荷斯坦牛泌乳速度指标影响因素分析

2022-09-22纪皓楠张海亮吴宏军王雅春

中国畜牧兽医 2022年9期

纪皓楠，高清，常瑶，张海亮，吴宏军，柴河，俞英，王雅春

(1.中国农业大学动物科技学院，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；2.呼伦贝尔农垦谢尔塔拉农牧场有限公司第三牧场，海拉尔 021012)

近年来，中国奶业迅速发展，奶牛场的规模不断扩大，机械化和自动化水平日益提高，自动挤奶系统逐渐普及，可实现对挤奶过程的全程监测，出现了更多高精度的测量指标可用于描述奶牛挤奶的过程。在众多泌乳参数中，泌乳速度是近30年来评定奶牛综合性能的重要指标之一。泌乳速度既影响劳动效率和生产成本，又与乳房健康有关[1-3]；在加拿大、美国和丹麦等国家的奶牛育种体系中已经将泌乳速度性状纳入了选择指数[4]。

泌乳速度指标有很多，研究中较为常见的指标有班次产奶量、前两分钟产奶量及其占比、挤奶时间、平均流速和最高流速等。研究表明，泌乳速度指标受胎次、泌乳阶段等奶牛生理因素及季节、气温等环境因素的广泛影响。如Ahn等[5]研究发现，随着泌乳阶段的变化，班次产奶量、前两分钟产奶量和挤奶时间总体上呈先上升后下降趋势，泌乳阶段对最高流速也有显著影响；Cho等[6]在韩国奶牛群体中发现，秋、冬季的挤奶时间比春、夏季更长，夏季的平均流速和最高流速显著高于其他季节；Kuczaj等[7]在波兰牛群中发现，春、夏季比秋、冬季的平均流速更快，且班次产奶量更高，不同挤奶班次的班次产奶量、挤奶时间、平均流速和最高流速也存在显著差异；此外，Wieland等[8-9]还发现不同挤奶班次对前两分钟产奶量有显著影响。在国外牛群中，针对前两分钟产奶量占比指标的相关研究较少，并且在各项泌乳速度指标的影响因素分析中，奶牛的初产月龄这一重要因素尚未被考虑。

在国内，围绕奶牛泌乳速度的研究较少，已发表研究的样本量一般较小，对生产实践的借鉴意义有限。如王力生等[10]利用197头奶牛的数据，计算了挤奶前两分钟的平均流速与乳房性状之间的相关关系；顾亚平等[11]利用221头奶牛的数据，计算了平均流速、最高流速与班次产奶量之间的表型相关，比较了父本、胎次、泌乳阶段和乳房形状对平均流速和最高流速的影响；郭卓元等[12-13]利用166头奶牛的数据，分析了胎次、泌乳阶段和乳房形态对奶牛泌乳速度的影响，估计了遗传力及其与班次产奶量、305 d产奶量和挤奶时间的表型相关。综上所述，在中国奶牛群体中，尚无研究利用大规模数据分析泌乳速度指标的群体规律及影响因素。

因此，本研究收集了规模化牧场的挤奶明细记录，旨在揭示泌乳速度指标的群体特征，并分析季节、胎次、泌乳阶段、初产月龄和挤奶班次等因素对班次产奶量、前两分钟产奶量、挤奶时间、前两分钟产奶量占比、平均流速和最高流速等指标的影响，以期为中国规模化牧场的奶厅管理及奶牛泌乳速度的遗传分析提供有用信息。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本研究数据来自于北方地区某规模化奶牛场，该牧场采用利拉伐重型转盘式挤奶系统(PR3100HD)进行挤奶，以6 h为间隔每天挤奶4次，饲养的奶牛均为纯种荷斯坦牛，采用全混合饲粮进行饲喂，牛群存栏在10 000头左右。本研究于2017年12月至2018年11月，收集了该牧场8 757头泌乳母牛每月1、11和21日的挤奶明细记录共计906 748条数据，挤奶明细中包含每头奶牛每次挤奶的前两分钟产奶量、班次总产奶量、挤奶时间和最高流速。此外，试验奶牛的出生日期和各胎次产犊日期记录由试验牧场提供。

