Наименование
Оформить заказ
Оформить заказ

Заполните простую форму и наши специалисты свяжутся с Вами в ближайшее время

Задайте вопрос, чтобы получить
более подробную информацию
об услугах или продукции.

Оставьте свои контактные данные для обратной связи: e-mail и номер телефона.

01

ЗДОРОВЬЕ

14.09.2023

Методы снижения теплового стресса

Тепловой стресс негативно влияет на здоровье и продуктивность молочных коров, что в свою очередь приводит к значительным экономическим потерям для отрасли.

Физическое изменение окружающей среды считается основным средством уменьшения неблагоприятного воздействия жарких погодных условий. В настоящее время для снижения теплового воздействия и охлаждения коров на молочных фермах применяются затеняющие экраны и различные формы принудительной конвекции и испарительного охлаждения, которые могут включать вентиляторы, аэродинамические оросители, разбрызгиватели и сооружения с туннельной или поперечной вентиляцией.

Одним из способов снижения выработки тепла у лактирующих коров является уменьшение потребления сухого вещества, что, однако, оказывает отрицательное влияние на продуктивность. Так, потребление корма начинает снижаться при температуре воздуха 25–26 °C. Кроме того, коровы в условиях теплового стресса имеют учащенное дыхание и интенсивное потоотделение, что приводит к большим потерям жидкости в организме и увеличивает потребность в поддержании контроля обезвоживания и гомеостаза крови.

Обнаружено, что частота дыхания высокопродуктивных коров свыше 50–60 вдохов/мин начинает возникать при температуре окружающей среды более 25 °C. Неблагоприятные условия, вызванные жарой, приводят к снижению удоев, которое может достигать 14 % в начале лактации и 35 % в середине лактации.

Высокая температура также влияет на репродукцию, поскольку она снижает проявление эстрального поведения, модифицирует рост фолликулов и подавляет эмбриональное развитие. В результате воздействия теплового стресса молочная промышленность ежегодно несет значительные финансовые потери.

Все методы смягчения воздействия жары на животных и, соответственно, на прибыльность молочного животноводства можно разделить на две группы: методы изменения окружающей среды и методы оптимизации теплообмена между коровами и окружающей их средой. На практике это означает ускорение испарительного охлаждения за счет увлажнения коров или воздуха вокруг них (например, с помощью распылителей и разбрызгивателей), а также ускорение конвективного теплообмена за счет увеличения скорости воздуха над коровами (например, с помощью вентиляторов).

Оценка и сравнение различных доступных практик в этой статье основаны на индексах теплового стресса, которые учитывают влияние условий окружающей среды на производительность и комфорт животных. Для этой цели широко используется TВИ (температурно-влажностный индекс), о котором мы говорили в предыдущей статье.

Многочисленными исследованиями установлены пороговые значения TВИ при тепловом стрессе у крупного рогатого скота: комфорт (TВИ < 68), легкий дискомфорт (68 < TВИ < 72), дискомфорт (72 < TВИ < 75), тревога (75 < TВИ < 79), опасность (79 < TВИ < 84) и критический (TВИ > 84).

В некоторых ситуациях могут использоваться и другие индексы, такие как индекс влажности черного шара (BGHI), индекс тепловой нагрузки (HLI), катаиндекс.

Рассмотрим основные методы снижения теплового стресса

Системы затенения

Первый шаг, который необходимо предпринять, чтобы смягчить стрессовые последствия летней жары, – это защитить коров от прямого солнечного излучения. Затенение, естественное или искусственное, является одним из наиболее легко реализуемых и экономичных методов минимизации тепла от солнечного излучения, но оно не изменяет температуру воздуха или относительную влажность вокруг коров, чтобы максимизировать разумные пути потери тепла.

Было подсчитано, что общая тепловая нагрузка на внешних участках может быть снижена на 30 % и более с помощью хорошо спроектированного затенения. Деревья могут стать очень эффективным средством для обеспечения тени животным.

Так, температура черного шара, которая объединяет эффекты чистой солнечной радиации, температуры и скорости ветра, в тени значительно ниже, чем за ее пределами (29 и 35 °C соответственно). Искусственные тени (например, тканевая двускатная крыша на металлическом или деревянном каркасе с колесами или полозьями) также успешно используются, поскольку они значительно снижают температуру черного шара. В нескольких исследованиях сообщалось о снижении температуры черного шара на 2–11 °C в тени по сравнению с внешней средой.

