第2章 温热环境(1)

家畜环境卫生学,第二章温热环境,第二章温热环境,温热环境(thermalenvironment)是指家畜周围空气中的温暖、炎热和寒冷，自然状态下它由太阳热辐射、气温、湿度、气流等因素综合决定，也受人为调节影响,是家畜健康和生产的重要的外界环境因素。,有关名词和术语：,对流层(troposphere)：靠近地球表面的一层密度最大、厚度约为717公里、集中空气总量95%的大气层，称为对流层。气象(meteorology)：指对流层所发生的冷、热、干、湿、风、云、雨、雪、霜、雾、雷、电等各种物理现象。气象因素(meteorologicalelements)：用作描述大气物理现象的物理量，称之气象因素。包括气温、气湿、气流、气压、云量和降水等。天气(weather)：气象因素在一定时间和空间的变化，决定了一定区域的阴、晴、风、雨等状态，称之为天气。气候(climate)：是指一个地区多年所特有的天气情况。昆明四季如春，广东温暖多雨等气候特点。,第一节体温与动物热调节,一、体温、皮温和平均体温1.体温体温是指身体深部（体核）的温度(deep-bodytemperatureorcoretemperature)。躯体体内部位不同，温度也不完全相同。一般以直肠温度(RectalTemperature)作为动物体温的代表。,直肠温度能代表体温，又容易测量，故长期以来在生产实践中，常常以测试直肠温度来表示家畜体温。在测量体温时，应将温度计的感应部位伸入直肠深部。成年牛、马等大家畜为15cm，羊、猪为10cm，小家畜和家禽为5cm。,2.皮温,皮肤表面的温度称为“皮温”(skintemperature)皮温受身体本身和外界温热条件的影响，常随外界条件的变化而变化。动物身体部位不同，其皮温也不相同。凡距离身体内部较远、血管分布较少和皮下脂肪较厚、被毛保温性能较差、便于散热的部位，皮温较低。四肢下部、耳部和尾部皮温较低,低温时皮温下降显著。,平均体温是指整个动物体各部位温度加权平均值，可以用公式计算：平均体温0.7Tr+0.3Ts式中Tr为直肠温度Ts为平均皮温（）由于皮温随部位而不同，所以应根据不同部位面积大小计算平均皮温(meanskintemperature)。通常测定若干点，以测定点部位占全身面积的百分数作权数，采用加权平均数的方法计算平均皮温。,3.平均温度,二、体热的来源,畜体的热源主要有内部和外部两方面，内部主要产自体内营养物质的氧化。1基础代谢产热(基础代谢)基础代谢(basalmetabolism)在动物常称为“饥饿代谢”(fastingmetabolism)。是指动物处于饥饿(空腹)、休息（静卧）、温度适宜（20）、消化道没有养分可吸收、清醒、安静状态下的产热量。此时的能量消耗只用于维持生命的基本生理过程，如血液循环、呼吸、泌尿、神经和内分泌等的正常运行，是动物在清醒状态下的最低产热量。,大量研究表明，家畜基础代谢产热量虽然随体型增大，绝对值增加，但按每千克体重计算，体型越小的动物反而愈高。但各种动物单位体表面积基础代谢产热量非常相似。如马、鸡和小鼠单位体表面积每日基础代谢产热量平均分别为3966、3946和4971kJ/m2。大多数动物单位体表面积基础代谢产热量都很相似，均在4200kJ/m2左右。通过大量研究发现，动物单位体重的基础代谢产热量是与体表面积成正比例，而不是与体重成正比例。,然而，动物体表面积很难测量，而体重容易测定。根据形态相似、密度相等的物体其表面积比例于重量(W)的2/3次方(W0.67)的原理，可以用动物的体重来估测其体表面积。又经过大量的校正实验，发现体重(W)的0.75次方(W0.75)与基础代谢产热量最为密切，因此通常由下列公式计算成年动物的基础代谢产热量：,即：基础代谢(kJ/日)293W0.75式中：W动物体重(kg)，293每千克代谢体重的日平均产热量（kJ/kg日）。,2.热增耗,热增耗（Heatincrement，HI）又称为“体增热”、“增生热”或“特殊动力作用”，是指休息于舒适环境中的饥饿动物因采食而增加的产热量。这种热量一部分是动物摄食、消化和吸收饲料时，因细胞生物化学反应使代谢强度增加而产生的热量。