北京地区奶牛反刍与活动量影响因素分析

鄢新义，董刚辉，徐 伟，刘澳星，Jose Galindez，王 炎，郭 刚，李锡智，王雅春*



北京地区奶牛反刍与活动量影响因素分析

鄢新义1，董刚辉2，徐 伟1，刘澳星1，Jose Galindez3，王 炎2，郭 刚2，李锡智2，王雅春1*

（1.中国农业大学动物科技学院，北京100193；2.北京首农畜牧发展有限公司，北京100029；3.SCR Engineering China，北京102627）

摘 要：本试验通过对中国荷斯坦牛反刍时间与活动量监测，旨在研究其反刍与活动变化规律及其影响因素。对北京三元绿荷金银岛牧场200余头不同胎次泌乳牛进行了长达7个多月的连续监测，试验时间划分为夏、秋、冬3个季节，对应于奶牛的热应激期、舒适期、冷应激期。采用SAS（v 9.2）的GLM过程分析季节、胎次、泌乳天数以及父亲效应对反刍时间与活动量的影响。协方差分析结果表明：父亲、季节、泌乳天数3个因素对日反刍时间均值均有极显著效应（P＜0.000 1）；父亲、胎次、季节、泌乳天数4个因素对日活动量均值均有极显著效应（P＜0.000 1）。在炎热夏季（温湿度指数（THI）持续高于72），奶牛易处于热应激状态，活动量显著升高，反刍量明显降低。与冬季相比，夏季活动量高出19.26%，与此相反，冬季反刍时间增加10.36%，均达到极显著差异。胎次效应对反刍时间的影响并不显著，但对活动量的影响显著（P＜0.000 1），一胎个体较二胎活动量增加了9.12%。在整个试验期，牛群的平均日反刍时间为532.5min·d－1，日活动量为525.1au·d－1。原始记录数据为每2h一次，包括反刍时间与活动量，24h连续记录。中国荷斯坦牛夏季受热应激影响，活动量增加，反刍时间降低，而在冬季寒冷温度下，其活动量下降，反刍时间延长。胎次、泌乳天数对反刍时间和活动量也有一定的影响。不同父亲的遗传因素对奶牛活动量和反刍时间的影响具有极显著的差异，通过进一步对环境因素和遗传因素的分析，人们将可以通过育种手段，提高牛群抵抗冷热应激的能力。本研究着重于健康泌乳牛群的数据分析，为进一步探究中国荷斯坦牛群反刍与活动量规律提供理论基础。

关键词：中国荷斯坦牛；反刍时间；活动量；SCR；温湿度指数

随着电子信息技术和传感技术的进步，人们对奶牛的活动与反刍等生理行为的监测变得越来越方便和准确，这也使得牧场针对每头牛进行精细化管理，提高生产效率变得容易而且适用。奶牛机体的这些生理活动受较多的因素影响，包括遗传、环境、饲养管理等。对奶牛反刍与活动量及其变化规律的监测，有助于我们及时判断奶牛生理状态，利用这一特性，结合信息技术，可以很好地进行早期疾病发现，如肢蹄病、乳房炎、消化系统疾病、应激等，更重要的功能是发情监测［1－2］，诸多优点使得这些设备成为规模化牧场管理必备的工具。

当前针对奶牛活动量的监测设备种类多样，包括各式各样的计步器，头颈部活动量记录项圈等。此外，针对反刍进行实时监测的设备并不多见，SCR公司的活动量与反刍时间监测设备为我们提供了支持［34］。活动量与反刍时间作为两个独立的指标，个体间表现出较大差异，不同个体遗传背景、生理阶段、饲养管理有差异，可比性差，难以得出准确判断。此外，单方面的监测，无论是活动量还是反刍时间都只能反映奶牛的一部分生理表现，同时结合两项监测，无疑可以极大地提高对个体的生理状态的准确判断。根据SCR设备提供的实时监测数据，可以将个体数据绘制成连续的曲线，显示出牛只的反刍与活动量变化规律。通过个体反刍与活动量数据与群体数据、个体日常数据的对比，可为发情、疾病、应激、产犊等提供早期诊断，并充分保证其揭发准确性。

