This site uses cookies.
Some of these cookies are essential to the operation of the site,
while others help to improve your experience by providing insights into how the site is being used.
For more information, please see the ProZ.com privacy policy.
Polish to Ukrainian English to Russian Polish to Russian Ukrainian to English Russian to English Ukrainian to Polish Russian to Polish Polish to English English to Polish Ukrainian (monolingual) Russian (monolingual) English (monolingual) Polish (monolingual)
This person has a SecurePRO™ card. Because this person is not a ProZ.com Plus subscriber, to view his or her SecurePRO™ card you must be a ProZ.com Business member or Plus subscriber.
Affiliations
This person is not affiliated with any business or Blue Board record at ProZ.com.
Expertise
Specializes in:
Linguistics
Poetry & Literature
Media / Multimedia
Photography/Imaging (& Graphic Arts)
Agriculture
Science (general)
Cinema, Film, TV, Drama
Education / Pedagogy
Tourism & Travel
Journalism
Also works in:
Government / Politics
Philosophy
Art, Arts & Crafts, Painting
Printing & Publishing
More
Less
Rates
Portfolio
Sample translations submitted: 1
Ukrainian to English: Predicting method of the energy balance for ruminants General field: Other Detailed field: Agriculture
Source text - Ukrainian Pr edicting метод енергетичного балансу для жуйних тварин.
Цвігун А.Т., Ц. vigun О.А.
Подільський державний аграрно-інженерний університет
Анотація
У статті представлені різні підходи та методи прогнозування енергетичного балансу для жуйних тварин, зокрема:
1. Дослідження обміну газу та енергії в експериментах.
2. Складання енергетичного балансу методом розрахунку.
3. Використання балансового методу для прогнозування енергетичної цінності кормів та раціону для великої рогатої худоби.
4. Біологічні та методичні підходи до теплового балансу.
Ці методи дають можливість передбачити та проаналізувати енергетичний баланс жуйних тварин та відповідно до його підходів здійснювати енергетичну оцінку кормів та раціонів на вміст валової та чистої енергії на відміну від існуючих.
Світовий досвід розвитку тваринництва показує, що прогрес у підвищенні продуктивності та зниженні собівартості продукції тваринництва визначається приблизно на 35% досягненнями генетики та селекції. Основна частина підвищення продуктивності досягається за рахунок раціонального годування тварин. Зарубіжні та вітчизняні вчені стверджують, що харчова цінність кормів становить 50-60% за рахунок його енергетичного вмісту, приблизно 20-30% за рахунок наявності в ній азотистих речовин перетравлення і 20-30% - вмісту інших складових. Ось чому дуже важливо , щоб оцінити об'єктивно енергетичний обмін в організмі тварин .
Дослідження обміну газу та енергії в експериментах.
Створення механізму впливу зовнішніх факторів на тварин » організму дуже важливо для зоотехнічної науки. Класичні методи , за допомогою яких понад два століття намагаються пояснити свій вплив , - це вивчення травлення та балансу поживних речовин та окремих органічних та мінеральних елементів. На жаль, в більшості випадків пояснень є зменшеними т про констатацію фактів наступним чином : переваримости збільшуються, баланс positi в і краще засвоюється , що не завжди дозволяє зрозуміти механізм змінного струму ції того чи інший фактор Metab olism і енергії. У жуйних, А складне перетворення поживних речовин в рубці я и здійснюється з допомогою мікроорганізмів ш г - я руйнування деяких частин і синтез інших речовин, що запобігає баланс і визначити S об'єктивно засвоюваність поживних речовин. Для жуйних тварин найбільш точним є складання енергетичного балансу як інтегрального показника всіх обмінних процесів [1].
Протягом багатьох років ми розробляли методологію вивчення газоенергетичного обміну у тварин за допомогою маскового методу 5-хвилинних сеансів протягом 1-2 годин до ранку та через 3-4 години після кожного годування два суміжні дні в послідовність, змінюючи порядок тварин наступного дня під час сеансів на протилежне.
Зворотний порядок сесій дихального дослідження алло WS , щоб виключити частково вплив фактора часу. Це відбувається тому, що споживання однієї тварини триває 7-8 хвилин (включаючи фіксацію та виймання обладнання, перехід від однієї тварини до іншої), а для 9-12 тварин - від 1 до 1,5 годин.
На основі респіраторних досліджень визначають вентиляцію легенів та кількість повітря, яке видихається тваринами , з урахуванням коефіцієнта перетворення, величина якого залежить від температури re та барометричного тиску (до триматичного тиску барому 760 мм рт. Ст. І температури 0 ° В); кількість споживаного кисню - різниця у кількості виділеного кисню та вуглекислого газу, дихальної (дихальної); глибина та частота дихання; утилізація кисню тощо.
Загальне виробництво тепла обчислюється кількістю споживаного кисню та його калорійністю залежно від величини дихального фактора:
H P = O2 (15.986 + 5. 144 РФ ), або (1)
H P = O2 [15.986 + 5. 144 (CO2: O2)], (2)
де : H P - виробництво тепла, кДж;
О2 - кількість споживаного киснем тварини протягом певного періоду часу, л;
СО2 - кількість виділеного вуглекислого газу, л ;
РФ - дихальний фактор - відношення CO2 до O2.
У наш час дуже рідко автори наукових досліджень намагаються врівноважити енергію, оскільки в більшості випадків її схема має ряд неточностей (табл. 1). Крім корму та калу, решта показників обчислюється або через кількість азоту, або у відсотках від засвоюваної енергії. Таким чином, енергія газів визначається шляхом обчислення, часто залежно від кількості засвоюваної енергії та коефіцієнта її перетравлення, що не завжди відповідає дійсності. Крім того, Келнер О. вивів залежність: чим більше клітковини в раціоні тварини, тим більше енергії споживається газів. Теплота бродіння в більшості експериментів взагалі не обчислюється .
Вкладка. 1. Традиційний енергетичний баланс в організмі великої рогатої худоби
Індикатор
Метод визначення
Валова енергія
Хімічний склад або калориметрія
Горючі корисні копалини
Хімічний склад або калориметрія
Енергія засвоюваних речовин
Розрахунок
Енергія сечі
Розрахунок
Газова енергія
Розрахунок
Тепло бродіння
Без підрахунку чи обчислення
Обмінюватися енергією
Розрахунок
Продукти Енергія
Розрахунок
Виробництво тепла
Розрахунок
Таким чином, засвоювана, обмінна та чиста енергія визначаються в експериментах з балансуванням зі значною часткою ймовірних помилок та неточностей.
Ми пропонуємо методику розрахунку енергетичного балансу на основі розрахунку валової енергії раціону та виробництва тепла, оскільки це два об'єктивних показника, початковий та кінцевий результат взаємодії корму, організму. Визначивши виробництво тепла в експерименті, воно може становити від 80 до 100% обмінної енергії. Енергія живлення та раціон обчислюється досить точно за рівнянням регресії:
GE = 23,95 x RP + 39,77 x RF + 20,05 x CF + 17,46 x CNSE (3)
де : GE - валова енергія;
РП - сирий білок;
РФ - сирий жир;
CF - сира клітковина;
CNSE - сирі, ненасичені екстрактивні речовини .
Для визначення енергетичної цінності калу використовуйте те саме рівняння, помножене на 1,054. Точніше, це можна було б визначити за допомогою прямої калориметрії .
Енергія, що виділяється з газів , визначається рівняннями:
EGc = 0,963 x (SC + CNSE ), (4)
EGaa = 1. 675 x (SC + CNSE ), (5)
де : EGc - енергія газів у телят;
EGaa - це енергія газів у дорослих тварин.