另一部分是饲料在消化道运动，被微生物发酵所释放的热量。如反刍动物的瘤胃，马属动物的盲肠和大肠中的内容物被微生物发酵产生大量的热。,3生产代谢产热,生产代谢产热是指动物生产产品如生长、繁殖、产乳、产蛋、产毛等或劳役而增加的产热量。通常净能中的能量在满足维持代谢需要后剩余部分用于生产产品，在动物产品的形成过程中，始终伴随着热量的产生。生产代谢(productivemetabolism)产热量取决于产品的种类和数量。,役畜工作时所消耗的能量仅有20转变为机械能，其余80直接转变为热能。妊娠后期母牛产热量较空怀母牛增加20%30%，泌乳20kg的牛，产热量较干乳期妊娠牛增加50%。,4活动产热,活动产热是指动物因起卧、站立、行走、觅食、饮水、争斗、适应环境变化和其它生理活动等而增加的产热量。消化系统生理活动如咀嚼、吞咽、胃肠蠕动、消化酶的分泌、消化、吸收等所增加的热量均属于活动产热。,当热环境发生变化时动物进行热调节如外周血管的收缩、竖毛肌收缩、汗腺分泌和肌肉紧张度的改变等所产生的热量也属于活动产热。,在总产热量中，基础代谢产热是保障基本生命活动所必须；生产代谢产热始终伴随着生产产品和做功而产生；在维持代谢产热（主要包括活动产热）中，有些是对动物生产毫无意义，如，适应环境、应激反应等产热。因此，通过改善环境减少维持代谢产热和降低生产产热散失，是提高饲料转化率和饲料报酬的根本措施。,5外源热,外源热是指家畜从外界环境得到的热量。一般情况下家畜是向外散发热量，但当晴天家畜暴露于阳光下，或环境温度高于家畜体表温度，或畜舍有取暖设备时，家畜可以从外界环境得到热量，此外，温热了的饲料和饮水也可给家畜外源热。,三、体热的散发,1辐射散热辐射(radiation)是指物体表面以电磁波形式连续释放能量的过程，这种能量可以不通过中间介质而传递。温度大于绝对零度的（0K或273）任何物体都能放出辐射能，其辐射波长随辐射体温度升高而逐渐变短。辐射散热(radiantheatloss)是指动物与周围环境可度量距离内物体之间以电磁波形式进行的热交换。,2传导散热,传导散热(Conductionheatloss)是指直接接触的两物体通过分子或原子的振动或旋转等将热量从高温处向低温处传递的过程。动物体呼吸道和皮肤都具有传导散热的作用。呼吸道是将热传给较冷的吸入空气，皮肤主要是通过直接与较冷物体如墙壁、地面、冷水等接触而进行传导散热。空气是热的不良导体，动物体表通过空气传导散失热的热量有限。,动物传导散热取决于与其接触物体的温度，当动物体表温度高于物体表面温度时，动物散失热量，传导散热量为正值。当动物体表温度低于物体表面温度时，动物获得热量，传导散热量为负值。在炎热的夏季，对猪和牛进行冷水浴，可以增加传导散热。,3对流散热,对流(convection)是指空气和水的相对运动。对流散热(convectionheatloss)是空气或水相对运动造成的热传递。当畜体体表温度高于空气和水温度时，通过对流可以带走畜体表面热量，发生对流散热。,与动物对流散热有关的流体主要是空气。水禽、水牛等动物也通过水体流动进行对流散热。对流形式有两种：一种是由外力作用发生对流，称为“强制对流”；如：使用风扇、水淋等。另一种为空气因受热不均导致密度变化而产生的对流-自然风，称为“自然对流”。,4蒸发散热,蒸发散热(Evaporationheatloss)是指动物与空气接触表面的水份从液态变为气态时吸收热量的过程。动物体表蒸发散热的部位主要为皮肤表面和呼吸道。只要有水分蒸发，就有热量的散失。,（1）皮肤蒸发皮肤蒸发的机制有二：一为渗透蒸发，即皮肤组织水分通过上皮向外渗透，水分在皮肤表面蒸发。因为渗透蒸发不见有水滴，常称为“隐汗蒸发”。二为出汗蒸发，通过汗腺分泌汗液,在皮肤表面蒸发。出汗多时，常见皮肤表面有水滴出现，故又称为“显汗蒸发”。,出汗散热能力与汗腺发达程度和被毛状态有关，马属动物汗腺较发达，牛次之，绵羊有汗腺，但较小且为突发性汗腺，猪无活动汗腺，鸡、兔、狗等均无汗腺；对于大多数动物，由于被毛的阻滞作用，即使动物处于高温汗腺分泌汗液多，汗液也很难在皮肤表面蒸发，所以通过皮肤蒸发散热对动物散热作用不大,湿度大时更是如此。