缓解奶牛热应激的物理降温策略

◆作者：黄晓飞 宫玥 张瑞华 杨志强 王封霞 吴天佑 金宜全 赵金鹏

◆单位：光明牧业有限公司

当奶牛经受热应激时，其不能有效地调节体内温度，导致健康、生产性能和行为都会发生显著的变化（West，2003）（Tao S 等，2018）。与热应激相关的负面影响包括体温升高、呼吸速率增加、采食量减少、产量降低和繁殖率降低，在极端情况下，甚至会导致死亡（Brown 等，2005）（Mader 等，2006）。奶牛热应激会给养殖户带来严重的经济损失。温湿度指数（THI）常被用作衡量热应激程度的指标，其主要由温度和湿度两个测量值计算。有研究称，不同气候地区应当用不同的THI 计算公式，这样能更准确地体现奶牛受到热应激的程度。当温湿度指数高于奶牛经受热应激阈值时需采取适当措施以改变牛舍环境或直接降低奶牛体温，这有助于减缓奶牛热应激，提高奶牛舒适度，减少因热应激造成的生产损失。牛舍环境的改变和相关饲养管理措施可以在奶牛经受热应激时发挥作用。对于处于热应激中奶牛有很多降温方式，但每种降温方式对热应激的缓解效果可能因特定地区气候和牛舍类型而异（例如栓系式和散养式）。本文主要讨论了THI 的应用以及有关减少牛奶热应激的物理降温措施。

1 环境温度监控

温湿度指数（THI）是用来衡量奶牛热应激严重程度的无单位值。温湿度指数最早由Thom（1959）引入，用于评估热应激对人体的影响。此后，它被用来描述奶牛经受热应激程度的指标。THI 通常用于代替经受热应激牛的体温，以预测产奶量损失，它与奶牛生产性能呈负相关。很早以前，研究人员一直使用THI ≥72 作为奶牛开始感应热应激的阈值。研究报道，高产奶牛在日均THI 为68 时产奶量下降2.2 kg/d，因此奶牛开始受到热应激的THI 阈值是被低估的（Collier等，2005）。当前，南方牧场根据THI 判定热应激的标准为：＜68为无热应激、68～74 为轻度热应激、74～80 为中度热应激、80～87为重度热应激、＞87 为有生命危险。此外，有学者认为，产奶量下降前24～48 小时的THI 可能是奶量下降的最佳指示。这也许暗示我们，相关降温措施应当在预期的高THI 到来前48 小时实施，以减少奶量的损失程度。

Bohmanova 等（2007）对不同地区THI 计算方式提出了独到的理解，其研究发现对于像格鲁吉亚这样湿润地区的奶牛来说，湿度权重较大的温湿度指数方程更准确，而对于像亚利桑那这样干燥地区的奶牛来说，降低湿度权重的THI 方程或许更好。目前我国大部分牧场使用统一的THI 计算公式（THI=0.81×温度+ （0.99×温度-14.3）×湿度+46.3），并未考虑当地环境的影响，这也许会降低我们判断奶牛实际受到热应激程度的准确性。因此对于我国南方地区高温高湿环境，我们是否应当考虑湿度权重大的THI 计算公式，而北方干燥地区使用温度权重大的THI 计算公式。此外，限制THI公式预测热应激程度的因素可能还包括不考虑太阳辐射、风速或奶牛特有因素（如产奶量或泌乳阶段），以及假设所有奶牛受相同的环境影响（Hammami 等，2013）。

当风速增大时，奶牛的对流冷却可能会增加，但只有在环境温度不超过动物皮肤表面温度的情况下增加（Davis 等，2003）。通过在THI 方程式中加入风速，可以使THI 值减小。考虑太阳辐射和风速的影响，已经采用了进一步调整的THI 公式（Mader 等，2006）。Mader 等（2006）提出的THIadj 在评估温带气候条件下牛的热应激可能是有效的。随着风速和太阳辐射因素考虑入公式中，可以更好地评估奶牛的热应激程度。

THIadj=4.51+THI- （1.922×V）+（0.0068×SR）

其中V=空气流速（m/s），SR=太阳辐射强度（W/m2）。

虽然THI 是最常用的表示热应激的量度，但也存在包含其它量度的指标。Buffington 等（1981）建立了一个考虑干球温度、湿度、太阳辐射和风速的方程，称为黑球湿度指数（BGHI）。与THI 相比，奶当牛受到太阳辐射量增加时，BGHI 与热应激状态下直肠温度和产奶量的相关性更大。相反地，在太阳辐射减少的阴凉条件下，THI 和BGHI之间没有显著差异。

