机器人挤奶对荷斯坦牛产奶量及乳成分的影响

刘辉，丛慧敏，乔绿，吕中旺，麻柱，沙里金

（1.北京奶牛中心，北京 100192；2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193）

机器人挤奶对荷斯坦牛产奶量及乳成分的影响

刘辉1,2，丛慧敏1，乔绿1，吕中旺2，麻柱1，沙里金1

（1.北京奶牛中心，北京 100192；2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193）

本试验旨在研究和传统奶厅挤奶相比，机器人挤奶系统对奶牛产奶量及乳成分的影响。选取64头体重相近、处于泌乳盛期、日均产奶量相近的健康荷斯坦牛分为2组，即传统奶厅挤奶组（CMS）和机器人挤奶组（AMS），每组32头（初产牛和经产牛各16头）。预试期10d，正试期60d。结果表明：机器人挤奶对奶牛的产奶量有显著的影响（P＜0．05），总体产奶量提高了2．08%；AMS组经产牛产奶量显著高于CMS组经产牛（37．4±8．3kg/d vs． 35．4±4．5 kg/d, P＜0．05），初产牛间差异不显著（P＞0．05）。机器人挤奶系统对乳脂率、乳蛋白率、非脂乳固形物和体细胞数均无显著影响（P＞0．05）；AMS组经产牛的乳脂率（4．54±0．64% vs． 4．05±0．71%）和乳蛋白率（3．42±0．19% vs． 3．21±0．23%）显著高于CMS组经产牛，初产牛间差异不显著（P＞0．05）。由此可见，本试验条件下，采用机器人挤奶可以提高经产牛日均产奶量、乳脂率和乳蛋白率，改善乳品质，但对初产牛无显著影响。

机器人挤奶系统；产奶量；乳成分；初产牛；经产牛

机器人挤奶系统，即全自动化挤奶系统（AMS）是一个使挤奶程序和奶牛管理实现自动化的系统。其设想最早始于20世纪70年代中期。1992年世界上第一台商业化的全自动挤奶系统在荷兰的一个奶牛场投入使用，到2011年，全球约有10 000多家牧场采用了该系统[1]。经过20多年的发展，现已有多个国家将AMS投入到奶牛生产中，尤其在欧洲，其所占份额可达16%左右[2]。和传统的通过手工操作和机器运转完成挤奶不同，AMS主要由挤奶台、乳头识别系统、自动套杯的机器手、乳头清洗系统、电子监控设备、记录系统以及挤奶设备几大部分组成。自动化挤奶倾向于奶牛通过自身的意愿主动进入挤奶台，并在没有人员协助的情况下通过机器人完成整个挤奶过程，因此AMS更加关注奶牛个体，避免了高应激的出现，为奶牛提供了一个良好、舒适和轻松的环境，有利于发挥奶牛的最大遗传潜力，生产出高质量的牛奶。

本试验通过研究机器人挤奶系统和传统奶厅挤奶对荷斯坦牛产奶性能的影响，旨在探讨这两种挤奶系统下，奶牛产奶量和乳成分的变化，为AMS在奶牛生产中的应用推广提供依据。

1 材料与方法

1．1 试验动物及试验设计

本试验在北京奶牛中心良种场进行。选取体重相近、处于泌乳盛期、日均产奶量相近的健康荷斯坦牛64头，按照挤奶系统的不同分为2组：传统奶厅挤奶组（CMS）和机器人挤奶组（AMS）；根据产犊胎次的不同划分为2个区组：初产牛（Primi）和经产牛（Multi），每组16头（表1）。CMS采用并列式挤奶机挤奶（阿菲金，MPC-2×16，以色列），AMS采用机器人挤奶设备挤奶（利拉伐，VMS2014，瑞典），挤奶设备技术参数如表2。本试验预试期10d，正试期60d。

表1 试验奶牛基本情况

表2 挤奶设备技术参数

1．2 日粮组成及饲养管理

表3 日粮的组成及营养水平（干物质基础） 单位：%

两组奶牛的日粮组成基本一致，饲喂全混合日粮（表3），日饲喂两次（09∶00和17∶00），剩料量保持在5%，自由饮水。VMS组日粮中部分精料以颗粒料的形式在奶牛挤奶过程中分配，给料量为5.0kg/d。VMS的参数设置一致，挤奶最小间隔为4h，开放时间为22.5h/d（1.5h作为系统维护和清洗时间）。奶牛卧床铺设海绵橡胶垫，垫料为稻壳粉，每3d更换一次；通道配备电动刮粪板和电动牛体刷等设施；牛舍白天自然光照明，夜间灯光照明。

