奶牛舒适度评估研究进展

李 斌,韩印如,陈奕业,李耀坤,郭勇庆,刘德武

(华南农业大学 动物科学学院，广东 广州 510642)

近年来，中国奶产品的产量和消费量呈不断增长的趋势。据统计，1985-2013年中国的牛奶产量增长了1 313%，产量达到了3 531.4万t[1]；2015年人均牛奶消费量为28.88 kg，同比增长0.23 kg[2]。尽管中国奶业发展迅速，但在饲养管理和动物福利等方面与国外还存在较大差距。研究表明，奶牛舒适度较差会降低奶牛生产性能，发病率增加[3]，因此受到密切关注。

奶牛舒适度受牛舍内采食区、躺卧区和牛舍小气候等多个方面影响，且奶牛舒适度是一个抽象的概念，难以用肉眼进行科学评判，学者们在试验研究的基础上开发了一系列的评估指标和体系来对奶牛是否舒适做出科学的判断，并在评估的同时对条件较差的牛舍环境进行改善[4]。在中国南方地区，高温高湿的气候极大地降低了奶牛舒适度，因此，改善奶牛舒适度来提高奶牛生产性能成为生产管理中最为有效的措施[5]，但目前中国南方奶牛舒适度评估体系的研究、推广及应用仍较少。

本文对奶牛舒适度与生产性能的关系以及国内外舒适度评估指标和体系的研究进展进行综述，同时，结合中国南方奶牛养殖场的实际，提出了建立南方地区奶牛舒适度评估技术体系的建议，为奶牛养殖场的日常管理提供参考。

1 奶牛舒适度的影响因素

舒适度是动物福利概念的一个分支，指的是牧场通过提高管理水平和改善硬件设施来使奶牛生活得更加舒适，生产性能得到最大限度的发挥，符合动物福利的基本原则。奶牛舒适度主要受环境、管理和营养等多因素影响。由于牛舍是奶牛长期活动的场所，所以牛舍的环境条件和硬件设施水平是舒适度的重要影响因素，其中包括温湿度控制、卧床及垫料、采食与饮水、牛舍地面及饲养密度等方面。

1.1 牛舍温湿度

夏季高温高湿引起的奶牛热应激成为制约中国南方奶业发展的瓶颈。研究表明，奶牛最舒适的温度范围是10～15 ℃，而中国南方夏季气温通常可达30 ℃以上；当舍内环境温度高于25 ℃、相对湿度高于50%时，奶牛开始出现热应激，奶牛产奶量至少下降20%[6]，其行为、激素及代谢均发生变化[7-9]。生产中，通常采用一些物理降温措施来缓解热应激，其中遮阳是夏季防暑的有效措施，遮荫处能够在一定程度上缓解热负荷带来的负面影响。另外，在热应激环境下，风机通风结合喷淋可显著降低舍内温湿度指数(Temperature humidity index,THI)(75.5 vs. 79.6)[10]，奶牛日产奶量可提高2.66 kg/d，直肠温度、呼吸频率以及心率均极显著降低[11]。

1.2 卧床及垫料

奶牛每天需要12～14 h的躺卧时间，躺卧期间乳腺的血液流通加速、肢蹄负担减少，且产奶量增加。但是，不合理的卧床设计会使奶牛出现异常躺卧行为或者减少躺卧时间。研究表明，与106 cm宽的卧床相比，奶牛在宽为116 cm的卧床上躺卧时间显著增加(10.8 vs. 9.6 h/24 h，表明宽卧床是保证奶牛舒适躺卧的第一步[12]。除卧床尺寸外，卧床垫料也是影响奶牛舒适躺卧的重要因素。研究表明，奶牛在铺垫固体牛粪或者沙子的柔软卧床上躺卧时可提高日产奶量，降低肢蹄病发生的风险[3,13]，不同种类卧床垫料舒适度比较见表1[14]。但卧床垫料厚度每降低1 cm，奶牛的躺卧时间将减少10 min[15]，所以卧床必须进行合理维护，否则垫料会逐渐减少，同时水分含量不断增加，加速细菌滋生及提高了乳房炎发病风险。奶牛喜欢躺卧在干燥的卧床上，在中国南方地区，气候湿润，垫料易潮湿，管理者应当时刻保持警惕，定时对卧床垫料进行妥善的维护，以确保奶牛有干净、干燥和舒适的躺卧环境。

