《Journal of Environmental Management》：Tree-shaded silvopastoral systems as a low-input and climate-resilient strategy to mitigate heat stress in lambs under semiarid regions
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热应激是限制炎热半干旱地区放牧家畜的重要因素，并削弱基于牧场的生产的可持续性，而田间可行的适应方案仍然有限。本研究中，研究人员评估了一种低投入的林牧复合策略作为全光照灌溉牧场的气候智慧型替代方案，应用于巴西半干旱地区。将中等密度的原生卡廷加（Caatinga）
热应激是限制炎热半干旱地区放牧家畜的重要因素，并削弱基于牧场的生产的可持续性，而田间可行的适应方案仍然有限。本研究中，研究人员评估了一种低投入的林牧复合策略作为全光照灌溉牧场的气候智慧型替代方案，应用于巴西半干旱地区。将中等密度的原生卡廷加（Caatinga）乔木整合到绵羊放牧单元中，创造了明显较全光照单作系统更温和的小气候：林牧复合放牧单元显示出略低的空气温度（最热时段降低高达约1 °C），黑球湿度指数（BGHI）降低1个单位（林牧复合系统86.1 vs. 单作系统87.2；p < 0.05），表明环境热负荷较低。林牧复合系统中的Morada Nova羔羊约62%的放牧时间（约6小时48分钟）处于树荫下，约63%的时间用于采食，且表现出明显的昼夜采食行为变化（采食时间和采食速率的时间效应p < 0.001）。热缓解效应体现在较低的心率和呼吸频率，尤其在正午前后（系统×时段交互作用对心率和呼吸频率的影响p < 0.05），尽管直肠温度在两个系统中均处于正常范围内。基于仅五个描述变量——空气温度、BGHI、呼吸频率、采食时间和阳光下活动时间——的典型判别分析正确分类了97.9%的系统×时段组合（p < 0.001），为现场热应激诊断提供了一套简明的监测指标组合。总体而言，研究结果表明，在灌溉牧场中引入树荫是一种低技术、可扩展且资源高效的干预措施，可降低1.1个BGHI点的热应激并改善动物福利，从而增强炎热半干旱环境中小型反刍动物生产系统的气候适应性，并促进更清洁、更可持续的畜牧业生产。
## 研究背景与问题提出
热带和半干旱地区的畜牧业生产日益面临热应激的挑战，高温、强太阳辐射和有限的水资源使动物频繁暴露于热中性区（thermoneutral zone）之外的环境中，损害采食量、生长性能、免疫功能和福利水平，同时降低了放牧系统的环境与经济效益。在此背景下，能够在田间条件下缓解热应激的气候智慧和低投入适应策略对于可持续畜牧业生产至关重要。林牧复合系统（Silvopastoral systems, SPS）作为整合乔木、牧草和动物的综合性土地利用方式，在提升热带生产系统环境可持续性和动物舒适度方面展现出潜力。然而，关于林牧复合系统对半干旱条件下本地适应绵羊的小气候、热调节和行为反应的综合效应研究仍然有限，这一知识空白制约了基于自然的策略在改善慢性热应激下小型反刍动物生产系统适应性和福利方面的应用。因此，本研究旨在评估林牧复合系统所促进的小气候改变及其对热带半干旱地区绵羊热应激、行为反应和福利的影响，重点探讨林荫牧场作为可持续羔羊生产可扩展且具气候适应性策略的价值。该论文发表于《Journal of Environmental Management》。
## 主要技术方法
研究采用随机完全区组设计，裂区排列，于2023年10月至2024年3月在巴西塞阿拉州索布拉尔市UVA州立大学实验农场开展。试验设置蝉尾草（Megathyrsus maximus cv. BRS Tamani）单作和林牧复合系统两个处理，各4个重复放牧单元。林牧复合系统保留原生卡廷加乔木约104株·ha
?1，树冠遮阴比例约22.65%。32只初始体重17 kg、日龄约120日的Morada Nova公羔随机分配至两个处理，连续放牧时间为每日6:00至17:00。研究人员测定了气象变量（黑球温度、干湿球温度、风速、相对湿度）、计算了黑球湿度指数（BGHI）和辐射热负荷（RHL, W·m
?2），记录了心率、呼吸频率、直肠温度及体表温度（红外热成像技术），并开展了6轮行为学观察试验（每轮11小时，10分钟间隔扫描取样）。数据分析采用SAS软件的MIXED过程和SPSS软件的典型判别分析（Canonical Discriminant Analysis, CDA）。
## 研究结果
### 环境变量与热舒适指数
林牧复合系统的空气温度（31.9 °C）显著低于单作系统（32.2 °C；p ≤ 0.05）。最高温度出现在12:00–14:00和14:00–16:00时段（约34.3 °C）。相对湿度在两个系统间无差异，总体均值为63.78%。风速和辐射热负荷在两系统间亦未见差异。BGHI在两系统间存在显著差异（p ≤ 0.05），单作系统均值为87.2，林牧复合系统为86.1；最热时段（10:00–12:00和12:00–14:00）BGHI值最高，达到约90.3和89.3。
### 热调节反应
心率和呼吸频率均检测到系统×时段交互作用（p = 0.0058和p = 0.006）。在10:00–12:00和16:00–17:00时段，两系统心率均值相似；总体而言，单作系统心率（90.3 beats·min
