基于侧卧时间评估荷斯坦牛疾病发生风险

2022-02-20罗汉鹏张海亮马龙刚宁景扬黄锡霞王雅春

中国畜牧杂志 2022年2期

王磊，罗汉鹏，张海亮，竹磊，安涛，马龙刚，宁景扬，王炎，郭刚，黄锡霞，王雅春*

（1.新疆农业大学动物科学学院，新疆乌鲁木齐 830052；2.中国农业大学动物科学技术学院，农业农村部动物遗传育种与繁殖（家畜）重点实验室，畜禽育种国家工程实验室，北京 100193；3.北京首农畜牧发展有限公司，北京 100176）

现如今国内奶牛养殖业规模化程度虽然不断提高，但过程中许多问题也随之暴露，严重影响着我国奶业的健康发展。由于许多牧场管理者缺乏科学养殖的知识和经验，牧场存在着如饲养管理水平较差、对整个牛场布局和牛舍环境管控不到位以及疾病的防控诊断和治疗不及时等问题，这些问题都会导致奶牛疾病发病率增加，严重影响着奶牛福利、生产效率以及牧场的经济效益。纵观世界奶业发展，奶牛疾病给牧场带来的经济损失是全球奶牛养殖共同面临的问题。Kelton等曾对加拿大的常见奶牛非传染性疾病进行了评估，结果发现患病牛较没有患病的牛每个泌乳期需额外花费39～340美元。我国每年因疾病造成患病牛在每个泌乳期产奶量损失20%～30%，同时也对牛奶品质以及营养价值产生不同程度的影响，同时若患病牛诊断和治疗太晚、错过最佳治疗时期而造成的过早淘汰也将会给奶农造成巨大的经济损失。

当前，随着国内养殖规模不断扩大，“防大于治”已然成为牧场管理的重要原则，各类疾病预警系统和监测设备得以开发，由此提供了基于奶牛的个体行为记录来提升规模化牧场的管理效率的新思路。在一天内，成年奶牛可产生包括反刍、侧卧、采食、呼吸和活动等在内的众多行为。曾有研究者指出，奶牛处于蹄病状态下较修蹄之后，其脖颈活动次数大幅增加，由389次/d提升至4 488次/d（脖颈活动次数由脖颈计步器记录）。Edwards曾利用产奶量和活动量的变化规律预测新产牛产后是否发生疾病，结果发现利用以上2项数据可以提前预测新产牛的消化障碍；同样，Talukder曾发现奶牛活动量和产奶量在发病前期均有少量减少。

奶牛的侧卧时间是一类重要的行为数据，关于奶牛侧卧行为，来自瑞典农业科学大学的Anne-Mari Forsberg曾将其简单的定义为奶牛在躺卧时重心偏移为右侧或左侧的表现，通常可以使用计步器和项圈等自动化设备进行监测，国内外鲜有通过奶牛自身侧卧行为来预测疾病的研究，故本研究旨在探究影响荷斯坦牛侧卧时间的主要因素，并通过荷斯坦牛个体的侧卧时间记录评估个体的疾病发生风险，为牧场管理者提供预防奶牛个体疾病发生的高效方法。

1 材料与方法

1.1 数据来源本研究收集了北京市某规模化荷斯坦牛场的2018年4月至2019年6月共计485头荷斯坦牛的侧卧时间记录以及2018年4月至2019年6月该场的泌乳牛个体疾病记录，疾病记录中包含着患病牛只的牛号、患病时间及具体患何种疾病等基础信息。同时，收集了所有涉及实验的牛只的牛号、胎次以及测定当日的THI等相关信息。

1.2 数据测定

1.2.1 侧卧行为监测本研究利用HR-LDn（利用三轴MEMS加速度计识别）项圈（安乐福SCR，以色列）将奶牛的重心偏向一侧，所有的腿部均是伸展状态且头部接触到地面定义为侧卧行为。之后，对奶牛的侧卧行为进行连续监测，识别并记录侧卧时间，记录间隔为1次/min。

图1 奶牛侧卧行为

1.2.2 环境温湿度本研究中，使用电子温湿度计测定场的环境温湿度，记录间隔为2次/h，并利用每日均值计算温湿度指数（Temperature and Humidity Index，THI），公式如下：

式中，T为环境温度（℃），RH为相对湿度（%）。

1.3 数据整理

1.3.1 疾病记录整理根据所收集牧场牛只个体疾病记录的实际情况，首先剔除疾病记录中缺少患病具体时间、缺少患病牛牛号以及患病后被淘汰的牛只的记录；其次，因本次收集侧卧时间的牛只均为泌乳牛，故剔除犊牛以及干奶牛的疾病记录。

因实际疾病记录中各疾病分类下数据分布不均且差距较大，故本次实验对所出现的疾病不进行分类研究，经剔除无效的疾病记录后，保留有效疾病记录3 028条，包括牛只ID（牛号）、患病年、患病月及患病名称。

