影响北京地区荷斯坦牛牛奶尿素氮的环境及生理因素分析

苏义童，任怀彦，杨光新，王俊健，罗艺萌，黄铭逸，李源韬，张海亮，李锡智，王雅春*

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

牛奶尿素氮（MUN）在评价奶牛日粮能氮平衡、粗蛋白水平和氮利用率以及评估奶牛繁殖性能和预测氮排泄量中起着关键作用[1]。研究表明，奶牛不同生理阶段对MUN影响显著，且乳成分与MUN之间也具有较强的相关关系[2-3]。影响MUN的因素很多，不同研究中关于MUN随泌乳天数（DIM）[2-5]和胎次[2,6]的变化规律存在分歧，也有研究认为MUN与DIM和胎次没有关系[6]；MUN与乳成分的关系在不同研究中也不尽相同[7-8]；MUN与产奶量之间存在正相关关系[9-10]，也与4%乳脂校正乳（FCM）有关[11]。Johnson等[2]认为MUN与体细胞数（SCC）呈负相关，但黄文明等[11]利用中国荷斯坦牛数据分析指出SCC与MUN呈正线性相关。相比国外，国内对MUN的研究较少，且产犊季节、MUN测定月份、体况评分（Body Condition Score，BCS）和直肠温度对MUN的影响尚不明确。不同国家的荷斯坦牛在遗传背景、日粮种类和饲养管理水平等方面都有一定差异。因此，探究中国荷斯坦牛MUN的群体变化规律，分析泌乳阶段、胎次、乳成分、FCM、体细胞分（SCS）、BCS、产犊季节、测定月份以及直肠温度对MUN的影响十分重要，以便更好地利用MUN监控奶牛日粮供给情况，提高泌乳牛的管理效率，尤其是夏季热应激期。

1 材料与方法

1.1 数据来源 北京奶牛生产性能测定中心提供本研究所用的北京地区68个牛场在2015年7月—2016年8月的生产性能测定数据（DHI）。直肠温度和BCS由中国农业大学动物科技学院牛百科小组于2016年7月8日—8月6日集中测定。

1.2 测定方法

1.2.1 直肠温度 结合牛场实际生产情况，在07:00—10:00和14:00—16:00对泌乳母牛使用电子体温计（OMRON 欧姆龙）进行直肠温度测量。测量时将体温计插入奶牛直肠约10 cm，约10 s后取出读数，精确至0.1℃。每个牛群连续测量2 d。

1.2.2 BCS 结合视觉评估和触觉判断，采用五部位综合评分法[12]进行1～5分的BCS，测定现场由2个人同时独立对同1头牛进行评分，二人评分相差不大于0.5分记为有效，否则重新评定。

1.3 数据处理 汇总同1头牛夏季2 d的直肠温度和BCS数据并匹配相应的测定月份（2016年7月、8月）DHI数据，进而分析直肠温度、BCS等对MUN夏季测定值的影响。

1.3.1 数据转换 根据2 d的直肠温度测定结果分别计算每头牛上午直肠温度均值（RTAM）和下午直肠温度均值（RTPM），只有1 d直肠温度数据的个体则用单次测定结果代替均值。BCS取2个人的评分均值。根据Gaines首先提出的FCM的方法[13]，将日产奶量换算为FCM。将SCC转换为SCS[14]，使其更加近似正态分布。通过DHI报告中乳蛋白率乘日产奶量逐条获得测定日乳蛋白量。

1.3.2 数据分组 本研究以30 d为间隔划分泌乳阶段[15-16]，分析MUN夏季测定值影响因素时划分为15个阶段，剔除450 d以后的个体；分析MUN全年测定值影响因素时划分为11个阶段，剔除305 d以后的个体。分析夏季测定值影响因素时将胎次划分为5个水平，即1、2、3、4、5胎及以上；分析全年测定值影响因素时将胎次划分为3个水平，即1、2和3胎，剔除3胎以后的个体。

