第一章 緒論
1.4 乳牛對熱緊迫之反應
1.4.4 熱緊迫對牛隻繁殖之影響
熱緊迫不但影響了牛隻的泌乳，同時也影響牛隻的繁殖性能表現，其影響的機 制如圖1.6。De Rensis and Scaramuzzi (2003) 指陳，熱緊迫對泌乳牛繁殖效率降低 之影響並非是經由單一途徑，諸如經由降低乾物質的採食量，間接的抑制由下視 丘-腦垂腺系統 (hypothalamo-pituitary system) 所分泌的 GnRH 與 LH；但是是否可 以直接的抑制下視丘-腦垂腺系統分泌 GnRH 與 LH 並不清楚；熱緊迫是可以直接 的影響子宮環境造成胚的損失與低生育率。
圖1.6 熱緊迫影響牛隻繁殖功能之可能機制。(De Rensis and Scaramuzzi, 2003) Figure 1.6 A schematic description of the possible mechanisms for the effect of heat
stress on reproduction in the lactating dairy cow. (De Rensis and Scaramuzzi, 2003)
熱緊迫會造成牛隻靜默發情 (silent heat)、乏情 (anoestrus) 與降低發情行為的 顯現，因而影響牛隻的繁殖效率。Nobel et al. (1997) 指出荷蘭牛每次發情的牛隻 駕乘數，冬季約為夏季的 2 倍，分別為 8.6 次與 4.5 次。熱緊迫亦影響牛隻內分 泌的分泌形式，熱緊迫降低了排卵素 (luteinizing hormone, LH) 分泌的脈衝與高度 (pulse and amplitude)，這種低的 LH 分泌模式導致優勢濾泡 (dominant follicle) 的
遲滯與延遲排卵，雌素二醇 (oestradiol) 分泌降低也影響發情行為的顯現，因此造 成生育率的低落 ((De Rensis and Scaramuzzi, 2003))；同時遲滯的優勢濾泡，產生 老化與低品質的卵子，因此降低了懷孕率 (Diskin et al., 2002; Bridges et al., (insulin-like growth factor-I, IGF-I) 與葡萄糖濃度降低，造成濾泡發育不良、發情表 現不明與卵子的品質低落，也會間接的影響了牛隻的繁殖性能 (Ronchi et al., 2001)。同樣的，熱緊迫造成公牛陰囊與睪丸的過熱，導致不成熟與畸形精子比例 的增加，因而影響受精能力 (Hansen, 1997)。
1.5 改善牛舍降溫紓解牛隻熱緊迫之策略
熱緊迫造成乳牛產業嚴重的經濟損失，這些損失包括降低採食量 (West, 1994)、增重、乳量及繁殖效率等 (Hansen et al., 2001)，更嚴重時可導致死亡。以 美國為例，熱緊迫造成畜產業一年的經濟損失達 16.9 到 23.6 億美元，其中酪農 產業約佔一半，損失達 8.8 到 15 億美元，因此需要投入更多的研究與資金來研 發有效的熱緊迫紓解對策 (St-Pierre et al., 2003)。
Beede and Collier (1986) 建議自牛舍環境改善、耐熱品種選拔及營養管理三 方面來減緩乳牛熱緊迫，其中以牛舍環境改善是最有效與直接的方法。本研究致
遮蔭可以減少太陽照射的輻射熱，但對於空氣溫度與相對濕度並無降低的效果，
因此泌乳牛在濕熱環境下，除了須提供更大面積的遮蔭外 (4.2 至 5.6 m2)，仍須提 供其他降溫方法來紓解熱緊迫 (Buffington et al., 1983)。
1.5.2 噴水與吹風 (sprinkler and fan cooling systems)
噴水與吹風是一種普遍用來減少熱緊迫的方法，利用噴水淋濕牛隻表皮，再 以風扇吹風加速表皮上水的蒸發來達到蒸發散熱的目的。以同一原理進行降溫的 還有水滴很細的噴霧系統 (fog or mist system)，但此一系統不被建議用在濕度高的 環境，因為微細的水滴在高濕度下會產生蒸氣浴 (steam bath) 的效應，而取代了 冷卻的效果 (Bucklin et al., 1991)。
Hillman et al. (2001) 以每秒鐘 0.2, 0.9, 或 2.2 m 風速搭配不噴水、每 40 min
噴水或每20 min 的噴水頻度，探討對牛隻體表蒸發散熱的影響，結果指出單獨增
加風速即可以明顯增加體表熱的排除，體表熱排除量自單獨每秒 0.2 m 風速處理 的100 watts/m2，增加到2.2 m/s 風速的 480 watts/m2，增加4.8 倍；增加風速再與 噴水處理配合，更顯著提高體表熱的排除效率，每秒0.2 m 風速下每 20 分鐘噴水 一次的處理的體表熱排除量，增加為440 watts/m2，增加噴水處理增加4.4 倍排熱 效率；每 20 分鐘噴水一次的處理下再增快風速到 2.2 m/s，體表熱排除量增加為 900 watts/m2，又較低風速時增加2 倍的排熱效率 (圖 1.7)。噴水及吹風是有效並且 最經濟的牛隻降溫措施 (Hillman et al., 2005)。
在Florida (Strickland et al., 1989), Missouri (Igono et al., 1987), 與 Kentucky (Turner et al., 1992) 進行噴水吹風降溫方式的田間試驗，設定噴水啟動溫度為 25ºC，噴水時間為 1 - 3 min，然後停止 4.5 - 15 min，風扇在系統啟動時維持運轉。
