第一章热环境 热环境( ( thermal environment)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。热环境可表现为炎热 寒冷或温暖、凉爽。空气热状况取决于热辐射、气温、气湿和气流等因素的综合作用。 气象( meteorology)是大气下层(对流层)所发生的冷、热、干、湿、风、云、雨、雪、霜、雾、雷、 电等各种物理现象和物理状态的统称。决定这些物理现象和物理状态的因素称为“气象因素 ( meteorological elements)”,气象因素包括气温、气湿、气压、气流、云量和降水等。这些因素之间存 在着极其密切的关系,并且复杂地相互结合和相互影响。气象因素在一定时间和空间内变化的结果所决 定的大气物理状态如阴、晴、风、雨等称为“天气( weather)”。气候( climate)是指某地区多年所特有的天 气情况。 所谓“小气候( microclimate)”是指由于地表性质不同,或人类和生物的活动所造成的小范围内的特 殊气候,例如农田、牧场、温室、畜舍等的小气候。畜舍中小气候的形成除受舍外气象因素的影响外, 与舍内的家畜种类、密度、垫草使用、外围护结构的保温隔热性能、通风换气、排水防潮,以及日常的 饲养管理措施等因素有关。畜牧场的小气候除受所处的地势、地形、场区规划、建筑物布局等因素的影 响外,还受畜牧场绿化程度的影响。 空气的热状况主要取决于气温。在自然状态下,气温从根本上取决于太阳辐射,气湿和气流的协同 或制约也发挥着重要作用。 热力学第二定律表明,任何形式的能量转换都必然伴随热量的散失。动物体在代谢过程中产生的热 量必须连续向外界环境中散失,否则会引起动物体温大幅度升高,破坏动物内环境稳定性,导致动物死 亡。家畜是恒温动物,体温相对恒定是其生命存在的前提,相对恒定的体温依赖完善的体热调节。因此 热环境主要通过体热调节来影响动物的行为、生理机能、物质代谢强度等,进而影响动物的生产和健康。 在炎热或寒冷条件下,动物体所发生的许多生理机能的变化,大多数与热调节有关,或者为热调节 生理过程中的一部分,或者为动物适应热环境的表现形式。例如,在高温环境中,动物采食量下降,就 是为了减少产热量,维持体温恒定 自然界的热环境还可通过饲料作物的生长、化学组成和季节供应,以及寄生虫和其它疾病的发生 和传播,间接影响动物的生产和健康 热环境对家畜健康和生产力的影响,因动物种类、品种、个体、年龄、性别、被毛状态,以及对 气候的适应性和不良气候条件的严酷程度及持续时间而不同
1 第一章 热环境 热环境(thermal environment)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。热环境可表现为炎热、 寒冷或温暖、凉爽。空气热状况取决于热辐射、气温、气湿和气流等因素的综合作用。 气象(meteorology)是大气下层（对流层）所发生的冷、热、干、湿、风、云、雨、雪、霜、雾、雷、 电等各种物理现象和物理状态的统称。决定这些物理现象和物理状态的因素称为“气象因素 (meteorological elements)”， 气象因素包括气温、气湿、气压、气流、云量和降水等。这些因素之间存 在着极其密切的关系，并且复杂地相互结合和相互影响。气象因素在一定时间和空间内变化的结果所决 定的大气物理状态如阴、晴、风、雨等称为“天气(weather)”。气候(climate)是指某地区多年所特有的天 气情况。 所谓“小气候(microclimate)”是指由于地表性质不同，或人类和生物的活动所造成的小范围内的特 殊气候，例如农田、牧场、温室、畜舍等的小气候。畜舍中小气候的形成除受舍外气象因素的影响外， 与舍内的家畜种类、密度、垫草使用、外围护结构的保温隔热性能、通风换气、排水防潮，以及日常的 饲养管理措施等因素有关。畜牧场的小气候除受所处的地势、地形、场区规划、建筑物布局等因素的影 响外，还受畜牧场绿化程度的影响。 空气的热状况主要取决于气温。在自然状态下，气温从根本上取决于太阳辐射，气湿和气流的协同 或制约也发挥着重要作用。 热力学第二定律表明，任何形式的能量转换都必然伴随热量的散失。动物体在代谢过程中产生的热 量必须连续向外界环境中散失，否则会引起动物体温大幅度升高，破坏动物内环境稳定性，导致动物死 亡。家畜是恒温动物，体温相对恒定是其生命存在的前提，相对恒定的体温依赖完善的体热调节。因此， 热环境主要通过体热调节来影响动物的行为、生理机能、物质代谢强度等，进而影响动物的生产和健康。 在炎热或寒冷条件下，动物体所发生的许多生理机能的变化，大多数与热调节有关，或者为热调节 生理过程中的一部分，或者为动物适应热环境的表现形式。例如，在高温环境中，动物采食量下降，就 是为了减少产热量，维持体温恒定。 自然界的热环境还可通过饲料作物的生长、化学组成和季节供应，以及寄生虫和其它疾病的发生 和传播，间接影响动物的生产和健康。 热环境对家畜健康和生产力的影响，因动物种类、品种、个体、年龄、性别、被毛状态，以及对 气候的适应性和不良气候条件的严酷程度及持续时间而不同
