新疆南疆地区犊牛舍冬季环境指标变化对新生安格斯犊牛健康的影响

陈玉珠,孙亚伟,易鹏飞,王 凡,冯梦迪,吴 静,杨朝辉,王 胜,骆梁涛,马雪连*,姚 刚*

(1. 新疆农业大学 动物医学学院,新疆 乌鲁木齐 830052;2. 新疆刀郎阳光农牧科技有限公司,新疆 麦盖提 844600)

适宜的养殖环境在保障动物的生长发育、健康、减少疾病以及动物福利中扮演着重要角色,牛舍内温湿度指数、有害气体、总悬浮颗粒等指标超标对动物健康造成不良影响[1]。焦倍蕾等[2]指出冷应激会降低奶牛的产奶量;王玉梅等[3]指出热应激能导致种公牛精液品质有显著降低风险;魏学良等[4]发现在热应激下奶牛的母乳性能显著降低;Eshel等[5]指出肉牛生产消耗的环境成本和牛场氨气等温室气体排放能增加生态环境破坏的风险;May等[6]报道噪音、二氧化碳(CO2)、氨气(NH3)、甲烷(CH4)、硫化氢(H2S)等有害气体的聚集对动物健康生长的影响;汪银锋等[7]发现肉牛舍的温热环境指标过高对肉牛健康、增重和对饲料的采食量、利用率等降低均有影响;同时王治等[8]和梅玮等[9]对规模化牛场、羊场所处环境指标监测显示环境中各参数对动物健康发展有很大关系。而众多畜牧业发达国家在动物福利法中也对养殖环境特别提出了严格的要求[10]。

近年来,新疆南疆地区安格斯肉牛养殖业发展迅速,已成为当地农牧民脱贫致富、乡村振兴的重要产业之一。但南疆以农区舍饲畜牧业为主的养殖环境及其影响健康因素鲜有报道,特别是冬季条件下犊牛舍环境指标变化与吮乳犊牛健康的关系研究较少。因此,本研究深入分析犊牛舍冬季圈舍环境指标、吮乳犊牛生理生化指标和常见疾病的联系,持续考察冬季安格斯肉牛养殖环境因素的变化规律以及对犊牛健康的影响,为确定新生犊牛养殖适宜环境参数,降低犊牛发病率和死亡率,提高繁殖成活率提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 新生犊牛舍

该试验中所涉及的安格斯犊牛系由澳大利亚引进的安格斯青年母牛所产头胎犊牛,初生体重约(32.34±1.29) kg。犊牛舍,呈东西走向,建筑形式为半钟楼、双坡式、塑料透明采光板、钢皮封闭舍;舍内为水泥地面,无粪尿收集坑道;左右两侧有1.3 m高的砖混结构墙面,屋顶为双坡式钢构,长×宽×高为155 m×8 m×5 m;前后各有3扇3.2×1.8 m2的铁皮门;左边有8个1.5×1.2 m2的小门,供犊牛和紧急生产母牛出入圈舍和运动场;左右边距地面1.3 m高处上有采光板各66个,前后各有1个,面积平均约在5.4 m2;舍内用高1.5 m,宽6 m的栅栏将犊牛舍分为10个小圈;在靠右边墙与前后门相通的有一条2.5 m宽的水泥通道,供工作人员和饲料车行走。犊牛舍内采用自然通风采光。圈舍平面图如图1所示:

图1 犊牛舍平面图和监测位置分布/mFig. 1 Calvf barn plan and monitoring location distribution

1.2 饲养管理

冬季吮乳犊牛采取舍饲饲养,出生3 d内的犊牛随母牛生活;超过3 d的犊牛,采取母犊半分离模式饲养[11](早上出舍外活动,夜晚在犊牛舍过夜,每天在运动场滞留约8 h)。舍内垫料用棉花秸秆,每间隔3～4 d,下午15:00清换。试验期共测定 443 头犊牛,平均44头/圈,每头牛占地2.8 m2。