Затененная среда влияет на физиологические реакции лактирующих молочных коров. Исследования выявили среднее падение вагинальной температуры на 0,2 °C между затененными и незатененными коровами. Другие исследования показали, что у коров, имевших доступ к затенению, ректальная температура была ниже, чем у коров без него (38,7 и 39,3 °C соответственно). Фактически тень позволяла ректальной температуре коровы опускаться ниже 39 °C – уровня, при котором теплового стресса достаточно, чтобы повлиять на надои и фертильность. Затененные коровы обычно производят на 0,7 кг молока в день больше, чем незатененные. Уровень оплодотворяемости также может быть увеличен за счет использования тени: с 25,3 % в незатененной среде до 44,4 % в затененной среде. Значительное снижение частоты дыхания (8–36 вдохов/мин) наблюдалось у затененных коров в жаркие летние дни. В большинстве случаев тень позволяла опустить частоту дыхания ниже критического порога в 60 вдохов/мин.

Изоляция крыши

Хорошая теплоизоляция крыши коровника – это еще один метод, который физически изменяет микроклимат коровника и может ограничить неблагоприятное воздействие высокой температуры окружающей среды. В жару теплоизоляция снижает поступление тепла в коровник и сохраняет в нем прохладу. Было зафиксировано, что добавление изоляции под крышу открытого навеса снижает температуру по сухому термометру и температуру по черному шару на 1,2 и 2,0 °C соответственно. Аналогичные изменения наблюдались по ТВИ и BGHI, которые уменьшились на 1,3 и 2,2 единицы соответственно. Животные в коровнике с изолированной крышей потребляли больше корма на 0,2 кг/сут и давали больше молока на 0,6 кг/сут.

Наиболее эффективными в поддержании оптимального микроклимата являются системы воздушного охлаждения.

Кондиционирование воздуха и зональное охлаждение

Кондиционирование воздуха является наиболее результативным средством снижения температуры и относительной влажности воздуха. Исследования показали значительное увеличение надоев молока и содержания жира, а также улучшение фертильности, когда коровы содержатся в помещениях с кондиционированием воздуха, по сравнению с коровами, содержащимися на улице.

Все способы охлаждения, как правило, обеспечивали более комфортные условия в помещениях, чем снаружи. Однако только в коровнике с кондиционированием воздуха показатель ТВИ постоянно оставался ниже 72.

Зональное охлаждение – это охлаждение вдыхаемого воздуха в виде направленной струи охлажденного воздуха к голове и шее животных.

Исследования показали, что охлаждение вдыхаемого воздуха (на 19,4–27,8 °C ниже окружающего воздуха) лактирующим коровам голштинской породы, во время их нахождения в жаркой среде (32,2–40,5 °C), привело к снижению ректальной температуры и частоты дыхания и увеличению производства молока на 7–19 %.

Фоггеры

Это системы туманообразования, которые рассеивают очень мелкие капли воды в окружающем воздухе под высоким давлением через кольцо распылительных форсунок с циркуляционными вентиляторами. При испускании капель тумана они сразу же распространяются в воздушном потоке вентилятора, откуда вскоре испаряются. Животные охлаждаются при обдувании их тел холодным воздухом и вдыхании охлажденного воздуха.

В многочисленных исследованиях сравнивались условия окружающей среды и физиологические реакции молочных коров, находящихся под системами туманообразования, с теми, которые находились в коровнике с открытыми стенками или оборудованными вентиляторами. Температура окружающей среды в помещениях с технологией туманообразования была на 2–9 °C ниже, чем в коровниках без испарительного охлаждения, а относительная влажность увеличилась на 8–50 %. В целом системы туманообразования снижали TВИ на 1–5 единиц. Исследования показали, что системы туманообразования положительно влияют на надои (+ 1,7 кг/день).

Испарительные охлаждающие прокладки

Испарительные охлаждающие прокладки из сплетенного волокнистого материала с большими зазорами в канавках обычно добавляются к воздухозаборникам коровников с туннельной вентиляцией. Поступающий таким образом воздух проходит через насыщенную среду, где преобразование воды из жидкого состояния в парообразное отбирает тепловую энергию из входящего воздуха, что снижает его температуру, но увеличивает его относительную влажность. Эффективность охлаждения составляет около 55–75 % для большинства испарительных охлаждающих панелей. Однако эти системы на водной основе склонны к закупорке и росту водорослей.

