奶牛卧床冷水管局部降温系统应用效果分析

杜欣怡，仲玉婷，施正香，桂锦明

奶牛卧床冷水管局部降温系统应用效果分析

杜欣怡1,2，仲玉婷1，施正香1,2※，桂锦明1,2

（1. 中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083； 2. 农业农村部设施农业工程重点实验室，北京 100083）

为缓解奶牛热应激，该研究基于奶牛胸颈部热敏感区产热及散热理论，开发了一套卧床冷水管局部降温系统。该研究在自然通风牛舍，通过水管壁温与试验组卧床表面温度变化测试了系统性能，并通过试验组与对照组奶牛核心体温、呼吸频率、产奶量及躺卧行为的差异分析了系统的应用效果。试验期间，系统水管壁温的变化范围为18～22 ℃，进出水温差1.7 ℃；试验组卧床表面平均温度维持在21～23 ℃，比对照组显著降低2.1 ℃（<0.01）。结果表明，卧床冷水管局部降温系统水管壁温与距进水口的管道长度呈线性正相关关系。当温湿指数（Temperature-Humidity Index, THI）达到72时，试验组奶牛核心体温比对照组降低0.3 ℃（<0.01），呼吸频率降低9次/min（<0.01），证明卧床冷水管局部降温系统可有效缓解奶牛热应激。该研究为牛舍环境局部降温及缓解奶牛热应激提供了方法支撑。

温度；动物；奶牛；热应激；水冷式卧床；局部降温

0 引 言

中国夏季多数地区普遍高温，易引起奶牛热应激。在热应激状态下，奶牛的生产性能、繁殖性能和免疫能力都会受到影响[1]。由于缺乏合理有效的管理手段，轻度和中度热应激常被忽视[2]。随着规模化养殖水平的提高，该问题已逐渐成为制约夏季奶牛健康生产的关键因素。

“可是，菊啊。”我问到，“在风和水以及阳光都不充足的情况下，你美丽的花朵日益缩小，因此我最开始以为你是越来越没精神。可是仔细一看却又不是这样。花的外形虽然变小了，可是你的美丽却越来越出众。一片一片的花瓣像是被研磨出来的一样闪烁着光泽。这是为什么啊？”

目前，规模化牧场泌乳牛舍多采用舍内散栏饲养模式，常用的降温方式有风机、风管、喷淋、喷雾、湿帘负压通风等。风机通过增强牛体周围空气对流带走热量，且有效改善舍内空气环境[3]，但当环境温度较高时则降温效果不显著。Wang等[4]研制出一种精准通风系统（Precision Air Supply System, PASS），将风管布置在一定高度，以正压通风的方式对牛体进行局部降温；结果表明，该系统可有效延长奶牛躺卧时间，缓解热应激。程琼仪等[5-7]也进行了类似的研究，但此种方式耗能较大，且仅在舍内空气相对静止时效果最佳。喷淋、喷雾及湿帘负压通风系统在牛舍应用广泛，且常与强制通风联合使用[8-9]。但当湿度较大或牛舍未封闭时，降温效果有限[10-11]。

针对夏季舍内的高温高湿环境及风机高能耗问题，李保明等[12]利用地下水对猪舍地板局部降温效果进行了研究，结果表明该系统在室外气温27～34 ℃时，可将躺卧区地板温度维持在22～26 ℃，基本满足猪只躺卧的需求。Bastian等[13]开创性提出将橡胶水床垫用作奶牛卧床的传导降温方式。模拟结果显示，水床中的水为10 ℃时，可通过传导消耗奶牛总产热的25%。通过广泛试验及模拟研究证明，传导降温可成为缓解奶牛热应激的有效机制[14-16]。但由于水床垫覆盖整个卧床，对低温冷源要求较高，因此在牛场的应用较少。

综上可知，目前牛舍内降温技术多受限于环境条件或存在高能耗的问题；局部降温系统多针对整个卧床，所需低温冷源成本较高。因此，本研究基于奶牛热敏感区散热模型及奶牛体形特点，设计了一套卧床冷水管局部降温系统，以期改善卧床局部环境，缓解奶牛热应激。研究通过现场试验测试了该系统的降温性能，并对舍内散栏饲养模式下奶牛生理指标和躺卧行为的变化进行分析，探究该系统的技术可行性，为优化卧床局部降温系统设计，缓解奶牛热应激提供理论依据和方法支撑。

