不同降温处理工艺对北京地区奶牛夏季生产性能和生理指标的影响

（北京市畜牧业环境监测站，农业农村部畜牧环境质量监督检验测试中心，北京 102200）

奶牛热应激是指高温环境中，奶牛机体产生的非特异应答反应的总和[1]。研究发现，热应激会影响奶牛呼吸、采食量和泌乳性能，导致直肠温度升高，影响内分泌系统和免疫系统，严重时甚至会导致死亡[2,3]。奶牛热应激的影响程度一般采用温湿指数（THI）进行估算[4]，但由于养殖地域、奶牛品种、体况等不同，单纯依靠THI很难准确评估奶牛热应激状态和缓解程度，需要通过全方位综合测定对奶牛热应激状况进行准确评估。

为了缓解奶牛夏季热应激，除营养调节外，生产中多采用环境控制来进行有效防控。部分传统牛舍仍采用风扇降温的纯物理降温方式[5]，现代化牧场则多采用喷淋联合风机的人工降温技术[6～8]，某些特定地区牛场则采用湿帘-风机技术[9]。普通的喷雾风扇系统智能化程度不足，耗水量大，容易导致环境湿度大，诱发奶牛肢蹄病和乳房炎[10]；而红外智能喷淋技术，由于整合了PIR红外传感器、温湿度传感器、独立控制喷头等工艺，实现了养殖环境动态精准调控，能有效降低喷淋耗水量和疾病风险。

在华北地区，夏季奶牛降温大多采用风扇降温和喷淋联合风机降温，虽然已有部分关于这两种降温方式的研究，但对红外智能喷淋技术应对北京地区气候特点的研究却有限。本研究目的是为进一步评估不同降温处理工艺对京郊奶牛夏季生产和生理的影响，以期为牛舍夏季的环境调控提供决策依据。

1 材料和方法

1．1 试验地点

北京延庆区某规模化奶牛养殖场，牛舍为半开放式结构，饲养方式为舍饲散栏。

1．1 试验动物

本试验选取30头处于泌乳中期的健康荷斯坦牛。试验期间按照维持能量和产奶生产提供相同日粮，每日05:00、12:00和17:00，分别挤奶3次，饲喂3次，自由饮水。

1．2 试验设计

采用单因子试验设计，将30头泌乳牛随机分为A、B、C三组，每组10头（表1）。A为对照组（不采取降温措施），B为风机降温组，C为智能喷淋降温组，试验时间为2018年7月1～14日。

表1 试验分组设计

1．3 不同降温处理工艺

1.3.1 风机降温工艺

风机降温组（B组）圈舍的采食通道和卧床上方均安装风机，风机安装高度和间隔分别为2.2m和12m，安装角度约为20°，风扇直径为1.0m，功率为1.5kW，当舍内环境温度高于25℃，人工开启喷雾风机，每次5min。

1.3.2 智能喷淋风机降温工艺

喷淋水管设置在牛舍上方距地面1.8m处，喷淋独立控制单元间隔2m安装在喷淋水管上。其中，喷头喷淋半径为0.9m，喷淋支管与水平面成40°夹角。电磁阀与电路控制箱相连，接收电路控制箱的电路控制。PIR红外识别传感器分别设置在牛颈枷外部距地面0.4m处，识别牛的位置信息并发送至电路控制箱。电路控制箱根据牛群位置信息，控制对应喷淋区间独立喷头的开闭，实现喷淋区间的精确控制；同时配备温湿度探头采集环境温湿度，通过THI精确控制喷头的水流量和喷淋时间，配套风机管理，综合实现红外智能喷淋降温。

1．4 测定指标

1.4.1 温湿度指数（THI）

试验期间，分别在A、B、C牛舍两端和中部距离地面1.5m高处悬挂温湿度测定仪，分别测定喷淋阶段和非喷淋阶段的舍内温度和相对湿度，测定时间为每天9:00～18:00，每隔1h，记录一次，并根据温湿度计算THI变化。

式中，AT和RH分别代表温度和相对湿度。

1.4.2 采食量

试验期间，各组奶牛等额定量饲喂，待奶牛停止进食后，分别收集奶牛的剩料，将各组剩余饲料称量、记录，汇总计算每日采食量。

1.4.3 产奶指标

试验期间每日记录产奶量。分早中晚3次采集奶样，每次50mL，按4∶3∶3比例混合后，一式3份分装，对乳品质进行测定[11]，主要包括：体细胞数(SCC)、乳脂率、乳蛋白率、乳糖、乳中尿素氮（MUN）、牛血清蛋白、免疫球蛋白M、乳铁蛋白含量、α-乳白蛋白和β-乳球蛋白。

