（北京市畜牧業(yè)環(huán)境監(jiān)測站，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部畜牧環(huán)境質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，北京 102200）

奶牛熱應(yīng)激是指高溫環(huán)境中，奶牛機(jī)體產(chǎn)生的非特異應(yīng)答反應(yīng)的總和[1]。研究發(fā)現(xiàn)，熱應(yīng)激會(huì)影響奶牛呼吸、采食量和泌乳性能，導(dǎo)致直腸溫度升高，影響內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致死亡[2,3]。奶牛熱應(yīng)激的影響程度一般采用溫濕指數(shù)（THI）進(jìn)行估算[4]，但由于養(yǎng)殖地域、奶牛品種、體況等不同，單純依靠THI很難準(zhǔn)確評(píng)估奶牛熱應(yīng)激狀態(tài)和緩解程度，需要通過全方位綜合測定對奶牛熱應(yīng)激狀況進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。

為了緩解奶牛夏季熱應(yīng)激，除營養(yǎng)調(diào)節(jié)外，生產(chǎn)中多采用環(huán)境控制來進(jìn)行有效防控。部分傳統(tǒng)牛舍仍采用風(fēng)扇降溫的純物理降溫方式[5]，現(xiàn)代化牧場則多采用噴淋聯(lián)合風(fēng)機(jī)的人工降溫技術(shù)[6～8]，某些特定地區(qū)牛場則采用濕簾-風(fēng)機(jī)技術(shù)[9]。普通的噴霧風(fēng)扇系統(tǒng)智能化程度不足，耗水量大，容易導(dǎo)致環(huán)境濕度大，誘發(fā)奶牛肢蹄病和乳房炎[10]；而紅外智能噴淋技術(shù)，由于整合了PIR紅外傳感器、溫濕度傳感器、獨(dú)立控制噴頭等工藝，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖環(huán)境動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)調(diào)控，能有效降低噴淋耗水量和疾病風(fēng)險(xiǎn)。

在華北地區(qū)，夏季奶牛降溫大多采用風(fēng)扇降溫和噴淋聯(lián)合風(fēng)機(jī)降溫，雖然已有部分關(guān)于這兩種降溫方式的研究，但對紅外智能噴淋技術(shù)應(yīng)對北京地區(qū)氣候特點(diǎn)的研究卻有限。本研究目的是為進(jìn)一步評(píng)估不同降溫處理工藝對京郊奶牛夏季生產(chǎn)和生理的影響，以期為牛舍夏季的環(huán)境調(diào)控提供決策依據(jù)。

1 材料和方法

1．1 試驗(yàn)地點(diǎn)

北京延慶區(qū)某規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖場，牛舍為半開放式結(jié)構(gòu)，飼養(yǎng)方式為舍飼散欄。

1．1 試驗(yàn)動(dòng)物

本試驗(yàn)選取30頭處于泌乳中期的健康荷斯坦牛。試驗(yàn)期間按照維持能量和產(chǎn)奶生產(chǎn)提供相同日糧，每日05:00、12:00和17:00，分別擠奶3次，飼喂3次，自由飲水。

1．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將30頭泌乳牛隨機(jī)分為A、B、C三組，每組10頭（表1）。A為對照組（不采取降溫措施），B為風(fēng)機(jī)降溫組，C為智能噴淋降溫組，試驗(yàn)時(shí)間為2018年7月1～14日。

表1 試驗(yàn)分組設(shè)計(jì)

1．3 不同降溫處理工藝

1.3.1 風(fēng)機(jī)降溫工藝

風(fēng)機(jī)降溫組（B組）圈舍的采食通道和臥床上方均安裝風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)安裝高度和間隔分別為2.2m和12m，安裝角度約為20°，風(fēng)扇直徑為1.0m，功率為1.5kW，當(dāng)舍內(nèi)環(huán)境溫度高于25℃，人工開啟噴霧風(fēng)機(jī)，每次5min。

1.3.2 智能噴淋風(fēng)機(jī)降溫工藝

噴淋水管設(shè)置在牛舍上方距地面1.8m處，噴淋獨(dú)立控制單元間隔2m安裝在噴淋水管上。其中，噴頭噴淋半徑為0.9m，噴淋支管與水平面成40°夾角。電磁閥與電路控制箱相連，接收電路控制箱的電路控制。PIR紅外識(shí)別傳感器分別設(shè)置在牛頸枷外部距地面0.4m處，識(shí)別牛的位置信息并發(fā)送至電路控制箱。電路控制箱根據(jù)牛群位置信息，控制對應(yīng)噴淋區(qū)間獨(dú)立噴頭的開閉，實(shí)現(xiàn)噴淋區(qū)間的精確控制；同時(shí)配備溫濕度探頭采集環(huán)境溫濕度，通過THI精確控制噴頭的水流量和噴淋時(shí)間，配套風(fēng)機(jī)管理，綜合實(shí)現(xiàn)紅外智能噴淋降溫。

