不同规模牧场和不同季节因素对荷斯坦牛乳品质相关指标的影响

孙雨佳，赵天奇，马瑶瑶，梁艳，卢徐斌，杨章平*

（1.扬州大学农业科技发展研究院（国际联合实验室），江苏扬州 225009；2.扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225009）

奶牛生产性能测定（牛群遗传改良，Dairy Herd Improvement，DHI）工作与我国奶业的良性健康发展密切相关，它利用科学系统的数据有效指导牧场进行高效生产，增加经济收益，是改良奶牛群体生产性能和遗传性能的核心基础工作，DHI 技术也是我国奶业转型升级的引领性技术。截至2019 年年底，全国已有127.7万头奶牛参测，约占全国总奶牛数的45.8%。

高品质的乳产品以及健康高产的奶牛是每个牧场所追求的。影响乳品质的非遗传因素有很多，如场规模效应、季节、饲养管理水平等。Adediran 等研究表明，季节因素在塔斯马尼亚州牧场奶牛产犊模式中起着重要作用，且牛群规模改善了大型牛群的生产特征。操礼军等研究发现不同季节对牛乳质量均有显著影响。赵秀新等研究表明，不同养殖模式和不同养殖规模的牛场在各项生产性能指标上存在显著差异，规模养殖奶牛场生产性能优于奶牛养殖小区，1 000 头以上牛场的乳脂率最高，600～1 000 头存栏规模的牛场乳蛋白率最高。赵国艺等研究发现大型牧场与中小型牧场的体细胞评分有极显著差异（大型牧场<小型牧场<中型牧场）。本研究根据江苏地区4个现代牧场2017—2019年荷斯坦牛DHI 记录进行分析，研究牛乳品质相关指标随季节和牧场规模等因素的变化规律，以期为提高牧场生产水平与牛乳质量积累资料。

1 材料及方法

1.1 数据来源 供测数据来自江苏地区4个不同规模的现代牧场2017—2019 年荷斯坦牛DHI 记录和乳成分数据，所有牛只均为1 胎牛，泌乳阶段均处于泌乳中后期，共51 254 条，主要包括体细胞评分、真蛋白（乳蛋白）、乳脂、粗蛋白（真蛋白和非蛋白氮）、乳糖、全乳固体、尿素氮、电导率、丙酮、非脂乳固体等。为增加数据的准确性和整齐性，在剔除无DHI 记录的空值和异常极端值后，得到可用于牛乳指标分析的数据共47 164 条。

1.2 牧场规模和季节划分 本文所测4个牧场分别来自江苏省连云港市某牧场、盐城市某牧场、宿迁市某牧场、南通市某牧场。江苏省位于我国东南沿海地区，属东亚季风气候区，该地区地势平坦，受海洋影响显著，气候综合表现为四季分明、季风显著、冬冷夏热、春温多变、秋高气爽、光热充沛。

其中，4个规模化牧场根据存栏量大小重新编号，划分为1 号牧场（存栏500 头），2 号牧场（存栏1000 头），3 号牧场（存栏3 000 头），4 号牧场（存栏5 000 头）共4个实验组，并根据存栏量将牧场划分为大（4 号牧场）、中（2 号和3 号牧场）、小（1 号牧场）3个水平，划分标准参考梁艳等划分标准；测定季节参考二十四节气划分，并根据江苏地理位置及气候特征划分为春季（3-5 月），夏季（6-8 月），秋季（9-11 月），冬季（12-次年2 月）。

1.3 统计分析 将供测数据导入Excel 进行分类汇总处理后，用SPSS25.0 软件进行多因素方差分析采用一般线性模型（General Linear Model，GLM）分析不同季节和不同规模牧场因素对真蛋白、乳脂、粗蛋白、乳糖、全乳固体、尿素氮、电导率、丙酮、体细胞评分和非脂乳固体的影响，同时，运用随机方差分析模型，对乳品质相关的各项指标进行相关性分析。模型如下：

式中，Y 为真蛋白、乳脂、粗蛋白、乳糖、全乳固体、尿素氮、电导率、丙酮、体细胞评分和非脂乳固体测定值，为总体均值效应，S为测定季节的固定效应，P为测定牧场的固定效应，（SP）j 为季节和牧场的互作效应，e为随机残差效应。各因素间不同水平的多重比较使用Duncan's 法，数据表现形式为平均值±标准差。<0.05 表示差异显著，>0.05 表示差异不显著。

