热应激对不同生长阶段荷斯坦奶牛异常行为的影响

孙福昱，赵卿尧，赵广永，顾宪红*

（1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室，北京 100193；2.中国农业大学动物科学技术学院，北京 100193）

自然行为表达程度是动物福利的一个重要指标，包括动物获得舒适自然环境的能力以及表达自然行为的能力[1]。自然行为正常表达能够改善动物的情感状态[2]，在某种程度上，动物的异常行为可以看作是自然行为无法表达或受到应激时出现的替代活动。有研究者认为，奶牛异常行为的发生是在不符合其需要的非自然环境中进行饲养的结果[3]。因此，异常行为频繁表达可提醒饲养者该牛群健康和福利水平低下，需引起重视。

热应激会影响奶牛的生产性能和健康水平，降低经济效益[4]。由于地理气候原因，北方地区夏季奶牛常出现热应激[5]。温湿指数（THI）是评定天气炎热程度常用的指标，使用比较广泛，一般当THI 低于72 时奶牛无热应激，72～78 时轻度热应激，79～89 时中度热应激，大于89 时重度热应激[6]。当前对于奶牛热应激研究主要集中在生理生化指标方面，而对奶牛异常行为表达的福利研究较少。在集约化养殖条件下，动物的自然行为和需求得不到有效表达和满足[7]。荷兰研究者对当地100 余家牛场进行了行为观测研究，发现存在诸多非营养性口腔行为，如卷舌行为[8]。徐明等[9]研究指出，热应激程度增高会降低奶牛躺卧时间，增加呼吸频率和站立时间，影响奶牛行为表达。因此，本研究通过观测不同热应激条件下的荷斯坦奶牛群体中异常行为的发生率，确定热环境对荷斯坦奶牛不同生长阶段异常行为发生的影响，为进一步探究异常行为发生机制和改善热应激条件下荷斯坦奶牛饲养管理提供思路。

1 材料与方法

1.1 试验动物 试验于2019 年7—8 月在长江以北地区5 家纬度气候环境相近的荷斯坦奶牛场进行（N40°27′北京延庆，N38°20′河北新乐，N37°04′河北邢台，N34°49′山东菏泽，N33°21′江苏盐城），共选取4～5 月龄断奶犊牛327 头、12 月龄左右后备牛943 头和头胎泌乳阶段相近的泌乳牛882 头作为热应激环境下异常行为研究对象，在每家牛场观测的奶牛均饲养在各阶段同一牛舍内。分别将5 家试验牛场标为A、B、C、D、E，各牛场具体观测牛头数见表1，各牛场观测时段温湿度环境参数见表2。

1.2 饲养管理 所有荷斯坦奶牛群体均采用散栏式饲养，舍外设运动场，自由饮水、采食。试验期间各牛场试验牛的日粮水平稳定，精粗比及粗饲料粉碎长度相近，其营养水平符合《奶牛饲养标准》（NY/T 34-2004）。而且，各试验牛场饲喂模式相近，泌乳牛舍每天投料全混合日粮（TMR）3 次，各场投料时间相近（08:00、14:00、20:00），机械清粪；后备牛每天投料2 次（10:00、19:00）；断奶犊牛每天投料1 次（10:00）并均采用颗粒料+干草的饲喂形式。泌乳牛舍均采用喷淋+风机防暑降温，后备牛舍和断奶犊牛舍设有风机调控舍内空气流动。

