楊明路，張海亮，安 濤，竹 磊，張 帆，黃錫霞，郭 剛，王雅春*

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100193；3.北京首農(nóng)畜牧發(fā)展有限公司，北京 100029）

近年來，奶牛養(yǎng)殖規(guī)?；讲粩嗵岣?，各類監(jiān)測設(shè)備廣泛應(yīng)用，這為利用奶牛個(gè)體行為記錄提升牧場管理水平提供新的可能。成年奶牛一天中可發(fā)生反芻、躺臥、采食、呼吸和活動(dòng)等行為。其中，奶牛的活動(dòng)量是一類重要的行為數(shù)據(jù)，通常使用計(jì)步器和項(xiàng)圈等自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。本研究中，實(shí)驗(yàn)?zāi)翀鍪褂玫捻?xiàng)圈是利用加速度計(jì)記錄奶牛的全部活動(dòng)，并根據(jù)程序判斷奶牛不同的行為狀態(tài)從而獲得奶牛的個(gè)體活動(dòng)量記錄[1]。利用活動(dòng)量記錄對(duì)奶牛進(jìn)行發(fā)情揭發(fā)和蹄病監(jiān)測，可以大幅提高牧場的工作效率和管理精度。在奶牛養(yǎng)殖中，發(fā)情揭發(fā)和適時(shí)配種是牧場繁殖的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的發(fā)情檢測主要依靠人工觀察，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且檢出率低[2]。奶牛蹄病是影響奶牛健康的常見問題，通過人工觀察進(jìn)行蹄病揭發(fā)通常具有滯后性。因此，個(gè)體活動(dòng)量記錄在規(guī)?；翀龅娜粘９芾碇锌梢园l(fā)揮重要作用。奶?；顒?dòng)量受環(huán)境溫濕度影響較大，如夏季熱應(yīng)激會(huì)使奶?；顒?dòng)量增加，另外還受到奶牛體況、胎次和飼養(yǎng)管理?xiàng)l件等因素影響[3]。研究奶牛活動(dòng)量可以了解奶牛在不同環(huán)境條件下的活動(dòng)規(guī)律，可為利用個(gè)體活動(dòng)量記錄更好地開展奶牛疾病、發(fā)情、產(chǎn)犢和應(yīng)激管理等提供理論依據(jù)[1,4-6]，最終提高牧場的生產(chǎn)效率。

目前，國內(nèi)很多規(guī)?；翀鲆呀?jīng)廣泛使用項(xiàng)圈和計(jì)步器系統(tǒng)對(duì)奶?；顒?dòng)量進(jìn)行監(jiān)測，但對(duì)個(gè)體活動(dòng)量記錄的挖掘十分有限。有少量研究報(bào)道了奶牛在發(fā)情期活動(dòng)量的變化及其與陰道黏液電阻值、陰道溫度、產(chǎn)奶量、擠奶效率和牛奶電導(dǎo)率等之間的關(guān)系[7-9]。但上述研究對(duì)奶?；顒?dòng)量固有的規(guī)律研究較少，對(duì)牛只活動(dòng)量監(jiān)測的階段存在局限性，對(duì)泌乳階段、體況和溫濕度環(huán)境等因素對(duì)活動(dòng)量影響的研究較少。因此，本研究對(duì)北京地區(qū)某規(guī)?；翀雒谌榕５幕顒?dòng)量記錄進(jìn)行監(jiān)測，旨在深入分析奶牛活動(dòng)量的變化規(guī)律和影響因素，為利用活動(dòng)量對(duì)牛群進(jìn)行精細(xì)化管理和建模分析奶?；顒?dòng)量性狀提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)群體 本研究于2015 年5 月—2018 年6 月收集了北京地區(qū)某規(guī)?；翀?16 頭荷斯坦泌乳母牛的活動(dòng)量、體況評(píng)分（Body Condition Score，BCS）及環(huán)境溫濕度。實(shí)驗(yàn)?zāi)翀鰹榘腴_放式牛舍，夏季時(shí)采食道與待擠區(qū)使用噴淋和風(fēng)扇進(jìn)行降溫。實(shí)驗(yàn)牛群每日擠奶3 次，分別于07:00—10:00、14:00—17:00 和21:00—24:00 完成。不同泌乳牛舍的飼養(yǎng)管理方式基本相同，均為擠奶前30 min 投料，自由采食和飲水。

