。通過以上結(jié)果可以推斷，遮陽網(wǎng)主要通過減少太陽輻射來降低環(huán)境溫度、提高濕度，從而改善肉牛的生長環(huán)境，降低其熱應(yīng)激水平。

研究表明，肉牛適宜的飼養(yǎng)溫度為10～15 ℃，最適育肥溫度為15～20 ℃。在夏季日平均溫度超過21 ℃時(shí)，肉牛的呼吸頻率上升，當(dāng)平均溫度超過25 ℃時(shí)，肉牛的采食量與日增質(zhì)量都有明顯的降低，育肥的溫度應(yīng)低于30 ℃[20-21]。因此，常以25 ℃作為夏季肉牛較好生產(chǎn)環(huán)境溫度的界限，30 ℃作為肉牛的高溫生產(chǎn)環(huán)境界限；對(duì)于濕度而言，NY/T388-1999規(guī)定牛舍環(huán)境濕度上限為80%[22]，肉牛適宜的相對(duì)濕度為40%～70%；對(duì)于風(fēng)速而言，一般認(rèn)為牛舍夏季的通風(fēng)速度以0.8～1.0 m/s為宜[23]。因此，根據(jù)表3中結(jié)果可知：在早晨，遮陽網(wǎng)能使環(huán)境溫度保持在25 ℃以下，保證了肉牛的福利及其生產(chǎn)性能；午時(shí)遮陽網(wǎng)的效果達(dá)到最佳，與非遮蔽區(qū)相比，遮蔽區(qū)溫度降低了3.95 ℃，濕度增加4.66個(gè)百分點(diǎn)，太陽輻射減少了87%，但仍然不利于肉牛的生長；傍晚遮陽網(wǎng)雖有改變環(huán)境的趨勢，但效果并不顯著；各時(shí)段風(fēng)速基本滿足夏季肉牛通風(fēng)需求。

表3 環(huán)境實(shí)測結(jié)果

注：同一時(shí)段內(nèi)，同行數(shù)據(jù)不同大寫字母表示數(shù)值存在極顯著差異，<0.01，相同小寫字母表示無顯著差異，>0.05，下同。遮蔽區(qū)記為S，非遮蔽區(qū)記為NS，下同。

Note: During the same period of time, different capital letters indicate that there is a extremely significant difference in the values within the same line of data with,0.01, and the same lowercase letter means that there is no significant difference,0.05, Same as below. The shaded area is denoted as S and the non-shaded area as NS, Same below.

2.1.2 環(huán)境綜合評(píng)價(jià)

試驗(yàn)期間圍欄育肥牛場各環(huán)境綜合指標(biāo)值如表4所示。由表4可知，在各個(gè)時(shí)段，遮蔽區(qū)的各項(xiàng)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)均低于非遮蔽區(qū)；午時(shí)非遮蔽區(qū)的環(huán)境會(huì)給牛群造成巨大的熱應(yīng)激，其中THIadj、BGHI與HLI的平均值分別為86.24、92.98、93.89，均超過了各自的上臨界值，因此可判讀午時(shí)肉牛處于嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激狀態(tài)；遮陽網(wǎng)能降低熱應(yīng)激程度，其中以午時(shí)HLI值的降低幅度最為明顯。與非遮蔽區(qū)相比，遮蔽區(qū)HLI值降低了9.09，環(huán)境由嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸葻釕?yīng)激狀態(tài)；在傍晚，由于太陽直射角度的改變，各項(xiàng)環(huán)境綜合指標(biāo)均在其下臨界范圍內(nèi)，同時(shí)遮蔽區(qū)與非遮蔽區(qū)的各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)之間無差異（＞0.05）。說明此時(shí)環(huán)境適宜，且遮陽網(wǎng)對(duì)環(huán)境的影響程度小，不能改善環(huán)境的熱應(yīng)激程度。

表4 環(huán)境綜合指標(biāo)值

2.1.3 生理特征測定結(jié)果

試驗(yàn)期間牛場遮蔽區(qū)與非遮蔽區(qū)未隔開，肉?？勺杂苫顒?dòng)。各時(shí)段對(duì)肉牛皮溫、呼吸頻率的記錄如表5所示。經(jīng)測量，7:00、14:00、19:00肉牛各時(shí)段的皮溫分別為（30.45±3.38）、（35.24±2.50）、（31.76±2.56）℃，且三者之間存在顯著差異（＜0.05）；呼吸頻率分別為（44.63±10.04）、（48.74±11.32）、（34.93±8.63）次/min，且三者之間存在顯著差異（＜0.05）。

