环境卫生学-光照与噪音

第三章光照与噪音,第一节光的概述第二节可见光第三节红外线与紫外线第四节噪音,第一节光的概述,一、光的来源畜舍光照由自然光照和人工光照两部分组成。（一）太阳辐射是太阳以电磁波的形式向宇宙空间发射的巨大能量。是地球的主要光、热来源，也是引起复杂天气现象的根本原因，是一切生物生命活动的必要条件。,太阳是一个巨大的核反应器，组成太阳的化学元素种类与地球相似，而以氢最多，约占总质量的一半。四个氢原子核在碳的催化下聚变成一个氦原子，质量损失0.029原子量单位，大量的能量就由这种质量损失产生（1克氢聚变成氦释放的能量相当于15吨汽油燃烧产生的能量）。太阳表面温度约为6000，中心温度1500万左右，不断地以33.5*1025w的能量向外发散，而到达地球的仅为其中的22亿分之一。为了维持这样巨大的能量输出，大约每秒钟要损失质量4万吨，依此推算还可以维持2*1013年。,1、辐射的特性辐射具有波粒二重性：a波动性v=fb粒子性E=hf=hv/在传播过程表现为波动性，而与物质间作用发生能量转换时则表现为粒子性。2、太阳辐射光谱是指太阳辐射能随波长的分布曲线。大气上界光谱为：紫外线区:波长4380nm,占7%,具有化学效应.可见光区:波长380760nm,占50%,具有光效应红外线区:波长760300000nm,占43%,具有热效应,波长越长,增热效应越大.,3、太阳辐射强度（S）指在单位时间内投射到单位面积上的太阳能量。单位：w/m2。辐射强度的大小主要由太阳高度角决定。a太阳常数（S0）当地球位于日地平均距离（约为14960km），在大气上界投射在垂直于太阳光线平面上的太阳辐射强度则称为太阳常数。其值在13251457w/m2之间，目前我国采用1382w/m2。,b太阳光量常数大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度为13.5万lx14万lx，称为太阳光量常数。太阳辐射通过大气层被削弱，所以到达地面时太阳辐射强度减小，光谱组成也随之改变。,4、大气对太阳辐射的削弱作用（1）吸收作用大气的某些成分，具有选择性吸收某些波长的太阳辐射的特性。aO2、O3能强烈吸收紫外线b水汽、CO2和微尘能强烈吸收红光和红外线c大气对可见光的吸收极少,（2）散射作用指太阳辐射通过大气时，一部分被各种质点以相同波长向四面八方散开的现象。由于质点的大小不同，各种波长的光被散射的程度也不同，所以会出现旭日和夕阳呈现红色。（3）反射作用当太阳辐射通过大气层遇到云层或较大的质点时，一部分被反射到宇宙空间。云层越厚反射越强。,5、太阳总辐射及其影响因素（1）太阳总辐射指地球表面获得的太阳直接辐射和散射辐射的总和。如以大气上界为100%，则穿过大气层时，约43%被散射和反射返回宇宙空间，14%被吸收，只有27%的以直接辐射形式和16%的以散射辐射形式到达地面，总辐射仅为43%，波长在0.295.3um之间。,（2）影响太阳总辐射的因素a太阳高度角（h）是太阳光线与地表水平面之间的夹角。正相关。b大气质量（m）是阳光通过大气路径的长度与大气铅直厚度之比。负相关。太阳高度角与大气质量的关系：h906030105310m11.152.05.610.415.42735.4c大气透明度差，直接辐射减少，散射辐射比例增加。,d纬度高，h小，m大，直接辐射减少，散射辐射比例增加。e海拔高，m小，直接辐射强，散射辐射减弱。f坡度坡向北半球23.5N以北地区，纬度愈高，南坡向阳北坡阴与明显，冬季更显著。g云量云愈厚愈多，直接辐射愈弱，散射辐射比例增加。,（二）人工光照是指采用人工光源提供照明的方式。主要用于补充光照或人工调控发育和繁殖，常用白炽灯或荧光灯。,二、光的一般作用（一）作用机理1、太阳辐射对机体的作用取决于：a.辐射的强度；b.被吸收的程度；c.生化作用的特性（即光的波长）。光线只有被吸收以后，才能在机体组织内引起各种效应。吸收情况比较复杂，同一组织对不同波长的光的吸收不同，不同组织对同一波长的光的吸收也不同。