Сообщается, что в коровниках с туннельной вентиляцией и охлаждающими подушками комнатная температура в самое жаркое время дня снижается на 2,3–5,6 °C. Но из-за повышенной относительной влажности (22–27 %) влияние комбинированной туннельной вентиляции и охлаждающих подушек на TВИ обычно незначительно (2 единицы). Таким образом, охлаждающие прокладки оказали небольшое влияние или не повлияли вообще на потребление сухого вещества и надои.

Методы увеличения теплопотерь коров

Повышенный теплообмен обычно включает увеличение теплоотдачи с поверхности тела за счет усиления механизмов теплоотдачи, включающих теплопроводность (прямой контакт с поверхностью), конвекцию (контакт с движущейся жидкостью) и испарение (фазовый переход воды в пар через органы дыхания и кожи).

Движение воздуха является важным фактором в снижении теплового стресса, так как оно влияет как на конвективные, так и на испарительные потери тепла. В коровниках могут быть установлены дополнительные циркуляционные вентиляторы, если приток воздуха, обеспечиваемый естественной или механической вентиляцией, недостаточен.

Панельные или корзиночные вентиляторы

Для охлаждения обычно выбирают панельные или корзиночные вентиляторы. Как правило, это малообъемные (235–470 л/с), высокоскоростные (1,0–2,5 м/с) вентиляторы (LVHS) диаметром 0,6–1,2 м. Они должны располагаться на расстоянии, в 10 раз превышающем их диаметр, таким образом, чтобы они дули в направлении преобладающих ветров, и наклоняться вниз, чтобы направить поток воздуха в точку, расположенную непосредственно под следующим вентилятором в очереди.

Добавление вентиляторов LVHS в коровники с открытыми стенками принесло пользу молочным коровам. У вентилируемых коров наблюдалась более низкая ректальная температура (- 0,4 °C) и частота дыхания (- 11 вдохов/мин) и более высокая частота оплодотворения (+ 30 %) по сравнению с контрольными коровами. Первые также съедали больше корма (+ 0,6 кг/день) и давали на 1 кг в день больше молока.

Большие потолочные вентиляторы

Альтернативой панельным или корзиночным вентиляторам являются высокопроизводительные низкоскоростные вентиляторы (HVLS). Это потолочные вентиляторы диаметром 2,4–7,5 м, которые устанавливаются на расстоянии 12–18 м друг от друга по длине двора. Вентиляторы работают со скоростью 50 об/мин и перемещают 50 000–200 000 литров воздуха в секунду.

Проведенные эксперименты с потолочными вентиляторами внутри открытого сарая, оборудованного разбрызгивателями, показали, что условия внутри сооружения значительно улучшились (- 4,7 единицы ТВИ) по сравнению с условиями снаружи.

Однако, несмотря на то, что скорость воздуха была более равномерно распределена по коровнику с помощью системы HVLS, потолочные вентиляторы не обеспечивали желаемую скорость воздуха в критических зонах коровника. В экстремально жарких и влажных условиях внутренняя температура для обеих групп коров была выше нормы, что свидетельствует о тепловом стрессе, но она была выше (0,2 °C) у коров, охлаждаемых системой HVLS, чем у коров, охлаждаемых циркуляционными вентиляторами. Исследователи также отметили улучшение результатов по частоте дыхания (- 9 вдохов/мин) и надою (+ 3 кг/день) с LVHS, чем с вентиляторами HVLS.

Туннельная вентиляция

Туннельная вентиляция – еще один вариант, который увеличивает поток воздуха для снижения теплового стресса. В системе туннельной вентиляции используются большие вентиляторы (диаметром 1,2–1,8 м), перемещающие воздух через коровник со скоростью воздуха (1–3 м/с), достаточно высокой для обеспечения благоприятного эффекта ветра, который охлаждает помещение коров конвекцией. Весь воздухозаборник расположен на одной торцевой стене коровника, а все вытяжные вентиляторы расположены на противоположном конце.