1．4 測定指標(biāo)

1.4.1 溫濕度指數(shù)（THI）

試驗(yàn)期間，分別在A、B、C牛舍兩端和中部距離地面1.5m高處懸掛溫濕度測定儀，分別測定噴淋階段和非噴淋階段的舍內(nèi)溫度和相對濕度，測定時(shí)間為每天9:00～18:00，每隔1h，記錄一次，并根據(jù)溫濕度計(jì)算THI變化。

式中，AT和RH分別代表溫度和相對濕度。

1.4.2 采食量

試驗(yàn)期間，各組奶牛等額定量飼喂，待奶牛停止進(jìn)食后，分別收集奶牛的剩料，將各組剩余飼料稱量、記錄，匯總計(jì)算每日采食量。

1.4.3 產(chǎn)奶指標(biāo)

試驗(yàn)期間每日記錄產(chǎn)奶量。分早中晚3次采集奶樣，每次50mL，按4∶3∶3比例混合后，一式3份分裝，對乳品質(zhì)進(jìn)行測定[11]，主要包括：體細(xì)胞數(shù)(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、乳鐵蛋白含量、α-乳白蛋白和β-乳球蛋白。

1.4.4 生理指標(biāo)

每天9:00～18:00，分別于噴淋階段和非噴淋階段，測定奶牛直腸溫度、背部熱感溫度、呼吸頻率。

1.4.5 行為參數(shù)

利用行為參數(shù)感知裝置對奶牛站立、躺臥和行走等行為的持續(xù)時(shí)間和發(fā)生頻率進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。測量間隔5min，統(tǒng)計(jì)時(shí)間9:00～18:00。記錄幾種行為所占時(shí)間比例[12]。

1．5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行初步整理，采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，用Duncan法進(jìn)行多重比較，結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，以P＜0.05為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果

2．1 不同降溫方式對噴淋周期內(nèi)環(huán)境指標(biāo)的影響

表2 不同降溫方式對噴淋階段環(huán)境指標(biāo)的影響

表2數(shù)據(jù)顯示，在降溫處理階段，在所有測試時(shí)間點(diǎn)（9:00、11:00、13:00、15:00、17:00），A組和B組的溫度、相對濕度和THI沒有顯著差異，但相比B組，智能噴淋組（C組）相對濕度均顯著升高，舍內(nèi)溫度顯著降低；在9:00、11:00、15:00、17:00，C組THI指數(shù)顯著低于A、B組。在非降溫處理階段，A組、B組和C組的溫度、濕度和THI均沒有顯著差異；但在10:00、12:00、14:00，相對于風(fēng)機(jī)降溫組（B組），智能噴淋降溫組（C組）舍內(nèi)溫度有下降趨勢，相對濕度有增高趨勢；16:00、18:00時(shí)段，B組和C組的溫度、THI指數(shù)沒有顯著差異，但C組濕度有相對增高趨勢，詳見表3。

表3 不同降溫方式對非噴淋階段環(huán)境指標(biāo)的影響

2．2 不同降溫模式對奶牛采食量的影響

表4 不同降溫方式對奶牛采食量的影響

由表4可知，C組30min采食量為7.88±1.70 kg，日采食量為37.81± 2.76kg；B組30min采食量為7.54±2.76kg，日采食量為36.52±2.10kg。和對照組相比，兩種降溫方式（智能噴淋和風(fēng)機(jī)降溫）均顯著提升了30min采食量（P＜0.05）和日采食量（P＜0.05），且智能噴淋處理組顯著高于風(fēng)扇降溫組（P＜0.05）。

2．3 不同降溫模式對奶牛生理指標(biāo)的影響

表5結(jié)果顯示，在處理階段和非處理階段，不同降溫處理模式對奶牛直腸溫度均沒有顯著影響（P＞0.05）。在降溫處理階段，C組奶牛體表溫度和呼吸頻率均顯著低于A組和B組（P＜0.05）。在非降溫處理階段，相對于B組，C組呼吸頻率顯著下降（P＜0.05），奶牛體表溫度沒有顯著差異（P＞0.05），B組和對照組沒有顯著差異。