概括而言，机体对紫外线吸收较强，可见光次之，短波红外线最差。,2、光能被吸收后的转变光作用于皮肤被吸收后：a.使分子或原子旋转或振动，产生光热效应进行热传递。b.使分子或原子受激呈激发态，产生光化学效应，继发生物学效应。c.使分子或原子中电子脱出，产生光电效应（荧光或磷光）。,（二）常见光化学效应1、光分解效应即光的作用引起化学链断裂，因而发生物质分解的过程。如：光作用于视网膜杆状细胞内的视紫红质，视紫红质分解为视黄醛及视蛋白，使杆状细胞除极，产生视觉冲动。2、光敏作用指光能不足以使物质A发生光化学反应，加入物质B后，使光化学反应得以完成，这种现象称为光敏作用。物质B称为光敏物质。即：A+hf/A/B+hfB*B*+AB+A/,3、光聚合作用元素成分相同，但在光的作用下以多倍分子量形成反应物的现象。如O2O34、光合作用植物在光的作用下，将自然界的无机物转变为有机物的过程。,第二节可见光,一、可见光的作用机理可见光是太阳辐射中能使人和动物产生光感和色觉的部分（波长380760nm）。对动物既可引起光热效应，也可引起光化学反应，但不如红外线和紫外线强烈。(一)作用途径光视网膜视神经视觉中枢下丘脑兴奋（主要途径）禽：光穿头颅骨脑神经下丘脑兴奋（视网膜外或恼感受器）兽：光视网膜视神经松果腺(褪黑激素分泌减少)经下丘脑影响垂体前叶,(二)作用机理：光使下丘脑兴奋分泌促释放激素，经下丘脑垂体门脉循环到达垂体前叶，并使之释放促激素和生长素，这些促激素再作用于相应的腺体，使其产生相应激素参与代谢，直接影响生长发育、生产和繁殖。（p50图3-2）,光照下丘脑GRHTRHCRHGnRH促释放激素垂体前叶GHTSHACTHFSH和LH促激素甲状腺肾上腺性腺甲状腺素肾上腺素相应激素代谢生长畜产品精子卵子,二、可见光因子对家畜的作用可见光的生物学效应与波长、光照强度和光周期有关。（一）光照强度1、可见光的计量单位坎德拉（cd）：是发光强度单位，指加热到2024K的黑体每平方厘米发出的光强度。流明（lm）：是光通量单位，单位时间内通过某一面积的光能称为“光通量”。当以1cd的光源为球心，1m长为半径的球面上，通过每1m2的光通量称为1lm。勒克司（lx）：是照度单位，是投射到单位面积上的光通量。当投射到1m2位面积上的光通量为1lm时，该照度为1lx。,2、不同光照强度的影响不同光照强度对家畜的生物学效应不同，而不同用途、不同种类、不同生理阶段的家畜所要求的光照强度又不同。实践中，各种家畜的适宜光照强度范围如下：（1）鸡生长5lx,大于100lx对生长不利,产蛋545lx.（2）猪生长4050lx大于120lx对生长不利。繁殖：母猪舍60100lx；种公猪：100150lx。（3）牛牛对光的感觉阈值很高，通过加强光照来提高生产力意义不大，满足照明即可。,（4）不良影响a光钝化如果光照强度过强或照射时间过长，动物会产生对光不敏感的现象，亦称“光不感受性”。b抑制生长发育光照强度过强或过弱均会抑制动物的生长发育。c引起恶癖啄肛、咬尾等,（二）光周期主要指光照时数变化的年周期和昼夜周期。在自然条件下，动物由于光照时数的周期性变化，其生理状态、生化过程、行为习性也呈现出的周期性变化，称为生物节律。如：体温、呼吸、神经活动、肠胃活动、血液成分、细胞分裂、发情配种、产仔、换毛等。有的表现为昼夜节律，有的表现为周年节律。光照时数的周期性变化是引起这种变化的主要因素，其他环境因素起协同作用。,1.对繁殖性能的影响（1）长日照动物与短日照动物a长日照动物指在春季日照逐渐延长时发情配种的动物。如：马、驴、貂、狐、猫、野兔、鸟类以及野生食肉食虫动物等。,b短日照动物指在秋季日照逐渐缩短时发情配种的动物。如：绵羊、山羊、鹿野生反刍动物。一般，纬度愈高的地区，动物繁殖的季节性愈明显。动物的发情和排卵，发生在一天中的一定时间，这与明暗周期有关。如：鼠类的性行为发生在夜晚，牛羊交配的时间集中在日出和日落时，鸡在早晨性欲最高、一般上午产蛋，鸭则在夜间产蛋。