Seminarium: När fryser nötkreatur Tid och plats: Måndagen 8 maj kl Nya Aulan, Alnarpsgården Alnarp

Transkript

1 Seminarium: När fryser nötkreatur Tid och plats: Måndagen 8 maj kl Nya Aulan, Alnarpsgården Alnarp Detta seminarium avser ge en vetenskaplig belysning av hur nötkreatur påverkas av och hanterar kallt klimat. Seminariet anordnas av institutionen för Jordbrukets Biosystem och Teknologi, SLU, Alnarp, i samarbete med Partnerskap Alnarp. Program Principer för djurens värmereglering Professor Krister Sällvik Hur kan nötkreatur klara kallt väder? Veterinär Per Michanek Nytt projekt: Hur är klimatet i olika väderskydd för köttdjur? Forskare Knut Håkan Jeppsson Diskussion och slutsatser Panel Hur kan man veta hur djuren klarar kyla? Nötkreaturs förmåga att klara köld kan beskrivas genom att beräkna djurens värmebalans. Den värme som alstras genom ämnesomsättningen skall hela tiden avges om djuren skall kunna hålla sin kroppstemperatur konstant. Detta förhållande har använts av forskare sedan slutet av 1950-talet. Det är ofta en kombination av fysiologer och fysiker (tekniker) som konstruerat dessa värmebalansberäkningar. Beräkningarna har förfinats allt mer och underlag från olika undersökningar läggs in allt efter. Vi vill betona att djurens värmeavgivning följer fysikens lagar! Antar man ett visst djur med angivande av ras, vikt, foderintag och pälstjocklek kan man beräkna hur kallt det kan vara innan djuret inte kan upprätthålla sin kroppstemperatur vid en given utfodringsnivå. I beräkningarna kan man även ta hänsyn till om pälsen är blöt och hur mycket det blåser. I den senast utvecklade beräkningen tar man även hänsyn till hur djuren själva minskar sina värmeförluster vid kraftig kyla genom att orientera sig i förhållande till vind och andra djur. För nötkreatur som går ute och anpassat sig och är friska och får foder kan det vara ner till -20 till -30ºC och blåsa 5 m/s utan att de behöver öka sitt foderintag för att behålla kroppsvärmen. Ökar de sitt foderintag med måttliga 10 % kommer de kunna tåla temperaturer på nedåt -28 till -37ºC innan foderintaget måst öka ytterligare. Definition av köldstress Den normala definitionen är när kroppstemperaturen sänks. Normalt från 37,5ºC till under 34-35ºC. Ett synligt tecken på köldstress är köldskakningar, huttrande. För nötkreatur som är i bra kondition innebär köldstress att värmeförlusterna överstiger maximum av vad den metaboliska värmeproduktionen klarar för att hålla kroppstemperaturen konstant. Hur används ordet köldstress? Vid mycket låga temperaturer, när djuren inte längre kan öka sin energikonsumtion genom att öka sitt foderiintag kommer djuret på kort sikt kunna ta energi från egna kroppsdepåer. Det är först när köldexponeringen är så stor att djuren inte kan bibehålla sin kroppstemperatur som sk köldstress uppstår. Fortsatt exponering för lägre temperaturer resulterar i hypotermi, dvs

