مطالعه مروری:تغییرات آب و هوا و افزایش چالش ها در سیستم های تولیدی گاوهای شیری (قسمت ۱)

مفهوم

 تغییرات آب و هوایی که ترکیبی از  تغییر در دمای هوا ، میزان بارش ، فراوانی و بزرگی حوادث شدید آب و هوایی هستند، برروی دام ها اثر میگذارند.  این اثرات می توانند  مستقیم و یا غیر مستقیمباشند. با تغییر آب و هوا نیاز  به ایجاد استراتژی های سازگاری و سیستم هایی که بتواند اثرات ناشی از آن را کاهش دهد افزایش می یابد. این مهم به کمک ابزارهای در دسترس مدیریتی ، تغذیه ای ، بهداشت و همچنین پرورش گیاهان و تولید مثل حیوانات میسر است. . پیش بینی شده این تغییرات فشار انتخابی را بر صفاتی تحمیل می کند که در آمادگی بیولوژیکی (و تولیدی) مهم هستند. سازگاری ژنتیکی برای آینده سیستم های دامی ، به ویژه حیوانات پرتولید بسیار مهم است.این تغییرات هزینه هایی را برای تولید کنندگان و مصرف کنندگان به همراه خواهد داشت. .

مقدمه

حتی در مناطق آب و هوایی نسبتاً معتدل مثل اروپای مرکزی ،پیش بینی های هواشناسی ، به ویژه در ماه های تابستان ، حاکی از افزایش فرکانس دوره های گرما وخشکسالی است. در شمال آلمان، منطقه ی تولیدات شیری با  دمای آب وهوای اقیانوسی[۱] ، پیش بینی می شود تا سال ۲۰۵۰ میزان بارش در حدود ۱۵٪ در ماه های تابستان کاهش یافته و انتظار می رود که میانگین دمای سالانه ، ۲ درجه سانتی گراد افزایش یابد. همچنین انتظار می رود که تعداد روزهای گرم سال (بالاتر از ۳۰ درجه سانتیگراد) اندکی افزایش یابد. طبق پنجمین گزارش ارزیابی هیئت بین دولتی در مورد تغییر آب و هوا (IPCC)[۲] میانگین سطح دمای جهانی تا سال۲۱۰۰ در حدود ۰.۳ درجه سانتی گراد تا ۴.۸ درجه سانتی گراد افزایش می یابد. با توجه به اینکه گاوها در آب و هوای گرم دچار استرس گرمایی می شوند، با افزایش دمای منطقه، تعداد دفعات روزهای منجر به استرس گرمایی طی چند دهه گذشته در چندین منطقه افزایش یافته است. با این حال ، باید در نظر داشت که بسیاری از مطالعات اخیراً منتشر شده نیز نشان می دهد که اثرات تغییرات آب و هوایی باتوجه به منطقه، مدت زمان و انتشار آن بسیار متفاوت است. علاوه بر این ، این اثر، بین گونه های دامی ، نژادها و به صورت انفرادی بسیار متفاوت خواهد بود. بنابراین ، مناطقی که در این زمینه نیازمند سرمایه گذاری هستند، گونه ها (ژنوتیپ) و تراکم سیستم ها  در هر منطقه جغرافیایی باید مشخص شود. این مطالعه بر اروپا و سیستم های تولید گاو شیری متمرکز خواهد شد.تغییرات آب و هوایی با اثرات معنی دار خود بر فیزیولوژی حیوانات ، آسایش ، سلامتی و تولید مثل و اهمیت آن برای تولید دام ، افزایش فرکانس روزهای گرم ، امواج گرما ، دوره های گرما و سایر شرایط شدید آب و هوایی (به عنوان مثال سیل و تگرگ) بیشترین اثر را میگذارند. می توان فرض کرد که هر قسمت از زنجیره ارزش در تولید لبنیات تحت تأثیر تغییرات آب و هوایی، به ویژه شرایط شدید آن، قرار خواهد گرفت. برای مثال، مقالات نشان می دهند که امواج گرما در تولید شیر و ترکیبات آن اختلال ایجاد می کنند، که در نهایت بر روی انواع مختلف محصولات لبنی از نظر کیفی و کمی تأثیر می گذارد. در نتیجه ، تغییرات آب و هوایی با تأثیرات چشمگیر اقتصادی در بخش لبنیات همراه است. بنابراین ، ضروری است که استراتژی های کاهش اثرات استرس گرمایی[۳] توسعه یابد. این استراتژی ها  شامل اقدامات مدیریتی ، سازگاری های تغذیه ای ، فاکتورهای حفظ سلامت همچنین برنامه های  اصلاح نژاد گیاهان و حیوانات که شامل تحمل گرما برای مقابله با این چالش ها است، می باشد. در صورت ایجاد چنین راهبردهایی ، برخی از نویسندگان تخمین می زنند که اثرات اقتصادی مرتبط با تغییرات آب و هوا می تواند در اروپای مرکزی به جای منفی بودن، صفر باشد.