1.2 數(shù)據(jù)測定

1.2.1 活動(dòng)量測定 本實(shí)驗(yàn)利用HR-LD 和HR-LDn 2 種類型項(xiàng)圈（SCR，以色列）對(duì)916 頭4 胎以下奶牛的活動(dòng)量（au）進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測[10]，其中HR-LD 項(xiàng)圈利用加速計(jì)識(shí)別，HR-LDn 項(xiàng)圈利用三軸MEMS（微機(jī)電系技術(shù)）加速度計(jì)識(shí)別，每頭實(shí)驗(yàn)牛每個(gè)泌乳期內(nèi)只使用1種項(xiàng)圈進(jìn)行監(jiān)測。其中，701 頭奶牛從產(chǎn)犢后開始佩戴項(xiàng)圈連續(xù)監(jiān)測至本泌乳期結(jié)束或淘汰，74 頭奶牛從產(chǎn)前40 d 開始佩戴項(xiàng)圈連續(xù)監(jiān)測至本泌乳期結(jié)束或淘汰。

實(shí)驗(yàn)牛的活動(dòng)量原始數(shù)據(jù)包括原始活動(dòng)量（2 h 記錄1 次）和日活動(dòng)量（24 h 記錄1 次），即每頭母牛每天共有12 條原始活動(dòng)量記錄和1 條日活動(dòng)量記錄。實(shí)驗(yàn)期間，定期對(duì)實(shí)驗(yàn)牛的原始活動(dòng)量和日活動(dòng)量記錄進(jìn)行備份和收集。

1.2.2 BCS 實(shí)驗(yàn)?zāi)翀雒吭掠赡翀龉ぷ魅藛T評(píng)價(jià)泌乳牛和干奶牛的BCS[11-12]，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為5 分制，1 分表示極度消瘦，5 分表示極度肥胖，最小評(píng)分單位為0.25 分。本研究中，匹配距奶牛日活動(dòng)量監(jiān)測日期最近的BCS記錄，以分析BCS 對(duì)母牛活動(dòng)量的影響。

1.2.3 環(huán)境溫濕度測定 利用自動(dòng)溫濕度記錄儀（艾普瑞公司）記錄實(shí)驗(yàn)?zāi)翀龅沫h(huán)境溫度和濕度。實(shí)驗(yàn)期間，將溫濕度記錄儀懸掛于牛舍中央距地面1.5 m 處，記錄頻率為30 min/次，并根據(jù)以下公式計(jì)算環(huán)境溫濕度指數(shù)（Temperature and Humidity Index,THI）：

式中，AT 和RH 分別為環(huán)境溫度和相對(duì)濕度。分析THI 對(duì)原始活動(dòng)量和日活動(dòng)量的影響時(shí)，分別使用原始活動(dòng)量和日活動(dòng)量所對(duì)應(yīng)2 h 內(nèi)、24 h 內(nèi)的THI 均值。

1.3 數(shù)據(jù)整理 對(duì)原始活動(dòng)量和日活動(dòng)量記錄進(jìn)行質(zhì)控時(shí)，分別剔除原始活動(dòng)量和日活動(dòng)量“平均值±3 倍標(biāo)準(zhǔn)差”之外的記錄；剔除原始活動(dòng)量缺失和日活動(dòng)量不完整（一天中某一時(shí)段原始活動(dòng)量缺失）的記錄；根據(jù)活動(dòng)量監(jiān)測日期和產(chǎn)犢日期計(jì)算實(shí)驗(yàn)?zāi)概５拿谌樘鞌?shù)，僅保留泌乳天數(shù)處于產(chǎn)前40 d（-40 d）至產(chǎn)后305 d 的記錄，最終獲得916 頭實(shí)驗(yàn)牛的2 037 031 條原始活動(dòng)量和172 428 條日活動(dòng)量記錄。

本研究中，由于3 胎以上的實(shí)驗(yàn)牛較少，將胎次劃分為3 個(gè)水平，分別為1 胎、2 胎、3 胎及以上；將泌乳階段劃分為6 個(gè)水平，分別為干奶前期（-40 d～-22 d）、圍產(chǎn)前期（-21 d～0 d）、圍產(chǎn)后期（0 d～21 d）、泌乳初期（22 d～100 d）、泌乳中期（101 d～200 d）和泌乳后期（≥201 d）；將測定季節(jié)劃分為4 個(gè)水平，分別為春季（3—5 月）、夏季（6—8 月）、秋季（9—11 月）和冬季（12 月至次年2 月）[14]；根據(jù)實(shí)驗(yàn)牛群的BCS分布情況，將BCS 劃分為7 個(gè)水平，分別為≤2.25 分、2.5 分、2.75 分、3 分、3.25 分、3.5 分、≥3.75 分；將THI 劃分為9 個(gè)水平[15-17]，分別為THI＞25、25≤THI＜38、38≤THI＜58、58≤THI＜63、63≤THI ＜68、68≤THI＜72、72≤THI＜76、76≤THI＜80 和THI＞80。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 使用SAS 9.4 軟件的Mixed 過程分析泌乳階段、胎次、測定年份、測定季節(jié)、項(xiàng)圈類型、BCS和個(gè)體隨機(jī)效應(yīng)對(duì)日活動(dòng)量的影響，采用Bonferroni t檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較，以P＜0.01 為差異極顯著，模型如下：

