智慧牧场技术在奶牛热应激中的综合应用

苏 昊

（北京东石北美牧场科技有限公司，北京 100102）

1 引言

热应激是动物对高温环境所产生的非特异性应答反应的总和。一般认为，恒温动物存在“热中性区（thermal neutral zone，TNZ）”，动物所处环境温度在此范围内时，可通过自身调节机制维持正常体温，当外温高出此范围时，动物就会处于热应激状态。热应激严重影响奶牛健康和生产，引起人们高度重视。奶牛热耐受性别、年龄、品种、饲料组成等多种因素的影响，其热应激状态不仅影响能量平衡，还影响电解质、矿物元素新陈代谢，使准确衡量奶牛热应激状态非常困难。及时准确评价奶牛热应激，对于保障奶牛健康，提高夏季奶产量和质量非常有帮助。我国饲养的奶牛品种以荷斯坦奶牛为主，该品种的奶牛怕热、耐寒，其体型大，单位体重的散热面积小，若遇夏季高温，其热应激发生非常严重。奶牛的理想环境温度是-0.5℃～21℃，泌乳奶牛的最佳产奶环境温度是5℃～25℃。当热应激发生时，奶牛表现出一系列的生理反应，即热应激综合征，主要有热喘息、心率加快、膜系统损伤、甲状腺和肾上腺的功能加强，体内氧化代谢减慢，过氧化物增多，物质代谢减慢，免疫力降低、水和电解质平衡紊乱，排尿增加，离子丢失增加等，最终造成奶牛采食量、产奶量、乳品质、繁殖性能的下降以及诱发一系列疾病，使养殖经济效益下降。

炎热夏季是奶牛热应激的高发期，应对奶牛热应激须采取多方面技术手段进行综合调控，以免造成经济损失。牧场除了应用奶牛饲养管理管理技术、营养调控技术外，物理环境调控技术也发挥着重要作用。风机加喷淋的物理降温方式作为非常有效的热应激缓解手段，其应用效果一直被广大的牧场用户认可。然而，在养殖业环保问题还没有得到有效解决的背景下，我国传统降温方式的使用由于其粗狂的运作方式，存在着浪费水电资源、极大增加粪污处理量、以及人为因素影响大等问题。

物联网智慧牧场新技术的出现，让物理降温方式的精准执行成为可能。将极大的提升牧场对于牛舍环境综合控制的能力，为牧场在养殖标准化、数据化、精准化方面提供有力的工具。

近期在牧场管理中，“精准”是主要话题。风机喷淋作为用电、用水大户，精准化要求也越来越得到牧场的重视。

目前市场上我们分别观测了两种典型常见的控制模式来作对比，以其选择出更适合牧场需求的精准控制模式。

（1）使用东石智能环控模式下的物联网风机喷淋控制。

（2）仅使用了感知元件对奶牛存在与否做简单判断的感应喷淋控制。

2 试验设计

本试验是在位于北方的首农畜牧金银岛牧场中进行。

试验组：使用东石智能环控模式下的物联网风机喷淋控制（金银岛牧场5-8群安装有东石温湿度感应自动风扇喷淋降温系统）。

对照组：仅使用了感知元件对奶牛存在与否做简单判断的感应喷淋控制（金银岛牧场1-4群为自动感应喷淋人工开启风扇）。

5-8群与1-4群选取胎次相近，泌乳天数的相近的牛只，对比其在2020年7月17日至2020年8月7日期间的产奶量差异。此外我们还从群体的反刍时间、喘气时间以及重喘息率方面评估智能环控系统相较于简单的感应喷淋之间对于缓解热应激以及促进泌乳产能的影响。

3 试验结果

3.1 THI变化趋势

我们采集了试验期间的温度和THI数据，用于分析热应激程度。

经过观察发现2020年7月17日至2020年8月7日期间，THI最高85.62，最低67.21，平均77.37。温度最高37.5℃，最低20℃，平均27.39℃（如图1）。