表5 皮溫及呼吸頻率的測定結(jié)果

研究表明，在適宜的環(huán)境溫度下，牛的呼吸頻率為20～40次/min，皮溫為38.5 ℃左右。熱應(yīng)激狀態(tài)下肉牛通過增加呼吸頻率來增加蒸發(fā)散熱[8]，當(dāng)產(chǎn)熱量超過散熱量時(shí)，動(dòng)物的體溫就會(huì)升高[24]。試驗(yàn)結(jié)果顯示：各時(shí)段肉牛的皮溫均在38.5 ℃以下，但早晨肉牛的呼吸頻率為44.63次/min，午時(shí)為48.74次/min。由此可以判斷，牛群在早、午時(shí)段均處于熱應(yīng)激狀態(tài)，且午時(shí)的熱應(yīng)激程度更高。傍晚的呼吸頻率在適宜范圍內(nèi)，說明此時(shí)牛場的環(huán)境較為舒適，動(dòng)物無熱應(yīng)激反應(yīng)。

2.2 熱環(huán)境對(duì)肉牛的影響

2.2.1 熱環(huán)境對(duì)肉牛生理特征的影響

在熱應(yīng)激條件下，機(jī)體交感神經(jīng)興奮導(dǎo)致體溫升高，散熱困難。機(jī)體通過加快肺通氣量加快呼吸散熱，此時(shí)表現(xiàn)為呼吸頻率升高，機(jī)體易發(fā)生呼吸性堿中毒。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致肺部、出血、呼吸功能衰竭等癥狀。故呼吸頻率與環(huán)境溫?zé)釛l件存在極大的相關(guān)性。結(jié)合表4與表5可知，肉牛皮溫與呼吸頻率的變化特征與熱應(yīng)激程度變化相似：早晚皮溫與呼吸頻率較低，中午最高。現(xiàn)將各環(huán)境綜合指標(biāo)按照遮蔽區(qū)與非遮蔽區(qū)分類，與肉牛呼吸頻率和皮溫的線性相關(guān)關(guān)系如表6所示。

表6 環(huán)境綜合指標(biāo)與肉牛生理特征之間的相關(guān)系數(shù)

注：*表中該環(huán)境綜合指標(biāo)和生理特征之間顯著相關(guān)，＜0.05，ns表示該環(huán)境綜合指標(biāo)和生理特征之間不顯著相關(guān)，＞0.05。

Note: * indicates there is a significant correlation between the environmental comprehensive parameters and physiological characteristics,< 0.05; ns means that there is no significant correlation between the environmental comprehensive parameters and physiological characteristics,> 0.05.

由表6可知，對(duì)于肉牛皮溫而言，相關(guān)度最高的環(huán)境綜合指標(biāo)為非遮蔽區(qū)的黑球溫度，相關(guān)系數(shù)為0.53，二者線性關(guān)系見圖3。對(duì)于呼吸頻率而言，各指標(biāo)與呼吸頻率的相關(guān)系數(shù)均偏低，相關(guān)關(guān)系不明顯，其中相關(guān)系數(shù)最高的指標(biāo)同樣為非遮蔽區(qū)的黑球溫度，二者相關(guān)系數(shù)為0.20，其次為遮蔽區(qū)的HLI，相關(guān)系數(shù)為0.17。

圖3 皮溫與非遮蔽區(qū)黑球溫度線性關(guān)系

2.2.2 熱應(yīng)激對(duì)肉牛行為的影響

在試驗(yàn)期間觀察到，隨著熱應(yīng)激水平的增加，牛群更加傾向于在遮蔽區(qū)活動(dòng)，且在中午躺臥行為多發(fā)生在遮蔽區(qū)。對(duì)于牛群站立、躺臥、采食、飲水行為的百分比在各個(gè)時(shí)段的分布如表7所示。結(jié)果表明在不同時(shí)段，肉牛的主要行為表現(xiàn)出一定的差異：從早晨到中午，肉牛的躺臥比例從14.21%升高至59.9%（＜0.01），而站立的百分比從64.5%降低到29.7%（＜0.01），說明遮蔽區(qū)牛群的熱應(yīng)激水平較低，肉牛無需維持站立姿勢增加機(jī)體散熱量；傍晚肉牛的行為與早晨相似，超過一半的肉牛表現(xiàn)為站立，采食與躺臥的百分比較為接近；各時(shí)段肉牛飲水的傾向不明顯，均低于3%。根據(jù)上述結(jié)果，認(rèn)為整體而言，肉牛的熱應(yīng)激程度不高。此外，牛場另飼有黑色被毛的安格斯牛，與被毛紅白相間的西門塔爾牛相比，其趨向遮蔽區(qū)的行為更明顯，躺臥的百分比也更高，如圖4所示。