目前，部分国家已经广泛使用反刍与活动量监测手段，为规模化牧场的管理提供服务。我国对此类设备的使用相对滞后，随着牧场规模与机械化水平的提高逐年增加。此前针对中国荷斯坦牛群监测数据进行的分析，大致可分为两个独立的方向，一是活动量与发情、疾病记录，二是反刍时间与饲料成分及瘤胃消化。而综合两项监测指标，对大批长期的监测数据进行分析的研究一直处于空白，受限于设备的落后和牧场规模化程度。本试验通过对北京地区各个季节、胎次泌乳牛群反刍与活动量监测，将此作为中国荷斯坦牛群的基础数据，探索牛群各个季节的日常反刍与活动规律，为牛只各类事件（如：疾病、发情、产犊、应激等）的判断提供理论依据［5－6］，有利于日后更加深入了解牛群的生理行为规律、个体信息以及对监测信息的利用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验利用以色列SCR公司的Data Flow II software系统与LD HR－Tag项圈，为200头泌乳牛佩戴反刍与活动量监测项圈，连续记录奶牛的反刍时间（min）与活动量（au）数据，记录频率为2h一次。利用艾普瑞（Apresys）公司的自动温湿度记录仪（型号：179－TH）实时记录牛舍温度（℃）、湿度（%RH），间隔半小时记录1次。所有监测设备均保持每天24h，1周7d连续运行。

全部牛群均采用全混合日粮（TMR）饲喂，全天保持充足饲料。饲料主要营养成分如下，泌乳牛：干物质23kg，粗料比例40%，粗蛋白16.5%～17%；新产牛：干物质18kg，粗料比例45%，粗蛋白18%～18.5%；干奶牛：干物质12kg，粗料比例40.2%，粗蛋白13%。整个试验阶段，饲料配方稳定不变。

1.2 时间与地点

试验时间从2014年7月28日－2015年2月3日，跨越夏、秋、冬3个季节。地点选择在北京市大兴区三元绿荷金银岛牧场，牛舍为半开放式结构，饲养方式为散栏舍饲，牛群均为健康成年中国荷斯坦母牛。将试验过程中发生疾病的牛只转入病牛群，同时将项圈替换到其他健康牛。每日饲喂3次，每次强制采食2h，分别为07：00－09：00、14：00－16：00、21：00－23：00，挤奶3次，时间与强制采食时间相同，不同牛群轮流挤奶。奶厅为并列式和鱼骨式结构。除饲喂与挤奶时间外，其他时间全部母牛自由饮水与采食。所有试验牛群的牛舍、饲喂、管理方式均相同，每日的生活规律保持固定。

1.3 数据分析

温湿度数据使用Excel 2013进行分析，计算每日最高温度、最低温度和平均温度等基本统计量。反刍时间与活动量的原始记录则用Excel 2013对不同季节下每日00：00－24：00的数据绘制折线图。

此外，根据SCR设备收集的每日反刍时间与活动量数据，去除发情期数据、疾病数据、异常值等。数据质量控制标准如表1。

表1 反刍时间与活动量记录筛选标准Table 1 Quality control standard of rumination time and activity records

计算不同季节日反刍时间与日活动量均值，牛群结构包括1～8胎，平均泌乳天数24～531d，共计222头泌乳牛参与试验。以日活动量与日反刍时间的平均值为观察值，父亲、胎次、季节为固定效应，平均泌乳天数为协变量。采用SAS 9.2的GLM过程进行协方差分析，模型：

式中，y为日反刍时间与活动量观察值；α为季节效应；β为胎次效应；γ为父亲效应；θ为泌乳天数；e为残差效应。

2 结 果

2.1 季节与胎次划分

相关文献［8］表明，荷斯坦奶牛的适宜饲养温度为5～25℃。北京地区夏季热应激相对严重，奶牛热应激受湿度影响较大，当温湿度指数（THI）高于72时则进入轻度应激状态［9－10］。因此，本试验以THI大于等于72作为热应激临界值，以低于5℃作为冷应激临界温度。