2 kroppstemperaturen sjunker och det blir en försämrad förmåga hos djuret att producera metabolisk värme och om temperaturen inte stiger dör djuret. Djur som fått anpassa sig till kallt uteklimat och erhåller tillräckligt med mat har en bra päls är mycket köldhärdiga och vilket medför att dom i torra och kalla regioner knappast utsetts för direkt köldstress. Däremot indikerar praktiska erfarenhet att hög fuktighet och blåsiga förhållanden associeras med sämre termisk komfort för djuren. Några systematiska och kontrollerade försök med anpassade djur har inte stått att finna. I svenska studier har det dock inte påvisats några tecken på köldstress hos nötkreatur i utedrift. Djuren agerar så att de minimerar värmeavgivningen I praktiken kommer djuren att anpassa sig på en rad olika sätt gör att de undviker att utsätta sig för köldstress: Energiavgivningen kommer minska, genom minskad blodgenomströmning i perifera kroppsdelar, Djuren kommer uppsöka platser som är mer skyddade, t ex med mindre lufthastighet/vind, Djuren kommer placera sin kropp i en position mot vinden som minimerar värmeavgivning. Den sk vindavkylningsfaktorn har i tidigare beräkningar överskattats Ämnesomsättningen kommer styras mot att blir mer värmeproducerande än mot produktion Foderintaget och därmed energiintaget kommer att öka vilket direkt kompenserar för den ökade värmeavgivningen På kort sikt kan djur i gott hull använda kroppsreserver för att upprätthålla kroppstemperaturen. Djuren kommer uppehålla sig mer i flock för att utnyttja varandra som värmekällor och vindskydd. Nytt projekt kommer belysa naturliga och byggda klimatskydd JBT har nyligen startat ett projekt där närmiljöns klimat för köttdjur kommer att studeras. Olika klimatskydd kommer jämföras: Inget skydd kommer att jämföras med klimatet i skogsdunge, skogsdunge med tak, tak och vindstaket samt väderskydd med tre väggar och tak. Mätningarna kommer att genomföras under 6 vintermånader 2006/2007. En modell som avger värme på samma sätt som ett köttdjur kommer att användas för att mäta klimatpåverkan i de olika väderskydden. En väderstation skall samtidigt registrera väderleken. en i respektive väderskydd ger ett mått på väderskyddets klimatskyddande förmåga. Hur mycket värme ett djur producerar kommer att beräknas och beror av djurets produktion, vikt, fodernivå samt värmemotstånd i kroppsvävnad och päls. Jämförelser mellan uppmätt värmeavgivning från de olika väderskydden och hur mycket värme ett djur producerar ger en vetenskaplig värdering av hur lång tid av vintern som köttdjur är i godtagbar termisk närmiljö. Projektet finansieras av FORMAS. Panel Seminariet avslutas med en panel där föredragshållarna och andra experter från bl a JBT kommer kunna svara på frågor om djurens värmebalans och utedrift av nötkreatur.

3 När fryser nötkreatur? Principer för djurens värmereglering Krister Sällvik Professor i jordbrukets byggnadsfunktion Värmebalans för djur - vad är det? All den värme djuren producerar genom sin ämnesomsättning måste avges till omgivningen Producerad värme = avgiven värme = Värmebalans för djur - vad är det? MUSKELARBETE omgivning svettning Produktion Kroppstemperatur andning Ämnesomsättning till luft Djurets värmebalans Vad innebär det för djuret? Våra husdjur liksom vi människor är konstantvarma dvs vi måste hålla kroppstemperaturen konstant Detta gäller under mycket skiftande yttre förhållanden Vinter och sommar Dag och natt Hur länge räcker värmen inne i djuret för att hålla värmebalansen när det är kallt? Svaret kan ges genom att beräkna värmebalansen 1

4 = = behov av foder INNE djuret genom ämnesomsättningen beror på MUSKELARBETE Basala livsfunktioner - beror på kroppsvikten Högre tillväxt = högre värmeproduktion Mer tillväxt i form av protein (muskler) = mer värmeproduktion Fosterutveckling speciellt i slutet av dräktigheten Muskelarbete Mer grovfoder i foderstaten = mer värmeproduktion Kroppstemperatur För dessa processer krävs energi som måste ges genom fodret eller genom att djuret använder egna energireserver Djuret har TVÅ principer att avge värme till omgivningen 1. Alstra vattenånga i hud eller andningsvägar BUNDEN värmeavgivning 2. Till omgivningens luft eller ytor genom * Strålning * Konvektion (luftströmning) * Ledning FRI värmeavgivning Fysikens lagar för värmetransport styr värmeutbytet mellan djuret och omgivningen Det är INNIFRÅN djuret värmebalansen skall bedömas och beräknas Varför måste värmebalansen ses inifrån djuret? Oberoende av om den termiska omgivningen är: kylig och kall, behaglig och skön eller varm och het, gäller alltid följande villkor för djuret Produktion en inne i kroppen är konstant All producerad värme MÅSTE avges Kroppstemperaturen skall hållas konstant 2