第一节热环境与动物热调节 动物体温 (一)体温的概念 体温是指身体深部(体核)的温度(deep- body temperature or core temperature),是衡量恒温动 物热平衡的唯一可靠的指标。不但要测量动物体内深部的温度比较困难,而且躯体体内部位不同,温度 也不完全相同。因此,一般以直肠温度( Rectal Temperature)作为内部体温的代表。在适温和不太热的情 况下,直肠温度较颈动脉血液温度高0.1~0.3℃:在严重的热应激情况下,两者的温度相同。尽管直肠温 度对环境条件迅速变化的反应迟钝,但直肠温度的变化能表示动物体深部温度的相应变化。反刍动物的 瘤胃由于微生物发酵产生大量的热,其温度高于直肠2.2℃:但在瘤胃排空时,瘤胃与直肠温度之差下 降为0.8℃。由于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,例如成年牛、马等大家畜为15cm,羊、猪为10cm,小家畜和家 禽为5cm。温度表伸入直肠过浅,测定的温度值较低,不能代表身体深部的温度 由于外界环境温度一般比体温低,且身体的热量主要由皮肤散失,所以愈向身体外部,动物体温度 愈低(图4-1) 2.皮温 皮肤表面的温度称为“皮温”( skin temperature)。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,一般的规律是,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。所以,四肢下部、 耳部和尾部在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℃
2 第一节 热环境与动物热调节 一、动物体温 （一） 体温的概念 体温是指身体深部（体核）的温度(deep-body temperature or core temperature)，是衡量恒温动 物热平衡的唯一可靠的指标。不但要测量动物体内深部的温度比较困难，而且躯体体内部位不同，温度 也不完全相同。因此，一般以直肠温度(Rectal Temperature)作为内部体温的代表。在适温和不太热的情 况下，直肠温度较颈动脉血液温度高 0.1~0.3℃；在严重的热应激情况下，两者的温度相同。尽管直肠温 度对环境条件迅速变化的反应迟钝，但直肠温度的变化能表示动物体深部温度的相应变化。反刍动物的 瘤胃由于微生物发酵产生大量的热，其温度高于直肠 2.2℃；但在瘤胃排空时，瘤胃与直肠温度之差下 降为 0.8℃。由于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，例如成年牛、马等大家畜为 15cm，羊、猪为 10cm，小家畜和家 禽为 5cm。温度表伸入直肠过浅，测定的温度值较低，不能代表身体深部的温度。 由于外界环境温度一般比体温低，且身体的热量主要由皮肤散失，所以愈向身体外部，动物体温度 愈低（图 4―1）。 2. 皮温 皮肤表面的温度称为“皮温”(skin temperature)。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，一般的规律是，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。所以，四肢下部、 耳部和尾部在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℃
空气隔热层 组织隔热层 相当恒定的 内部温度 度 低 深部组织 外围组织与皮肤外周空气 接触的空气 图4-1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 (据lee等,J, Animal Sci,7:391,1948) 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4-1估计之: 平均体温=0.7×直肠温度+0.3×平均皮肤温度(公式4-1) 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( mean skin temperature)。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 算牛平均皮温的公式为 平均皮温=0.25×T千上部+0.25×T干下部+0.32×T四上部+0.12×T四酸下部+0.02×T垂皮+004×T耳(公式42) 式中T为该部位的皮温,系数为该部位所占全身皮肤面积百分数
