Естественное и искусственное оптическое излучение и его применение в животноводстве

1.

Лекция
ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ
ОПТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО
ПРИМЕНЕНИЕ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

2. План

1. Состав и свойства солнечной радиации.
2. Роль и значение видимого света.
3. Ультрафиолетовое излучение.
4. Инфракрасное излучение.
5. Искусственное УФ- и ИК-облучение
животных.

3. Рекомендуемая литература

Основная:
1. Зоогигиена / И.И. Кочиш, Н.С. Калюжный, Л.А. Волчкова,
В.В. Нестеров.– СПб.: Изд-во «Лань», 2008.
1. Зоогигиена с основами проектирования животноводческих
объектов. Ч. 1. Общая зоогигиена: курс лекций / Н.В. Самбуров.
Курск: Изд-во КГСХА, 2009.
Дополнительная:
Кузнецов, А.Ф. Гигиена содержания животных:
Справочник / А.Ф. Кузнецов –СПб: Изд-во «Лань», 2004.

4. Состав и свойства солнечной радиации

Волновая теория света. Это поток электромагнитных колебаний различной
длины волны и частоты. Скорость света в вакууме составляет 299 792
километра в секунду.
Квантовая теория света. тела поглощают и излучают свет не
непрерывно, а отдельными квантами. Кванты оптического излучения
называют фотонами, они распространяются как материальные частицы. Эти
теории дополняют друг друга.
Установлено, что с повышением температуры излучающего тела уменьшается
длина волны его излучения, спектр излучения сдвигается в сторону более
коротких волн.
Чем короче волна электромагнитных излучений, тем больше энергия его
кванта. От энергии кванта зависит биологическое действие электроманитных
излучений.
Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Ему
обязан весь органический мир
планеты. Солнце не только
источник света и тепла, но и первоначальный источник других
видов энергии (нефти, угля
ветра и воды).

5.

Наше Солнце, возраст которого составляет около 4,57 миллиарда лет, в
настоящее время находится в комфортном среднем возрасте, превращая
водород в гелий и в целом будучи довольно спокойным. Так будет не всегда.
Поскольку водородное топливо в его ядре заканчивается, оно раздуется и
превратится в красную гигантскую звезду, понизив при этом температуру
своей поверхности. Как именно это происходит, зависит от массы звезды и ее
химического состава. Здесь на помощь и приходят новые данные с
Европейского космического агентства Gaia.
Солнце достигнет максимальной температуры примерно в возрасте 8
млрд лет, затем остынет и увеличится в размерах, став красным гигантом в
возрасте около 10–11 млрд лет. В конце жизни Солнце станет тусклым белым
карликом.

6.

Солнечные лучи поглощаясь атмосферой, поверхностью земли и
водой превращаются в тепловую энергию, а зеленые растения
переводят последнюю в энергию органических соединений.
Оптическое излучение (ОИ) – это совокупность видимого,
ультрафиолетового (УФ) и инфракрасного (ИК) излучений.

7.

8.

К поверхности Земли доходит лишь 43 % первоначальной
мощности, 57 % отражается или рассеивается.
Озоновый слой атмосферы выполняет роль защитного фильтра
Земли от лучей коротковолновой части спектра.
У поверхности Земли солнечный спектр составляет:
• ИФ-лучи - 59%;
• Видимые лучи – 40 %;
• УФ-лучи – 1 %.
Напряжение солнечной радиации обусловлено:
углом падения света (длиной пути его прохождения через
атмосферу);
прозрачностью атмосферы (ее облачности).
Поэтому интенсивность освещенности на поверхности Земли
зависит от времени года и суток. При загрязненности атмосферного
воздуха (пылью, дымом) задерживается до 20-40 %, а оконным
стеклом – до 90% наиболее ценного УФ- излучения.
Излучение Солнца создает уровни освещенности намного выше
тех, что мы получаем при искусственном освещении.