温湿度数据记录从7月28日－12月6日。通过对4个多月的温湿度数据进行分析，将季节划分为夏、秋、冬3季。由于每年气温变化差异较大，常规按月份划分季节所引起的误差难以控制，本试验以连续超过3d日平均气温＜5℃为秋季进入冬季的标准；以连续3d日平均温湿度指数（THI）＜72为夏季进入秋季的标准，其中THI计算公式［11］为：THI＝0.81×T＋（0.99×T－14.3）×R＋46.3式中，THI为牛舍环境温湿度指数；T为牛舍平均温度（℃）；R为牛舍平均相对湿度（%RH）。

划分结果为：7月28日－9月7日为夏季，9月8日－11月17日为秋季，11月18日－2月3日为冬季。其中9月7日、8日及11月17日、18日这两个交替点均存在明显降温，划分后温湿度值见表2。

胎次划分：一胎（60头）、二胎（56头）和多胎（三胎及以上，106头），总计222头。一般认为一胎尚未完全成熟，常单独作为一个组别，三胎则完全达到成熟状态，各项特征相对稳定，且三胎以上数据较少，因此将三胎及以上胎次合并为一个组别。

表2 按不同季节划分牛群与时间结果Table 2 Summary of different seasons

2.2 每日原始反刍时间与活动量随时间变化规律

首先对各季节牛群的原始反刍时间与活动量数据进行分析，发现每日活动量高峰期与饲喂时间一致，饲喂后1h左右，活动量处于峰值，且3次饲喂后的峰值相近。夏季相比于秋冬两季，活动量明显偏高，秋季略高于冬季，随着气温的降低，活动量下降。同时一天24h的各个时间段，活动量也表现出一定的差异，夜间活动量偏低，每日04：00－06：00达到最小值，日间活动量有较大波动，整体水平偏高（图1）。

反刍时间与活动量变化规律相反，反刍时间也随着饲喂及挤奶时间变化，每日饲喂阶段反刍较少，饲喂后约出现2h的反刍低峰。其中夏季与秋冬两季变化规律差异明显，尤其在日间高温天气下，反刍量变化平缓，持续偏低，饲喂阶段下降较少，饲喂后不见明显升高，秋冬两季反刍时间相似，变化规律一致。一天当中，夜间00：00－06：00反刍时间较长，3个季节夜间反刍时间基本一致，主要差异体现在日间06：00－22：00（图2）。

2.3 日反刍时间与活动量协方差分析

2.3.1 协方差分析 协方差分析结果表明，父亲、季节、泌乳天数3个因素对日反刍时间均值均有极显著效应（P＜0.000 1）；父亲、胎次、季节、泌乳天数4个因素对日活动量均值均有极显著效应（P＜0.000 1，表3）。

图1 每日原始活动量随时间变化规律Fig.1 Regulation of daily activity change

图2 每日原始反刍时间随时间变化规律Fig.2 Regulation of daily rumination time change

表3 日反刍时间与活动量协方差分析Table 3 Analysis of covariance on rumination time and activity

2.3.2 日反刍时间均值分析 试验牛共有222头，父亲共61个，不同父亲后代反刍时间均值范围为321～678min·d－1。后代超过10头的父亲有8头，对这8头父亲的后代进行Duncan’s与Bonferroni多重比较，结果表明不同父亲的后代间平均日反刍时间差异不显著。

采用Duncan’s多重极差检验与Bonferroni t检验对季节效应进行多重比较，夏季与其他两季差异极显著，高温气候下，反刍时间变短，反刍时间的最小二乘均值随着气温的降低而增长。各胎次间差异不显著（表4）。泌乳天数作为协变量，效应极显著，回归系数为（－0.161±0.028），R－Square值为0.386 2。

2.3.3 日活动量均值分析 GLM分析结果表明，不同父亲后代日活动量均值范围为321～835 au·d－1。对后代较多的8头父亲的效应进行Duncan’s多重极差检验与Bonferroni t检验，结果表明不同父亲的后代平均日活动量差异不显著。

