Солнечная радиация и освещённость

Состав и свойства солнечной радиации. Солнце является ближайшей к Земле звездой. Растительный и животный мир на нашей планете возник и развивался под воздействием солнечного света.

В гигиеническом отношении особое внимание придается оптической части солнечного спектра, в пределах которой находятся: инфракрасные лучи с длиной волны от 760 до 2800 нм, видимые лучи с длиной волны от 400 до 760 нм и ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 280 до 400 нм (лучи с длиной волны короче 280 нм до поверхности земли не доходят, вследствие поглощения их озоном в высоких слоях атмосферы).

У поверхности Земли при высоте стояния Солнца 40^о солнечная радиация имеет следующий состав: инфракрасных лучей – 59 %, видимых – 40 %, - ультрафиолетовых – 1 %. Интенсивность излучения значительно уменьшается при скоплении пыли, дыма и тумана, при чём, в основном за счёт ультрафиолетовых лучей. Максимальное количество ультрафиолетовых лучей (около 94%), достигающих поверхности Земли, приходится на весеннее - летние месяцы (апрель-сентябрь), а минимальное (около 6%) – на зимне-стойловый период (октябрь-март).

Солнечные лучи обладают как тепловым, так и химическим действием. У лучей с большой длиной волны (инфракрасные) на первый план выступает тепловое действие, а с меньшей длиной (ультрафиолетовые лучи) – химическое. Сила воздействия лучей на организм животных в определенной степени зависит от их проникающей способности. Инфракрасные и красные лучи проникают в ткани организма на глубину 3-5 сантиметров, видимые (световые) на несколько миллиметров, а ультрафиолетовые только на 0, 7-0, 9 миллиметра.

Необходимо иметь в виду, что чрезмерное солнечное облучение может причинить животным значительный вред, в частности привести к ожогам, заболеваниям глаз, солнечному удару и пр. Интенсивный солнечный свет (отраженный от снега) вызвает фотоофтальмию, которая характеризуется отеком конъюнктивы, раздражением сетчатки, роговицы глаза и повреждением хрусталика. Некоторые животные страдают повышенной чувствительностью к солнечному свету - фагопиризмом. Эта патология наблюдается чаще у животных светлых мастей при использовании кормов обладающих фотодинамическими свойствами (гречиха, белый клевер и др.). При облучении у таких животных диагностируются кожные эрозии. Для защиты животных от прямых солнечных лучей необходимо держать их в наиболее жаркие дни в тени, под навесами, использовать ночную пастьбу. На головы лошадей, которые работают под интенсивными солнечными лучами, рекомендуется надевать белые парусиновые налобники и т. д. В то же время недостаточная солнечная инсоляция так же неблагоприятно сказывается на организме, т.к. солнечные лучи являются важнейшим естественным активатором физиологических процессов в организме.

Влияние солнечной радиации на организм животных. Для общей оценки влияния солнечной радиации на организм животных целесообразно рассмотреть биологическое действие оптической части солнечного спектра: инфракрасных, видимых и ультрафиолетовых лучей.

Инфракрасные лучи – тепловые, невидимые. Они характеризуются высокой проникающей способностью и относительно слабым химическим действием. Биологическое действие инфракрасных лучей основано на тепловом эффекте. При прогревании кожи и глубоколежащих тканей расширяются кровеносные сосуды, происходит значительный приток крови к периферическим сосудам, создаётся тепловой барьер, который препятствует переохлаждению организма. Улучшение кровообращения связано так же с усилением биохимических и обменных процессов. При повышении обмена веществ в коже образуется больше активных продуктов распада, которые, наряду с нервными импульсами от терморецепторов, оказывают местное воздействие на организм. Благодаря нервному и гуморальному влиянию при умеренных дозах инфракрасного излучения нормализуется тонус вегетативной и нервной систем, что положительно сказывается на здоровье и продуктивности животных, особенно молодняка. Так, например, применение инфракрасного обогрева в первый месяц жизни телят способствует снижению их заболеваемости на 10-14 %.

