家畜环境卫生学：第三章 光环境

第三章光环境太阳能-食物链-金字塔温室效应太阳辐射的光谱

辐射种类波长（nm）红外线300000~760

可见光760~400

红760~622

橙622~597

黄597~577

绿577~492

青492~480

蓝480~455

紫455~400

紫外线400~4StratosphericozoneabsorbsmostUVGasmoleculesscatterblues/violetsDustscattersreds/yellowsWatervaporscattersSW,absorbsLWGreenhousesgases(CO2)absorbLW大气层Light=reflected,absorbed,transmitted -dependsonλReflectance=albedoEarthalbedo=30%(Fig4.1)Leaves -absorbviolet,blue,red -reflect________ -transmitgreen,farIRLightabsorbedrapidlybywater地球表面LAI=leafarea/groundarea<1indeserts8indenseforests6atORNLFACELeafAreaIndex(LAI)光的分配ResponseofphotosynthesistolightBoglaurel-Chamadaphne

calyculata-30369120500100015002000Photosyntheticallyactiveradiation(PAR)Photosynthesis(umolCm^2)DryandhotDryandcoolLCP:PARwherePs=RsLSP:PARatPmaxRecall:AcclimatizationtolightAcclimatization=changeinphysiologyorformofanorganisminresponsetochangesinenvironmentWholeplantbasisShade-intolerantspecies(sunspecies)Shade-tolerantspecies(shadespecies)PhysiologyAcclimatizationtolightPlantcomponentbasisShade-leavesSun-leavesForm

{Large SmallThin ThickLow,inner High,outerLCPlow LCPhighLSPlow LSPhighPhysiology

{Temperatureintheenvironment——OrganismalheatbalanceHeatgain=f(solarradiation,thermalradiation,foodenergy,conduction,convection)Heatloss=f(thermalradiation,conduction,convection,evaporation)Heatgain=heatloss?PlantsPlantsexperienceawiderangeofenvironmentaltemperaturesTemperaturesdependonlocationreflectionofSWemissionofLWleaforientationleafsizeandshape,convectiontranspirationPhotosynthesisistemperature-sensitiveAvoidancevs.toleranceAvoidance–abilitytominimizeexposuretoadverseorextremeconditionsTolerance–abilitytoendureextremeconditions,orbreadthofconditionsinwhichorganismscanendurePlants:Coldtoleranceoravoidance(antifreeze,insulation,annualhabit)Heattoleranceoravoidance(biochemical,evapotranspiration–dependsonwateravailability,annualhabit)DiffersfromplantsMetabolismMovementBodystructureConduction,convection,evaporation,radiationEnvironmentsandtolerancesdifferTerrestrial=morevariable,greatertoleranceAquatic=lessvariable,lesstoleranceAnimalheatbalanceHomeotherms(endotherms,warm-blooded)–birds,mammalslessenvironmentallydependentwiderangeofthermalenvironmentsTemperaturesregulatedbymetabolisminsulationevaporationbehaviorProsandconshighmetabolicrates-->highactivityhighcostofmetabolism,excessheat,limitsonbodysizeAnimalsgroupedbasedonphysiologyPoikilotherms(ectotherms,cold-blooded)–inverts,amphibians,fish,reptilesmetabolismstronglycoupledtoenvironmenthighthermalconductance(readyexchangeofheat)10°Cincreaseintemp-->doubledmetabolismOperativetemperaturefordailyactivitycontrolledbybehaviorProsandconslowmetabolicrates;anaerobicrespirationlimitshighactivityenergycanbeallocatedtobiomassproductionavoidfoodandwatershortagesbodysizelessimportant,butstilllimitedbyheating/coolingacclimatizationisimportant(....aquariumfish)Heterotherms(endothermy+ecothermy)–flyinginsectsAnimalmechanismsforregulatingtemperatureTorpor–diurnaldeclineofbodytemptoambientduringperiodsofinactivity=energyconservationHibernation–seasonaltorpor(squirrels,butnotbears)Mechanismsoftemperatureregulation(homeostasis)-microclimate(baskingrattlesnakes)-insulation(fat/furkeepheatinorout)-evaporation(dopigssweat?)-hyperthermia(heatstorage;camel)-supercooling(tissuesdonotfreeze)-countercurrentcirculation(heatexchange)Avoidancevs.tolerance光照强度光照射在物体单位面积上所得到的光通量称为光照强度，简称照度，其单位是勒克司（lx）1lx指的是1流明（lm）的光通量均匀的分布在1m²表面上产生的光照度，单位时间内通过某一面积的光能称为光通量。即1lx=1lm/m²。

