呼和浩特地区牛舍内温湿度变化规律和奶牛冷热应激判定

2015-04-18吴淑云黄常宝石小平

家畜生态学报 2015年2期

徐明, 吴淑云, 黄常宝, 石小平

(1.内蒙古农业大学动物科学学院，内蒙古呼和浩特 010018；2.陕西省铜川市动物疫病预防控制中心，陕西铜川 727031；3.圣牧高科套海牧业有限公司，内蒙古巴彦淖尔 015200)

徐明1*, 吴淑云2, 黄常宝3, 石小平3

试验旨在研究呼和浩特地区奶牛舍内温湿度的年度变化规律，为冷热应激的防控提供依据。采用全自动温湿度记录仪记录舍内温湿度，从2013年1月1日到2013年12月31日，共记录了17 520个数据。再依据温度和相对湿度，计算温湿度指数(THI)和综合指数(CCI)。结果表明，从1月1日到12月31日，奶牛舍内温度、THI和CCI呈先升高后下降的趋势，7和1月份分别为最热和最冷的月份；相对湿度呈先下降后升高的趋势，8和1月份分别是舍内相对湿度最小和最大的月份。依据CCI回归公式判定，全年内，奶牛共有144 d处于热应激期、165 d处于冷应激期。研究结果为内蒙古地区奶牛、肉牛冷热应激的预防和控制提供了科学决策依据。

温度；湿度；应激；奶牛；呼和浩特

温热环境是直接影响动物体温调节的因素，包括温度、湿度、气流和光照。温热环境对家畜生理机能、生产性能、繁殖性能以及健康状况等均有不同程度的影响[1-4]。衡量家畜冷热应激的指标主要包括温度、温湿度指数(THI)[5]、热负荷指数(HLI)[6]、风寒指数(WCI)[7]和综合指数(CCI)[8]等。目前我国奶牛饲养越来越多地采用自由散栏方式。当温度过高、过低，或有雨雪天气时，动物多呆在舍内。舍内环境比舍外环境对动物影响更大[9]。很多研究多采用舍外环境监测或气象报告，尤其是风速和太阳辐射强度，不能真实反映动物所处的环境状况；内蒙古地处北方，冬季气温低、温差大、干燥、风速大，夏季太阳辐射强度大、直射时间长、气温高、湿度小，相对于其他气候温和的地区，奶牛在舍内时间更长，舍内环境温湿度对奶牛生产的影响更大。因此本文研究了呼和浩特地区奶牛舍内温湿度的变化规律，为冷应激和热应激的预防和控制提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验场地

试验在呼和浩特某牧场。牛舍为全封闭、自由散栏式，30 m跨度，钟楼式单层彩钢板顶，窗户和门可以自由打开，屋顶中间打开30 cm，利于空气流通；牛舍中间为饲喂道，两侧分别有两列卧床。没有安装风扇和喷淋。温度高于0℃，窗户全部开启；当舍外温度低于0℃，仅打开20%窗户；舍外温度低于-10℃，窗户和门全部封闭。

1.2 试验方法

采用全自动温湿度记录仪记录舍内温湿度，整栋牛舍安装了3个温湿度记录仪，均匀分布在牛舍的饲槽上，悬挂于牛舍的柱子上，离地1 m高。记录仪每0.5 h自动存储数据。从时间从2013-01-01～12-13，共17 520次记录。用公式计算湿度指数

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

式中：T(℃)为温度；H(%)为相对湿度。

CCI计算方法参见Mader等[8]采用的方法。

1.3 数据整理与统计

利用Excel整理数据，再利用SPSS的多项式回归功能对数据进行回归。将1月1日定为1，以此类推，12月31日定为365。横坐标为日期，纵坐标为温度、湿度、THI和CCI。显著水平为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 温度变化规律

每日牛舍内的平均、最高和最低温度的变化规律见图1。由图1可知，从1月1日到12月31日，温度基本呈先升高后下降的趋势，最低温度出现在1月初和12月底，接近-21 ℃；最高温度出现在7月底到8月初，接近38 ℃。

每日的最高、最低和平均温度的回归公式如下：

平均温度=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)

最高温度=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)

