开放式牛舍夏季热应激对奶牛生产力的影响

于静，沈盼，施正香，邹兵，王洋

（1.天津梦得集团有限公司，天津 300403；2.中国农业大学农业部设施农业工程重点实验室，北京 100083；3.北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心，北京 100083；4. 中国农业大学信息与电气工程学院，北京 100083）

开放式牛舍夏季热应激对奶牛生产力的影响

于静1，沈盼2,3，施正香2,3，邹兵4，王洋1

（1.天津梦得集团有限公司，天津 300403；2.中国农业大学农业部设施农业工程重点实验室，北京 100083；3.北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心，北京 100083；4. 中国农业大学信息与电气工程学院，北京 100083）

夏季开放式牛舍因无法实施有效的环境调控，容易造成热应激，对奶牛生产力造成不利影响。本文采用自主研发的以太网奶牛场养殖环境监控系统，对天津某牛场成乳牛舍的夏季舍内温度、相对湿度、CO2、NH3及H2S等进行了实时跟踪监测与数据采集。结果表明，7～9月份天津地区的奶牛热应激较为严重，已有的喷淋-扰流风机系统尚不足有效克服热应激对奶牛生产的影响，尤以8月份的影响最为严重，其8月份的产奶量仅为同年7月份、9月份的90%和77.4%；牛舍内的温湿指数始终处于较高水平，7～9月份的日均THI值达到76.2、80.6和73.3，与奶牛产奶量呈显著负相关，THI值每增加1，产奶量下降约0.72kg。

奶牛生产力；THI；有害气体浓度

影响奶牛生产力的因素有很多，主要有遗传因素、环境因素和生理因素。由于奶牛的相对体表面积较小、汗腺不发达，消化过程中又会释放大量的热量，因而对热应激的承受能力较差，会严重影响奶牛生产性能的发挥[1]。加强牛舍的环境管理，对提高奶牛生产力意义重大。泌乳牛的适宜生产温度为10～18℃。夏季温度较高，对奶牛产奶量影响较大，而且也容易发病。一般情况下，空气湿度对奶牛的热平衡影响不大，但在高温时湿度过高或过低、低温时湿度过高，都会使奶牛的产热和散热受到影响。气温在24℃以下时，湿度的高低对奶牛的产奶量、乳成分、采食量、饮水量及体重影响不大；但在24℃以上，随着温度的升高，大部分品种的奶牛产奶量和采食量都会下降[2]。此外，牛舍内CO2、NH3及H2S等有害气体也会对奶牛的健康和生产力产生不利影响，浓度越高影响越大[3]。

国内外关于畜舍环境监测与调控的研究很多，尤以牛舍热湿环境方面的研究居多。为解析环境的综合效应，一般用温湿度指数（THI）评估奶牛热应激程度。Johnson[4]和Preez等[5]指出，当THI在35～72范围内，产奶量不受热应激影响；当THI大于72时，采食量和产奶量开始下降；当THI大于76时，采食量和产奶量急剧下降。Bouraoui 等[6]研究表明，当THI高于69时，THI值每增加1，奶牛日产奶量平均降低0.41kg。Preez等[5]以THI为指标评判奶牛的热应激程度及产奶性能得出以下结论：当THI低于70时，奶牛不表现热应激症状；当THI在70～72之间时，奶牛表现出轻度热应激，产奶量接近于正常产奶量指标；当THI在72～78之间时，奶牛表现中度热应激，产奶量明显低于正常产奶量指标；THI在78～82之间时，奶牛表现出中重度热应激，严重影响奶牛健康；高于82时，影响奶牛的生存。

为进一步了解天津地区夏季热应激对奶牛生产的影响程度，本研究采用中国农业大学最新研发的组态王奶牛场养殖环境监控系统，对天津地区某牛场的成乳牛舍夏季舍内外温度、相对湿度以及有害气体等进行了为期3个月的实时跟踪监测与数据采集，以便为牛舍夏季的环境调控措施选择提供决策依据。