?1）高于林牧复合系统（86.4 beats·min
?1）。单作系统12:00–14:00时心率达到峰值（98.6 beats·min
?1）。呼吸频率方面，单作系统均值为62.0 breaths·min
?1，林牧复合系统为58.2 breaths·min
?1；单作系统12:00–14:00时呼吸频率超过75 breaths·min
?1，而林牧复合系统同期为70 breaths·min
?1。直肠温度在两系统间无差异（p ≥ 0.05），均约为39.5 °C。
### 体表温度
小腿部位表面温度在6:00–8:00时段存在系统×时段交互作用（p = 0.039），林牧复合系统（33.0 °C）低于单作系统（35.9 °C）。总体而言，除头部外，林牧复合系统各解剖区域体表温度普遍低于单作系统（p = 0.05）。各区域最高体表温度多出现在10:00–12:00、12:00–14:00和14:00–16:00时段，经常超过40 °C；臀部记录到最高值48.6 °C。
### 行为反应
林牧复合系统中，动物在约62%的放牧时间（约6小时48分钟）处于自然遮阴下。采食时间占比约63%（约7小时），上午（6:00–10:00）采食频率最高（约76%），下午降至最低（4:00–5:00约30%）。反刍、站立休息、躺卧休息和其他活动在最后一个时段（4:00–5:00）增加，其中反刍（50.5%）和站立休息（15.2%）最为频繁。采食速率仅在不同时间段之间存在差异，4:00–5:00时段最低（39 bites·min
?1），其余时段均值为54.7 bites·min
?1。
### 环境、生理和行为变量的整合分析
典型判别分析从大量气候、生理和行为变量中，最终保留空气温度、BGHI、呼吸频率、采食时间和阳光下活动时间五个变量进入模型。提取的五个典型函数具有统计学显著性（Wilks' Lambda；χ2 = 397.4；p < 0.001）。第一典型函数解释68.1%的组间方差，主要由空气温度（标准化系数1.294）和BGHI（?0.565）驱动，代表热环境梯度。第二典型函数解释20.7%的方差，主要由BGHI（0.770）、呼吸频率（0.766）和采食时间（0.514）主导，可解读为热胁迫下的生理-行为反应梯度。基于这五个变量，分析正确再分类了97.9%的原始观测值至其各自的系统×时段组合。
## 讨论与研究结论
研究人员提供了基于田间证据的结论，表明卡廷加生物群系中的林牧复合系统——整合乔木、牧草和本地适应动物——是一种实用的、基于自然的缓解热应激策略，同时支持更可持续、可能更清洁的羔羊生产模式。
关于微气候调节效应，林牧复合系统降低了平均空气温度和BGHI，尽管绝对降幅不大，但在动物已接近热耐受极限的环境中具有重要生物学意义。BGHI平均值从单作系统的87.2降至林牧复合系统的86.1，接近绵羊推荐范围（80–83）。午间 hottest 时段BGHI约89.5，仍为关键管理窗口。辐射热负荷总体均值接近绵羊平衡热环境阈值（570 W·m
?2），峰值约630 W·m
?2，低于半干旱地区更严酷条件的报道值。
生理学层面，林牧复合系统中呼吸频率和心率均值较低。单作系统呼吸频率超过75 breaths·min
?1，符合中高蛋白应激水平；林牧复合系统低5个单位，证实了遮阴的缓解效应。直肠温度稳定于预期绵羊值范围内（39.5 °C），反映有效热调节能力，这既源于Morada Nova品种的适应性，也受益于林牧复合系统的小气候缓冲作用。体表温度追踪环境条件变化，树干区域在单作系统中持续较高、林牧复合系统中较低，直接证明太阳辐射对热反应的影响。
行为学层面，动物在林牧复合系统中花费更多时间利用遮阴，约63%时间用于采食。上午出现采食高峰（76%），随后采食频率和采食速率下降、反刍和 idle 增加，表明饱腹感和摄入调节。林牧复合系统中这些行为转换发生在更易获取遮阴的背景下，意味着羔羊能够满足营养需求同时避免过度暴露于直射太阳辐射。这种行为灵活性对于设计减少热负荷而不损害采食量的放牧时间表至关重要。
典型判别分析量化了乔木作为结构性元素塑造小气候和动物行为的作用。即使空气温度和BGHI升至热应激典型水平，林牧复合系统的羔羊仍能维持主动采食同时减少直射太阳辐射暴露时间，而单作系统羔羊则表现出更高的全光照暴露和与更高热负荷相容的生理反应。97.9%的正确分类率表明这五个变量生成高度特征性的系统×时段组合图谱，可作为实践指标用于半干旱放牧系统热挑战和福利状况的诊断。
**研究结论**：将原生乔木整合到灌溉蝉尾草牧场中是缓解半干旱条件下羔羊热应激的有效策略，同时支持更可持续和具气候适应性的生产系统。林牧复合管理改善了牧场小气候，促进了较全光照单作更有利的热生理和行为反应，凸显了自然遮阴作为炎热环境低投入适应策略的重要性。乔木整合入绵羊生产系统代表了提升动物福利和减少热应激的实用自然途径，无需依赖能源密集型降温设施。呼吸频率和BGHI成为监测热舒适和支持半干旱条件下适应性管理决策的实用田间适用指标。从清洁生产视角，适度遮阴的林牧复合系统展现出改善热带旱地小型反刍动物生产环境可持续性和适应性的强潜力。未来研究应评估不同乔木配置的长期影响，包括土壤质量和碳固存等生态系统服务，以进一步优化卡廷加生物群系气候适应性畜牧业系统。