2 结果与分析

2.1 不同测定季节对荷斯坦奶牛乳品质相关指标的影响由表1 可知，不同测定季节对荷斯坦牛乳品质相关指标有显著影响。其中，冬季乳中全乳固体和乳脂含量最高，分别为12.97% 和4.19%，显著高于其他季节；秋季乳中非脂乳固体、真蛋白、粗蛋白和丙酮含量最高，显著高于其他季节；春季和冬季乳中乳糖含量最高，显著高于夏季和秋季；夏季和秋季乳中电导率最高，显著高于春季和冬季，冬季乳中电导率显著低于其他季节；秋季乳中体细胞评分最高，夏季次之，均显著高于春季和冬季；夏季乳中尿素氮含量最低，显著低于其他季节，春季乳中尿素氮含量最高，显著高于其他季节。

表1 不同测定季节对荷斯坦牛乳品质相关指标的影响

2.2 不同规模牧场对荷斯坦奶牛乳品质相关指标的影响不同牧场规模对荷斯坦牛乳品质相关指标的方差分析结果如表2 所示，各项指标受不同牧场规模的影响都达到显著水平。1 号牧场乳中全乳固体、乳脂、非脂乳固体、粗蛋白和乳糖含量均显著高于其他牧场，电导率和尿素氮含量显著低于其他牧场；2 号牧场非脂乳固体、乳糖和丙酮含量显著低于其他牧场，全乳固体和乳脂含量显著低于1 号和3 号牧场；3 号牧场乳中真蛋白、体细胞评分和尿素氮含量显著高于其他牧场；4 号牧场电导率显著高于其他牧场，真蛋白含量、粗蛋白含量和体细胞评分显著低于其他牧场，全乳固体和乳脂含量显著低于1 号和3 号牧场。

表2 不同规模牧场对荷斯坦牛乳品质相关指标的影响

2.3 不同季节下不同规模牧场对荷斯坦奶牛乳品质相关指标的影响 不同季节下不同规模牧场荷斯坦奶牛乳品质相关指标的变化如图1 所示，呈现出较为相似的变化趋势。各个牧场全乳固体、乳脂、乳糖整体表现为夏季含量较低，冬季含量较高。在这3 项指标中1 号牧场全乳固体、乳糖、乳脂含量在各个季节都相对最高，2号牧场则相对最低，其余2 牧场保持相似的季节变化。非脂乳固体、真蛋白和粗蛋白在各个牧场基本都呈现一条较为相似的波动曲线，夏季相对最低，秋季相对最高点。从体细胞评分角度，4 号大型牧场体细胞评分在各个季节都明显低于其他牧场，1、2、3 号牧场体细胞评分随季节呈稳定相同的变化规律。尿素氮和丙酮未发现明显变化趋势，尿素氮含量在各个季节以1 号牧场的变化最不明显，2 号、3 号牧场表现为夏季含量最低，冬季最高，且2 号牧场在各个季节均低于3 号牧场。丙酮含量在各个牧场间和各个季节之间表现规律均不明显，2、3、4 号牧场都呈现为秋季最高，春季相对较低的结果，但1 号牧场则表现为冬季最高，春季最低。电导率在冬季各个牧场均达到最低值，且2 号牧场的电导率在四季均低于其余3个牧场。