Енергія, що виділяється ферментацією в рубці:
FHC = 0,385 x (SC + CNSE ), (6)
FHaa = 0,670 x (SC + CNSE ), (7)
де : FHC - тепло бродіння у телят ;
FHaa - тепло бродіння у дорослих тварин.
Енергія, яка виділяється з сечею, визначається:
UE = 3. 592 x C P, ( 8)
де : UE - енергія сечі
CP - сирий білок.
Знаючи кількість споживаної валової та обмінної енергії, з великою точністю можна визначити кількість засвоюваної, використовуючи наведені вище формули.
Таким чином, визначивши при респіраторному дослідженні значення виробництва теплоти і обчисливши енергетичну цінність продукту, можна визначити кількість обмінної енергії за рівнянням:
EE = HP + NE pr (9)
де : EE - обмінна енергія;
HP - виробництво тепла ;
NE pr - чиста енергія виробництва.
Складання енергетичного балансу методом розрахунку.
Значення виробництва тепла можна визначити методом розрахунку за рівнянням:
H P = 41,37 + 0. 1346 x LW + 31. 97 h ADG - 5. 853 х CE …, (10)
де : LW - жива маса, кг;
АДГ - середньодобовий приріст, кг;
CE E - концентрація обмінної енергії в 1 кг сухої речовини, МДж.
Енергія приросту живої маси визначається рівнянням ARC (1984) [5]:
(B) = (220,73 x DG + 28,64 x DG 2) x LW .75, (11)
(R) = (234. 59 x DG + 52,96 x DG 2) x LW .75, (12)
де : Б гр . (б) - чиста енергія росту тіла Бугайця ;
R гр (т) - чиста енергія росту тіла телят;
ГД - середньодобовий приріст живої ваги.
Витрати енергії на рухову активність визначали за формулою:
Акт NE = 0. 42 кДж / год / кг ЛВт , (13)
де : NE діяти - чиста енергія діяльності;
LW - жива вага.
Енергія змісту визначалася за формулою ARC (1984) [5]:
CE при = 5,67 + 0,06 х LW, (14)
де : CE недостатньо - чиста енергія обслуговування.
Використання балансового методу для прогнозування енергетичної цінності кормів та раціону для великої рогатої худоби.
Загальний вміст енергії у кормах (валова, потенційна, валова енергія) визначається спалюванням зразка в кисневому середовищі калориметра або на основі хімічного складу корму в рівнянні 3 або ін.
В 1 кг сухої речовини більшість рослинних кормів містить приблизно 17-18,5 МДж валової енергії.
Кількість валової енергії не дає об'єктивної оцінки кількості енергії, доступної для анімації . Так , наприклад, в сухій речовині соломи є майже така ж кількість валової енергії , як в сухій речовині злакових зерен (16.7-18.8 МДж), але енергія зерен для тварин, в той час як його більше в соломі залишається невикористаною . Енергія засвоюваних поживних речовин кормів та раціонів визначається для конкретного виду тварин. Наступне рівняння рекомендується для великої рогатої худоби:
D E = 0,02424 DP + 0,03412 DF + 0,0185 + Dfiber + 0,017 DNAM , (15)
де : кількість DE виражається в МДж, а засвоювані горіхові речовини (протеїн, жири, клітковина, речовини, що не містять азот ) в грамах
Оцінюючи якість кормів у лабораторіях, визначаючи вміст травних, обмінних чи чистих енергетичних продуктів, використовують референтні співвідношення травлення, що призводить до значних неточностей у розрахунку вмісту вищезазначених енергій. Ось чому , у багатьох експериментах за різних умов (рівень годівлі, харчова цінність, тип підгодівлі тощо) були встановлені r коефіцієнти засвоюваності поживних речовин. Часто травлення визначали на овець або волів, і результати механічно переносили на всі статеві та вікові групи великої рогатої худоби.
В Україні у відділах контролю якості кормів використовуються розрахунки щодо засвоюваності поживних речовин із "Довідника з підживлення кормом", що редагується М. М. Карпусом [2]. У передмові до цього видання зазначено: "Для визначення харчової цінності кормів коефіцієнти перетравлення взяті з книг М. Ф. Томме , Р. В. Мартиненко , К. Нерінга , Н. П. Платиканова та інших ресурсів". М.Ф. Томме (1964 р.) У передмові до книги "Корм СРСР" [3] зазначає, що "більшість коефіцієнтів взяті з вітчизняних творів, частково запозичених із книги Шнайдера" Корм світу "(1947 р.) , з німецьких творів Клінга, Франка та ін. Іноді вони використовували прогнозні таблиці засвоюваності зеленого корму та сіна при різному вмісті клітковини ".
Це вказує на те, що коефіцієнти засвоюваності у довідниках можна вважати дуже приблизними . Так, за даними різних авторів, засвоюваність енергії зерна кукурудзи становить 74-91%. Ще одна велика різниця між перетравленням певних поживних речовин цього корму.
Частина помилок в пов'язаному з вивченням хімічного складу кормів і калу. Кал великої рогатої худоби після сушіння і подрібнення - це пил з дуже невеликим розміром частинок, який проникає через фільтр діаметром до 0,1 мм, що забезпечується методом визначення сирого волокна. У калі не можна визначити вміст зв’язаних з кальцієм жирних кислот класичним методом вилучення. Під час сушіння в нормальних умовах частина сполук азоту потрапляє у повітря та ін . Все це, очевидно, призводить до значних неточностей у визначенні хімічного складу калу. Тому найбільш точною є калориметрія кормів і калу, яка робиться дуже рідко.
У національній довідковій літературі засвоюваність поживних речовин лише деяких кормів представлена фазою вегетації, у більшості випадків є лише назва корму, що, звичайно, призводить до помилок у визначенні значення засвоюваності поживних речовин конкретних кормів, а отже, їх енергетична оцінка та оцінка раціону s.
Точніше буде визначити коефіцієнти засвоюваності однієї індикаторної енергії, ніж чотири . Коефіцієнт засвоюваності енергії в траві, силосі, сінажі з бобових трав та бобово-злакових сумішей, а також у сіно і трав’яній муці, виготовленої з будь-якої сировини, можна визначити за формулою:
CED = 88,9 + 0. 015 SP - 0 , 1 SK, (16)
W тут : RP та CF g / DM
ДМ - суха речовина
Для прогнозування засвоюваності енергії трави, силосу та сінажу із злакових трав та зерно-бобових сумішей рекомендуємо рівняння:
CED = 88. 9 + 0,020 RP - 0. 085 CF , (17)
У соломі та статі всіх культур енергетичний травлення можна визначити:
CED = 88,9 + 0. 035 RP - 0. 17 CF , (18)
Довідкові матеріали слід використовувати для коренеплодів, зернових, кормів для тварин, олії та відходів видобувної промисловості, оскільки кореляція між КВП та РП та КФ ненадійною.
Ці рівняння дозволяють порівняно точно визначити коефіцієнти засвоюваності енергії і можуть бути успішно використані у практичній роботі при визначенні поживної цінності корму за допомогою травної та обмінної енергії. У цьому випадку не потрібно використовувати показник фактичної засвоюваності , але визначити їх залежить від хімічного складу корму, який є більш об'єктивним та зручним у роботі.