1.3.2 侧卧时间及其他记录的整理将每头牛的侧卧时间记录按测定日期进行求和，获得个体的日侧卧时间，单位为min/d。根据牧场的牛群基础信息记录，将胎次、泌乳月及THI信息按“牛号-年-月-日”匹配填充到侧卧时间记录中，保存数据集记为数据集Ⅰ以作后续描述性统计分析。

对数据整体分布分析发现，实验牛只日侧卧时间主要集中在20 min以下，而大于20 min以上以及大于3倍标准差的数据量较少，为保证本次实验研究的严谨性，故将侧卧时间的3倍标准差（3SD）作为数据的最大值，将大于3SD的数据记录置为3SD。根据本实验的研究目的，考虑到牛只一旦患病将存在一定的时长效应，故而对侧卧时间记录进行按“牛号-年-月”去重，侧卧时间取月均值。经上述整理得到485头荷斯坦牛2018年4月到2019年6月累计3 045条的侧卧时间记录，将整理得到的疾病记录按“牛号-年-月”匹配填充到侧卧时间记录，因不考虑疾病的分类，故定义牛只个体患病情况，患病为“1”，没患病为“0”，保存数据集记为数据集II作后续LOGISTIC分析。

1.4 统计分析利用SAS（9.2版本）软件的LOGISTIC过程，使用模型I对实验牛只疾病发病情况进行Logistic回归分析，同时采用Wald检验判断模型中各个因素对疾病发病情况是否有显著性影响，各因素对疾病发病风险的影响用OR（Odds Ratio）值表示，显著水平=0.05。

式中，p为试验牛某类疾病发生的概率；Season为季节效应；Parity为胎次效应；Time为侧卧时间效应；、以及为各效应的回归系数，为截距。

本研究中，根据北京气象局公布的北京全年季节划分标准，将侧卧时间中侧卧时间测定月的3、4、5月划分为春季，6、7、8月划分为夏季，9，10，11月划分为秋季以及12、1、2月划分为冬季；为保证各胎次个体数目大致相同，将胎次划分为3个水平，分别为1胎、2胎和3胎及以上；将THI划分为6个水平，分别40以下、41～68、69～72、73～76、77～80以及80以上等6个水平；根据侧卧时间数据量的分布情况，将日侧卧时间划为4个水平，5 min以下、6～10 min、11～20 min以及大于20 min。泌乳阶段划分为：泌乳前期（<100 d），泌乳中期（100～200 d）以及泌乳后期（>200 d）。

2 结果

2.1 荷斯坦牛侧卧时间的描述性统计荷斯坦牛侧卧时间的频数分布如图2所示，荷斯坦牛休息时间数据呈现左偏态分布。描述性统计结果如表1所示，均值为11.31 min/d，范围为1.00～872.00 min/d。每日侧卧时间在5 min以下的数据比例为46.5%。

表1 不同胎次荷斯坦牛休息时间的描述性统计

图2 荷斯坦牛侧卧时间频数分布直方图

2.2 季节对荷斯坦牛侧卧时间的影响不同胎次荷斯坦牛侧卧时间随季节变化规律如图3所示，侧卧时间随季节（春、夏、秋、冬）呈先下降后上升的趋势，秋季最短，均值为8.9 min/d；春季最长，均值为18.3 min/d。不同胎次侧卧时间随季节变化规律基本一致，但1胎侧卧时间在4个季节均高于其他胎次。

图3 不同胎次的荷斯坦牛侧卧时间随季节变化规律

2.3 THI对荷斯坦牛侧卧时间的影响不同胎次荷斯坦牛侧卧时间随THI变化规律如图4所示，当THI<72时，侧卧时间随THI增加而增加；当THI>72时，侧卧时间随THI增加而减少。THI范围在69～72时，休息时间最长，THI大于80时，休息时间最短。不同胎次下侧卧时间随THI变化规律基本一致。

图4 不同胎次荷斯坦牛休息时间随THI变化规律

2.4 泌乳阶段对荷斯坦牛侧卧时间的影响不同胎次荷斯坦牛侧卧时间随泌乳月变化规律如图5所示，侧卧时间随泌乳月增加呈现先减少后增加的趋势；当泌乳阶段到7月时，侧卧时间最短，10月时，侧卧时间最长。不同胎次下侧卧时间随泌乳月的变化规律基本一致。