式中，Yijklmnop為日活動(dòng)量，μ為總體均值，lactationi為泌乳階段，parityj為胎次，yeark為測定年份，seasonl為測定季節(jié)，BCSm為體況評(píng)分，typen為項(xiàng)圈類型，IDo為個(gè)體隨機(jī)效應(yīng)，eijklmnop為隨機(jī)殘差。

2 結(jié)果

2.1 描述性統(tǒng)計(jì) 如表1 所示，本研究中，泌乳母牛原始活動(dòng)量的均值為47.29 au/2h，變異系數(shù)為33.90%；日活動(dòng)量均值為573.35 au/d，變異系數(shù)為23.42%，日活動(dòng)量為原始活動(dòng)量的12 倍。

表1 北京地區(qū)泌乳母?；顒?dòng)量描述性統(tǒng)計(jì)

2.2 原始活動(dòng)量的變化規(guī)律 本研究中，奶牛的活動(dòng)量在06:00—08:00 和12:00—14:00 有明顯的升高趨勢；22:00 后逐漸下降，00:00—06:00 是奶牛一日內(nèi)活動(dòng)量最低的時(shí)段。一日內(nèi)，奶?；顒?dòng)量在04:00 時(shí)達(dá)到最低，為35.63 au/2h；在14:00 時(shí)達(dá)到最高，為57.36 au/2h。

不同胎次的奶牛，其原始活動(dòng)量在一日內(nèi)的變化規(guī)律如圖1 所示。不同胎次的奶牛之間，1 胎奶牛的原始活動(dòng)量最高，為48.62 au/2h；3 胎及以上的奶牛原始活動(dòng)量最低，為42.72 au/2h。在一日內(nèi)各時(shí)段中，1 胎和2 胎奶牛各時(shí)段的活動(dòng)量均高于3 胎及以上奶牛；在06:00—08:00、12:00—14:00 和18:00—20:00 3 個(gè)時(shí)段中，不同胎次奶牛的活動(dòng)量差異較大；在20:00—04:00、08:00—12:00 和14:00—16:00 3 個(gè)時(shí)段中，1胎與2 胎奶牛的活動(dòng)量相近。

圖1 不同胎次泌乳母牛原始活動(dòng)量在一日內(nèi)的變化規(guī)律

不同季節(jié)奶牛原始活動(dòng)量在一日內(nèi)的變化規(guī)律如圖2 所示。不同季節(jié)之間，奶牛在冬季各時(shí)段的活動(dòng)量均低于其他3 個(gè)季節(jié)；與春、冬季相比，奶牛在夏季各時(shí)段的原始活動(dòng)量更高；奶牛在秋季一日內(nèi)各時(shí)段的活動(dòng)量變化幅度更大。在夜間時(shí)段（18:00—次日06:00），奶牛在夏季的活動(dòng)量總體上高于其他季節(jié)；除16:00—18:00 時(shí)段外，在白天時(shí)段（06:00—18:00），奶牛在夏、秋季的活動(dòng)量比較接近，且高于冬、春季節(jié)。

圖2 不同季節(jié)泌乳母牛原始活動(dòng)量在一日內(nèi)的變化規(guī)律

泌乳牛原始活動(dòng)量隨THI 的變化規(guī)律如圖3 所示，奶牛的原始活動(dòng)量隨THI 的升高呈逐漸升高的趨勢，THI＜25 時(shí)，原始活動(dòng)量最低，為36.41 au/2h；THI≥80 時(shí)，原始活動(dòng)量最高，為56.87 au/2h，二者相差20.46 au/2h。

圖3 北京地區(qū)泌乳母牛原始活動(dòng)量隨THI 的變化規(guī)律

2.3 各因素對(duì)日活動(dòng)量的影響 利用線性混合模型分析發(fā)現(xiàn)（表2），胎次、測定季節(jié)、泌乳階段、BCS、測定年份和項(xiàng)圈類型對(duì)日活動(dòng)量均有極顯著影響。