对季节进行Duncan’s与Bonferroni多重比较，各季节间差异极显著。平均日活动量随着气温的降低显著降低。对胎次的多重比较结果两种方法存在差异，Duncan’s的结果表明一胎与二胎、多胎差异均极显著，二胎与多胎差异不显著，而Bonferroni方法的结果显示只有一胎与二胎间差异极显著（表4）。泌乳天数作为协变量，效应极显著，回归系数为（－0.195±0.038），R－Square值为0.549 2。

3 讨 论

本试验表明，群体反刍与活动量受季节因素影响较大，在炎热夏季，THI（温湿度指数）持续高于72，奶牛易处于热应激状态，活动量显著升高，反刍量明显降低。与冬季相比，夏季活动量高出19.26%，与此相反，冬季反刍时间增加了10.36%，均达到极显著差异。其中反刍时间与采食量密切相关，这与夏季奶牛采食量低，产奶量低相符［12－13］。而冬季低温天气，对牛群的影响主要体现为活动量显著降低。I.Tripon等［14］的研究结果显示，罗马尼亚荷斯坦奶牛夏季与冬季的反刍时间存在显著性差异，冬季为（464.5±51.9）min·d－1，夏季为（385.5± 44.7）min·d－1，较本试验结果偏低，但是变化趋势一致。

表4 日反刍时间与活动量协方差分析多重比较结果Table 4 Multiple comparisons of daily rumination time and activity

一般来说，气温过高和过低都会对奶牛的生产效率产生影响，低温天气下，维持体温和正常代谢消耗能量多，饲料转化效率将明显下降，大量的能量用于产热，采食量将会提高，反刍时间随之增加，这与本试验结果相符。另外，由于牛舍为半开放式结构，冬季寒冷气候下奶牛多在牛舍内部，仅日间高温天气下到运动场进行活动，表现为活动量明显下降。夏季热应激状态下，奶牛表现为喘息，急躁不安，体温波动大，大量饮水，中午及下午温度最高，食欲低，采食量少，而夜间气温下降时，奶牛采食量增加。与本试验中夜间00：00－06：00反刍时间较高相一致。北京地区由于夏季气温高，冬季低温天气较少，且温度不至于过低，夏季热应激造成的影响远大于冬季。

胎次效应对反刍时间的影响并不显著，这与N.Soriani等［15］2013年对意大利黑白花奶牛的研究结果相似，平均日反刍时间为501min·d－1，与本试验的相似度较高。此外，S.Reith等［16］2014年的文献表明，初产牛日反刍时间为384min·d－1，经产牛为443min·d－1，胎次效应大于本试验，并且在高产牛与低产牛间也具有较大差异。不同文献间有一定差异，由于奶牛品种，试验牛群，试验所处自然条件均不一致，所表现出的差异有待进一步的分析。本试验中，胎次对活动量的影响则明显得多，一胎与二胎差异达到显著，一胎较二胎增加了9.12%。

父亲因素对观察值具有极显著效应，表明在遗传上不同父亲的后代表现出一定的差异性，个体的遗传基础对耐热应激、冷应激的能力上有差异。本试验个体数相对偏少，且单个父亲的后代数较少，导致多重比较后结果不显著，有待进一步对试验细分，选择一致性高的群体，对较多后代的个体遗传因素的影响进行分析。

在泌乳天数上，回归系数约为－0.15～－0.20，表现出一定程度的负相关，这与奶牛的生理状态相关，即随着泌乳天数的增加，活动量与反刍时间均下降。针对这一方面的研究较少，作为其中一个影响因素，同样受个体数的限制，难以做深入的分析，且泌乳个体间泌乳天数差异较大，又分别位于不同胎次。反刍时间与活动量模型的R－Square值分别为0.39和0.55，还有很大程度的差异并未考虑进来。