1 材料和方法

1.1 测试牛舍概况

本次试验地点为天津市梦得集团今日健康乳业有限公司1号牛舍，该牛舍为开放式牛舍，东西侧山墙设TMR饲料车通道及清粪车通道，南北侧纵墙为开敞式。牛舍内采用喷淋-扰流风机降温系统，风机开启时间为10∶00～17∶00；舍内清粪方式采用铲车清粪，每日清粪三次。牛舍中间为转群通道，转群通道东侧为泌乳牛群区，西侧为围产牛及产后牛。

1.2 测试内容及时间

本试验目的在于监测奶牛舍温湿度及有害气体浓度等环境参数，分析牛舍环境对奶牛生产力的影响。利用温湿度传感器及有害气体浓度监测传感器测试牛舍内温度、相对湿度、CO2浓度、NH3浓度及H2S浓度。根据当地的气候条件，选取7～9月进行三个阶段为期19d的环境监测。第一阶段：2016.07.01～2016.07.09；第二阶段：2016.07.28～2016.08.01；第三阶段：2016.08.31～2016.09.04。

1.3 测试方法

采用中国农业大学自主设计与开发[7]的组态王软件对牛舍环境信息进行监测、采集和存储。温湿度测试：选用西门子QFA3171温湿度传感器，具有体积小、质量轻、测量精度高、响应时间短、便于安装等优点。量程范围：相对湿度0～100%，温度0～50℃。

二氧化碳测试：MOT500-CO2-IR红外二氧化碳检测仪，具有响应速度快、测量精度高、稳定性和重复性好等优点。测量范围为0～3928mg/m3，分辨率为1.96mg/m3，检测精度为±3%。

氨气、硫化氢测试：MOT300系列的MOT300-NH3型和MOT300-H2S型气体传感器，具有体积小、操作简单、携带方便、便于进行现场监测等优点。检测精度为±3%，测量范围为0～196mg/m3，分辨率为0.2mg/m3，输出信号为16位精度的4-20mA信号。

2 结果与分析

2.1 牛舍内温湿度状况

环境监测系统为连续采样，每分钟记录一组数据，为便于分析和比较泌乳牛产奶量与环境因子间的关系，测试期间全天候不间断监测。表1为牛舍内温湿度测定结果。

表1 不同阶段牛舍内温湿度状况

从牛舍温湿环境测定结果可以看出，从七月初到九月初牛舍内日平均温度均高于24℃，最高日平均舍温为31.3℃，午后舍内温度基本都在29℃以上，而奶牛正常舒适温度上限值为24℃，由此可见，舍内温度显著高于奶牛的正常舒适温度范围；第二阶段牛舍最低温度、最高温度、日平均温度均高于其余两阶段。舍内湿度环境除第三阶段外，其余两阶段舍内日最高相对湿度均偏高；其中，第二阶段舍内最高湿度、最低湿度和日平均湿度均高于其他两个阶段，最高相对湿度达到99%，接近饱和状态，属于严重的高湿环境。

2.2 舍内有害气体浓度测定

试验期间，对牛舍内的CO2、NH3、H2S等有害气体进行了监测。监测结果表明，舍内CO2浓度在630～830mg/m3之间，H2S气体浓度低于0.09mg/m3，NH3浓度低于8mg/m3，空气质量良好。

3 讨论

3.1 舍内热环境调控效果分析

一般而言，由于牛体本身的散热作用，使得舍内平均温度高于舍外，但日温差较舍外要小，采用自然通风的牛舍，舍内温度的变化趋势基本上与舍外温度变化趋势一致，即早晚温度低于午后温度。而舍内相对湿度早晚显著高于午后，这主要由于在空气含湿量一定的情况下，舍内相对湿度表现出随着舍温的升高而降低的湿焓关系。当舍内降温系统开启后，扰流风机有助于舍内外干湿空气的交换，使牛舍空气湿度在白天时段相对较低。

尽管该牛舍中安装了喷淋-扰流风机降温系统，但由于是敞开式牛舍建筑，且牛舍的跨度较大（30m），舍外即使风速较大，也很难在牛舍中部产生良好的通风效果，所采用的扰流风机只能在局部区域形成一定的气流。因此，牛舍的总体通风效果并不理想，水蒸气积聚明显，使舍内始终处于较高的湿度状态。加上该牛舍屋顶采用单层彩钢板，隔热效果较差，因而炎热季节很容易造成奶牛的热应激。