Коефіцієнти засвоюваності енергії раціону можна визначити рівнянням:
CED = 88. 9 + 0020 RP - 0. 09 CF . (19)
Таким чином, вміст засвоюваної енергії у кормах або раціоні має визначатись DE = GE * CED . (20)
Оскільки не вся енергія поживних речовин, які зникли в травному тракті, потрапляє у внутрішнє середовище організму у вигляді продуктів, доступних для окислення, і частково втрачається разом з газоподібними продуктами бродіння, то енергія, доступна для обміну, буде меншою, ніж засвоюються .
Обмінна енергія (метаболічна, фізіологічно корисна, кінетична енергія засвоєних речовин) - визначається як:
E Е = G Е - ( EE + UE + Е G ). (21)
ЕЕ - енергія екскрементів
EG - енергія газів
В Україні прийнято визначати вміст обмінної енергії у кормах для великої рогатої худоби, використовуючи наступне рівняння:
У Великобританії використовується рівняння (ARC, 1984) [5]:
E Е = 0 , 0152 DP + 0,0342 DF + 0,0128 DFiber + 0,0159 DNAM , (23)
де обмінюється енергія в МДж, і засвоювані поживні речовини в грамах.
У прийнятому українському рівнянні калориметричні коефіцієнти для білка і клітковини є більшими в об’ємних кормах; вміст обмінної енергії завищений , особливо в сінажі та соломі.
Крім наведеного рівняння для визначення вмісту E E у нормах ARC (1984) [5] рекомендує наступне:
E E = 0,81 * D E (24)
Тобто кількість E E у кормі чи раціоні становить 81% травної.
Наявність констант означає постійний взаємозв'язок між D E і E E, що не відповідає дійсності. У той же час, коли в дослідах О. Kelner це було доведено , що виробничий ефект корми нижче, тим більше він містить сире волокно.
Втрата енергії з газами залежить від багатьох факторів, по-перше, від кількості CF та легкозасвоюваних вуглеводів у раціоні. У наших дослідженнях вони містять близько 12% ГЕ з коливаннями 8 -15% і їх можна прогнозувати відносно об'єктивно за рівняннями 4 і 5.
Якщо втрати енергії газами можна точно визначити, знаючи засвоюваність поживних речовин, втрати енергії в сечі дуже слабкі, корелюють із сухою речовиною. Найтісніший зв’язок існує між рівнем РП у раціоні та втратою енергії в сечі (r = 0,819), яку можна визначити рівнянням 8.
Таким чином, ми можемо рекомендувати дві системи рівнянь для оцінки вмісту обмінної енергії у кормах та раціонах.
Перша система рівнянь для визначення Е Е через сирі поживні речовини та коефіцієнт засвоюваності енергії.
E E = G E • CED - EG –UE (25)
GE = 0,0238 RP + 0. 0397 R Z + 0,0188 CF + 0,0175 RNAM (26)
CDE = 88,9 + 0,020 RP - 0. 090 CF (27)
або інше рівняння залежно від типу подачі або довідкових даних.
E G = 0,00544 SC + 0. 00222 CNSE (28)
UE = 0,0238 RP + 0,15 або UE = 0. 00357 RP . (29)
У цих рівняннях G Е, Е Е, EG , UE , визначається в МДж, сирі поживні речовини в грамах в природному кормі, для визначення , за винятком КНІ , де RP і CF в г / CF .
Друга система рівнянь для визначення вмісту обмінної енергії через травні поживні речовини з використанням коефіцієнтів засвоюваності поживних речовин, встановлених в експериментах або взятих із еталонних.
EE = D E - EG - UE (30)
D E = 0,02424 D P + 0,03412 DF + 0,01851 DFiber + 0,017 DNAM (31)
EG = 0,00988 D P + 0,0022 DNAM (32)
UE = 0,02424 D P * 0,25 = 0,00606 D P (33)
У цих рівняннях E E, D E, EG і UE виражаються в МДж, сировинні та засвоювані поживні речовини в грамах у натуральних кормах.
Порівняльна оцінка різних методів визначення змісту E E говорить на користь визначення його відповідно до рекомендованих нами рівнянь. Експериментальне тестування, яке було проведено в багатьох експериментах, проведених за останні 20 років, підтверджує надійність та точність цих рівнянь. Ці підходи та методи повністю опубліковані в дисертації [4].
Біологічні та методологічні підходи до теплового балансу.
Процес життя тварин супроводжується безперервним він при утворенні в його організмі і виробленим відпливом тепла до навколишнього середовища. Організм тварини - це саморегульована система, що має внутрішнє джерело тепла, в якій за нормальних умов виробництво тепла - кількість виробленого тепла - дорівнює кількості теплоти, відданої навколишньому середовищу. Внутрішня температура шкіри постійна завдяки регулюванню інтенсивності виробництва тепла та передачі тепла, в залежності від температури екстерном аль середовища. Т він температура шкіри тварини під впливом зовнішніх умов змінюється у відносно широких межах.
Теплова рівновага між організмом тварини та навколишнім середовищем є умовою комфорту, який залежить від температури навколишнього середовища, стінок та поверхонь навколишніх предметів, швидкості повітря, вологості повітря, характеру шерсть і значення виробництва продукції тварини. T його кількість, в свою чергу, залежить від віку, статі тварини, його харчування, м'язової активності і інших чинників. Наприклад, при зниженні температури зовнішнього середовища, при прийомі їжі та подальших процесах травлення, при м’язовій роботі збільшується виробництво тепла для досягнення теплової рівноваги з навколишнім середовищем через посилення хімічних реакцій обміну речовин.
Кількість енергії, яку споживає тварина перед їжею при повному м’язовому спокої при оптимальній температурі зовнішнього середовища, що відповідає мінімальній активності механізму терморегуляції, є основним (стандартним) обміном. Експериментально виробництво тепла на тварині зазвичай визначається прямою та непрямою калориметрією .
Тепло в організмі тварини (в клітинах) утворюється в процесі складних біохімічних реакцій (окислення) біологічного обміну. Орган теплоутворення - це весь організм в цілому, який працює на основі безумовно рефлекторних механізмів - у стані спокою та рефлексу - у м’язовій діяльності.
Виробництво тепла та тепловіддача обумовлені діяльністю центральної нервової системи, яка регулює обмін речовин, кровообіг, пітливість та діяльність скелетних м’язів.
Передача тепла є процес повернення тепла до тварини буде здійснюється через теплопровідність (провідність), конвекції (провідність), випромінювання (випромінювання), дихання і випаровування поту та вологи з легких. Значна кількість тепла витрачається на нагрівання кормів та води, нагрівання повітря в легенях.
Теплопровідність (провідність) - передача тепла від поверхні тіла тварини до твердих предметів здійснюється до підлоги, землі, стін, доїльного обладнання тощо.
Передача тепла в цьому випадку відповідає закону Фур'є:
Qkond = K • F (t1 - t2) • [ккал / год], (34)
де : Qkond - повернення тепла через провідність;
F - поверхня контакту тварини з предметом, м2;
t1 - температура поверхні тіла, ° С;
t2 - температура поверхні тіла на дотик, ° С;
К - коефіцієнт тепловіддачі, рівний.
K = 1 / (Y [d / b] TC + Y [d / b] p.) • [kcal / m2 • h • град], (35)
де : b - коефіцієнт теплопровідності, ккал / м • год • град;
д - товщина волосся (і підстилки), м.
Тепловіддача провідності через повітря дуже мала, оскільки коефіцієнт теплопровідності нерухомого повітря становить 0,00083 ккал / см • сек • год • град.