最低温度=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为日期(1月1日定为1，以此类推，12月31日定为365)。上述回归公式的观察数(n)均为365，回归公式均达到极显著水平(P<0.001)。

将每月的所有温度平均，得到月份平均温度；在本月内挑出最大值和最小值，得到最高温度和最低温度，最高温度和最低温度的差值为极差。2013年每月的平均、最高和最低温度的变化范围见表1。由表1可知，从1月到12月，温度呈先升高后下降的趋势，最低的月份平均温度出现在12月，为-21℃；最高的平均温度出现在7月份，为25℃。

图1 每日舍内温度的变化规律

表1 各月份舍内温度的变化范围

2.2 相对湿度变化规律

每日牛舍内的最高、最低和平均相对湿度的变化规律见图2。由图2可知，从1月1日到12月31日，相对湿度基本呈先下降后升高的趋势。最高相对湿度出现在1月、2月、3月初和12月份底，接近90%。在12、1、2和3月份，呼和浩特地区气温较低、风速较大，为了防止舍内低温和冷风，在夜间将牛舍窗户和门全部关闭，导致舍内相对湿度骤增；最低相对湿度出现在5、6月份，为10%～20%。呼和浩特地区，空气的相对湿度随气温的提高呈线性下降趋势(P<0.001；图3)。5、6月份相对湿度较低与气温高有关。

每日的最高、最低和平均的相对湿度的回归公式：

平均湿度=-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)

最高湿度=-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)

最低湿度=-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)

上述回归公式的n均为365，回归公式均达到极显著水平(P<0.001)。

每月的平均、最高和最低相对湿度的变化范围见表2。由表2可知，从1月到12月，相对湿度呈先下降后升高的趋势，最低的月份平均相对湿度出现在8月份，为37%；最高的月份平均相对湿度出现在1月，为65%，主要与温度低和牛舍封闭有关。

图2 舍内相对湿度的变化规律

图3 舍内温度和相对湿度的回归关系

表2 各月份舍内相对湿度的变化范围

2.3 湿度指数THI变化规律

每日舍内的最高、最低和平均THI的变化规律见图4。由图4可知，从1月1日到12月31日，THI基本呈先升高后下降的趋势，最低THI出现在1月份、2月份和12月底，接近5；最高THI出现在7月份，接近85。

图4 舍内THI的年度变化规律

每日的最高、最低和平均的THI的回归公式：

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)

上述回归公式的n均为365，回归公式均达到极显著水平(P<0.001)。

每月的平均、最高和最低THI的变化范围见表3。由表3可知，从1月到12月，THI呈先升高后下降的趋势，最低的月份平均THI出现在1月，为24；最高的月份平均THI出现在7月，为71。

表3 各月舍内湿度指数(THI)的变化范围

2.4 综合指数(CCI)变化规律

CCI是目前判断冷热应激最准确的指数之一，也是唯一可同时判断冷热应激的指数。该指数计算需要温度、湿度、风速和太阳直射时间[8]。每日舍内的最高、最低和平均CCI的变化规律基本同THI(图5)。最高CCI出现在7月份，为44。最低CCI出现在12月底和1月份，接近-23。

每日的最高、最低和平均的CCI的回归公式：

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)

上述回归公式的n均为365，回归公式均达到极显著水平(P<0.001)。

从1月到12月，CCI呈先升高后下降的趋势，最低的月份平均CCI出现在1月，为-10；最高的月份平均CCI出现在7月，为29(表4)。

图5 舍内CCI的年度变化规律

表4 各月舍内CCI的变化范围

THI和CCI 有极显著的正相关关系，一次和二次的回归公式均达到极显著水平(详见图6)。

图7显示，CCI和THI与温度均有极显著的回归关系(P<0.001)。随温度的提高，THI和CCI均提高。

3 讨论

3.1 呼和浩特地区奶牛冷热应激的持续时期和程度

呼和浩特地区牛舍内温度、湿度和THI变化趋势与董晓霞等[10]报道一致。董晓霞等[10]选用风寒指数为衡量指标，发现北京地区一年内最冷的时间出现在1月份，与本研究结果相同。