表7 不同時(shí)段牛群行為

圖4 安格斯牛更傾向于在遮蔽區(qū)停留

3 討 論

遮陽網(wǎng)可通過減少熱輻射從而達(dá)到明顯的降溫效果。Schütz等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)期間，太陽輻射減少50%或99%的遮蔽區(qū)的環(huán)境溫度始終保持在25 ℃以下，且與同一時(shí)間的非遮蔽區(qū)相比，分別降低了日均溫度2 ℃和3.8 ℃。Eigenberg等[26]研究發(fā)現(xiàn)，黑色塑料材質(zhì)的遮陽網(wǎng)平均可減少60%的太陽輻射，同時(shí)可減少22%處于嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激狀態(tài)的牛的數(shù)量。Brown-Brandl等[7]研究了不同遮蔽程度的遮陽網(wǎng)對(duì)環(huán)境的影響，結(jié)果表明與不采取任何遮蔽措施相比，任意程度的遮蔽都能降低黑球溫度和太陽輻射，并且中午的遮蔽效果最明顯：最多可使太陽輻射降低86.8%，黑球溫度降低11.9%。本試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果表明，遮陽網(wǎng)在午時(shí)最多可減少87%的太陽輻射，使溫度降低3.95 ℃，黑球溫度降低19.9%，同時(shí)將環(huán)境從嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸葻釕?yīng)激狀態(tài)，其遮陽降溫結(jié)果與上述試驗(yàn)結(jié)果相似。此外有研究表明，在炎熱氣候下，采取遮蔽措施會(huì)延長牛的采食時(shí)間和增加干物質(zhì)攝入量，從而提高日增質(zhì)量[27-28]。因此，可以認(rèn)為試驗(yàn)期間采取的遮蔽措施對(duì)肉牛生產(chǎn)性能有積極影響。

通過肉牛行為，認(rèn)為遮陽網(wǎng)可以改善夏季溫?zé)岘h(huán)境，降低熱應(yīng)激程度，提高動(dòng)物福利。試驗(yàn)期間，觀察到肉牛在中午使用遮陽網(wǎng)的頻率高于早、晚時(shí)段。Tucker等[5]在研究夏季奶牛行為與熱應(yīng)激的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在太陽輻射值較高的日子里，為應(yīng)對(duì)增加的熱負(fù)荷，奶牛在遮蔽區(qū)停留的時(shí)間會(huì)延長，當(dāng)環(huán)境溫度超過25 ℃時(shí)，牛群使用遮陽網(wǎng)的次數(shù)會(huì)增加；且在一天內(nèi)，在太陽輻射值最高的時(shí)候，遮陽網(wǎng)的使用率達(dá)到峰值，這與本試驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象相吻合。研究表明，動(dòng)物采取站立的姿勢可以最大限度地增加暴露在環(huán)境中的表面積，以增加身體周圍的空氣流動(dòng)[24]。Zahner等[29-30]的研究發(fā)現(xiàn)，在炎熱的夏季，牛群會(huì)通過減少躺臥和采食行為來對(duì)熱負(fù)荷做出反應(yīng)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在達(dá)到嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激條件的中午，肉牛更傾向于在遮蔽區(qū)停留，且躺臥行為的百分比較其他行為更高，可以認(rèn)為由于遮陽網(wǎng)下的小氣候環(huán)境較為舒適，所以牛群不必采取站立姿勢來應(yīng)對(duì)熱負(fù)荷。Schütz等[31]也同樣發(fā)現(xiàn)遮蔽區(qū)牛群的躺臥比例高于非遮蔽區(qū)。現(xiàn)有研究表明，深色被毛的牛比淺色被毛的牛對(duì)熱應(yīng)激更加敏感[32]。被毛白色的比利時(shí)藍(lán)牛比黑色的安格斯牛的HLI上限高出3個(gè)單位，紅色安格斯牛比黑色安格斯牛的HLI上限高1個(gè)單位[18]。根據(jù)上述結(jié)論可以解釋試驗(yàn)期間觀察到的黑色安格斯牛更偏好于使用遮陽網(wǎng)的現(xiàn)象。