Конвекція передбачає передачу тепла від поверхні тіла тварини до повітря, що рухається навколо неї. У загальному балансі втрати тепла, що передаються теплом конвекцією, становлять значну частку (понад 25-30%).
Для розрахунків теплопередачі конвекцією можна використовувати рівняння Н. К. Вітте, засноване на розрахунку охолодження кататерметра та одночасно встановлених емпіричних величин постійної:
C1 = 0,10 (0,5 + √ v) • P • ( Tv - Tp ) при v ≤ 0,6 м / сек; (36)
C2 = 0,12 (0,273 + √ v) • P • ( Tv - Tn ) при v> 0,6 м / с, (37)
де : С1, С2 - тепловіддача конвекцією;
v - швидкість повітря, м / сек;
Р - поверхню тіла тварини , яка бере участь в теплообмінних, м2;
TV - температура повітря, ° C ;
Тп - температура (середня) поверхні шкіри, ° С
Радіаційний тепловіддача - це передача тепла у вигляді променистої енергії від поверхні тіла тварини до навколишнього простору. Кількість тепла, випромінюваного випромінюванням, залежить від температури поверхні тіла, температури, що оточує тіло стін і поверхонь, їх здатності подавати тепло, розміру поверхні тіла та навколишніх поверхонь, відстані та відносного положення тіла та навколишніх поверхонь. Передача тепла через радіацію в стані спокою тварини становить 43-50% від загальних втрат тепла.
Випромінювання тіла тварини характеризується довжиною хвилі від 5 до 40 мкм, а шкіра тварини поглинає інфрачервоні промені як абсолютно чорне тіло. Кількість тепла , що випускається одиницею поверхні тіла в одиницю часу , визначається законом Стефана-Больцмана , яка дійсна тільки для абсолютно чорного і сірого тел:
де : с - коефіцієнт взаємного випромінювання, ккал / м2 • год • град;
Фісл - випромінює поверхню тіла людини, м2 ;
tp - температура поверхні тіла та одягу, ° C;
до температури навколишніх поверхонь, ° С.
Цей закон показує, що інтенсивність випромінювання різко зростає зі збільшенням температури поверхні тіла.
У приміщенні тепловіддача визначається за формулою Н. Вітте:
Qr = 0,093 • P • (TST - TT) • [ккал / хв], (39)
де : Qr - тепловіддача, ккал / хв;
Р - поверхня тіла людини, м2;
Tst - температура стін;
Tt - середня температура тіла.
У теплообміні людини конвекція та випромінювання беруть участь у середньому 75% всієї поверхні тіла.
При випаровуванні поту з тіла тварини збирається тепло, яке є прихованим теплом пари. Процес передачі тепла випаровуванням з поверхні шкіри та легенів тварин в умовах комфорту становить 23-29% від загальної віддачі тепла.
Кількість тепла, що виділяється з поверхні тіла шляхом випаровування , визначається рівнянням:
Qn = bB • W • F (PK - PB) • [ккал / год], (40)
де : WF - частина поверхні тіла, вкрита потом, м2;
W - коефіцієнт вологості шкіри ≈ 0,2-1;
ПК - парціальний тиск водяної пари в насиченому повітрі, мм рт.ст. над шкірою ;
PB - парціальний тиск водяної пари в навколишньому повітрі, мм рт. вул .;
bB - коефіцієнт тепловіддачі у зовнішнє середовище під час випаровування поту (ккал / м2 • год • мм),
bB = 1,25 К, (41)
де K - коефіцієнт тепловіддачі,
bB = 10,45 + 8,7 v, (42)
де : v - швидкість повітря.
Як видно з рівняння, кількість поту, що випаровується, залежить від швидкості руху повітря, площі поверхні тіла, вкритої потом, та від різниці парціальних тисків ( Pk -PB) ; який змінюється залежно від температури та відносної вологості повітря. Інтенсивність відділення водяної пари від шкіри людини різко зростає і при інтенсивній м’язовій діяльності тварини.
При приблизних розрахунках існує кількість тепла, що виділяється з поверхні шкіри шляхом випаровування, в основному залежить від кількості випареної вологи та температури шкіри.
Кількість тепла, яке дається тілом тварини для нагрівання повітря в легенях, залежить від кількості повітря та його температури на вході та виході з тіла. Крім того, кількість тепла, яке відводиться на випаровування вологи, залежить від кількості повітря, яке пройшло через легені при вдиху, і від вмісту вологи вдихуваного і видихуваного повітря. Він визначається за формулою
Q = 0,001 мп , (43)
де : р - питома теплота випаровування води, ккал / рік;
m - кількість вологи, що випаровується в легенях ккал / год; визначається різницею вмісту вологи у вдихуваному та видихуваному повітрі.
Питання про вплив температури навколишнього середовища на енергетичний обмін та потребу в ньому тварин багато в чому перешкоджає відсутність методологічної бази для такого аналізу. Тому в більшості досліджень описом умов проведення експерименту нехтують , що унеможливлює узагальнення даних та висновки.
Немає сумнівів, що на температуру повітря, їжі, води та матеріалів, де тварини відновлюються , впливає потреба тварин в енергії завдяки терморегуляції.
Візьміть такий коефіцієнт, як температура вдихуваного тваринного повітря і визначте, скільки тепла потрібно для того, щоб тварина нагрівало повітря до температури тіла. У 19 фізіологічних експериментах було встановлено, що молодняк великої рогатої худоби за добу вдихає близько 200-250 л повітря на 1 кілограм грама тіла. Жива маса 500 кг вола на добу вдихатиме 100-125 м3 повітря. Для визначення потреби в енергії для нагрівання такого повітря використовуємо таке рівняння:
Qpp = 1,293 В ( Tt-Tp ) (44)
де : Qp - кількість теплоти, необхідної для нагрівання повітря, КДж
V - кількість повітря, вдиханого в цей день м3,
С - теплоємність , КДж
T - температура повітря
T тіло - температура тіла тварин .
Вола при різниці температур від 20 ° C (між температурою повітря і температурою тіла) 2,5-3,2 МДж енергії подачі при різниці температур в 30 ° , де буде 3.9-4.8 МДж.
Інший аспект - нагрівання їжі та води до температури тіла.
Нехай вол живої ваги 500 кг споживає 50 кг соковитих кормів суміші та води в день. Для нагрівання цієї кількості речовин при 20 ° С потрібно 4,2 МДж живильної енергії, при 30 ° С до 6,3 МДж.
Qq = 4,1868 мкс ( Tt - Tc ) (45)
де : Qq - кількість енергії, необхідної для нагрівання їжі та води,
KJ Tt - температура тіла
Tc - температура живлення та води,
M - маса соковитою їжі і води.
Так , лише повітря, їжа та вода, що переносять повітря до температури тіла живого вола вагою 500 кг з різницею температур 20 ° С, потребують 6,7-7,4 МДж живильної енергії, а при 30 ° С відповідно, 10,2-11,1 МДж, що складає більше 10% попиту тварин на обмінну енергію.
Тому під час досліджень обов’язково потрібно враховувати температуру повітря, води та кормів.
Терморегуляція - це сукупність фізіологічних процесів, які підтримують внутрішню температуру тіла на постійному рівні. Теплоутворення залежить від інтенсивності хімічних реакцій метаболізму, зростання яких при охолодженні організму забезпечується хімічною терморегуляцією. Р hysical терморегуляція регулює повернення тепла з боку б Ody через фізичні процеси: теплопровідності, конвекції, випромінювання та випаровування.