表1 不同种类卧床垫料舒适度比较Table 1 Comparison of comfortability for different kinds of mattress materials

1.3 采食及饮水

奶牛的高泌乳性能使得其对养分的摄入需求很高，每天要采食5 h左右。采食区的设计直接影响奶牛的采食量，主要包括食槽和颈夹的设计。研究表明，将散栏牛舍和拴系牛舍的食槽底部高度分别提升15～20 cm和12～15 cm[16]，奶牛可以更容易进食，同时可以避免由于地面潮湿引起的滑倒。而颈夹可以有效保护从属地位奶牛的采食，提高牛群采食的同步性，Endres等[17]研究表明颈夹可使牛群采食时间减少4 min(48 vs. 52 min)。另外，颈夹显著降低奶牛在采食期间互相驱赶次数，平均比颈部横梁式少1.4次[18]，表明颈夹是牛群舒适采食的前提条件。

除采食以外，洁净、充足的饮水是奶牛维持高泌乳性能的保证，一头高产奶牛每天至少摄入100 L以上洁净的清水。水源的洁净度可极大影响奶牛的饮水量，当水源不洁净且散发臭味时，奶牛饮水量大大降低，严重时极大影响奶牛产奶性能[16]。另外，当环境温度较高时，奶牛可通过大量饮水来降低体温从而缓解热应激，所以水槽内保证足够的清水也是缓解奶牛热应激的一项重要管理措施。

1.4 牛舍地面

牛舍采食通道、行走地面和运动场的地面是影响奶牛肢蹄健康的重要因素。由于成本低、耐用性和易清洁性等优点，混凝土地面是目前使用最广泛的地面类型，但由于混凝土地面过于坚硬和光滑导致奶牛蹄部负担过大，诱发蹄部损伤和病变，所以成为引起奶牛跛行和肢蹄损伤的主要风险因素，进而降低其产奶量[19]。与混凝土地面相比，松软及高摩擦力的地面有利于奶牛行走，提高步速及步长，例如复合橡胶垫及沙土地面[20-21]。另外，地面需要定时维护才能保证奶牛舒适的行走，丛慧敏等[22]使用牛粪作为奶牛运动场的垫料，在保证每天维护和清洁的条件下，步态评分为1分及2分的比例比立砖地面高12%，牛奶体细胞数降幅可达50%，改善了奶牛肢蹄乳房的健康，提高舒适度。

1.5 饲养密度

饲养密度是指牛舍内单位面积所饲养的动物数量，对于散栏牛舍而言，饲养密度也可以指所饲养的奶牛数量与舍内硬件设施数量的比值，如颈夹数、卧床数等。饲养密度是影响奶牛行为的重要因素，研究表明饲养密度过大可加剧牛群对采食资源的竞争[18]。另外，当奶牛数量与卧床比值不断增大时(100%，109%，120%，133%，150%)，奶牛的日平均躺卧时间也不断下降(12.9 h，12.1 h，12.0 h，11.5 h，11.2 h)，表明饲养密度过大可使奶牛休息减少，增加了肢蹄负担[23]。然而，考虑到生产成本与效益，并不是饲养密度越低越好，研究表明当饲养密度为100%时，卧床的平均使用率仅为74%[14]；且在休息高峰期，饲养密度为113%并没有对奶牛躺卧产生不利影响[24]，说明饲养密度可以适当增加，提高资源的利用率。但是过度饲养必然引起奶牛群体对于资源的争夺，导致牛群生存条件不一致，限制了奶牛的生产潜力，进而损害生产效益，所以如何平衡生产效益以及奶牛福利之间的比重成为奶牛福利养殖下一个研究的热点。

