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環(huán)境溫度、濕度等因素對(duì)家禽體溫調(diào)節(jié)的影響及評(píng)估模型

2015-12-20 12:25馮京海張敏紅
關(guān)鍵詞:環(huán)境溫度家禽肉雞

常 玉 馮京海 張敏紅

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所,北京 100193)

品種、飼料、疫病和環(huán)境是制約家禽生產(chǎn)的四大技術(shù)要素[1]。優(yōu)良品種遺傳潛力的發(fā)揮、飼料的轉(zhuǎn)化效率以及疫病的發(fā)生都與家禽所處的環(huán)境密切相關(guān)。在諸多環(huán)境因素中,溫?zé)岘h(huán)境是影響家禽的一個(gè)重要方面。溫?zé)岘h(huán)境通常包括溫度、濕度、風(fēng)速、輻射和降雨等氣象因子,在密閉雞舍中輻射和降雨可以忽略不計(jì),主要是溫度、濕度和風(fēng)速的共同影響。家禽是恒溫動(dòng)物,在溫?zé)岘h(huán)境發(fā)生變化時(shí),會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)產(chǎn)熱和散熱來(lái)維持體溫恒定,因此體溫調(diào)節(jié)的變化是家禽反映溫?zé)岘h(huán)境舒適程度的重要指標(biāo)??偨Y(jié)、分析不同溫?zé)岘h(huán)境下家禽體溫調(diào)節(jié)的變化規(guī)律,可為今后研究、建立家禽舒適環(huán)境模型,科學(xué)調(diào)控家禽舍內(nèi)溫?zé)岘h(huán)境提供參考。

1 家禽的產(chǎn)熱和散熱

動(dòng)物的體溫調(diào)節(jié)中樞位于下丘腦,破壞下丘腦前腹側(cè)會(huì)引起機(jī)體體溫過(guò)高[2]。當(dāng)外周溫度感受器受到溫度變化刺激時(shí),會(huì)將信號(hào)傳遞到下丘腦,進(jìn)而調(diào)節(jié)產(chǎn)熱和散熱。家禽產(chǎn)熱主要包括飼料消化產(chǎn)熱、肌肉活動(dòng)產(chǎn)熱、基礎(chǔ)代謝產(chǎn)熱和生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)熱4個(gè)來(lái)源[1],規(guī)?;B(yǎng)殖模式下家禽肌肉活動(dòng)產(chǎn)熱的變化很小(熱喘息是個(gè)例外),主要通過(guò)下丘腦調(diào)控腎上腺、甲狀腺、性腺等內(nèi)分泌系統(tǒng)[3],改變飼料的攝入及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝,調(diào)控產(chǎn)熱量[4]。因此采食量的變化可以間接反映家禽產(chǎn)熱量的變化,或使用呼吸艙直接測(cè)定家禽產(chǎn)熱量的變化。家禽的散熱分為可感散熱和蒸發(fā)散熱,通過(guò)改變皮膚血流量,影響皮膚溫度是調(diào)控可感散熱的主要方式,因此一般用皮膚溫度反映可感散熱的變化,研究發(fā)現(xiàn)肉雞無(wú)羽區(qū)的皮膚溫度與環(huán)境溫度之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8[5]。蒸發(fā)散熱分為皮膚和呼吸蒸發(fā),家禽雖然沒有汗腺,但Richards[6]發(fā)現(xiàn)在低溫環(huán)境下皮膚蒸發(fā)量占到全身蒸發(fā)量的78%,而在高溫環(huán)境下(40℃)呼吸蒸發(fā)量可占到全身蒸發(fā)量的75%。Wolf等[7]在黃頭小山雀的研究中也得到相同結(jié)果。因此呼吸頻率的變化可以間接反映家禽蒸發(fā)散熱量的變化,或使用呼吸艙直接測(cè)定家禽蒸發(fā)散熱量的變化。