Хімічна терморегуляція здійснюється зміною інтенсивності окислювальних процесів, викликаних мікровібрацією м’язів (коливаннями); і фізична - зміна температури шкіри, обумовлена розширенням (звуженням) шкірних судин, зміною інтенсивності потовиділення та дихання, що є реакцією на зміну температури навколишнього середовища, вологості та інших факторів. Розширення судин шкіри та збільшення кількості крові, яка тече, призводить до посилення тепловіддачі, звуження їх - до її зменшення. Терморегуляція відбувається рефлекторно через подразнення температурних рецепторів шкіри та слизових оболонок, виникнення нервових імпульсів, що збуджують нервові центри.
У процесі постійного обміну речовин в організмі тварини в результаті розпаду складних хімічних сполук виділяється енергія. Він перетворюється на теплову, електричну та механічну енергію і забезпечує протікання всіх форм діяльності організму. Виходячи з 1-го та 2-го законів термодинаміки, енергетичний баланс організму тварини можна описати рівнянням:
де : М - енергія, що виробляється в організмі тварини (виробництво тепла);
Qrad - втрати тепла радіацією
Qcon - втрата тепла теплопровідністю та конвекцією;
Qvip - втрата тепла випаровуванням вологи з шкіри та верхніх дихальних шляхів ;
Qdich - втрати тепла при нагріванні вдихуваного повітря ;
QP - кількість теплоти, необхідної для нагрівання повітря ;
Qq - кількість енергії, необхідної для нагрівання їжі та води ;
J - адсорбція тепла радіацією (наприклад, сонячним).
Запропоновані нами методи були розроблені переважно на молодій худобі; тому доцільно зробити перевірку на дорослих тварин різних фізіологічних станів.
Література
1. І. І . Ібатуллін , О.М. Жуковський та ін . Методологія та організація наукових досліджень у тваринництві. Посібник К. Сільськогосподарська наука, 2017. 328 с. (У співі А.Т. Звігун )
2. М.М. Карпусь , S . Я . Карпович , Л.С. Прокопенко та ін. Довідник з харчуванням харчування. К: Врожай. 1978. 2 60 с .
3. Томме М. Ф. Корм СРСР. ВАСХНІЛ 4-е вид. Москва: Колос . 1964. 448 с.
4. Цвігун А.Т. Обґрунтування енергозабезпечення молодняку великої рогатої худоби при різних видах годівлі: дис. ... док. з. - х наук: 06.02.02. Санкт-Петербург. Пушкіна 1993. 546 с.
5. АРК. Енергетичні надбавки та системи годування жуйних тварин. Лондон 1984. 85с.
Translation - English Predicting method of the energy balance for ruminants.
Tsvigun A.T., Tsvigun O.A.
Podilsky State Agrarian and Engineering University
Annotation
The article presents various approaches and methods of the energy balance prediction for ruminants in particular:
1. Investigation of gas and energy exchanges in experiments.
2. Preparation of the energy balance by the calculation method.
3. Using the balance method for predicting the energy value of feed and ration for cattle.
4. Biological and methodological approaches to heat balance.
These techniques provide an opportunity to predict and analyze the energy balance for ruminants and according to its approaches carry out the energy evaluation of feed and rations in the content of gross and clean energy in contrast to existing ones.
Keywords: gross energy, digestible, exchange, balance, feed and ration evaluation, ruminant animals.
Introduction
The world experience in livestock development shows that progress in raising productivity and reducing the cost of livestock products is determined about 35% by the achievements of genetics and breeding. The main part of the productivity increase is achieved through the rational feeding of animals. Foreign and domestic scientists state that the nutritional value of feed is 50-60% due to its energy content, about 20-30% by the presence of digestible nitrogenous substances and 20-30% is the content of other constituents. That is why it is very important to evaluate objectively the energy exchange in the animals’ organism.
Investigation of gas and energy exchanges in experiments.
The establishment of the mechanism of external factors' influence on the animals’ organism is very important for zootechnical science. The classic methods, by which over two centuries are trying to explain their influence, are the study of digestion and the balance of nutrients and individual organic and mineral elements. Unfortunately, in most cases the explanations are reduced to the statement of facts as following: digestibility increases, the balance is positive and is better absorbed that does not always make it possible to understand the mechanism of action of one or another factor of the metabolism and energy. In ruminants, a complex transformation of nutrients in the rumen is carried out by microorganisms with the destruction of some parts and the synthesis of other substances, which prevents the balance and determines objectively the digestibility of nutrients. For ruminants, the most accurate is the compilation of the energy balance as an integral indicator of all metabolic processes [1].
For many years, we have worked out a methodology for the study of gas-energy metabolism in animals using a mask method of 5-minute sessions for 1-2 hours until morning and in 3-4 hours after each feeding two adjacent days in succession, changing the animals order of the next day during the sessions to the opposite.
The reverse order of sessions of respiratory research allows to eliminate partially the influence of time factor. This is because the consumption of one animal lasts 7-8 minutes (including fixing and removing equipment, switching from one animal to another), and for 9-12 animals it is from 1 to 1.5 hours.
On the basis of respiratory research the ventilation of lungs and the number of air exhaled by animals are determined taking into account the conversion factor, which magnitude depends on temperature and barometric pressure (to barometric pressure of 760 mm Hg and temperature of 0°C); the amount of consumed oxygen is the difference in the amount of isolated oxygen and carbon dioxide, respiratory (respiratory); depth and frequency of breathing; utilization of oxygen, etc.
The total heat production is calculated by the amount of consumed oxygen and its caloric value depending on the value of the respiratory factor:
HP = O2 (15.986 + 5.144 RF), or (1)
HP = O2 [15.986 + 5.144 (CO2: O2)], (2)
where: HP - heat production, kJ;
О2 - quantity of consumed oxygen by the animal for a certain period of time, l;
СО2 - amount of carbon dioxide isolated, л;
RF - respiratory factor - the ratio of CO2 to O2.
Nowadays, very rarely, the authors of scientific studies try to balance energy, as in most cases its scheme has a number of inaccuracies (Table 1). In addition to feed and feces, the rest of the indicators are calculated either through the amount of nitrogen, or as a percentage of the digestible energy. Thus, the energy of gases is determined by calculation, often depending on the amount of digestible energy and the coefficient of its digestion, which does not always correspond to reality. In addition, Kelner O. deduced the dependence: the more fiber in the animal's diet, the more energy is consumed with gases. Heat of fermentation in most experiments is not calculated at all.
Tab. 1. Traditional energy balance in the cattle organism
Indicator Method of determination
Gross Energy Chemical composition or calorimetry
Fossil fuels Chemical composition or calorimetry
Energy of digestible substances Calculation
Urine Energy Calculation
Gas Energy Calculation
Heat of fermentation No counting or calculation
Exchange Energy Calculation
Products Energy Calculation
Heat production Calculation
Thus, digestible, exchange and pure energy is determined in balancing experiments with a significant proportion of probable errors and inaccuracies.
We offer a methodology for calculating the energy balance based on the calculation of gross energy of the diet and heat production, as these are two objective indicators, the initial and final result of the interaction of the feed, organism. Having determined the heat production in the experiment, so it can make up 80 to 100% of the exchange energy. The energy of feed and ration is calculated quite accurately by the regression equation:
GE = 23.95 x RP + 39.77 x RF + 20.05 x CF + 17.46 x CNSE (3)
where: GE - gross energy;
RP - raw protein;
RF - raw fat;
CF- crude fiber;
CNSE - crude, non-saturated extractives.
To determine the energy value of feces, use the same equation multiplied by 1,054. More precisely, it could be determined by direct calorimetry.
