高产奶牛可持续发展略论

朱 凯，吕昕哲，齐 格，张英虎，赵和平，刘光磊＊

1 河北品元生物科技有限公司，河北石家庄 050000

2 行唐县动物卫生监督所余底分所，河北石家庄 050000

0 引言

科学奶牛养殖是打造高产奶牛产业链的第一环节，是畜牧业可持续发展的重要组成部分。人们普遍认为高产奶牛经济效益显著，是一类泌乳量、乳脂率和乳蛋白含量高且乳成分均衡的奶牛，具有健壮体况、强烈食欲、发达消化系统和泌乳系统。目前，我国高产奶牛饲养水平不断提高，乳制品行业发展迅速[1]。我国奶业积极优化丰富乳品供给结构，且规模化现代化建设成为主流趋势，产业和产品齐头并进发展迅速[2]。产量持续增长和乳制品多元化发展的同时，国民生活水平、消费水平和消费意识不断提高，促使牛奶产业更注重产品品质[3]。但奶牛养殖场规模化发展，也会对环境造成不利影响，如温室气体排放、土壤污染和水体污染等。高产奶牛可持续发展受多种因素影响，如营养因素、繁殖技术、环境因素和人工智能技术等。本文对影响高产奶牛可持续发展的相关因素和奶牛场规模化发展对环境造成的影响等研究进展进行综述，以期为生产实践中高产奶牛可持续发展及其对环境的控制改良提供理论资料。

1 高产奶牛发展的影响因素

奶牛产业总体呈数量型和外延性增长。近年来，随着奶牛养殖规模化的发展进程，中大型牧场快速增加，奶牛生活环境较大改善，饲养管理技术不断提高，牛奶质量明显提升，消费者对国产奶的关注度不断增多[4]。据国家统计局和中国海关统计数据统计，截至2021年底，我国牛奶产量3 683 万t，同比增长率7.1%，接近全球牛奶总产量5%；乳制品净进口385.2 万t，折合原料奶2 229.6 万t（按1∶5.8折算），同比增加18.1%[5]。虽然我国牛奶产量快速增长，但仍满足不了国民需求，国外乳制品凭借更低价格对国内市场造成冲击，这表明发展高产奶牛产业，降低牛奶成本，提高我国奶源自给率必要且急需。高产奶牛产业可持续性发展取决于几方面，包括饲料品种、奶牛品种改良、奶牛健康高效养殖、奶牛繁育技术、牛奶品质监控及营养评估等。

1.1 饲料营养因素

饲料是发展高产奶牛的最需关注因素。科学合理饲喂奶牛，不仅要满足奶牛对能量、蛋白质、维生素和矿物质的摄入需求，还不能造成营养过剩。在能量要求方面，若长期饲喂低能量水平饲料，奶牛体内葡萄糖缺乏时，会代谢性代偿消耗体脂获得能量，显著提高血液中非酯化脂肪酸（NEFA）水平。异常代谢途径不仅影响奶牛正常生长发育和繁殖性能，而且会使奶牛乳腺中储存大量脂肪使其泌乳能力下降。在蛋白质要求方面，蛋白质是奶牛身体中各组织和器官的重要组成成分，缺乏蛋白质的日粮无法满足高产奶牛对日粮的营养需求，导致乳蛋白含量下降，激素代谢紊乱，影响奶牛健康。在维生素要求方面，奶牛瘤胃微生物可合成部分维生素，以B族微生物为主，但数量有限，很难满足高产奶牛正常生产需要，日粮中需添加维生素A和维生素E等脂溶性维生素以维持高产奶牛的生产性能。在矿物质要求方面，矿物质中的钙磷含量及钙磷比例都会影响奶牛生产性能和繁殖性能，缺锌、铜、硒等会影响产奶量，降低公牛生殖力。乳脂率是现代奶牛评判系统中权重较高的一个指标，受遗传和生理及日粮结构影响，日粮中精粗比是影响乳脂率的重要因素，其他影响因素还有采食量以及饲料中蛋白质、能量、脂类和缓冲剂的含量等。应根据泌乳阶段、产奶量、乳脂率、体重等方面设计奶牛的全价日粮[6]。随着全球气温逐渐升高，动物热应激效应增加。用谷物代替某些饲料可提高饲料利用率，也可给奶牛饲喂脂类降低瘤胃中的发酵热，减少奶牛瘤胃发酵产生热量，维持奶牛瘤胃的健康[7]。