热应激对动物的生理机能[11-13]、生产性能[14-16]、繁殖机能[13,17]和经济效益[3]均有显著影响。Mader等[8]推荐，CCI大于25，奶牛即处于热应激期。从2013年最高CCI回归公式计算得，7月20日为2013年最热的日期；奶牛从5月8日开始出现热应激，到9月29日结束，奶牛共有144 d处于热应激期(图8)，其中27 d处于严重热应激期(07月06日～08月02日)，75 d处于中度热应激(5月29日～7月5日；08月03日～09月08日)，42 d处于轻度热应激期(05月08日～28日；09月09日～29日)，奶牛不存在极端热应激和致死热应激。董晓霞等[10]用THI大于72判定，北京地区从1951到2012年，奶牛每年有131～139 d处于热应激期。与本研究基本一致。

图6 舍内CCI和THI的回归关系图7 舍内温度与CCI和THI的回归关系

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

图8 奶牛热应激的持续时间和程度图9 奶牛冷应激的持续时间和程度

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

冷应激对动物的生理机能、健康和生产性能有显著影响[18-20]。当CCI小于0时，奶牛开始出现冷应激反应[8]。利用最低CCI回归公式计算得，一年中最冷的日期为2013-01-22日，奶牛从10月29日开始出现冷应激反应，到4月9日结束，共持续165 d(图9)，其中中度冷应激共持续105 d(11月27日～3月9日)，轻度冷应激期的总天数为60 d(10月29日～11月26日；3月10日～4月9日)，奶牛不存在更严重的冷应激。董晓霞等[10]用WCI小于-10判定，北京地区从1951～2012年，奶牛每年处于冷应激期的天数介于33～71 d之间。呼和浩特比北京冬季更寒凉，奶牛处于冷应激的天数更长。

3.2 奶牛冷热应激的判断标准

美国和加拿大气象中心[7]联合提出的WCI，可作为判断动物冷应激的指数，包括温度和风速。Gaughan等提出的HLI，可作为判断动物热应激的指数，包括温度、湿度和风速[6]。Mader等[8]提出的CCI包括温度、湿度、风速和太阳直射时间，是目前唯一可同时判断动物冷应激和热应激的指数，应用较准确。CCI、HLI和WCI一般在露天饲养的奶牛和肉牛上使用，此时温度、湿度和风速(日照时间)均需可知。但这些指数的计算过程复杂，不易在牧场实地使用。

动物在冷热应激期间多呆在舍内，舍内环境比舍外环境对动物影响更大[9]。舍内的风速和太阳直射时间一般均为0，主要影响因素包括温度和相对湿度。THI是目前判断热应激的主要指数，包括温度和湿度。但目前未见到THI在冷应激判定中的应用。

呼和浩特一年内的相对湿度规律明显，且湿度和温度间存在显著相关关系(图3)。因此，在呼和浩特舍内温湿度的特定环境条件下，可以用温度作为标准判定奶牛的冷热应激，简单、直接。我们根据CCI、THI和温度的回归公式(图7)，得到了温度的冷热应激判定标准，见表5。表5显示，当环境温度大于22℃，奶牛即出现热应激反应，这与Mader等[2]报道一致。温度可在某一特定地区，已知湿度和温度的相关关系情况下，用于判定动物的冷热应激，简单、直接、易操作。

表5 成年奶牛冷热应激的判定标准

aCCI标准引自Mader等(2010)[8]；a CCI standard is qoted from findings by Mader.etc.

bTHI热应激标准参考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冷应激标准是依据CCI冷应激标准、按照图6回归公式计算而得；C,THI cold stress index are calculated results with regression formula in Fig.b.

d温度冷热应激标准是依据THI和CCI冷热应激标准、按照图7回归公式计算而得。d.Temperature heat cold stress are calculated results following formula in Fig.7.

4 结论

呼和浩特地区奶牛舍内温度、相对湿度、THI、CCI的年度变化规律明显；依据CCI回归公式判定，2013年呼和浩特地区某奶牛场奶牛有144 d处于热应激期、有165 d处于冷应激期。

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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

国家奶牛产业技术体系项目(CARS-37-02A)

徐明(1979-)，男，内蒙古包头市人，副教授，研究方向：反刍动物生产与管理。E-mail：40538577@qq.com

S811.6

1005-5228(2015)02-0054-07