热应激与喷淋-风扇系统对不同泌乳阶段奶牛生理和生产性能的影响

沈留红，程李杰，尤留超，雍 康，罗正中，陈久兵，骆 巧，余树民，曹随忠，*

(1.四川农业大学 动物医学院 动物疫病与人类健康四川省重点实验室/奶牛疾病研究中心，四川 成都 611130； 2.重庆三峡职业学院 动物科技学院，重庆 404155)

热应激是奶牛养殖业的巨大挑战[1-3]。据Gunn等[4]预测，21世纪因热应激造成的奶牛产奶量损失将以(174 ± 7)kg·头-1·10 a-1的速度增加；因此，研究防暑降温模式，缓解夏季奶牛热应激状态，对提高养殖收益，保障奶牛福利具有重要意义。奶牛因自身耐寒不耐热的生理特点，加之泌乳产生大量热量，夏季极易受热应激影响[5]，当环境温度超过25 ℃时，奶牛将因无法通过自身调节控制体温而出现热应激反应[6-7]，造成体温升高、呼吸频率加快，产奶量和乳品质严重下降[8-9]，并严重威胁奶牛健康，使奶牛乳房炎、肢蹄病、子宫炎、流产、死胎等发病率上升，配种率和繁殖性能下降[10-12]。目前缓解奶牛热应激的方式有物理降温[13]、营养调控[14]和遗传育种[15]等。物理降温最常用，其中，喷淋-风扇降温模式最为常见，但喷水式降温会在不同程度上增加牛舍内相对湿度[13]，引起料槽中饲料过湿、草料发热发酵、适口性下降，最终导致奶牛采食量下降。同时，牛舍地面与垫料过湿易促进细菌和病毒滋生，导致奶牛肢蹄病、乳房炎等疾病发病率升高。目前关于热应激对奶牛影响的研究大多没有明确降温方式或具体降温方案，或明确降温方式，但缺少对不同泌乳阶段奶牛的针对性研究，无法明确某一降温模式下不同泌乳阶段奶牛生理、生产性能等指标的具体表现。探究喷淋-风扇降温方式下不同泌乳阶段奶牛生理指标、生产性能、发病率与非热应激期奶牛的差异，为热应激期不同泌乳阶段奶牛提供更具针对性的防暑降温策略提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点和时间

试验地点为四川省资阳市某规模化奶牛场(30°15′20″N，105°23′57″E)，属亚热带季风气候。牛场泌乳牛热应激期和非热应激期分别共有856头和896头，牛舍布局见图1。其中，高产牛牛舍包括进入高产阶段的新产牛和泌乳前、中期奶牛，中产牛牛舍包括泌乳前、中、后期奶牛，低产牛牛舍包括泌乳后期奶牛和其他原因导致的其他泌乳阶段低产牛。

图1 牛舍布局示意图

热应激期试验时间为2018年7—8月，环境温度25 ℃以上，非热应激期试验时间为2018年11—12月，环境温度5～25 ℃。热应激期与非热应激期试验时间各20 d，共计40 d。

1.2 喷淋-风扇降温系统和运行方案

系统安装方案：采食道与卧床上方高2.6 m处每隔6 m，与水平面呈60°安装一台0.75 kW正压风机(YS-146PZ01，瑞荣机电，南昌)，奶牛卧床与采食道上方各安装12台，风机最大风速7 m·s-1；采食道上方2 m每间隔2 m安装喷淋头1个，呈扇形喷淋，每圈舍安装42个，喷淋头流量为5 L·min-1。

系统运行方案：热应激期卧床上风扇24 h开启，采食道上方风扇07：00开启，00：00关闭；舍内温度达到25 ℃时自动喷淋系统开始工作，喷淋时间30 s，喷淋间隔5 min，温度降至25 ℃以下后自动喷淋系统关闭，或00：00人工关闭自动喷淋系统，07：00再人工启动喷淋系统。牛舍降温系统和温湿度计安装方式见图2。