表2 各因素對(duì)泌乳母牛日活動(dòng)量的影響 au/d

由表2 可知，不同胎次的奶牛之間，1 胎奶牛的日活動(dòng)量最高，2 胎最低，二者相差22.16 au/d，不同胎次之間均存在極顯著差異。不同季節(jié)之間，奶牛在夏季的日活動(dòng)量最高，在冬季最低，二者相差111.17 au/d；除秋季和春季之間無顯著差異外，其他季節(jié)兩兩之間均存在極顯著差異。不同BCS 之間，除BCS≤2 分的奶牛之外，奶牛的日活動(dòng)量隨BCS 的增加而逐漸減小，BCS≥ 3.75 時(shí)最低，為517.58 au/d，BCS 為2.5 時(shí)最高，為561.26 au/d，二者相差43.68 au/d；此外，除BCS≤2 分的奶牛與3.25 分、3.5 分和3.75 分的奶牛之間無顯著差異外，其他各組兩兩之間均存在極顯著差異。各泌乳階段中，日活動(dòng)量隨泌乳天數(shù)的增加總體呈逐漸下降的趨勢，圍產(chǎn)后期最高，為571.17 au/d，泌乳后期最低，為497.19 au/d；干奶前期日活動(dòng)量較圍產(chǎn)期增加了63.01 au/d，增幅最大，為12.4%。不同項(xiàng)圈類型之間，HR-LD 項(xiàng)圈和HR-LDn 項(xiàng)圈所監(jiān)測的奶牛日活動(dòng)量相差51.49 au/d。

3 討 論

本研究中，北京地區(qū)泌乳母牛的原始活動(dòng)量為47.29 au/2h，日活動(dòng)量為573.35 au/d。Reith 等[18]在德國荷斯坦牛和西門塔爾牛中發(fā)現(xiàn)，奶牛的原始活動(dòng)量為31.4～35.2 au/2h，低于本研究的結(jié)果，這可能是不同研究中活動(dòng)量的測定階段和牛群飼養(yǎng)管理不同造成。例如，本研究監(jiān)測了奶牛在整個(gè)泌乳期的活動(dòng)量，實(shí)驗(yàn)牛群每天飼喂和擠奶3 次；而Reith 等[18]僅監(jiān)測了奶牛產(chǎn)犢至懷孕階段的活動(dòng)量，該實(shí)驗(yàn)牛群每天飼喂2 次并通過擠奶機(jī)器人進(jìn)行擠奶。鄢新義等[3]發(fā)現(xiàn)飼養(yǎng)于半開放式牛舍的北京荷斯坦泌乳母牛日活動(dòng)量均值為525.1 au/d，略低于本研究結(jié)果。

在一日內(nèi)的不同時(shí)段，奶牛的活動(dòng)量存在較大差異。研究表明，奶牛在日間的活動(dòng)量平均高出夜間20%以上[7,19]。本研究中，奶牛在日間活動(dòng)量較夜間活動(dòng)量高出22.9%，與上述研究基本一致。奶牛在夜間的活動(dòng)量相對(duì)較低，于04:00—06:00 間達(dá)到最低值[3]。本研究中，奶牛在02:00—04:00 活動(dòng)量達(dá)到最低，與上述研究結(jié)果相近。奶牛在一日內(nèi)的活動(dòng)量峰值與飼喂和擠奶發(fā)生的時(shí)間有關(guān)，飼喂后1 h 左右，奶牛的活動(dòng)量達(dá)到峰值[3]。如Heinicke 等[16]研究發(fā)現(xiàn)在每日擠奶2 次的牛群中，原始活動(dòng)量分別在08:00—10:00 和16:00—18:00 出現(xiàn)2 個(gè)峰值；L?vendahl 等[20]發(fā)現(xiàn)，在每日擠奶3 次的牛群中，原始活動(dòng)量會(huì)出現(xiàn)3 個(gè)峰值。本研究中，奶牛在06:00—08:00、12:00—14:00 和18:00—20:00時(shí)段的原始活動(dòng)量有明顯的升高趨勢，這些時(shí)段內(nèi)牧場進(jìn)行投料和擠奶等日常工作?？傮w上，受牧場生產(chǎn)管理活動(dòng)的影響，奶牛在白天的活動(dòng)量高于夜間，活動(dòng)量在白天的變異幅度也更大，在夜間的活動(dòng)量更能反映出奶牛自身差異造成的活動(dòng)量變異。

