奶牛产后首次发情行为变化规律及影响因素分析

2021-04-21潘予琮蒋林树熊本海

中国畜牧杂志 2021年4期

潘予琮，蒋林树，熊本海

（1.北京农学院动物科学技术学院，奶牛营养学北京市重点实验室，北京 102206；2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193）

奶牛首次发情被定义为奶牛产犊后的第1 个发情期[1]，首次发情揭发率直接影响奶牛的生产性能和牧场经济效益。在生产中，奶牛每一次的发情脱配会使胎间距增加18～24 d，并造成奶牛终身产奶量下降[2]。我国多数牧场仍采用传统的人工观察法和直肠检测法进行奶牛的发情监测和配种[3]，尽管一些大型奶牛场配备了发情监测系统，但该系统数据信息未得到充分解读和应用。同时，由于奶牛个体差异和环境因素影响，发情强度和持续时间差异性较大[4]，使得奶牛发情监测成为影响牧场经济效益的主要因素。

国内外研究显示，目前常用的发情监测数字化设备有加速度感应器监测、体温监测和压力监测等[5]，主要通过感应端将奶牛发情行为以数字化形式实现实时上传和监测。Borchers 等[6]应用SCR 设备所得奶牛发情揭发率高达82.8%，Reith 等[7]总结了多种奶牛发情监测设备的应用效果，认为以监测活动量和反刍时间为主的加速度类发情监测设备可以显著提高发情揭发率。

另有研究表明，奶牛首次发情时伴随有体温升高[8]、活动量增加[9]、奶牛爬跨[10]等一系列生理和行为变化，探索这些行为指标的变化规律能够进行更有效的发情预测，同时季节[11]、胎次[12]、泌乳天数、发情周期阶段等因素对奶牛发情期间活动量、反刍时间的影响也受到广泛关注，但关于奶牛首次发情研究较少。因此，本研究分析了北京延庆某大型奶牛场产后首次发情奶牛发情前后活动量、反刍时间的变化规律及影响因素，以期为优化奶牛发情监测设备数据使用、提高发情揭发率、实现数字化养殖提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物本研究于2018 年7 月—2019 年8 月在北京市延庆区某奶牛养殖场进行。奶牛存栏1 500 头，其中泌乳牛800 头，采用散栏饲养，奶牛自由采食和饮水，每个饲养区有足够的卧床和运动场地，每天07:00、14:00、21:00 各挤奶1 次，08:00、15:00 进行全混合日粮（TMR）饲喂。该牧场采用Dairy Comp 305 牧场智能管理软件记录全群奶牛的健康状况、配种、转群淘汰等信息，应用阿菲金自动挤奶设备，自动识别牛号和每日产奶量信息，应用SCR 发情监测设备（HR-Tags，SCR Engineers Ltd.，Netanya，Israel）记录奶牛活动量、反刍时间辅助发情监测。

1.2 仪器设备本实验采用SCR 颈挂式加速度计步器进行数据采集，该系统包括数据采集器（颈环设备）、数据接收器、SCR 数据处理软件等设备。颈环通过加速度传感器感应奶牛运动时颈部的变化测定奶牛活动量，通过声波感应，分辨奶牛进食和反刍的声音变化，判定奶牛反刍时间，每隔2 h 由无线接收箱实时记录奶牛活动数据，并将数据传输到连接牛场管理人员计算机的接收单元，每头牛上传的原始数据被计算机分析并相比该头奶牛前14 d 基线数据，得出奶牛发情活动起始时间、活动高峰、活动持续时间，当活动量、反刍时间到达相应阈值时被定义为奶牛发情[13]。

1.3 统计分析本实验采集奶牛场DC 305 智能牧场管理系统和SCR 发情监测系统中自2018 年7 月—2019年8 月记录的所有首次发情奶牛信息，筛选出数据完整且胎次在1～4 胎、日产奶量在10～50 kg/d 的奶牛共315头，对应数据共20 475 项，包括牛号、发情日期、发情前后10 d 活动量、反刍时间（SCR 发情监测系统每2 h 上传一次活动量和反刍时间信息，本试验中选取当天数据的均值进行分析）和日产奶量信息。另外根据文献资料[14]将3—5 月定义为春季、6—8 月为夏季、9—11 月为秋季、12 月至次年2 月为冬季，将奶牛按泌乳水平分为高产（平均日产奶量≥40 kg）、中产（20 kg ≤平均日产奶量≤40 kg）和低产（20 kg ≤平均日产奶量）[15-16]。

试验数据采用Excel 2007 和SPSS 21.0 进行处理，结合GLM 混合模型（一种基于最小二乘法对不用样本量数据进行方差分析的方法）单因变量多因素方差分析法（Univariate）对不同季节、不同胎次和不同泌乳水平母牛首次发情时活动量和反刍时间的变化进行显著性检验。该牧场繁殖报告中发情以兽医触摸判定并于12 h后进行人工输精日期记录，因此将发情配种当天记为第0 天，并分别向前和向后截取10 天数据进行统计分析。P＜0.05 表示差异显著，P＜0.01 表示差异极显著，结果以平均值±标准差表示。