图2 降温系统示意图

1.3 试验奶牛和管理方案

将泌乳牛按泌乳时间分为新产牛(0～21 d)、泌乳前期(22～120 d)、泌乳中期(121～200 d)、泌乳后期(201～305 d)4个阶段，在各阶段中随机选择体况相近、同一泌乳阶段泌乳时间相近的健康经产(2～4胎)泌乳牛10头，共计40头作为试验对象。除奶产量外，其余指标每次采集数据时随机选择泌乳牛。热应激期和非热应激期试验牛管理与饲养方法按牛场日常运行方案进行，不做其他人工干预。

1.4 测定指标

1.4.1 牛舍内外环境参数测定

在牛舍安装电子温湿度计(博洋仪器仪表，郑州)获取每日08：00、10：00、12：00、14：00、16：00、18：00、20：00、22：00、00：00牛舍内温度、湿度数据，温湿度计分别放置于牛舍饲喂道前、中、后3个位置，离地2.5 m，避免喷淋水雾和牛只舔舐。湿热指数(temperature humidity index，THI)取08：00、14：00、20：00 3个时间点平均值[16-17]，THI计算公式为：VTHI=(1.8×θ+32)-(0.55-0.005 5×VRH)×(1.8×θ-26)[18]，其中，θ为摄氏温度，VRH为相对湿度(relative humidity，RH)的值。舍外环境参数通过当地气象局官网获取。通过MS6252A型手持风速仪(华仪仪表，东莞)在牛舍内多个不同点距离地面1.5 m测量风速，取平均值作为风速试验值，舍内风扇间距6 m。

1.4.2 不同泌乳阶段奶牛生理参数的测定

每日08：00、15：00、20：00随机选择各泌乳期中体况、年龄、泌乳时间相近健康经产泌乳牛(2～4胎)10头，共40头。连续测量2次奶牛安静状态下1 min呼吸频率，取平均值。使用兽用电子温度计(尚农科技，绵阳)测量奶牛直肠温度。

1.4.3 不同泌乳阶段奶牛奶产量的测定

以1.4.2节方法随机选择各泌乳期试验牛共40头，通过奶牛场阿波罗挤奶监控系统(利拉伐，瑞典)跟踪记录每日产奶量。

1.4.4 全群奶牛乳成分的测定

试验期间早、中、晚3次采集大罐奶样，每次500 mL，采样前开启搅拌器，搅拌10 min；按4∶3∶3比例混合收集每天奶样共计100 mL，加入1滴重铬酸钾防腐剂，混匀后放入4 ℃冰箱保存。使用MT-100乳成分测定仪(格莱莫，武汉)和DCC乳汁体细胞检测仪(利拉伐，瑞典)测定牛奶乳脂率、乳蛋白率、脂/蛋比和体细胞数。

1.4.5 全群奶牛发病率统计

统计每日全群泌乳牛肢蹄病、酮病、临床型乳房炎和隐性型乳房炎发病情况，治愈后复发不计入统计数据。

1.5 数据处理

本试验数据均使用Excel 2016进行初步处理，使用SPSS 25.0软件进行配对样本t检验，所有统计结果均以平均值±标准差的形式表示。

2 结果与分析

2.1 喷淋-风扇降温系统下的环境参数

试验期间牛舍内环境参数指标如表1所示。热应激期使用喷淋-风扇降温系统后，牛舍内温度接近30 ℃，与舍外温度无显著差异(P>0.05)，舍内湿度极显著(P<0.01)增加，舍内风速在风扇作用下较舍外极显著增大(P<0.01)，达1.35 m·s-1，舍内THI大于80且显著(P<0.05)大于舍外THI。非热应激期舍内温度、THI均处于奶牛适宜生产区间。