,（2）鸡a性成熟：不同光照制度对性成熟的影响：递增光照恒定长光照恒定短光照递减光照。所以，冬至夏至期间育成的鸡比夏至冬至期间育成的鸡性成熟早。b产蛋量：在产蛋期，增加光照时间能促进产蛋，缩短光照时间则抑制产蛋，但不能超过17h。所以，春季产蛋量逐渐增多，秋季逐渐减少，冬季基本停产。c超期：鸡的卵子成熟时间一般是2527h，这种长于24h的周期叫“超期”。产蛋期的间歇停产是在等待这两个周期的重合。,d光敏感期家禽繁殖季节内，每24h有一段光敏感期，此时进行光照可收到显著效果。错过光敏感期，则效果不明显或无效。这就是探索间歇光照制度的理论基础。e.无反应期具有明显季节性性活动的动物，当光照时间变化引起其性反应之后，往往有一段无反应期。无反应期内光照时间的变化不再起作用，此时，动物性腺萎缩，激素分泌减少。如许多鸟类的繁殖，这是一种适应性机制。,（3）牛和猪经人类长期的饲养驯化，牛和猪都已成为全年繁殖的动物，但这些家畜的配种受胎率仍有明显的季节差异，在固有的发情季节里较高，其他季节较低。如：我国大部分地区，牛的冬季受胎率显著高于夏季；母猪的人工受精在长日照和高温条件下受胎率最低。,（4）马和羊马的繁殖具有明显的季节性，在春季随着光照时间的逐日延长，性腺机能活动旺盛发情配种。羊则是在秋季随着光照时间的逐日缩短时开始发情配种，羊中有些品种也可全年发情，如寒羊和湖羊。,2、对其他生产性能的影响（1）生长肥育生长肥育家畜光照时数宜短，一般610h；种用家畜光照时数宜长，一般1416h。（2）产乳哺乳动物的产奶量，一般春季最多，56月达到高峰，7月份大幅跌落，10月份又慢慢回升。乳中固形物含量，则是春夏季较低而冬季较高。,（3）产毛a产量：羊毛的生长一般夏季快，冬季慢。如罗姆尼羊春、夏、秋、冬四季产毛分别为90%、100%、70%、35%。b成熟：毛皮兽的皮毛随光照日渐缩短逐渐成熟，到冬季皮毛质量达到优质。c脱换：家畜被毛受光周期变化的影响，脱换也有季节性。用缩短光照，使蛋鸡强制换羽，控制产蛋周期，就是这一规律的成功应用。,（三）波长（光色）光色对鸡的影响，比较一致的看法是：在红光下鸡趋于安静，啄癖少，成熟期略迟，产蛋量稍有增加，蛋的受精率较低。在蓝光、绿光或黄光下，鸡增重较快，性成熟较早，产蛋量少，蛋重略大，饲料利用率降低，公鸡交配能力增强，啄癖极少。见p52表3-2和表3-3。综合来看，任何一种单色光都不能面面俱到。因此，在生产中仍用白色光，只有在有目的的利用时，才选用单色光。,第三节红外线与紫外线,一、红外线（760nm）对家畜的作用红外线波长长，量子能量低，主要的作用是光热效应，故称“热射线”或“热线”。其能量在被照射部位的皮肤和皮下组织中转变为热能，引起温度升高（可达6），使组织深层的微血管扩张，局部血液循环加强，加速组织的理化过程和物质代谢，促进细胞增生。,（一）适度的红外线对家畜的主要作用（1）消肿镇痛的作用镇静、干扰、消肿、改善缺血.（2）供热保暖的作用御寒、促进生长发育.此外，还有色素沉着和加强紫外线杀菌的作用。,（二）过度照射红外线的危害（1）机体重新分配产热，使胃肠道对特意性传染病的抵抗力下降。（2）使皮肤温度过高，引起变性或灼伤。（3）波长6001000nm的红光或红外线能穿透颅骨，使脑的温度升高，引起日射病（中暑）。（4）波长10001900nm的红外线，可引起羞明、视觉模糊、视网膜脱离等疾病，常见于马属动物。,二、紫外线（4380nm）对家畜的作用不同波长的紫外线，其生物学作用不同。一般将其分为三段：A段.波长320380nm主要起色素沉着作用；B段波长275320nm主要是抗佝偻病和红斑作用C段波长275nm以下具有较大的杀伤力，能杀菌，也能刺激和破坏机体细胞。,(一）适度的紫外线对家畜的主要作用：1.红斑作用在紫外线照射下，被照部位的皮肤会出现潮红，这种皮肤对紫外线的特异反应，称为红斑作用。机理：a.原发性红斑皮肤的反射作用，毛细血管扩张；b.