2 结果

2.1 系统发情鉴定检出率北京延庆奶牛场常年奶牛存栏量1 500 头左右，其中成年母牛存栏量900～1 000 头，均佩戴有SCR 发情监测颈环，2018 年7 月—2019 年8月牧场繁殖记录中经兽医触摸判定为首次发情奶牛共有637 头，SCR 系统中预警首次发情奶牛共386 头，实际检出率为60.6%。

2.2 奶牛首次发情前后的行为变化规律表1 显示，奶牛首次发情的-10～-2 d 活动量变化不大，均在157.4 步/h 左右，极显著低于发情当天活动量水平（平均363.4 步/h）。自-2 d 起活动量出现显著增加，在发情当天达到最大值，后逐步回落到之前水平；在发情前反刍时间波动不大，平均为504.3 min/d，但在发情当天显著下降至431.1 min/d，后逐渐回升至发情前水平。

表1 奶牛首次发情前后发情行为变化规律

2.3 不同因素对奶牛首次发情前后活动量的影响结合图1 和表2 可知，春、夏、秋、冬四季首次发情奶牛分别占总发情牛数的35.0%、22.6%、14.8% 和27.4%；活动量均在发情前2 d 开始迅速增长并于发情当天达到最大值，其中秋季奶牛首次发情当天活动量最大（平均422.0 步/h），显著高于春、夏两季；夏季奶牛发情时活动量最小（平均316.4 步/h）；与发情前活动量相比，秋、冬两季奶牛首次发情当天活动量分别增加185.0%和151.0%，显著高于春、夏两季，其中夏季奶牛发情时活动量变化较春、秋、冬三季更低，为97.2%。

图1 不同季节对奶牛首次发情活动量变化的影响

结合图2 和表2 可知，1 胎、2 胎、3 胎、4 胎奶牛首次发情比例分别为41.9%、25.2%、18.7%和14.2%，且在发情当天达到活动量最高值；随着奶牛胎次的增加，奶牛首次发情当天活动量呈下降趋势，其中1 胎奶牛发情时活动量最高（平均414.0 步/h），显著高于3 胎、4 胎奶牛，而4 胎奶牛活动量最低（平均256.2 步/h）；对比奶牛发情当天与发情前活动量变化量，2 胎奶牛首次发情时活动量变化量最大为159%，更便于预测发情。

图2 不同胎次对奶牛首次发情活动量变化的影响

由图3 和表2 可见，不同泌乳水平奶牛首次发情时活动量变化趋势一致，表现为发情当天活动量显著增加，并于发情活动结束后恢复到发情前水平。经进一步方差分析得出，高产奶牛在发情前期和发情当天的活动量（平均169.2 步/h）和（平均256.6 步/h），均显著低于中、低产奶牛；且相比之下中产奶牛在发情当天活动量变化量增幅最大，可达101.1%。

图3 不同泌乳水平对奶牛首次发情活动量变化的影响

2.4 不同因素对奶牛首次发情前后反刍时间的影响由图4 和表2 可知，奶牛首次发情前，冬季反刍时间最长（503.0 min/d），夏季反刍时间最短（460.2 min/d），显著低于春、秋、冬三季；发情当天，反刍时间均达到发情期最低值，其中夏季反刍时间最短，显著低于其他3 个季节；从变化幅度看秋季奶牛发情时反刍量下降幅度较大，春季变化幅度较小。

图4 不同季节对奶牛首次发情反刍时间变化的影响

由图5 和表2 可知，胎次对奶牛首次发情前后反刍时间的影响不显著，各胎次奶牛发情期间反刍时间变化规律基本一致，其中1 胎奶牛发情时反刍时间的变化幅度达到19.1%，高于2、3、4 胎奶牛，更有助于发情预测的判断。

由图6 和表2 可知，奶牛不同泌乳水平对奶牛首次发情前后反刍行为的变化有显著影响。在发情前期，低产奶牛表现出相对较短的反刍时间，显著低于高产和中产奶牛；在发情当天，高、中、低产奶牛反刍时间无显著差异；因此高产奶牛在发情前后反刍时间呈现更大比例的下降。

图5 不同胎次对奶牛首次发情反刍时间变化的影响

图6 不同泌乳水平对奶牛首次发情反刍时间变化的影

3 讨论

3.1 奶牛首次发情揭发率奶牛发情监测设备的使用是为了通过数据分析提高奶牛发情揭发率，尤其是对高产奶牛能量负平衡带来的发情行为减弱现象有很好的检出效果。Schweinzer 等[17]应用加速度感应器（SMARTBOW系统）监测579 头经产奶牛发情状况，结果显示该系统的敏感性、特异性、准确率和错误率分别为97%、98%、96% 和2%；Burnett 等[18]表示发情设备对奶牛发情预警准确率可达87.8%。本研究中，SCR 系统辅助进行奶牛发情监测揭发率仅有60.6%，这可能是由于养殖环境的差异引起，且本实验奶牛场仍以传统观察法为主，对发情监测设备数据应用水平不高。目前我国还没有自主知识产权的自动化发情监测系统在生产中推广应用[19]，对于国外部分产品在我国牧场的应用效果和数据利用仍是一个亟待解决的问题。