 چگونه می توان شرایط آب وهوایی و تاثیر آن بر حیوانات را اندازه گیری کرد؟

تأثیرات بالقوه ناشی از شرایط آب و هوایی گاو را می توان با استفاده از (الف) پارامتر مبتنی بر محیط زیست، (ب) صفات مربوط به حیوانات یا (ج) ترکیبی از هر دو ارزیابی کرد. با توجه به شرایط محیطی ، عوامل مناسب، درجه حرارت هوا ، رطوبت نسبی ،تابش خورشیدی ، سرعت باد و میزان بارش هستند. با این حال، اغلب از شاخصهای ترکیبی از برخی از این پارامترها برای تعیین کمیت اثرات گرما بر روی حیوانات و برآورد آسایش حرارتی آنها استفاده می شود. محدودیت ها در، در دسترس بودن و قابلیت اطمینان برخی پارامترها است. بنابراین ، بیشتر مطالعات بر ساده ترین داده های موجود متمرکز شده اند که دمای هوا و رطوبت نسبی هستند. براساس این ها ، یکی از شاخص های معمول استفاده شده شاخص دما رطوبت(THI)[۴] است که ترکیبی از دمای هوا و رطوبت نسبی است. تعداد زیادی فرمول THI موجود است که در مناطق مختلف آب و هوایی با توجه به اهمیت رطوبت محیط فرموله شده اند. این فرمول ها همچنین در استفاده از پارامتر نشان دهنده رطوبت (رطوبت نسبی[۵] ، دمای گوی مرطوب[۶] ، دمای نقطه شبنم[۷]) تفاوت دارند. استفاده از شاخص های مختلف در مناطق و پارامترهای مختلف منجر به ایجاد آستانه های مختلف خواهد شد در اکثر مطالعات انجام شده در مناطق آب و هوایی معتدل مانند اروپای مرکزی ، از THI محاسبه شده توسط شورای تحقیقات ملی (۱۹۷۱) ، که ترکیبی از دمای هوا (برحسب درجه سانتیگراد) و رطوبت نسبی (برحسب درصد) است، استفاده می شود. دیگر شاخص های کمتر رایج عبارتند از شاخص رطوبت-  دمای تابشی (BGHI)[۸]، شاخص بار گرما (HLI)[۹] یا شاخص جامع آب و هوایی (CCI)[۱۰]. دو مورد اخیر علاوه بر دمای هوا و رطوبت هوا، سرعت باد محیط و تابش خورشید را نیز شامل می شوند که می تواند برای ارزیابی اثرات آب و هوایی در مرتع درمقایسه با شرایط سرپوشیده قابل اطمینان تر باشد. گرچه ارزیابی وجود یا عدم وجود آسایش مرتبط با گرما در گاوهای شیری مبتنی بر THI به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته و معمولا کاربرد دارد، محدودیت هایی مربوط به استفاده از این شاخص از نظر قابلیت اطمینان ، حساسیت و اعتبار آن وجود دارد. علاوه بر تغییرات منطقه ای و همچنین مزرعه ای در ارزیابی شرایط آب و هوایی ، به خوبی می دانیم که ویژگی های فردی حیوانات مثل، عملکرد او، بارداری و نژاد، بر