2 奶牛舒适度的评估方法

奶牛舒适度是一个抽象的范畴，且受多方面因素影响，所以评估舒适度也需要多种方法结合在一起。管理人员可通过感官观察以及借助测量工具来对奶牛舒适度进行评估。

2.1 感官及测量评估

舒适度评估的首要方法是观察，观察牛群可直观感受其舒适程度。评估的第一步为站在制高点鸟瞰牛群分布情况，先观察牛群整体，再观察小群体，最后是个体。通过观察牛群在牛舍内的分布、躺卧、采食以及运动等牛群运动状况以及牛体损伤、牛体洁净度、体况、步态、瘤胃充盈度等个体状况来评估奶牛的舒适度。

想要全面评估奶牛舒适度仅靠肉眼观察是不够的，还需要亲身测试以及借助工具收集数据来进行分析诊断，管理人员可通过膝盖测试以及躺卧测试来评估卧床的柔软程度和舒适度[4]。另外，可利用相关仪器测量环境中的温湿度、风速、氨气浓度和照度等环境参数，通过分析及采取有针对性的改进措施，为奶牛营造舒适的生活环境。

2.2 机械辅助评估

随着计算机硬件、机械和电子设备技术的快速发展，牧场生产数据收集可由自动化智能化计算机系统来完成。Cook等[25]利用摄像机记录牛群的躺卧行为用于评估卧床的舒适度，摄像机可弥补人力记录不全面的缺点，能够更加准确地对牧场进行评估，提高可信度。Ceballos等[26]利用三维动态影像记录奶牛躺卧动作，分析奶牛躺卧时所需的卧床空间，以保证奶牛舒适躺卧的空间需要。Ghotoorlar等[27]对已有的奶牛跛行评分系统进行优化，通过应力板测的地面的反作用力来反映奶牛行走时四肢对地面压力的变化，进而对奶牛步态进行评分。另外，牧场可运用射频识别(Radio frequency identification, RFID)技术对奶牛个体进行识别与跟踪[28]，结合牛群改良(Dairy herd improvement, DHI)测定的数据可反映奶牛的生产状况，进而有针对性地改善管理水平以及改良牛群。综上所述，不断将新兴技术运用到牧场管理和牛群诊断的各个环节当中，可提高生产管理的效率，提高奶牛舒适度及生产效益。

3 奶牛舒适度评估指标及体系

根据前人对奶牛的行为学以及生理学深入研究，科研人员开发了许多用来评估奶牛舒适度的指标及体系，通过记录奶牛行为或者生理状态的变化数据，综合判断奶牛是否舒适。

3.1 奶牛舒适度指数

奶牛舒适度指数(Cow comfort index, CCI)是指躺卧牛的数量与牛舍内接触卧床牛的数量的比值[4](牛舍内接触卧床牛是指站立、躺卧和跨卧床站立的牛)。通常情况下，在早晨挤奶回来过后1 h时CCI至少要达到85%以上，这样牛舍内卧床才算满足奶牛的需求。

另外，卧床使用指数(Stall use index，SUI)、奶牛站立指数(Stall standing index，SSI)以及奶牛跨卧床站立指数(Stall perching index，SPI)等也可用于评估奶牛舒适度。SUI是指除了采食以外的奶牛，躺卧牛的数量与牛舍内接触卧床牛的数量的比值[29]。SUI的测量时间与CCI相同，其优势在于排除了正在采食的牛只，比CCI更好地反映卧床的舒适程度，推荐值为85%。而SSI则是指站立牛的数量与牛舍内接触卧床牛的数量，挤奶前2 h。SPI则是表示跨卧床站立的奶牛数量与牛舍内接触卧床牛的数量的比值，这个指标是为了更好地区分站立牛不同的站立姿势，更好地反应其舒适度。