试验结果对于北京地区中国荷斯坦牛群的反刍与活动量规律有了初步的了解，整个牛群的日反刍时间为532.5min·d－1，日活动量为525.1 au·d－1。这与大部分使用SCR公司反刍与活动量监测设备的规模化牧场群体数据结果相似［14－16］。这表明不同地区荷斯坦牛群在反刍时间与活动量规律上大致相似，可以利用他人的试验数据作为参考。原始记录数据为每2h一次，包括反刍时间与活动量，24h连续记录，日后可进一步挖掘数据，深入了解牛群不同时间的实时生理状态及其影响因素。

4 结 论

本研究着重于探究泌乳牛群健康状态下反刍时间与活动量的影响因素分析，对季节、胎次、父亲及泌乳天数效应进行了协方差分析，发现北京地区的中国荷斯坦牛群在夏季受热应激影响，活动量增加，反刍时间降低，在冬季寒冷温度下，其活动量下降，反刍时间延长。胎次、泌乳天数对反刍时间和活动量也有一定的影响。不同父亲的遗传因素对奶牛活动量和反刍时间的影响具有极显著的差异，通过进一步对环境因素和遗传因素的分析，我们将可以通过育种手段提高牛群抵抗冷热应激的能力。本次初步的影响因素分析试验，为进一步探究中国荷斯坦牛群反刍与活动量规律提供了很好的理论基础。

参考文献（References）：

［1］ 施福明，董书伟，朱新荣，等.活动量监测在牧场管理中的应用［J］.黑龙江畜牧兽医，2013（1）：59－61.SHI F M，DONG S W，ZHU X R，et al.Application of activity－level monitoring in the ranch management ［J］.Heilongjiang Animal Science and Veterinary Medicine，2013（1）：59－61.（in Chinese）

［2］ REITH S，HOY S.Automatic monitoring of rumination time for oestrus detection in dairy cattle.［C］.Animal Production Technology.International Conference of Agricultural Engineering－CIGR－AgEng 2012：Agriculture and Engineering for a Healthier Life，2012：621.

［3］ SCHIRMANN K，VON KEYSERLINGK M A，WEARY D M，et al.Technical note：Validation of a system for monitoring rumination in dairy cows［J］.J Dairy Sci，2009，92（12）：6052－6055.

［4］ BURFEIND O，SCHIRMANN K，VON KEYSERLINGK M A，et al.Evaluation of a system for monitoring rumination in heifers and calves［J］.J Dairy Sci，2011，94（1）：426－430.

［5］ 曹学浩，黄善琦，马树刚，等.活动量监测技术的研究及其在奶牛繁殖管理中的应用［J］.中国奶牛，2013 （8）：37－40.CAO X H，HUANG S Q，MA S G，et al.Applications of activity monitoring technology in dairy cattle breeding management［J］.China Dairy Cattle，2013 （8）：37－40.（in Chinese）

［6］ CALAMARI L，SORIANI N，PANELLA G，et al.Rumination time around calving：An early signal to detect cows at greater risk of disease［J］.J Dairy Sci，2014，97（6）：3635－3647.

［7］ DataFlow2用户指南第三版简体中文版［Z］.2012.DataFlow2User ManualVer 3Chinese Simplfied［Z］.2012.（in Chinese）

［8］ KADZERE C T，MURPHY M R，SILANIKOVE N，et al.Heat stress in lactating dairy cows：a review［J］.Livest Prod Sci，2002，77（1）：59－91.

［9］ RAVAGNOLO O，MISZTAL I，HOOGENBOOM G.Genetic component of heat stress in dairy cattle，development of heat index function［J］.J Dairy Sci，2000，83（9）：2120－2125.

［10］ ARMSTRONG D V.Heat stress interaction with shade and cooling［J］.J Dairy Sci，1994，77（7）：2044－2050.

［11］ 奶牛热应激评价技术规范［S］.中华人民共和国农业行业标准，NYT 2363－2013.Technical specification for heat stress of dairy cows ［S］.Agricultural Industry Standard of the People’s Republic of China，NYT 2363－2013.（in Chinese）

［12］ ST－PIERRE N R，COBANOV B，SCHNITKEY G.Economic losses from heat stress by US livestock industries［J］.J Dairy Sci，2003，86（3）：E52－E77.