1.3 试验设计

试验时间为2021年1月(冬季)测定周期为10 d,监测选取犊牛圈舍的前、中、尾部距离地面约为1.3 m的3个点和圈舍外1点。同时按照中国行业标准(China industry standard,CIS)《牲畜和家禽养殖场的环境质量标准(NY/T 388-1999)》[12]的相关规定,并参照梅玮等[9]、徐硕栎等[13]、孟妍君等[14]的具体方法,对环境中各种项指标包括噪音、湿度、温度、CO2、NH3、CH4、H2S、可吸入颗粒(PM10)、总悬浮颗粒(TSP)等进行测定。所有数据均按国标《畜禽场环境质量标准》进行比较分析。仪器测定严格按照仪器使用说明进行。

在上述测定时间段里,选择第2、4、6天从凌晨3:00到当晚24:00间隔3 h连续测定,计算平均值和范围作为该场冬季环境指标变化的日周期变化值。在第6天早上,空腹采集吮乳犊牛静脉血,测定血液生理、生化指标等。

温热指数(THI)依据实测数据并结合当地30d的天气数据,按文献[15]的方法计算。THI=0.81 Td+ (0.99 Td-14.3)RH+46.3。式中:Td为干球温度(℃);RH为相对湿度(%)。

1.4 试验仪器设备

温度、湿度、噪音测定采取DT-8820四合一多功能环境表(深圳华昌机械工程有限公司);CO2、NH3、CH4测定采用B1010型智能气体监测报警仪器(深圳市沃赛特科技有限公司);PM10、TSP测定采用LD-5C微电脑激光粉尘仪(青岛宜兰环保工程有限公司);生理指标测定采用XFA6030系列全自动动物血液细胞分析仪(南京普朗医疗设备有限公司);生化指标测定采用德士Catalysit-One 全自动生化分析仪(美国爱德士)。

1.5 数据处理

所有数据均采用“平均值±标准差”表示。用Excel对数据进行整理,SPSS 22.0 分析,Graph Pad Prism 作图。

2 结果与分析

2.1 牛舍环境指标

由表1可知,冬季安格斯犊牛舍温度最低值为-15 ℃ ,平均值为(-7.0±4.02)℃,低于国标限值(5～35 ℃); CO2最大值为5126.3 mg/m3,超过国标限值(<3000 mg/m3);其余指标均在国标范围内。

表1 冬季犊牛舍环境指标测定结果Table 1 The environmental indices of calvf barn in winter

2.2 犊牛舍内各项指标的日周期变化

2.2.1 犊牛舍内温度、湿度、噪音的日周期变化 由图2可知,冬季犊牛舍内平均温度为-2.46 ℃,在24 h检测中,仅有15:00-18:00符合国标,剩下约有21 h低于国标限值,处于零下最低点;舍内平均湿度为73.25 %,从早到晚先升高后降低,符合自然规律,其中从0:00-9:00约有9 h高于国标限值,最大湿度可达100%。从表2可知,0:00-9:00的THI指数偏高处于危险状态,该状态下的湿度最为湿冷;噪音的变化范围为19～74 dB,从凌晨3:00开始上升,9:00达到最大值74 dB,超过平均噪音56.38 dB,后逐渐减少,最大值低于国标限值,其日周期变化符合国标限值。

表2 冬季犊牛舍温湿度指数(THI)Table 2 Temperature and humidity index (THI) of calf barn in winter

图2 犊牛舍环境指标日周期变化Fig. 2 Daily changes of calvf barn environmental indices

2.2.2 犊牛舍内CH4、CO2、NH3、TSP与PM10的日周期变化 如图3A-B可知,冬季犊牛舍内CH4在21:00～9:00超过平均浓度11.24 mg/m3,12:00后逐渐降低;CO2浓度在15:00、21:00达到最大值超过平均浓度1902.6 mg/m3,其余时间均在国标限值内;整个冬季未曾监测到NH3。如图3C-D所示,冬季PM10浓度,远低于国标限值;TSP浓度变化,在国标限值内。TSP和PM10值由早上6:00开始波动起伏,15:00分别达到最高值,而后下降,都远低于国标限值4 mg/m3、2 mg/m3。

图3 犊牛舍环境指标日周期变化Fig. 3 Daily changes of calf barn environmental indices

2.3 冬季吮乳犊牛生理生化指标

2.3.1 冬季吮乳犊牛主要生理指标 从表3可知,吮吸犊牛体温的平均值为38.2 ℃、脉搏为70.79次/min、呼吸频率为21.58次/min,表明安格斯吮乳犊牛在南疆冬季的生理指标等均在正常范围内。

