Marian Lipiński
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Instytut Inżynierii Biosystemów
Na warunki bytowania zwierząt, które powinny tworzyć im poczucie dobrostanu, składają się między innymi takie czynniki jak: prawidłowe rozwiązania techniczne pomieszczeń, oświetlenie, cechy chemiczne i biologiczne powietrza oraz optymalny, ustabilizowany mikroklimat, panujący w otoczeniu. Tymczasem klimat wokół dynamicznie ociepla się i to w skali przestrzennej, zarówno globalnej jak i punktowej.
Większość zaobserwowanych przejawów ocieplenia w ostatnim półwieczu jest zapewne wynikiem wzrostu stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze. Na przyszłość prognozuje się dalszą kontynuację tego zjawiska, a nawet wzmożenie ocieplenia. Oczekujemy wzrostu częstości występowania w Europie fal letnich upałów, co i nas dotyczy. Przy wysokich temperaturach i podwyższonych wilgotnościach względnych, krowy nie mogą pozbyć się nadwyżek energii cieplnej by chronić się skutecznie przed wzrostem temperatury ich ciał. Wywołuje to stan napięcia, czyli stres cieplny, tym silniejszy, im więcej mleka zwierzę produkuje. Krowa dająca 18,5 kg mleka dziennie wytwarza o 27,3% więcej ciepła niż krowa zasuszona, a produkująca 31,6 kg mleka wydziela go aż o 48,5% więcej. Wskutek upału zwierzęta tracą apetyt. Do stresorów środowiskowych, niekorzystnie obniżających pobieranie paszy przez krowy, zalicza się jeszcze: złe legowiska i małą przestrzeń dostępną dla krów.
Problem reakcji krów na warunki temperaturowo-wilgotnościowe zauważano już dawno temu. W internecie łatwo znaleźć napisaną w 1874 r. bardzo interesującą pracę dyplomową Pana Juliusza Liszki, przygotowaną w Szkole Rolniczej im. Haliny, prekursorce Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. Przeczytać w niej można między innymi: „każda pora roku wywiera znaczny wpływ na jakość i ilość mleka” i że „niekorzystnie wpływa na wydajność mleka: zbytnie gorąca lub zimna, silne a zimne wiatry i zbytnia wilgoć; dobrze zaś wpływa na wydajność mleka: umiarkowany klimat i więcej wilgotna niż sucha atmosfera”. Autor za optymalną dla krów mlecznych temperaturę uznawał 8‑12 R. Jego „R”, to chyba stopień Réaumura (dziś zapisywany jako Ré). W skali Celsjusza odpowiada to temperaturom od +10 do +18ºC.
Od czasów Liszki do współczesności nie udało się precyzyjnie określić jakie są najlepsze dla krów ramy temperatur. W europejskiej literaturze w optymalnym zakresie mieszczą się temperatury od -7ºC do +18ºC, choć spotkać można informacje, że nie powinno być w oborze chłodniej niż +8ºC. Satysfakcjonujące wilgotności względne to przedział 60-80%.
Temperaturę i wilgotność względną powietrza ciągle uważa się za istotne, główne czynniki mikroklimatu, działające wspólnie. Parametrem łączącym je razem jest wymyślony pół wieku temu w USA wskaźnik – indeks „THI” (Temperature Humidity Index). Ostatnie doświadczenia przeprowadzone u nas wskazują, że można z powodzeniem, w ocenach zależności między parametrami klimatu a produkcją mleka przez krowy, wykorzystywać również sztuczne sieci neuronowe.
THI wyliczać można na kilka sposobów, podanych niżej. We wszystkich przytaczanych wzorach zastosowano ujednoliconą symbolikę oznaczeń:
TS – temperatura mierzona
suchym termometrem [ºC]
TM – temperatura mierzona
mokrym termometrem [ºC]
TR – punkt rosy [ºC]
W – wilgotność względna
powietrza [%]
WSPD – prędkość powietrza
(m · s-1)
RAD – natężenie promieniowania
słonecznego (W · m-2)
Oto wzory do obliczeń THI:
THI = 1,8 (0,35 TS – 0,65 TM) + 32
THI = 1,8 TS + 32 – (0,55 – 0,0055 W)
(1,8 TS – 26)
THI = TS + 0,36 TR + 41,2
THI = 1,8 TS – (1 – W) (TS – 14,3) + 32
THI = 0,8 TS + W (T – 14,4) + 46,4
Parę lat temu pojawił się kolejny wskaźnik – THIadj. Literki „adj.” oznaczają „adjustowany”, inaczej poprawiony THI. Zmodyfikowany THI uwzględnia oprócz warunków temperaturowo-wilgotnościowych dodatkowo prędkość ruchu powietrza i natężenie promieniowania słonecznego. Obliczany jest z zależności:
THIadj = 4,51 + THI (1,992 WSPD) + 0,0068 RAD
Nie tylko temperatura powietrza i jego wilgotność względna służą do obliczania wskaźników stresu cieplnego. W Brazylii wykorzystywane są wskaźniki bazujące na temperaturach mierzonych w odbytach krów (ITC). Liczenie odbywa się według wzoru:
ITC = 100 – 18 (t – 38,33)
W powyższej regule „t”, to wspomniana średnia temperatura mierzona w odbycie krowy.