2 環(huán)境溫度對(duì)家禽體溫調(diào)節(jié)的影響

2.1 對(duì)家禽產(chǎn)熱及采食量的影響

家禽可以通過(guò)調(diào)節(jié)采食量來(lái)改變產(chǎn)熱量[8],環(huán)境溫度低時(shí)家禽通過(guò)提高采食量增加產(chǎn)熱量以維持體溫恒定。Collin等[9]報(bào)道了對(duì)于7日齡的肉雞,在冷應(yīng)激條件下(20℃)的采食量要顯著高于在熱中性區(qū)(31℃)時(shí)的采食量。同樣,Yahav[10]研究發(fā)現(xiàn),4周齡火雞在15℃條件下的采食量顯著高于25℃條件下的采食量。環(huán)境溫度高時(shí)家禽減少采食量以降低產(chǎn)熱量。Payne[11]發(fā)現(xiàn)在21~30℃內(nèi),環(huán)境溫度每升高1℃,日均采食量平均下降1.5%。但采食量的下降并非呈線性變化,Donkoh[12]發(fā)現(xiàn) 20~25 ℃時(shí),肉雞日均采食量變化不顯著,而環(huán)境溫度繼續(xù)上升達(dá)到30℃后,日均采食量下降了 2.8 g。Peguri等[13]發(fā)現(xiàn)從22℃升高到27.8℃時(shí),蛋雞日均采食量下降了4 g,而當(dāng)環(huán)境溫度從27.8℃上升到31.1℃時(shí),采食量下降了10 g,表明當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)等熱區(qū)后,家禽采食量的下降呈曲線形式。在環(huán)境溫度高于22.4 ℃時(shí)[14]或在 26.5 ~32 ℃ 內(nèi)[15],蛋雞代謝能日均攝入量同樣隨環(huán)境溫度升高而呈現(xiàn)加速下降的曲線形式。

Li等[8]、Valencia 等[16]使用呼吸艙測(cè)定蛋雞的產(chǎn)熱量,發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度升高時(shí),蛋雞的產(chǎn)熱量顯著降低。但環(huán)境溫度對(duì)蛋雞產(chǎn)熱量的影響并非呈線性,Marsden等[17]匯總了數(shù)十項(xiàng)研究的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)在10~34℃內(nèi),蛋雞產(chǎn)熱量隨環(huán)境溫度呈三次曲線形式變化,其中白來(lái)航蛋雞在10~32.5℃內(nèi),產(chǎn)熱量呈緩慢下降狀態(tài),當(dāng)環(huán)境溫度高于32.5℃時(shí),產(chǎn)熱量迅速上升。該研究的產(chǎn)熱量是用攝入的代謝能減去產(chǎn)蛋和體增重所儲(chǔ)存的能量推算出的,并非實(shí)際測(cè)定的結(jié)果。Yunianto等[18]采用呼吸艙研究了環(huán)境溫度對(duì)肉雞產(chǎn)熱量的影響,同樣發(fā)現(xiàn)在16~34℃內(nèi),肉雞產(chǎn)熱量隨溫度呈曲線形式變化,其中在16~28℃時(shí)產(chǎn)熱量隨溫度升高明顯下降,在28~31℃輕微變化且差異不顯著,超過(guò)31℃后產(chǎn)熱量急劇上升。Wolf等[7]在黃頭小山雀上也得到了一致的規(guī)律。上述2項(xiàng)研究是在相同采食量和禁食條件下開展的,因此研究發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度超過(guò)適溫區(qū)后產(chǎn)熱量下降不明顯,可能是由于無(wú)法通過(guò)調(diào)控采食量減少產(chǎn)熱量所致,而當(dāng)環(huán)境溫度升高到一定程度其產(chǎn)熱量急劇升高,推測(cè)此時(shí)通過(guò)減少產(chǎn)熱、增加可感散熱已無(wú)法維持體溫恒定,只能通過(guò)熱喘息來(lái)加大蒸發(fā)散熱,而熱喘息時(shí)肌肉運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量熱量,導(dǎo)致產(chǎn)熱量增加,但增加的產(chǎn)熱量可能遠(yuǎn)小于增加的蒸發(fā)散熱量。