［13］ HAMMAMI H，BORMANN J，M’HAMDI N，et al.Evaluation of heat stress effects on production traits and somatic cell score of Holsteins in a temperate environment［J］.J Dairy Sci，2013，96（3）：1844－1855.

［14］ TRIPON I，CZISZTER L T，BURA M，et al.Effects of seasonal and climate variations on calves’thermal comfort and behaviour［J］.Int J Biometeorol，2014，58 （7）：1471－1478.

［15］ SORIANI N，PANELLA G，CALAMARI L.Rumination time during the summer season and its relationships with metabolic conditions and milk production ［J］.J Dairy Sci，2013，96（8）：5082－5094.

［16］ REITH S，BRANDT H，HOY S.Simultaneous analysis of activity and rumination time，based on collarmounted sensor technology，of dairy cows over the peri－estrus period［J］.Livest Sci，2014，170：219－227.

（编辑 郭云雁）

Analysis of Influence Factors on Cow’s Rumination and Activity in Beijing

YAN Xin－yi1，DONG Gang－hui2，XU Wei1，LIU Ao－xing1，Jose Galindez3，WANG Yan2，GUO Gang2，LI Xi－zhi2，WANG Ya－chun1*
（1.College of Animal Science ＆Technology，China Agricultural University，Beijing100193，China；2.Beijing Sunlon Animal Husbandry Development Co.LTD，Beijing100029；China；3.SCR Engineering China，Beijing102627，China）

Abstract：The research was conducted to monitor the daily changes of rumination patterns and physical activity of Chinese Holsteins，with the objective to reveal rules of their variation as well as their influencing factors.During the trial we monitored more than 200cows for a period of 7 months in Sunlon’s Jinyindao dairy farm.The total duration of the project was divided into 3periods，summer，autumn and winter，corresponding to heat stress，thermo－neutral and cold stress period for dairy cows.The General Linear Model（GLM）of SAS software（v 9.2）was used to ana－lyze the influences of season，parity，days in milk（DIM）and sire effects on rumination time and daily activity.The results of covariance analysis indicated that season，sire，DIM had significant effects on daily rumination time（P＜0.000 1）and all of the 4factors had significant effects on daily activity（P＜0.000 1）.Holstein cows were easily to be influenced by heat stress in summer （THI＞72）and resulting in a higher daily activity and lower rumination time compared to those in winter.Average of daily activity increased 19.26%in summer compared to that in winter，on the contrary，rumination time increased 10.36%in winter compared to that in summer.Parity had no significant effect on rumination time，however parity had significant effect on daily activity （P＜0.000 1），e.g.daily activity of primiparous cows were 9.12%higher than cows in second parity.The average of daily rumination time and dairy activity were 532.5min·d－1and 525.1 au·d－1in whole herd during the whole trial.Raw data of rumination time and activity was recorded every 2hours from 00：00to 24：00every day.Cow’s daily activity became higher and rumination time was lower in summer in Beijing，and showed the opposite changing pattern in winter.Parity and DIM are important factors affecting daily rumination time and dairy activity.Genetic factor was represented by sire，the highly significant effect of sire on daily rumination time and dairy activity showed the possibility that we can improve individual’s heat and cold resistance by genetic selection.This results were derived from healthy individuals，which can provide the theoretical foundation for further exploring daily rumination time and activity of Chinese Holstein in the future.

Key words：Chinese Holsteins；rumination time；activity；SCR；temperature humidity index

中图分类号：S823；S815.4

文献标志码：A

文章编号：0366－6964（2016）05－0955－07

doi：10.11843/j.issn.0366－6964.2016.05.012

收稿日期：2015－05－20

基金项目：现代农业（奶牛）产业技术体系建设专项资金（CARS－37）；国家自然科学基金（31172191）；“十二五”科技支撑计划（2011BAD28B02）；2014年北京市科技计划项目（Z151100001015012）

作者简介：鄢新义（1992－），男，湖北荆州人，硕士生，主要从事动物分子数量遗传学研究，E－mail：yanxinyi620@163.com

*通信作者：王雅春，博士，教授，主要从事动物分子数量遗传学研究，E－mail：wangyachun@cau.edu.cn