表1 5 个不同地区牛场行为观测牛数头

1.3 行为观测与数据采集 奶牛异常行为类别和判定标准见表3。

由2 名男性观察员对5 家牛场进行牛群异常行为切片式瞬时观察。2 名观察员身高相近，在所有牛场都穿着统一服装。正式观测前1 d，2 名观察者对牛场各阶段奶牛行为进行预观察记录，统一观察记录标准。正式观测期间，每天对3 个阶段牛群行为各观察8 次（08:00—12:00 和13:00—17:00），每次对各个阶段牛群观测15 min，3 个阶段牛群1 次观察时间约1 h（3×15 min，包括到不同牛群的路程消耗时间），连续观测3 d。对观测奶牛的9 种异常行为进行记录，并归为异常口部行为、异常交互行为、异常体况行为3 类，判定标准列于表3，记录每次观测时段各种异常行为的发生头数和牛号。在每次切片式观测过程中，同一头奶牛每种异常行为多次发生时的不作重复记录。在每个观测点使用2 个Testo-625 手持式温湿度表（温度传感器精度为±0.5℃，湿度传感器精度为±2.5%RH）实时记录每次观测时牛舍观测区温湿度数据，取平均值，计算THI，并根据文献[6]将THI 分为4 个热应激程度区间组（＜72，72～78，79～89，＞89）。THI 计算公式：

THI=（1.8×T+32）－[（0.55－0.0055×RH）×（1.8×T－26）]

其中，T 为温度（℃），RH 为相对湿度（%）（NRC，1971）。

表3 奶牛异常行为类别和判定标准

1.4 统计分析 使用Excel 2016 软件统计处理数据，统计THI 和奶牛异常行为发生率（发生率=某类异常行为发生头次数/该舍观测的奶牛总头数；其中每类异常行为统计过程中若同一头奶牛在一次观测中记录多种同类别行为仅统计为1 头次；总体异常行为按3 类行为统计次数进行加和计算，此时不同类别行为之间可重复牛号，按实际类别发生次数统计。各阶段牛群异常行为发生率按9 种行为数加和计算）。对发生率数据进行平方根反正弦变换，符合正态分布，进一步采用SPSS 19.0软件中对温热环境牛群各阶段异常行为发生率进行多重比较，使用Two-ANOVA 进行THI 和生长阶段双因素方差分析，使用Graphpad Prism 8 作图。P≥0.05 表示差异不显著，P＜0.05 表示差异显著，P＜0.01 表示差异极显著。

表2 5 个不同地区牛场观测时段温湿度环境参数

2 结果

2.1 牛舍THI 与牛群总体异常行为发生率 试验期间各牛舍THI 最高为90.45，最低为65.29，变化幅度为25.16。不同THI 下3 个阶段牛群荷斯坦奶牛异常行为发生率如图1 所示。牛群总体异常行为发生率为18%～25%，在轻度（72＜THI＜78）和重度（THI＞89）热应激水平下牛群总体异常行为发生率较无热应激（THI＜72）和中度热应激（78＜THI＜89）显著降低，由24.17%、23.89%降至18.40%、18.30%；头胎泌乳牛异常行为发生率低于观测牛群总体发生率，且发生率随THI 增加由13.45%降至1.90%（P＜0.01）；后备牛异常行为变化规律与头胎泌乳牛相似，但发生率在各THI 区间较泌乳牛显著增加，为3.51%～25.19%；断奶犊牛的异常行为发生率为24.54%～33.82%，高于牛群总体发生率水平，发生率在THI＞89 时显著降低，低于89 时发生率随THI 变化无显著差异。总体而言，3 个阶段的奶牛异常行为发生率均随THI 增加而降低，发生率降低幅度为后备牛＞泌乳牛＞断奶犊牛。

2.2 牛群异常口部行为发生率 如图2 所示，对于同一生长阶段奶牛而言，泌乳牛和后备牛的异常口部行为随THI 增加降低（P＜0.05），而断奶犊牛在THI 低于89时，随THI 增加异常口部行为发生率增加（P＜0.05），在THI 高于89 时降低（P＜0.05）。不同生长阶段奶牛间相比，奶牛异常口部行为发生率随奶牛生长阶段正向变化而极显著降低。THI 与奶牛生长阶段交互作用显著。

2.3 牛群异常交互行为发生率 如图3 所示，THI 变化对奶牛异常交互行为无显著影响。奶牛异常交互行为只与奶牛生长阶段有关，发生率随奶牛生长阶段而极显著减低。泌乳牛和后备牛发生率在THI 各个水平下稳定维持在2%以内，犊牛发生率较高，为4%～7%。