1.4.4 生理指标

每天9:00～18:00，分别于喷淋阶段和非喷淋阶段，测定奶牛直肠温度、背部热感温度、呼吸频率。

1.4.5 行为参数

利用行为参数感知装置对奶牛站立、躺卧和行走等行为的持续时间和发生频率进行连续监测。测量间隔5min，统计时间9:00～18:00。记录几种行为所占时间比例[12]。

1．5 数据处理

试验数据采用Excel 2010进行初步整理，采用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析，用Duncan法进行多重比较，结果均以平均值±标准差表示，以P＜0.05为差异显著性判断标准。

2 结果

2．1 不同降温方式对喷淋周期内环境指标的影响

表2 不同降温方式对喷淋阶段环境指标的影响

表2数据显示，在降温处理阶段，在所有测试时间点（9:00、11:00、13:00、15:00、17:00），A组和B组的温度、相对湿度和THI没有显著差异，但相比B组，智能喷淋组（C组）相对湿度均显著升高，舍内温度显著降低；在9:00、11:00、15:00、17:00，C组THI指数显著低于A、B组。在非降温处理阶段，A组、B组和C组的温度、湿度和THI均没有显著差异；但在10:00、12:00、14:00，相对于风机降温组（B组），智能喷淋降温组（C组）舍内温度有下降趋势，相对湿度有增高趋势；16:00、18:00时段，B组和C组的温度、THI指数没有显著差异，但C组湿度有相对增高趋势，详见表3。

表3 不同降温方式对非喷淋阶段环境指标的影响

2．2 不同降温模式对奶牛采食量的影响

表4 不同降温方式对奶牛采食量的影响

由表4可知，C组30min采食量为7.88±1.70 kg，日采食量为37.81± 2.76kg；B组30min采食量为7.54±2.76kg，日采食量为36.52±2.10kg。和对照组相比，两种降温方式（智能喷淋和风机降温）均显著提升了30min采食量（P＜0.05）和日采食量（P＜0.05），且智能喷淋处理组显著高于风扇降温组（P＜0.05）。

2．3 不同降温模式对奶牛生理指标的影响

表5结果显示，在处理阶段和非处理阶段，不同降温处理模式对奶牛直肠温度均没有显著影响（P＞0.05）。在降温处理阶段，C组奶牛体表温度和呼吸频率均显著低于A组和B组（P＜0.05）。在非降温处理阶段，相对于B组，C组呼吸频率显著下降（P＜0.05），奶牛体表温度没有显著差异（P＞0.05），B组和对照组没有显著差异。

表5 不同降温模式对奶牛生理指标的影响

2．4 不同降温模式对奶牛行为参数的影响

如图1所示，相对于对照组，两种降温模式均显著增加了奶牛躺卧时间比例（P＜0.05），降低了站立时间比例（P＜0.05）。和风扇降温相比，智能喷淋降温组躺卧时间比例显著增加，由44.2%增加到49.6%；站立时间比例显著降低，由51.3%降到46.1%；行走时间比例二者没有显著差异。

图1 不同降温方式对奶牛行为的影响

2．5 不同降温模式对产奶指标的影响

表6数据显示，和A组相比，B、C组奶牛的产奶量显著提升，其中B组提升2.9%，C组提升13.13%。和A组相比，B组乳蛋白率没有显著差异，C组则显著提高。

和A组相比，B组奶牛血清蛋白、乳中尿素氮没有显著差异，C组却显著降低；B组和C组中α-乳白蛋白和体细胞数显著低于对照组，其中C组降低比例显著高于B组；三组中乳脂率和其他活性蛋白成分没有显著差异。

表6 不同降温方式对产奶指标的影响

3 讨论

3．1 不同降温方式对喷淋周期内环境指标的影响

结果显示，在降温处理阶段，在所有测试时间点（9:00、11:00、13:00、15:00、17:00），A组和B组的温度、相对湿度和THI没有显著差异，但相比B组，智能喷淋组（C组）相对湿度均显著升高，舍内温度显著降低；在9:00、11:00、15:00、17:00，C组THI指数显著低于B组。说明相比于纯风扇降温，在喷淋处理阶段，智能喷雾降温模式能显著增加半开放牛舍内的湿度，降低环境温度，有效降低温湿指数。张瑞华等[13]发现，“高压喷雾+风扇”模式和“喷淋+喷雾+风扇”模式，可在较长时间降低环境温度（降低1.5～3℃），平均湿度提升10%，本研究结果与之相吻合。