The energy emitted from gases is determined by the equations:
EGc = 0.963 x (SC + CNSE), (4)
EGaa = 1.675 x (SC + CNSE), (5)
where: EGc - energy of gases in calves;
EGaa is the energy of gases in adult animals.
The energy released by fermentation in the rumen:
FHC = 0.385 x (SC + CNSE), (6)
FHaa = 0.670 x (SC + CNSE), (7)
where: FHC - fermentation heat in calves;
FHaa - fermentation heat in adult animals.
The energy that is allocated with urine is determined by:
UE = 3.592 x CP, (8)
where: UE - urine energy
CP is a crude protein.
Knowing the amount of consumed gross and exchange energy, with great accuracy, you can determine the amount of digestible using the above formulas.
Thus, having determined in the respiratory research the value of heat production and calculating the energy value of the product, you can determine the amount of exchange energy by the equation:
EE = HP + NE pr (9)
where: EE - exchange energy;
HP - heat production;
NE pr - the net energy of production.
Preparation of the energy balance by the calculation method.
The value of heat production can be determined by the calculation method by the equation:
HP = 41.37 + 0.1346 x LW + 31.97 х ADG – 5.853 х CEЕ, (10)
where: LW - live weight, kg;
ADG - average daily gain, kg;
CEE - the concentration of exchange energy in 1 kg of dry matter, MJ.
The energy of the growth of living mass is determined by the equations ARC (1984) [5]:
(B) = (220.73 x DG + 28.64 x DG2) x LW.75, (11)
(R) = (234.59 x DG + 52.96 x DG2) x LW.75, (12)
where: B gr. (б) - the net energy of growth of the body of Bugayts;
R gr (t) - the net energy of the growth of the body of the calves;
DG is the average daily gain of live weight.
Energy expenditure on motor activity was determined by the formula:
NE act = 0.42 kJ / h / kgLW, (13)
where: NE act - the net energy of activity;
LW - live weight.
The maintenance energy was determined by the ARC formula (1984) [5]:
CE under = 5.67 + 0.06 x LW, (14)
where: CE under - clean energy of maintenance.
Using the balance method for predicting the energy value of feed and ration for cattle.
The total energy content in the feed (gross, potential, gross energy) is determined by combustion of the sample in the oxygen medium of the calorimeter or on the basis of the chemical composition of the fodder in equation 3 or other.
In 1 kg of dry matter, the majority of plant fodder contains approximately 17-18.5 MJ of gross energy.
The amount of gross energy does not give an objective estimate of the amount of energy available for the animal. For example, in dry matter of straw there is almost the same amount of gross energy as in the dry matter of cereal grains (16.7-18.8 MJ), but the energy of the grains is available for animals, while its greater in straw remains unused. The energy of digestible nutrients of feeds and rations is determined for a particular species of animals. The following equation is recommended for cattle:
DE = 0.02424 DP + 0.03412 DF + 0.0185 + Dfiber + 0.017 DNAM, (15)
where: the amount of DE is expressed in MJ, and the digestible nutrients (protein, fat, fiber, non-nitrogen matters) in grams.
When assessing the quality of feed in laboratories, determining the content of digestive, exchange, or pure energy products use reference ratios of digestion, which leads to significant inaccuracies in the calculation of the content of the aforementioned energies. Here’s why, reference factors of digestibility of nutrients were established in many experiments under different conditions (level of feeding, nutritional value, type of feeding, etc.). Often digestion was determined on sheep or oxen and the results were mechanically transferred to all sex and age groups of cattle.
In Ukraine, in the departments of the quality control of forages, calculations are used for the digestibility of nutrients from the "Handbook of feeding nutrition", edited by M.M. Carpus [2]. In the preface to this edition it is stated: "To determine the nutritional value of feeds, the coefficients of digestion are taken from the books of M.F. Tomme, R.V. Martynenko, K. Nering, N.P. Platikanov and other resources". M.F. Tomme (1964) in the preface to the book "The Fodder of the USSR" [3] states that "most of the coefficients are taken from domestic works partly borrowed from the book of Schneider "The Fodder of the World "(1947), from the German works of Cling, Franco and others. Sometimes they used predictive tables of digestibility of green fodder and hay at different contents of fiber".
This indicates that the digestibility factors in the reference books should be considered as very approximate. So according to various authors, the digestibility of corn grain energy is 74-91%. Another big difference between the digestion of certain nutrients of this feed.
Part of the errors is related to the study of the chemical composition of feed and feces. Feces of cattle after drying and grinding is a dust with a very small particle size that penetrates through a filter with a diameter of up to 0.1 mm, which is provided by the method of determining the crude fiber. In the feces, it is impossible to determine the content of calcium-bound fatty acids by the classical method of extraction. When drying under normal conditions, a part of nitrogen compounds airborne, etc. All this, obviously, leads to significant inaccuracies in determining the chemical composition of feces. Therefore, the most accurate is the calorimetry of feed and feces, which is done very rarely.
In the national reference literature, the digestibility of nutrients only of some feed is represented by the phase of vegetation, in most cases there is only the name of the feed, which, of course, leads to errors in determining the value of digestibility of nutrients of specific feeds, and therefore their energy assessment and evaluation of rations.
It will be more accurate to determine the coefficients of digestibility of one indicator energy than four. The coefficient of energy digestibility in grass, silage, haylage of bean grasses and bean-cereal mixtures, as well as in hay and grass meal made from any raw material can be determined by the formula:
CED = 88.9 + 0.015 SP - 0,1 SK, (16)
Where: the RP and CF g / DM
DM – dry matter
To predict digestibility of grass energy, silage and haylage from cereal grasses and cereal-bean mixtures, we recommend the equation:
CED = 88.9 + 0,020 RP – 0.085 CF, (17)
In straw and sex of all cultures, energy digestion can be determined:
CED = 88.9 + 0.035 RP – 0.17 CF, (18)
Reference materials should be used for root crops, cereals, animal feeds, oil and extractive industry waste, as correlation between CED and RP and CF is unreliable.
These equations allow relatively precisely determine the coefficients of energy digestibility and can be successfully used in practical work in determining the nutritional value of feed by digestive and exchange energy. In this case, it is not necessary to use the index of digestibility factors, but determine them depends on the chemical composition of the feed, which is more objective and convenient in the work.
The coefficients of the digestibility of the energy of the ration can be determined by the equation:
CED = 88.9 + 0,020 RP – 0.09 CF. (19)
Thus, the content of digestible energy in the feed or diet should be determined by DE = GE * CED. (20)
As not all the energy of nutrients that disappeared in the digestive tract, gets into the internal environment of the organism in the form of products available for oxidation, and partly lost with gaseous fermentation products, then the energy available for exchange will be less than digestible.
The exchange energy (metabolic, physiologically useful, kinetic energy of the assimilated substances) - is defined as:
EЕ = GЕ - (EE+ UE + ЕG). (21)
EE – energy of excrement
EG – energy of gases
In Ukraine, it is accepted to determine the content of exchange energy in feed for cattle, using the following equation:
EE = 0.01746 DP + 0.03123 DF+ 0.01365 DFibre + 0.01478 DNAM, (22)
In the UK, the equation (ARC, 1984) [5] is used:
EЕ = 0,0152 DP + 0,0342 DF + 0.0128 DFiber + 0.0159 DNAM, (23)
where the exchange energy in MJ, and the digestible nutrients in grams.