2.4 牛群异常体况行为发生率 如图4 所示，THI 对泌乳牛异常体况行为影响不显著，发生率在2%左右。奶牛异常体况行为只与奶牛生长阶段有关，后备牛异常体况行为发生率低于9%且随THI 增加而降低（P＜0.05），断奶犊牛发生率为8%～12%。异常体况行为发生率随奶牛生长阶段变化而减低（P＜0.01）。THI 与奶牛生长阶段对异常体况行为的影响存在极显著的交互作用。

3 讨 论

3.1 不同THI 环境下各牛群总体异常行为发生情况 THI是温热环境评定的常用指标，在乳业科学中常用于奶牛热应激程度评价。当环境温湿度上升时，动物机体无法通过对流、传导、蒸发和辐射等物理方式将热量散出，出现散热和产热的负平衡，进而导致机体出现温度升高、生产性能下降、代谢率降低等一系列应激反应[10]。而奶牛异常行为的判定依据于以下几个原则：①行为与动物正常表现不同，指向不适当的对象；②在行为的性质或频率上不同于动物的特定行为范围；③没有功能；④对自身个体有害[11-12]。国外研究者认为，异常行为主要是因为动物生活在不适当的圈养环境中[11]，因自由被剥夺而产生或加强[13]，它们可能是精神痛苦和自身福利减少的严重表象[14]。异常行为与正常行为的差异只是“量”的差异，而非“质”的差异，在限制的环境中，正常行为无法表达出来，而异常行为的出现是对自然条件下正常行为的替代表达，只是发生频次增加。

热应激直接或间接地影响牛的营养、生产、生理健康和行为[15-18]。研究表明，高的代谢需求和环境湿热使得高产奶牛对热应激特别敏感，表现为情绪低落、行为减少、采食量降低、食糜流通速率减缓、生产性能降低等[19]；同时，热应激能激活下丘脑－垂体－肾上腺轴（HPA），促进皮质醇和肾上腺素分泌，引起机体内分泌紊乱，降低奶牛免疫力及繁殖性能[20-21]。奶牛的站立行为会增加体表的蒸发散热和对流散热，环境温度的升高增加了热应激牛的站立时间[22-23]，从而减少躺卧，降低生产性能，这进一步增加了跛行的风险和护理难度[16,24]。本试验中，热应激抑制了整体牛群异常行为的表达，且热应激程度越高，异常行为表达度越低，变化趋势与前人关于热应激抑制奶牛躺卧、采食等行为的研究报道一致[5]，说明热应激对奶牛积极行为和异常行为表达均具有抑制性。就各阶段牛群行为分析，泌乳牛和后备牛异常行为发生率随THI 增加逐步降低，而断奶犊牛除高热应激环境下行为发生率显著降低外，中低程度热应激对异常行为表达无显著影响。上述断奶犊牛和成年牛的行为差异可能与奶牛不同生长阶段等热区不同有关，犊牛等热区在10～24℃，而成年母牛等热区为9～21℃[25]。Berihulay 等[26]指出，由于体型、生理等特性，小型反刍动物具有更好的适应热应激等极端环境的能力，并拥有一些独特的适应性状表达，如四肢瘦长、体表被毛蓬松等，由此推测断奶犊牛的异常行为变化归因于犊牛对热环境的适应性较成年牛高，或更偏向用一些异常性行为表达出热应激状态下的不适感。呼吸频率的降低意味着机体热应激水平的降低[27]。王泽栋等[28]研究显示泌乳荷斯坦牛在中度热应激时呼吸频率为73.33次/min[28]，而王立强等[29]研究发现犊牛在夏季热应激期间呼吸频率为53.33 次/min，这一对比也从侧面证实了犊牛对热应激的适应性可能较成年牛更强。

