תכנית מחקר מס' : 870-1223-05


מעקב אקלימי בין מבני שיכון השונים במאפייני מבנה


חוקר ראשי: ד"ר עזרא שושני.

חוקרים נלווים: ד"ר אמוץ חצרוני, אשר לוי, רומן


מבוא
מבנה שיכון לפרות מיועד לספק לפרות תנאי מחייה שיאפשרו להן לייצר את תנובת החלב המקסימלית. ייצור החלב הוא תהליך מתמשך על פני כל היממה. לכן על המבנה, מבחינת היבטיו התכנוניים, למנוע מהפרות לעלות בחום גופן כתוצאה מהתפתחות של תנאי עקת חום. תנאי עקת חום עלולים להיגרם מגורמים חיצוניים כגון: טמפ' סביבה, לחות יחסית, קרינת חום לתוך המבנה דרך גג המבנה וחדירה ישירה של קרני שמש. בנוסף לגורמים אלו הפרה עצמה מייצרת חום רב בשל פעילות מטבולית הן לשם קיום הגוף והן לשם ייצור החלב: ייצור החום נמצא במתאם ישיר לתנובת החלב שלה. בכדי להיפטר מעודפי חום אלו עליה לשחרר אותם אל סביבתה; טמפ' סביבה גדולה מטמפ' גוף הפרה תקשה על הפרה לשחרר עודפי חום מגופה לסביבה. בנוסף לכך אם הסעת החום מתוך המבנה החוצה תהיה לקויה הפרה עלולה להגיע למצב של היפרתרמיה, דהיינו: עלייה בחום הגוף אשר עלולה לפגוע בצריכת המזון ובעקבותיה ירידה בכמות החלב וכן פגיעה בפוריות. בנוסף לכל אלו יש לספק לפרה תנאי מרבץ יבשים ונקיים, אזור אכילה ושתייה סמוכים זה לזה בכדי שלא יגבילו את צריכת המזון וכן סביבת חיים המקנה רווחה לפרה תוך כדי ניהול חיי קבוצה, כחיקוי לעדר או להקה בתנאי טבע. מטרות אלו בתכנון המבנה הם כאמור לאפשר לפרה להגיע למלוא פוטנציאל ייצור החלב, ומצד שני להבטיח שהפרות לא תיפגענה בדלקות עטין וע"י כך להבטיח גם ייצור חלב בעל איכות גבוהה.
תכנון נכון של המבנה וטיפול יאות במבנה יבטיחו את השגת המטרות הנ"ל.
דיונים שנמשכו קרוב לשנה בה היו חברים מדיסיפלינות שונות הביאו לכתיבת חוברת העוסקת בתכנון נכון של מבני שיכון לפרות תוך התייחסות למדדים שונים, אך לא נערכה כל בדיקה מדעית.
השפעת מספר מדדים, אם בנפרד או אם בשילוב, על טמפ' הסביבה בגובה הפרה יחסית לטמפ' מחוץ למבנה נבחנה במספר עבודות (4, 5, 6). אולם כל העבודות הללו בוצעו על מבני תאי רביצה כאשר באחת העבודות (6) נבחנו תנאי הסביבה במבנה המאוורר מלאכותית בשיטת תעלה, לעומת מבנה המאוורר טבעית. בחינת ההבדלים בטמפ' בין תוך מבנה לחוץ המבנה, כאשר הגגות היו מבודדים והמבנים מאווררים באמצעות וילונות (5), הראתה שהם עשויים להגיע ל- 20 מ"צ כאשר הטמפ' בחוץ היא מתחת לנקודת הקיפאון. ההבדלים בטמפ' בחתך ורטיקלי (דהיינו בין גובה הפרה והתקרה) נעו בין -1.5 ל- 2.5 מ"צ. במזג אוויר חם הובחן הבדל של 1 מ"צ בין תוך המבנה לחוץ המבנה. רק בעבודה אחת (3) נבחנו התנאים בתוך המבנה בתנאי קיץ, אשר יחסית תנאי הארץ הם תנאי חורף אופייניים לנו. בעבודה זאת נבחנו שני סוגי מבנה של תאי רביצה- האחד עם גג מבודד והשני ללא בידוד- והממצאים הראו שדרגות הטמפ' בגובה הפרה בין שני מבנים אלו לא היו שונים על אף שוני בטמפ' בגובה הגג.
העבודות הללו בוצעו כאמור על מבני תאי רביצה. המדד העיקרי שנבחן הוא בידוד גג כאשר רק בעבודה אחת נבדקו תנאי אוורור המבנה בין מבנה מתועל-אוורור לבין מבנה מאוורר טבעי. גם תנאי מזג האוויר בעבודות אלו לא דמו לתנאי מזג האוויר האופייניים לקיץ ישראלי.
עבודה נוספת בוצעה באריזונה ובקליפורניה לבחינת השפעת שיפוע גג ותצורתו על קצב נשימה של פרות שלא צוננו במהלך היום (1). כמו כן נבחן מה מידת ההשפעה של גובה שולי גג על קצב הנשימה. בעבודה זאת נבחנו רק מבני תאי רביצה, אשר מטבעם צרים בהרבה ממבנה הסככה הכוללת האופיינית לארץ. שיפוע של 30% נמצא כאופטימלי מבחינת עליית קצב הנשימה בין הבוקר לאחה"צ בתצורת גג נפתח. גג עם כיסוי פגודה הוכח כלא יעיל לעומת גג נפתח. Stowell et al. (5) דיווח שכיוון הצבה של מבני תאי רביצה של 4 שורות עם שיפוע גג של 33% לא השפיע על הטמפ' בגובה הפרה. לא צוין בעבודה זאת מה ההשלכות לגבי התגודדות פרות במקרה של הצבת המבנה עם כיוון הרוח. Bray et al. (2) דיווח לראשונה שגובה שולי גג מבנה תאי רביצה של 3.2 מ' גרמו לטמפ' גבוהה יותר בגובה הפרה לעומת גובה שוליים של 3.6 - 4.8 מ'.
כל העבודות הנ"ל מתייחסות למבני תאי רביצה ואין כל איזכור של מבנה סככה כוללת, הרחבה בהרבה מתאי רביצה, וכן גגות נפתחים.


