奶牛性情评定方法及其影响因素分析

张　驰，罗宇茜，王嘉熠，常　瑶，李源韬，苏义童，黄铭逸，徐　伟，张海亮，董刚辉，李锡智，王雅春*

(1.中国农业大学动物科技学院，北京 100193； 2.北京首农畜牧发展有限公司，北京 100029)

奶牛性情是指奶牛对人为压力或环境因素改变时的反应程度[1]，这种反应程度可以从奶牛一系列行为和生理变化上体现[2]。目前动物福利问题备受关注，动物福利不仅影响动物的生产性能，还与人类的健康密不可分[3]，奶牛性情可在一定程度上反映牛场的管理状况和动物福利[4]。此外，有研究发现，奶牛性情与其代谢[5]、免疫[6]有密切关系。部分国家已将性情评分作为附加指标用于体型线性评定[7]，但我国尚无公认的奶牛性情评定方法，并缺少对大规模牛群进行性情评定的相关研究。现有的性情评定方法主要有心率测量法[8]、约束-逃逸测试[9]、踏步踢腿计数[10]、回避距离测试[11]等，这些评定方法大多需要特殊评定场地或额外的昂贵仪器，操作繁琐影响牛场正常生产，不适用于评定大规模群体。关于性情对生产性能的影响研究者各执一词[12-13]，但研究数据量均较小，不具有说服力。

本研究提出两种简便、快捷的方法，用于评定大规模牛群的性情，同时利用大规模牛群数据探索快速评定性情的可行性，剖析性情影响因素并探究奶牛性情对生产性能的影响，以期在一定程度上利用奶牛性情评分反映牛场的生产状况、经营管理和动物福利。

1　材料与方法

1.1　数据来源

本试验数据来自于北京地区7个饲养中国荷斯坦牛的规模化牛场，由中国农业大学牛百科团队于2016年7月1日-8月10日集中评测。同年7月和8月奶牛生产性能测定(Dairy Herd Improvement，DHI)数据由北京奶牛中心提供。

1.2　奶牛性情及体况评分方法

1.2.1性情评分方法一测定员第一次测定奶牛直肠温度(将电子体温计插入奶牛直肠深约10 cm，约10 s后取出读数)的同时观察并评价温度计从插入到拔出全过程中奶牛的反应程度，记为性情评分Ⅰ。评分原则为：1分——奶牛一直很安静，基本无反应；2分——奶牛后躯左右摆动，有轻微排斥反应；3分——奶牛有较大排斥反应，甚至有踢人动作。

1.2.2性情评分方法二测量员在测定颈部皮肤褶皱厚度(使用电子游标卡尺，在牛体右侧颈侧部测得)的同时观察并评价从接近奶牛到测定结束全过程中奶牛的反应程度，记为性情评分Ⅱ，评分原则同方法一。

1.2.3体况评分利用视觉评估和触觉判断相互结合，采用五部位综合评分法[14]，进行1～5分的BCS评定(Body condition score，BCS)。

1.3　数据处理

1.3.1数据转换将体细胞数(Somatic cell count，SCC)转换为体细胞评分(Somatic cell score，SCS)[15]，通过转换使体细胞数更接近正态分布。

校正奶量 (Herd test adjusted corrected milk，HTACM)是对抽样值奶量(Herd test milk，HTM)进行校正，将实际产量校正到产奶天数为150 d，乳脂率3.5%、乳蛋白3.2%、头胎牛占30%、二胎牛占20%、三胎及以上牛占50%进行校正，便于比较测定群之间的产量和水平[16]。

1.3.2胎次和泌乳阶段分组本研究将胎次分为一胎、二胎、三胎、四胎和五胎及以上。泌乳阶段的划分兼顾数据分布均衡性和不同阶段特性，分为6个阶段，阶段Ⅰ(1～44 d)、阶段Ⅱ(45～99 d)、阶段Ⅲ(100～199 d)、阶段Ⅳ(200～304 d)、阶段Ⅴ(305～330 d)和阶段Ⅵ(330 d以上)。

1.3.3数据匹配及筛选本试验共收集到3 988头奶牛的性情数据，用于不同场、胎次、泌乳阶段奶牛性情评分分布研究，在此基础上进行如下筛选并分为3个数据集：

数据集1：具有两种方法性情评分的个体共2 101头，用于分析比较性情评分Ⅰ和性情评分Ⅱ两种评定方法。

数据集2：具有两种性情评分且DHI数据完整个体2 036头，用于性情评分Ⅰ和性情评分Ⅱ对产奶性能影响的分析。

数据集3：具有两种性情评分且BCS和DHI数据完整个体1 768头，用于性情评分Ⅰ和性情评分Ⅱ对BCS影响的分析。

1.4　统计分析

采用SAS9.2软件，用Logistic回归模型分析奶牛性情评分的影响因素，用 GLM过程分析性情评分对日产奶量和BCS的影响，采用Duncan检验对均值进行多重比较。