各環(huán)境綜合指標(biāo)對(duì)肉牛生理特征的影響表明在本試驗(yàn)中，太陽輻射是影響肉牛生理特征的主要因素。研究表明，由于肉牛品種、被毛顏色、生長環(huán)境以及測量方法等的不同，各環(huán)境綜合指標(biāo)與生理特征之間的相關(guān)程度也不盡相同。牛的皮膚溫度與其品種和被毛顏色相關(guān)，淺色被毛牛的皮溫往往偏低，與體溫之間相差約3.3 ℃[33]。同時(shí)Kendall等[34]發(fā)現(xiàn)牛群的體溫、呼吸頻率與氣溫、THI和HLI之間呈正相關(guān)關(guān)系。李璟輝等[15]研究了4個(gè)環(huán)境綜合指標(biāo)：BGHI、THVI、THI和HLI與西門塔爾肉牛呼吸頻率之間的相關(guān)性，結(jié)果表明HLI與呼吸頻率的相關(guān)性最大，相關(guān)系數(shù)為0.603 81。而在研究綜合環(huán)境指數(shù)（comprehensive climate index, CCI）、HLI、BGHI、奶牛熱應(yīng)激指數(shù)（index of thermal stress for cows, ITSC） 4指標(biāo)與奶牛生理特征的相關(guān)性時(shí)，發(fā)現(xiàn)CCI與荷斯坦奶牛的呼吸頻率相關(guān)性最大，相關(guān)系數(shù)為0.365[35]。此外，Atkins[36]等利用探測器監(jiān)測肉牛每日連續(xù)變化的生理特征與環(huán)境參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，牛的呼吸頻率、體溫與THI的變化趨勢高度一致。而在本試驗(yàn)中，非遮蔽區(qū)的黑球溫度與皮溫的相關(guān)性較高，二者的相關(guān)系數(shù)為0.53；各指標(biāo)與呼吸頻率的相關(guān)性較低，最大相關(guān)系數(shù)僅為0.20，其原因可能是觀測的牛的數(shù)量較少，導(dǎo)致觀測值的標(biāo)準(zhǔn)差較大，造成相關(guān)系數(shù)偏小。黑球溫度主要受太陽輻射的影響，根據(jù)其與牛群生理特征的相關(guān)性可以推斷，太陽輻射對(duì)肉牛的生理特征的影響占據(jù)主導(dǎo)地位，而遮陽網(wǎng)能通過降低太陽輻射。達(dá)到改善肉牛的生長環(huán)境，緩解熱應(yīng)激的目的。

4 結(jié) 論

本研究對(duì)設(shè)有黑色塑料材質(zhì)，針數(shù)為4針，透光率約為40%的遮陽網(wǎng)圍欄育肥牛場進(jìn)行了現(xiàn)場環(huán)境指標(biāo)實(shí)測，并通過數(shù)據(jù)分析，最終得出以下結(jié)論：

1）現(xiàn)場環(huán)境實(shí)測結(jié)果表明，遮陽網(wǎng)在各個(gè)時(shí)段都能改善肉牛的生長環(huán)境，且午時(shí)的效果最為明顯：可減少87%的太陽輻射，使溫度降低3.95 ℃，黑球溫度降低19.9%，將環(huán)境從嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸葻釕?yīng)激。

2）肉牛行為的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，隨著熱應(yīng)激程度的升高，肉牛更傾向于在遮蔽區(qū)躺臥，且躺臥比例由14.21%升高至59.9%，站立比例由64.5%降低至29.7%。說明遮陽網(wǎng)下的小氣候環(huán)境較舒適，能為肉牛提供適宜的飼養(yǎng)環(huán)境，提高動(dòng)物福利。

3）分析各環(huán)境綜合指標(biāo)與肉牛生理特性的相關(guān)性，結(jié)果表明，非遮蔽區(qū)的黑球溫度與肉牛皮溫和呼吸頻率的相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)分別為0.53與0.20，進(jìn)一步說明了遮陽網(wǎng)能通過降低太陽輻射來達(dá)到緩解肉牛熱應(yīng)激水平的目的。

綜上，本試驗(yàn)通過環(huán)境指標(biāo)的對(duì)比和對(duì)牛群生理特性的分析，闡明了遮陽網(wǎng)在中國西北地區(qū)圍欄育肥牛場中的遮陽降溫效果，可為緩解該形式肉牛場的夏季熱應(yīng)激提供參考。

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Effects of sunshade net on environment of fenced feed lot and physiological characteristics of beef cattle in northwest China in summer