1．3 测定指标及方法

通过阿菲牧管理系统软件（Afifarm v 5.1）自动记录CMS试验牛每天的产奶量；通过利拉伐管理系统软件（DelPro v 4.5）自动记录AMS试验牛每天的产奶量、挤奶频率及挤奶间隔时间。试验结束前3d连续采集乳样，每日两次，奶厅采样时间点为06∶30和19∶30，机器人组为奶牛连续两次进入挤奶台挤奶的乳样；每次50mL，按照4∶3的比例混合后放入4℃冰箱保存，送往奶牛生产性能测定中心（北京）测定乳成分和体细胞数。

1．4 数据处理和统计分析数据经Excel 2007基本处理后，用SAS 9.2统计软件作显著性检验和方差分析，以P＜0.05作为差异显著性判断标准，试验结果以“平均值±标准差”（Mean±SD）表示。

2 结果与分析

2．1 机器人挤奶对奶牛产奶量的影响

表4 机器人挤奶对奶牛产奶量的影响

机器人挤奶对奶牛产奶量的影响结果见表4。由表4可见，AMS组总体产奶量比CMS组多产奶0.72kg/（头·d），即产奶量提高了2.08%，两组间日均产奶量差异显著（P＜0.05）。胎次对产奶量有显著的影响，两组中经产牛的产奶量均显著高于初产牛（P＜0.05）。挤奶系统和胎次间有显著的交互作用（P＜0.05），AMS组初产牛产奶量和CMS组初产牛间差异不显著（P＞0.05），而经产牛比CMS组多产奶2.0kg/（头·d），差异显著（P＜0.05）。说明在本试验条件下，和传统奶厅挤奶相比，采用机器人挤奶能显著提高经产奶牛日均产奶量，但对初产奶牛无显著影响。

2．2 机器人挤奶对奶牛挤奶频率的影响

机器人挤奶对奶牛挤奶频率的影响结果见表5。由表5可见，AMS组总体挤奶频率略低于CMS组（2.95±0.92 vs. 3.00±0.0），差异达到了显著水平（P＜0.05）。胎次对挤奶频率有显著的影响，AMS组中初产牛挤奶频率显著高于经产牛（P＜0.05）。挤奶系统和胎次间有显著的交互作用（P＜0.05），AMS组初产牛的挤奶频率显著高于CMS组（3.36±1.11 vs. 3.00±0.0），而经产牛的挤奶频率显著低于CMS组（2.50±0.73 vs. 3.00±0.0）。说明在本试验条件下，与奶厅日挤奶3次相比，采用机器人挤奶显著降低了经产奶牛的挤奶频率，而初产奶牛的挤奶频率显著升高。

表5 机器人挤奶对奶牛挤奶频率的影响 单位：次/d

2．3 机器人挤奶对奶牛挤奶间隔的影响

机器人挤奶对奶牛挤奶间隔的影响结果见表6。由表6可见，AMS组总体挤奶间隔时间长于CMS组（8.78±2.87h vs. 8.00±0.0h），差异达到了显著水平（P＜0.05）。胎次对挤奶间隔有显著的影响，AMS组中初产牛挤奶间隔显著低于经产牛（P＜0.05）。挤奶系统和胎次间有显著的交互作用（P＜0.05），AMS组经产牛的挤奶间隔显著高于CMS组（9.82±2.76h vs. 8.00±0.0h），而初产牛的挤奶间隔显著低于CMS组（7.74±2.98h vs. 8.00±0.0h）。说明在本试验条件下，与奶厅固定8h挤奶间隔时间相比，采用机器人挤奶显著增加了经产牛的挤奶间隔时间，而初产牛的挤奶间隔时间显著缩短。