In the adopted Ukrainian equation, the calorimetric coefficients for protein and fiber are higher in voluminous feeds; the content of exchange energy is overestimated, especially in the haylage and straw.
In addition to the above equation for determining the content of EE in the norms ARC (1984) [5] recommends the following:
EE = 0.81 * DE (24)
That is, the amount of EE in the feed or diet is 81% of digestive.
The presence of constants means that there is a constant interconnection between DE and EE, which is not true. At the same time, when in the experiments of O. Kelner it was proved that the productive effect of the feed is lower, the more it contains raw fiber.
Loss of energy with gases depends on many factors, and firstly on the amount of CF and lightly digested carbohydrates in the diet. In our studies, they contain about 12% of GE with fluctuations of 8-15% and can be predicted relatively objectively by equations 4 and 5.
If the energy loss with gases can be accurately determined, knowing the digestibility of nutrients, the energy loss in the urine is very weak correlated with the dry matter. The closest connection exists between the level of RP in the ration and the energy loss in the urine (r = 0.819) which can be determined by the equation 8.
Thus, we can recommend two systems of equations for evaluation the content of exchange energy in feeds and rations.
The first system of equations for the determination of EE through raw nutrients and the energy digestibility coefficient.
EE = GE • CED - EG –UE (25)
GE = 0.0238 RP + 0.0397 RZ + 0.0188 CF + 0.0175 RNAM (26)
CDE = 88.9 + 0.020 RP – 0.090 CF (27)
or other equation depending on the type of feed or reference data.
EG = 0.00544 SC + 0.00222 CNSE (28)
UE = 0.0238 RP + 0.15 or UE = 0.00357 RP. (29)
In these equations GE, EE, EG, UE is determined in MJ, raw nutrients in grams in the natural forage, except for the definition of CED, where RP and CF in g / CF.
The second system of equations for determining the content of exchange energy through digestive nutrients using the nutrient digestibility ratios established in the experiments or taken from the reference.
EE = DE - EG – UE (30)
DE = 0.02424 DP + 0.03412 DF+ 0.01851 DFiber+ 0.017 DNAM (31)
EG = 0.00988 DP + 0.0022 DNAM (32)
UE = 0.02424 DP * 0.25 = 0.00606 DP (33)
In these equations EE, DE, EG and UE are expressed in MJ, raw and digestible nutrients in grams in natural feed.
A comparative estimation of different methods for determining the content of EE suggests in favor of determining it according to the equations recommended by us. Experimental testing, which has been carried out in many experiments conducted over the past 20 years, confirms the reliability and accuracy of these equations. These approaches and techniques are completely published in the dissertation [4].
Biological and methodological approaches to heat balance.
The process of animal life is accompanied by the continuous heat formation in its body and the generated heat outback to the environment. An animal's organism is a self-regulated system with an internal source of heat, in which under normal conditions, heat production - the amount of generated heat - is equal to the amount of heat given to the environment. The internal temperature of the skin is constant due to the regulation of the intensity of heat production and heat transfer, depending on the temperature of the external environment. The skin temperature of the animal under the influence of external conditions varies in relatively broad limits.
The thermal equilibrium between the animal's organism and the environment is a condition of comfort, which depends on the temperature of the environment, the walls and surfaces of the surrounding objects, the speed of the air, the humidity of the air, the nature of the hair and the value of the heat production of the animal. This quantity, in turn, depends on the age, sex of the animal, its feeding, muscular activity and other factors. For example, with a decrease in the temperature of the external environment, with the intake of food and the subsequent processes of digestion, with muscular work, heat production is increased to achieve a thermal equilibrium with the environment because of increased chemical reactions of metabolism.
The amount of energy consumed by the animal before eating at full muscle rest at an optimum temperature of the external environment, which corresponds to the minimum activity of the mechanism of thermoregulation, is the main (standard) exchange. Experimentally, the heat production of an animal is usually determined by direct and indirect calorimetry.
Heat in the animal's organism (in cells) is formed in the process of complex biochemical reactions (oxidation) of biological metabolism. The organ of heat formation is the whole organism as a whole, which works on the basis of definitely reflex mechanisms - in a state of rest and reflex - in muscle activity.
Heat production and heat transfer are due to the activity of the central nervous system, which regulates metabolism, blood circulation, sweating and the activity of skeletal muscles.
Heat transfer is the process of returning heat to the animal is carried out through heat conduction (conduction), convection (conduction), radiation (radiation), breathing and evaporation of sweat and moisture from the lungs. A significant amount of heat is spent on heating fodders and water, heating air in the lungs.
Thermal conductivity (conduction) is the heat transfer from the surface of the animal's body to solid objects is carried out to floors, earth, walls, milking equipment, etc.
The transfer of heat in this case follows the Fourier Law:
Qkond = K • F (t1 - t2) • [kcal / h], (34)
where: Qkond - return of heat through conduction;
F - contact surface of the animal with the object, m2;
t1 - temperature of the surface of the body, ° С;
t2 - temperature of the body surface of the touch, ° С;
K - coefficient of heat transfer, equal.
K = 1 / (Y [d / b] TC + Y [d / b] p.) • [kcal / m2 • h • hail], (35)
where: b - coefficient of thermal conductivity, kcal / m • h • hailstones;
d - the thickness of the hair (and litter), m.
The heat transfer of the conduction through the air is very small, since the coefficient of thermal conductivity of stationary air is 0.00083 kcal / cm • sec • h • deg.
Convection involves the transfer of heat from the body surface of the animal to the air moving around it. In the overall balance, the heat loss of heat transfer by convection constitutes a significant proportion (over 25-30%).
For calculations of heat transfer by convection one can use the equation of N.K. Witte, based on the calculation of the cooling of the catatermeter and the empirical constant values established at the same time:
C1 = 0.10 (0.5 + √ v) • P • (Tv - Tp) for v ≤ 0.6 m / sec; (36)
C2 = 0.12 (0.273 + √ v) • P • (Tv - Tn) for v> 0.6 m / s, (37)
where: С1, С2 - heat transfer by convection;
v - velocity of air, m / sec;
P - the surface of the body of an animal involved in heat exchange, m2;
TV - air temperature, ° C;
Tp - temperature (average) of skin surface, ° С
Radiation heat transfer is the transfer of heat in the form of radiant energy from the animal's body surface to the surrounding space. The amount of heat emitted by radiation depends on the temperature of the body surface, the temperature surrounding the body of the walls and surfaces, their ability to provide heat, the size of the body surface and surrounding surfaces, the distance and the relative position of the body and the surrounding surfaces. Heat transfer through the radiation in the state of rest of the animal is 43-50% of the total heat loss.
Radiation of an animal's body is characterized by a wavelength from 5 to 40 microns, and the animal's skin absorbs infrared rays as a completely black body. The amount of heat emitted by the unit of the body surface per unit time is determined by the law of Stefan-Boltzmann, which is valid only for absolutely black and gray bodies:
Qrad = C • Fizl • [(273-tn / 100) 4 - (273 + to / 100) 4] • [kcal / h], (38)
where: с - coefficient of mutual radiation, kcal / m2 • h • hailstones;
Fisl - radiates the surface of the human body, m2;
tp - temperature of the surface of the body and clothing, ° C;
to-temperature of surrounding surfaces, ° С.
This law shows that the intensity of radiation increases dramatically with an increase in the temperature of the surface of the body.
In the room, the heat dissipation is determined by the formula N. Witte:
Qr = 0.093 • P • (TST - TT) • [kcal / min], (39)
where: Qr - heat dissipation, kcal / min;
P - surface of the human body, m2;
Tst - the temperature of the walls;
Tt is the average body temperature.