表3 吮乳犊牛生理指标Table 3 Physiological indexes of sucking calves

2.3.2 吮乳犊牛血液生理生化指标 如表4可知,安格斯吮乳犊牛的血液生理指标中白细胞数、血红蛋白2项指标高于参考值;血液生化指标中血糖浓度高于参考值,肌酐和总蛋白低于参考值,其余指标均在正常范围内。

表4 冬季吮乳犊牛血液生理、生化指标Table 4 Blood physiological and biochemical indices of suckling calves in winter

2.4 吮乳犊牛发病情况

冬季出生成活的吮乳犊牛共计1 292头,其中共有298头吮乳犊牛发病,发病率为23.07%。其中发烧吮乳犊牛有19头、咳喘有69头、肺炎27头、腹泻168头、食欲不振13头、眼疾2头,分别占发病率为6.38%、23.15%、9.06%、56.38%、4.36%、0.67%。

2.5 环境指标与吮乳犊牛生理生化指标的相关性

如图4所示,在环境指标与吮乳犊牛生理生化指标相关性分析中CH4与脉搏、总蛋白、白蛋白、球蛋白、碱性磷酸酶呈显著性正相关(P<0.05);PM10与呼吸频率呈极显著正相关(P<0.01);TSP与呼吸频率、丙氨酸转氨酶含量呈显著性正相关(P<0.05),而与球蛋白含量呈显著性负相关(P<0.05);噪音与平均血红蛋白含量呈显著性正相关(P<0.05);温度与呼吸呈极显著负相关(P<0.01),而与胆固醇呈显著性正相关(P<0.05);湿度与呼吸呈显著性正相关(P<0.05)。其余指标均无显著差异。

图4 犊牛舍环境指标与吮乳犊牛生理生化指标的相关性* 表示P<0.05,差异显著,** 表示P<0.01,差异极显著。下同。Fig. 4 Correlation of the environmental indexes of calf house with the physiological and biochemical indexes of suckling calves* means P<0.05 and ** means P<0.01, showing the correlation is significantly different and extremely different,respectively. The same below.

2.6 环境指标与吮乳犊牛主要疾病的相关性

如图5所示,在环境指标与吮乳犊牛主要疾病相关性分析中湿度、TSP与吮乳犊牛主要疾病(发烧、咳喘、肺炎、食欲不振、眼疾)呈极显著正相关(P<0.01),温度与其呈极显著负相关(P<0.01);其中PM10与眼疾、咳喘、肺炎、食欲不振呈极显著正相关(P<0.01),与发烧呈显著性正相关(P<0.05);噪音、CH4与发烧、咳喘、肺炎、食欲不振呈极显著正相关(P<0.01),与眼疾呈显著性正相关(P<0.05);CO2与咳喘呈极显著正相关(P<0.01);其余指标均无显著差异。

图5 犊牛舍环境指标与吮乳犊牛主要疾病的相关性Fig. 5 Correlation between environmental indicators of calves and main diseases of sucking calves

3 讨 论

3.1 南疆安格斯犊牛舍冬季环境指标变化

新疆南北疆独特地理位置造就气候差异巨大[17],而该安格斯牛场地处南疆与塔克拉玛干沙漠毗邻,导致冬季昼夜温差大[18];如此环境下的温度、湿度、有害气体[19]等都能细微影响动物生长发育。本研究采取24 h每隔3 h监测发现,冬季环境指标中平均温度有21 h严重低于国标(CIS)限值(5～35 ℃),这与孟妍君等[14]研究低温条件下温室型犊牛舍内的环境状况不同,这可能是南疆跟东北气候不同所致,导致舍内的温热环境和空气质量环境无法满足吮乳犊牛需要;而温度在15:00-18:00符合国家行业标准,符合南疆下午日照强度最强的自然规律。室内湿度从0:00-9:00约有9 h高于国标限值(CIS<80%),而该场早晚温差、湿度大,易形成低温高湿的气候,与施力光等[20]认为圈舍内的温度随着饲养密度的增加而升高的研究相反。这与地处特殊地理位置和气候且圈舍占地大、屋梁高、冷空气流动快,无保温设备等均有关。