在高温高湿时动物主要靠增加渗透蒸发和呼吸道蒸发而散热。,（2）呼吸道蒸发呼吸道粘膜湿润、温度高、水汽压大，空气的水汽压一般相对较低，当水汽压较低的空气通过呼吸道时，呼吸道粘膜的水分子很容易向空气中逸出而发生蒸发作用；吸入呼吸道的空气的温度通常低于体温，因经呼吸道的传导、对流的散热作用而使空气温度升高，饱和压水气压亦随之提高，从而能容纳更多的水汽。呼吸道蒸发的主要部位是上呼吸道。,呼吸道散热是通过肺泡表面水分蒸发和吸入冷空气经辐射、对流和传导变热而进行的。当气温较低时，动物呼吸次数减少而深度增大；当气温升高时，动物呼吸变得短而急促。所谓热性喘息就是指在高温环境中，动物出现的增加呼吸频率，呼吸深度降低的现象。热性喘息常见于汗腺不发达或缺乏汗腺的动物,如猪、鸡、狗。,辐射散热、传导散热和对流散热合称为“非蒸发散热”、“可感散热”或“显热发散”。非蒸发散热量的大小主要受环境温度的影响，非蒸发散热的结果是导致空气温度变化。蒸发散热亦称“潜热发散”，主要包括皮肤蒸发散热和呼吸道蒸发散热，蒸发散热量主要受空气湿度的影响，不导致空气温度变化。,畜体热散失除了辐射、对流、传导、蒸发散热外，通过胃肠道加热饲料和饮水可消耗部分体热，同时，粪、尿排泄也带走少量热，但这种散热不属于正常的生理热调节范围。,5.加热饲料和饮水,四、畜体热平衡与调节,1、畜体的热平衡畜体的多余产热和得热，必须经过各种散热途径来散发，才能维持体温的正常与恒定，这就是畜体的热平衡。可用下式简单表示为：MHeRcv=0M畜体产热量；He蒸发散热量；R辐射散热量；c传导散热量；v对流散热量；饲料、饮水耗热量,家畜的体热来源和散热途径,基础代谢产热传导散热采食（热增耗）辐射散热生产产热对流散热皮肤蒸发运动产热蒸发散热采食和饮水呼吸道蒸发环境得热加热饲料和饮水外源热,家畜体热,2.热平衡的调节,(1)物理调节在炎热或寒冷环境中，家畜首先借皮肤血管的舒缩，增减皮肤的血流量和皮肤温度，其次通过加强或减弱汗腺和呼吸活动，寻找较舒适的小气候环境和改变姿势等，以增加或减少热的放散来维持正常的体温，这称之为“散热调节”或物理调节。,(2)化学调节在较严重的热或冷应激中，散热调节已不足以维持体温恒定时，则必须减少或增加体内营养物质的氧化，以减少或增加热的产生，这种调节称之为“产热调节”或“化学调节”。,当物理和化学调节同时进行还不能维持热平衡时，表现为体温的升高或下降，说明热平衡破坏，这时往往引起生理机能失常。严重威胁家畜的健康和生产力，甚至危及生命。家畜热平衡的调节，同样，主要依赖于神经系统的控制。,第二节空气温度,一、空气温度和畜舍气温空气温度是影响家畜健康和生产力的主要因素。自然界的气温来源于太阳辐射，太阳辐射经过大气减弱后到达地面，除一部分被地面反射掉一部分外，其余被地面吸收使地面增热，地面再通过辐射、传导和对流把热传给空气，这就是空气热量的主要来源。太阳辐射通过大气是直接被吸收的热量很少几乎不起作用，仅能增温0.02。,气温日较差：一天中，气温在日出前最低，下午2时左右最高。一天中气温最高值和最低值之差称之为“气温日较差”。气温年较差：在一年中，一般1月份气温最低，7月份气温最高，最高月平均气温与最低月平均气温之差称之为“气温年较差”。,畜舍气温往往受畜舍外围结构和舍内家畜散热的影响，舍内气温与舍外气温不仅有较大差异，而且有自身特点。隔热性能良好的畜舍，由于畜体散热影响和热空气比重轻的缘故，一般舍内气温垂直方向呈下低上高分布，水平方向是从畜舍中心气温高，四周外围气温低。,二、等热区与临界温度,（一）概念等热区(Zoneofthermoneutrality,TN)是指恒温动物主要依靠物理调节和行为调节即可维持体温正常的外界环境温度范围。临界温度:当气温下降散热增加时，物理和行为调节无法使动物保持体温正常，必须提高代谢率，增加产热量，以维持体温恒定，这开始提高代谢率的外界温度称为“临界温度”或“下限临界温度”。,过高温度:如果气温升高，机体散热受阻，物理调节不能维持体温恒定，体内蓄热，体温升高，体温每升高1摄氏度，代谢率可提高10-20%，这因高温引起代谢率升高的环境温度也可称为“临界温度”，但为别于下限临界温度，特称为“过高温度”或“上限临界温度”.