緩解奶牛熱應激的物理降溫策略

◆作者：黃曉飛 宮玥 張瑞華 楊志強 王封霞 吳天佑 金宜全 趙金鵬

◆單位：光明牧業有限公司

當奶牛經受熱應激時，其不能有效地調節體內溫度，導致健康、生產性能和行為都會發生顯著的變化（West，2003）（Tao S 等，2018）。與熱應激相關的負面影響包括體溫升高、呼吸速率增加、采食量減少、產量降低和繁殖率降低，在極端情況下，甚至會導致死亡（Brown 等，2005）（Mader 等，2006）。奶牛熱應激會給養殖戶帶來嚴重的經濟損失。溫濕度指數（THI）常被用作衡量熱應激程度的指標，其主要由溫度和濕度兩個測量值計算。有研究稱，不同氣候地區應當用不同的THI 計算公式，這樣能更準確地體現奶牛受到熱應激的程度。當溫濕度指數高于奶牛經受熱應激閾值時需采取適當措施以改變牛舍環境或直接降低奶牛體溫，這有助于減緩奶牛熱應激，提高奶牛舒適度，減少因熱應激造成的生產損失。牛舍環境的改變和相關飼養管理措施可以在奶牛經受熱應激時發揮作用。對于處于熱應激中奶牛有很多降溫方式，但每種降溫方式對熱應激的緩解效果可能因特定地區氣候和牛舍類型而異（例如栓系式和散養式）。本文主要討論了THI 的應用以及有關減少牛奶熱應激的物理降溫措施。

1 環境溫度監控

溫濕度指數（THI）是用來衡量奶牛熱應激嚴重程度的無單位值。溫濕度指數最早由Thom（1959）引入，用于評估熱應激對人體的影響。此后，它被用來描述奶牛經受熱應激程度的指標。THI 通常用于代替經受熱應激牛的體溫，以預測產奶量損失，它與奶牛生產性能呈負相關。很早以前，研究人員一直使用THI ≥72 作為奶牛開始感應熱應激的閾值。研究報道，高產奶牛在日均THI 為68 時產奶量下降2.2 kg/d，因此奶牛開始受到熱應激的THI 閾值是被低估的（Collier等，2005）。當前，南方牧場根據THI 判定熱應激的標準為：＜68為無熱應激、68～74 為輕度熱應激、74～80 為中度熱應激、80～87為重度熱應激、＞87 為有生命危險。此外，有學者認為，產奶量下降前24～48 小時的THI 可能是奶量下降的最佳指示。這也許暗示我們，相關降溫措施應當在預期的高THI 到來前48 小時實施，以減少奶量的損失程度。

Bohmanova 等（2007）對不同地區THI 計算方式提出了獨到的理解，其研究發現對于像格魯吉亞這樣濕潤地區的奶牛來說，濕度權重較大的溫濕度指數方程更準確，而對于像亞利桑那這樣干燥地區的奶牛來說，降低濕度權重的THI 方程或許更好。目前我國大部分牧場使用統一的THI 計算公式（THI=0.81×溫度+ （0.99×溫度-14.3）×濕度+46.3），并未考慮當地環境的影響，這也許會降低我們判斷奶牛實際受到熱應激程度的準確性。因此對于我國南方地區高溫高濕環境，我們是否應當考慮濕度權重大的THI 計算公式，而北方干燥地區使用溫度權重大的THI 計算公式。此外，限制THI公式預測熱應激程度的因素可能還包括不考慮太陽輻射、風速或奶牛特有因素（如產奶量或泌乳階段），以及假設所有奶牛受相同的環境影響（Hammami 等，2013）。

當風速增大時，奶牛的對流冷卻可能會增加，但只有在環境溫度不超過動物皮膚表面溫度的情況下增加（Davis 等，2003）。通過在THI 方程式中加入風速，可以使THI 值減小。考慮太陽輻射和風速的影響，已經采用了進一步調整的THI 公式（Mader 等，2006）。Mader 等（2006）提出的THIadj 在評估溫帶氣候條件下牛的熱應激可能是有效的。隨著風速和太陽輻射因素考慮入公式中，可以更好地評估奶牛的熱應激程度。

THIadj=4.51+THI- （1.922×V）+（0.0068×SR）

其中V=空氣流速（m/s），SR=太陽輻射強度（W/m2）。

雖然THI 是最常用的表示熱應激的量度，但也存在包含其它量度的指標。Buffington 等（1981）建立了一個考慮干球溫度、濕度、太陽輻射和風速的方程，稱為黑球濕度指數（BGHI）。與THI 相比，奶當牛受到太陽輻射量增加時，BGHI 與熱應激狀態下直腸溫度和產奶量的相關性更大。相反地，在太陽輻射減少的陰涼條件下，THI 和BGHI之間沒有顯著差異。