设B层中与Aj相关的因素成对比较判断矩阵经过了一致性检验，求得单排序一致性指标为CI(j)，(j=1，…，m)，相应的，平均随机一致性指标为RI(j)，CI(j)、RI(j)已经在层次单排序时求得，那么B层总排序随机一致性比例为：

1 材料与方法

1.1 试验牛舍布局和降温系统设计

本文对参加“2018年江苏省定向锦标赛暨江苏定向邀请赛”中南京普通高校的部分学生进行随机问卷调查，共发放150份调查问卷，回收150份调查问卷，删除无效问卷25份后，有效问卷为125份。

根据奶牛热敏感区散热模型及奶牛体型特点[17]，在试验卧床两列的挡胸板位置前后分别铺设DN40镀锌水管。冷水管上方覆盖垫料层厚约3 cm，满足奶牛安全性与舒适性的需求，下方铺设0.6 m宽地暖辐射膜，起到保温隔热的作用，降低系统的冷量损耗。由于卧床为较窄的长方形，水管采用单蛇形盘管排布，前端于奶牛口鼻处铺设2根，后端于奶牛胸腹部接触位置铺设4根，排管间距60 mm。从奶厅接入200 m深地下水作为冷源，流经卧床降温后回流至奶厅储水罐作冲洗使用，管内水流速度为0.3 m/s。

独立的教育实践是教师专业能力形成的核心，是体现其专业性的重要标志。秉承这一理念，在课程体系中加大实践教学课程比重，从教、学两个方面优化课程教学，把教、学、做结合起来，变教为启，变学为做，学生在实践中学习，主动发展。课程设置遵循学生职业能力培养的要求，依据小学教师工作职责、任务，明确胜任其岗位所需的知识、技能、素养等，从而构建最适宜的课程体系。

1.2 试验材料与试验设计

试验随机选用76头健康的荷斯坦泌乳牛，分为试验组和对照组，每组38头，中间用临时隔栏隔开。试验组奶牛饲养在卧床下安装有冷水管的区域，其余饲喂及管理措施均保持一致。在试验组和对照组中各选取5头2～3胎次、泌乳时间在28～42 d、平均产奶量在38.12～54.83 kg/d之间的高产奶牛，用于核心体温及产奶量数据的测量。试验于2019年7－8月进行，由于试验人员安排及天气原因，试验分为2个阶段。第1阶段为7月20－26日，测试奶牛生理指标及躺卧行为；第2阶段为8月3－9日，测试卧床降温效果。

1.3 测定指标与方法

1）温湿度指标的测量

环境指标的测量选取试验组和对照组南北方向上等间距的4个截面，每个截面于卧床上方2.5 m处各选取1个测点，舍外布置2个测点，高度2 m，共布置6个测点。采用HOBO温湿度传感器（型号U23-001，美国Onset公司）对数据进行自动采集与记录，温度和相对湿度的测试精度分别为±0.2℃和±2.5%，采样间隔10 min。

在试验组和对照组两侧等间距选取5个卧床，通过红外温度仪（型号希玛AT380，测量精度±0.2 ℃）测量其表面温度，每个卧床取9个测点，每测点测量3次，取平均值作为该点的测量值，记录时间为每天10:00、12:00、14:00、16:00、18:00。卧床水管的进出水温度采用手持式电子温度计（型号PX-08，分辨率±0.1 ℃）测量，测量时间为每天11:00、15:00。进水口处分别安装水表，记录流量。

2）生理指标测定

本试验在国家奶牛产业技术体系山西省大同市某试验站奶牛场进行。试验牛舍为东西走向，东西两侧为山墙，南北两侧矮墙高2 m，矮墙上方均设置充气膜保温墙。舍内采用自然通风，屋脊设有通风窗。夏季南北两侧的充气膜保温墙全部打开，整舍形成半开放系统。牛舍长234 m，宽29.64 m，其中饲喂通道和挤奶通道将牛舍划分为4个区域。试验区域位于西南方向，共有3组对头式散栏卧床，每组卧床数为52个，单个双列式对头卧栏尺寸为1.2 m×2.5 m，卧床两端设有饮水槽，如图1所示。卧栏及颈枷上方均安装风机，风机气流方向为自西向东，舍内无喷淋系统。