根据气象局公布的北京全年气候变化数据和实际生产经验，将每年的3月、4月和5月划分为春季；6月、7月和8月划分为夏季；9月、10月和11月划分为秋季；12月、1月和2月划分为冬季，并以此将2015年7月—2016年6月的产犊月份转换为产犊季节。

1.3.3 数据筛选 参照中华人民共和国农业行业标准《牛乳脂肪、蛋白质、乳糖、总固体的快速测定 红外光谱法》，结合均值加减3倍标准差的方法，确定乳脂率、乳蛋白率、乳糖率、MUN和FCM的保留范围。

经过初步处理，剔除如下数据：①重复测定个体；②直肠温度均值缺失、大于42℃或小于36℃的个体；③BCS缺失个体；④FCM及各项乳成分指标超过保留范围的个体。最终2016年7月和8月用于MUN夏季测定值影响因素分析的有效数据分别为2 711条和2 643条，用于MUN全年测定值影响因素分析的有效数据共计135 027条。

1.3.4 统计分析 采用 SAS9.2 软件GLM过程分析各因素对MUN全年测定值的影响，采用 Bonferroni-t检验进行多重比较（显著水平为0.05）。数据预处理发现MUN对乳蛋白量、DIM、FCM和SCS存在二次回归关系，因而采用模型1分析各因素对MUN全年测定值的影响，采用模型2分析BCS、直肠温度和其他因素对MUN夏季测定值的影响。

式中，MUNijklm表示MUN测定值，单位为mg/dL；μ表示总体平均；herdi表示牛场；parityj表示胎次；monthk表示数据测定月份；calveseasonl表示产犊季节；dim表示泌乳天数；PY 表示乳蛋白量。α1、α2、β1、β2、γ1、γ2、θ1、θ2分别表示各项指标对于 MUN 的回归系数，eijklm表示随机残差。

式中，lacstagek表示泌乳阶段；parityj*lacstagek表示胎次与泌乳阶段的互作效应；FP表示乳脂率；PP表示乳蛋白率；LAC表示乳糖率；RTAM表示上午直肠温度均值，RTPM表示下午直肠温度均值；其余符号含义同模 型 1；α1、α2、β1、β2、γ1、γ2、δ1、δ2、a、b、c 和 d分别表示MUN对各项指标的回归系数，eijkm表示随机误差。

2 结 果

2.1 不同牛场对于MUN的影响 由MUN全年测定值的影响因素分析结果可知，不同牛场的MUN存在极显著差异（P＜0.01）。MUN最大可达20.34 mg/dL，最小仅为10.06 mg/dL，各场MUN中值14.89 mg/dL，平均值为15.10 mg/dL，近似正态分布。

2.2 产犊季节和数据测定月份对MUN的影响 由图1可知，产犊季节和测定月份对MUN均有极显著影响（P＜0.01）。MUN随测定月份波动较大，冬末和初春MUN较低，3月MUN最低；夏季MUN较高，7月MUN最高，全年MUN极差可达3.28 mg/dL。 MUN随着产犊季节变化幅度不大，春季产犊的牛MUN最高，冬季产犊的牛MUN最低。

图1 产犊季节和数据测定月份对MUN的影响

2.3 DIM对MUN的影响 MUN对DIM有极显著的二次回归关系（P＜0.01）。如图2所示，整个泌乳期内MUN总体呈先上升后下降的趋势。泌乳前3个月MUN上升速度较快，到泌乳121 ～180 d时MUN最高且保持相对稳定，泌乳第1个月的MUN最低，整个泌乳期MUN极差为0.77 mg/dL。

图2 MUN随泌乳阶段的变化

2.4 胎次对MUN的影响 胎次对MUN有极显著影响（P＜0.01）。如表1所示，各胎次间MUN变化幅度不大。1胎MUN最高，随着胎次的升高，MUN呈下降趋势，1胎和2、3胎MUN显著差异（P＜0.05）。