這種降溫方式可以增加飼糧採食量7.8%，提高產乳量 2.5 kg/day，降低體溫 0.2 - 0.5ºC 及減少呼吸速度 29 %。Chastain and Turner (1994) 推薦在乾燥環境下，將牛
隻毛髮吹乾之風速須要達到每秒 2.04 m，但在潮濕的氣候環境下，風速須要增加
到每秒 2.9 - 4.0 m 才足夠。另外，由於噴水與吹風的降溫方式須使用大量的水，
必須注意水的衛生清潔，以避免疾病的傳播 (Turner et al., 1992)。
圖 1.7 噴水頻度及風速對體表散熱之影響 (Hillman et al., 2001)。
Figure 1.7 Total heat loss from the sample skin for different levels of wetting and airflow (Hillman et al., 2001).
1.5.3 隧道式抽風 (tunnel ventilation)
隧道式抽風系統的設計是在一密閉畜舍，一端裝置足夠數量的抽風扇，將空 氣自另一端抽入畜舍內，其主要是藉由迅速的將包圍在動物身體週圍的熱與濕度 帶走排除，來增加經由對流 (convection) 的熱散失，因此使用隧道式抽風系統的 牛舍，會比使用自然通風系統牛舍，有較低的舍內溫度，並減少牛隻一日中曝露 於熱緊迫的時間；但較高的耗電量是其缺點 (Stowell et al., 2001)。
隧道式抽風系統設計成功與否，取決於牛隻周遭的風速 (air speed at cow level) 與空氣交換速度 (air exchange rate) 是否足夠。Shearer et al. (1991) 建議，牛隻周 遭的風速要達到每秒2.5 - 3 m (500 - 600 fpm, feet per min)，才足以提供牛隻冷卻的 效果；同時田間試驗結果顯示，在熱的環境下，每頭牛須要的空氣交換速度為每 秒0.5 m3 (1,000 cfm, cubic feet per min)。另外，在設計牛舍時須考慮是否有足夠的 進氣面積來配合最大的抽氣量，以免因進氣不足造成風扇過負荷而降低效率，研 究報告建議為配合每秒0.19 m3的風扇抽氣量，至少須要有930 cm2 (1 ft2) 的進氣 面積 (Gooch and Timmons, 2000)。
1.5.4 隧道式抽風與蒸發冷卻 (evaporative cooling system)
在隧道式抽風畜舍的進氣端裝置水簾，當空氣被抽入時經過水簾上的流水而 降溫，這種畜舍簡稱為水簾畜舍 (tunnel-ventilated water-padded barn)，在猪與雞的 降溫飼養上已非常成功的運用，近年來也運用在乳牛舍方面。高溫下，牛以排汗 與喘息為主要排熱的方式，因此牛在低相對濕度下較能耐受高溫，在高相對濕度 時則不利體熱的排除 (Hillman et al., 2001)，蒸發降溫隧道式牛舍造成高的相對濕 度，因此一直被認為不適宜用來紓解高濕環境的乳牛熱緊迫，東非與東南非的研 究指出，蒸發降溫紓解牛隻熱緊迫的方法適用於乾燥地區 (Bengtsson and Whitaker, 1988)。然而，近年來電子科技與環控技術的進步，全球暖化與氣候大幅度變遷，
加上連續熱浪襲擊美國造成牛群大量的損失，蒸發降溫隧道式牛舍再度成為研究 的對象。美國東南的 Mississippi 州的夏季較為濕熱，Smith et al. (2006a,b) 比較隧 道式蒸發散熱與蔭棚+風扇+噴水兩種降溫系統對泌乳牛之影響，結果顯示隧道式
皮膚溫度與陰道溫度 (Armstrong et al., 2004; Smith et al., 2005)，這樣的系統結合了 隧道式抽風、水簾降溫入氣、直接牛體噴水降溫與足夠的風速等多項策略優勢，
調牛舍與一般牛舍對飼養泌乳前期高產牛的效果，得知空調牛舍可降低牛隻分娩 後之失重，並縮短分娩後再發情的天數，同時具有提高產乳量與降低生乳體細胞 數之效果。蕭等 (1994，未發表資料) 在夏季以待配女牛進行配種效率比較試驗，
荷蘭種女牛分別飼養於空調牛舍與一般開放式牛舍，飼養於空調牛舍女牛有較高 的懷孕率，國內研究結果也皆因所需電費過高，不符合經濟效益而無法推廣應用。
泌乳牛舍使用冷氣空調，每一頭牛至少須消耗 2,500 J/s (W) 的電能，因此美 國農業工程學會推薦空調牛舍僅適用於在高濕熱環境下之高產泌乳牛群 (ASAE Standards, 2008)。Bray et al. (2003) 比較空調牛舍與一般牛舍加上噴水吹風的兩個 降溫系統，以 THI 值為指標，得到空調牛舍全日時間皆低於 72，相對的，一般 牛舍與外界環境的THI 值幾乎相同，白天 THI 皆高於 75 (圖 1-8)。試驗之空調牛 舍長 70 m，寬 25 m，屋簷高 4.5 m，使用 25 Ton (87.9 kw) 之空調系統，設定溫 度為 21℃。試驗的 64 日期間，平均每月耗電量為 90,000 kwh，相當於 5,400 美 金之花費。該作者認為在濕熱環境下，唯有空調才能使牛舍環境之THI 值低於 72。
圖1.8 冷氣降溫牛舍在 64 日試驗期間的平均 THI 變化 (Bray et al., 2003)。
Figure 1.8 Average values of the Index of Temperature and Humidity (THI) for 64 days (Bray et al., 2003).