本文统计了试验期间的牛舍内外温度变化情况（图1）。可以看出，牛舍内日最高温度略低于舍外最高温度（0.3～1.9℃），舍内日最低温度明显高于舍外最低温度（1.5～3.7℃）。在喷淋-扰流风机降温系统开启时，在一定程度上改善了舍内的温热环境，但降温效果并不明显，尚不能从根本上解决奶牛的热应激问题。

图1 舍内外温度变化曲线

针对天津地区开放式牛舍夏季降温效果不明显，奶牛热应激较为严重的情况，可以从以下几方面着手来缓解奶牛的热应激：①喷淋管道的安装高度距离地面1.5～1.8m，调整喷头的角度使之可以喷到奶牛躯干，或者在相对湿度不高的情况下选用喷雾系统，从而提高喷淋系统的降温效率[8]；②选用彩钢夹芯板坡屋顶+PVC吊顶结构，该结构具有较好的隔热效果[9]，有助于降低太阳辐射对牛舍的升温效果；③尽量降低颈枷上方和卧栏上方扰流风机的安装高度，同时调整卧栏上方风机的安装角度为20°、颈枷上方风机安装角度为10°，以最大限度发挥扰流风机的扰流效果[10]。

3.2 热应激对奶牛生产力的影响

表2列出了天津地区7～9月份的温湿指数及日均产奶量情况。可以看出，牛舍内的THI值均高于72，奶牛始终处于热应激状态，8月份日最高THI值达到了86.50，属于中重度热应激水平。7月份的温湿指数在73～79之间，属中度热应激水平，9月份的温湿指数介于71～75之间，属轻度热应激。表明8月份是一年中最为炎热的时期，因而对奶牛的生产力影响最大，其生产力水平仅为7月份的90%、9月份的78%。

表2 测试期间舍内的温湿指数和日产奶量

已有研究表明，THI值高低与产奶量密切相关。本文统计了试验期间的奶牛生产数据，并就产奶量与THI进行了回归分析。得到天津地区7～9月份奶牛产奶量与THI值之间的关系为：

式中，y为日产奶量（kg/头）；x为THI值。即THI每增加1，奶牛日平均产奶量下降0.7157kg，其中，R2=0.7356。与文献[6]的研究结果相比，平均产奶量下降幅度更大，这可能与天津地区7～9月份的热应激程度更为严重，以及现代奶牛品种过分强调高产性能有关。可见，加强夏季的热应激管理，尤其是8月份的热应激管理，对实际生产十分重要。

4 结论

天津地区7～9月份的THI值均高于72，奶牛长期处于热应激水平，THI值每增加1产奶量下降约0.72kg。尤以8月份热应激最为严重，奶牛的生产力仅为7月、9月的90%、78%。

天津地区的开放式牛舍采用喷淋通风降温措施，虽然在一定程度上缓解热应激对奶牛生产的影响，但效果并不理想，并不能从根本上解决奶牛的热应激问题。

[1] 樊丽,刘琴,陈恒,等. 影响奶牛生产力的因素[J]. 山东畜牧兽医,2010,10:12-13.

[2] 李保明，施正香. 设施农业工程工艺及建筑设计[M]. 北京:中国农业出版社, 2005.

[3] 张文龙,王建彬,周景明. 畜牧业生产中的环境污染及治理对策[J]. 家畜生态,2001,03:51-55.

[4] Johnson H D. Physiological responses and productivity of cattle[M].Stress physiology in livestock. Volume II Ungulates,1985:3-23.

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[6] Bouraoui R, Lahmar M, Majdoub A, et al. The relationship of temperature-humidity index with milk production of dairy cows in a Mediterranean climate[J]. Animal Research, 2002, 51(6):479-491.

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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

现代农业（奶牛）产业技术体系（CARS-37）。

于静（1966 -），女，博士，北京人，推广研究员，高级经济师。

施正香（1964-），女，江苏人，教授，博士生导师，研究方向为畜禽养殖工艺与环境。