本研究测定的生理指标包括奶牛核心体温和呼吸频率。奶牛核心体温采用纽扣温度计（型号DS1922L，精度±0.5 ℃）固定在阴道栓（喜达）上后，置于奶牛阴道内进行连续测量，采样间隔为5 min。随机选取试验组和对照组躺卧状态的奶牛各3～6头测量呼吸频率，采用秒表计数奶牛腹部或胸部在1 min内的起伏次数，每次测量记录3次取均值，每日测量时间为10:00、12:00、14:00、16:00、18:00。

前人研究认为，THI达到72时奶牛处于轻度热应激，目前生产中大多以68作为奶牛热应激的阈值，轻度热应激68≤THI<72；中度热应激72≤THI<80；重度热应激THI≥80[19]。

试验人员每天9:00－15:00人工记录试验组和对照组奶牛的躺卧次数和躺卧时间。采用摄像头（萤石云）记录奶牛全天的躺卧情况。

试验牛舍不受太阳辐射的影响，故选取温湿指数（Temperature-Humidity Index, THI）作为舍内奶牛热应激的评价指标。THI的计算公式如下[18]：

第2阶段舍内9:00－18:00间温度变化范围为21.8～27.8 ℃，相对湿度变化范围为63.7%～80.6%。早上8:00开始，舍内THI达到68，奶牛处于轻度热应激状态；10:20－18:20期间THI达72以上，中午13:00左右THI最高为74.8。奶牛全天37.5%的时间中处于轻度热应激状态，31.9%的时间处于中度热应激状态。

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1.4 热应激评价指标选取

4）产奶量记录

THI=(0.8×T)+((Rh/100)×(T−14.4))+46.4

式中T为干球温度，℃；Rh为相对湿度，%。

3）行为参数测量

1.5 数据处理

采用SPSS25.0统计软件对数据进行处理分析，并以平均值±标准差（M±SD）表示处理结果。对照组和试验组系统水管壁温变化采用线性回归方法，分别分析其与距进水口管道长度的相关性；通过单因素方差分析奶牛不同阶段产奶量的变化；卧床表面温度和奶牛的核心体温、呼吸频率、产奶量及躺卧行为数据差异显著性分析采用两独立样本检验，<0.05为显著，<0.01为极显著。

2 结果与分析

2.1 舍内环境变化分析

本研究测试系统的降温性能与奶牛的热应激反应，故试验于THI较高的7－8月进行。试验期间，试验组与对照组环境温湿度测点均值均无显著性差异（>0.05），故不区分试验组与对照组，对整舍环境变化进行分析。

第1阶段舍内环境温度最高为31.6 ℃，最低为17.8 ℃，白天温度变化范围为24.1～31.6 ℃，相对湿度变化范围为34.4%～67.8%。舍内卧床及颈枷处风机全部开启，且舍内无喷淋装置。早上7:10开始，舍内THI达到68，奶牛处于轻度热应激状态；每日9:00－21:10期间THI均处于72以上，最高时达76.3。奶牛全天50.7%的时间中处于中度热应激状态，17.4%的时间中处于轻度热应激状态。

我们在地理学习内化过程中，对相关内容主动进行比较、对照和鉴别，不但开阔了眼界、活跃了思维，同时使认识不断趋于充分趋于深刻。 教学中会遇到许多同构异行或是同行异构的知识内容，在对要素教学和巩固中，明显的是有比较才有鉴别。不照本宣科，不本本主义，在相同与相异中辩证剖析，寓意深远。

牧场采用利拉伐80位转盘式挤奶系统，每天5:00、13:00、21:00挤奶3次，自动记录每日产奶量、泌乳头数、泌乳牛号等情况。

2.2 卧床冷水管局部降温系统性能测试

本研究依据Gebremedhin文中的热流传导模型[20]，通过模拟设定冷水管降温系统中不同流速与流量，计算得出牛体至卧床的热通量变化范围在200～230 W/m2之间。冷水管中流速越高，水泵耗能越大；水温越低，系统对低温冷源的要求越高。从经济性角度考虑，供水温度15 ℃时，设定系统的流速为0.3 m/s，流量为0.38 kg/s，可使系统的降温性能满足要求，此时牛体到卧床的热通量可维持在200 W/m2以上。本研究通过测量卧床冷水管局部降温系统水管壁温及卧床的表面温度对其降温性能进行测试与分析。