继发性红班表皮细胞被破坏，释放组织胺与类组织胺，刺激神经末梢，通过反射使毛细血管扩张，皮肤发红水肿，一般发生在68h后。最强波长254nm和297nm,红斑剂量：指经紫外线照射后，皮肤上出现刚可辨认的红斑时的紫外线照射剂量。现统一以功率为1W的297nm波长的紫外线灯的辐射强度作为一个红斑剂量。卫生学意义：由于产生红斑作用的这一波段紫外线也具有抗佝偻病和杀菌作用，其最佳效果光谱与抗佝偻病的相近，故可用红斑剂量代表紫外线的生物剂量，还可作为紫外线治疗上的剂量标准。一般用它来表示机体每天所必须的紫外线照射剂量,2.杀菌作用：细菌或病毒在紫外线的照射下，能使核酸中DNA上的两个胸腺嘧啶彼此连接成环丁烷，形成胸腺嘧啶二聚物，使DNA失去正常功能，从而导致细菌和病毒死亡。杀菌作用的强弱取决于紫外线的波长、辐射强度和微生物的抵抗力。a.波长：越短，杀菌能力越强。如295nm的紫外线杀菌能力是395nm的1500倍，杀菌能力最强的波长是253260nm。,b.微生物的敏感性空气中白色葡萄球菌最敏感，柠檬色葡萄球菌、绿脓杆菌次之，炭疽杆菌、黄色八叠球菌耐受力最强；真菌比细菌耐受力强。紫外线对病毒及毒素也有破坏作用。c辐射强度生产中常用20W的波长254nm的低压汞灯杀菌，13W/m2，用于空气、物体表面消毒和表面感染治疗，预防兔球虫病。,3.抗佝偻病作用佝偻病:与Ca、P代谢紊乱有关，缺乏维生素D是主要原因之一。维生素D的作用是促进肠道对Ca、P的吸收，保持血液中Ca、P的正常水平，促进骨基质钙化。机体缺乏时，肠道对Ca、P的吸收减少，血液中Ca、P不足，骨组织中Ca、P分解进入血液，成骨作用受到影响，以致幼畜出现佝偻病，成年家畜出现骨软症。,作用机理：紫外线（270320nm）能使皮肤中的7-脱氢胆固醇转变为维生素D3、青草中的麦角固醇转变为维生素D2，供机体利用，因而具有抗佝偻病作用。270320nm的紫外线在h35时，不能到达地面。所以，生产实践中常通过饲料补充或采用1520W波长283295nm的保健紫外线灯（不可用其他紫外线灯代替），0.7W/m2，预防佝偻病。,4色素沉着作用动物皮肤的黑色素细胞中含有酪氨酸酶，在紫外线的作用下，能解除硫氢化合物的抑制，活性增强，使酪氨酸生成的衍生物共聚而成黑色素蛋白，沉积于皮肤中。最强最持久的色素沉着作用发生在紫外线、红外线和可见光几种光谱共同作用时。,卫生学意义：a.增强了皮肤对光线的吸受能力，能防止太阳短波辐射穿透皮肤损害深部组织。b.被吸收的光能转变为热能，促进汗液分泌，增强了局部的散热作用。因此，色素沉着是机体对光线刺激的一种防御反应，增强了皮肤局部的保护功能。,5提高机体的免疫力和抗病力长波紫外线照射能激发机体免疫反应，提高免疫细胞的吞噬能力，增加补体和凝集素滴定效价，从而增强细胞免疫和体液免疫，提高机体的免疫力和抗病力。,6增强气体代谢紫外线照射能兴奋呼吸中枢，使呼吸变慢加深，促进氧吸收和CO2、水汽的排出。同时能增加血液、红细胞和血红素的含量，提高血液携带O2和CO2的能力，加速组织代谢过程。,（二）不良反应1、引起光敏性皮炎紫外线与光敏物质联合作用引起的皮肤搔痒、水泡、水肿现象。如动物采食含叶红素的荞麦苗、三叶草和苜蓿，人吃了灰菜、洋槐花、萝卜叶等均会发生。常见于猪和羊无毛或少毛部位。2、引起光照性眼炎（或皮炎）过量的紫外线引起的结膜与角膜发炎。3、引起皮肤癌症的发生。,第四节噪音,一基本概念1.噪音从物理学的观点划分，声音可分为两大类。一类是呈周期性振动所发出的声音，称为“乐音”。从生理学的观点来讲，凡是使家畜讨厌、烦躁、影响正常生理机能、导致生产性能下降、危害家畜健康的声音就称噪音。,2声压声波是一种疏密波，传播时会引起空气压缩与膨胀的周期性变化，空气压强也随着发生周期性增减，这一变化的压强称为“声压”。单位：Paa.听阈声压:正常人耳能听到的最低声压2.0*10-5Pa.b.痛阈声压：正常人耳能听承受的最大声压20Pa.,3频率正常人耳能听感受的声波频率范围是2020000Hz。a.超声：频率大于2