而冬季CO2浓度在15:00-24:00最大值超过国标限值(<3 000 mg/m3)。这与丁莹等[21]研究的CO2从早到晚呈现上升趋势不同,这可能与该牛场独特的母犊半分离饲养模式[11]造成;Jaime等[22]和Pérez等[23]认为,母犊半分离模式易引起犊牛如皮质醇浓度增加,体重减轻等。长期处于此种环境下,会导致机体的抵抗力明显降低,影响健康[24]。本试验未曾监测到NH3、H2S,可能与监测设备灵敏度等影响有关,但与张子军等[25]、臧强等[26]没有监测到H2S的研究一致。本研究发现,冬季TSP、PM10从早到晚均先升高后降低,与黄凯等[27]在冬季不同类型猪舍内的颗粒物研究中TSP浓度、梅玮等[9]报道的早晚牛舍PM10、TSP浓度不显著的研究结果不同,可能是南北疆的气候环境和饲养管理差异等因素造成。

CH4是温室气体的重要来源,国内外的研究更多聚焦在大气中温室气体浓度和气候变化[28],因此暂无推荐限值;而今更多的关注动植物排放CH4对环境造成的危害。如Sejian等[29]研究显示,家畜排放CH4是直接间接的影响全球气候变暖的主要气体之一;Pickering等[30]研究发现,减少牲畜CH4排放可减少对环境的影响。而国内同国外关注CH4的相似,因CH4浓度低,难以对家畜健康产生危害,所以国内也暂无推荐限值[31]。国内外关于牧场环境的CH4限值研究和对动物的健康影响研究都比较匮乏。

3.2 环境指标与吮乳犊牛生长及健康的相关性

3.2.1 环境指标与吮乳犊牛生理指标相关性分析 本研究测的安格斯吮乳犊牛冬季生理指标均在安格斯犊牛的正常参考范围内。这与李波等[32]研究中安格斯犊牛对贵州地区亚热带高山半高山气候有较强的适应能力一致。表明吮乳犊牛在寒冷环境下,能呈现正常生理反应,表现出对环境良好的适应性。但冬季出生的1 292头犊牛,其发病率为23.07%,也说明环境对犊牛的健康有较显著影响。本研究表明,CH4与脉搏呈显著性正相关,目前国内外养殖环境中对CH4都尚未有标准限定,推测可能跟饲养模式和冬季温度低,通风不足造成有关。PM10与呼吸呈极显著正相关,这与该场所处沙漠边缘所致;温度与呼吸呈极显著负相关,湿度与呼吸呈显著性正相关,与王凯等[33]提出温度、湿度能影响安格斯牛的生理指标的结果一致。其中,血液生理生化指标中仅有白细胞和血红蛋白高于参考值,白细胞高于正常水平。这与冯亚杰等[34]研究的白细胞总数在冬季高的结果一致。血红蛋白含量与新陈代谢有关,外加犊牛舍有限空间内CO2过高浓度,耗氧量增加,动物易出现缺氧状态,导致血红蛋白含量增高,这与Braunlin等[35]研究结果相似,机体内血红高蛋白含量的高低是为适应与缺氧相关内外环境的变化,以维持基本代谢,所以其含量值可反应动物体在缺氧条件下的适应能力。同时测得冬季吮乳犊牛生化指标中血糖高于参考值,说明吮乳犊牛肝功异常;冬季漫长且寒冷,圈内的密封措施会高于其余季节,外加通风不好,有害气体聚集,吮乳犊牛易出现缺氧现象也会导致血糖升高。

3.2.2 环境指标与吮乳犊牛血液生理生化指标的相关性分析 测定血清生化指标可间接了解动物机体对所处环境的适应程度[36],噪音与红细胞呈显著性负相关与平均血红蛋白含量呈显著性正相关。秦世贞等[37]发现长时间在噪音刺激下可引起ATP的过度消耗、严重时造成红细胞内Ca2+超载,红细胞膜僵硬,甚至红细胞凋亡结果相似。同时,CH4与总蛋白、白蛋白、球蛋白、碱性磷酸酶呈显著性正相关,因CH4对生理生化指标的影响报道相对较少,所以猜测可能是由于犊牛长时间在圈舍内生活,会将CH4吸入体内参与循环,进而影响机体健康。TSP与球蛋白呈显著性负相关与丙氨酸转氨酶呈显著性正相关;在冬季寒冷条件下,猜测TSP的吸入影响球蛋白含量的高低,影响着蛋白质的代谢能力、免疫能力,具体有待验证。温度与血糖呈极显著负相关,与邵同先等[38]研究的环境温度下降会引起家兔血糖降低不同,说明温度影响血糖含量;温度与胆固醇呈显著性正相,这与胆固醇的特性有关并与张明霞等[39]研究的胆固醇受热与温度有关相似。