研究表明，奶牛的活動(dòng)量受季節(jié)因素影響較大[3]。當(dāng)環(huán)境溫度增加時(shí)，奶?；顒?dòng)更加頻繁[3]；本研究發(fā)現(xiàn)測定季節(jié)對(duì)日活動(dòng)量有極顯著影響，這與胡仁超[7]和鄢新義等[3]報(bào)道的結(jié)果相似。在夏季環(huán)境THI 大于68時(shí)，奶牛會(huì)遭受嚴(yán)重的熱應(yīng)激；此時(shí)，奶牛的站立和行走行為會(huì)明顯增多[20]，奶牛的活動(dòng)量增加[21]。奶牛的日活動(dòng)量隨THI 增加而增加，并且每日內(nèi)熱應(yīng)激的持續(xù)時(shí)間越長，這種相關(guān)關(guān)系就越強(qiáng)[17]。在寒冷天氣下，隨著溫度下降，奶牛的活動(dòng)量減少[7]。北京地區(qū)的冬季12 月、1 月和2 月，奶牛會(huì)出現(xiàn)冷應(yīng)激[22]，遭遇冷應(yīng)激時(shí)奶牛活動(dòng)量會(huì)減少，與上述研究的發(fā)現(xiàn)相同[7,22]。

本研究結(jié)果顯示，胎次對(duì)奶牛日活動(dòng)量有極顯著影響，這與胡仁超[7]、孫保貴[23]和鄢新義等[3]的研究結(jié)果相似。Reith 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在非發(fā)情期，奶牛的原始活動(dòng)量隨胎次的增加而減少，1 胎奶牛與4 胎及以上奶牛的原始活動(dòng)量相差6.1 au/2h。本研究中，1 胎奶牛原始活動(dòng)量為48.62 au/2h，3 胎及以上奶牛為42.72 au/2h，相差5.9 au/2h，與上述研究基本一致。研究表明，隨泌乳天數(shù)的增加，奶牛的日活動(dòng)量有減少趨勢，1 胎和2 胎奶牛在產(chǎn)后0～100 d 的活動(dòng)量最高[7]，這與本研究結(jié)果一致。本研究中，奶牛在圍產(chǎn)后期的日活動(dòng)量最高，在干奶前期的日活動(dòng)量較低，干奶牛無需擠奶，躺臥時(shí)間長，活動(dòng)量也相應(yīng)更低；隨著泌乳天數(shù)的延長，奶牛逐漸進(jìn)入妊娠后期，胎兒和子宮的體積快速增大，這也可能對(duì)母?；顒?dòng)造成一定影響[24]。本研究首次發(fā)現(xiàn)奶牛的BCS 對(duì)日活動(dòng)量有極顯著影響，除BCS 極低的奶牛之外，奶牛的日活動(dòng)量總體上隨BCS 的增加而逐漸降低。這可能是由于牛群中較瘦的牛比較胖的牛有更大的干物質(zhì)采食量，花在覓食等相關(guān)活動(dòng)上時(shí)間較多[25]。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，不同類型（版本）的項(xiàng)圈所監(jiān)測奶?；顒?dòng)量存在差異，為校正項(xiàng)圈類型的影響，本研究在分析模型中添加了項(xiàng)圈類型效應(yīng)。綜上，奶牛的活動(dòng)量對(duì)包括胎次、泌乳階段和BCS 等在內(nèi)的生理因素表現(xiàn)敏感。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果顯示，北京地區(qū)中國荷斯坦牛的原始活動(dòng)量為47.29 au/2h，日活動(dòng)量為573.35 au/d。在一日內(nèi)的不同時(shí)段，泌乳母牛的活動(dòng)量變化規(guī)律不同，活動(dòng)量的變化規(guī)律受牧場生產(chǎn)管理制度的影響較大，夜間時(shí)段的活動(dòng)量記錄更能反映出奶牛自身因素造成的活動(dòng)量變異。胎次、泌乳階段、體況評(píng)分、測定季節(jié)、測定年份和項(xiàng)圈類型等均對(duì)日活動(dòng)量有極顯著影響，活動(dòng)量對(duì)環(huán)境因素和奶牛生理因素的變化表現(xiàn)敏感。本研究結(jié)果為利用連續(xù)自動(dòng)化測定的活動(dòng)量記錄探究奶牛的行為規(guī)律及精細(xì)化管理牛群提供了理論基礎(chǔ)。