BGHI=tbg+0.36tdp+41.5

其中tbg=黑球温度（℃），tdp=露点温度（℃）。

2 物理降温措施

减少热应激对泌乳奶牛负面影响的措施主要包括耐热品种的基因选择、营养管理、物理降温（Beede 和Collier，1986）（Dash 等，2015）。物理降温措施通常比改良耐热遗传性状更容易，可以更快地改善奶牛生产和繁殖性能。

2.1 牛舍结构

牛舍建设不当会对奶牛经受热应激的严重程度产生负面影响。如果牛舍建造朝向设计不当、使用的建筑材料导热系数较大、不提供自然通风或牛舍密度过大，则随着THI 的增加，更容易加剧奶牛热应激（Abeni 和Bertoni，2009）。

散栏式牛舍的自然通风可以帮助奶牛缓解热应激，但牛舍不宜建设过长，否则会影响通风效果。栓系式牛舍通常有一个陡倾的屋顶或开口的脊形通风口以增加自然通风。这种牛舍的高屋顶设计减少了红外辐射的传递。屋脊通风还增加了穿堂风通过整个牛舍，进一步增加空气流通（West，2003）。

2.2 遮荫处理

遮荫处理对奶牛的生理功能、行为活动和生产性能均是有益的。在夏天，与无遮荫奶牛相比，有遮荫奶牛的呼吸速率和直肠温度较低。奶牛会利用遮荫处来缓解热应激带来的负面影响。如在放牧场上，当环境温度和太阳辐射增加时，奶牛会自主寻找遮荫，如没有遮荫，则需要减少高温情况下放牧的时间（Kendall等，2007）。

生产性能和生理变化可以用来确定动物何时不能适应某种环境。在生产性能受到影响之前，动物会改变行为模式以缓解这种状况。当奶牛没有遮荫时，它们会通过其他方式来适应环境，例如站立时间增加、饮水量增加等。研究表明，热应激情况下，无遮荫措施的奶牛饮水和站立水槽周围的牛只比例高于有遮荫处理的奶牛（Nordlund 等，2019）。Schutz 等（2010）研究了遮荫量对放牧荷斯坦奶牛行为和生理的影响（共3 个处理：不遮荫、2.4 m2/头遮荫和9.6 m2/头遮荫）。研究发现，与2.4m2/头遮荫组相比，9.6 m2/头遮荫组的奶牛花费两倍的时间在遮荫处（分别为24%和50%），发生较少争斗行为（分别为10.7 次和3.2次），有更长的躺卧时间，且有更高的躺卧比例（10%vs 36%）。当遮荫面积足够大时，奶牛会花费更多的时间在遮荫处，而不是为了遮荫而相互竞争。另外，较大遮荫面积的奶牛呼吸速率低于较小遮荫面积的奶牛（无遮荫、2.4 m2/ 头遮荫和9.6 m2/ 头遮荫分别为62、57 和51 次/min）。Roman-Ponce 等（1977）报道，遮荫处理降低了奶牛呼吸速率（54次/min vs 82 次/min）和直肠温度（38.9 和39.4℃），且产奶量较无遮荫奶牛高10%。

在热应激期间，奶牛增加饮水量也是降温的一种方式（赵金鹏等，2021）。Palacio 等（2015）在一项为期8 周的研究中发现，有遮荫措施的奶牛较无遮荫措施的奶牛在水槽周围比例少34.2%。之前的研究也支持这个结果，泌乳奶牛随着热应激程度的增加，无遮荫措施时，奶牛饮水量和站立水槽周围的时间增加（Schutz等，2010），这可能是由于两方面原因：①奶牛受到热应激饮水量增加；②水槽中蒸发的水蒸气可以创造理想的小气候，从而吸引奶牛。但是，当奶牛在水槽周围聚集时，往往会导致该区域过度拥挤。另外，如表1 所示，我们发现在重度热应激下水槽加冰也可以增加奶牛饮水量。有趣的是，跟踪不加冰后4 天两组的饮水量变化，未加冰组的饮水量增加幅度高于加冰组，我们怀疑重度热应激情况下水槽加冰可以缓解奶牛热应激下降时的应激。

表1 水槽加冰对奶牛饮水量的影响

2.3 蒸发降温

遮荫对太阳辐射有保护作用，但可能不会影响奶牛周围的空气温度或湿度，其自然散热的能力仍受到限制。因此，采用风扇或喷淋等降温方式可以增加降温效果，进一步缓解热应激的负面影响。提供喷淋或喷雾，是降低奶牛热应激程度，增加奶牛自然散热的有效方法。使用喷淋且加或不加另一种降温方法（如风扇）进行降温，较单独遮荫能更有效地减少热负荷。与遮荫、风扇或喷淋单独使用相比，风扇和喷淋组合对降低奶牛体温和呼吸速率更为有效，因为其增加了蒸发散热（Correa-Calderon 等，2004）。