3 图 4－1 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 （据 Lee 等，J.Animal Sci.,7:391,1948） 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 4-1 估计之： 平均体温＝0.7×直肠温度+0.3×平均皮肤温度 （公式 4-1） 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(mean skin temperature)。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（公式4-2） 式中 T 为该部位的皮温,系数为该部位所占全身皮肤面积百分数
动物皮肤各部位温度测定点如图42所示 图4-2牛皮肤各部位温度测定位置示意图 (转引自黄昌澍主编《家畜气候学》,1990) 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。 猪的平均皮温亦可按如下经验公式约略推算之: Ts=0.007×T+289(式4-3) 式中T为气温,Ts为平均皮温(℃) 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4-4计算。 平均体温=0.7×T+0.3×Ts(式44) 式中T为直肠温度,Ts为平均皮温(℃) 根据平均体温和身体的比热可以计算出全身的蓄热量。蓄热量是指动物体温度升高时所贮存的热量 为平均比热与动物体质量之乘积。各种物质的比热以水为最大,肥胖动物含脂肪较多,含水相应较少 其比热亦较小。一般含脂肪不太多的动物的平均比热以3.5(J/℃·g)计(脂肪比热为1.88,血液37,肌 肉3.45,骨骼1.26-2.93,水4.184)。体重500kg动物平均体温升高1℃,等于增加1749kJ的蓄热。 (二)体温变化
4 动物皮肤各部位温度测定点如图 4-2 所示。 图 4-2 牛皮肤各部位温度测定位置示意图 （转引自黄昌澍主编《家畜气候学》，1990） 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。 猪的平均皮温亦可按如下经验公式约略推算之： T s＝0.007×T+28.9 （式 4-3） 式中 T 为气温，T s 为平均皮温（℃） 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 4-4 计算。 平均体温＝0.7×Tr+0.3×T s （式 4-4） 式中 Tr 为直肠温度，T s 为平均皮温（℃）。 根据平均体温和身体的比热可以计算出全身的蓄热量。蓄热量是指动物体温度升高时所贮存的热量， 为平均比热与动物体质量之乘积。各种物质的比热以水为最大，肥胖动物含脂肪较多，含水相应较少， 其比热亦较小。一般含脂肪不太多的动物的平均比热以 3.5(J/℃• g)计(脂肪比热为 1.88，血液 3.77，肌 肉 3.45，骨骼 1.26~2.93，水 4.184)。体重 500kg 动物平均体温升高 1℃，等于增加 1749kJ 的蓄热。 （二） 体温变化
恒温动物是指在正常的环境温度范围内体温保持相对恒定的动物。体温恒定是指在环境温度变化时 体温保持相对稳定(在一定范围内波动的)现象。体温恒定是保持动物内环境稳定,维持细胞正常代谢 的基础。 不同种类动物的体温不同,同一种类不同品种、不同年龄的动物体温也稍有差别。动物体温的差别 与动物机体的代谢强度和体表的隔热能力有关,一般的规律是代谢强度高,体表隔热能力强的动物体温 较高,反之则体温较低:幼龄动物体温较高,成年动物体温较低。 表4-1各种家畜的直肠温度( Rectal Temperatures) 直肠温度(℃) 家畜种类 平均 变化范围 鸡(fowl) 41.7 0.0~43.0 鸭(duck) 鹅( goose) 40.8 40.0-41.3 兔( rabbit) 39.5 38.6~40.1 猪(pig) 39.2 38.7~398 肉牛( beaf cattle) 6.7~39.1 乳牛( milk cow) 38.0~39.3 水牛( buffalo) 36.1~38.5 牦牛(yak) 37.0-39.7 黄牛( yellow cattle) 38.2 37.9~38.6 绵羊( sheep) 山羊(goat) 38.5~39.7 马( horse) 2~38.1 驴( donkey) 37.4 4~38.4 骡(mule) 38.0~39.0 骆驼( camel) 37.8 34.2~40.7 狗(dog) 38.9 37.9~39.9 猫(cat) 水貂mink) 40.2 7~40.8 银狐( silver fox) 39.4~40.9 豚鼠(cavy) 39.0~40.0 大白鼠(rat) 38.5~39.5 小白鼠( mouse) 37.0~39.0 5