2.5 FCM、乳蛋白量和SCS对MUN的影响 MUN对FCM、乳蛋白量和SCS有极显著（P＜0.01）的二次回归关系。回归方程：MUN=0.0026FCM2-0.28FCM-3.15PY2+10.48PY -0.0079SCS2-0.16SCS+ 13.14，式中各项缩写代表含义同模型1。

表1 各胎次MUN最小二乘均值及多重比较结果

2.6 夏季 BCS、RTAM和RTPM对MUN的影响 MUN夏季测定值影响因素分析结果显示，MUN对乳脂率、乳蛋白率、乳糖率、FCM、SCS、BCS有显著（P＜0.01）的回归关系。回归方程：MUN=-0.11FP2+1.10FP+1.54PP2-9.89PP-1.16LAC2+12.55LAC+0.0013FCM2-0.08FCM0.14S CS-0.05BCS+0.14RTAM-0.04RTPM，式中各项缩写代表含义同模型2。RTAM、RTPM对MUN均无显著影响（P＞0.05），但MUN随RTAM的升高有升高趋势，随RTPM的升高有降低趋势。MUN与BCS间存在显著的负线性回归关系（P＜0.05）。

3 讨 论

3.1 环境因素对MUN的影响 Hojman等[8]研究表明，不同季节的 MUN存在显著差异，春季和夏初的MUN最高，冬季MUN最低；MUN在7月达到最大，秋季和冬季逐渐下降并在春季和夏季回升[15]，都与本研究结果相似。而Yoon等[17]认为，冬春两季的MUN高于夏秋两季。Carlsson等[18]认为，夏季MUN较高的原因可能在于NPN（非蛋白氮，包括尿素）的增加。Moller等[19]认为，不同月份MUN的变化可能与不同季节牧草蛋白质和能量成分的变化有关。

陈丹等[20]认为，不同产犊季节间的MUN差异不显著，春季产犊的奶牛MUN最低（13.55 mg/100mL），夏季产犊的奶牛MUN最高（14.76 mg/100mL），秋季和冬季产犊的奶牛MUN居中，这与本研究的结果不同。还有研究表明，夏季、秋季产犊的牛MUN显著低于其他季节，冬季产犊的牛MUN含量显著高于其他季节，且不同胎次牛的MUN随产犊季节的变化规律各不相同[21]。本研究中，春季、秋季产犊的牛MUN高于夏季、冬季。各牛场饲养管理水平和牛群组成情况不同可能是导致各场MUN变异的主要原因。

3.2 奶牛生理因素和乳成分对MUN的影响 本试验表明，整个泌乳期内MUN随DIM总体呈现先上升后下降的趋势。其他研究发现，产犊后第1月MUN显著低于其他泌乳阶段[2]，且前2个月升高较快，第3和第4月升高较慢[4]，这与本研究结果一致。各个研究的MUN最高值所处的泌乳阶段略有不同，大多集中在60～180 d[2,4]，本研究MUN峰值出现的时间位于上述报道的范围之内。

产犊之后采食量的增加可能导致MUN升高[23]。泌乳前期的能量负平衡导致奶牛自身氮代谢加强，需要不断消耗自身的脂肪和蛋白质满足产奶需求，加之此时干物质摄入量增加速度较快，瘤胃微生物还未完全适应瘤胃氨浓度的增加速度，使得MUN上升速度较快；随着泌乳期的延长，奶牛能量负平衡的状况得到缓解，干物质摄入量的增加速度减缓，奶牛也无需维持较高强度的自身氮代谢来满足产奶需要，因而MUN增幅减小[11]。泌乳前1个月和泌乳270 d之后由于采食量低和日粮组成的不同，瘤胃内氨利用比较充分，MUN较低。Colmenero等[24]研究表明，在不同泌乳阶段和不同粗蛋白水平，肾对血浆尿素清除率差异显著。泌乳后期肾对血浆尿素清除率比泌乳前期和泌乳中期分别高12%和5%，从而使泌乳前期和泌乳中期的血浆尿素氮（BUN）值较高，进而使MUN较高。