Schutz 等（2011）发现，放牧奶牛更倾向于遮荫而不是喷淋。在他们的研究中，62%的奶牛选择遮荫而不是喷淋，且65%的奶牛选择遮荫而不是没有任何散热措施。试验分别记录喷淋、遮荫或无处理前和处理后10 min的呼吸速率、体表温度以及直肠温度。结果发现，尽管奶牛喜欢遮荫处理，但喷淋处理在降低呼吸速率和体表温度的效果明显优于遮荫处理。随着热负荷指数和气候测量值（包括：环境温度、湿度、黑球温度和风速）的增加，喷淋处理组奶牛的体温下降幅度更大（喷淋处理、遮荫处理和无处理的单位体温热负荷指数的增加数分别降低了0.008、0.001 和0.0001℃）。Kendall 等（2007）报道，使用喷淋降温时，奶牛会长时间将头部处于较低的位置，这可能意味着奶牛试图阻止头部暴露在喷淋下。对于奶牛来说，头部受到喷淋或喷雾可能使其感到不舒服。当奶牛暴露在风雨中时，与有遮挡的奶牛相比，无遮挡的奶牛头部处于较低位置的可能性高5 倍，这可能是在试图保护敏感区域的暴露，例如耳朵（Tucker 等，2008）。喷淋产生的较大冲击会使奶牛更频繁地降低头部。Chen 等（2016）发现，与0.4 L/min 的水流相比，经受4.5 L/min 水流的奶牛低头的频率增加了5 倍。奶牛表现出的这些行为可能表明它们试图避开较大的水流速度，但是最后研究者提到奶牛并没有完全避开大的水流速度，且没有观察到偏好的差异。

喷淋流量和水滴大小是评估喷淋降温时需要考虑的重要方面，为了使奶牛降温充分，水滴必须湿润动物表皮。但是，如果水在表皮积聚，动物周围的湿度会增加，可能会降低降温措施的有效性。在相对湿度较高的地区，喷雾可能会增加环境湿度，抑制奶牛的蒸发散热。但是，一项在湿度较高的阿拉巴马的研究发现，与风扇和喷雾处理相比，风扇和喷淋处理的奶牛在呼吸速率上没有差异。Chen 等（2013）测试了在炎热干燥气候中，喷淋流量和水滴大小对奶牛生理反应的影响（如呼吸速率、体温、表皮温度）。研究者观察到，水滴的大小并不影响降温效果，但流速确实影响了几种生理活动。与基线相比，呼吸速率和表皮温度降低，且处理后30 min体温仍低于基线。最后总结出，最佳平衡奶牛降温和用水量的最有效喷淋流量为1.3 L/min，流速大于1.3 L/min 时对奶牛热应激的改善并不明显。

为了有效地使奶牛降温，喷淋开启频率的设定至关重要。在空气湿度较高的地区，与仅使用风扇降温相比，喷淋和风扇相结合的降温方式已被证明是奶牛降温的最有效的方法。Flamenbaum 等（1986）发现，喷淋开启20～30 s 较10 s 效果更好。在同一个研究中，喷淋频率为5 次/d，每次开启30 min，奶牛体温保持在正常范围内（＜39℃）的时间可持续24 h。南方地区常见的喷淋流程为：5 min 一个周期、10～30 s 喷淋和强制通风（风扇）。在另一项研究中，与每天5 次降温相比，每天8 次降温的奶牛繁殖参数得到改善（Honig 等，2016）。

在待挤厅对奶牛进行喷淋，有助于缓解奶牛从牛舍行至挤奶厅积累的热负荷。奶牛在待挤厅使用风扇和喷淋降温20～30 min 时，体温和呼吸速率可以在短时间内降低。Araki 等（1985）报道，当奶牛挤奶前在待挤厅使用喷淋和风扇降温，与未进行降温措施的奶牛相比，挤奶后体温降低，并持续2～4 h。因此，在炎热的天气下，可在待挤厅使用喷淋+ 风扇的方式减少热应激对奶牛的影响。

因牧场受到环保压力，在使用喷淋或喷雾降低奶牛热应激程度时，还需要考虑用水量的问题。我们在实际中发现，与手动开关喷淋相比，使用智能喷淋可以有效节约用水量，节水率大约39.5%，且两组奶牛直肠温度无明显差异。另一方面，智能喷淋不需要过多考虑喷淋开启频率。

3 总结

THI 可以帮助牧场评估奶牛可能承受的热应激程度，对于不同气候地区，可以考虑不同的THI 计算公式。根据奶牛受到的热应激程度（THI 值），牧场可以提供遮荫、风扇、喷雾或上述任何组合措施，均可以帮助缓解热应激带来的负面影响。