2.2.1 水管壁温变化

试验通过手持温度计测量管壁温度，以此来反映管道内水温的变化情况。第2阶段试验期间，上午11:00舍内平均温度24.1 ℃，下午15:00舍内平均温度24.4 ℃，如图2所示，当环境温度上升时，水管壁温上升速率加快。

数据分析发现，在管内流速0.3 m/s的条件下，水管壁温的变化范围在18～22 ℃之间，进出水温差1.7 ℃，且水管壁温与距进水口的管道长度呈线性正相关关系（<0.01）。

不过，尽管短周期存在周期及基数压力，空调依然是最为稳固的家电细分板块，格力美的的双寡头地位稳固，维持市场大体稳定，也让行业均价处于缓慢提升通道。不过从竞争格局来看，二线品牌还能保持一定市场空间，但其它杂牌生存空间则日益狭小。

2.2.2 卧床表面温度变化

本文根据2017年第四季度证监会行业分类，选取了2010年第一季度至2017年第四季度在证券市场中上市的生产性服务业行业，具体包括交通运输业、研发技术服务业、信息技术服务业、租赁和商务服务业。“营改增”前后企业税负及盈利能力变化情况体现“营改增”对企业的影响，选取在2012年之前上市的公司，在200多家家符合条件的公司中，又剔除了ST、*ST的上市公司、数据缺失与连续亏损的企业后，最后仅剩99家企业。本文所用的数据来自于样本上市公司季度报表以及国泰安数据库。

有牛体的卧床表面温度显著高于空载，奶牛躺卧部分接触面温度可达28 ℃，未接触部分由于牛体辐射散热，较环境温度也有所升高。为避免牛体散发的热量对结果产生干扰，本研究选取空载时的数据分析卧床表面温度变化。数据显示，试验组卧床表面的日平均温度为(22.1±1.4)℃，对照组为(24.3±1.4)℃，两者差异极显著（<0.01）。试验组卧床表面平均温度维持在21～23 ℃，与对照组相比降低约2.1 ℃。对试验组和对照组卧床表面平均温度的日变化趋势进行分析，结果如图3所示。当卧床上无牛体时，对照组卧床表面温度与舍内环境温度相近，试验组与对照组卧床表面温度变化趋势与环境温度变化基本一致。

当奶牛离开卧床后，试验组卧床表面温度下降较快，其速率显著高于对照组（<0.05）。这可能是由于对照组卧床通过空气及牛粪垫料传导热量降温，散热性较差，而试验组可通过降温系统中的低温水流带走多余热量，迅速降温继而实现对卧床表面温度的控制。

因此，卧床冷水管局部降温系统不仅可以降低卧床表面温度，还可对卧床局部环境进行持续调控。卧床上有牛体时，系统通过传导降温缓解奶牛热应激；牛体离开后，系统内低温水流加速热交换，使卧床迅速降温从而保持在相对较低的温度，一定程度上改善了卧床局部环境。

流坑村内建筑大部分为砖木结构，既有外砌马头墙、内悬楹联匾额的民居邸宅，共墙连体、规模庞大的建筑群，也有登临远眺、防卫御敌的门楼，造型别致、雕梁画栋的宗庙牌楼，这些都反映悠久的历史和辉煌，也是集历史文化、建筑艺术、民俗风情为一体的古文化博物馆[1]。

2.3 卧床冷水管局部降温系统应用效果

核心体温与呼吸频率都是奶牛热应激生理反应的敏感指标，其在正常情况下均处于相对稳定的状态。荷斯坦奶牛核心体温变化范围一般为38～39.3 ℃[22]。核心体温每变化1 ℃，都会对奶牛产生很大的影响[23]。当环境温度上升时，出于散热的需要，奶牛呼吸频率逐渐升高。若呼吸频率超过60次/min，此时奶牛所处的热应激状态已达到能够影响自身产奶量和繁殖能力的程度[14]。本研究通过测量奶牛核心体温、呼吸频率、产奶量以及躺卧时间及频次的变化来评价卧床冷水管局部降温系统对缓解奶牛热应激的应用效果。

没过一会儿，只听到噼噼啪啪的一阵声响，嘎绒跑了出来，他双手捂着头，悻悻然离开了，嘴里狠狠地嘀咕着：又不是金屁股！又不是银屁股！

2.3.1 降温系统对奶牛核心体温的影响

为消除奶牛个体间的差异，先对试验组和对照组奶牛核心体温值分别做组内正态性检验和方差齐性检验。试验组和对照组奶牛全天核心体温平均值分别为(39.0±0.3)和(39.3±0.6)℃，均满足正态分布，且组间差异不显著（>0.05）。