آسیب پذیری ناشی از استرس گرمایی در گاوهای شیری تأثیر گذار است. این مهم تأیید می کند که اندازه گیری فقط THI ، برای ارزیابی وقوع استرس گرمایی کافی نیست. بنابراین ، هنگام ارزیابی استرس گرمایی در گاوهای شیری ، باید مشاهدات مربوط به حیوانات نیز مورد توجه قرار گیرد. تغییرات در پارامترهای فیزیولوژیکی مثل، درجه حرارت بدن یا میزان تنفس ، اطلاعاتی در مورد پاسخ کوتاه مدت حیوان به گرمای شدید را می دهند، در حالی که اثرات آن در رفتار و عملکرد حیوانات (عمدتا تولید روزانه شیر) پس از یک دوره طولانی مدت گرما، کاملاً مشهود است. برای نشان دادن دمای بدن ، دمای رکتال رایج ترین پارامتر مورد استفاده در گاو است، و پس از آن دمای واژن و شیر هستند. مکان های دیگر برای اندازه گیری دمای بدن شامل پستان ، شکمبه ، صفاق یا پرده صماخ می باشند. هدف از اندازه گیری دما نشان دادن دمای مرکزی بدن به بهترین شکل، مبتنی بر روشی کم تهاجمی و عملی است. با این حال ، باید در نظر داشت که تفسیر هر نوع اندازه گیری دمای بدن در حضور  تعدادی از عوامل خارجی مثل فصل ، زمان روز ، شرایط آب و هوایی و همچنین پارامترهای داخلی مانند نژاد ، میزان شیر ، شکم زایش، میزان مصرف آب و خوراک و حتی روش اندازه گیری  متفاوت است. سایر شاخص های مبتنی بر حیوانات شامل شاخص های فیزیولوژیکی (مثل میزان تنفس ، ضربان قلب ، میزان عرق ، میزان تولید گرمای متابولیک) ، صفات رفتاری (مثل تغذیه، استراحت، نوشیدن، چریدن) و نشانگرهای زیستی[۱۱] که به تشخیص استرس گرمایی ناشی از اختلالات متابولیک کمک می کنند، هستند. این پارامترها ممکن است برای ایجاد پروتکل های کاهش دهنده ی گرما استفاده شوند، که می توانند قبل از ظهور مشکلات شدید تولید و سلامتی، مفید باشند. علاوه بر این، پارامترهای بیوشیمیایی، سلولی و متابولیکی که در طی تنش گرمایی رخ می دهند نیز می توانند شاخص های مفیدی در آینده باشند. همانطور که قبلاً  اشاره شد ، تأثیر استرس گرمایی بر عملکرد حیوانات و ویژگیهای رفتاری به زمان و مدت قرار گیری در معرض گرما بستگی دارد بنابراین ، به عنوان مثال ، مصرف ماده خشک[۱۲] (DMI) به شدت تحت تأثیر آب و هوا از روزهای  گذشته تا  به امروز است. حتی در آب و هوای معتدل هم، یک دوره متوالی گرمای ۳ روزه ی،  نیاز است تا دام در این مدت در معرض استرس گرمایی قرار گیرد  و به دنبال آن بازده شیر را به میزان قابل توجهی تحت تأثیر قرار دهد.