Использование инфракрасного излучения для локального обогрева молодняка должно быть круглосуточным с перерывами в следующих режимах: для телят в возрасте до 10-15 суток жизни – 1 час обогрева и 0, 5 часа перерыв, а для поросят в возрасте до 30-45 суток жизни – 1, 5 часа обогрев и 0, 5 часа перерыв. В качестве искусственных источников инфракрасных лучей используются специальные лампы: накаливания, инфракрасные зеркальные (ИКЗ), инфракрасные зеркальные красные (ИКЗК), а также различные типы инфракрасных облучателей, функционирующие за счёт сжигания топлива, преимущественно газа (ГГИ-19А, ОРИ-2, ABACUS и др.).

Видимые лучи представляют собой электромагнитное излучение с длинами волн воспринимаемыми глазом, вызывающими зрительное ощущение, позволяющими видеть окружающие предметы и ориентироваться в пространстве. Они оказывают влияние на организм, как прямым, так и косвенным путём. Прямое воздействие происходит главным образом через кожу и фоторецепторы глаз, а косвенное – через облученные корма. Установлено, что видимые лучи повышают активность коры головного мозга, усиливают обмен веществ, работу сердца и фагоцитоз. Под влиянием видимых лучей у животных увеличиваются содержание гемоглобина и количество эритроцитов в крови, повышается активность окислительных ферментов и усиливается газообмен.

Световым режимом у животных регулируются проявление половых рефлексов, рост и развитие потомства, смена волосяного покрова, жироотложение, интенсивность обмена веществ. Образно говоря, в организме имеются как бы «биологические часы», и свет служит ключом, который обеспечивает их синхронную работу в соответствии с изменениями светового режима. Зависимость протекания жизненных функций организма от длины светового дня называется фотопериодизмом. Особенно отчётливо проявляется эта взаимосвязь в сезонной динамике репродуктивной функции. В связи с этим, сельскохозяйственных животных делят на короткодневных (овцы, козы), половая активность у которых проявляется в осенние убывающие дни и длиннодневных (крупный рогатый скот, свиньи) – период охоты у них наступает весной, когда долгота дня возрастает. Существует и промежуточная группа животных.

Свойство фотопериодизма широко используется в животноводстве. Например, для повышения яйценоскости увеличивают световой период суток при содержании кур, и наоборот, снижают интенсивность освещённости при откорме свиней. Для организации ранних окотов, с целью стимуляции охоты, овец содержат в затемнённых помещениях и т. д. 

В зависимости от длины волны спектр видимого света подразделяется на семь цветов – красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый, которые по-разному воздействуют на организм. Красно-оранжевые лучи вызывают максимальную возбудимость нервно-мышечного аппарата. Синие и фиолетовые – минимальную и обладают бактериостатическим действием. Зеленые лучи – не оказывают существенного влияния на поведенческие реакции животных.

Освещение животноводческих помещений. Для освещения животноводческих помещений используют два основных источника света: естественный – видимая часть солнечного спектра и искусственный– электрический свет.

Интенсивность и продолжительность естественной освещенности в течение дня и по сезонам года меняется. Это связано с вращением Земли вокруг Солнца и своей оси. Максимальное количество света падает на земную поверхность летом, а наименьшее – зимой. Естественная освещённость нарастает с утра к полудню и снижается к вечеру. Самый короткий день бывает в декабре, а самый длинный – в июне. Аналогичная динамика в освещении наблюдается и в животноводческих помещениях. Зимой и в переходные периоды года в животноводческих зданиях ощущается недостаток естественного света. Затрудняется рабочий процесс на фермах, животные испытывают «световое голодание». Кроме того, ввиду конструктивных особенностей зданий, световой день в них короче естественного на 2-4 часа и более. Степень внутренней освещенности зависит также от цвета окраски потолка и стен. Например, белый цвет стен и потолка поглощает 15, желтый – 60, серый – 65, а темно-красный – 80 % всех попадающих на них световых лучей.

Естественное освещение в животноводческих помещениях может быть боковое - через окна в наружных стенах, верхнее – через световые фонари и проемы в перекрытии и местах перепадов высот, смежных пролетов зданий и комбинированное, когда верхнее освещение совмещается с боковым.

Существует два способа нормирования естественной освещенности животноводческих помещений: геометрический и светотехнический.