1.2 数据整理

根据挤奶明细中提供的班次产奶量、前两分钟产奶量、挤奶时间和最高流速，计算了前两分钟产奶量占比及平均流速。本研究共分析了班次产奶量、前两分钟产奶量、挤奶时间、前两分钟产奶量占比、平均流速和最高流速6个泌乳速度指标，各指标定义及其缩写见表1。

表1 泌乳速度相关指标定义

剔除重复套杯和手动脱杯的特殊记录、前两分钟产奶量占比>100%、班次产奶量及流量峰值为0的不合理记录及挤奶时间、班次产奶量缺失的不完整记录后，使用四分位法对上述6个泌乳速度指标分别进行异常值剔除。根据个体出生日期和产犊日期记录，处理得到每头试验牛的初产月龄、泌乳天数和胎次，同时删除泌乳天数超过330 d的数据。最终共保留了7 811头奶牛的546 158条挤奶明细数据。

本研究中，根据气候特征，将测定季节划分为4个水平，分别为冬季(12月至次年2月)、春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)；由于4胎以上的试验牛较少，将胎次划分为4个水平，分别为1胎、2胎、3胎、4胎及以上；将泌乳阶段划分为4个水平，分别为0—44 d(阶段Ⅰ)、45—99 d(阶段Ⅱ)、100—199 d(阶段Ⅲ)、200—330 d(阶段Ⅳ)；由于初产月龄在23月龄以下、26月龄以上的试验牛较少，将初产月龄划分5个水平，分别为23月龄以下、23、24、25～26、26月龄以上；将挤奶班次按照挤奶时段划分4个水平，分别为班次1(00:00—06:00)、班次2(06:00—12:00)、班次3(12:00—18:00)和班次4(18:00—24:00)。

1.3 统计分析

采用SPSS 21.0软件中的相关性过程分析班次产奶量、前两分钟产奶量、挤奶时间、前两分钟产奶量占比、平均流速和最高流速等指标之间的相关系数。采用SAS 9.2的GLM过程分析测定月份、胎次、泌乳阶段、初产月龄和挤奶班次对上述泌乳速度指标的影响，采用Bonferronit检验方法进行多重比较，P<0.05表示差异显著，分析模型如下：

Yijklmn=μ+Si+Pj+Dk+Ll+Tm+εijklmn

式中，Yijklmn为泌乳速度指标的观察值；μ为总体平均值；Si为测定季节效应；Pj为胎次效应；Dk为泌乳阶段效应；Ll为初产月龄效应；Tm为挤奶班次效应；εijklmn为随机残差。

2 结果

2.1 泌乳速度相关指标描述性统计

本研究对7 811头荷斯坦牛班次产奶量、前两分钟产奶量、挤奶时间、前两分钟产奶量占比、平均流速和最高流速进行描述性统计，结果见表2。由表2可知，该牧场奶牛的班次产奶量、平均流速、前两分钟产奶量、前两分钟产奶量占比、挤奶时间和最高流量均值分别为10.32 kg、2.55 kg/min、5.33 kg、53.60%、4.07 min和4.08 kg/min。各泌乳速度指标的变异系数在21.87%～35.46%之间，泌乳速度相关指标的离散程度均较大。由图1可知，除前两分钟产奶量占比之外，其余5项指标的频率分布直方图均基本呈对称分布。

表2 荷斯坦牛泌乳速度相关指标描述性统计

A，班次产奶量；B，前两分钟产奶量；C，挤奶时间；D，前两分钟产奶量占比；E，平均流速；F，最高流速

2.2 各泌乳速度相关指标间的相关关系

由图2可知，班次产奶量、前两分钟产奶量、挤奶时间、前两分钟产奶量占比、平均流速和最高流速等指标两两之间均存在极显著的相关关系(P<0.01)。泌乳速度指标(平均流速和最高流速)与产奶量指标(班次产奶量和前两分钟产奶量)之间的相关系数较高，且均为正相关关系，相关系数在0.60～0.89；泌乳速度指标与挤奶时间之间的相关系数较低，且均为负相关，相关系数在-0.15～-0.12；泌乳速度指标与前两分钟产奶量占比之间的相关中等，且均为正相关，相关系数在0.22～0.29。挤奶时间和班次产奶量间相关较高，相关系数为0.55；挤奶时间和泌乳速度、前两分钟产奶量及占比之间均为负相关，挤奶时间和前两分钟产奶量之间存在较高的负相关，相关系数为-0.84。