BGHI=tbg+0.36tdp+41.5

其中tbg=黑球溫度（℃），tdp=露點溫度（℃）。

2 物理降溫措施

減少熱應激對泌乳奶牛負面影響的措施主要包括耐熱品種的基因選擇、營養管理、物理降溫（Beede 和Collier，1986）（Dash 等，2015）。物理降溫措施通常比改良耐熱遺傳性狀更容易，可以更快地改善奶牛生產和繁殖性能。

2.1 牛舍結構

牛舍建設不當會對奶牛經受熱應激的嚴重程度產生負面影響。如果牛舍建造朝向設計不當、使用的建筑材料導熱系數較大、不提供自然通風或牛舍密度過大，則隨著THI 的增加，更容易加劇奶牛熱應激（Abeni 和Bertoni，2009）。

散欄式牛舍的自然通風可以幫助奶牛緩解熱應激，但牛舍不宜建設過長，否則會影響通風效果。栓系式牛舍通常有一個陡傾的屋頂或開口的脊形通風口以增加自然通風。這種牛舍的高屋頂設計減少了紅外輻射的傳遞。屋脊通風還增加了穿堂風通過整個牛舍，進一步增加空氣流通（West，2003）。

2.2 遮蔭處理

遮蔭處理對奶牛的生理功能、行為活動和生產性能均是有益的。在夏天，與無遮蔭奶牛相比，有遮蔭奶牛的呼吸速率和直腸溫度較低。奶牛會利用遮蔭處來緩解熱應激帶來的負面影響。如在放牧場上，當環境溫度和太陽輻射增加時，奶牛會自主尋找遮蔭，如沒有遮蔭，則需要減少高溫情況下放牧的時間（Kendall等，2007）。

生產性能和生理變化可以用來確定動物何時不能適應某種環境。在生產性能受到影響之前，動物會改變行為模式以緩解這種狀況。當奶牛沒有遮蔭時，它們會通過其他方式來適應環境，例如站立時間增加、飲水量增加等。研究表明，熱應激情況下，無遮蔭措施的奶牛飲水和站立水槽周圍的牛只比例高于有遮蔭處理的奶牛（Nordlund 等，2019）。Schutz 等（2010）研究了遮蔭量對放牧荷斯坦奶牛行為和生理的影響（共3 個處理：不遮蔭、2.4 m2/頭遮蔭和9.6 m2/頭遮蔭）。研究發現，與2.4m2/頭遮蔭組相比，9.6 m2/頭遮蔭組的奶牛花費兩倍的時間在遮蔭處（分別為24%和50%），發生較少爭斗行為（分別為10.7 次和3.2次），有更長的躺臥時間，且有更高的躺臥比例（10%vs 36%）。當遮蔭面積足夠大時，奶牛會花費更多的時間在遮蔭處，而不是為了遮蔭而相互競爭。另外，較大遮蔭面積的奶牛呼吸速率低于較小遮蔭面積的奶牛（無遮蔭、2.4 m2/ 頭遮蔭和9.6 m2/ 頭遮蔭分別為62、57 和51 次/min）。Roman-Ponce 等（1977）報道，遮蔭處理降低了奶牛呼吸速率（54次/min vs 82 次/min）和直腸溫度（38.9 和39.4℃），且產奶量較無遮蔭奶牛高10%。

在熱應激期間，奶牛增加飲水量也是降溫的一種方式（趙金鵬等，2021）。Palacio 等（2015）在一項為期8 周的研究中發現，有遮蔭措施的奶牛較無遮蔭措施的奶牛在水槽周圍比例少34.2%。之前的研究也支持這個結果，泌乳奶牛隨著熱應激程度的增加，無遮蔭措施時，奶牛飲水量和站立水槽周圍的時間增加（Schutz等，2010），這可能是由于兩方面原因：①奶牛受到熱應激飲水量增加；②水槽中蒸發的水蒸氣可以創造理想的小氣候，從而吸引奶牛。但是，當奶牛在水槽周圍聚集時，往往會導致該區域過度擁擠。另外，如表1 所示，我們發現在重度熱應激下水槽加冰也可以增加奶牛飲水量。有趣的是，跟蹤不加冰后4 天兩組的飲水量變化，未加冰組的飲水量增加幅度高于加冰組，我們懷疑重度熱應激情況下水槽加冰可以緩解奶牛熱應激下降時的應激。

表1 水槽加冰對奶牛飲水量的影響

2.3 蒸發降溫

遮蔭對太陽輻射有保護作用，但可能不會影響奶牛周圍的空氣溫度或濕度，其自然散熱的能力仍受到限制。因此，采用風扇或噴淋等降溫方式可以增加降溫效果，進一步緩解熱應激的負面影響。提供噴淋或噴霧，是降低奶牛熱應激程度，增加奶牛自然散熱的有效方法。使用噴淋且加或不加另一種降溫方法（如風扇）進行降溫，較單獨遮蔭能更有效地減少熱負荷。與遮蔭、風扇或噴淋單獨使用相比，風扇和噴淋組合對降低奶牛體溫和呼吸速率更為有效，因為其增加了蒸發散熱（Correa-Calderon 等，2004）。