При геометрическом нормировании устанавливается световой коэффициент (СК) - отношение остекленной площади поверхности окон к площади пола помещения. В помещениях для содержания животных эта величина должна находиться в пределах 1: 10 – 1: 20. Геометрический способ нормирования и контроля уровня освещенности весьма прост, но не точен, так как при одной и той же величине светового коэффициента не обеспечивается одинаковая освещенность в различных точках здания. При этом способе не берутся в расчет ориентация окон по отношению к сторонам света, наличие внешних затемняющих предметов, цвет ограждающих конструкций, размещение внутри помещения оборудования, потери при прохождении светового потока через остекленный световой проем, чистота стекла и др.

Более точным является светотехническое нормирование, которое основывается на определении коэффициента естественной освещенности (КЕО).

Коэффициент естественной освещенности (КЕО) представляет собой процентное отношение освещенности помещения (измеряемой точки) к наружной освещенности в горизонтальной плоскости.

КЕО =Е вн./Е нар. х 100 (%), где

Е вн. – освещенность в помещении (лк);

Е нар. – освещенность вне помещения (лк).

В широкогабаритных животноводческих помещениях во все сезоны года обычно не обеспечивается биологически необходимый уровень освещённости. Компенсируют световой дефицит путём применения искусственного освещения, основными источниками которого являются лампы накаливания и люминесцентные лампы. Сравнивая их, можно отметить, что в спектре ламп накаливания преобладает инфракрасное излучение (60-90 %) и только около 10-40 % - видимого. Ультрафиолетовые лучи практически отсутствуют. Видимый спектр ламп накаливания распределяется на сине-фиолетовые – 11 %, желто-зеленые – 29 % и красно-оранжевые лучи – 60 %. К недостаткам ламп накаливания относят сравнительно небольшую световую отдачу, большую яркость раскаленных нитей, отрицательно действующих на зрение и сравнительно короткий срок службы (800-1000 часов). Газоразрядные люминесцентные лампы отличаются от ламп накаливания более высокой (в 3 раза) светоотдачей, значительно меньшей яркостью (в сотни раз) и большим сроком службы (до 10 000 часов). Видимый их спектр распределяется на сине-фиолетовые (16 %), желто-зеленые (39 %) и красно-оранжевые (45 %) лучи, кроме того, эти лампы являются менее энергоёмкими.

Следует отметить, что протекание жизненных процессов в организме животных зависит не только от интенсивности, но и от режима освещения. Считается, что освещенность помещений в зоне размещения коров должна составлять 75 лк, при продолжительности 16-18 ч в сутки, телят – 100 лк (12 ч), молодняка крупного рогатого скота на откорме 50 лк (6-8 ч), свиноматок, хряков и ремонтного молодняка – 100 лк (14-18 ч). Для откармливаемых свиней – 50 лк, сального направления - 6-8 ч, а беконного – 10-12 ч. Для суягных и подсосных овцематок 75-100 лк (16-18 ч). Для кроликов и пушных зверей 75-10 лк (15-18 ч). Для кур - 50 лк (режимы приведены в главе «Гигиена птицы»).

В тоже время, многие аспекты, связанные с рациональной освещённостью животноводческих помещений изучены ещё недостаточно. Например, американские учёные рекомендуют содержать дойных коров при освещённости в 20 международных свечей (foot candle), что составляет около 222 лк. По их мнению, освещение усиленным светом, оправдывает себя даже в доильных залах, оказывая существенное влияние на молочную продуктивность. Существуют и иные точки зрения.

Значение солнечной инсоляции будет неполным, если не отметить роль    ультрафиолетовых лучей. Под их влиянием в организме животных происходит ряд физиологических изменений, характеризующихся усилением обмена азота, фосфора, кальция, липидов, сахаров, повышением уровня окислительно-восстановительных процессов. Ультрафиолетовые лучи по своему составу не однородны и в зависимости от длины волны оказывают различное биологическое действие. Различают три спектра ультрафиолетовых лучей: длинноволновый спектр «А» включает лучи с длиной волны от 320 до 400 нм, средневолновый спектр «В» (280 - 320 нм.) и коротковолновый - спектр «С» (180 до 280 нм).