**，极显著相关(P<0.01)

2.3 各因素对荷斯坦牛泌乳速度相关指标的影响

由表3可知，测定季节、胎次、泌乳阶段、初产月龄和挤奶班次对荷斯坦牛泌乳速度相关指标均有极显著影响。

表3 各因素对荷斯坦牛泌乳速度指标的影响

2.3.1 班次产奶量不同季节之间，夏、秋季的荷斯坦牛班次产奶量显著低于春、冬季(P<0.05)；随着胎次的增加，班次产奶量总体上呈逐渐上升趋势，3胎以后不再增加，1胎牛显著低于3胎、4胎及以上(P<0.05)；随着泌乳阶段的推移，班次产奶量呈先升高后降低的趋势，在第Ⅱ阶段达到最高且显著高于其他阶段(P<0.05)；初产月龄为23月龄时，班次产奶量表现最好，<23月龄时表现最差；不同挤奶班次之间，夜间挤奶的班次产奶量(班次1和4)显著高于白天(班次2和3)(P<0.05)，挤奶班次为0:00—6:00时最高，且显著高于其他班次(P<0.05)。

2.3.2 前两分钟产奶量不同季节之间，荷斯坦牛夏季的前两分钟产奶量显著高于冬季(P<0.05)；随着胎次的增加，前两分钟产奶量总体上呈上升趋势，3胎以后不再增加，1胎牛显著低于其他胎次(P<0.05)；随着泌乳阶段推移，前两分钟产奶量也呈先升高后降低的趋势，在第Ⅱ阶段达到最高，且显著高于其他阶段(P<0.05)；随着初产月龄的增加，前两分钟产奶量总体上呈下降趋势，23月龄以下的前两分钟产奶量显著高于其他月龄(P<0.05)；不同挤奶班次之间，挤奶班次1的前两分钟产奶量显著高于其他班次(P<0.05)。

2.3.3 挤奶时间不同季节之间，夏、秋季挤奶时间显著短于春、冬季(P<0.05)；不同胎次之间，1胎牛挤奶时间显著小于其他胎次(P<0.05)；随着泌乳阶段的推移，挤奶时间呈先延长后逐渐缩短的趋势，在第Ⅱ阶段达到最长且显著高于其他阶段(P<0.05)；随着初产月龄的增加，挤奶时间总体上呈逐渐延长的趋势；不同挤奶班次之间，夜间(班次1和 4)的挤奶时间显著大于白天(班次2、3)(P<0.05)，班次1的挤奶时间最长且显著大于其他班次(P<0.05)。

2.3.4 前两分钟产奶量占比不同季节之间前两分钟产奶量占比差异均显著(P<0.05),其中夏季显著高于冬季(P<0.05)；不同胎次之间，1胎牛前两分钟产奶量占比显著高于其他胎次(P<0.05)；随着泌乳阶段的推移，前两分钟产奶量占比呈先下降后逐渐升高的趋势，在第Ⅱ阶段达到最低，且显著低于其他阶段(P<0.05)；随着初产月龄的增加，前两分钟产奶量占比总体上呈逐渐降低的趋势；不同挤奶班次之间，夜间(班次1和4)的前两分钟产奶量占比显著低于白天(班次2和3)(P<0.05)，班次4最低，且显著低于其他班次(P<0.05)。

2.3.5 平均流速不同季节之间，夏季平均流速显著高于冬季(P<0.05)；不同胎次之间，1胎牛平均流速显著低于其他胎次(P<0.05)；随着泌乳阶段的推移，平均流速呈先升高后降低的趋势，在第Ⅱ阶段达到最高，且显著高于其他阶段(P<0.05)；随着初产月龄的增加,平均流速总体上呈逐渐降低的趋势；不同挤奶班次之间，挤奶班次1的前两分钟产奶量显著高于其他班次(P<0.05)。