5 Hur avger djuret fri värme? Total värmeavgivning = Fri + Bunden (Avdunstning) Med FRI VÄRME menas att djuret avger värme torrt till luft eller omgivande ytor inklusive golv med en kombination av de principer som beskrivs och styrs av följande fysikaliska lagar: STRÅLNING LEDNING KONVEKTION (luftströmning) FYSIKENS LAGAR GÄLLER - ÄVEN FÖR DJUR! Allmänt uttryck för FRI värmeöverföring Det är temperaturskillnad och isolering som styr FRI värmeavgivning = Temperaturskillnad, T, Ytan Värmeledningstal Djurtemperatur minus omgivningstemperatur 1 Värmeledningstal, U-värde = Värmemotstånd (R) TRE lager värmemotstånd från djurets inre till omgivande luft R kropp = R vävnad + R päls + R se Yttre Päls övergångsmotstånd Kroppsvävnad Djurens kroppsyta - A Allmänt samband mellan vikt, m, i kg och kroppsyta som gäller för möss till elefanter A = 0,09 m 0,67 (m 2 ) genom strålning Värme går alltid från varmt till kallt är proportionell mot temperaturskillnaden Vid strålning sker värmeavgivningen UTAN att mellanliggande medium (luft, vatten) påverkas. Exempel: Solstrålning = vi tar emot Nattstrålning = vi avger. Frost på biltaket trots + grader ute Värmelampa. IR-strålare. Fönster strålningsdrag 3

6 Hur reglerar djuret sin kroppstemperatur när det börjar bli kallt Kombinera fysiologi och fysik för att beräkna hur kallt det kan vara innan djuret fryser Kroppstemperatur Djuren kan påverka den fria värmeavgivningen genom att: ändra värmemotståndet i kroppen dra ihop blodkärl ändra värmemotståndet i pälsen resa päls, burra upp sig genom sitt beteende stå nära varandra, läa varandra, söka lä, söka sol = värmeavgivning Om vi vet hur mycket djuret väger och äter kan vi beräkna hur mycket värme det alstrar. Vi vet djurets isoleringsförmåga i vävnader och päls Vi kan antaga vindhastighet. Sedan är det bara att räkna med fysikens lagar hur kallt det kan bli innan värmeproduktionen inte räcker till Grafisk beräkning av undre kritiska temperaturen, LCT -1 OBS: Vid givet foderintag Grafisk beräkning av LCT -2 Total värmeavgivning, P tot Total värmeavgivning Minsta bunden Tillgänglig FRI värme Djurets kroppstemp Omgivningstemperatur Djurets kroppstemp Omgivningstemperatur Minsta bundna värmeavgivning FYSIKENS LAG FÖR DJURENS FRIA VÄRMEAVGIVNING När omgivningstemperaturen närmar sig LCT kommer djuret att minimera den bundna värmeavgivningen som sker genom ångdiffusion genom huden och andning FRI värmeavgivning = Temperaturskillnad, T, Ytan Värmeledningstal Djurtemperatur minus omgivningstemperatur 1 Värmeledningstal, U-värde = Värmemotstånd (R) 4

7 Värmemotstånd hos djuret Grafisk beräkning av LCT - 3 R kropp = R vävnad + R päls + R se När vi skall beräkna undre temperaturen för värmebalans, LCT, vid ett givet foderintag används för R vävnad + R päls de högsta värdena. vid största möjliga värmemotstånd i vävnader och päls Total värmeavgivning Minsta bunden värme R se påverkas av antagen vindhastighet Tillgänglig FRI värme Omgivningstemperatur Djurets kroppstemp Grafisk beräkning av LCT -4 Grafisk beräkning av LCT - 5 Vad händer under LCT? Tillgänglig FRI värme vid största möjliga värmemotstånd i vävnader och päls Total värmeavgivning Minsta bunden värme vid R max Tillgänglig värme för P fri P tot måste öka när temp är lägre än LCT. Parallellt med R max Vi kan ge djuren mer foder!!! Total värmeavgivning P tot P bunden min LCT Djurets kroppstemp Omgivningstemperatur LCT Djurets kroppstemp Omgivningstemperatur Resultat av beräkningar av undre temperaturen För en 550 kg:s utegångs-ko som fått anpassa sig till ett kallare klimat, som är frisk och får tillräckligt med foder för sina basala behov kan det vara ner till -25 till -30 ºC och blåsa 5 m/s och hon kan hålla sin kroppsvärme. Ger vi henne 10% mer foder klarar hon -35 till 40 ºC utan att frysa. 5