2.2 對(duì)家禽散熱的影響

2.2.1 皮膚溫度

De Souza等[19]發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度從24℃上升到31℃時(shí),蛋雞腿部溫度升高了3℃。環(huán)境溫度對(duì)家禽皮溫的影響并非呈線性,林海[20]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)環(huán)境溫度從20℃上升到25℃時(shí),肉雞平均皮溫升高了3℃,而當(dāng)環(huán)境溫度從25℃上升到30℃時(shí),肉雞平均皮溫僅上升了0.5℃,推測(cè)在熱中性區(qū)附近時(shí),肉雞以可感散熱為主,而當(dāng)環(huán)境溫度繼續(xù)升高,升高皮溫散熱的作用越來(lái)越小,逐漸過(guò)渡到以蒸發(fā)散熱為主。

2.2.2 蒸發(fā)散熱量和呼吸頻率

Tzschentke等[21]通過(guò)測(cè)定進(jìn)出呼吸艙氣體中水蒸氣含量的變化,研究環(huán)境溫度對(duì)蛋雞蒸發(fā)散熱量的影響,發(fā)現(xiàn)在5~25℃內(nèi)白來(lái)航蛋雞蒸發(fā)散熱量增加不明顯,而當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)25℃后,蛋雞蒸發(fā)散熱量急劇升高,表明環(huán)境溫度超過(guò)25℃以后,蛋雞逐漸以蒸發(fā)散熱為主。Wolf等[7]采用同樣方法測(cè)得黃頭小山雀的蒸發(fā)散熱量,發(fā)現(xiàn)在環(huán)境溫度為30~36℃時(shí),小山雀的蒸發(fā)散熱量增長(zhǎng)緩慢,而超過(guò)36℃后急劇上升。

呼吸頻率可以反映家禽呼吸蒸發(fā)散熱量的變化。高溫時(shí)蛋雞[22-23]、北京鴨[24]呼吸頻率均升高。但環(huán)境溫度對(duì)家禽呼吸頻率的影響規(guī)律研究較少。Calder等[25]發(fā)現(xiàn),在30~33℃內(nèi)鴿子的呼吸頻率變化不明顯,在33~37℃階段開始升高,而超過(guò)37℃后出現(xiàn)急劇升高,這與環(huán)境溫度對(duì)蒸發(fā)散熱量的影響規(guī)律相一致。

2.3 對(duì)家禽深層體溫的影響

家禽屬恒溫動(dòng)物,但當(dāng)機(jī)體產(chǎn)熱和散熱失衡時(shí)將導(dǎo)致深層體溫改變。Tzschentke等[21]研究發(fā)現(xiàn),在20~30℃內(nèi)白來(lái)航蛋雞的直腸溫度變化不顯著,超過(guò)30℃直腸溫度急劇上升。Richards[26]發(fā)現(xiàn)在20~30℃時(shí),肉雞直腸溫度變化不顯著,超過(guò)30℃后,直腸溫度急劇上升。林海[20]和Donkoh[12]也有類似發(fā)現(xiàn)。與皮溫和蒸發(fā)散熱量的變化規(guī)律相比,家禽深層體溫劇烈變化的溫度點(diǎn)可能略高,這表明只有當(dāng)家禽產(chǎn)熱和散熱失衡時(shí)深層體溫才迅速改變。

3 環(huán)境濕度對(duì)家禽體溫調(diào)節(jié)的影響

環(huán)境濕度對(duì)家禽的影響與溫度有關(guān)。低溫環(huán)境下潮濕空氣的導(dǎo)熱性強(qiáng),可能會(huì)增加家禽的可感散熱,但這方面研究較少。Prince等[27]研究發(fā)現(xiàn)在12.6℃時(shí),52% ~90%的濕度對(duì)肉雞的體增重和飼料轉(zhuǎn)化效率均無(wú)顯著影響。在適溫環(huán)境下濕度對(duì)家禽體溫調(diào)節(jié)的影響不顯著。Yahav等[28]研究發(fā)現(xiàn),28℃時(shí)環(huán)境濕度對(duì)肉雞體溫和皮溫均無(wú)顯著影響。林海[20]同樣發(fā)現(xiàn),在低于25℃的條件下環(huán)境濕度對(duì)肉雞皮溫的影響并不顯著。Milligan等[29]發(fā)現(xiàn)21℃時(shí)濕度對(duì)肉雞的體重沒有顯著影響。而高溫環(huán)境下濕度對(duì)家禽體溫調(diào)節(jié)具有明顯的影響。高溫時(shí)家禽以蒸發(fā)散熱為主,較高的空氣濕度會(huì)抑制蒸發(fā)散熱,升高直腸溫度和皮溫。Lin等[30]研究發(fā)現(xiàn),35 ℃時(shí)高濕(85%VS 60%)顯著提高肉雞的直腸溫度以及背部和腹部皮溫,Yahav等[31]也得到相似的結(jié)果。其他研究也發(fā)現(xiàn),高溫環(huán)境下高濕導(dǎo)致家禽生產(chǎn)性能快速下降[32-33]。然而高溫環(huán)境下低濕雖然有利于家禽的蒸發(fā)散熱,但是濕度過(guò)低時(shí)易造成家禽脫水,影響家禽的生長(zhǎng)和健康[34]。