第1阶段试验期间，试验组和对照组奶牛核心体温均值日变化趋势基本一致，试验组奶牛核心体温平均值比对照组低0.3 ℃，两者差异极显著（<0.01）。早晨7:00之后，两者差异逐渐增大，并在中午12:00左右达到最大差值，下午16:00左右，奶牛核心体温达到最低值。试验牛舍奶牛每天15:00左右到奶厅挤奶，奶厅环境温度较低，对奶牛生理状态产生影响。由于核心体温变化稍滞后于环境变化，16:00之前处于中度热应激的奶牛从奶厅返回后，核心体温会有较大幅度的下降，之后又有所回升。凌晨1:00－4:00，由于夜间冷水管降温系统停止运行，水温逐渐上升至与环境温度相近，降温效果不明显，故此时段内试验组与对照组奶牛核心体温相差不大（图4）。

2.3.2 降温系统对奶牛呼吸频率的影响

第1阶段试验期间，舍内THI最高达76.3，奶牛在7:10－21:10均处于热应激状态。试验组奶牛呼吸频率为(60±13)次/min，对照组为(63±11)次/min。表1中，根据环境温度变化分析发现，9:00－12:00试验组和对照组奶牛呼吸频率差异不显著（>0.05），12:00－15:00呼吸频率差异极显著（<0.01），15:00－18:00呼吸频率差异显著（<0.05）。其中，12:00－15:00试验组呼吸频率比对照组低9次/min，差异最大。

表1 局部降温系统对奶牛呼吸频率的影响

注：不同小写字母表示试验组和对照组差异显著（<0.05），不同大写字母表示试验组和对照组差异极显著（<0.01）。

Note: There are significant difference between treated and control groups with different lowercase (<0.05), and remarkable difference with different uppercase (<0.01).

本研究中，奶牛呼吸频率与核心体温的变化呈现一致性。白天舍内环境温度随外部温度逐渐上升，系统水管中通入冷水后能够通过传导和辐射的方式降温，改善卧床局部环境，最终稳定奶牛核心体温，缓解奶牛热应激。

结果表明，当舍内温度上升至28 ℃左右时，卧床冷水管局部降温系统可显著降低奶牛呼吸频率。但当温度继续上升时，系统降温效果减弱，推测是由于低温冷源距离较远，卧床水管内水流温度有所上升所致。此外，本研究中卧床冷水管局部降温系统作为一种局部降温措施，对于整舍环境调控作用有限。在奶牛轻度及中度热应激时，本系统可作为缓解奶牛热应激的重要手段；当奶牛产生严重热应激时，本系统亦可进行辅助降温。

（三）施肥。幼苗期少量追肥促苗早发，以腐熟有机肥为宜。幼苗定植40～50天后，每亩施腐熟有机肥1000千克，施氮、磷、钾复合肥25千克。进入采笋期，增加追肥次数和追肥量促使营养生长。

李伟等[21]在以地下水作为冷源的猪床冷水管降温研究中发现，进水温度与外界环境的温差越大，则换热效率越高。本研究中，由于试验牛场仅有一个位于奶厅的取水口，故使用奶厅地下水作为冷源，与牛舍距离较远，导致进水温度有所上升。如果直接使用舍内地下水作为冷源，预计可以取得更好的降温效果。此外，若管道过长，当管壁温度逐渐接近舍内环境温度时，系统降温性能显著降低，因此管壁温度与管道长度的线性关系可为设计适宜的管道安装长度提供参考。

2.3.3 降温系统对奶牛产奶量的影响

根据本研究的试验周期，将产奶量的数据分析划分为卧床冷水管局部降温系统运行前、运行中及停止后3个阶段。系统运行前，试验组奶牛平均产奶量为（40.9±7.0）kg/d，对照组为（46.3±6.8）kg/d，两者差异极显著（<0.01）。系统运行15 d后，试验组平均产奶量为（42.6±5.4）kg/d，对照组为（45.7±8.8）kg/d，两者无显著性差异（>0.05）。系统停止运行15 d后，试验组平均产奶量为（41.7±5.6）kg/d，对照组为（41.7±12.4）kg/d，两者无显著性差异（>0.05）（图5）。