图1 不同季节下不同规模牧场荷斯坦牛乳品质相关指标变化

2.4 荷斯坦牛乳品质各项指标间的相关性分析 牛乳品质各项指标间的相关系数分析结果如图2 所示，体细胞评分与非脂乳固体、乳糖、尿素氮呈负相关（<0.05），其中，与乳糖负相关系数最大，系数为-0.387，而体细胞评分与全乳固体、乳脂、真蛋白、粗蛋白、电导率和丙酮呈正相关（<0.05），除电导率外，与粗蛋白正相关系数最大，为0.208。与体细胞评分的分析结果不同，乳糖除与非脂乳固体呈正相关外（<0.01），相关系数为0.311，与全乳固体、乳脂、真蛋白、粗蛋白、体细胞评分、尿素氮、丙酮均呈负相关（<0.01或<0.05），其中，与电导率负相关性最高，相关系数为-0.599，其次与体细胞评分负相关性系数最高，相关系数为-0.387。此外，丙酮与非脂乳固体、粗蛋白、乳糖、尿素氮呈负相关（<0.01），与全乳固体、乳脂、等乳成分正相关（<0.01），但与真蛋白无显著相关性（>0.05）。电导率与全乳固体、乳脂、非乳脂蛋白、乳糖呈负相关（<0.01），其中，与乳糖负相关系数最高，相关系数为-0.599，电导率与真蛋白、粗蛋白、体细胞评分、尿素氮、丙酮均呈正相关（<0.01），除体细胞评分外，与丙酮相关系数最高，相关系数为0.153。在整个相关性分析中，真蛋白和粗蛋白正相关系数最高，相关系数为0.934，电导率和乳糖负相关系数最高，相关系数为-0.599。

图2 乳品质各指标间的相关性关系

3 讨 论

3.1 不同测定季节对奶牛乳品质相关指标的影响 本研究发现，不同测定季节对奶牛DHI 各项指标均有显著影响，其中冬季乳脂率显著高于其他季节，春、夏季乳脂率较低，这与王加祥在江苏地区测定的奶牛1月和12 月（冬季）乳脂率显著高于其他月份，5—9 月（春夏季）乳脂率显著低于其他月份的结果相符，也与张梦华等的结果基本一致。这有可能是由于季节温度改变，奶牛发生应激行为，采食欲望降低，消化吸收能力下降导致。此外，在高温季节，奶牛饮水量提高，如果皮肤在阳光照射下过长会产生较多的皮脂腺，进而一定程度下调牛乳乳脂率。随季节变化，牛乳粗蛋白和真蛋白在受季节因素影响方面有一定相似，总体表现为秋季含量高、春夏含量低的波动性趋势。有研究报道，奶牛的牛乳蛋白合成量随气温的升高而逐渐降低，高温与牛乳蛋白和非脂乳固体含量呈负相关。本试验结果显示，春、夏季节牛乳乳脂、乳蛋白以及非脂乳固体都相对最低，说明供测奶牛一定程度上处于热应激状态，影响采食量，进而使乳品质出现下降情况。在热应激情况下，奶牛乳蛋白合成量逐步降低，与之伴随的是牛乳中尿素氮含量升高，使奶牛氮代谢途径改变。本试验中，牛乳尿素氮含量春季最高，秋季较低，符合奶牛生理生化代谢途径变化，也与宋佳璇等研究发现的春季尿素氮含量达到极大值的实验结果高度一致，但在夏季本实验中尿素氮含量呈现极低值，这可能是因为夏季奶牛食用日粮量减少，在饲料能量水平、蛋白质水平、氮平衡水平以及季节等非营养性因素的综合影响下，总体体现为极低值。季节温度会对奶牛体细胞评分产生不可忽视的影响，本试验中体细胞评分在夏、秋季最高，在冬、春季最低，原因可能是夏秋季节高温高湿，病原菌大量繁殖，且奶牛受热应激影响使机体免疫机能受到影响，因此导致患乳房炎概率增加，从而使乳中体细胞数升高、体细胞评分增加。本研究结果显示，秋季牛乳丙酮含量最高，与刘德义研究中发现的奶牛9 月酮病发病率最高的结果相一致。这可能是由于高温导致奶牛应激，进而导致糖代谢、脂代谢等其他代谢紊乱，致使酮体大量增加，从而导致酮病发生。