奶牛性情评分的影响因素分析中，以分类变量，即胎次、泌乳阶段、场人效应(因为评分员与场效应不完全交叉，故将评分员和场效应合并)作为自变量建立 Logistic 回归模型。通过对依变量(即性情评分)进行逐步回归选择最优模型。对模型偏回归系数假设检验采用似然比、计分和Wald检验，P<0.05代表模型具有显著统计学意义。

对校正奶量的影响因素分析采用固定模型1：

Yijkl=μ+Farmi+TemperⅠj+
TemperⅡk+βX+eijkl

——模型1

式中，Yijkl为校正奶量，μ为总体平均数，Farmi为场效应，TemperⅠj为性情评分Ⅰ效应，TemperⅡk性情评分Ⅱ效应，X为体细胞评分，β为体细胞评

分的回归系数，eijkl为随机残差。

对BCS的影响因素分析采用固定模型2：

Yijklmn=μ+Farm-Humani+Stagej+Parityk+
TemperⅠl+TemperⅡm+eijklmn

——模型2

式中，Yijklmn为BCS，μ为总体平均数，Farm-Humani为场-人效应，Stagej为泌乳阶段效应，Parityk为胎次效应，其他简写代表含义与模型1相同。

2　结　果

2.1　奶牛性情评分的简单统计量

2.1.1不同评分方法得出的奶牛性情评分比较两种评分方法下，奶牛性情评分分布如图1所示。本研究中，方法一和方法二评定的1分牛占比分别为81.21%和85.24%，均超过80%，2分牛占比分别为15.17%和11.99%，而3分牛仅占3.62%和2.77%。方法一评得的1分牛占比小于方法二。性情评分Ⅰ的均值为1.21分，性情评分Ⅱ的均值为1.17分，均值差异小(仅为0.04分)。经秩相关检验，两种方法所得评分之间秩相关显著(P<0.05)，即两种评分方法所得结果之间无显著性差异。

图1　性情评分Ⅰ和性情评分Ⅱ的性情评分分布Fig.1　Distribution of temperament scores by temperament score Ⅰ and temperament score Ⅱ

2.1.2奶牛各胎次、泌乳阶段性情评分的分布不同胎次性情评分如图2所示。性情评分Ⅰ中，头胎牛中的1分个体占比(78.4%)小于经产牛(81.7%～86.6%)；性情评分Ⅱ中，头胎牛中的1分个体占比(84.9%)与二胎牛(84.3%)相近，均小于三胎、四胎、五胎及以上的1分牛占比(86.4%～86.6%)。不同泌乳阶段性情评分分布如图3所示，当奶牛处于泌乳阶段Ⅱ(即产奶高峰)时，性情评分Ⅰ和性情评分Ⅱ中的1分(即温顺)个体数降至最低。

2.2　奶牛性情评分影响因素分析

如图2和图3所示，头胎和处于泌乳阶段Ⅱ的群体中性情评分为1分的个体占比低于其他胎次或泌乳阶段，因此将一胎、泌乳阶段Ⅱ、场人效应-19或-7(性情评分Ⅰ为19，性情评分Ⅱ为7)设为基准，同时产生4个哑变量取代胎次效应、5个哑变量取代泌乳阶段效应、18个或6个哑变量取代场人效应，表1是基于以上参数的Logistic回归分析结果。

图2　各胎次中性情评分的分布Fig.2　Distribution of temperament scores in each parity

图3　各泌乳阶段的性情评分分布Fig.3　Distribution of temperament scores in each lactation stage

利用似然比检验、计分检验和Wald检验对模型偏回归系数假设进行检验，P值均小于0.001(截距)，表明建立的回归方程具有显著意义。当表1中OR值大于1时，则代表该水平与基准水平相比，性情评分为1的概率增大。表1中所有OR值均大于1，表明相比同组因子其他水平，基准水平1胎和泌乳阶段Ⅱ性情评分为1的概率最小，且性情评分Ⅰ和性情评分Ⅱ结果趋势一致。胎次、泌乳阶段、场人效应对性情评分Ⅰ有显著影响(P<0.05)，泌乳阶段、场人效应对性情评分Ⅱ有显著影响(P<0.05)，限于篇幅，场人效应不予列出分析。

表2是Logistic回归分析中，将不同胎次与泌乳阶段的性情评分进行多重比较的检验结果，限于篇幅，仅列出P<0.15的多重比较对子(即有显著差异或显著趋势的)。

当估计差值小于 0 时，则比较参数从前者变到后者时，性情评分为 1 的优势对数值减小。例如表2中性情评分Ⅰ一胎与二胎比较，优势对数为-0.28，代表一胎比二胎优势对数减少了0.28，且P<0.05，代表其有显著性差异。总而言之，头胎牛性情评分为1的概率低于其他胎次，处于泌乳阶段Ⅱ的奶牛性情评分为1的概率低于其他泌乳阶段，且胎次和泌乳阶段对性情评分Ⅰ与性情评分Ⅱ的影响趋势一致。