5 恒温动物是指在正常的环境温度范围内体温保持相对恒定的动物。体温恒定是指在环境温度变化时 体温保持相对稳定（在一定范围内波动的）现象。体温恒定是保持动物内环境稳定，维持细胞正常代谢 的基础。 不同种类动物的体温不同，同一种类不同品种、不同年龄的动物体温也稍有差别。动物体温的差别 与动物机体的代谢强度和体表的隔热能力有关，一般的规律是代谢强度高，体表隔热能力强的动物体温 较高，反之则体温较低；幼龄动物体温较高，成年动物体温较低。 表 4-1 各种家畜的直肠温度（Rectal Temperatures） 家畜种类 直肠温度(℃) 平均 变化范围 鸡(fowl) 鸭(duck) 鹅(goose) 41.7 40.0~43.0 40.7 40.8 40. 2~41.2 40.0~41.3 兔(rabbit) 39.5 38.6~40.1 猪(pig) 39.2 38.7~39.8 肉牛(beaf cattle) 乳牛(milk cow) 水牛(buffalo) 牦牛(yak) 黄牛(yellow cattle) 38.3 38.6 37.8 38.3 38.2 36.7~39.1 38.0~39.3 36.1~38.5 37.0~39.7 37.9~38.6 绵羊(sheep) 山羊(goat) 39.1 39.1 38.3~39.9 38.5~39.7 马(horse) 驴(donkey) 骡(mule) 骆驼(camel) 37.6 37.4 38.5 37.8 37.2~38.1 36.4~38.4 38.0~39.0 34.2~40.7 狗(dog) 猫(cat) 水貂(mink) 银狐(silver fox) 豚鼠(cavy) 大白鼠(rat) 小白鼠(mouse) 38.9 38.6 40.2 40 39.5 39 38 37.9~39.9 38.1~39.2 39.7~40.8 39.4~40.9 39.0~40.0 38.5~39.5 37.0~39.0
(据黄昌澍,家畜气候学,P16,江苏科学技术出版社,1989;和汤逸人等,英汉畜牧科技词典 农业出版社,P608。) 同一种动物在不同时间体温也有波动,存在着日变和年变。一般白昼活动的动物,体温在清晨时最 低,在中午或气温最高时体温最高,如牛的体温一般在下午5~6时最高,早晨4~6时最低:夜间活动 的动物如鼠,其体温夜间高,白天低。鸡的体温最高的时间与气温最高的时间相符合。羊早晨的体温在 夏季最高,冬季最低,中午体温在春季最高。当动物的生活方式改变后,体温变化的曲线亦完全改变。 体温的正常日变化规律主要由于活动、觅食或饲喂产热增加,而休息、睡眠产热减少所致。如果昼夜温 差或气温季节性变化很大,气温对动物的体温也产生很大影响各种家畜正常体温见表4-1。 在不断变化的热环境条件下,动物体温的相对恒定是靠体热调节( thermoregulation)实现的,体热调 节是指动物增加或减少产热与散热的过程 、产热( heat production or thermogenesis) 动物体内的热量主要来自于饲料。动物胃肠中的饲料在被消化吸收过程中产生热量,营养物质在参 与动物体能量和物质的代谢过程中也产生热量。动物的能量代谢不断进行,热量就会不断产生。在物质 的分解和合成过程中总是伴随能量的释放、转移和利用。饲料中的化学能在动物体内被转化为机械能、 电能和化学能的过程称为能量代谢。能量代谢的速度或强度称为“代谢率”( metabolic rate)。在一定时 间内,动物机体的产热量取决于其“代谢率”,代谢率愈高,产热愈多。因此,产热量是衡量动物代谢率 的一项重要指标。动物从饲料中获得的净能主要用于维持生命活动和进行各种生产。动物不进行生产 只进行正常生命活动并保持体重不变的情况下的产热量称为维持代谢产热,维持代谢产热量又包括基础 代谢产热量和动物活动产热量。因此,动物的产热环节主要包括基础代谢产热、活动产热、生产产热以 及热增耗(消化吸收饲料养分过程产热)。 (一)动物产热的主要形式 1.基础代谢产热 基础代谢( basal metabolism)在动物常称为“饥饿代谢”( fasting metabolism),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。在上述条件下,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497lkJ/m2。大多数动物基础代谢产热量都很相似,均在4200kJm2左右。因此,动物的基础代谢产热