图1

3.2 对奶牛奶产量的改善

5-8群设置为试验组，1-4群设置为对照组，分别筛选胎次为2.11胎（组间P=0.98），平均泌乳天数为118d（组间P=0.99）的牛群，对比其产量差异。试验组平均牛头数63头，对照组平均牛头数为65头。

分析结果显示，从7月17日至8月7日期间，试验组平均产量为47.91kg，对照组平均产量为43.93kg，试验组与对照组每天平均产量增加3.98kg，且试验期间产量差异极显著（P＜0.01）。智能环控系统效果显著。

3.3 反刍时间和重喘息时间

我们采集了对照组和试验组牛舍的泌乳牛的每日反刍时间和每日喘气频率，将二者进行了比对分析。

通过数据发现，试验组泌乳牛的平均反刍时间总体上要高于对照组的泌乳牛；还有一点需要关注的是，试验组群属于高产牛，对照组属于混合牛群（有新产/混牛/泌乳晚期牛群），所以对照组牛的反刍时间本应该高于试验组牛，但事实并非如此，由此我们不难得出这样一个结论：智能环控系统有利于提高泌乳牛的反刍时间。

从时间上还可以看出，对照组奶牛的平均每日喘气时间要明显的高于试验组的奶牛，这一数据直观的反应出来东石智能环控系统有效地缓解了试验组奶牛的热应激。

通过反刍时间和每日喘气时间的对比发现，智能环控模式下的物联网风机喷淋控制比仅使用了感知元件对奶牛存在与否做简单判断的感应喷淋控制更能降低热应激，提高反刍时间。

3.4 重喘息百分比

我们还是采集了对照组泌乳牛和试验组群体泌乳牛的重喘息百分比数据，因为数据比较多，特地选出了比较有代表性的7月17号两个牛舍的牛重喘息频率方面的数据进行对比。

重喘息百分比代表了特定群体中表现出热应激行为的奶牛的百分比。结果表明，出现重喘息体征的奶牛的比例与奶牛阴道温度（热应激程度主要指证）呈明显的昼夜循迹关系。通过监测重喘息，可以实时监测奶牛热应激程度。

7.17日数据显示，对照组在2：00、6：00和12：00-14：00左右群体喘气比率高于10%，最高比例为21.9%。试验组在4：00和12：00-14：00左右群体喘气比率高于10%，最高比例为14.9%。

通过对照组和试验组有代表性的重喘息比率对比发现，试验组的重喘息比率较低，遭受的热应激小些。

4 结论

首农畜牧金银岛牧场的试验结果是比较符合预期的，在试验的过程中，我们通过收集数据和整理分析得出了以下结论：

1）使用东石智能环控模式下的物联网风机喷淋控制可以有效的提高奶牛的产奶量，从7.17日截止到8月7日，试验组与对照组每天平均产量增加3.98kg，且试验期间产量差异极显著（P＜0.01）。

2）使用东石智能环控的试验组泌乳牛的反刍时间明显高于对照组的泌乳牛。

3）使用东石智能环控可以有效地为奶牛降温，降低奶牛的重喘息百分比。

牛喘息时间的长短最能够说明她的应激程度。于是我们便对不同控制的喷淋模式（东石智能环控组、工控感应喷淋控制组）下，奶牛的喘气变化做了详细的记录和统计，发现了非常有意思的现象。

以THI比较高的7月17日举例，东石智能环控模式群的牛群喘气时间为103分钟，与之对应的工控感应喷淋群为146分钟，牛群重喘息时间比智能环控模式牛群喘息时间长43分钟。经过分析，这和东石智能环控模式喷淋的4个主要特点有很大关系：

即时性（奶牛到来马上启动，缩减了了奶牛等待时间）。

实时性（控制依据使用THI和奶牛数量变化，以分钟为单位更新）。

及时性（针对每刻的变化，物联网系统会随时调整运行策略）。

数据性（数据化反馈强大而清晰，为使用者改善提供坚实依据）。

可见，省水只是“精准”喷淋的第一步，如何能够利用好水才是关键。而利用好水，系统的综合数据能力又是关键。收集数据、产生数据、利用数据是精准喷淋的基本要求，一定不能轻易放过任何能够将数据嵌入管理的机会。