Исследования эффективности использования беспривязного содержания с туннельной вентиляцией для снижения теплового стресса у молочных коров показали, что эта система улучшает условия окружающей среды и продуктивность животных по сравнению с открытыми коровниками или с вентиляторами и/или разбрызгивателями. Фактически туннельные коровники, оборудованные испарительными охлаждающими подушками, снижали TВИ до 4,9 единиц, что приводило к снижению ректальной температуры (0,4–1,0 °C) и частоты дыхания (2–22 вдоха/мин), а также увеличению потребления сухого вещества (0,3–2,0 кг/сут) и удоев (0,3–5,3 кг/день). Испытания туннельного коровника, оборудованного разбрызгивателями, показали, что условия внутри здания были значительно лучше (- 5,9 единиц TВИ) по сравнению с условиями снаружи и немного лучше (- 0,7 единиц TВИ) по сравнению с открытым навесом с вентиляторами и разбрызгивателями.

Низкопрофильные коровники с поперечной вентиляцией

Низкопрофильные коровники с перекрестной вентиляцией были разработаны для подачи воздуха параллельно телу коров, когда они лежат в стойлах, в то время как традиционная туннельная вентиляция направляет воздух параллельно коньку здания. Потолок может быть использован для ограничения размера площади поперечного сечения. Однако чаще всего для ускорения воздуха на уровне коровы используются вертикальные перегородки. Фактически перегородки могут увеличить скорость воздуха с 0,9–1,3 до 2,7–3,6 м/с.

Исследования показали, что комбинация такой системы вентиляции с разбрызгивателями воды снижает TВИ на 3,3 единицы, может снижать вагинальную температуру (0,1 °C) и способствует увеличению времени лежания.

Спринклеры

Разбрызгиватели являются одним из наиболее распространенных и эффективных методов увеличения потерь тепла. Они образуют капли, которые смачивают шерсть и кожу коровы. Вентиляторы нагнетают воздух на тело коровы, вызывая испарительное охлаждение на ее поверхности. В разбрызгивателях используются форсунки низкого давления с расходом около 0,75–2 л/мин за прогон в течение 1–3 мин. каждые 5–15 мин. в диапазоне температур 21–27 °C. Однако известно, что они используют большой объем обрабатываемой воды: примерно в 10 раз по сравнению с системами туманообразования (200–530 и 2050–5350 л/сут).

Системы орошения изучались в течение многих десятилетий для установления их влияния на продуктивность коров. Ранние работы показали, что у коров наблюдаются быстрые изменения температуры тела и частоты дыхания в сторону нормальной, когда их удаляли с солнечного света через 2 часа, окропляли водой вручную, а затем подвергали воздействию легкого ветра, создаваемого вентилятором, в течение 1 часа. Влияние распылительного охлаждения без вентиляторов было дополнительно оценено на молочных коровах, содержащихся в условиях беспривязного содержания. Ректальная температура и частота дыхания были либо одинаковыми, либо ниже у коров, подвергавшихся опрыскиванию, по сравнению с коровами, подвергавшимися затенению. Добавление одной только системы дождевания имело противоположные результаты в отношении ежедневного надоя, поскольку оно не всегда позволяло увеличить продуктивность.

В целом тепловая среда была изменена с помощью системы охлаждения, поскольку температура была снижена (0,2–4,9 °C), а относительная влажность увеличилась (0,6–24,4 %), что привело к снижению TВИ (0,2–5,9 единицы).

Время опрыскивания в разных исследованиях различалось (от 20 с до 30 мин.), охлаждение с помощью дождевателей и вентиляторов приводило к снижению температуры тела (0,3–1,1 °C) и частоты дыхания (7–55 вдохов/мин), а также улучшению потребления сухого вещества на 0,9 –3,0 кг/сут и удоя на 1,0–4,1 кг/сут от коровы.

Кондуктивное охлаждение

Кондуктивное охлаждение обеспечивает передачу тепла при прямом контакте между лежащей коровой и охлаждающей поверхностью (подстилкой, водяным матрасом или любым другим теплообменником с водяным охлаждением, встроенным под подстилку). Было проведено мало исследований по оценке эффективности кондуктивного охлаждения молочных коров, главным образом потому, что у них только 20 % площади поверхности тела доступно для теплообмена посредством теплопроводности.