8 Hur kan nötkreatur klara kallt väder? De är tvungna Tål nötkreatur att vara ute på vintern? Tål fiskar vatten? Tål växter solljus? Varför tror många att nötkreatur inte tål att vara ute på vintern? Tål nötkreatur att vara inne på vintern? Det är svårt att känslomässigt acceptera att någon kan tycka att det är skönt att ligga i en snödriva när det blåser och är -10 C. Hur kan nötkreatur klara kallt väder? Stora (liten kroppsyta/kg) Väl isolerade Stor värmeproduktion Smart beteende Hur kan nötkreatur klara kallt väder? De är väl isolerade djur med stor värmeproduktion och liten kroppsyta som är perfekt anpassade för att klara alla sorters väder Effektiv värmereglering 1

9 Klarar husdjur vintern lika bra som vilda djur? Husdjur klarar vintern mycket bättre än vilda djur! Trivs nötkreatur ute på vintern? Gott om mat även på vintern Avelsframsteg (ökad mjölkproduktion, ökad tillväxt) ger ökad värmeproduktion Varför skall man bygga hus åt djur som trivs ute och som inte behöver skydd? Varför går djuren in i ligghallar om de inte behöver skydd? Väl utfodrade nötkreatur klarar svenskt vinterklimat mycket bra - utan att frysa En ligghall kan i många fall förbättra djurens miljö väsentligt För djur som hålls på mycket stora - nästan frilevande - kan en ligghall motverka i stället för befrämja ett gott djurskydd 2

10 Termisk närmiljö i väderskydd för köttdjur Agr D Knut-Håkan Jeppsson Statsagr Gösta Gustafsson Prof Krister Sällvik Syfte: Att jämföra den termiska närmiljön i olika typer av väderskydd för köttdjur Formas-projekt Institutionen för jordbrukets biosystem och teknologi SLU Alnarp Institutionen för jordbrukets biosystem och teknologi SLU Alnarp Termisk närmiljö Lufttemperatur Luftfuktighet Lufthastighet Värmestrålning Solinstrålning Nederbörd Termisk modell (1) Lufttemperatur Luftfuktighet Lufthastighet Värmestrålning Solinstrålning Nederbörd Liggplatsens egenskaper Termisk modell (2) Väderskydd Tre väggar och tak Tak och vindstaket Tak och skogsdunge Skogsdunge Inget skydd 1

11 Procent av mätperiod Varaktighetsdiagram Inomhus Utomhus med skydd av träd och buskar Yteffekt, W/m 2 Djurens värmeavgivning (1) Hur mycket fri värme kan djuren avge när de är i termoneutralt klimat? Beräkning enligt teoretisk modell Anibal (Ehrlemark, A. & Sällvik, K., 1996) Institutionen för jordbrukets biosystem och teknologi SLU Alnarp Djurens värmeavgivning (2) Djurslag/ras/kön Kroppsvikt Foderintag Produktion Isolering (hårrem, vävnad) Procent av mätperiod Termisk närmiljö Djurens värmeavgivning Yteffekt, W/m 2 Hypoteser En skogsdunge ger termoneutralt klimat för köttdjur Väderskydd med tre väggar och tak, tak och vindstaket resp. tak och skogsdunge ger bättre termisk närmiljö än enbart skogsdunge Tidplan Planeringsarbete pågår Planerad start av mätningar oktober 2006 Mätningar pågår i ca 6 månader Preliminära resultat hösten 2007 Projektet avrapporteras hösten 2008 Institutionen för jordbrukets biosystem och teknologi SLU Alnarp Institutionen för jordbrukets biosystem och teknologi SLU Alnarp 2