表5 不同降溫模式對奶牛生理指標(biāo)的影響

2．4 不同降溫模式對奶牛行為參數(shù)的影響

如圖1所示，相對于對照組，兩種降溫模式均顯著增加了奶牛躺臥時(shí)間比例（P＜0.05），降低了站立時(shí)間比例（P＜0.05）。和風(fēng)扇降溫相比，智能噴淋降溫組躺臥時(shí)間比例顯著增加，由44.2%增加到49.6%；站立時(shí)間比例顯著降低，由51.3%降到46.1%；行走時(shí)間比例二者沒有顯著差異。

圖1 不同降溫方式對奶牛行為的影響

2．5 不同降溫模式對產(chǎn)奶指標(biāo)的影響

表6數(shù)據(jù)顯示，和A組相比，B、C組奶牛的產(chǎn)奶量顯著提升，其中B組提升2.9%，C組提升13.13%。和A組相比，B組乳蛋白率沒有顯著差異，C組則顯著提高。

和A組相比，B組奶牛血清蛋白、乳中尿素氮沒有顯著差異，C組卻顯著降低；B組和C組中α-乳白蛋白和體細(xì)胞數(shù)顯著低于對照組，其中C組降低比例顯著高于B組；三組中乳脂率和其他活性蛋白成分沒有顯著差異。

表6 不同降溫方式對產(chǎn)奶指標(biāo)的影響

3 討論

3．1 不同降溫方式對噴淋周期內(nèi)環(huán)境指標(biāo)的影響

結(jié)果顯示，在降溫處理階段，在所有測試時(shí)間點(diǎn)（9:00、11:00、13:00、15:00、17:00），A組和B組的溫度、相對濕度和THI沒有顯著差異，但相比B組，智能噴淋組（C組）相對濕度均顯著升高，舍內(nèi)溫度顯著降低；在9:00、11:00、15:00、17:00，C組THI指數(shù)顯著低于B組。說明相比于純風(fēng)扇降溫，在噴淋處理階段，智能噴霧降溫模式能顯著增加半開放牛舍內(nèi)的濕度，降低環(huán)境溫度，有效降低溫濕指數(shù)。張瑞華等[13]發(fā)現(xiàn)，“高壓噴霧+風(fēng)扇”模式和“噴淋+噴霧+風(fēng)扇”模式，可在較長時(shí)間降低環(huán)境溫度（降低1.5～3℃），平均濕度提升10%，本研究結(jié)果與之相吻合。

在非降溫處理階段，三組的溫度、濕度和THI均沒有顯著差異。但在10:00、12:00、14:00，相對于風(fēng)機(jī)降溫組，智能噴淋降溫組舍內(nèi)溫度有下降趨勢，相對濕度有增高趨勢；16:00、18:00時(shí)段，兩組的溫度、THI指數(shù)沒有顯著差異，但C組濕度有相對增高趨勢。說明在非噴淋降溫階段，噴淋對環(huán)境的影響作用在減弱。國內(nèi)研究曾發(fā)現(xiàn)安裝水簾和風(fēng)機(jī)的密閉牛舍會(huì)顯著降低日平均溫度、溫濕指數(shù)[14]，與本研究結(jié)果不一致，這可能是由于牛舍結(jié)構(gòu)和牛場所處地域差異導(dǎo)致的，因?yàn)榘腴_放牛舍空氣流動(dòng)比較頻繁，噴淋過程對舍內(nèi)環(huán)境的影響難以維持長久。這說明對于半開放式的牛舍，短時(shí)噴淋對舍內(nèi)環(huán)境的影響效果有限。

3．2 不同降溫模式對奶牛生理指標(biāo)的影響

結(jié)果顯示，在降溫處理階段，智能噴淋處理組奶牛體表溫度和呼吸頻率均顯著低于風(fēng)扇降溫模式組（P＜0.05）。在非降溫處理階段，智能噴淋組呼吸頻率顯著低于風(fēng)扇降溫組（P＜0.05），奶牛體表溫度也有下降趨勢。但在兩個(gè)階段，奶牛直腸溫度均沒有顯著差異（P＞0.05）。說明和風(fēng)扇降溫比，智能噴淋降溫能更有效地緩解熱應(yīng)激。丁濤等[15]曾發(fā)現(xiàn)，噴淋降溫過程中，不同噴淋粒徑噴頭能使奶牛脖頸區(qū)域溫度降低0.7～0.9℃，平均呼吸頻率降低0.6～4.2次/min；噴淋結(jié)束后，奶牛脖頸區(qū)域平均降溫0.2～0.6℃，平均呼吸頻率降低0.4～1.2次/min。這和本研究結(jié)果相似，說明智能噴淋過程中能降低奶牛體表溫度、呼吸頻率。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)，智能噴淋結(jié)束后，對奶牛生理指標(biāo)的降低效果減弱，但依然存在效果，這和舍內(nèi)溫濕度變化趨勢相似。