在非降温处理阶段，三组的温度、湿度和THI均没有显著差异。但在10:00、12:00、14:00，相对于风机降温组，智能喷淋降温组舍内温度有下降趋势，相对湿度有增高趋势；16:00、18:00时段，两组的温度、THI指数没有显著差异，但C组湿度有相对增高趋势。说明在非喷淋降温阶段，喷淋对环境的影响作用在减弱。国内研究曾发现安装水帘和风机的密闭牛舍会显著降低日平均温度、温湿指数[14]，与本研究结果不一致，这可能是由于牛舍结构和牛场所处地域差异导致的，因为半开放牛舍空气流动比较频繁，喷淋过程对舍内环境的影响难以维持长久。这说明对于半开放式的牛舍，短时喷淋对舍内环境的影响效果有限。

3．2 不同降温模式对奶牛生理指标的影响

结果显示，在降温处理阶段，智能喷淋处理组奶牛体表温度和呼吸频率均显著低于风扇降温模式组（P＜0.05）。在非降温处理阶段，智能喷淋组呼吸频率显著低于风扇降温组（P＜0.05），奶牛体表温度也有下降趋势。但在两个阶段，奶牛直肠温度均没有显著差异（P＞0.05）。说明和风扇降温比，智能喷淋降温能更有效地缓解热应激。丁涛等[15]曾发现，喷淋降温过程中，不同喷淋粒径喷头能使奶牛脖颈区域温度降低0.7～0.9℃，平均呼吸频率降低0.6～4.2次/min；喷淋结束后，奶牛脖颈区域平均降温0.2～0.6℃，平均呼吸频率降低0.4～1.2次/min。这和本研究结果相似，说明智能喷淋过程中能降低奶牛体表温度、呼吸频率。同时本研究发现，智能喷淋结束后，对奶牛生理指标的降低效果减弱，但依然存在效果，这和舍内温湿度变化趋势相似。

3．3 不同降温模式对奶牛行为参数的影响

在热应激期间，奶牛更倾向于站立。可能是因为站立时增加了奶牛体表与空气环境的接触面，能有效增加机体与环境间的热量交换，利于散热。研究表明，热应激程度增强，反刍动物的躺卧时间减少，站立时间则会增多[16]。鲁煜建也发现[17]，当奶牛由无热应激到中度热应激状态，躺卧时间比例从51.3%下降至42.3%，站立时间则相应增加，这和本研究结论吻合。采用降温处理的两个试验组，奶牛躺卧时间增加，站立时间缩短。说明奶牛热应激得到了一定程度的缓解，且采用智能喷淋系统效果更显著。

3．4 不同降温模式对采食量的影响

研究表明，热应激会显著影响奶牛采食量[18]，陈军等[19]发现在轻微和中度热应激期，奶牛采食量分别下降3.65%和13.46%。本试验中两种降温方式均显著提升了奶牛30min采食量和日采食量（P＜0.05），且智能喷淋组显著高于风机降温组。说明智能喷淋降温系统缓解热应激效果显著优于风扇降温。这可能是由于智能喷淋过程能够有效降低奶牛体表温度，改善机体状态，从而缓解了夏季高温热应激导致的采食量下降。

3．5 不同降温模式对产奶指标的影响

热应激会降低奶牛的产奶量，导致乳脂率、乳蛋白率、乳糖率及非脂乳固体含量因高温而下降，使得牛奶质量降低[20]。这可能是因为热应激会导致乳腺上皮细胞酪蛋白等主要乳蛋白基因表达下调，乳中总酪蛋白减少而尿素浓度增加，从而影响乳蛋白含量，导致营养价值降低[21,22]。周旭发现，处于中度热应激的奶牛生产性能会极显著下降，乳脂率显著降低，乳中尿素氮显著升高，体细胞数显著升高；相比轻度热应激奶牛，中度热应激奶牛乳中血清蛋白、α-乳白蛋白极显著升高，但乳中免疫球蛋白（IgG、IgA和IgM）含量并无显著差异[23]。本研究也发现智能喷淋工艺组体细胞数显著降低，说明智能喷淋降组能更有效缓解热应激导致的部分免疫反应。但本试验中其他活性蛋白没有显著差异，还需要进一步研究。

4 结论

综上所述，相比于风扇降温模式，智能喷淋降温模式能影响半开放牛舍环境温湿度、温湿指数，能更有效降低喷淋过程中奶牛体表温度、呼吸频率，但效果会随喷淋结束减弱；能调节高温下奶牛行为，使得奶牛躺卧时间增加、站立时间相应缩短；能更有效缓解高温下的采食量下降和产奶损失，提升夏季牛奶乳品质。因此在北京地区，半开放式奶牛养殖模式下，智能喷淋降温能更有效缓解夏季热应激，改善奶牛生理状况，提升奶牛夏季生产性能。