表6 机器人挤奶对奶牛挤奶间隔的影响 单位：h

2．4 机器人挤奶对奶牛乳成分的影响

机器人挤奶对奶牛乳成分的影响结果见表7。由表7可见，机器人挤奶的乳脂率和乳蛋白率高于传统奶厅挤奶（4.05±0.70% vs. 3.78±0.72%和3.31±0.22% vs.3.20±0.50%），但差异未达到显著水平（P＞0.05）；乳糖率略有下降（4.96±0.20% vs. 5.14±0.17%，P＜0.05），非脂乳固形物和体细胞数无显著变化（P＞0.05）。胎次对乳脂率、乳蛋白率和乳糖率有显著影响（P＜0.05），AMS组经产牛的乳脂率和乳蛋白率显著高于初产牛，乳糖率显著低于初产牛（P＜0.05）。说明在本试验条件下，采用机器人挤奶不影响初产牛乳脂、乳蛋白、非脂乳固形物和体细胞数的含量，但和传统奶厅挤奶相比，经产牛乳脂率和乳蛋白率显著升高，乳糖率显著降低。

表7 机器人挤奶对奶牛乳成分的影响

3 讨论

3．1 机器人挤奶对奶牛产奶量的影响

影响奶牛产奶量的因素有很多，研究发现，奶牛产奶量受季节、胎次、泌乳阶段、挤奶次数、饲料、日粮组成以及奶牛健康状况等多种因素的影响[3]。在正常饲养管理下，奶牛的产奶能力随胎次的增加呈规律性变化，初产牛的产奶量要显著低于经产牛，其机制可能是血液中激素含量的不同，引起机体新陈代谢和乳腺生理功能的变化[4]。本研究中采用机器人挤奶系统挤奶，胎次对产奶量亦有显著的影响，经产牛的产奶量显著高于初产牛，符合奶牛的这一生理特性。

在一定条件下，影响机器人挤奶系统运行效率的主要因素有两个：一个是牛群数量，另一个是挤奶频率（挤奶频率定义为24h内每头牛挤奶的次数）；在牛群数量一定的情况下，挤奶频率是衡量机器人挤奶系统运行效率的重要指标[5]。国外多项研究数据[6～8]表明，提高奶牛挤奶频率可增加奶牛产奶量和泌乳持久力，机器人挤奶系统倾向于通过提高奶牛挤奶频率而提高产奶量。本研究中两种挤奶系统的对比结果表明，采用机器人挤奶系统可以提高奶牛产奶量，但是胎次的不同会影响这一结果，初产牛挤奶频率为3.36次/d，大于常规3次挤奶，产奶量未显著提高，而经产牛挤奶频率为2.50次/d，低于常规3次挤奶，却多产奶2.0kg/（头·d），说明在本试验条件下，初产牛的挤奶意愿更加强烈，而高的挤奶频率并不是产奶量提高的必要条件，这和Spolders等[9]的研究结果一致。产生以上结果差异的原因可能有三个：一是国外的数据多基于和奶厅常规2次挤奶比较的结果，而国内常规挤奶一般为3.0次/d，试验基础不同；二是与经产牛相比，初产牛的学习能力较差[10]，对于机器人挤奶程序的适应性较差，在挤奶过程中容易出现应激反应，挤奶次数的增加并不能补偿单次挤奶量的降低；三是经产牛对于上一胎次挤奶的记忆特性也会产生这种差别。Takashi等[11]研究发现，机器人挤奶的初产牛虽然具有较高的挤奶频率，但每次挤奶的奶量以及日均产奶量均低于经产牛。Speroni等[8]报道，采用机器人挤奶系统能提高奶牛日均产奶量，但是胎次和环境条件会影响这一结果，初产牛产奶量差异不显著，而经产牛比奶厅传统挤奶多产奶4.8kg/（头·d）。国内也有相关报道，马慧等[12]的研究结果表明，机器人挤奶系统对初产荷斯坦牛产奶量无显著影响。以上研究结果均与本试验结果相似。