ارتباط تغییرات آب و هوا بر عملکرد، کیفیت تولید و تولید مثل

زمانی که شرایط اقلیمی تغییر می کند، به طور مثال زمانی که دمای محیط از آستانه محدوده دمایی خنثی هر فرد فراتر می رود، مکانیسم های کاهش دمای بدن فعال شده و پس از این مرحله اگر افزایش دما ادامه یابد، دمای بدن بالا می رود. خود حیوان و فعالیتش هردو به طور مستقیم و غیر مستقیم از این حرارت اثر می گیرند. سطح هایپرترمی[۱۳](افزایش دما) به طور معناداری با میزان تولید شیر مرتبط است، به همین دلیل تعیین محدوده بالا و پایین دمای خنثی در گاو شیری دشوار می باشد. همانطور که ذکر شد، رابطه معکوس بین حرارت محیط و خوراک مصرفی با افزایش تولید شیر قوی تر می شود. هرگونه کاهشی در خوراک دریافتی با کاهش تولید حرارت در بدن موجود زنده همراه است و این کاهش برای تنظیم بار حرارتی بدن[۱۴] لازم است. پس می توان نتیجه گیری کرد که گاو های پرتولید در مواجهه با استرس گرمایی حساس تر هستند.

سرعت ظهور تغییرات آب و هوا در شیر سریع نبوده و نسبتاً با تأخیر مشاهده می شوند.  وست و همکاران در سال ۲۰۰۳ دلیل کاهش تولید شیر و ماده خشک دریافتی را آب و هوای گرم در دو روز قبل از تخمین زدند(THI بین ۷۲.۱ و ۸۳.۶). براساس مطالعه بوراوی و همکاران در سال ۲۰۰۲ ارتباط THI با تولید شیر و خوراک دریافتی روزانه به ترتیب ۰.۷۶- و ۰.۲۴- بوده است. زمانی که THI از ۶۹ فراتر رود، تولید شیر با کاهش ۰.۴۱ کیلوگرمی به ازای هر واحد شاخص رشد[۱۵] همراه می شود. علاوه بر تولید شیر،در تحقیقات نتایج مختلفی از میزان تاثیر آب و هوا بر محتوای ارگانیک و غیر ارگانیک شیر گزارش شده است. درارتباط با لاکتوز شیر، یکی از اصلی ترین اجزای شیر پس از آب، تمامی مطالعات هیچ گونه تأثیری ناشی از تغییرات آب هوایی بر آن را نشان نداده اند. نتایج ضد و نقیضی از اثر استرس گرمایی بر چربی شیر انتشار یافته است. لیو و همکاران در سال ۲۰۱۷ تغییراتی در پروفایل تری آسیل گلیسرول[۱۶] و کاهش میزان فسفولیپید به واسطه استرس گرمایی را توضیح دادند که نمایانگر امکان تغییر ویژگی های چربی شیر(برای مثال ترکیب اسید چرب) به این واسطه می باشد. اگرچه کولی و همکاران در سال ۲۰۱۵ هیچ تغییری در درصد چربی شیر در شرایط استرس گرمایی مشاهده نکردند در حالی که استرس گرمایی هر دو جزء پروتئین و کازئین شیر را کاهش می داد. این اتفاق روی ویژگی لخته پذیری شیر و کیفیت پروسه پنیر سازی آن به خصوص وقتی از شیر خام استفاده می شود، اثر خواهد گذاشت. درمورد مواد معدنی شیر هم، ماریانی و همکاران در سال ۱۹۹۳ نوسانات چشمگیر (با الگوی) فصلی را مشاهده کردند که به دلایل مختلفی از جمله تغذیه ممکن است رخ دهد.