3.2.3 环境指标与吮乳犊牛的主要疾病的相关性分析 根据本研究可知吮乳犊牛舍环境指标影响着犊牛的健康,其中易患的主要疾病为发烧、咳喘、肺炎、食欲不振、腹泻、眼疾等,这与王瑞瑞等[40]和方美琪等[41]统计的犊牛易患肺炎、腹泻等主要疾病相似。而环境指标(CH4、CO2、PM10、TSP、温度、湿度、噪音等)与吮乳犊牛疾病发生关系密切。其中环境指标PM10、TSP影响着吮乳犊牛的发烧、咳喘、肺炎、食欲不振、眼疾等主要疾病,这可能与该场所处沙漠边缘,道路尘土飞扬,环境中处处弥漫着总悬浮颗粒等,长期处于高尘埃的环境中,尘埃易进入天然孔,从而易引起眼疾和呼吸道疾病如肺炎等[42]。同时温湿度指数也是影响吮乳犊牛主要疾病发生的重要因素之一,湿冷天气下易引起牛的冷应激反应,从而引起动物机内内环境稳态、生理功能和抵抗力等发生改变。而寒冷天气下的高湿冷低温更会加重吮乳犊牛遭遇冷应激的风险,易导致THI处于冷应激风险范围内。这与赵宗胜等[43]研究的在不同环境温度下冷应激和热应激对奶牛的血液生理常值有显著的影响相似;与李志军[44]研究指出肉牛易食癖的致病因素与环境冷热应激有一定关联的观点有异曲同工之妙;空气湿度过高或过低,都会影响动物正常代谢,还影响动物体温的热调节和病原微生物的增长,对畜禽的健康及生产性也能产生直接或间接的影响;而繁育场产生的噪音也是影响吮乳犊牛患咳喘、肺炎、食欲不振等疾病的因素之一。噪音过强危害动物健康,不仅影响听力,甚至对心血系统、神经系统、内分泌系统产生不利影响。而宋生晶[45]研究发现,噪音作为环境污染源会影响动物一系列与适应相关的生理状态和行为,在噪音环境中动物会降低觅食效率、诱导应激反应。而CH4、CO2也是影响着吮乳犊牛发烧、咳喘、肺炎、食欲不振等疾病的重要因素之一,在有限的环境内,有害气体聚集,浓度升高,通风不及时,从而导致吮乳犊牛过度的吸入。缺氧状态下,机体抵抗力不强,外邪更易侵入导致伤害,从而导致患病机率增加。而环境中各项指标对动物主要疾病的影响的具体机制有待进一步研究验证。本研究中,该场吮乳犊牛冬季主要疾病的发病率稍微偏高,可能是因初生吮乳犊牛的免疫力和抵抗力较低,外加受到环境因素和饲养管理因素的影响,致使患病机率升高。这与舒班超等[46]研究反应情况相同,说明机体免疫系统易受到季节和环境的相关因素影响。冬季畜舍温度低、湿度大易导致犊牛、羔羊腹泻。如史国美等[47]发现初生羔羊对环境温湿度变化耐受力较差,易出现消化系统疾病,进而易引起羔羊腹泻情况;何志龙等[48]研究表明,冬季犊牛腹泻率逐年上升,易受温度和湿度的影响。但本研究的监测结果并未反映出与犊牛腹泻的相关性,可能是安格斯牛自身优势和对环境有很强的适应力的自身优势,值得再进一步关注具体原因。

4 结 论

本研究结果表明,新疆南疆地区安格斯犊牛圈舍冬季犊牛圈舍温度夜晚21:00至翌日13:00低于0℃,相对湿度在0:00至9:00点超过国标限值,严重偏离犊牛生活的适宜温湿度范围,THI指数显示吮乳犊牛易处于冷应激的危险和紧急状态。CH4、PM10和TSP等指标与吮乳犊牛生理生化功能以及与疾病发生关系密切,建议在冬季犊牛舍夜间需加强保温措施,白天加强通风、减少粉尘,提高动物福利,以保障吮乳犊牛的生长发育和健康。