מטרת התצפית
מטרת ניסוי זה היתה לבחון את מידת השפעת מאפייני המבנה, כל אחד לחוד ובשילוב ביניהם, על ט"ח. מאפייני המבנה היו: סוג המבנה (סככה כוללת, תאי רביצה, קוראל), כוון הצבה (מז-מע, צפ-דר'), גובה שולי הגג בצידי המבנה, שיפוע הגג, רוחב המבנה, אורך המבנה, פתח ברום הגג (פתוח, פגודה), וסוג הגג (נפתח: [רפפה, מחליק], סגור). בנוסף נכללו במודל אינטרקציות בין המשתנים.


חומרים ושיטות
תכנית המחקר נמשכה בין השנים 2004 – 2006. במשך חודשי הקיץ (יוני-ספטמבר (כולל)) הותקנו תחנות מטאורולוגיות בכל סככה למשך מספר ימים. משך הבדיקה של מספר ימים הסתמך על עבודה של השרות המטאורולוגי, בו נמצא שדפוסי השינוי במזג האוויר מיום ליום הם קטנים ביותר במשך חודשי הקיץ. בכל סככה הותקנו שתי תחנות בציר הניצב לרוח השלטת. בנוסף, הותקנה תחנה חיצונית, באזור חופשי מגורמים מגבילים ובגובה של 6 מ' מפני האדמה. מספר הסככות שנדגם היה 39. הסככות היו עם מאפייני מבנה שונים, כגון: כוון הצבה, סככה כוללת לעומת תאי רביצה וכו'. המדדים שנאגרו היו: טמפ' סביבה, לחות יחסית, טמפ' כדור שחור, קרינה, מהירות רוח וכוון רוח. הנתונים נמדדו מידי כל דקה, ממוצעים כל 10 דקות נאגרו באוגר הנתונים למשך כל תקופת המדידה.