热应激状态下，奶牛核心体温上升，干物质摄入减少，同时体细胞数上升，从而导致产奶量降低[24]。因此，热应激对产奶量的影响具有一定的延时性和持续性。Ominski等[25]认为经历短期热应激的奶牛，平均产奶量降低1.7 kg/(头·d)；热应激恢复阶段，平均产奶量降低1.2 kg/(头·d)。在试验开始前，本研究中试验组和对照组奶牛的产奶量存在显著差异。随着试验的进行，对照组奶牛在系统运行中与结束后2个阶段的平均产奶量持续降低，试验组奶牛平均产奶量与对照组的差距不断缩小。在系统停止运行后，与对照组相比，试验组奶牛平均产奶量未出现明显下降，推测是因为运行期间降温系统能够维持试验组奶牛核心体温相对稳定，缓解了奶牛的热应激状况。

在课程教学改革中，引入创业工作坊教学模式代替传统教学。以学生工作坊为单位组成创业团队，有相同爱好、相同兴趣，又有不同岗位分工、岗位职责。在课堂中参与小组讨论、头脑风暴、分析问题、解决问题，培养了团队意识，团队协作能力，以及跨学科学习专业知识并综合运用的能力。

2.3.4 降温系统对奶牛躺卧行为的影响

血清CysC与RBP4联合检测对糖尿病早期肾损害的诊断价值较高，任意一个阳性可以避免漏诊，双阳性可以避免误诊，联合诊断效用高于单独诊断。

本研究选取每天9:00－15:00的数据分析发现，试验组和对照组奶牛平均单次躺卧持续时间分别为（52.6±10.5）与（55.8±4.5）min，两者无显著性差异（>0.05）。试验组奶牛躺卧频次为（2.5±0.4）次，对照组为（3.0±0.6）次，无显著差异（>0.05）。在第1阶段试验期间，试验组与对照组奶牛躺卧时间增加，站立时间减少，变化趋势一致。

Tucker等[26]研究发现奶牛每日平均躺卧时间9.4～14.7 h，平均每天的起卧次数为8.2～14.1次，平均单次躺卧持续时间0.9～1.4 h，本研究中奶牛躺卧行为的数据分析结果符合此规律。试验组奶牛在试验前期单次躺卧时间波动较大，试验后期逐渐接近于对照组，这可能与奶牛对环境改造后的适应期有关。随着热应激程度的升高，奶牛通过站立增大散热面积，躺卧时间减少，站立时间增加，且躺卧时间随THI的上升显著降低[1]。此外，卧床舒适度也对奶牛躺卧频次与时间产生直接影响。系统在安装时考虑到奶牛胸部到鼻子的距离[17]，在挡胸板位置后开始安装，保证奶牛躺卧后，乳房的位置不受挤压。但由于镀锌水管材质偏硬，且垫料常被牛蹄剖开，这会对卧床的舒适性产生一定影响，导致在试验组卧床局部环境显著优于对照组的情况下，两组躺卧时间无显著差异。

3 结 论

本文对奶牛卧床冷水管局部降温系统进行了应用测试，得出以下结论：

1）在系统内水流速度0.3 m/s的条件下，管壁温度的变化范围在18～22 ℃，且与距进水口的管道长度呈线性正相关关系（<0.01）。与对照组相比，试验组空载卧床表面温度降低约2.1 ℃（<0.01）。

2）测试奶牛生理指标及躺卧行为试验期间，试验组奶牛核心体温比对照组低0.3 ℃（<0.01）；试验组奶牛呼吸频率比对照组最多低9次/min。降温系统对试验组奶牛的阶段性平均产奶量产生了一定程度的正面影响。

3）研究结果表明，卧床冷水管局部降温系统可一定程度上改善卧床局部环境，缓解奶牛轻度及中度热应激。当环境温度上升至28 ℃以上时，可进行辅助降温。

本研究中，系统取水口与牛舍距离较远，导致进水温度有所上升。若直接使用舍内地下水作为冷源，预计可以取得更好的降温效果。此外，系统中镀锌水管材质偏硬，且垫料常被牛蹄剖开，之后可尝试改良系统中水管的材质或覆盖材料，提升系统舒适性。本研究在选取试验材料时，为避免对牛群和生产产生影响，在试验组和对照组中仅随机选取5头胎次与泌乳天数相近的奶牛，用于核心体温及产奶量数据的测量与分析。以后的研究中，可扩大样本量以保证试验材料处于相近的初始状态，进一步验证降温系统对产奶量的影响。