图5 不同胎次荷斯坦牛休息时间随泌乳月的变化规律

2.5 不同季节、胎次、泌乳阶段以及侧卧时间对荷斯坦牛患病风险的分析 Logistic 回归结果如表2所示，不同季节、胎次以及泌乳阶段间荷斯坦牛的患病率无显著差异。结果表明，春季的患病风险是秋季的1.062倍；夏季的患病风险是秋季的1.019倍；而冬季的患病风险是秋季的1.220倍，患病风险较高；1胎牛的患病风险是3胎及3胎以上的1.07倍，2胎牛的患病风险是3胎及3胎以上的1.02倍，应注意对新产牛的观察与饲养管理；处在泌乳早期牛只的患病风险是泌乳中期牛只的1.36倍，泌乳末期牛只的患病风险是泌乳中期牛只的1.33倍。如图6所示，随着侧卧时间的增加荷斯坦牛的患病率逐渐增加。Wald检验结果表明，侧卧时间大于20 min的荷斯坦牛患病率极显著高于侧卧时间5 min以下的荷斯坦牛，且发病风险是后者的2.97倍；侧卧时间在6～10 min以及11～20 min的发病风险分别是侧卧时间在5 min以下的荷斯坦牛的1.19倍和1.03倍。

表2 侧卧时间、胎次、泌乳阶段以及季节对荷斯坦牛发病风险的影响

图6 不同侧卧时间分类下的疾病率变化情况

3 讨论

3.1 不同季节对荷斯坦牛患病率及侧卧时间的影响本研究结果表明，荷斯坦牛的患病率及侧卧时间均在春季达最高，其次是冬季、夏季、秋季，两者变化趋势相同。有研究表明，季节对奶牛的患病有较大影响。赵俊亮等人曾对新疆地区的奶牛健康状况影响因素分析，发现冬春两季相对发病头次数高，这与本研究结果相同。另有研究表明，春、秋两季牛乳中体细胞数较高，且乳房类疾病高发，原因可能是春、秋两季适宜环境为有关细菌的生存和繁殖提供了有利条件。据北京气象局发布的北京气候信息显示，北京的春季气温范围为3～16℃。Ngwabie等人曾指出当室外温度在5～20℃时，奶牛的活动量随着温度上升而减少，休息时间相应增加；在夏季环境THI大于68时，奶牛会遭受严重的热应激；此时，奶牛的站立和行走行为会明显增多，最终导致奶牛的活动量增大。奶牛的活动量会随THI的增加而增多，并且热应激的持续时间越长，这种相关关系就越强。北京地区夏季炎热，奶牛易出现热应激，罗汉鹏等人曾对北京地区奶牛处于热应激下的生理表现进行研究，发现热应激下奶牛生理行为变化加剧；Kanjanapruthipong等人曾发现奶牛处于热应激状态下，躺卧时间减少，生产性能下降，严重时会导致奶牛死亡，这与本研究结果一致。在寒冷天气下，随着最低温度的上升，奶牛活动量会随之减少，其休息时间相应增加，与本研究结果相同。

3.2 不同胎次荷斯坦牛患病率及侧卧时间的差异荷斯坦牛的患病率及侧卧时间均随着胎次的增加而呈下降趋势，两者变化趋势相同。史良玉等人曾发现不同胎次间奶牛疾病的发生存在显著差异。赵俊亮等人曾对新疆地区的奶牛健康状况影响因素进行分析，发现1胎次奶牛的相对发病头次数最高，且随着胎次的升高各类疾病的患病率都呈下降趋势，这与本研究结果相同。李玉娟等人曾对内蒙古地区某规模化牛场450头试验牛进行跟踪研究，结果显示不同胎龄牛只的酮病患病率差异显著，且呈现一胎龄患病率最高，随着胎龄的升高而降低的规律。Gatius和王晓鹏等人研究发现奶牛随着胎龄的上升，其活动量和躺卧时间分别呈下降和上升趋势，这与本研究结果相反，分析其原因可能是头胎牛由于第1次生产，患产后疾病的概率较大，故躺卧时间会较长。有研究表明，随泌乳天数的增加，奶牛的日活动量有减少的趋势，躺卧时间有增加趋势，1胎和2胎奶牛在产后0～100 d的活动量较高，躺卧时间较低。

3.3 不同侧卧时间分类下对荷斯坦牛患病率的影响本研究结果表明，随着侧卧时间的增加荷斯坦牛的患病风险也进一步增加。奶牛患病时由于生理性的痛苦或机体代谢障碍，会使奶牛选择能缓解这些问题的姿势，并保持一定的时长。以酮病为例，抑制奶牛采食、反刍行为的发生，降低反刍时间，导致奶牛躺卧时间的急剧上升。当奶牛受到治疗后，躺卧时间逐渐下降至正常水平，存在小范围的波动；以流产为例，怀孕母牛流产前几天就会出现精神疲倦、食欲不振、阴道流出羊水等症状，因其处于疾病状态，导致休息时间增加。Hertem等人曾对患病后经治愈的牛只进行监测，后经研究发现治愈后的牛只活动量增加，躺卧时间较之前减少，采食量以及产奶量也出现一定程度的上升。Miekley等人的研究结果表明，当奶牛患蹄病与乳房炎等疾病时，其活动量大幅减少，相应的休息时间大幅增加，这与本研究结果相似。同样Edwards、Talukder等人曾研究发现，患有真胃移位的奶牛在发病期活动量以及产奶量均出现一定程度的下降，与本研究结果相似。