احتمالاً اختلالات باروری، مهمترین اثر استرس گرمایی برای دامداران هستند. افزایش دمای داخلی بدن در ارتباط با استرس گرمایی کوتاه مدت و بلند مدت مسئول اختلال در کارایی تولید مثلی گاو شیری است. استرس گرمایی با واسطه افزایش روز های باز[۱۷]، آنستروس و کاهش نرخ گیرایی بر روی باروری اثر می گذارد. اثر استرس گرمایی شامل تغییرات در رشد فولیکولی(شامل دمای فولیکول های پیش تخمک گذار) و تخمک آزاد نشده و رویان ها می باشد. مطالعات درون بدن حیوان[۱۸] ارتباط مستقیمی بین درجه حرارت های بالا در روز تلقیح و نرخ گیرایی را ثابت کرده اند. سکاتانی و همکاران در سال ۲۰۱۵ از الگوی درون آزمایشگاهی[۱۹] استفاده کردند تا اثر استرس گرمایی بر باروری تخمک های گاو را تخمین بزنند و برداشت کردند که بالارفتن استرس اکسیداتیو منجر به عارضه چند اسپرمی (عارضه ای که در آن تخمک با بیش از یک اسپرم تلقیح می شود) شده که ظرفیت زیگوت را برای تقسیمات بیشتر کاهش می دهد. گاو های آبستن با اثرات مستقیم استرس گرمایی بر رحم، رویان و جنین ابتدایی مواجه هستند. با این حال، رویان های با رشد بیشتر (مثلاً مرولا، بلاستوسیست) توانایی تحمل درجه حرارت مشخصی را بدست آورده اند. روش های مختلف هورمون درمانی برای کاهش اثرات مذکور در سطح گله بررسی شده است. می توان نرخ گیرایی را با تزریق GnRH در تلقیح مصنوعی افزایش داد. اما این استراتژی محدود به گاوهایی است که علائم فحلی را از خود نشان دهند. با این وجود اثرات این برنامه های هورمونی در شرایط استرس گرمایی ضد و نقیض بوده اند. درکنار اثرات مستقیم استرس گرمایی بر کارایی تولید مثلی، اثرات دوجانبه آنها هم دارای اهمیت هستند. روس و ولفنسان در سال ۲۰۱۶ اثرات استرس گرمایی و عفونت داخل پستانی را بر عملکرد تخمدان های گاوشیری و رابطه این دو عامل استرس زا را باهم را جمع بندی کردند. آنها فرض کردند که ورم پستان و استرس گرمایی اثر تصاعدی منفی بر باروری دارند. در هر مورد لازم است بر این نکته تأکید شود که بار حرارتی احتمالاً تنها به اثر کوتاه مدت محدود نمی شود و اثرات بلند مدت بر فیزیولوژی تولید مثل گاو خواهد داشت.

علاوه بر این، استرس گرمایی بر باروری گاو های نری که در مطالعات مختلف مورد بررسی قرار گرفتند اثر می گذارد. این مطالعات اثرات زیان آوری از افزایش دمای بیضه بر  پارامتر کیفیت اسپرم و یکپارچگی ماده وراثتی آن خواهند داشت. انزال گاو های نری که تحت شرایط استرس گرمایی بودند کاهش نرخ تحرک، و افزایش نسبت اسپرم های غیر طبیعی(از نظر ظاهری)  را نشان داده اند. در مطالعه گذشته نگر سابز آلسینا و همکاران، بر روی کیفیت اسپرم منجمد شده، پس از یخ زدایی کردن آن، پارامتر های کیفی اسپرم به فاکتور های اقلیمی ۱ تا ۲ ماه قبل از اخذ اسپرم نسبت به ماهی که در آن اسپرم اخذ شده بود، مرتبط تر دیده شدند. با توجه به اینکه در مراکز نگهداری بخصوصی که گاوهای نر شیری برای تلقیح مصنوعی قرار دارند، مدیریت شرایط و بهبود نگهداری به آسانی قابل انجام است، در این مطالعه توجه زیادی به این بخش نشده است.

[۱] Oceanic cliamate

[۲] Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)

[۳] Mitigation strategies

[۴] Temperature-Humidity-Index

[۵] Related-humidity

[۶] Wet-bulb temperature

[۷] Dew-point temperature

[۸] Black-Globe Humidity Index

[۹] Heat-Load index

[۱۰] Comprehensive Climate Index

[۱۱] Biomarkers

[۱۲] Dry matter intake

[۱۳] Hyperthermia

[۱۴] Thermal load

[۱۵] Rising index unit

[۱۶] Triacylglycerol

[۱۷] Open days

[۱۸] In Vivo

[۱۹] In Vitro

, , , , ,