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Local cooling performance and application effect of cow bed with cooling water pipe

Du Xinyi1,2, Zhong Yuting1, Shi Zhengxiang1,2※, Gui Jinming1,2

(1.,,100083,; 2.,,100083,)

High surface temperature can easily cause heat stress in dairy cows in most tropic areas of China in summer. Heat stress can negatively affect the production and reproductive performance, as well as the immune capacity of cows. Mild and moderate heat stress has also gradually become a key factor constraining the healthy production of dairy cows in recent years, with the improvement of large-scale breeding. However, the current cowshed cooling technology is limited by environmental conditions or high energy consumption. It is highly demanding for the local cooling system in the whole bed suitable for a low-temperature cooling source. In this study, a local cooling system of water pipes was designed to improve the bed environment and alleviate heat stress of dairy cows, according to the heat dissipation of thermal sensitive areas. The experiment was carried out in Datong Experimental Station of the National Dairy Industry Technology System. DN40 galvanized water pipes were laid in front of and behind the breastplate positions of two-bed rows in a naturally ventilated cowshed. The water pipes were covered with a cushion layer about 3 cm thick to meet the safety and comfort needs of cows. A floor heating radiation film of 0.6 m wide was laid below to reduce cooling loss of the system, particularly for heat preservation and insulation. Water pipes were arranged in a single serpentine coil suitable for the narrow rectangle bed, with 2 tubes at the height of mouth and nose of cow, while 4 tubes at the contact position of chest and abdomen of cow, where the space between tubes was 60 mm. The cooling water of the system was first from 200 m deep groundwater in the milking hall, and then flowed through the treated beds in the cowshed to cool down, finally back to the storage tank in the milking hall for washing. The flow rate was 0.3 m/s in pipes. Performance indexes were selected to evaluate the system operation, such as the temperature of the water pipe wall and bed surface. The results showed that the pipe wall temperature varied between 18oC and 22oC under the pipe flow of 0.38 kg/s and flow rate of 0.3 m/s, indicating a positive linear correlation between the pipe wall temperature and the distance of water inlet (<0.01). The surface temperature of the no-load bed decreased by 2.1oC in the treated group, compared with the control. Besides, the application of the system was tested in different core body temperatures, respiration rates, milk yields, and lying behaviors of cows. Specifically, the cows were detected in the moderate heat stress for 50.7% of the day, while the mild heat stress for 17.4% during phase one. The average core body temperature in the treated group was 0.3oC lower than that in the control group, indicating an extremely significant difference (<0.01). The respiratory rate in the treated group was at most 9times/min lower than that in the control group. There was no significant decrease in the milk yield of cows in the treated group. Correspondingly, a similar trend was achieved in the daily changes of core body temperature and respiratory rate of cows for the treated and control groups. Specifically, the cooling system performed better, as the temperature increased. Furthermore, there was no significant difference in the lying-down time between the two groups, even though the local bed environment in the treated group was significantly better than that of the control group. More importantly, a 3 cm thick pad was laid on water pipes to improve the bed comfort, which was installed after the chest plate position to ensure that the region of the udder was not squeezed when cows laid down. Nevertheless, there was an inevitable impact on the bedrest comfort, where the single lying time fluctuated greatly in the initial operation of the system, because the galvanized water pipe was made of hard material, while the cushion was often opened by hooves. The lying time in the treated group gradually approached that in the control group, as the experiment went on. Anyway, the water-cooled bed system can widely be expected to effectively improve the local bed environment in the cowshed, further alleviating the heat stress of cows.

temperature; animal; dairy cow; heat stress; water-cooled bed; local cooling

杜欣怡，仲玉婷，施正香，等. 奶牛卧床冷水管局部降温系统应用效果分析[J]. 农业工程学报，2021，37(15)：197-203.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.024 http://www.tcsae.org

Du Xinyi, Zhong Yuting, Shi Zhengxiang, et al. Local cooling performance and application effect of cow bed with cooling water pipe[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(15): 197-203. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.024 http://www.tcsae.org

2021-06-06

2021-07-19

财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系资助。

杜欣怡，博士生，研究方向为农业物联网，畜禽养殖环境控制与能源利用。Email：duxinyi2018@163.com

施正香，教授，研究方向为畜禽养殖工艺与环境。Email：shizhx@cau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.024

S8

A

1002-6819(2021)-15-0197-07