第二章 温热环境

家畜环境卫生学第二章温热环境•温热环境(thermalenvironment)是指直接与家畜体热调节有关的外界环境因素的总和。•包括热辐射、温度、湿度、气流等，它们是影响家畜健康和生产的极为重要的外界环境因素。•空气环境的温暖、凉爽的程度，它是由空气温度、空气湿度、气流速度和太阳辐射等温热因素综合而成。名词解释：•气象因素(meteorologicalelements)：用作描述大气物理现象的特征量。包括气温、气湿、气流、气压、云量和降水等。•天气(weather)：一个地方在短时期内由大气中所发生的各种物理过程和物理现象所构成的大气综合状态。如阴、晴、风、雨等。•气候(climate)：是指一个地区多年所特有的天气情况。•东北地区有着大面积针叶林、针阔叶混交林和草甸草原，肥沃的黑色土壤，广泛分布的冻土等自然景观，都与温带湿润、半湿润大陆性季风气候有关。•昆明四季如春，广东一年四季水汽丰富，温暖多雨等气候特点。第一节热环境与动物热调节•维持动物生命活动的一个重要基础是保持一定的体温，为此必须使体内产生的热量与散发的热量达到平衡，就机体本身而言，这样不是十分困难，但是外界环境复杂多变，所以严重的是在一定的环境中如何使其产热和散热平衡。•低等动物•采取变温的方式即随环境温度变化而改变体温的方式来调节平衡。•恒温动物•它有调节产热和散热的生理机能，有维持恒定体温的保证——被毛或羽毛，可以不因环境温度的改变而改变体温。•（一）体温的概念•体温是指身体深部（体核）的温度(deep-bodytemperatureorcoretemperature)。•是衡量恒温动物热平衡的唯一可靠的指标。•躯体体内部位不同，温度也不完全相同。•一般以直肠温度(rectaltemperature)作为内部体温的代表。一、动物体温•直肠温度能代表体温，又易测量，故长期以来均以直肠温度表示体温。•在测量体温时，应使温度表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、被毛保温性能较差、散热面积较大、血管分布较少和皮下脂肪较厚的部位，皮温较低。•四肢下部、耳部和尾部低温时皮温显著下降。•例如：•犊牛在35℃的高温环境中，直肠温度为39.8℃，身体各部位的皮温没有很大的差异，范围在36.5~38.5℃之间。•可是在5℃的低温环境中，直肠温度为39.5℃，胸部皮温为31.2℃，耳部仅7℃，两者相差20℃。•动物体表温度分布示意图:•上图：动物的体温分布；•下图：从动物体内到大气的温度梯度•体温既然从内部向外部递减，而外部温度、特别是皮温，随气温的变化而变化，因此整个动物身体的平均温度（平均体温）和蓄热量亦相应变化，平均体温可按公式估计之：•平均体温＝0.7×直肠温度+0.3×平均皮肤温度•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。•例如计算牛平均皮温的公式为：•平均皮温＝0.25×T躯干上部+0.25×T躯干下部+0.32×T四肢上部+0.12×T四肢下部+0.02×T垂皮+0.04×T耳•式中T——该部位的皮温系数——该部位所占全身皮肤面积百分数。•牛皮肤各部位温度测定位置示意图•躯干上部和躯干下部各测前后左右4个点；•四肢上部前肢在肘部外测定2个点，后肢在股部和胫部外各测2个点；•四肢下部前后肢分别在掌部和跖部外各测2个点；•在垂皮下部左右各测定1个点；•在右耳上部测定1个点。•同部位2点以上均取其平均数。•3．平均体温•平均体温是指整个动物体各部位温度之加权平均值，可以用公式计算：•平均体温＝0.7×Tr+0.3×Ts•式中Tr——直肠温度Ts——平均皮温（℃）（一）动物产热的主要形式•1．基础代谢产热•基础代谢(basalmetabolism)在动物常称为“饥饿代谢”(fastingmetabolism)。•是指动物处于饥饿、休息（静卧清醒）、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。•动物睡眠时的产热量比基础代谢产热量降低10％。•各种动物单位体表面积基础代谢产热量非常相似。•如马、鸡和小鼠每日基础代谢产热量平均分别为3966、3946和4971kJ/m2。•大多数动物基础代谢产热量都很相似，均在4200kJ/m2左右。•因此，动物的基础代谢产热量是正比例于体表面积而不是正比例于体重。•因为动物体表面积较难测量，因而在实践中仍用体重估测动物基础代谢产热量。•目前估计代谢产热，仍用体重的0.75次方估测。•成年动物不论体重大小，基础代谢产热量均可以下式估计：基础代谢＝K1W0.75（kJ/日）•式中W——动物质量(kg)•K1——每千克代谢体重的日平均产热量（kJ/kg日）。•人为134.3，狗为215.5，鼠为2736.3，猪为79.7。2.体增热•当动物休息于舒适的环境中，产热量取决于采食量，饥饿动物因采食而增加的产热量被称为体增热（Heatincrement，HI）。•体增热也被称为“热增耗”、“增生热”或“特殊动力作用”（specificdynamicaction，SDA）。•一部分为动物摄食、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。•另一部分为饲料在消化道运动，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。•采食量愈大，热增耗愈多；•采食粗料的热增耗比采食精料的热增耗多。•蛋白质的体增热最大，约占总代谢能的30％；•脂肪最少，约占代谢能的5～10％；•碳水化合物居中，约占代谢能的10～15％。•体增热对于低温环境中动物御寒具有重要作用，但在高温环境中则会增加动物的热负荷。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%。•每生产1kg牛乳，大约需要2,845KJ的能量。4．活动产热•活动产热是指动物因起卧、站立、步行、自由运动、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者生产产品和做功而产生；•在维持代谢产热中，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，通过改善环境减少这部分维持代谢产热以及为生产产热散失创造条件，将是提高饲料转化率和饲料报酬的根本措施。•（二）影响动物产热的因素•1．年龄2.性别•3.营养状况4.生产水平•5.采食量6.活动量•7.个体大小三、散热(heatlossorthermolysis)•（一）动物散热的方式•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(Heatlossofconduction)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地面、冷水等接触而进行传导散热。•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，对牛进行冷水浴，可以增加传导散热。3．对流散热•对流(convection)是指流体如空气的相对运动。•对流散热是动物与流体（气体或液体）之间分子相对位移造成的热传递。•当畜体体表温度低于流体（如，空气和水等）温度时，通过对流可以带走畜体表面热量，发生对流热散。•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。•对流形成的原因有两种：•一种是由外力作用发生对流，称为“强制对流”（forcedconvection）；•另一种为空气因受热不均导致密度变化而产生的对流，称为“自然对流”（naturalorfreeconvection）。4．蒸发散热•动物的蒸发散热(Heatlossofevaporation)是指动物体表水从液态变为气态时吸收动物体热量的过程。•当皮肤温度为34℃时，动物体表每蒸发1g水约散失2.43KJ热量。•只要皮肤有水分蒸发，就伴随着热量的散失。•动物体表蒸发散热的部位主要为皮肤表面和呼吸道。•（1）皮肤蒸发皮肤蒸发的机制有二：•一为渗透蒸发(diffusionevaporation)，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”(insensibleperspirationevaporation)。•在一般天气条件下，人每天的隐汗蒸发量为600～800ml，为呼吸蒸发的二倍。•二为出汗蒸发(perspirationevaporation)，即通过汗腺分泌，使汗液在皮肤表面蒸发。出汗多时，常见皮肤表面有水滴残留，故又称为“显汗蒸发”(sensibleperspirationevaporation)。•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，即使动物处于高温高湿汗腺分泌汗液多，但是汗液也很难在皮肤表面蒸发，蒸发对动物散热作用不大。•因此，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从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。上呼吸道水分和热量交换示意图•呼吸道蒸发散热是通过肺泡表面水分蒸发和吸入冷空气变热而进行的。•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，减少呼吸深度的现象。热性喘息常见于汗腺不发达或缺乏汗腺的动物如猪、鸡、狗。•热性喘息在排出大量的水蒸气的同时，将体内大量CO2排出体外，导致呼吸性碱中毒。四、畜体热平衡与调节•家畜的产热和得热，必须通过各种途径而散发，才能维持体温的正常与恒定，这就是畜体的热平衡。•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