本研究表明，1胎牛MUN最高，2、3胎MUN逐渐降低，这与Johnson等[2]和Jílek等[16]的研究结果相似。但Carlsson 等[3]和Godden等[9]认为1胎牛的MUN最低。导致不同胎次MUN有差异的原因可能在于奶牛自身心理、生理以及采食等行为状态的不同[15]。1胎牛仍然处于生长阶段，瘤胃菌群可能无法快速适应产后饲粮配比的变化，导致饲粮中蛋白质利用率较低，氮的利用效率也比较低，MUN较高。随着胎次的增加，瘤胃菌群逐渐习惯产后日粮的变化，奶牛自身体组织也更加成熟，氮的利用效率升高，因而2胎、3胎牛的MUN有所降低。

本研究结果表明，MUN对乳蛋白率存在极显著的二次回归关系（回归系数为0.27），说明一般情况下，随着乳蛋白率增加，可能瘤胃菌群对氨的利用效率提高，导致MUN下降，因而MUN随着乳蛋白率的增加而降低。相关研究表明，乳蛋白率与MUN呈非线性负相关[4,9]，也有研究显示乳蛋白率与MUN没有关系[25]。黄文明等[11]试验表明，当乳蛋白率低于3.14%时，乳蛋白率与MUN呈正相关，在高于3.14% 时呈负相关。

利用全年数据对FCM和MUN单独进行回归分析发现，MUN对FCM存在极显著的二次回归关系（回归方程为MUN=-0.0008FCM2+0.04FCM+14.28），FCM在25 kg/d时MUN最高。黄文明等[11]认为，FCM在33.3 kg/d时MUN最高，在低于33.3 kg/d时MUN随FCM 的增加而增加，在高于33.3 kg/d时，MUN随FCM的增加逐渐降低，这与本研究结果趋势相似。也有研究认为，经产牛MUN随FCM的增加而升高，到55 kg/d时逐渐降低；初产牛FCM低于40 kg/d时MUN变化不大，高于40 kg/d后MUN逐渐降低[26]。

利用全年数据单独分析SCS与MUN之间的回归关系，结果表明MUN对SCS存在极显著的二次回归关系（回归系数0.01），表明MUN随SCS的升高而降低。Johnson 等[2]和Hojman等[8]认为MUN对SCS有着显著的负线性回归关系，也有研究认为SCC与MUN值呈正线性相关[11,27]。SCS升高主要是由乳房炎引起，SCS与乳房感染程度呈正相关，SCC越高，鲜乳中细菌真菌含量越高。大多数的细菌、真菌都能产生脲酶，可将尿素降解为氨，因而SCS越高，MUN越低[10]。

MUN对BCS呈显著的负线性回归，可能在于BCS越高，奶牛自身脂肪沉积越多，能量水平越高，瘤胃菌群有充足的能量摄取和利用瘤胃内的氨，也能协助保持一个稳定适宜的内环境温度满足瘤胃微生物正常的生长繁殖和代谢的需要，保持瘤胃菌群的活性，提高氮的利用效率，从而降低MUN。

MUN夏季测定数据分析结果表明，直肠温度对于MUN没有显著影响，说明夏季奶牛发生热应激时，瘤胃内依然能够保持适宜菌群生存的温度，氮的利用不会受到较大影响。

4 结 论

本研究发现，测定月份、牛场、胎次、泌乳阶段与产犊季节对MUN有极显著影响；MUN随DIM增加呈先上升后下降的趋势，随胎次的增加而降低；MUN对FCM、乳蛋白率和SCS的二次回归极显著，可用于预计MUN水平；夏季奶牛BCS与MUN之间存在显著的负线性回归关系，而夏季奶牛直肠温度与MUN之间无显著回归关系。本研究中的变量可用于预测奶牛群体不同季节的MUN水平，为平衡日粮等奶牛管理提供参考。

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