9. Роль и значение видимого света

Видимый участок спектра – специфический раздражитель
органа зрения. Свет необходимое условие работы глаза
Самого тонкого и чуткого органа чувств, который дает
примерно 80 % информации о внешнем мире.
Свет важнейший регулятор жизненно важных функций организма
таких, как обмен веществ, размножение, активность защитных
механизмов. Видимый свет воздействует на железы внутренней
(половые, щитовидную) через сетчатку глаза.
Механизм действия видимого света (ВС)

10.

Основное значение видимого света - это ориентация в пространстве, кроме того он регулирует приспособление многих
организмов к суточной и сезонной изменчивости факторов внешней среды:
- суточный ритм их активности и большинство физиологических
процессов связан с естественным режимом дня и ночи (большинство видов животных принимает корм на свету);
- наступление течки, охоты линька и рост волос, изменение
уровня обменных процессов в организме - результат его приспособления к условиям внешней среды, в т. ч. и к продолжительносветового дня.

11.

Регулировать воздействие световой энергии на организм
животных можно, изменяя интенсивность освещения, а также его
продолжительность или долготу дня (фотопериод).
Фотопериодизм – изменение физиологических процессов,
под влиянием чередования периодов света и темноты.
В
зависимости
от
реакции
половой
системы
на
фотопериодизм, сельскохозяйственных животных делят на две
группы: короткодневные (овцы, козы) и длиннодневные (крупный
рогатый скот, лошади, кролики, птица).
Для стимуляции половой активности у овец применяют
короткий фотопериод. Со второй половине лета их содержат в
неосвещенных овчарнях задолго до наступления сумерек, с тем
чтобы продолжительность светового дня была не более 8-10
часов. Прием позволяет получать вместо одного два окота в год
и следовательно увеличить выход ягнят на овцематку.

12.

У длиннодневных животных увеличивающийся световой день
стимулирует рост, развитие и половое созревание молодняка.
Продолжительный световой день (16-18 ч) при освещенности 75
люкс (лк) увеличивает удой коров на 4 – 6 %.
При откорме необходим короткий световой день, при котором
понижается нервно-мышечный тонус и двигательная активность
поголовья, что позволяет повысить живую массу животных,
улучшить конверсию корма, качество продукции, снизить ее
себестоимость.
Например, при откорме свиней до мясных кондиций
продолжительность светового дня должна быть в пределах 8-12
ч в сутки при 50 лк. До жирных кондиций свиней откармливают
при 6 - часовом фотопериоде.
Для повышения плодовитости и резистентности организма
свиней рекомендуют применять длительный фотопериод (16-18
ч при интенсивности освещения 100 лк) за 10-12 дней до
спаривания в течение всего периода беременности, подсоса и
доращивания.

13. Нормативы освещенности животноводческих помещений

Группы животных
В единицах
КЕО
Освещенность, лк при лампах
газоразряд.
накаливания
0,5
50
20
Молодняк от 6 до
12 мес.
0,4
100
50
Хряки, свиноматки
холост. и супорос.
0,5
75
30
Свиномат. подсос.,
ремонт. молод.
0,6
100
50
Свиньи на откорме
0,35
50
20
Коровы и нетели,
молодняк ст. 1 г.,
быки-производ.,
вз. скот на откор.

14.

В птицеводстве разработаны дифференцированные режимы
освещения. Так, например, ремонтный молодняк кур яичных
кроссов выращивают в условиях сокращающегося светового дня
(от 24 ч в суточном возрасте до 8 ч к моменту наступления
половой зрелости и начала яйцекладки), при понижающейся
интенсивности освещения с 20-30 лк до 5 лк.
В продуктивный период световой день увеличивают примерно
на 30 мин. каждые две недели и доводят долготу дня до 15 ч в
сутки, при интенсивности 15 лк. Этот уровень освещенности
поддерживают до конца хозяйственного использования. Такой
режим позволяет увеличить яйцекладку на 10-15 %, улучшить
конверсию корма и качество яиц.
Разработаны и энергосберегающие прерывистые режимы
освещения, заключающиеся в чередовании периодов света и
темноты.

15.

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ФОТОПЕРИОДОВ ПРИ
КОРНЕЛЬСКОМ РЕЖИМЕ ОСВЕЩЕНИЯ ПТИЧНИКОВ

16.