3.2 奶牛首次发情前后发情行为变化规律奶牛发情时，常表现为静立不安、精神亢奋、爬跨其他母牛，从而引起活动量明显增加[11]，这些行为指标在设计和研发数字化发情监测产品中起到重要作用。研究表明，奶牛在发情期活动量（＜1 500 步/h）显著高于间情期奶牛活动量（＜500 步/h），且活动量变化受到季节、发情处理方式因素影响显著[20]。Silper 等[21]采用数字化发情监测设备对57 头发情期奶牛活动量进行记录，对比发现，奶牛在发情当天活动量变化是间情期的290%。本研究证明，奶牛首次发情前期活动量基本在150.1 步/h，从-2 d 起，活动量出现显著上升，并于发情当天达到最大值。另有研究表明，反刍时间同样作为监测奶牛发情的一个重要指标，由于奶牛首次发情时雌激素水平提高，表现出食欲和采食量下降，从而造成反刍时间的变化[22]。本研究中，奶牛反刍时间在发情-1 d 和发情当天出现显著下降，这与Pahl 等[23]的研究结果一致。

表2 不同因素对奶牛首次发情行为变化的影响

3.3 季节对首次发情奶牛发情行为的影响本实验中春、夏、秋、冬四季中首次发情奶牛分别占总发情牛数的35.0%、22.6%、14.8% 和27.4%，其中春、冬两季发情数量较多，这与Kumar[24]结果相似。Opsomer[25]表示，冬季奶牛发情比例最高为38%，显著高于夏季发情奶牛数，其结果可能由于奶牛耐寒不耐热的生理习性导致。蒋晓新等[26]试验结果表明，在4 个季节中，秋、冬季泌乳牛发情期间活动量极显著高于春、夏季，其中夏季活动量最少。这与本实验中产后首次发情奶牛发情时活动量差异结果一致。此外，本研究还证明，与春、秋、冬三季相比，夏季奶牛首次发情时反刍次数达到最低，为388.1 min/d。Derensis[27]认为造成这种情况的主要原因是环境的温湿度变化，夏季高温高湿可能引起奶牛热应激，从而导致奶牛采食量减少、反刍时间降低，另外热应激通过下丘脑-垂体-性腺轴作用于性腺，增加促黄体素（LH）降低卵泡发育和发情表现，导致夏季奶牛发情时活动量和反刍时间变化幅度明显减小。对此，在夏季奶牛的繁殖管理中，应通过调整奶牛日粮结构和改善饲养环境降低奶牛热应激的产生，同时，优化发情监测设备阈值，提高发情揭发率。

3.4 胎次对首次发情奶牛发情行为的影响 Opsomer[25]对来自2 个牧场689 头荷斯坦奶牛进行长期产奶量和活动数据的记录，结果表明，奶牛首次发情时随胎次的增加，其发情时间与行为变化均显著降低；奶牛首次发情平均在产后52 d 左右，且首次发情与奶牛胎次存在显著相关性。另有研究表明，除1、2 胎奶牛发情时活动量变化不显著，其他胎次之间均有极显著差异，4 胎及以上奶牛发情活动量相比1 胎奶牛活动量下降34%[28]。本研究发现，在首次发情奶牛中，1 胎奶牛占比超过42%，并且随着胎次的增加，奶牛首次发情时活动量和活动量变化幅度均呈现逐渐递减趋势，反刍时间在奶牛首次发情时虽差异不显著，但1 胎奶牛反刍时间下降比例为19.1%，高于2、3、4 胎奶牛，该结果与刘江静等[29]研究结果一致。由此推断，首次发情奶牛中应更注重头胎奶牛的繁殖管理。

3.5 不同泌乳水平对首次发情奶牛发情行为的影响高产奶牛常处于能量负平衡状态，容易出现发情时间缩短、发情行为不明显的情况[30]。Schutz[31]研究表明，奶牛反刍时间与产奶量存在正相关关系。另有研究证明，奶牛发情前期与发情当天相比反刍时间有显著下降，但产奶量无显著变化[32]。本实验结果显示，奶牛首次发情前期，中、低产奶牛的活动量平均为199.1 步/h 和198.3 步/h，显著高于高产奶牛（169.2 步/h），发情当天各泌乳水平奶牛活动量均有增长，其中中产奶牛活动量变化幅度更大；相比反刍时间，在发情前期，低产奶牛的反刍时间最少，显著低于高、中产奶牛，但发情当天反刍时间差异不显著。分析结果的差异性可能与奶牛采食量及营养水平有关，且奶牛发情时激素水平可能导致采食量下降[33]，对此在高产奶牛产后管理中，要增加能量饲料的摄入，提高推料次数，以保证奶牛的采食量。