6 （据黄昌澍，家畜气候学，P16，江苏科学技术出版社，1989；和汤逸人等，英汉畜牧科技词典， 农业出版社，P608。） 同一种动物在不同时间体温也有波动，存在着日变和年变。一般白昼活动的动物，体温在清晨时最 低，在中午或气温最高时体温最高，如牛的体温一般在下午 5～6 时最高，早晨 4～6 时最低；夜间活动 的动物如鼠，其体温夜间高，白天低。鸡的体温最高的时间与气温最高的时间相符合。羊早晨的体温在 夏季最高，冬季最低，中午体温在春季最高。当动物的生活方式改变后，体温变化的曲线亦完全改变。 体温的正常日变化规律主要由于活动、觅食或饲喂产热增加，而休息、睡眠产热减少所致。如果昼夜温 差或气温季节性变化很大，气温对动物的体温也产生很大影响,各种家畜正常体温见表 4－1。 在不断变化的热环境条件下，动物体温的相对恒定是靠体热调节(thermoregulation)实现的，体热调 节是指动物增加或减少产热与散热的过程。 二、产热(heat production or thermogenesis) 动物体内的热量主要来自于饲料。动物胃肠中的饲料在被消化吸收过程中产生热量，营养物质在参 与动物体能量和物质的代谢过程中也产生热量。动物的能量代谢不断进行，热量就会不断产生。在物质 的分解和合成过程中总是伴随能量的释放、转移和利用。饲料中的化学能在动物体内被转化为机械能、 电能和化学能的过程称为能量代谢。能量代谢的速度或强度称为“代谢率”(metabolic rate)。在一定时 间内，动物机体的产热量取决于其“代谢率”，代谢率愈高，产热愈多。因此，产热量是衡量动物代谢率 的一项重要指标。动物从饲料中获得的净能主要用于维持生命活动和进行各种生产。动物不进行生产， 只进行正常生命活动并保持体重不变的情况下的产热量称为维持代谢产热，维持代谢产热量又包括基础 代谢产热量和动物活动产热量。因此，动物的产热环节主要包括基础代谢产热、活动产热、生产产热以 及热增耗（消化吸收饲料养分过程产热）。 （一）动物产热的主要形式 1． 基础代谢产热 基础代谢(basal metabolism)在动物常称为“饥饿代谢”(fasting metabolism)，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。在上述条件下，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(但在生命早期如人在1岁以内是正比例于体重,生长迅速 的动物产热量也是正比于体重,但此期时间较短),这就是所谓“鲁伯纳体表面积定律”( Rubner' s Surface- Area law,1902)。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。从理论上讲,形状相同、密度相等的动物体表面积与重量(W)的2/3次方(W°6)成正比,但经 实验测定,基础代谢产热与体重的0.75次方关系较为密切。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=K1W075(kJ/日)(式45) 式中W为动物质量(kg),K1为单位代谢体重的平均基础代谢产热量(kJ/kg日),人为134.3,狗为 215.5,鼠为2736.3,猪为797。 对于动物而言,确切的基础状态很难达到,所以,一般用静止代谢代替基础代谢。静止代谢要求动 物禁食、处在静止状态,在温度适中条件下用间接方法测定的动物的产热量 静止代谢产热量=KW075(kJ/日) 式中W为动物质量(kg),K为常数,为单位代谢体重的平均静止产热量(kJ/kg日),兔为647,绵 羊为724,猪为68.1,奶牛为117 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 ( Heat increment,H)。体增热也被称为“热增耗”、“增生热”或“特殊动力作用”( specific dynamic action,SDA)。体增热由两部分组成,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 “体増热”常伴随采食过程而増加,因此又称为消耗饲料产热或食后増热。热増耗的多少与动物采 食量和饲料的种类有关,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,如反刍 动物采食精料的热增耗占饲料代谢能的25~40%,采食粗料的热增耗占代谢能的40~50%。按纯养分计 算,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%。值得注意的是,体增热对于低温环境中动物御寒具有重要作用,但在髙温环境 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( productive metabolism)产热量取决于产品的种类和数量。役畜工作时所消耗的能
7 量是正比例于体表面积而不是正比例于体重（但在生命早期如人在 1 岁以内是正比例于体重，生长迅速 的动物产热量也是正比于体重，但此期时间较短），这就是所谓“鲁伯纳体表面积定律”（Rubner's Surface-Area Law，1902）。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。从理论上讲，形状相同、密度相等的动物体表面积与重量（W）的 2/3 次方（W0.67）成正比，但经 实验测定，基础代谢产热与体重的 0.75 次方关系较为密切。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 4-5） 式中 W 为动物质量(kg)，K1 为单位代谢体重的平均基础代谢产热量（kJ/kg 日），人为 134.3，狗为 215.5，鼠为 2736.3，猪为 79.7。 对于动物而言，确切的基础状态很难达到，所以，一般用静止代谢代替基础代谢。静止代谢要求动 物禁食、处在静止状态，在温度适中条件下用间接方法测定的动物的产热量。 静止代谢产热量＝KW0.75（kJ/日） 式中 W 为动物质量(kg)，K 为常数，为单位代谢体重的平均静止产热量（kJ/kg 日），兔为 64.7，绵 羊为 72.4，猪为 68.1，奶牛为 117。 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 （Heat increment，HI）。体增热也被称为“热增耗” 、“增生热”或“特殊动力作用”（specific dynamic action，SDA）。体增热由两部分组成，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。 “体增热”常伴随采食过程而增加，因此又称为消耗饲料产热或食后增热。热增耗的多少与动物采 食量和饲料的种类有关，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，如反刍 动物采食精料的热增耗占饲料代谢能的 25～40％，采食粗料的热增耗占代谢能的 40～50％。按纯养分计 算，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％。值得注意的是，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(productive metabolism)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,例如,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;又如,除马属动物外,各种动物站 立时的能量消耗较躺卧时增加15%。体重450kg的牛每步行1.6km,产热量增加1381kJ。此外,动物免 疫系统因抵抗疾病而增加的产热量也属于活动产热。 体内不同器官和组织的总产热量不同,产热最多的组织器官是肌肉,在基础代谢的情况下,肌肉产 热量约占总产热量的1/3以上:其次为肝脏,约占12%:其余为心脏、肾脏、神经系统和皮肤等。肌肉 产热量最多,并不是肌肉的代谢特别旺盛,而是肌肉在身体内的数量最多,如果以单位重量计,以肾脏、 心脏、胰脏、肝脏和唾液腺的产热较多,肌肉最少 应当强调的是,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.年龄动物的代谢率随年龄增长而下降,因此,动物相对产热量随着年龄増加而降低,但绝对产 热量则随着体重增加而增加 2.性别公畜代谢率高于母畜,阉畜与母畜相似,因此,公畜产热量大于同等条件下母畜产热量。 3.营养状况营养状况好的动物,代谢水平高,产热量大,瘦弱动物代谢水平低,产热量小。 4.生产水平生产力越高的家畜,产热量越大。这主要是因为在动物产品形成过程中,始终伴随 着热量的产生,而且产热量与形成的产品存在一定的数量关系。 5.采食量采食量越大的动物,产热量越大,这主要是因为采食量增大,体增热也增大。 6.活动量动物运动量和肌肉活动量越大,产热量越大 个体大小个体大的动物,绝对产热量大,相对产热量小。如体重44kg的马,每天产热20849kJ 体重2kg的鸡每天产热量为594kJ;体重0.018kg的小白鼠每天产热量为l6kJ。但如果以每单位体重(kg) 计,马、鸡和小白鼠每天产热量分别为47.28、29700、88889kJ,亦即体重愈小的动物每单位体重的产 热量愈多