临界温度与过高温度之间的环境温度即为等热区。,舒适区：实际生活中，有一个温度范围，畜体代谢产热刚好等于散热，不需要物理调节，而能维持体温正常，我们称该范围为舒适区。舒适区以上开始受热应激，表现为皮肤血管扩张，皮温升高，呼吸加快和出汗等热调节过程，舒适区以下开始受冷应激，表现为皮肤血管收缩，竖毛和肢体体蜷缩等。,（二）影响等热区和临界温度的因素,临界温度的高低，取决于产热的多少和散热的难易：凡产热多，散热难的，临界温度较低；产热少，散热易的，临界温度较高。因此引起产热和散热变化的一切内在和外界因素，都能影响等热区的宽狭和临界温度的高低。,影响等热区和临界温度的主要因素,1、动物种类一般体型较大、每单位体重体表面积较小的动物，较耐低温而不耐热，其等热区较宽，下限临界温度较低。在饥饿下状态下，部分动物的等热区：鸡为2832，犬为2026，绵羊为2125临界温度：猪21，牛18,2、年龄和体重临界温度随年龄和体重的增大而下降。幼年家畜由于体热调节机能差，故等热区较狭，临界温度较高。3、皮毛状态被毛绵密或皮下脂肪较厚的动物，较耐寒，临界温度低，等热区宽。,4、饲养水平家畜在采食过程中，由于咀嚼、消化器官的活动，产生体增热，饲养水平愈高，体增热愈多，临界温度愈低。5、生产力泌乳、产蛋、劳役、妊娠、生长、肥育等生产家畜，不但须给较多的饲料，而且在生产过程中代谢率亦提高，因而，临界温度较低。,6、对气候的适应性寒冷地区动物的临界温度较低，炎热地区则相反之。一般热带动物的临界温度在20-30摄氏度。寒带动物则很低，等热区很宽。如白狐和北极鸥等热区在-3030摄氏度之间，这主要与被毛的高度保温效力有关。,7、管理制度由于临界温度都是个体动物在实验室的条件下测定的，如果群体饲养，当气温下降时，动物可互相拥护，减少散热面积，能显著降低临界温度。8、环境状况临界温度是在无风、没有太阳辐射、湿度适宜的条件下测定的，所得的结果不一定适用于自然条件。风、太阳辐射、湿度不宜等都会影响临界温度和等热区。,（三）等热区理论的应用,等热区在畜牧生产实际中具有重要意义和价值。1.为畜牧生产的科学管理提供依据在等热区范围内，尤其是在舒适区内，家畜用于维持的能量最小，用于生产的能量最多。在这种情况下，家畜对饲料的转化率最高，生产力也最高，动物的抗病力最强，饲养成本最低。,根据“等热区”有关理论，可针对不同种类和不同年龄的动物制订科学的、切实可行的饲养管理方案和环境管理措施，以满足各种家畜的要求，最大限度发挥它们的生产潜力。例如，夏季提高日粮营养物质浓度，可保证动物在采食量减少的情况下摄取足够的营养物质，满足生产的需要并减少食后增生热。,2.为畜舍的热工建筑设计提供了理论依据动物等热区的理论，从动物与环境热交换的角度，揭示了不同种类、不同生产状态的动物对热环境的要求，而修建畜舍的主要目的就是改善环境和控制环境。因而，等热区的有关理论为畜舍建筑的热工设计提供了理论依据和参考标准。,3.为动物引种育种提供依据动物适应特定的气候环境是进行生产的前提。在引种和育种工作中，过去人们往往只注意生产性能的选择而忽略动物对环境的适应，使所选择或培育的品种不能很好地适应当地气候，制约了动物生产潜力的发挥。,在育种或引进外来品种时，若既重视品种的生产性能和产品品质，又充分考虑品种适应性和抗逆性，就能避免育种工作的盲目性。等热区和临界温度为动物耐热性和耐寒性的选择提供了量化指标。,三、气温度对家畜的影响,（一）对家畜生产性能的影响1.繁殖性能夏季高温经常引起家畜的哺育和受胎率下降，几乎对公畜、母畜、仔畜都有一定的影响。,对公畜的影响高温可导致公畜的精子活力下降，精子密度下降，畸形率上升。而低温则无大影响。对母畜的影响高温主要影响母畜受精卵着床，极易造成死胚。对仔畜的影响若妊娠期高温，仔猪初生重轻，生活力低，死亡率高。若产仔期低温，仔畜受冻，成活率低。,2.生长与肥育每种动物都有最佳的生长、肥育环境温度，一般此时饲料利用率也较高，生产成本较低。这个最佳温度就是家畜的等热区，所以凡是气温高于或低于家畜等热