光与动物体光照射到动物机体上时，一部分被反射，另一部分穿入机体组织之内。后者有一部分被机体组织所吸收。紫外线几乎完全在表皮处被吸收，仅有小部分到达真皮的乳头和表面血管组织。（10-10

尔格、光电效应、光化学效应）红外线随波长逐渐增加，光线透入组织的深度亦逐渐增加。红光及其临近的红外线透入最深，可达数厘米。（光热效应）一、可见光作用机制光照强度、光色、光周期眼睛-视网膜-视神经-大脑皮层的视觉中枢-下丘脑，使其分泌促释放激素。头盖骨-脑神经-下丘脑，“视网膜外或脑感受器”。光-视神经-松果腺-褪黑激素的分泌-下丘脑下丘脑兴奋分泌的释放激素垂体前叶促性腺激素释放激素（GnRH）FSHLH促甲状腺激素释放激素（TRH）TSH促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）ACTH生长激素释放激素（GRH）GH光照强度与生长Deaton（1976）报道，低强度的间歇光照，对增重和饲料利用率都无不良影响，但12h黑暗使生长率下降。在21℃中，13lx、24h的持续光照的饲料利用率，比12h、205lx和12h、13lx两种强度交替的持续光照高；0.25h、13lx与1.75h黑暗交替的间歇光照，饲料利用率又高于13lx的持续光照。Ringer的结论是，5lx光照强度已能刺激肉用仔鸡的最大生长，而强度大于100lx则对生长不利。在人工光照40--50lx下，肥育猪表现出最高的生长速度，而光照强度过小或过大如5--20lx和120lx，则使平均日增重下降3.3%--11.3%光照强度与产蛋North（1972）采用的0.1~42.8lx范围内的不同光照强度对产蛋母鸡在45周产蛋期内平均每鸡产蛋量的试验结果显示：0.1lx下就可以正常产蛋，0.2lx可使产蛋增多，2.0lx使产蛋量达到很高水平，42.8lx产蛋量更高。Morris曾对各种不同光强度下的产蛋率进行了长时间的观察，他认为光照强度在0.12—37lx的范围内，产蛋率随着光照强度（对数）的增加而呈抛物线型上升。光照强度与繁殖