表1 热应激期与非热应激期环境参数

2.2 不同泌乳阶段奶牛生理参数

各阶段泌乳牛直肠温度和呼吸频率如表2所示。热应激期试验牛直肠温度平均为39.4 ℃，较非热应激期均值升高0.6 ℃，新产牛和泌乳前期、中期、后期奶牛直肠温度依次降低。热应激期与非热应激期各泌乳阶段奶牛直肠温度差异极显著(P<0.01)，新产牛和泌乳前期、中期、后期奶牛直肠温度分别升高0.9、0.7、0.6、0.5 ℃，以新产牛受热应激影响最大，泌乳后期受影响最小。热应激期全体试验牛呼吸频率平均为64.3次·min-1，较非热应激期升高29.8次·min-1，各阶段泌乳牛呼吸频率依次降低，热应激期与非热应激期各泌乳阶段奶牛呼吸频率差异极显著(P<0.01)，分别升高32.9、29.1、29.3、28.5次·min-1，以新产牛受影响最大，泌乳后期受影响最小。

表2 不同泌乳阶段奶牛直肠温度和呼吸频率(n=10)

2.3 对不同泌乳阶段泌乳牛生产性能的影响

不同泌乳阶段奶牛日均单产和平均泌乳时间见表3。不同试验时期相同泌乳阶段奶牛平均泌乳时间[(试验开始时泌乳时间+试验结束时泌乳时间)/2]基本相同，无显著性差异(P>0.05)。热应激期所有试验奶牛日均单产25.1 kg，较非热应激期(均值28.3 kg)降低3.2 kg；2个试验期都以泌乳前期奶牛日均单产最高，泌乳后期奶牛最低。热应激期相比非热应激期，新产牛和泌乳前期、中期奶牛日均单产极显著(P<0.01)降低，其中，泌乳前期、中期奶牛降幅最大，分别为18.97%、13.23%，新产牛降幅相对较小，为9.17%，泌乳后期奶牛日均单产无显著差异(P>0.05)。

表3 不同泌乳阶段奶牛日均单产和泌乳时间(n=10)

不同泌乳阶段奶牛日均单产变化趋势如图3所示。热应激期新产牛初始泌乳量较非热应激期降低6.5 kg，产奶量在热应激期试验第7天达到泌乳早期奶牛产奶量水平，时间较非热应激期延长3 d。各阶段泌乳牛产奶峰值较非热应激期分别降低3.1、5.8、3.2、0.5 kg，泌乳前、中期奶牛日均单产接近，高于全群泌乳均值，泌乳后期奶牛日均单产始终保持在低水平。各阶段泌乳牛日均单产均未呈现持续下降趋势。

图3 热应激与非热应激期泌乳牛日均单产趋势

全群泌乳牛的乳成分如表4所示。热应激期乳脂率、脂蛋比均极显著(P<0.01)降低，乳蛋白含量显著(P<0.05)降低，乳脂率、乳蛋白含量、脂蛋比分别降低0.29百分点、1.61%、5.23%；热应激期体细胞数升高，但无显著差异(P>0.05)。

表4 全群泌乳牛的乳成分

2.4 对全群泌乳牛发病率的影响

泌乳牛发病率如图4所示。热应激期肢蹄病、酮病、临床型乳房炎、隐性型乳房炎发病率分别较非热应激期上升5.77、0.78、2.60、5.77百分点。

图4 泌乳牛发病率

3 讨论

3.1 热应激对不同泌乳阶段奶牛生理参数的影响

研究表明，热应激影响会导致奶牛生理参数出现明显改变，处于中度热应激范围[19-20]。本试验中热应激期使用喷淋-风扇降温系统后，舍内热环境较舍外无显著性变化，但本试验中未测定关闭喷淋-风扇系统的舍内温湿度，因此，无法评估系统是否有效改善舍内热环境，但资料研究均显示，喷水式降温可有效改善舍内热环境，缓解奶牛热应激状态[13，21-22]。本试验中各泌乳阶段奶牛直肠温度、呼吸频率均比非热应激极显著升高。其中，新产牛生理参数最高，热应激期上升幅度最大，可能是由于新产牛仍处于分娩应激状态，加之热应激共同导致，与徐伟等[23]的研究结果相一致。同一试验期内泌乳前期、中期奶牛直肠温度、呼吸频率均高于泌乳后期奶牛，热应激期泌乳前期、中期奶牛直肠温度、呼吸频率上升幅度也高于泌乳后期奶牛，这可能与高泌乳量奶牛自身生产产热较高，受热应激影响更大有关[24]。有研究表明，待挤厅集中喷淋的降温效果好于牛舍持续喷淋，在控制奶牛体温、防止奶产量大幅下降方面具有更显著效果[25]；因此，可考虑在特定高温时间在待挤厅对奶牛集中喷淋，此方法也可缓解因喷淋导致牛舍湿度过大而引起的其他如细菌增长过多带来的不良影响。