3．2 机器人挤奶对奶牛乳成分的影响

牛奶中乳脂率和乳蛋白率的高低是衡量牛奶品质的重要指标。本试验中，机器人挤奶系统对牛奶中乳脂率、乳蛋白率均无显著影响，这与马慧等[12]、Gellrich 和Küchenhoff等[13]的研究结果基本一致。有研究发现，牛奶中乳成分含量受挤奶频率的影响，增加挤奶频率会降低乳脂率和乳蛋白率[14]。也有学者认为乳成分含量不受挤奶频率的影响[15]，目前有关挤奶频率对乳成分的影响还存在争议。Innocente和Biasutti[16]对比分析了7个采用机器人挤奶系统的牧场（日挤奶3次）与7个采用传统挤奶方式的牧场（日挤奶2次）的乳成分指标，发现乳脂率、乳蛋白率和乳糖率均不受挤奶频率影响。上述结果的差异可能是由于泌乳阶段、日粮组成或外界环境等试验条件的不同造成的。实际上，与传统挤奶系统挤奶间隔均等分布不同，在机器人挤奶系统下，奶牛挤奶行为自由分配到整个白天和夜晚，奶牛根据意愿自由挤奶，奶牛个体间的泌乳特征、对挤奶间隔的敏感性以及饲料转化率等方面差异较大，会造成每次挤奶的乳成分有较大的变异[17]，因此当奶牛个体挤奶频率超过3次以上时，取样的结果是否能够代表该奶牛24h内产奶乳成分的结果还有待研究。

体细胞数（SCC）是衡量生鲜乳质量和奶牛健康状况的关键性指标，当SCC超过一定限度后增加，说明乳房出现不同程度的（隐性或临床型）感染，导致生鲜乳产量和质量下降[18]。荷兰的学者Klungel等[19]对比了采用机器人挤奶系统的牧场和常规日挤奶2次或3次牧场的SCC，发现机器人挤奶系统的SCC高于日挤奶3次的牧场。Keltend等[20]也报道，机器人挤奶系统的SCC高于传统奶厅挤奶。但也有研究[12, 21, 22]表明，SCC在两种挤奶系统中无显著差异，本试验也得出了同样的结果。Svennersten-Sjaunja和Pettersson[23]指出，SCC升高造成的牛奶品质的下降并不是机器人挤奶系统本身造成的，而是受其他管理因素的影响，奶牛健康状况和牛群管理良好的牧场在引入机器人挤奶系统后，不会引起SCC的明显升高。

4 结论

本试验条件下，采用机器人挤奶可以提高经产牛日均产奶量、乳脂率和乳蛋白率，改善乳品质，但对初产牛无显著影响。

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Robotic Milking and Its Effect on Milk Yield and Milk Composition of Holstein Dairy Cows

LIU Hui1,2, CONG Hui-min1, QIAO Lv1, LV Zhong-wang2, MA Zhu1, SHA Li-jin1
(1.Beijing Dairy Cattle Center , Beijing 100192; 2. Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193)

A comparative study was performed to evaluate differences in milk yield and milk composition between a robotic milking system and a conventional milking parlor system. Sixty-four healthy Holstein cows, with similar weight and mean milk production in peak lactation, were randomly allotted to two groups, which were conventional milking parlor group (CMS) and robotic milking group (AMS), and every group had 32 cows (16 primiparous and 16 multiparous). The pretest lasted for 10 days and the test lasted for 60 days. The results showed as follows: 1) robotic milking had significant effects on milk yield(P＜0.05) with an increase of milk yield up to 2.08%. Multiparous cows in the AMS group had a substantially higher milk yield than multiparous cows in the CMS group (37.4±8.3kg/d vs. 35.4±4.5kg/d). But there were no differences in the milk yield between first-lactating cows (P＞0.05). 2) Robotic milking had no significant effects on milk fat percentage, milk protein percentage, non-fat milk solids, as well as somatic cell count(P＞0.05). Multiparous cows in the AMS group had a substantially higher milk fat percentage (4.54±0.64% vs. 4.05±0.71%) and milk protein percentage (3.42±0.19% vs. 3.21±0.23%) than multiparous cows in the CMS group. But there were no differences in the milk fat percentage and milk protein percentage between firstlactating cows(P＞0.05). The results indicated that a positive AMS effect on milk yield, milk fat percentage and milk protein percentage of multiparous cows, but not of first-lactating cows, would be of possible.

Robotic milking system; Milk yield; Milking composition; Pimiparous cows; Multiparous cows

TS252.2+1

A

1004-4264（2017）05-0057-05

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.05.016

2017-02-11

国家863计划课题（奶牛重要经济性状的功能基因组学研究）（2013AA102504）；现代奶牛产业技术体系北京市创新团队岗位专家课题。

刘辉（1978-），女，湖北天门人，博士，研究方向为反刍动物营养。