文/朱春英

（北華航天工業(yè)學(xué)院）

一旦奶牛處于熱應(yīng)激狀態(tài)，其呼吸頻率和心跳頻率將會大幅度增加，表現(xiàn)出食欲不振，輕則產(chǎn)奶量降低，重則導(dǎo)致死亡，為牧場帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，牧場管理人員必須制定緩解奶牛熱應(yīng)激的相關(guān)方案。噴淋是緩解奶牛熱應(yīng)激最直接、最明顯的措施，本文針對不同噴淋水滴粒徑對緩解熱應(yīng)激的效果進(jìn)行闡述。

1 試驗(yàn)方法

1．1 試驗(yàn)對象及風(fēng)速測試方法

選取對稱分布的一間泌乳牛舍作為研究區(qū)域，一側(cè)牛群作為參照對象，另一側(cè)牛群作為研究對象，將試驗(yàn)對象牛群區(qū)域的噴淋設(shè)備更換為先進(jìn)的9060、9080、90100型號的噴頭，在試驗(yàn)過程中，每噴淋2 min，間隔7 min，不斷循環(huán)。利用熱線式風(fēng)速儀測定區(qū)域風(fēng)速，每間隔5 s讀取數(shù)值1 次，1 個固定位置讀取10次，取平均值作為試驗(yàn)所測定的風(fēng)速值，并在試驗(yàn)中實(shí)時監(jiān)測風(fēng)速值，確保風(fēng)速值穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。

1．2 奶牛生理指標(biāo)測試方法

測試不同噴淋水滴粒徑（分別為0．829 mm、0．947 mm、1．127 mm）及不同的噴淋時刻（噴淋前、中、后）對奶牛生理指標(biāo)的影響。生理指標(biāo)主要包括奶牛呼吸頻率、體表溫度及直腸溫度，并根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算出換熱量。為了保證數(shù)據(jù)的精確度和可靠性，利用秒表記錄奶牛腹部起伏次數(shù)，測定呼吸頻率；利用熱像儀獲取奶牛體表溫度紅外成像分布圖，獲取體表溫度信息；通過電子直腸溫度儀測量奶牛的直腸溫度。

1．3 環(huán)境指標(biāo)測試方法

為排除周邊環(huán)境對研究結(jié)果的影響，本試驗(yàn)借助精度較高的溫濕度記錄儀，測定了溫度和濕度等環(huán)境指標(biāo)。

2 計(jì)算方法

2．1 體表溫度測試

根據(jù)熱像儀獲取的奶牛體表溫度紅外成像分布圖顯示，奶牛體表各個區(qū)域?qū)囟茸兓拿舾谐潭却嬖陲@著差異。本試驗(yàn)主要研究奶牛脖頸區(qū)域和腹部區(qū)域的體表溫度。分別在脖頸區(qū)域和腹部區(qū)域選取6個和12 個點(diǎn)位，取各自區(qū)域點(diǎn)位的平均值，作為脖頸的溫度和腹部的溫度，并拍攝4 次相關(guān)區(qū)域的溫度變化情況，取其平均值作為最終溫度結(jié)果。

2．2 換熱量計(jì)算

通過計(jì)算換熱量完成本試驗(yàn)對奶牛降溫效果的衡量及緩解熱應(yīng)激程度的分析。奶牛熱應(yīng)激緩解的實(shí)質(zhì)是導(dǎo)熱、對流傳熱等共同作用的結(jié)果。通過固定的導(dǎo)熱方式，奶牛體內(nèi)的熱量會傳遞到表皮層，而在空氣和體表水分的對流交換中，這部分熱量又會傳遞到空氣中。迄今為止，有大量的研究學(xué)者對整個熱交換過程進(jìn)行了精準(zhǔn)分析，但是在對流換熱量和蒸發(fā)換熱量的數(shù)值計(jì)算方面還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。該問題產(chǎn)生的主要原因是計(jì)算公式中的換熱量和蒸發(fā)量受個體因素的影響比較明顯，所以迭代公式的計(jì)算不僅繁瑣，精準(zhǔn)性也會受到一定的限制。本試驗(yàn)主要采用了比較簡略、能夠忽略各項(xiàng)因素對于物理量的影響、在實(shí)際應(yīng)用過程中具有較大可行性的Merkel焓差計(jì)算公式，從能量焓的角度來思考并計(jì)算奶牛的換熱過程。但是在計(jì)算之前需掌握包括空氣與水表面的接觸散熱系數(shù)a、水體表面飽和空氣邊界層溫度t、以含適量差為基準(zhǔn)的空氣與水表面間的散質(zhì)系數(shù)b、飽和空氣邊界層水蒸氣質(zhì)量比xn、主體空氣層中的水蒸氣質(zhì)量比x、主體空氣干球溫度c、水的氣化潛熱γ以及空氣與水體的接觸面積dF等相關(guān)參考數(shù)據(jù)，計(jì)算單位時間內(nèi)水與空氣的顯熱交換量和潛熱交換量，最終對兩者求和，得出水和空氣的總換熱量。

單位時間內(nèi)水與空氣的顯熱交換量：dQ = a(t- c)dF；單位時間內(nèi)水與空氣的潛熱交換量：dQb= γb(xn-x)dF；水和空氣的總換熱量為：dQ = dQa + dQb = [a(tc)+γbx(x”- x)]dF。按照路易斯關(guān)系式，計(jì)算的顯熱交換系數(shù)和潛熱交換系數(shù)的比值是一個常數(shù)，因此，在計(jì)算過程中可引入主體空氣層空氣的焓值和水體表面包和空氣邊界層空氣的焓值等數(shù)值，對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：dQ = b[(1．O1 +1．84x”)(t-c) + (2500 + 1．84c)(x” - x)]dF = b(i”- i)dF（其中i”為水體表面飽和空氣邊界層空氣的焓；i為主體空氣層空氣的焓）。