In human heat exchange, convection and radiation participate in an average of 75% of the entire body surface.
When evaporation of sweat from an animal's body is collected by heat, which is a hidden heat of steaming. The process of heat transfer by evaporation from the surface of the skin and animal lungs in the conditions of comfort is 23-29% of the total heat output.
The amount of heat emitted from the surface of the body by evaporation is determined by the equation:
Qn = bB • W • F (PK - PB) • [kcal / h], (40)
where: WF - part of the body surface, covered with sweat, m2;
W - coefficient of skin moisture ≈ 0.2-1;
PC - partial pressure of water vapor in saturated air, mm Hg over the skin;
PB is the partial pressure of water vapor in the ambient air, mm Hg. st .;
bB - coefficient of heat transfer to the external environment during evaporation of sweat (kcal / m2 • h • mm),
bB = 1.25 K, (41)
where K - coefficient of heat transfer,
bB = 10.45 + 8.7 v, (42)
where: v - air velocity.
As can be seen from the equation, the amount of sweat that evaporates depends on the velocity of the air, the surface area of the body covered with sweat, and on the difference of partial pressures (Pk-PB); which varies depending on temperature and relative humidity of air. The intensity of water vapor separation from the skin of a person sharply increases and with intense muscular activity of the animal.
With approximate calculations, there is an amount of heat released from the surface of the skin by evaporation, mainly depends on the amount of evaporated moisture and the temperature of the skin.
The amount of heat given by the body of the animal to heat the air in the lungs depends on the amount of air and its temperature at the entrance and exit of the body. In addition, the amount of heat given to the evaporation of moisture depends on the amount of air that passed through the lungs when breathing and on the moisture content of the inhaled and exhaled air. It is determined by the formula
Q = 0.001 mp, (43)
where: p - specific heat of evaporation of water, kcal / year;
m - amount of moisture evaporated in lungs kcal / h; is determined by the difference in moisture content in inhaled and exhaled air.
The question of the influence of ambient temperature on the energy exchange and the need for animals in it is largely obstructed by the lack of a methodological basis for such an analysis. Therefore, in most studies, the description of the conditions for carrying out the experiment is neglected, which makes it impossible to summarize the data and draw conclusions.
There is no doubt that the temperature of the air, food, water and materials where the animals restore is influenced by the need for animals in energy due to the thermoregulation.
Take a factor like the temperature of inhaled animal air and determine how much heat is needed in order for the animal to heat the air to the body temperature. In 19 physiological experiments, it was found that young cattle for a day inhale about 200-250 l of air per 1 kilogram of body weight. A live weight of 500 kg ox per day will inhale 100-125 m3 of air. To determine the energy requirement for heating such air we use the following equation:
Qpp = 1,293V (Tt-Tp) (44)
where: Qp - the amount of heat needed to heat the air, KJ
V - amount of air inhaled that day m3,
C - heat capacity, KJ
T - air temperature
T body - body temperature of animals.
The ox at a temperature difference of 20 ° C (between air temperature and body temperature) of 2.5-3.2 MJ of feed energy at a temperature difference of 30 ° where there will be 3.9-4.8 MJ.
Another aspect is the heating of food and water to body temperature.
Let the ox of live weight 500 kg consume 50 kg of juicy feed of the mixture and water per day. To heat this amount of substances at 20 ° С, 4.2 MJ of feed energy is required, at 30 ° C to 6.3 MJ.
Qq = 4.1868 mx (Tt - Tc) (45)
where: Qq - amount of energy needed to heat food and water,
KJ Tt - body temperature
Tc - temperature of feed and water,
M - the mass of juicy food and water.
So, only air, food and water carrying air to the body temperature of a live ox weighing 500 kg with a temperature difference of 20 ° C require 6,7-7,4 MJ of feed energy, and at 30 ° C, respectively, 10,2-11,1 MJ, which accounts for more than 10% of the animals' demand for exchange energy.
Therefore, it is imperative to take into account the temperature of air, water and feed during research.
Thermoregulation is a set of physiological processes that maintain the internal temperature of the body at a constant level. Heat formation depends on the intensity of the chemical reactions of the metabolism, whose growth at the cooling of the body is provided by chemical thermoregulation. Physical thermoregulation regulates the return of heat by the body through physical processes: heat conduction, convection, radiation and evaporation.
Chemical thermoregulation is carried out by changing the intensity of oxidative processes caused by micro-vibration of the muscles (oscillations); and physical - a change in skin temperature, due to the expansion (narrowing) of the skin vessels, changes in the intensity of sweating and respiration, which is a reaction to changes in the temperature of the environment, humidity and other factors. Expansion of the vessels of the skin and an increase in the amount of blood that flows leads to increased heat dissipation, narrowing them - to reduce it. Thermoregulation occurs reflexively due to irritation of the temperature receptors of the skin and mucous membranes, the emergence of nerve impulses that excite the nerve centers.
In the process of constant metabolism in the animal's body, as a result of the decomposition of complex chemical compounds, energy is released. It transforms into thermal, electrical and mechanical energy and provides the flow of all forms of activity of the organism. Proceeding from the 1st and 2nd laws of thermodynamics, the energy balance of an animal's organism can be described by the equation:
TP + J = Qrad. + Qcon + Qvip. + Qdich + QPP + Qqv, (46)
where: M - energy produced in an animal's organism (heat production);
Qrad - Heat loss by radiation
Qcon - loss of heat by heat conduction and convection;
Qvip - heat loss by evaporation of moisture from the skin and upper respiratory tract;
Qdich - heat loss on heating of inhaled air;
QP - the amount of heat needed to heat the air;
Qq - amount of energy needed to heat food and water;
J - adsorption of heat by radiation (for example, solar).
The methods proposed by us were tested mainly on young cattle; therefore, it is expedient to make a check on adult animals of different physiological conditions.
Literature
1. І.І. Ibatullin, O.M. Zhukovsky and others. Methodology and organization of scientific research in animal husbandry. Manual K. Agricultural Science, 2017. 328 p. (In singing A. T. Zvigun)
2. М.М. Karpus, S.I. Karpovich, L.S. Prokopenko and others. Handbook of feeding nutrition. K: Harvest. 1978. 260 p.
3. Tomme M. F. The fodder of the USSR. VASKHNIL 4th ed. Moscow: Kolos. 1964. 448 p.
4. Tsvigun A.T. Substantiation of energy supply of young cattle in different types of feeding: diss. ... doc. with. - x Sciences: 06.02.02. St. Petersburg. Pushkin 1993. 546 pp.
5. ARC. Energy allowances and feeding systems for ruminants. London 1984. 85p.
More
Less
Experience
Years of experience: 25. Registered at ProZ.com: Apr 2020.
Learn more about additional services I can provide my clients
Stay up to date on what is happening in the language industry
Help or teach others with what I have learned over the years
Improve my productivity
Bio
I am a full
freelance translator based in Kamianets-Podilsky, Ukraine, graduated from
Chernivtsy State University, Ukraine, Philology, English Language and
Literature Specialty. 2010-2015 post-graduate education in Pedagogical
Institute, State Academy of Pedagogical Sciences of Ukraine. In 2016 received
Academic Degree of Doctor of Philosophy, General Pedagogy and History of
Pedagogy Specialty. My translation career began in 2002 Extension Agrarian
Service, Ukraine financed by USAID. After three-year project, I worked for
several Ukrainian Translation Agencies, and continued as an active freelancer
since 2008.
Expertise