3.2 牛群异常口部行为发生变化规律 研究表明，奶牛卷舌、异食等异常口部行为可能与饲料精粗比不当、营养元素缺乏、环境不适等有关[30-31]，在接受消极刺激后卷舌行为、自我修饰、摇头行为显著增加[32]。从本试验结果看，后备牛和泌乳牛的异常口部行为发生率随THI 增加而降低，但断奶犊牛表现为随THI 增高而显著增加，仅在高THI 环境下异常行为发生显著降低，这可能是由于后备牛和泌乳牛对热环境更为敏感且体型较大，通过减少活动和采食来减少热的产生，进而减轻热应激对自身的影响，使得口部活动量下降，而断奶犊牛对热应激敏感度低，或通过异常口部行为转移热应激环境下的体况不适状态，增大对热应激环境的适应程度。

3.3 牛群异常交互行为发生变化规律 交互行为属于社会行为的一种，动物的社会行为主要是指种群内个体彼此相遇以及相遇后的一系列相互作用，有利于信息共享，提高觅食效率，保证幼畜得到照顾，使动物更易完成交配，保证种族延续和发展[33]，但是过度的互相梳理和互相吮吸属于奶牛异常交互行为。从本试验中THI与奶牛异常交互行为发生率关系可知，当THI 在89 以下时，后备牛和泌乳牛的异常交互行为发生率随着THI增加而显著降低，断奶犊牛则表现为交互行为增加。断奶犊牛异常交互行为增加属于应激表现，可能与母子分离、断奶和转圈应激有关[34]，改善犊牛饲喂方式和断奶过程可以减少互相吮吸的发生。而热环境则在此基础上进一步增加了犊牛的应激刺激，使其可能更偏向做出寻求同伴帮助或向同伴进行行为表达等一系列共情性质的社会行为，因而其异常交互行为增加。疼痛共情是一种能够理解和分享他人情绪状态的亲社会行为。研究发现处于疼痛状态的小鼠可以在社交时通过情绪传染把疼痛传染给它的同笼伴侣，使其痛阈下降，痛反应增强，而陌生鼠间无此现象[35]，因此奶牛的部分异常交互行为可能属于奶牛疼痛共情的一种表现。而当THI＞89 时，高温湿度环境抑制了犊牛的行为表达，此时主要以减少活动量保持体表散热为主。

3.4 牛群异常体况行为发生变化规律 奶牛的异常体况行为通常是体表疾病或精神不适的表现。泌乳牛的异常体况行为主要表现为晃头和蹭痒，与THI 变化关系不大，可能与环境空间大小有关[36]，个体被栓系或空间过小，则会表现出烦躁不安等情绪，通过上述行为进行情绪转移和缓解；后备牛异常体况以蹭痒行为为主，且随THI 增加显著降低，降低原因可能是热环境抑制后备牛的活动。而断奶犊牛异常体况发生率则一直维持在10%～15%，低THI 环境下主要发生蹭痒、喊叫行为，高THI 环境则以咳嗽行为为主，原因可能是在热环境下温度过高、犊牛饮水过急或机体免疫力降低等引发的生理表现。

此外，Mason 等[37]研究认为，并非所有集约化畜舍和管理条件下的动物都表现出异常行为，那些没有表现出这种行为的动物可能其遭受的痛苦更大，有待进一步探究。

4 结论

本试验结果显示，不同生长阶段荷斯坦奶牛对THI变化表现出不同的异常行为发生率，其总体发生率水平变化为断奶犊牛＞后备牛＞泌乳牛。泌乳牛和后备牛异常行为发生率随热应激水平增加而降低，而断奶犊牛在中度热应激水平以下时异常行为随着THI 的增加而增加；不同热应激条件下，奶牛异常行为主要发生种类不同，低热应激下以异常口部行为为主，中热应激下以异常口部行为和异常体况行为为主，高热应激下除断奶犊牛异常体况行为增加外，其他各类异常行为发生率均大幅降低。在不同热应激水平下，对各阶段奶牛开展针对性的应对措施显得尤为重要。