ניתוח סטטיסטי
המשתנה התלוי במודלים הסטטיסטיים היה: הטמפ' הצפויה בה הפרה תתחיל להגביר את קצב הנשימה (ט"ח). ההחלטה להשתמש במדד זה ולא במדד עקת החום (THI ) נבע מהניסיון שהולך ומתגבש במשך השנים האחרונות, בו נלמד שמדד ה- THI אינו מייצג נכונה את תגובת הפרה לעקת חום.
מדד ט"ח חושב על סמך מודל סימולציה, שפותח ע"י ע. ברמן (3) והוא לוקח בחשבון את המדדים הבאים: טמפ' סביבה, לחות יחסית ומהירות רוח (מוגבל בין 0.2 ל – 2.0 מ/שנייה). מודל זה הוא הראשון אשר מתחשב במהירות הרוח כגורם אשר משפיע על תגובת הפרה לעקת חום. נתונים פיזיולוגיים של פרות הולשטיין הוכנסו אף הם למודל (תנובת חלב, תכולת שומן בחלב, עובי פרווה) והפרה שנבחרה על ידינו היתה פרה עם תנובת חלב של 45 ק"ג, 3.5% שומן ועובי פרווה של 3 מ"מ (מייצג את עובי הפרווה בחודשי הקיץ).
המשתנים הבלתי תלויים היו: סוג המבנה (סככה כוללת, תאי רביצה, קוראל), כוון הצבה (מז-מע, צפ-דר'), גובה שולי הגג בצידי המבנה, שיפוע הגג, רוחב המבנה, אורך המבנה, פתח ברום הגג (פתוח, פגודה), וסוג הגג (נפתח: [רפפה, מחליק], סגור). בנוסף נכללו במודל אינטרקציות רלוונטיות, שיפורטו בהמשך.
רק מודלים אשר הראו מקדם הסבר (R2) הגבוהים מ- 0.60 נכללו במודל ורק כאשר רמת המובהקות (P) היתה נמוכה או שווה ל – 0.05. במודל, כאשר נבחן משתנה כלשהו, שימשו שאר המשתנים כגורמים מתקנים. בנוסף, הטמפ' החזויה של התחנה החיצונית שימשה כגורם קו-וריאנס.
הניתוחים הסטטיסטיים בוצעו בפרוצדורת GLM של SAS. מבחני PDIFF בוצעו בכדי לאתר הבדלים מובהקים בין רמות שונות של כל משתנה.


תוצאות
כוון הצבה- נבחנו שני כווני הצבה עיקריים: צפון-דרום, מערב-מזרח (כוון הרוח השלטת שנמדד היה בין ◦250 ל- ◦300). ה- ט"ח היתה נמוכה יותר בכיוון מזרח-מערב בכ- 1 מ"צ. תופעה זו הובחנה לאורך כל היממה מלבד בצהריים. ההבדלים בין שני הכוונים היו משמעותיים יותר בסככת תאי רביצה לעומת סככה כוללת (הבדל של C◦1.5 לעומת 0.6 בהתאמה).
סוג המבנה עקת החום מתפתחת מוקדם יותר בקוראל, לאחר מכן בתאי רביצה ולבסוף בסככה כוללת. בכל התקופות, מלבד בצהריים, שבה לא הובחן הבדל בין הסככות, נמצא יתרון לסככה הכוללת.
שיפוע הגג – הגברת קצב הנשימה החלה מוקדם יותר כאשר שיפוע הגג היה שווה או מתחת ל- 12%. לאחר מכן העלייה היתה מדורגת ככל ששיפוע הגג עלה, אך לא נמצא יתרון בין שיפוע 19% לאלו שמעליו. במשך הצהריים (כאשר חם ביותר) הובחן יתרון מובהק לשיפוע של 22% אך לא מעליו. ה"ג כוון הצבה∗שיפוע הראתה שבציר צפ'-דר' היה יתרון לשיפועים מעל 19% לעומת מתחת ל- 19%, אך בציר מז'-מע' לא הובחנו הבדלים מובהקים בין שיפועים שונים.
פתח הגג- שיפוע גג אחד בלבד גרם להגברת קצב הנשימה כתוצאה מהופעת עקת החום ב- ט"ח נמוכה יותר מאשר גג עם פתח פתוח בכ- 1.0 מ"צ. פגודה נמצאה נחותה לפתח גג פתוח (p=0.1). בכוון צפון-דרום היתרון של פתח פתוח לעומת כיוון מזרח-מערב היה בולט יותר.
גובה שולי הגג - ככל שהשוליים היו גבוהים יותר טמפ' ה- ט"ח היתה גבוהה יותר. משמעות הדבר היא שמבנים גבוהים בשוליים תורמים להפחתת עקת החום. בכוון ההצבה צפון-דרום לא נמצא יתרון לגובה שוליים מעל 4.8 מ' בעוד שבכוון הצבה מזרח-מערב נמצא יתרון לגובה שוליים מעל 5.2 מ'.
סוג הגג- ה- ט"ח היה גבוה יותר בגג נפתח מחליק לעומת רפפה, שפיוע גג אחד בלבד או גג סגור קבוע(קונבנציונלי). כלומר מתפתחים בו תנאי עקת חום מוקדם יותר ממבנה דו-צדדי. הבדל מובהק הובחן בין גגות נפתחים (מחליק ורפפה) לבין גג סגור קבוע. בכוון הצבה צפון-דרום נמצא יתרון מובהק לגג מחליק לעומת רפפה, ללא הבדל ביניהם בכוון הצבה מערב-מזרח, אך הבדל ביניהם לגג סגור. בחינת ההבדלים במהירות הרוח בין צד מערבי למזרחי העלתה שבגג נפתח מחליק היה ההפרש הזעום ביותר, לאחר מכן גג רגיל, רפפה וגג נפתח מחליק באמצע הגג (ההפרש הגבוה ביותר).
רוחב מבנה – ט"ח היה גבוה יותר במבנים ברוחב שבין 30 – 51 מ' לבין רוחב הנמוך מ- 30 מ' או רוחב מעל 51 מ'. מכאן עולה שפרות המשוכנות במבנים רחבים מ- 51 מ' תהיינה חשופות לתנאי עקת חום מוקדם יותר מאשר במבנים צרים יותר. בכוון הצבה מע'-מז' נמצא שיש יתרון למבנה שרוחבו בין 19 ל- 30 מ' לבין מבנים רחבים יותר.
התנאים בין צידי הסככה- בבחינת ה- ט"ח בין שני צידי הסככה נמצא שבצד מזרח של סככה, הבנויה בציר צפון-דרום, מתפתחים תנאי עקה מוקדם יותר מאשר בצד מערבי. ההסבר לכך נעוץ כנראה במהירות הרוח, שנמצאה גבוהה יותר בצד המערבי, אך לא בטמפ' הסביבתית ולא בלחות היחסית.