2.3.6 最高流速不同季节之间，夏、秋季最高流速显著高于春、冬季(P<0.05)；不同胎次之间，1胎奶牛最高流速显著低于其他胎次(P<0.05)；随着泌乳阶段的推移,最高流速呈先升高后降低的趋势，在第Ⅱ阶段达到最高，且显著高于其他阶段(P<0.05)；随着初产月龄的增加,最高流速总体上呈逐渐降低的趋势；不同挤奶班次之间，挤奶班次1的前两分钟产奶量显著高于其他班次(P<0.05)。

3 讨论

Dechow等[14]发现在美国荷斯坦牛群中，班次产奶量平均为13.49 kg，挤奶时间平均为7.23 min，平均流速均值为1.93 kg/min。Kuczaj等[7]发现在波兰荷斯坦牛群中，班次产奶量平均为10.37 kg，挤奶时间平均为3.97 min，平均流速均值为2.86 kg/min。本研究中，试验群体班次产奶量、挤奶时间和平均流速的平均值分别为10.32 kg、4.07 min和2.55 kg/min。本研究群体每日挤奶4次，其班次产奶量与上述研究相近，而挤奶时间和平均流速与上述研究存在差异；这可能与不同牛场的挤奶间隔[15]、挤奶机参数设置[16-17]和挤奶前处理方法[18]等因素有关，同时本研究群体的产奶量水平高于上述研究群体。

泌乳速度指标间相关性分析表明，平均流速、最高流速与班次产奶量、前两分钟产奶量呈中等或强正相关，与挤奶时间呈极弱的负相关，与前两分钟产奶量占比呈极弱的正相关；郭卓元[13]研究发现，平均流速、最高流速与班次产奶量呈中等或强的正相关，与挤奶时间呈弱的负相关；Dechow等[14]研究表明，平均流速与班次产奶量呈正相关，与挤奶时间呈负相关；试验群体的遗传背景和数据量差异可能导致不同研究获得不同的结果。

本研究结果显示，季节和挤奶班次两项环境因素对泌乳速度指标有极显著影响。与春季和冬季相比，夏、秋两季的班次产奶量明显更低，总挤奶时间也更短，前两分钟产奶量和前两分钟产奶量占比更高，平均流速和最高流速更高，这与Cho等[6]关于荷斯坦牛班次产奶量、平均流速和最高流速的研究结果类似；在韩国奶牛群体中，春季和夏季的班次产奶量更低，平均流速和最高流速更高。在温度较高的季节，受热应激影响，奶牛的产奶量较低，故班次产奶量和挤奶时间相应缩短[19]，同时考虑高温引起乳房肌肉松弛导致流速加快[6]。然而，在波兰牛群中，季节对挤奶时间无显著影响，春、夏季比秋、冬季的班次产奶量更高[7]。不同地区的气候和温湿度环境存在差异，可能造成季节因素对泌乳速度指标有不同的影响。本研究发现，夜间的班次产奶量、挤奶时间、挤奶速度均显著高于白天，而前两分钟产奶量占比则表现出相反趋势。在规模化牧场中，工作人员的生产活动集中发生在白天，这些生产活动可能对奶牛造成一定程度的干扰和应激。

奶牛胎次、泌乳阶段和初产月龄等生理因素对泌乳速度指标有极显著影响。对于产奶量，随着胎次变化，班次产奶量和前两分钟产奶量有先上升后趋于稳定的趋势，3胎时达到峰值[20-21]；随着泌乳阶段的推移，班次产奶量和前两分钟产奶量有先上升后下降的趋势，峰值出现在45～99 d[22-23]；随初产月龄的增加，前两分钟产奶量呈现下降趋势[24]，胎次和泌乳阶段对班次产奶量、前两分钟产奶量的影响与其对奶牛日产奶量的影响相似。本研究中，胎次对泌乳速度指标的影响与顾亚平[11]、Ahn等[5]研究结果一致。此外，有研究认为，奶牛的平均流速随胎次增加呈先下降后上升的趋势[5,7,25]。值得注意的是，虽然上述研究之间产奶量和泌乳速度指标的变化趋势不同，但在相同群体内泌乳速度指标的整体变化趋势均与产奶量指标一致。此外，不同于泌乳速度指标，挤奶时间在3胎时尚未达到峰值，3胎牛的挤奶时间显著低于2胎和4胎及以上奶牛。本研究为奶牛泌乳速度性状的研究和选育积累了经验，也为规模化奶牛场的奶厅管理提供了有用信息。