Лучи спектра «А» проникают через оконное стекло и характеризуются слабым биологическим действием, вызывая незначительную эритему (покраснение) кожи. Их фотолюминисцирующее действие используется при проведении люминисцентных анализов (люминисцентной микроскопии и др.). Средневолновый спектр «В» обладает наиболее сильным биологическим действием. Вызывает эритему кожи. Под их влиянием происходит синтез витаминов D₂ и D_3. Коротковолновые лучи спектра «С» обладают бактерицидными свойствами. Их применяют для обеззараживания окружающей среды (воздуха, воды, ограждающих конструкций здания и др.). Лучи спектров «В» и «С» через оконное стекло не проникают.

Ультрафиолетовые лучи оказывают на организм как прямое, так и косвенное действие. Прямое – на экстерорецепторы кожи и на фоторецепторы глаз, косвенное – через корма (фотосинтез) и улучшают микроклимат помещений (аэроионизация). Применение их в животноводстве позволяет увеличивать удои коров на 11 - 19 %, среднесуточные приросты телят на 12 – 23 % и поросят на 10 – 20 %, а яйценоскость кур до 18 – 30 %. Имеются данные о положительном воздействии ультрафиолетовых лучей на воспроизводительные функции организма животных и иммунный ответ на введение вакцин. Увеличение продуктивности животных под влиянием ультрафиолетового облучения объясняется повышением обмена веществ, переваримости и более высокой усвояемости питательных веществ корма. Как следствие этого, повышается оплата корма и снижается себестоимость единицы продукции. При недостаточной ультрафиолетовой инсоляции отмечаются расстройства физиологических функций органов и систем, возникает повышенная утомляемость, общее угнетение, изменяется белковый спектр крови, снижается углеводный обмен. Ослабляется иммунобиологическая реактивность и резистентность организма. Наиболее чувствителен к недостатку ультрафиолетового облучения молодняк. Механизм бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей объясняется их влиянием на ядерную субстанцию микробной клетки. В результате чего нарушается обмен нуклеиновых кислот, что ведёт к гибели клетки. Кроме того, под влиянием лучей спектра «С», за счёт ионизации воздуха происходит улучшение микроклимата в помещениях, при этом отмечается снижение влажности, содержания аммиака, пыли и микроорганизмов, что также имеет важное зоогигиеническое значение. 

Применение искусственных источников ультрафиолетового облучения в животноводстве. Содержание в закрытых помещениях приводит к «ультрафиолетовому голоданию» животных. Отмечается оно и при выгульном содержании во времена года, когда интенсивность солнечной радиации ослабевает. Даже при наличии регулярного моциона в стойловый период животные лишены достаточной дозы естественного ультрафиолетового облучения. Это приводит к снижению продуктивности, а в ряде случаев является причиной болезней животных (рахит, остеомаляция и др.). Решается эта проблема путём применения искусственных источников ультрафиолетового излучения. Для этой цели используются различные типы ламп, в которых ультрафиолетовые лучи образуются в результате электрического разряда в парах ртути. Рассмотрим некоторые из них.

Ртутно-кварцевые лампы высокого давления (ПРК-2, ПРК – 4, ПРК –7 и АРК – 2) изготавливаются из кварцевого стекла в форме цилиндрической трубки, в оба конца которой введены металлические электроды (рис.3). Спектр этих ламп включает 15% лучей «А», 25% - «В», 15% - «С» и 45% - видимых лучей. В связи с излучением коротковолновых, вредных для организма волн, при работе с этими лампами следует соблюдать соответствующие меры безопасности, строго дозирвать, использовать защитные очки, проветривать помещения и т. д.

Эритемные люминесцентные лампы представляют собой трубку из увиолевого стекла, заполненную парами ртути и аргоном, в концах её помещены вольфрамовые спирали – электроды. Внутренняя поверхность трубки покрыта тонким слоем порошка светящегося состава – люминофора. Спектр этих ламп почти не содержит вредных для организма коротковолновых лучей («С»). Спектр «А» в их излучении составляет – 45%, спектр «В» – 35% и видимые лучи – 20%. В эритемных облучателях (рис. 4) наиболее часто применяются лампы: ЭУВ- 15, ЭУВ – 30, ЛЭ –15, ЛЭР – 40 и др.