סיכום התוצאות:
סככה אופטימלית לשיכון פרות גבוהות תנובה היא סככה כוללת עם המאפיינים הבאים: כוון הצבה הניצב לרוח השלטת, גג נפתח, פתח גג פתוח, שולי גג מעל 5 מ', שיפוע גג מעל 19% אך לא מעל 22%, רוחב מבנה בין 20 ל- 51 מ'.


תודתנו לכל המשקים שנתנו יד לבדיקות אלו.

 


ספרות

 

1. Armstrong, D.V., P.E. Hillman, M.J. Meyer, J.F. Smith, S.R. Stockes and J.P. Harner. 1999. Heat stress management in freestall barns in the western U.S. Western Dairy Management Conference. Las Vegas, Nevada, USA, 88-98.
2. Bray, D.R., D.K. Beede, M.A. Delorenzo, D. Wolfenson, R.G. Gresig, R.A. Bucklin and S. Means. 1990. Environmental modifications update. Proc. 27th Ann. Florida Dairy Prod. Conf. 100-109.
3. A. Berman. 2005. Estimates of heat stress relief for holstein dairy cows. J. Animal Sci. 83(6). pp 1374-1384.
4. Jannie, K.A. 1999. Summer conditions in two freestall dairy barns in Northwestern Minnesota. ASAE Paper No. 994008. ASAE-CSAE-SCGR Ann. meeting, Toronto, Ontario, Canada. 1-16.
5. Nangia, V., KA. Jannie and J.D. Martens. 2000. Thermal environmental conditions in four curtain-sided naturally ventilated freestall barns in Minnesota. ASAE Paper No. 004126- Annual international meeting, Milwaukee, WIS, USA, 1-10.
6. Stowell R., C. Gooch and S. Inglis. 2001. Environmental conditions within tunnel-ventilated and naturally ventilated dairy freestall facilities. Special Circular Ohio Agricultural Research and Development Center. 182: 61-69.
7. Stowell, R.R., W.G. Bickert, F.U. Nurnberger. 1998. Radiant heating and thermal environment of medal-roofed dairy barns. Proc. 4th int'l Dairy Housing Conf. Am. Soc. Agric. Eng., St. Joseph, MI, 193-200.

לכל המבזקים....
office@milk.org.il פקס: 972-3-9564766 טל: 972-3-9564750 דרך החורש 4 , ת"ד 97, יהוד 5647003
מופעל באמצעות מעוף - מגוון אפקט