8 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，例如，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；又如，除马属动物外，各种动物站 立时的能量消耗较躺卧时增加 15％。体重 450kg 的牛每步行 1.6km，产热量增加 1381kJ。此外，动物免 疫系统因抵抗疾病而增加的产热量也属于活动产热。 体内不同器官和组织的总产热量不同，产热最多的组织器官是肌肉，在基础代谢的情况下，肌肉产 热量约占总产热量的 1/3 以上；其次为肝脏，约占 12％；其余为心脏、肾脏、神经系统和皮肤等。肌肉 产热量最多，并不是肌肉的代谢特别旺盛，而是肌肉在身体内的数量最多，如果以单位重量计，以肾脏、 心脏、胰脏、肝脏和唾液腺的产热较多，肌肉最少。 应当强调的是，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 动物的代谢率随年龄增长而下降，因此，动物相对产热量随着年龄增加而降低，但绝对产 热量则随着体重增加而增加。 2． 性别 公畜代谢率高于母畜，阉畜与母畜相似，因此，公畜产热量大于同等条件下母畜产热量。 3． 营养状况 营养状况好的动物，代谢水平高，产热量大，瘦弱动物代谢水平低，产热量小。 4． 生产水平 生产力越高的家畜，产热量越大。这主要是因为在动物产品形成过程中，始终伴随 着热量的产生，而且产热量与形成的产品存在一定的数量关系。 5． 采食量 采食量越大的动物，产热量越大，这主要是因为采食量增大，体增热也增大。 6． 活动量 动物运动量和肌肉活动量越大，产热量越大。 7． 个体大小 个体大的动物，绝对产热量大，相对产热量小。如体重 441kg 的马，每天产热 20849kJ； 体重 2kg 的鸡每天产热量为 594kJ；体重 0.018kg 的小白鼠每天产热量为 16kJ。但如果以每单位体重（kg） 计，马、鸡和小白鼠每天产热量分别为 47.28、297.00、888.89kJ，亦即体重愈小的动物每单位体重的产 热量愈多
三、散热( heat loss or thermolysis) 动物体在生命活动过程中所产生的热量只有以相应的速度向外散失,才能维持体温恒定。动物散热 的主要部位是皮肤和呼吸道,其次是胃肠道 (一)动物散热的方式 j物散热的方式有四种,即辐射散热、传导散热、对流散热和蒸发散热。 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 髙而逐渐变短。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。动物 皮肤的辐射波长在5000-20000m之间,大部分为9000m。据维恩位移定律( Wiens Displacement Law), 某一物体表面的最强辐射波长λ为: λ=2897/(T+273)(um)(式46) 式中,T为绝对温度。 例如,当皮肤平均温度为30℃时,其最强辐射波长为2897/30+273=9.6μm,即9600nm,与黑体 的最强辐射波长9660nm相类似。黑体辐射的总能量比例于绝对温度的4次方(史蒂芬一玻尔兹曼定律, Stefan-Boltzmann Law ) E Q=0T(式47) 式中Q:辐射散热量(W) σ:史蒂芬一玻尔兹曼常数,等于567×10w/m2·K4; T:绝对温度。 动物一方面通过长波辐射散热,另一方面又从环境辐射得热,动物的辐射散热减去环境辐射得热 才是净辐射散热,净辐射散热量主要取决于动物体表辐射面的面积和辐射面温度与环境温度的差。因此 动物的净辐射散热量可以下式表示之: Q=Aro(E ITbs-E 2Ta)(r 4-8) 式中A-:动物可发生辐射热交换的体表面积(m2) σ:斯蒂芬-波尔兹曼常数(5.67×10°W/m.K) en:动物体表的发射率( emIssivity) E2:环境的发射率 Tbs:动物体表面温度(K); 仁:环境的平均辐射温度(K)
9 三、散热(heat loss or thermolysis) 动物体在生命活动过程中所产生的热量只有以相应的速度向外散失，才能维持体温恒定。动物散热 的主要部位是皮肤和呼吸道，其次是胃肠道。 （一） 动物散热的方式 动物散热的方式有四种，即辐射散热、传导散热、对流散热和蒸发散热。 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（0 K 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。动物 皮肤的辐射波长在5000－20000nm之间，大部分为9000nm。