3 結(jié)果與分析

本試驗(yàn)對奶牛在不同噴淋水滴粒徑下的生理指標(biāo)和換熱量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和研究，計(jì)算不同個體之間的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

3．1 奶牛體表溫度

通過熱像儀所呈現(xiàn)的奶牛體表溫度紅外成像分布圖顯示，圖像中的溫度代表點(diǎn)具有比較明顯的差異變化。具體來說，在脖頸區(qū)域，3種不同噴淋水滴粒徑條件下，隨著噴淋水滴粒徑的逐漸增加，噴淋前奶牛體表溫度的平均值分別為35．4℃、36．1 ℃和35．5 ℃，而噴淋中的奶牛體表平均溫度則分別是35．0 ℃、35．1 ℃和34．5 ℃，噴淋后的溫度是35．3 ℃、35．6 ℃和34．8 ℃。而在奶牛的腹部區(qū)域，隨著噴淋水滴粒徑的逐漸增加，其噴淋中較噴淋前的溫度差異及噴淋后較噴淋中的溫度差異均不斷增加。同時，無論是在脖頸區(qū)域還是在腹部區(qū)域，奶牛體表溫度在噴淋中都會下降0．7～1．5 ℃；而當(dāng)噴淋結(jié)束一段時間后，奶牛體表的溫度會慢慢呈現(xiàn)出回升狀態(tài)，但是仍會低于噴淋前，說明噴淋所帶來的降溫效果是持續(xù)性的，長效降溫一般維持在0．1～0．6 ℃。本試驗(yàn)選取的研究對象全部為成年泌乳牛，每個試驗(yàn)個體的生理狀況相近，基本可以排除由于個體差異而導(dǎo)致的試驗(yàn)誤差，試驗(yàn)結(jié)果相對比較可靠（表1）。

3．2 奶牛直腸溫度

奶牛屬于恒溫動物，因此，在外界生長環(huán)境和內(nèi)部生理狀況不發(fā)生劇烈變化的情況下，奶牛的直腸溫度不會產(chǎn)生較大波動。所以，本試驗(yàn)中奶牛的直腸溫度并未隨著噴淋水滴粒徑的變動而有明顯差異，噴淋前后的奶牛直腸溫度基本都維持在37．5～39．5 ℃的正常區(qū)間內(nèi)，表明不同噴淋水滴粒徑對奶牛的直腸溫度無直接影響。

3．3 奶牛呼吸頻率

通過對奶牛平均呼吸頻率數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，奶牛的呼吸頻率隨噴淋水滴粒徑的變化而變化。在不同的噴淋水滴粒徑條件下，在噴淋中，每頭奶牛的呼吸頻率都會呈現(xiàn)出降低狀態(tài)，而噴淋后的呼吸頻率又會提升，但仍低于噴淋前。與此同時，隨著噴淋水滴粒徑的逐漸增加，奶牛的呼吸頻率會逐漸呈現(xiàn)出上升到一定峰值然后下降的規(guī)律，這需要牧場管理人員在開展噴淋工作時根據(jù)實(shí)際情況選擇最佳水滴粒徑，提高噴淋效率。

3．4 奶牛換熱量

奶牛換熱量的計(jì)算公式為：dQ = b[(1．O1 + 1．84x”)(t-c)+ (2500 + 1．84c)(x” - x)]dF =b(i”- i)dF（推導(dǎo)見2．2），由于本試驗(yàn)主要借鑒了Merkel焓差理論，所以在實(shí)際計(jì)算過程中將奶牛體表附近的空氣近似按照飽和空氣邊界層進(jìn)行計(jì)算，檢測區(qū)域和奶牛實(shí)際的體表溫度，按照水蒸氣飽和區(qū)域和飽和空氣溫度來計(jì)算。與此同時，借助溫濕度記錄儀采集試驗(yàn)區(qū)域的溫度和濕度，利用熱線風(fēng)速儀對奶牛周邊區(qū)域的風(fēng)速進(jìn)行檢測，并著重探測奶牛體表的分?jǐn)?shù)。除此以外，還要同時對奶牛脖頸處高度的平均風(fēng)速、奶牛表皮面積等進(jìn)行測量，對每種噴淋水滴粒徑下奶牛的平均換熱量進(jìn)行求值。奶牛的換熱過程主要涵蓋了導(dǎo)熱、對流以及熱質(zhì)交換3 個流程，主要是體表和空氣之間的換熱，因而是對顯熱換熱量和潛熱換熱量進(jìn)行求和，保證熱量守恒。通過計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，換熱量和噴淋水滴粒徑的值并不存在線性關(guān)系，但是可以看出存在最佳噴淋水滴粒徑，之所以會得出這種結(jié)果，主要是因?yàn)樽罴阉瘟叫纬傻乃ぴ阡佌归_后能加大與奶牛體表的接觸面積，提高換熱效率。

表1 3 種不同噴淋粒徑條件下奶牛脖頸和腹部在噴淋前、中、后的體表溫度

4 小結(jié)

綜上所述，不同噴淋水滴粒徑對于奶牛直腸溫度無影響，對其體表溫度、呼吸頻率以及換熱量具有顯著影響。因此，為了盡可能緩解奶牛熱應(yīng)激，提高產(chǎn)奶量，牧場管理人員應(yīng)注重對噴淋粒徑的有效控制，為奶牛提供更適宜的生存環(huán)境。