另一種變通的空調方式稱為區域冷卻法 (zone cooling)，是將空氣降溫到牛隻 舒適帶的溫度，再直接吹向牛隻的頭部與頸部，提供牛隻舒適環境的感覺，因而 提高採食量與乳產量。Hahn et al. (1965) 利用此方法，將空氣降溫到 15°C，以 0.7 - 0.85 m3/min 的空氣量吹向牛隻頭部，可以提高產乳量。
1.5.6 其他降溫方式
在 1988 年夏天，美國 Florida 州有約 30% 的乳牛群使用水塘 (pond) 來降 溫，由於 Florida 州水資源充沛，人工水塘提供新鮮流動的水源，因此並未提高乳 房炎發生比率 (Bray and Shearer, 1988)。直接淋浴 (shower) 是利用傳導與蒸發散 熱的方法，提供適度數量的水淋浴20 s 後，在用約 10 min 吹乾牛隻。通常以定時 器控制全場每90 - 120 min 啟動一次淋浴，若場地過大，則可使用牛隻自動感應器 來啟動 (Chiappini et al., 1992)。這樣的方式使用水量大，會造成地板溼滑、增加廢 水量與泥濘，同時使用的水必需清潔以防止疾病傳染 (Frazzi, 2002)。以色列牛舍 多以糞便為乾式墊料，因此加強每日數次牛隻在擠乳等待區的噴水吹風降溫處 理，是有效的降溫措施 (Flamenbaum and Ezra, 2007)。屋頂灑水 (water on roof)，
是利用水吸收太陽的輻射熱然後蒸發，將熱散發到外面空氣中，如此可以減少太 陽輻射熱進入畜舍內 (Nevander and Elmarsson, 1994)。
1.6 台灣的氣候環境
台灣地處亞熱帶，夏季除了高溫問題，嚴重的高濕問題更甚於世界其他很多 地區，因此所造成的高溫高濕型熱緊迫一直是台灣乳牛性能表現的瓶頸。自2000 年至2009年近10年來，由位於畜產試驗所站號 B2N89 的農業氣象站 (東經120º 26’北緯23º 04’，海拔31 m) 所測得的月平均氣溫與相對溼度及依此計算的溫濕度 指數的變化趨勢，繪如圖1.9所示，數據經統計整理，熱季 (5 – 10月) 月平均氣溫、
RH與THI，已分別達到27.1℃、84.0%與78.8 (表1.3)。
表1.3 自2000至2009年間畜產試驗所農業氣象站 (B2N89) 所測得的涼熱季氣溫、
相對溼度與溫濕度指數
Table 1.3 Daily air temperature, relative humidity and temperature-humidity index at Livestock Research Institute of Taiwan during cool and hot season from 2000 to 2009 (Meterorological Station B2N89)
Season
圖1.9 自 2000 至 2009 年畜產試驗所 B2N89 農業氣象站 (東經 120º 26’北緯 23º 04’，海拔 31 m) 所測得的月平均氣溫、相對溼度與溫濕度指數變化。
Figure 1.9 Monthly averages of air temperature, relative humidity and temperature- humidity index at Livestock Research Institute of Taiwan from 2000 to 2009 (Meterorological Station B2N89).
圖1.10 台灣各地區1976至2005年之月平均溫濕度指數 (●為最高THI，○為平均
圖1.10 台灣各地區1976至2005年之月平均溫濕度指數 (●為最高THI，○為平均