3．3 不同降溫模式對奶牛行為參數(shù)的影響

在熱應(yīng)激期間，奶牛更傾向于站立?？赡苁且?yàn)檎玖r(shí)增加了奶牛體表與空氣環(huán)境的接觸面，能有效增加機(jī)體與環(huán)境間的熱量交換，利于散熱。研究表明，熱應(yīng)激程度增強(qiáng)，反芻動(dòng)物的躺臥時(shí)間減少，站立時(shí)間則會(huì)增多[16]。魯煜建也發(fā)現(xiàn)[17]，當(dāng)奶牛由無熱應(yīng)激到中度熱應(yīng)激狀態(tài)，躺臥時(shí)間比例從51.3%下降至42.3%，站立時(shí)間則相應(yīng)增加，這和本研究結(jié)論吻合。采用降溫處理的兩個(gè)試驗(yàn)組，奶牛躺臥時(shí)間增加，站立時(shí)間縮短。說明奶牛熱應(yīng)激得到了一定程度的緩解，且采用智能噴淋系統(tǒng)效果更顯著。

3．4 不同降溫模式對采食量的影響

研究表明，熱應(yīng)激會(huì)顯著影響奶牛采食量[18]，陳軍等[19]發(fā)現(xiàn)在輕微和中度熱應(yīng)激期，奶牛采食量分別下降3.65%和13.46%。本試驗(yàn)中兩種降溫方式均顯著提升了奶牛30min采食量和日采食量（P＜0.05），且智能噴淋組顯著高于風(fēng)機(jī)降溫組。說明智能噴淋降溫系統(tǒng)緩解熱應(yīng)激效果顯著優(yōu)于風(fēng)扇降溫。這可能是由于智能噴淋過程能夠有效降低奶牛體表溫度，改善機(jī)體狀態(tài)，從而緩解了夏季高溫?zé)釕?yīng)激導(dǎo)致的采食量下降。

3．5 不同降溫模式對產(chǎn)奶指標(biāo)的影響

熱應(yīng)激會(huì)降低奶牛的產(chǎn)奶量，導(dǎo)致乳脂率、乳蛋白率、乳糖率及非脂乳固體含量因高溫而下降，使得牛奶質(zhì)量降低[20]。這可能是因?yàn)闊釕?yīng)激會(huì)導(dǎo)致乳腺上皮細(xì)胞酪蛋白等主要乳蛋白基因表達(dá)下調(diào)，乳中總酪蛋白減少而尿素濃度增加，從而影響乳蛋白含量，導(dǎo)致營養(yǎng)價(jià)值降低[21,22]。周旭發(fā)現(xiàn)，處于中度熱應(yīng)激的奶牛生產(chǎn)性能會(huì)極顯著下降，乳脂率顯著降低，乳中尿素氮顯著升高，體細(xì)胞數(shù)顯著升高；相比輕度熱應(yīng)激奶牛，中度熱應(yīng)激奶牛乳中血清蛋白、α-乳白蛋白極顯著升高，但乳中免疫球蛋白（IgG、IgA和IgM）含量并無顯著差異[23]。本研究也發(fā)現(xiàn)智能噴淋工藝組體細(xì)胞數(shù)顯著降低，說明智能噴淋降組能更有效緩解熱應(yīng)激導(dǎo)致的部分免疫反應(yīng)。但本試驗(yàn)中其他活性蛋白沒有顯著差異，還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

綜上所述，相比于風(fēng)扇降溫模式，智能噴淋降溫模式能影響半開放牛舍環(huán)境溫濕度、溫濕指數(shù)，能更有效降低噴淋過程中奶牛體表溫度、呼吸頻率，但效果會(huì)隨噴淋結(jié)束減弱；能調(diào)節(jié)高溫下奶牛行為，使得奶牛躺臥時(shí)間增加、站立時(shí)間相應(yīng)縮短；能更有效緩解高溫下的采食量下降和產(chǎn)奶損失，提升夏季牛奶乳品質(zhì)。因此在北京地區(qū)，半開放式奶牛養(yǎng)殖模式下，智能噴淋降溫能更有效緩解夏季熱應(yīng)激，改善奶牛生理狀況，提升奶牛夏季生產(chǎn)性能。