表1奶牛性情评分为1的Logistic回归分析结果

Table1ResultsofLogisticregressionanalysisontemperamentscoredas1indairy

参数Parameter水平Level自由度Df估计值Estimate标准误Standarderror卡方Chi-squareP值P-valueOR值Oddsratio95%CI95%confidenceinterval性情评分ⅠTemperamentscoreⅠ截距Intercept111.170.2916.07<0.0001---212.920.3092.69<0.0001---胎次Parity210.280.125.540.021.321.051.67310.200.151.760.191.230.911.66410.560.235.890.021.751.112.75510.450.243.550.061.580.982.53泌乳阶段LactationstageⅠ10.260.211.620.201.300.871.96Ⅲ10.260.162.650.101.300.951.77Ⅳ10.180.161.340.251.200.881.64Ⅴ10.250.231.240.271.290.832.00Ⅵ10.540.226.170.011.721.122.64性情评分ⅡTemperamentscoreⅡ截距Intercept111.500.3716.64<0.0001---213.280.3873.13<0.0001---胎次Parity210.150.151.060.301.170.871.57310.200.191.200.271.230.851.76410.360.271.780.181.430.852.41510.450.282.640.101.570.912.69泌乳阶段LactationstageⅠ10.340.251.850.171.410.862.30Ⅲ10.150.190.610.431.160.801.69Ⅳ10.300.202.420.121.360.921.99Ⅴ10.810.374.840.032.261.094.65Ⅵ10.310.251.520.221.360.832.22

表2胎次和泌乳阶段多重比较结果

Table2Multiplecomparisonsamongdifferentlevelsofparityandlactationstage

水平Level估计值Estimate标准误Standarderror置信区间Confidenceinterval卡方Chi-squareP值P-value性情评分ⅠTemperamentscoreⅠ一胎vs二胎FirstparityvsSecondparity-0.280.12-0.51-0.055.540.02一胎vs四胎FirstparityvsFourthparity-0.560.23-1.01-0.115.890.02一胎vs五胎及以上FirstparityvsMorethanfourthparity-0.450.24-0.930.023.550.06泌乳阶段Ⅱvs泌乳阶段ⅤLactationstageⅡvsLactationstageⅤ-0.260.16-0.570.052.650.10泌乳阶段Ⅱvs泌乳阶段ⅥLactationstageⅡvsLactationstageⅥ-0.540.22-0.97-0.116.170.01性情评分ⅡTemperamentscoreⅡ一胎vs五胎及以上FirstparityvsMorethanfourthparity-0.450.28-0.990.092.640.10泌乳阶段Ⅱvs泌乳阶段ⅣLactationstageⅡvsLactationstageⅣ-0.300.20-0.690.082.420.12泌乳阶段Ⅱvs泌乳阶段ⅤLactationstageⅡvsLactationstageⅤ-0.810.37-1.54-0.094.840.03

表3性情评分对校正奶量的影响

Table3Theeffectoftemperamentscoreoncorrectedmilkyield

性情评分Tempera-mentscore校正奶量/kgHTACM性情评分ⅠTemperamentscoreⅠ性情评分ⅡTemperamentscoreⅡLSMSELSMSE138.060.7738.820.66239.221.2639.191.36338.301.8737.561.83

LSM代表最小二乘均值，SE代表标准误

LSM represents the least square mean, and SE represents the standard error

2.3　奶牛性情评分对校正奶量的影响

采用模型1分析性情评分对校正奶量的影响，不同性情评分校正奶量的最小二乘均值如表3所示。性情评分Ⅰ和性情评分Ⅱ对校正奶量的影响均不显著(P>0.05)。在两种评分体系中，性情评分为2的个体均为校正奶量最高，比评分为1或3的个体高0.37～1.63 kg。本模型考虑的场效应和SCS均对校正奶量有显著影响(P<0.05)，因篇幅有限不予列出。

2.4　奶牛性情评分对BCS的影响

采用模型2分析性情评分对BCS的影响，结果表明，泌乳阶段对BCS有显著影响(P<0.05)，当泌乳阶段为Ⅴ时BCS最高，泌乳阶段为Ⅱ时BCS最低，胎次对BCS无显著影响(P>0.05)。性情评分Ⅰ和性情评分Ⅱ对BCS的影响均不显著(P>0.05)。