Ртутно-вольфрамовые эритемные лампы (РВЭ-350, ДРВЭД- 200 и др.) представляют собой сочетание лампы типа ПРК и лампы накаливания с вольфрамовой нитью. Внутренняя сторона их колбы из увиолевого стекла покрыта в верхней части отражающим слоем алюминия, что исключает необходимость применения специального рефлектора. Эти лампы генерируют лучи длинноволновой части ультрафиолетового спектра («А» и «В»).

Бактерицидные лампы (БУВ-15, БУВ-60П, ДБ-60 и др.)являются ртутными лампами низкого давления. Они излучают преимущественно коротковолновые лучи (80%). Наиболее оптимальным сроком обеззараживания при использовании бактерицидных ламп считается 2-3 часа, при этом лампу следует размещать на расстоянии 1-1, 5 м от объекта. Длительное использование бактерицидных ламп приводит к увеличению в воздухе озона и окислов озона (более чем на 0, 018 мг/л), поэтому после их работы помещение следует проветривать. 

В животноводстве применяются и комбинированные установки с комплексным использованием различных источников лучистой энергии, эритемных, осветительных и бактерицидных ламп (КСО, Луч, Эрико и др.). Наиболее широкое распространение получил комбинированный облучатель типа ИКУФ. В ИКУФ-2 (Рис. 5) в общую арматуру смонти-рованы две инфракрасные (ИКЗК) и одна ультрафиолетовая (ЛЭ) лампы. В расчётах доз ультрафиолетового облучения животных, при сочетанном использовании разных ламп, следует учитывать, что одновременное инфракрасное и ультрафиолетовое излучение значительно ослабляет активность последнего. Аналогичное «смягчающее» действие оказывают и видимые лучи.  

Расчёт дозы ультрафиолетового облучения. Ультрафиолетовая облучённость животного характеризуется отношением величины падающего эритемного потока, выраженного в Эрах, к облучаемой поверхности тела (м²). За 1 ЭР принимается 1 Вт излучения с длиной волны 297 нм. В практике для измерения эритемной облучённости используется тысячная доля ЭР, сокращённо мЭР. Поскольку величина облучения зависит не только от эритемного потока, но и от продолжительности, доза ультрафиолетового облучения измеряется в мЭР∙ ч/м². Если, например, эритемная облучённость на спине животного равна 20 мЭР∙ ч/м², а продолжительность облучения составляет 6 часов, то животное получает дозу 120 мЭР∙ ч/м². Для определения времени облучения, дозу следует разделить на эритемную облучённость. В нашем примере – это 120 мЭР∙ ч/м² : 20 мЭР/м² = 6 часов. Рекомендуются следующие дозы ультрафиолетового облучения сельскохозяйственных животных (мЭР∙ ч/м²):

Коровы и быки                 250-270

Телята старше 6 мес.       140-160

Ягнята                               120-140

Поросята - сосуны           20-25

Поросята - отъёмыши      60-80

Свиноматки супоросные 70-90

Куры                                  40-50

Цыплята                            15-25

Эритемная облучённость поверхности на расстоянии 1 м от тела животного у различных ламп имеет разные значения (мЭР/м²):

ДРТ-400                    475

ДРТ-1000                  1650

ЛЭ-15                        20  

ЛЭР-40                      325

ДРВЭД-220-160       32

Необходимо учитывать, что на расстоянии от 1 до 1, 5 м от лампы, эритемная облучённость уменьшается в 2 раза, а на расстоянии 2 м – в 4 раза. Мощность ламп снижается и с увеличением времени их использования, что указывается в прилагаемых инструкциях. Интенсивность и дозу ультрафиолетовой радиации определяют специальными приборами - уфиметрами (УФ-2, УФД-2А и др.) или расчётным путём.

Пример расчёта: Известно, что доза ультрафиолетового облучения для поросят-сосунов - 20-25 мЭР∙ ч/м², эритемная облучённость у лампы ЛЭ-15 - 20 мЭР/м². Значит, при высоте подвески в 1 метр, поросят нужно облучать в течение 1 часа.

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: