图1.全国高温日数分布图（中国气候公报，2023）

       牛是恒温动物，这意味着它们在各种环境条件下都能保持相对恒定的体温。虽然牛可以适应的温度范围很大，但牛也会经历热应激。育肥场的牛会出现不同程度的热应激，这是世界养牛地区（美国、澳大利亚、巴西等）夏季常见的情况。热应激是由动物体内平衡失衡引起的，具有生理和热力学成分。方程1描述了动物体内稳态的整个过程（Watts和McLean，1977），其中HP是热量产生，HL是热量损失，ΔTbody是体温变化（°K），cp是身体的比热整个动物（J kg−1°K−1），m 是牛只的体重（kg）。

(1) HP-HL=ΔTbody x cp x m

       总热量减去总热量损失等于体内能量的积累，表现为体温的变化（热应激时升高，冷应激时降低）。从数字上看，这种积累是体温的变化乘以整个动物的比热和动物的质量。据报道，全身的比热为 3.47 kJ/(kg °K) (Blaxter, 1989)。

       热量产生是饲料分解和利用的副产品。传统上，热量产生分为四个部分：基础代谢、消化热、活动热和生产代谢（牛奶、鸡蛋等生产产生的热量）。基础代谢是维持身体细胞产生的热量（没有主动消化或运动）。基础代谢是一项非常困难的测量，通常无法在动物身上完成；因此，通常测量动物的空腹产热而不是基础代谢。消化热是饲料摄入和消化过程中产生的热量。活动热是身体活动过程中肌肉产生的热量。生产代谢是在产生产品的生理过程中产生的热量，例如奶牛的牛奶或蛋鸡的鸡蛋。

       产热量可以通过间接量热法测量（Nienaber 和 Maddy，1985）。在此过程中，通过测量氧气 (O2, L) 的消耗量以及二氧化碳 (CO2, L) 和甲烷（CH4, L，如果是反刍动物）的产生量来计算产热量（方程式 2），从而计算动物的总产热量（HP，单位）。

(2) HP=16.18 x O2 +5.02 x CO2 - 2.17 x CH4

       为了维持体内平衡，热量损失需要根据热环境和动物的热状态增加或减少。热量可以通过两个物理过程从身体中散失：显热散失和潜热散失（图 2）。显热损失是通过传导（热量损失到另一个固体物体）、对流（热量从物体损失到流体，可以是空气或水）和辐射（热量从物体损失到另一个物体）的过程。通过辐射能）。动物可以获得或失去显热，并且取决于动物体表与其周围环境之间的温度梯度。潜热是动物皮肤或呼吸道表面水分蒸发损失的热量。尽管牛被认为是喘气的物种，但它们通过喘气损失了大约 22% 的潜热，其余的热量通过皮肤表面区域的水分蒸发而损失（McArthur，1987）。潜热只能损失到环境中，而不能从环境中获得。虽然传热的概念相对简单，但当应用于静态非生物物体时，动态活体动物的传热却相当复杂。

图2.牛只被饲养在没有阴凉的室外时的热传递模式

       热应激是动物的生理和行为与传热物理学之间复杂的相互作用。虽然传热成分的物理原理可以使用一组方程来描述，但生理学只能用方程来近似，而动物的行为则为传热和热平衡方程添加了动态成分。因此，以数学方式描述这些因素的热相互作用通常是相当困难的。然而，了解这些因素对于进一步研究饲养场牛热应激的影响和管理非常有价值。由于问题的复杂性，要继续讨论和研究该主题，必须采取更通用的方法。值得提醒的是，前面提出的基本热平衡方程几乎适用于以下所有讨论。

       虽然温度是用于描述天气的主要参数，但其他参数已被证明会影响总热负荷。太阳辐射、湿度和风速是被认为对牛只应激很重要的三个附加参数（MLA，2002）。人们已经开发了几种数学模型来帮助将这些组成部分总结为一个可用的数字（Thom，1959；Eigenberg 等人，2005；Mader 等人，2006；Gaughan 等人，2008）。

       温度湿度指数 (THI) 已使用多年，结合了温度和湿度的影响（Thom，1959）。 THI 方程如方程 3 所示，其中 tdb 是干球温度（°C），RH 是小数形式的相对湿度。根据以下四个 THI 类别制定了牛只天气安全指数：正常、THI < 74；警报，74 < THI < 79；危险，79 < THI < 84；和紧急情况，THI > 84。

(3) THI=0.8*Tdb+RH*(Tdb-14.4)+46.4

       虽然 THI 考虑了温度和湿度的影响，但它忽略了风速和太阳辐射的影响。对于暴露在低气流中的圈养牛只，THI 对环境进行了合理的近似总结。然而，对于肉牛和其他通常饲养在露天围栏中的动物来说，风速和太阳辐射会显着导致热应激。

       最近开发的方程结合了温度、湿度、风速和太阳辐射（Eigenberg 等人，2005 年；Mader 等人，2006 年；Gaughan 等人，2008 年）。估计呼吸率 (RRest) 方程如方程 4 所示，其中 tdb 是干球温度，RH 是相对湿度（百分比），vw 是风速（m/s），rs 是太阳辐射（W/m2）。 RRest的四个类别是在原始THI类别的基础上使用太阳辐射值800 W/m2和风速0 m/s建立的。 RRest 的类别具有以下阈值：正常、90；警报，90-110；危险，110-130；和紧急情况，≥130。