3　讨　论

奶牛性情是奶牛对外界环境变化和人为刺激产生应激的程度[17]。L.Kovács 等[8]提出了心率测量法，通过对奶牛心率及其变异的测量来量化奶牛的性情，但此方法器械昂贵、操作繁琐、需专业人士进行操作，不适合大规模测量。B.Forkman等[9]的约束-逃逸测试需要特殊装置约束奶牛，对场地要求较高。T.Rousing等[10]的踏步踢腿计数法需要在挤奶时进行操作，易影响牛场正常生产。M.S.Dodzi等[6]的回避距离测试是通过奶牛对逐渐逼近的陌生人产生回避行为时的距离来衡量性情，不适用于大规模测定。综上，目前尚无可用于大规模牛群简便、快速评定的性情评价方法，因此，本研究利用测量直肠温度和测量颈部皮肤褶皱厚度两种刺激对奶牛性情分别进行评判。

本研究中，两种评分方法皆是在相同环境下对奶牛进行人为刺激，方法Ⅰ是在测量直肠温度时评价奶牛性情，而方法Ⅱ是在测量颈部皮肤褶皱厚度时评价奶牛性情，两种方法评定结果间无显著差异(P>0.05)，方法Ⅰ评分均值(1.21)略高于方法Ⅱ(1.17)，原因可能与奶牛视野盲区和两种评分方法评定的先后顺序有关。奶牛能看到其身体周围300度范围内的物体[18]，方法Ⅰ评分时，操作员在奶牛的视野盲区，所以奶牛有更强烈的应激，而方法Ⅱ评分时，操作员在奶牛的视野内，奶牛产生更小的应激。本研究中，首先采用方法Ⅰ对每头奶牛进行性情评定，此时奶牛多是第一次接触陌生的测定员，而后采用方法Ⅱ进行评定时，奶牛已多次接触测定人员，应激紧张感减少，最终导致方法Ⅰ评分略高于方法Ⅱ。但两种方法皆可用于评价奶牛性情，且下述分析结果中两种评分方法趋势相同，不再分开阐述。

本研究发现，处于泌乳阶段Ⅱ(45～99天)的奶牛群体中，性情温顺的牛占比最小， Logistic分析显示，奶牛处于泌乳阶段Ⅱ时，性情温顺的比例显著低于泌乳阶段Ⅴ(P<0.05)，可能是因为泌乳阶段Ⅱ时奶牛产奶压力较大能量负平衡严重[19]，从而产生紧张感。

胎次对奶牛性情有显著影响(P<0.05)，头胎牛中1分个体占比小于经产牛，经产牛比头胎牛更加温顺，这与K.Uetake等[20-21]的研究结果一致，Logistic分析结果表明，头胎牛性情评分为1分的概率与5胎及以上性情评分为1分的概率有显著差异(P<0.05)，而其余胎次与5胎及以上则无显著差异(P>0.05)。L.Kovács等[22-24]对奶牛心率变异资料的研究也表明，经产牛比初产牛有着更低的紧张感，初产牛尚未适应每天的挤奶生活，但经产牛已经习惯了挤奶技术与流程，所以对周围熟悉的环境并不紧张。

有研究表明，性情对产奶量有显著影响(P<0.05)，产奶量对性情回归系数为-0.40[25]，本研究中两种方法评得的性情均对校正奶量无显著影响(P>0.05)，但性情平静(1分)和性情暴躁(3分)奶牛的校正奶量较性情中等(2分)稍低。不同研究中，奶牛群体遗传背景、牧场饲养管理以及性情评判方法的差异都可能导致结果的不同。本研究利用两种方法进行评分，与同类研究相比数据量更大，且本研究中两种方法所得结果趋势基本一致，因此本研究得到的分析结果具有较高的可信度。R.F.Cooke 等[26]的研究中性情对肉牛BCS没有显著影响(P>0.05)，这与本研究结果一致。

本研究只对影响性情的固定效应进行了初步分析，未考虑遗传因素，C.A.Morris等[27]估计得到肉牛性情遗传力为0.36，S.M.Schmutz等[28-29]也对影响性情的遗传因素做了研究。在今后的研究中，应结合固定效应和遗传因素，进行更深入的探究。

4　结　论

本研究提出的两种3分制性情评定方法均可用于大规模、快速评定奶牛性情，评分越低奶牛越温顺，牛群性情评分可显示牛场福利状况和管理水平。头胎牛和处于泌乳高峰时奶牛性情暴躁概率最大，符合当前奶牛管理中重视头胎牛、泌乳高峰期牛的理念。性情适中的奶牛校正奶量较高的结果有待进一步验证，但为在奶牛行为学与高效生产之间建立联系提供了有力证据。

致谢：感谢牛百科实践小组成员赵新钢、于亚冬、娄文琦、王俊健、杨光新、周结科、朱莹琳、赵艺竹、安涛、罗艺萌、任怀彦对本试验在数据采集、整理等方面提供的帮助。

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