Ультрафиолетовое излучение
Уф-лучи невидимые с длиной от 400 до 180 нанометров (нм),
обладают
глубоким
и
разносторонним
биологическим
действием.
Различают три области спектра ультрафиолетовых лучей:
А – длинноволновое, 400 – 315 нм, загарное действие;
В – средневолновое, 315 – 280 нм, антирахитное и эритемное
действия;
С – коротковолновое, 280 - 200 нм, бактерицидное действие.
Слой озоносферы поглощает УФ-излучение с длиной волны
короче 290 нм, поэтому поверхности Земли достигает
экологическое излучение (290 до 400 нм), к которому
адаптировались все живые организмы в процессе эволюции.
УФ-лучи оказывают на организм прямое действие (через кожу,
слизистые оболочки) и косвенное (через корма и воздух).

17.

Для УФ-излучения характерно двухфазное воздействие на
организм:
Ι фаза – первичные биохимические реакции, протекающие в
коже, связаны с непосредственным поглощением УФ-лучей и
образованием биологически активных веществ;
ΙΙ фаза – вторичные физиологические реакции организма,
обусловленные воздействием на ткани и нервные окончания
продуктов фотохимических реакций.
Интегральный поток УФ-лучей вызывает в организме три типа
биологических реакций:
Фотохимическое действие – энергия УФ-излучения настолько
велика, что способна вызывать химические превращения
некоторых веществ. Так, in vitro, т. е. в пробирке УФЛ разрушает
молекулы щавелевой кислоты и йодит калия. Фотохимический
эффект в организме проявляется в образовании новых
биологически
активных
соединений
(
из
аминокислот
синтезируется из гистидина – гистамин; из тирозина – меланин.

18.

Метаболический эффект – изменение обмена веществ в
организме, что выражается, в частности, в синтезе витамина Д.
Бактерицидное действие – выражающееся в гибели
микроорганизмов.

19. БАКТЕРИЦИДНОЕ ДЕЙСТВИЕ УФ-ЛУЧЕЙ КОЛОНИИ БАКТЕРИЙ ДО (А) И ПОСЛЕ (Б) ОБЛУЧЕНИЯ

А
Б

20.

Бактерицидные лампы

21.

Облучатель ультрафиолетовый
ОУШ-1
Облучательная механизированная установка УО-4

22.

Под влиянием УФ-излучения в коже происходят сложные
многоступенчатые превращения. В результате образуются
биологически активные соединения: ацетилхолин, гистамин,
свободные радикалы, продукты первичного окисления жирных
кислот, простагландины. Попадая в кровь, эти вещества путем
сложных нейроэндокринных реакций генерализуют эффект
излучения на весь организм.
Оптимальные дозы УФ-лучей, вследствие функциональных
сдвигов в вегетативной нервной и эндокринной системах,
изменяют работа всех жизненно важных органов и систем, что
выражается в улучшении обмена веществ, ускорении роста и
развития, повышении резистентности и продуктивности. Кроме
того стимулируется гемопоэз, усиливаются процессы обмена
веществ,
особенно
минерального,
в
сыворотке
крови
увеличивается уровень гамма-глобулинов, лизоцимная и
бактерицидная ее активность.
Интенсивное воздействие УФ-лучей может привести к резко
выраженным дерматитам в виде красноты и отечности.

23. Инфракрасное излучение

ИК-лучи – длинноволновая часть оптического спектра излучений. Это также невидимые лучи с длиной волны от 760 до
3000 нм. ИК-излучение присуще всем без исключения физическим телам, нагретым до температуры свыше абсолютного нуля.
Поглощение энергии ИКЛ происходит в эпидермисе. Коэффициент поглощения, а следовательно, и эффект его действия и
глубина проникновения в кожу зависят от длины волны.
Действие ИК-лучей на дерму и глубоколежащие ткани

24.