Подстилка

На молочных фермах подстилочный материал выбирают исходя из экономической целесообразности, комфорта коров, чистоты и здоровья вымени. Однако немногие производители учитывают тепловой комфорт, который обеспечивает тот или иной материал. Подстилка на молочной ферме должна быть частью стратегии борьбы с жарой. По имеющимся данным, на глубине 25 мм от поверхности более низкими температурами отличаются известняк (25,9 °C) и песок (26,9 °C) по сравнению с древесной стружкой (28,6 °C). Недавнее вычислительное и экспериментальное исследование показало, что песчаная подстилка имеет более высокий тепловой поток для коров по сравнению с соломой и матрацами, наполненными резиновыми гранулами. Также было изучено использование теплообменников, заглубленных под 25-сантиметровую подстилку (песок или сухой навоз), в качестве компонентов проводящей системы для охлаждения коров. Подстилка из песка оставалась более прохладной, чем подстилка из сухого навоза, во всех средах (термонейтральная, жаркая и сухая, жаркая и влажная) и при всех уровнях охлаждения (вода включена или выключена).

Теплообменники с водяным охлаждением

Кондуктивное охлаждение с помощью теплообменников с водяным охлаждением имеет преимущества рециркуляции воды в качестве рабочей жидкости в системе с замкнутым контуром и требует меньше энергии, чем устройства испарительного охлаждения. Этот способ также может улучшить гигиену содержания животных, снизить влажность в коровнике по сравнению с системами испарительного охлаждения.

При кондуктивном охлаждении коров водой с температурой 4,5 °C ректальная температура, частота дыхания, потребление сухого вещества и надои соответственно улучшились на 1,0 °C, 18 вдохов/мин, 3,1 кг/день и 2,5 кг/день по сравнению с контрольными коровами. Ректальная температура была на 0,3 °C ниже, когда коров охлаждали циркулирующей водой с температурой 4,5 °C по сравнению с циркуляционной водой с температурой 10 °C. Авторы исследований оценили эффективность кондуктивного охлаждения молочных коров с теплообменниками (вода при 7 °C), зарытыми под 25-сантиметровую подстилку (песок или сухой навоз). Существенной разницы в частоте дыхания между охлажденными и неохлажденными коровами не было зарегистрировано, но центральная температура тела снизилась соответственно на 0,13 °C и 0,14 °C при использовании песка и сухого навоза в качестве подстилки.

Тепловой стресс отрицательно влияет на продуктивность коров, что приводит к значительным экономическим потерям для молочной промышленности. Серьезность проблем теплового стресса будет возрастать по мере прогрессирования глобального потепления, особенно если продолжится генетический отбор по скорости роста и надоям. К счастью, крупные достижения в области управления окружающей средой, включая системы охлаждения, могут смягчить последствия теплового стресса для здоровья, продуктивности и воспроизводства животных.

Выбор систем охлаждения для улучшения здоровья и производительности коров без ухудшения условий окружающей среды может отличаться в зависимости от климата (влажный континентальный климат или более засушливый район). Следует отдавать предпочтение вариантам, ограничивающим поступление тепла в коровник или обеспечивающим повышенную конвекцию или теплопроводность. В этом смысле тень, изоляция крыши, циркуляционные вентиляторы, туннельная вентиляция и матрацы с водяным охлаждением являются практичными стратегиями охлаждения.

Все эти методы могут быть реализованы на новых или реконструированных молочных предприятиях. Установка систем испарительного охлаждения, таких как прокладки, аэрозольные распылители и спринклеры, не рекомендуется в средах, где относительная влажность может достигать более 75 % из-за повышения влажности, связанного с этими системами. Огромная потребность в водных ресурсах для вариантов испарительного охлаждения также может быть проблемой. Определение методов, которые оптимизируют сочетание увеличенной скорости воздуха и кондуктивного охлаждения с точки зрения надоев, показателей воспроизводства, здоровья животных и эффективности использования ресурсов, потребует дополнительных исследований, особенно с учетом изменения климата, поскольку глобальная температура будет продолжать подниматься. В этом контексте, в то время как страны с передовыми системами молочного производства прилагают немало усилий для улучшения благополучия животных, обеспечивая наилучшие условия содержания, тепловым стрессом часто пренебрегают, поскольку считается, что он находится вне контроля фермеров. С этической точки зрения, внедрение стратегий контроля теплового стресса, которые могут улучшить самочувствие коров за счет снижения температуры их тела и частоты дыхания, должно быть столь же важным, как и добавление подстилки для обеспечения комфорта коров. Таким образом, будущие инициативы, программы или стандарты, разработанные для удовлетворения общественных ожиданий, связанных с уходом за животными, их здоровьем, благополучием, а также охраной окружающей среды, должны включать смягчение последствий экстремальной жары в качестве ключевого момента.