Chen Zhaohui1,2, Xiong Haozhe1,2, Zhang Xiaxia1, Liu Jijun1,2※, Lin Liang3

(1.100193,;2.100193,; 3. Gansu734000,)

In order to study the effects of sunshade net applied in fenced feed lot in northwest China to alleviate heat stress of beef cattle in summer, this paper was conducted to measure environmental parameters, and recorded the physiological characteristics of beef cattle to evaluate the environment of fenced feed lot in different periods. This test was in Zhangye city, Gansu province (38.55 °N, 100.26 °E). The experiment was conducted from June 2018 to July of the same year. The fence feed lot was 198 m long and 100 m wide. There were 4 rows of cattle pens in the feed lot, each row had 11 columns. The length of each pen was 18 m and the width of 18 m. 2 black plastic shading nets were installed along the diagonal of the second row of cattle hurdles, with a light transmittance of about 40%, providing a shading area of 5.4 m2for each cattle. Each stall was provided with a drinking tank for beef cattle to drink freely, and the feeding method was manual feeding at 8:00 and 17:00. 12 Simmental crossbred beef cattle with red and white coats were kept in each stall. Measurement parameters included temperature, relative humidity, wind speed, solar radiation intensity, skin temperature of beef cattle, respiration rate and behavior of beef cattle. Each environmental index was measured 3 times a day at 7:00, 14:00 and 19:00, and denoted as morning, afternoon and evening respectively. 3 stalls in the second row were selected for the recording of environmental parameters. The results showed that the microclimate environment under the shading net was relatively comfortable, which could provide a suitable feeding environment for beef cattle and improve animal welfare. At noon, the environment in the no shaded area would cause great heat stress to the cattle. The mean values of THIadj（adjusted temperature-humidity index，THIadj）, BGHI（black globe-humidity Index，BGHI） and HLI（heat load index，HLI） were 86.24, 92.98 and 93.89 respectively, all of which exceeded their upper critical values. However, sun shade net could decrease 87% of the solar radiation, decrease the temperature by 3.95 ℃at the same time, meanwhile decrease black-globe temperature by 19.9%, and also can transfer the environment from severe heat stress into a moderate heat stress state. Through the behavior of beef cattle, it is believed that due to the level of heat stress, the main behaviors of beef cattle were different. The percentage of lying behavior of beef cattle increased from 14.21% to 59.9% (<0.01), while the percentage of standing behavior decreased from 64.5 % to 29.7% (<0.01). It was observed that the behavior of lying mostly occurred in the shade area at noon. In addition to the significantly increased proportion of lying behavior, the cattle were more inclined to move in the shelter area. Therefore, we considered that the sunshade net could improve the environment in summer and reduce the degree of heat stress. The outcome of various environmental comprehensive parameters on the physiological characteristics of beef cattle indicated that in this experiment, solar radiation was the main factor affecting the physiological characteristics of beef cattle. Black-globe temperature in no sunshade net area had the highest correlation with beef cattle skin temperature and their respiratory rate, correlation coefficients were 0.53 and 0.20 respectively. According to comparing the environment and the change of the beef cattle physical characteristics, the results indicated that the sunshade net reduced the beef cattle heat stress level mainly by reducing the radiation from the sun, improved the environment condition of the beef cattle. Thus, it could help to maintain the performance of beef cattle, improve the animal welfare at the same time. This study can provide a reference for the application effect of sunshade net in beef cattle industry in China.

cooling; temperature; solar radiation; sunshade net; heat stress; environment; beef cattle

2019-01-17

2019-05-29

國家肉牛耗牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-38）

陳昭輝，副教授，研究方向?yàn)樾竽镰h(huán)境工程。Email：chenzhaohui@cau.edu.cn

劉繼軍，教授，研究方向?yàn)樾竽镰h(huán)境工程。Email：liujijun@cau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.020

S823.9+2

A

1002-6819(2019)-11-0175-07

陳昭輝，熊浩哲，張霞霞，劉繼軍，林 梁. 遮陽網(wǎng)對(duì)西北地區(qū)夏季圍欄牛場環(huán)境和肉牛生理特征的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(11)：175－181. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.020 http://www.tcsae.org

Chen Zhaohui, Xiong Haozhe, Zhang Xiaxia, Liu Jijun, Lin Liang. Effects of sunshade net on environment of fenced feed lot and physiological characteristics of beef cattle in northwest China in summer[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(11): 175－181. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.020 http://www.tcsae.org