3.2 不同牧场规模对奶牛乳品质相关指标的影响 不同牧场规模会对奶牛各项DHI 指标产生显著影响。本研究中，1 号牧场作为小型牧场，乳品质相关指标都显著高于其他牧场，但体细胞评分相对较高，这可能是由于小型牧场更加注重奶牛的饲喂和牛乳品质，但在饲料搭配、控制环境卫生和保持奶牛健康等方面相对薄弱，因此病原菌入侵奶牛乳腺组织的几率较高，1 号牧场的体细胞评分相对较高。1 号牧场的尿素氮含量为17.35 mg/dL，显著低于其他牧场，丙酮含量则最高，为0.19 mmol/L，这进一步验证了1 号牧场存在饲料总蛋白吸收较低，日粮中的粗蛋白质或营养物质供给不平衡的问题。此外，1 号牧场奶牛丙酮含量较高，相关研究表明，血酮和乳酮相关系数为0.96，乳中丙酮含量较高，血酮含量可能较高，而血酮含量是用于检测酮病的主要指标之一，说明1 号牧场牛只患酮病的几率较高。4 号牧场作为大型牧场，其乳品质相关指标大都显著低于其他牧场，体细胞评分极显著低于其他牧场，这可能是大型牧场具有较高的管理水平，基础设施完善，饲喂环境和卫生管理较科学；但大型牧场存在尿素氮含量偏高，乳品质相对较低的问题，这可能是由于大型牧场大规模饲养，饲喂较多精料，饲料配方不够均衡导致的。2 号牧场和3号牧场在饲养规模上都可划分为中型牧场，但由于养殖规模以及牧场管理的不同，二者间各项指标也有一定显著差异，2 号牧场在控制奶牛疾病，维持奶牛健康上优于3 号牧场，但在乳品质方面略有不足，3 号牧场乳品质相对较高，但体细胞评分和丙酮含量达到4个牧场的最大值。两个牧场的实际情况一定程度上反映了中型牧场在整个饲养管理上相对优于其他规模牧场，但相对于大型牧场在基础设备或管理人员安排上有所不足。

3.3 不同季节下不同规模牧场对荷斯坦奶牛乳品质相关指标的影响 在不同季节下，不同规模牧场的牛乳品质相关指标也体现了差异，但呈现一定规律的显著变化。1 号牧场的全乳固体、乳糖、乳脂、非脂乳固体和粗蛋白质总含量在各个季节都相对高于其他牧场，但在夏季，指标含量表现不稳定，表现大幅度下降，这反映小型牧场虽有精细化管理但基础设施不完善，受夏季热应激等环境变化影响较大，生产效能不稳定的真实情况。相对于1 号牧场，其余3个牧场的各项指标随季节气候变化的趋势都相对平稳。4 号牧场在炎热的夏秋季节，体细胞评分、乳糖和乳脂等指标未发生大幅度波动，且体细胞数在各季节显著小于其他牧场，这表明大型牧场有通过人工调控和先进设备保持奶牛最适生产环境的能力。3 号牧场各项指标的季节趋势变化与2 号和4 号牧场趋于一致，但粗蛋白率在冬季出现明显的下降，尿素氮含量也明显上升，二者体现了一定的相关性，这可能是冬季3 号牧场更换日粮或改变奶牛饲养环境导致。

3.4 荷斯坦牛乳品质各项指标相关性分析 本研究结果表明，体细胞评分在一定程度上影响了乳成分相关指标含量，其中，体细胞评分与乳糖含量呈现极显著负相关，这与赵番番等研究结果一致。体细胞评分高，乳糖率极显著降低，原因可能是奶牛乳腺感染导致乳腺炎，从而造成奶牛食欲不振，摄入的乳糖含量较低，营养水平不足，以至乳糖合成量不够，也可能是体细胞评分高的奶牛易患有乳腺炎，乳腺组织中的毛细血管破裂，血液中的无机盐和离子等成分进入牛乳，降低牛奶的渗透压，影响乳糖向牛奶中分泌，从而导致牛奶中乳糖含量降低。电导率反映体细胞数，电导率与奶牛体细胞评分结果具有很大相关性，电导率一定程度上反映了乳房炎的发生概率，这与本研究中电导率与体细胞评分成极显著正相关，电导率和乳糖负相关系数最高的结果一致。

4 结 论

荷斯坦奶牛乳品质相关指标受诸多因素影响，各个因素之间还有可能相互影响，产生叠加效应，在不同季节下，不同规模牧场的牛乳品质相关指标呈现一定规律性的变化。本试验中，小型牧场的乳品质优于中型和大型牧场，但受季节因素影响极显著，大型牧场的乳品质在不同季节因素下保持稳定，中型牧场的乳品质受季节因素影响较小，但其乳品质相对不稳定，结果为改善不同规模牧场在不同季节下的生产管理水平提供一定的理论支撑。