据维恩位移定律（Wien's Displacement Law）， 某一物体表面的最强辐射波长λ为： λ=2897/（T＋273）（μm）（式 4-6） 式中，T 为绝对温度。 例如，当皮肤平均温度为 30℃时，其最强辐射波长为 2897/30＋273＝9.6μm，即 9600 nm，与黑体 的最强辐射波长 9660nm 相类似。黑体辐射的总能量比例于绝对温度的 4 次方（史蒂芬－玻尔兹曼定律， Stefan-Boltzmann Law），即： Qr＝σT 4 （式 4-7） 式中 Qr：辐射散热量（W）； σ：史蒂芬－玻尔兹曼常数，等于 5.67×10-8W/m2·K4 ； T：绝对温度。 动物一方面通过长波辐射散热，另一方面又从环境辐射得热，动物的辐射散热减去环境辐射得热， 才是净辐射散热，净辐射散热量主要取决于动物体表辐射面的面积和辐射面温度与环境温度的差。因此 动物的净辐射散热量可以下式表示之： Qr=Arσ(ε1T 4 bs-ε2T 4 a)（式 4-8） 式中 Ar：动物可发生辐射热交换的体表面积（m2）； σ：斯蒂芬-波尔兹曼常数（5.67×10-8 W/m2 .K4） ε1：动物体表的发射率（emissivity）； ε2：环境的发射率； Tbs：动物体表面温度（K）； Ta：环境的平均辐射温度（K）
发射率是指某种物体表面放射或吸收辐射能的能力。黑体能吸收全部外来的辐射能,一个完全的反 射体则完全反射外来的辐射能。一个善于吸收辐射能的物体,亦必是一个善于放射辐射热的物体。发射 率的大小自完全反射的0到完全吸收的1。除光亮的金属外,一切物体对红外线的放射率与黑体相似(表 4-2)。 无论动物被毛和周围物体的颜色如何,对红外线的辐射率均可以1表示 表4-2各种动物和物体表面对红外线的发射率 种类 颜色 发射率 0.95 白红黑白黑 0.95 0.95 绵羊(剪毛) 灰白 (被毛) 灰白 0.95 人(白人) 粉红 (黑人) 黑 青草 0.95 混凝土、砖 0.95 铜、铝、镀锌铁皮 有光泽 磨光的铝、镀锡铁皮 光亮 0.03 (E Curtis, S E. Environmental Management in Animal Agriculture. 1983) 环境平均辐射温度( mean radiant temperature,MRT)是表示环境辐射热平均强度的指标。某一环 境的MRT可根据黑球温度及其周围的气流速度按下式估计之。由于黑球温度的高低受黑球对流散热的 影响,故用风速校正之 MRI=t+24v0(tt)(式49) 式中tg和t分别为黑球和空气的温度℃),v为风速(m/s)。黑球温度( black- globe temperature)是表示 环境辐射热强度的指标,用黑球温度表测量之。黑球温度表为一直径为10~15cm漆黑的中空铜球,其 中插入普通温度表,置于要测量的环境中15分钟,读出温度表上的读数,即得黑球温度 如果知道动物被毛表面的温度和有效辐射面积及环境的平均辐射温度,在没有太阳辐射的影响下
10 发射率是指某种物体表面放射或吸收辐射能的能力。黑体能吸收全部外来的辐射能，一个完全的反 射体则完全反射外来的辐射能。一个善于吸收辐射能的物体，亦必是一个善于放射辐射热的物体。发射 率的大小自完全反射的 0 到完全吸收的 1。除光亮的金属外，一切物体对红外线的放射率与黑体相似（表 4－2）。 无论动物被毛和周围物体的颜色如何，对红外线的辐射率均可以 1 表示。 表 4－2 各种动物和物体表面对红外线的发射率 种类 颜色 发射率 牛 白 红 黑 0.95 0.95 0.95 猪 白 黑 0.95 0.95 绵羊（剪毛） （被毛） 灰白 灰白 0.95 0.95 人（白人） （黑人） 粉红 黑 0.95 0.95 黑土 黑 0.95 青草 绿 0.95 混凝土、砖 灰 0.95 铜、铝、镀锌铁皮 有光泽 0.25 磨光的铝、镀锡铁皮 光亮 0.03 （据 Curtis,S.E.,Environmental Management in Animal Agriculture,1983） 环境平均辐射温度（mean radiant temperature,MRT）是表示环境辐射热平均强度的指标。某一环 境的 MRT 可根据黑球温度及其周围的气流速度按下式估计之。由于黑球温度的高低受黑球对流散热的 影响，故用风速校正之。 MRT=tg+2.4v0.5(tg-ta) （式 4-9） 式中 tg和 ta分别为黑球和空气的温度(℃),v 为风速(m/s)。黑球温度(black-globe temperature)是表示 环境辐射热强度的指标，用黑球温度表测量之。黑球温度表为一直径为 10～15cm 漆黑的中空铜球，其 中插入普通温度表，置于要测量的环境中 15 分钟，读出温度表上的读数，即得黑球温度。 如果知道动物被毛表面的温度和有效辐射面积及环境的平均辐射温度，在没有太阳辐射的影响下