1.2 繁殖技术

随着我国奶牛场数量的增加和奶牛产奶量的提高，对奶牛繁殖性能有了更高要求，需采用多种繁殖技术结合手段，实现加速发展高产奶牛的目标。分子育种技术是分子生物学与育种相结合的一种技术，主要包括分子标记辅助选择（MAS），也称为狭义“分子育种”、基因编辑和转基因。目前在牛育种领域应用较多的是狭义“分子育种”，即分子标记辅助选择技术，基于基因组高密度标记信息，直接从基因组水平上筛选优质基因型，进而选择目的性状，如高产、长寿、健康等特征，再通过人工授精、性控、胚胎移植技术，实现分子育种筛选的高产性状，从根本上缩短优质基因传递时间间隔，促进奶牛群体快速发展。人工授精技术是奶牛生产中最常用的繁殖技术，是同期发情及同期排卵—定时输精技术的前提[8]。20世纪90年代，北美和南美首次实现同期发情及同期排卵-定时输精技术程序。同期发情及同期排卵—定时输精技术程序以不同的顺序利用GnRH（促性腺激素释放激素）、PGF2α（前列腺素）和孕酮刺激卵泡、启动黄体溶解并诱导精确排卵时间。研究表明，同期发情及同期排卵—定时输精技术能显著提高泌乳奶牛的繁殖性能[9]。妊娠诊断中，B超检测技术是诊断早孕和判断孕龄最快速准确方法，可更直观了解妊娠期卵巢和子宫变化，早期妊娠诊断主要观察奶牛羊水，或进一步观察卵泡和黄体，可判定奶牛怀胎天数，有助于分群饲养管理，有效预防母牛流产、难产[10]。

1.3 环境因素

养殖环境对奶牛的生产性能有一定影响，影响奶牛整个生理周期活动。良好的养殖环境在奶牛日常管理中起重要作用。奶牛是恒温动物，最适宜饲养温度11～23.3 ℃，若超过此范围，产奶量会下降；若低于此范围，采食量会下降，乳汁合成较慢，同样影响产奶量。因此适宜温度能减少奶牛热应激及冷应激，使产奶性能维持在正常水平[11]。相对湿度在奶牛养殖中是不可忽视的重要因素，适宜湿度会缓解高温对奶牛的不利影响，如降低蹄病患病率或减少热应激，因此牛舍相对湿度应保持55%～75%为宜[12]。奶牛在适宜光照下可促进新陈代谢，提高生产性能。长期处于光照不足的环境，易患乳房炎，影响产奶量；长期处于强光条件，缺少黑暗期，生物钟被打乱，产奶量降低，且易患皮肤病，因此奶牛舍朝向应坐北朝南，光照时间保持15～16 h，光照强度200 Lux左右[12]。声音也是环境的一部分，噪音对奶牛有一定的危害。研究发现，长时间噪声会干扰奶牛的生理机能和繁殖性能，对产奶量有明显影响[13]。从牧场初期建设角度，应全面考虑环境因素对奶牛养殖造成的负面影响，尽可能提供舒适生活环境。

1.4 人工智能技术

数字化信息技术的快速发展助力奶业发展，养殖设备的不断升级及智能挤奶设备的推广应用，会进一步改变牛奶产业发展现状。近年来，我国数字化技术在养殖机械化中的应用越来越多，奶牛生产环节的饲喂、挤奶和粪便清理等设备通过接入人工智能技术，能更精确控制牧场的每个细节，有效控制成本，提高生产效率[14]。人工智能技术在畜牧业中的应用水平越来越高，生物识别技术包括虹膜识别、面部识别及姿态识别等，可为每头奶牛设立个体身份标识，并建立牛只个体电子档案。通过这些技术，能实现奶牛行为状态监控，实现个性化饲养及疫病防控。这些措施使奶牛生命体征的状态跟踪与预警更准确和科学。