繁殖母猪舍光照强度从10lx提高到60--100lx：繁殖力+4.5%--8.5%初生窝重+0.7—1.6kg育成率增加+7%--12.1%仔猪发病率-9.3%强度每增加10lx，仔猪断奶窝重增加141g。还可使母猪断奶后同期发情。种公猪在光照强度<8--10lx饲养，繁殖机能下降，当每天给予8--10h、100--150lx的人工光照时，精液品质得到改善。光照强度与产乳Stanisiewshi等（1985）报道，乳牛夜间用荧光灯补充光照（536lx），每天的光照时间自9--12h延长到16—16.5h，产奶量提高2.2kg，但乳脂率下降0.16%。在春季每天把西门塔尔牛和杂种乳牛放出舍外3h或5.5h，能显著提高产奶量，除舍外的光照强度为舍内的20倍外，其它条件如温度、湿度等都相同，因而认为产奶量的增加，是由于光照强度的增大所致（Rako等，1952）光色（光的波长）红光下鸡趋于安静，啄癖减少，成熟期略迟，产蛋量稍有增加，蛋的受精率较低；在蓝光、绿光或黄光下。鸡增重较快，性成熟较早，产蛋量较少，蛋重略大，饲料利用率降低；公鸡交配能力增强，啄癖极少。光周期由于光周期的变化，使许多动物的繁殖（包括产蛋）都具有明显的季节性。长日照动物如马、驴等是在春季日照逐渐延长的情况下发情配种，故称之为“长日照动物”；英国肯特郡迈克亲王夫人原名玛利亚·克莉斯汀，奥地利贵族。修读纯美术，对英国历史及绘画尤有研究，常在欧洲各地及南北美洲的大学及美术馆作巡回讲学。喜爱大自然及动物，除了曾经闯荡非洲，还是一位知名的英国纯种马配种师。商周时代《夏小正》五月“颁马”分群放牧。《周礼·牧师》提到了“中春通淫”《周礼·校人》：“凡马，特居四之一。”马采取去势（“攻特”）《周礼》有“佚特”一项。“特”是留作种马用的公马，俟通逸，“佚特”就是使种马逸而不劳，保证其充沛的精力。母马和生下不久的幼马则有“执驹”一说。短日照动物绵羊、山羊等是在秋、冬日照逐渐缩短的情况下发情交配，故称之为“短日照动物”。高纬度、赤道高纬度地区由于光照的年周期变化比低纬度地区明显，所以动物繁殖季节性也较明显；赤道地区因光照的年周期变化不明显，动物繁殖也就没有明显的季节性。二、红外线的作用1热效应和营养作用红外线能量在皮肤和皮下组织中转变为热能，引起温度升高，血管扩张，皮肤潮红，局部血液循环加强，组织营养和代谢得到改善。热像应激2消肿的机理：局部血液循环得到改善的继发结果：血液循环旺盛，局部渗出物易被吸收消除、使组织张力下降，肿胀减轻。汗液3镇痛的作用：热本身对感觉神经有镇静作用热作为一种新的刺激，与疼痛冲动受到干扰肿胀减轻，也使肿痛减缓。营养改善、免疫物质、药物输送气功劳宫针灸（合谷）二、红外线的作用4色素沉着：红外线被吸收后破坏了细胞，分解了蛋白质，激活了酪氨酸酶，后者与色素原结合，使之变为黑色素，皮肤上即出现色素沉着。5协同杀菌：红外线还能加强太阳光谱中的紫外线的杀菌作用。6日射病：波长600~1000nm的红光和红外线能穿透颅骨，使脑的温度升高，7眼疾：波长1000~1900nm长时间照在眼睛上，水晶体及眼内液体温度升高，羞明、视觉模糊、白内障、视网膜脱离等眼部疾病。二、红外线的应用红外线灯作为热源，对雏鸡、仔猪、羔羊和病、弱畜进行照射，这不仅可以采暖御寒，而且还可改善机体的血液循环，促进生长发育。波长0.76—1000微米的红外线，可促进机体内酶分子的运动，改变酶分子的排列和结构，提高酶分子活性。而酶又是机体内各种化学反应的催化剂，酶分子结构或排列的改变可影响机体代谢过程。红外辐射可提高雏鸡成活率、蛋鸡产蛋率、肉鸡增重率以及饲料的转化率。紫外线的作用1、红斑作用在紫外线的照射下，被照射部位皮肤会出现潮红，这种皮肤对紫外线照射的特异反应称红斑作用。原发性红斑：毛细血管扩张继发性红斑：组织胺与类组织胺，导致皮肤发红和水肿。2、杀菌作用

细菌或病毒的蛋白质、酶和核酸能吸收相应波长的紫外线，使蛋白质发生变性离解，酶活性降低或消失，在核酸中形成胸腺嘧啶二聚体，DNA结构和功能受到破坏，从而导致细菌和病毒的死亡。280—302nm蛋白质的离解253—260nm变性，核酸对260nm的紫外线吸收的强度比蛋白质高30倍。杀菌作用最强。紫外线的杀菌作用可用于空气、物体表面的消毒及表面感染的治疗。还能破坏某些细菌的毒素（如白喉和破伤风毒素）。真菌对紫外线则具有较强的耐受力。3、抗佝偻病作用佝偻病是由于缺乏维生素D而发生的钙、磷代谢紊乱的疾病。家畜机体皮肤和皮下组织中存在7-脱氢胆固醇，在波长290~320nm紫外线的作用下可转变为VDз，以供机体所需。因而，紫外线具有抗佝偻病作用。青草中的麦角固醇，在青草晒干过程中，受紫外线照射，有一部分转变为VD²，是家畜冬季舍饲期间维生素D的主要来源。。由于波长270~320nm的紫外线，将麦角固醇和7-脱氢胆固醇转化为VD的能力最强，而这部分紫外线在太阳高度角小于35°时，一般不能到达地面，在高纬度地区，冬季应注意家畜进行人工紫外线照射或通过饲料补加维生素D。人工保健紫外线（280~340nm）照射畜禽，来提高其生产性能。4、色素沉着作用紫外线可使皮肤中的黑色素原通过氧化酶的作用，转变为黑色素，使皮肤发生色素沉着黑色素对光线的吸收能力，较机体其它部位的组织大数倍，特别是对短波辐射的吸收量更大。色素沉着是机体对光线刺激的一种防御反应。被色素吸收的光能则转变为热能，促使汗液分泌，因而增强了局部的散热作用；同时能防止太阳的短波辐射穿透