3.2 对不同泌乳阶段奶牛生产性能的影响

热应激导致奶牛采食量减少，产奶量大幅下降，乳品质降低[26-27]，而降温措施可有效对抗这一结果，且奶牛经历的冷却时间越长，奶牛产奶量、乳品质受热应激影响幅度越小[28]。本试验结果显示，各泌乳阶段奶牛泌乳前期、中期奶牛产奶量最高，热应激期高产奶牛即泌乳前期、中期奶牛产奶量受到影响也最大，日均单产较非热应激期降幅分别为18.97%、13.23%，产奶量峰值降低5.8、3.2 kg。新产牛产奶量会随泌乳时间的延长而逐渐接近泌乳前期、中期奶牛，但热应激期初始泌乳量降低，达到相同试验期泌乳早期产奶量所需时间延长，进入泌乳高峰后即泌乳22～120 d的日均产量降低，日均单产较非热应激期降低9.17%，泌乳后期奶牛产量基本保持不变。杨丰利等[29]研究显示，热应激对高产奶牛影响大，对低产奶牛影响不显著，本研究结果与此相一致。有研究表明，由于产奶提高了奶牛自身新陈代谢，代谢率与产奶量呈现正相关，高产奶牛产热量更高；因此，高产奶牛更易受热应激影响[30-31]。新产牛热应激期初始泌乳量降低，可能是由于产后食欲减退和热应激双重打击导致[32]。泌乳后期奶牛在热应激期日均单产略高于非热应激期，推测在低产量下，机体维持产奶量和体热平衡的能量供应充足，机体可以通过调整呼吸频率等方式对抗热应激，产奶量仅取决于泌乳牛采食量与自身营养状态。全群奶牛乳成分受热应激较大影响，乳脂率、脂蛋比极显著降低，乳蛋白显著降低，乳中体细胞数略有升高，但差异不显著，与Mcdowell等[33]和梁学武等[34]的热应激造成乳成分降低的结论相一致，可能是奶牛采食量降低，营养物质摄入量减少，导致合成受阻。

3.3 对全群泌乳牛发病率的影响

温热环境中，环境湿度过大，细菌繁殖增多，奶牛长时间站立，易诱发奶牛肢蹄病和乳房炎[11，35]，同时繁殖与应激造成的能量负平衡导致机体代谢紊乱，会诱发新产和高产奶牛酮病[36]。本试验中，热应激期奶牛肢蹄病、酮病、临床型乳房炎、隐乳发病率较非热应激分别上升5.77、0.78、2.60、5.77百分点，也是由于热应激期奶牛活动量下降，在喷淋设施下长时间站立，同时喷淋导致舍内湿度增加，卧床细菌繁殖增多并侵害奶牛乳腺导致。

4 结论

喷淋-风扇系统对舍内热环境改变不显著。热应激期不同泌乳阶段奶牛直肠温度、呼吸频率均显著升高，产奶量显著下降，产奶峰值不同程度降低，新产牛和泌乳前期、中期奶牛生理指标、生产性能受热应激影响程度更大。全群泌乳奶牛均受热应激影响，乳品质显著降低，临床型乳房炎、隐性型乳房炎、肢蹄病发病率上升明显。热应激期间，奶牛场应更多考虑新产牛因生产和热应激共同导致的应激、能量负平衡，应根据高产奶牛高代谢率和高产热特点，给予新产牛和高产牛更多关注，并采用针对性的降温措施。