Действие ИК-лучей значительно отличается от действия
видимого света и УФ-лучей. Они могут проходить сквозь ткань в
несколько см толщиной, тогда как видимый свет через несколько
десятков миллиметров, а УФ- лучи сквозь доли мм.
Специфичность действия ИКЛ на организм обусловливается
проницаемостью поверхностных тканей для этих лучей и
преобразованием их энергии в тепловую энергию в глубоко
лежащих
тканях.
Это
сопровождается
активизацией
биохимических процессов и повышением тонуса тканей.
При прогревании кожи и глубоколежащих тканей сосуды
расширяются. Происходит значительный приток крови к
периферическим
сосудам.
ИК
облучение
способствует
повышению температуры кожи и ускоряет ток крови в сосудах,
расположенных в дерме и активизируется фагоцитарная
активность лейкоцитов.
Биохимический эффект от воздействия ИКЛ проявляется при
поглощении
излучения
белками
кожи
и
активизации
ферментативных процессов.

25.

Искусственное УФ- и ИК-облучение животных
В качестве искусственных источников УФ-лучей являются
лампы ЛЭ-15, ДРТ-400, ДРТ-1000, ДБ-15 и др. Единица
эритемной облученности ЭР. За 1 ЭР принят 1 Вт излучения с
длиной волны 297 нм.
Животных облучают один раз в 2-3 дня. Высота размещения
ламп ДРТ-400 должна составлять 1-2 м от уровня спины
животного, а ламп типа ЛЭ – 2,2 м.
Лампы ДЛБ-30 и ДБ-60 излучают УФ-лучи с короткой длиной
волны, их применяют для обеззараживания воздуха в
помещениях, тары. В этом случае обработку проводят при
отсутствии животных или обеспечивают защиту поголовья.
В качестве искусственных источников ИК-лучей используют
светлые и темные излучатели. Инфракрасная зеркальная
лампа ИКЗ-500 (мощность 500 Вт). Источник ИК-лучей в
диапазоне 700-2000 нм. ИКЗК 220-250 (700-2000 нм) колба этой
лампы покрыта термостойким красным лаком, что значительно
снижает интенсивность видимого света. Темные излучатели
представляют собой

26.

Темные излучатели представляют собой металлические трубки,
нутри которой проходит нихромовая спираль. Длина волны от
этого источника 4000-5000 нм. ИК-источник заключают в
специальную аппаратуру и получают ИК-облучатели (ОИ-1,
ИКО-1 и др.).
ИК-облучение применяют при выращивании молодняка всех
видов, но больший
эффект получают в свиноводстве и
птицеводстве.
ИНФРАКРАСНЫЙ ОБОГРЕВ ПОРОСЯТ

27.

Лампы инфракрасного обогрева

28.

Инфракрасный карбоновый обогреватель

29.

ИНФРАКРАСНЫЙ ОБОГРЕВ ПОРОСЯТ

30.

ЦЕХ ПОДСОСНЫХ СВИНОМАТОК

31.

ИНФРАКРАСНЫЙ ОБОГРЕВ ЦЫПЛЯТ

32.

Использование автоматизированной установки ИКО с 120
облучателями с лампами ИКЗК- 250 и программным
управлением в свиноводстве повышает жизнеспособность и
приросты живой массы поросят.
Использование ИК - излучения для обогрева молодняка
круглосуточное с интервалами:
телят (возраст 1-15 сут) – 1 ч обогрев и 0,5 ч перерыв;
поросят (возраст 1 – 30 сут) 1,5 ч обогрев и 0,5 ч перерыв.
Оптимальная интенсивность облучения 1,34 - 1,5 Дж/см2 мин.
Для комбинированных ИК-и УФ-облучений разработана
установка ИКУФ с двумя лампами ИКЗК-220-250 и лампой ЛЭ15.
Производственный опыт использования УФ- и ИК- лучей
показал решение важных зооветеринарных вопросов:
стимулируется резистентность, рост и развитие молодняка;
повышается продуктивность животных, улучшается качество
продукции;

33.

внутренний воздух помещений становится более активным;
профилактируются простудные
минерального обмена;
экономятся энергоносители.
заболевания,
Облучатель установки ИКУФ-1
нарушения