Schutz 等（2011）發現，放牧奶牛更傾向于遮蔭而不是噴淋。在他們的研究中，62%的奶牛選擇遮蔭而不是噴淋，且65%的奶牛選擇遮蔭而不是沒有任何散熱措施。試驗分別記錄噴淋、遮蔭或無處理前和處理后10 min的呼吸速率、體表溫度以及直腸溫度。結果發現，盡管奶牛喜歡遮蔭處理，但噴淋處理在降低呼吸速率和體表溫度的效果明顯優于遮蔭處理。隨著熱負荷指數和氣候測量值（包括：環境溫度、濕度、黑球溫度和風速）的增加，噴淋處理組奶牛的體溫下降幅度更大（噴淋處理、遮蔭處理和無處理的單位體溫熱負荷指數的增加數分別降低了0.008、0.001 和0.0001℃）。Kendall 等（2007）報道，使用噴淋降溫時，奶牛會長時間將頭部處于較低的位置，這可能意味著奶牛試圖阻止頭部暴露在噴淋下。對于奶牛來說，頭部受到噴淋或噴霧可能使其感到不舒服。當奶牛暴露在風雨中時，與有遮擋的奶牛相比，無遮擋的奶牛頭部處于較低位置的可能性高5 倍，這可能是在試圖保護敏感區域的暴露，例如耳朵（Tucker 等，2008）。噴淋產生的較大沖擊會使奶牛更頻繁地降低頭部。Chen 等（2016）發現，與0.4 L/min 的水流相比，經受4.5 L/min 水流的奶牛低頭的頻率增加了5 倍。奶牛表現出的這些行為可能表明它們試圖避開較大的水流速度，但是最后研究者提到奶牛并沒有完全避開大的水流速度，且沒有觀察到偏好的差異。

噴淋流量和水滴大小是評估噴淋降溫時需要考慮的重要方面，為了使奶牛降溫充分，水滴必須濕潤動物表皮。但是，如果水在表皮積聚，動物周圍的濕度會增加，可能會降低降溫措施的有效性。在相對濕度較高的地區，噴霧可能會增加環境濕度，抑制奶牛的蒸發散熱。但是，一項在濕度較高的阿拉巴馬的研究發現，與風扇和噴霧處理相比，風扇和噴淋處理的奶牛在呼吸速率上沒有差異。Chen 等（2013）測試了在炎熱干燥氣候中，噴淋流量和水滴大小對奶牛生理反應的影響（如呼吸速率、體溫、表皮溫度）。研究者觀察到，水滴的大小并不影響降溫效果，但流速確實影響了幾種生理活動。與基線相比，呼吸速率和表皮溫度降低，且處理后30 min體溫仍低于基線。最后總結出，最佳平衡奶牛降溫和用水量的最有效噴淋流量為1.3 L/min，流速大于1.3 L/min 時對奶牛熱應激的改善并不明顯。

為了有效地使奶牛降溫，噴淋開啟頻率的設定至關重要。在空氣濕度較高的地區，與僅使用風扇降溫相比，噴淋和風扇相結合的降溫方式已被證明是奶牛降溫的最有效的方法。Flamenbaum 等（1986）發現，噴淋開啟20～30 s 較10 s 效果更好。在同一個研究中，噴淋頻率為5 次/d，每次開啟30 min，奶牛體溫保持在正常范圍內（＜39℃）的時間可持續24 h。南方地區常見的噴淋流程為：5 min 一個周期、10～30 s 噴淋和強制通風（風扇）。在另一項研究中，與每天5 次降溫相比，每天8 次降溫的奶牛繁殖參數得到改善（Honig 等，2016）。

在待擠廳對奶牛進行噴淋，有助于緩解奶牛從牛舍行至擠奶廳積累的熱負荷。奶牛在待擠廳使用風扇和噴淋降溫20～30 min 時，體溫和呼吸速率可以在短時間內降低。Araki 等（1985）報道，當奶牛擠奶前在待擠廳使用噴淋和風扇降溫，與未進行降溫措施的奶牛相比，擠奶后體溫降低，并持續2～4 h。因此，在炎熱的天氣下，可在待擠廳使用噴淋+ 風扇的方式減少熱應激對奶牛的影響。

因牧場受到環保壓力，在使用噴淋或噴霧降低奶牛熱應激程度時，還需要考慮用水量的問題。我們在實際中發現，與手動開關噴淋相比，使用智能噴淋可以有效節約用水量，節水率大約39.5%，且兩組奶牛直腸溫度無明顯差異。另一方面，智能噴淋不需要過多考慮噴淋開啟頻率。

3 總結

THI 可以幫助牧場評估奶牛可能承受的熱應激程度，對于不同氣候地區，可以考慮不同的THI 計算公式。根據奶牛受到的熱應激程度（THI 值），牧場可以提供遮蔭、風扇、噴霧或上述任何組合措施，均可以幫助緩解熱應激帶來的負面影響。