Interpretacje wartości THI na tle zagrożeń krów stresem cieplnym są w literaturze zbieżne, ale nie identyczne. Dolną granicą stresu cieplnego jest zwykle liczba 72. Powyżej tego progu każdy przyrost wartości THI o jednostkę skutkuje stratą produkcji o 0,2-0,9kg mleka dziennie na krowę. Potwierdzają to nasze badania dotyczące relacji między zmieniającymi się indeksami temperaturowo-wilgotnościowymi (THI) a produkcją mleka. Obserwacje objęły okres trzech lat i prowadzono je w dwóch wielkopolskich fermach, gdzie utrzymywano łącznie ponad 600 krów dojnych o dużych wydajnościach. Przy okazji stwierdzono, że wzrostowi indeksów THI towarzyszy spadek zawartości w mleku tłuszczu, białka i mocznika. Analogiczne informacje płyną ze świata. Stres cieplny u krów ogranicza nie tylko ich wydajność mleczną, ale wpływa też na poziom składników mleka. Spada zawartość suchej masy mleka, mniej jest tłuszczu o 0,4%, białka o 0,2%, zmniejsza się również zawartość laktozy. Zmiany zawartości laktozy w mleku zauważyli też uczeni z Bałkanów, porównując mleko dojone w kwietniu i maju (4,45%) z pozyskiwanym w lipcu i sierpniu (4,63%). Po stresie cieplnym mniej jest kazeiny w mleku, ale nie dotyczy to frakcji kappa‑kazeiny, której jest zawsze tyle samo. Zwraca się też uwagę na implikacje zdrowotne stresu cieplnego u krów, polegające nie tylko na obniżeniu między innymi poziomu ważnych technologicznie składników mleka, ale i na wywoływaniu kwasicy. Szok temperaturowy wzmaga wytwarzanie wolnych rodników, co prowadzi do stresu oksydacyjnego. Podkreśla się korzystne działanie selenu, którego nie może brakować w paszy podczas upałów. Spowodowany stresem cieplnym spadek produkcji mleka zachodzić może z opóźnieniem czasowym. Według jednych są to dwa dni, a według innych nawet cztery dni. Z naszych badań wynika, że zależności te występują, ale są słabe.
Są badacze piszący, że wystąpienie THI = 71 powinno być ostrzeżeniem. Inni sądzą, że alertem jest THI = 70, a nawet THI = 68. Przesuwanie się w dół progu stresu cieplnego spowodowane jest postępem w zakresie wydajności mlecznej krów. Co ważne: wartość THI = 68 pojawia się przy temperaturze +22ºC i wilgotności względnej od 45%. Taki stan często występuje w klimacie umiarkowanym (wyniki badań amerykańskich sprzed 2 lat). Nowozelandzcy producenci mleka zwracają uwagę na rasowe uwarunkowania wrażliwości krów na stres cieplny. Efekty stresu u krów rasy hf pojawiają się przy THI = 68, a u rasy jersey znacznie później, bo dopiero przy THI = 75. Zachodzą relacje między wartościami wskaźników THI a intensywnością oddychania krów mlecznych. Przy THI mniejszym od 74, krowa oddycha znacznie wolniej niż gdy THI wynosi od 75 do 78. THI ponad 84 powoduje jej intensywne ziajanie.
Wartości THI i ich stresowe konsekwencje są zatem w piśmiennictwie zróżnicowane. W Internecie wyszukać można stosowne ryciny i nomogramy pozwalające określić relacje między wartościami THI a skalą zagrożeń. Mimo różnic w podejściu konkretnych autorów do zakresów liczbowych THI, najogólniej daje się je sklasyfikować następująco:
- do 71 – brak stresu,
- 72-79 – lekki stres,
- 80-90 – silny stres,
- pow. 91 – bardzo silny stres.
W ubiegłym roku rozpoznaliśmy zjawisko pojawiania się u nas niekorzystnie wysokich wartości THI. Zebraliśmy dane z pięciu stacji meteorologicznych na terenie Wielkopolski i z dwóch z północno-wschodnich rubieży naszego kraju. Okazało się, że w sezonie letnim 2013 r. w Wielkopolsce, zależnie od miejsca pomiarów, THI większe lub równe 72 występowało w czasie od 313 do 1343 godzin. Na północnym wschodzie Polski trwało to tylko 164 godziny. Są to poważne różnice! Incydentalnie w Wielkopolsce stwierdzano THI powyżej 90. Trwało to na szczęście tylko przez łącznie 7 godzin w całym sezonie.
Ochronie krów przed stresem cieplnym służą dziś w oborach urządzenia techniczne: wolnobieżne sufitowe wentylatory o bardzo dużych średnicach wirników i mniejsze, o dość standardowych gabarytach, wentylatory osiowe, lekko pochylone w kierunku posadzki. Wentylatory te, zwane też mieszaczami powietrza, mogą być wspomagane pracą dysz rozpylających wodę. Wentylatory ochładzające bydło mogą być załączane automatycznie, np. na podstawie sygnałów o temperaturze i wilgotności względnej powietrza przeliczanych elektronicznie na aktualne wartości THI. Przekroczenie zaprogramowanego progu THI spowoduje załączenie systemu wentylacyjnego. Niestety wymienione urządzenia wymagają dostarczania energii elektrycznej i generują koszty.
Wskutek ocieplania się klimatu coraz większego sensu nabierają zmiany w konstrukcji obór, polegające na minimalizacji powierzchni ścian bocznych, a nawet ich eliminacji lub „wyprowadzanie” bydła na zewnątrz, ale pod dach. Tendencje te obserwowane są nie tylko na Południu, ale też w warunkach klimatycznych Europy Centralnej. Przykładowe rozwiązania z basenu Morza Śródziemnego i Europy Środkowej pokazują zamieszczone w artykule fotografie.