4 風(fēng)速對(duì)家禽體溫調(diào)節(jié)的影響

高溫條件下,適宜的風(fēng)速可促進(jìn)家禽蒸發(fā)散熱和對(duì)流散熱,以維持體溫恒定。Ruzal等[35]研究發(fā)現(xiàn),在35℃條件下,2.0 m/s的風(fēng)速與0.2 m/s相比,蛋雞的采食量有顯著的增加。Tzschentke等[21]研究了不同風(fēng)速和環(huán)境溫度對(duì)蛋雞產(chǎn)熱量的影響,發(fā)現(xiàn)提高風(fēng)速使蛋雞對(duì)環(huán)境高溫的適應(yīng)性逐漸提高。但是過(guò)高的風(fēng)速可能會(huì)對(duì)家禽造成不良影響,Yahav等[36]研究發(fā)現(xiàn) 1.5 m/s的風(fēng)速可以顯著增加35℃條件下肉雞的采食量,而3 m/s的風(fēng)速卻顯著降低了肉雞的采食量。Yahav等[37]還發(fā)現(xiàn)2.0 m/s的風(fēng)速可以有效降低35℃條件下肉雞的體溫,而超出這一風(fēng)速,肉雞的體溫又會(huì)增加,而導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因尚不清楚。

5 環(huán)境溫度、濕度等因素對(duì)家禽的綜合影響及評(píng)價(jià)模型

環(huán)境溫度、濕度以及風(fēng)速共同影響家禽體溫調(diào)節(jié)以及生產(chǎn)性能。1927年 Yaglou[38]提出了人的有效溫度(effective temperature,ET)的概念。它是以人的主觀溫?zé)岣杏X為基礎(chǔ),將不同溫?zé)岘h(huán)境(氣溫、氣濕以及氣流)共同作用于人體產(chǎn)生與濕度100%、風(fēng)速為0相同的感覺時(shí)的空氣溫度定義為該溫?zé)岘h(huán)境下的ET。其后ET的運(yùn)用逐漸擴(kuò)展到畜禽上,因?yàn)閯?dòng)物無(wú)法直接表達(dá)感覺,因此在研究過(guò)程中選取最能表達(dá)動(dòng)物舒適程度的指標(biāo)建立了相應(yīng)的評(píng)估模型,逐漸發(fā)展、衍生出溫濕指數(shù)(temperature-humidity index,THI)模型[39-43]、實(shí)感溫度模型[20]、風(fēng)冷指數(shù)模型[44]、黑球濕度指數(shù)模型[45]、熱負(fù)荷指數(shù)模型[46]、等溫指數(shù)[47]等。由于THI使用起來(lái)較為方便,測(cè)量后計(jì)算簡(jiǎn)單,因此被大量運(yùn)用于家禽舒適度評(píng)價(jià)中。THI是通過(guò)研究環(huán)境溫度、濕度對(duì)家禽某一體溫調(diào)節(jié)指標(biāo)的共同影響規(guī)律,合理分配溫度和濕度的影響權(quán)重,以保證THI與該指標(biāo)的線性相關(guān)系數(shù)最大。有關(guān)家禽THI與體溫調(diào)節(jié)指標(biāo)的回歸關(guān)系見表1。后續(xù)的研究逐漸深入,將氣溫、氣濕和風(fēng)速3個(gè)因素進(jìn)行了擬合,建立了溫濕風(fēng)指數(shù)模型,對(duì)于環(huán)境的評(píng)價(jià)更為綜合[48]。