近几年，大数据技术和人工智能技术相结合，推出多种奶牛远程智能诊断系统，开始在奶牛等畜牧动物生产过程推广使用，实现远程监控、奶牛信息分析。例如，通过运动量分析、智能项圈的计步传感器，配合图像识别技术动态监控，可实现母牛发情期监测或疾病监测。准确探测牛发情后，通过预设程序通知养殖人员及时抓住时机配种，提高繁殖效率。通过运动量骤变，判断奶牛可能发生蹄损伤或患病不愿走动，牧场兽医师收到警示后能及时进场查看牛只状态，尽快治疗。近年来，国内外奶牛信息监测技术发展迅速，极大程度提高奶牛养殖信息的监测效率，并基于物联网、机器视觉识别等技术联合应用，提高了牧场生产效率[15，16]。

2 高产奶牛可持续性发展对环境的影响

2.1 空气污染

温室气体是气候变化的主要因素，全球畜禽温室气体排放占温室气体总量的14.5%[17]，奶牛场温室气体排放约占畜禽排放量的20%[18]。奶牛生产中所产生有害气体主要分两类：一是奶牛在消化过程通过打嗝、放屁产生的二氧化碳和甲烷，会破坏大气臭氧层，加剧温室效应。二是奶牛排泄物中有甲基硫醇、甲硫醚、低级脂肪酸、氨、硫化氢、甲烷、二氧化硫及粪臭素等恶臭气体，会导致奶牛场附近环境的空气质量下降，影响奶牛和人类健康[19]。甲烷是奶牛养殖中仅次于二氧化碳的一种主要温室气体，同等体积甲烷造成的温室效应是二氧化碳的2～30 倍，容易在大气中积累，目前动物生产活动产生的甲烷量已占总排放量的7%左右。甲烷产生与排放不但污染空气，还导致饲料能量的重大损失，可占饲料总能2%～12%，因此控制甲烷排放不仅可保护环境，还可提高饲料转化率，降低饲料成本[19]。

2.2 土壤污染

奶牛集约化养殖过程中会产生大量富含养分的奶牛粪尿等废弃物，主要处理方式还是作为有机肥料排于地表。奶牛粪便、污水中重金属离子会堵塞土壤空隙，降低土地的透水性和透气性，形成阻塞土壤空气的现象，影响土壤品质，造成土地板结。另外，粪便存在一定量硝酸盐、亚硝酸盐和磷酸盐等盐分，累积到一定程度，不仅影响植物生长，导致农作物稻穗倒伏、不熟或晚熟等，更严重的是作物中超标的有毒物质会影响人和畜禽健康[20，21]。

2.3 水污染

奶牛场每天产生大量污水，污水中含细菌、寄生虫卵、氮和磷等有害物质，若未经污水处理系统处理直接排放，则周围水体会被污染。奶牛粪污中氮和磷两种元素含量较高，若经地表水径流或下渗，可直接导致水体富营养化，发生红潮和赤潮等现象，还可能因生命力极强的各种寄生虫卵存在，使人类和畜禽患寄生虫病风险增加，此外，奶牛排泄粪尿及养殖场污水中还可能残留消毒药液和重金属盐类，进入水体后可在鱼、虾、蟹体内富集甚至致其死亡，严重危害食品安全，威胁人体健康[20～22]。

3 总结

我国奶牛产业现处于由数量扩张向质量安全转变的关键时期，推进高奶牛养殖高质量发展至关重要。影响高产奶牛发展的因素有很多，如营养因素、繁殖技术、环境因素和人工智能技术等，它们不仅直接影响奶牛的健康和繁殖性能，还影响奶牛的产奶量和牛奶的品质。奶牛场的规模化发展也会对环境带来不利影响，如温室气体排放、土壤污染和水体污染等。在推进高产奶牛的发展过程中，不仅要关注健康养殖，也要关注其对环境的影响，应及时积极采取控制措施，结合高产奶牛养殖情况不断优化，完成奶牛产量和质量双提升。