(4) RRest=5.1 Tdb+0.58RH-1.7 vw +0.039 rs -52.8

       牛的采食在热应激中起着一定的作用。蛋白质水平过高可能会出现问题。这可能发生在牧场和育肥场。蛋白质中多余的氮必须通过生化方法去除并通过尿液排出体外，在此过程中使用能量并产生热量。此外，饲喂谷物和饲喂干草的牛之间也存在差异。玉米等饲料对发酵热量的贡献小于干草。优质牧草比低质牧草产生更少的发酵热。

       饮水量至关重要。与 21°C 相比，32°C的环境温度会使牛的需水量增加 2.5 倍。在这种情况下，水槽容量和补水率变得非常重要。大多数专家都认为，在炎热的天气里，牛每头需要7.5cm的水槽空间。如有必要，在热浪到来之前引入额外的水槽，以便牛能够适应它们。确保补充率足够，以便牛的摄入量不超过补充能力。我发现的一个指导方针是，一只450kg重的牛只在炎热的天气里每小时需要大约6升的水。下表为各种类型牛只需要的饮水量。

       饲喂的时间可能会有所不同。对于放牧的牛，我们对此无能为力，但育肥场经理也许可以调整饲喂时间，瘤胃发酵产热在饲喂后4 ~ 6小时达到高峰。建议育肥场的牛在白天最高温度后2至4小时内摄入至少70%的日粮。以便在较低的夜间温度下产生更多的消化热。

 遮阳很重要。我们在该国这一地区的大多数饲养场都有相当大的屋顶空间。在炎热的天气里为牧牛提供遮荫。牧场管理者需要认识到，让牛整个夏天都在阴凉处休息（当可能没有必要时），随着时间的推移，会导致“养分蔓延”从牧场到阴凉区域，并导致牧场利用效率降低。

如果牛在圈舍里饲养，请提供足够的通风。这可能涉及打开所有门窗、添加风扇或提供通往带遮荫的外部围栏的通道。

采取行动控制苍蝇。这不仅涉及使用驱虫剂和控制产品，还涉及消除苍蝇繁殖区。叮咬的苍蝇会导致牛群聚集在一起，从而减少空气流动的蒸发冷却。苍蝇问题会影响牧场和育肥的牛。

如果可能的话，尽量避免在酷热的天气下进行处理工作。在白天允许的情况下，安排所有处理工作在早上第一时间进行。不建议在晚上进行，因为牛仍在散发白天的热量。根据环境条件，体温恢复正常的时间为1至3.5小时（冬季恢复时间比春季长）。在夏季条件下，在清晨完成时，移动牛只对热负荷的影响最小，并且应避免在预计会非常热的日子里进行。在高温时期，牛的体温滞后于环境温度 1 至 5 小时（Scott 等，1983；Hahn 等，1999；Hahn 等，2003；Brown-Brandl 等，2005a） ;因此，如果牛只在日落后的晚上进行处理，则因处理而升高的体温将与每日最高体温一致（Mader 等，2000）。当牛在移动过程中进行喷淋降温时，最高体温会降低，恢复也会得到改善。（图3）

图3.工作期间测量的体温比较。 Clay Center，2018

将牛只从圈舍中移出（时间 0），在 160 至 200 m 之间移动，通过秤和保定架进行处理。在保定架时，二分之一牛喷洒冷水（WETTED）。空心圆圈 (O) 表示牛只进入保定架的时间，而空心方块 (O) 表示牛只返回圈舍的时间。

       尽管已经研究了许多管理策略，但它们都具有积极和消极的方面。所有管理方案的优点是可以降低热应激，但有些管理方案的效果比其他方案更大。缺点包括在更换日粮时牛只的表现较差、劳动力增加或员工的工作时间不同（饲喂和清理的时间）以及育肥场表面加水会增加气味的产生。虽然决策始终基于成本效益比，但成本和效益有时难以估计，并且通常包括金钱以外的成本。例如，改变饲喂时间的成本不仅包括额外劳动力的成本，还包括工人的不满，这是牧场经营者无法总是承担的成本。另一个例子是与喷淋冷却相关的气味产生增加，这可能会影响牧场附近的居民。根据牧场的位置，这可能会产生特别高的成本。因此，为整个牧场选择一个正确的管理策略是非常困难的。

       这三个组成部分（环境、牛只易感性和管理）的相互作用性质将使热应激管理成为精准动物管理的候选者。从这个意义上说，精准动物管理就是对不同的动物采用正确的管理水平。要实施精准的动物管理，第一步是评估个体牛只对热应激的敏感性。第二步是将牛只分成具有相似易感性的组。最后，选择最适合该牛群的管理策略。根据牛只的需求应用管理策略可以最大限度地提高效益，同时最大限度地降低成本。

一些例子包括为不同颜色的牛提供遮荫。研究表明，遮荫可以让拥有深色毛色的牛更轻松（Brown-Brandl 等，2013）

图4，牛只体温调整过程（Jill Peine，2022）