THI與家禽體溫調(diào)節(jié)指標(biāo)之間相關(guān)系數(shù)越大,建立回歸方程后預(yù)測(cè)家禽體溫調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確度就越高。Egbunik[41]在 22.2 ~ 33.3 ℃ 內(nèi),以呼吸頻率和直腸溫度為指標(biāo),建立了2個(gè)關(guān)于蛋雞的THI模型,相關(guān)系數(shù)(r)值分別為0.80和0.71。陶秀萍[42]在35~41℃內(nèi)以體核溫度為指標(biāo),得到肉雞的THI模型,其回歸方程的決定系數(shù)(R2)可達(dá)到0.9。Purswell等[49]運(yùn)用陶秀萍[42]建立的肉雞THI模型,研究THI與肉雞生產(chǎn)性能之間的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)THI與肉雞生產(chǎn)性能之間呈二次曲線相關(guān),建立回歸方程后,THI與肉雞體重、體增重、采食量之間的 R2分別達(dá)到0.82、0.86 和 0.77。Xin等[43]在32~40℃內(nèi)以產(chǎn)熱量為指標(biāo),得到火雞的THI模型,其R2可達(dá)到0.97。THI與體溫調(diào)節(jié)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)可能與測(cè)定時(shí)的環(huán)境溫度范圍有關(guān)。溫度本身對(duì)家禽體溫調(diào)節(jié)的影響就是非線性的,另外濕度對(duì)家禽的影響在不同溫度下也不同,而THI是將溫度和濕度的影響權(quán)重值進(jìn)行了固化,因此溫度范圍過(guò)寬可能導(dǎo)致THI與體溫調(diào)節(jié)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)降低。

表1 家禽THI模型與體溫調(diào)節(jié)指標(biāo)的回歸關(guān)系Table 1 Regression relationship between poultry THI model and thermoregulation index

上述溫濕指數(shù)模型固化了溫度和濕度的影響權(quán)重,并與測(cè)定指標(biāo)之間進(jìn)行簡(jiǎn)單線性回歸,可能會(huì)限制模型的適用范圍。Tzschentke等[21]研究了溫度、風(fēng)速對(duì)不同日齡白來(lái)航蛋雞體溫調(diào)節(jié)的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)蛋雞產(chǎn)熱量的影響呈三次曲線方式,日齡對(duì)蛋雞產(chǎn)熱量的影響呈對(duì)數(shù)式規(guī)律,而風(fēng)速的影響呈線性方式,并且溫度和風(fēng)速之間以及溫度和日齡之間存在互作效應(yīng),根據(jù)這些研究結(jié)果建立了三元多次回歸方程,綜合反映溫度、濕度、日齡及其互作對(duì)火雞體溫調(diào)節(jié)的影響,利用這種多元多次回歸方程預(yù)測(cè)家禽體溫調(diào)節(jié)的變化可能更加精確,其適用范圍可能更寬。

6 小結(jié)

綜上所述,環(huán)境溫度對(duì)家禽產(chǎn)熱量、采食量、皮膚溫度、蒸發(fā)散熱量、呼吸頻率以及深層體溫等體溫調(diào)節(jié)指標(biāo)的影響均是非線性的,且各體溫調(diào)節(jié)指標(biāo)發(fā)生劇烈變化的溫度點(diǎn)也是不同的,進(jìn)一步研究不同體溫調(diào)節(jié)指標(biāo)發(fā)生劇烈變化時(shí)的環(huán)境溫度,將有助于確定家禽舒適環(huán)境的范圍。另外環(huán)境溫度、濕度以及風(fēng)速共同影響家禽體溫調(diào)節(jié),建立溫濕指數(shù)或溫濕風(fēng)指數(shù)可以綜合反映溫度、濕度、和風(fēng)速的共同影響,但這類指數(shù)模型固化了溫度、濕度的影響權(quán)重,可能存在適用范圍有限的問題,而建立溫濕或溫濕風(fēng)與家禽體溫調(diào)節(jié)指標(biāo)之間的多元多次回歸方程,可能是解決這一問題的有效方法。

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