3.2 躺卧时间

躺卧时间是衡量奶牛是否舒适的重要指标。加拿大数十个牧场的研究数据表明奶牛的平均躺卧时间为11.0±2.1 h/d[30]，而美国加州39个奶牛场的平均躺卧时间为10.4±2.1 h/d[31]，躺卧时间均不足以满足奶牛的生理需要。躺卧时间过短主要是由于奶牛的饲养密度大、栏舍面积过小和卧床垫料过薄等牛舍环境因素造成。但是，躺卧时间过长可能与奶牛跛行或者肢蹄损伤有关，Westin等[32]研究得出患肢蹄病奶牛每次躺卧时间和总躺卧时间比健康奶牛长，表明患病奶牛由于疼痛而不愿站立；另外，随着胎次、泌乳日龄以及体况评分分值的增加，躺卧时间也随之延长，说明当奶牛躺卧时间高于或者低于正常值都应该提高警惕，应对奶牛的健康状况及时进行检查。

3.3 步态评分

步态评分是通过评价奶牛站立以及行走时的姿势是否出现弓背或者步态不正常的姿势来评判肢蹄的健康程度，是诊断奶牛跛行有效且实用的技术手段，被进一步用来评估牛舍地面、卧床以及行走通道的舒适程度。Flower和Weary[33]总结提出了详细可靠的步态评分系统(表2)，主要从后肢外展程度、背部是否平直、行走时头的稳定程度以及后蹄、关节弯曲、步态对称等方面进行描述和评价，研究表明该评分体系能准确识别奶牛的跛行情况，具有较高的准确性[20,34]。Chapinal等[35]将250头奶牛的步态评分、行走速度以及躺卧时间等数据与奶牛跛行患病情况进行关联分析，结果表明该评分体系能够较好地识别出奶牛蹄底溃烂，但对于早期的轻微蹄炎和出血的识别准确率较低。另外，Bicalho等[36]表明当步态评分达3分以上时，奶牛跛行诊断的特异性和灵敏度可达85%和67%。

表2 奶牛步态评分系统Table 2 Numerical rating system for walking dairy cows

3.4 牛体洁净度

对于现代集约化生产而言，为了便于管理，奶牛通常圈养在一个大的栏舍内，这就导致所产生的粪尿会积聚在奶牛休息的区域，粪尿也会随着牛群的活动而污染卧床等栏舍内各个区域，进而污染奶牛体表。当牛体被粪尿污染时，奶牛会增加由于蚊蝇干扰所产生的护体行为，降低了奶牛舒适度。另外，研究表明乳房及下腿的洁净度评分对奶中体细胞数有显著影响，会增加乳房炎的发病风险[37]，所以保持牛体洁净是改善奶牛舒适度的关键管理措施。

牛体洁净度可以通过奶牛体侧、尾部、四肢和腹部4个部位综合对奶牛体表清洁状况进行量化评分，奶牛体表清洁度评分依次为1、2、3、4、5分，分别表示全部清洁、仅有少数干粪点、沾有少数粪便、大部分沾有粪便和全部沾满牛粪5种情况。将4个部位分别评分，然后计算平均数即为最后评分。1分代表最洁净，5分代表最脏，牛体洁净度，特别是乳房和下肢的洁净度对奶牛乳房健康有显著影响[38]。该评分方法可快速的判断牛体清洁度，通过评分填补管理漏洞，全面提高奶牛的健康状况，降低乳房炎的发病率，可作为预防乳房炎发生的重要工具。

3.5 奶牛舒适度评估体系

英国农场动物福利委员会(FAWC)表明保证动物舒适应满足动物的5个“自由”[39]，即免于饥渴、免于不舒适、免于痛苦和疾病、免于恐惧、正常表达天性之自由，所以奶牛舒适度的评估也需要从多个方面共同考虑。目前，国内外有许多研究关注于改善奶牛舒适度的养殖技术，而根据牧场的实际情况建立综合舒适度综合评估体系的研究相对较少。

研究显示，1985年，动物需求指数(Animal needs index, ANI)被用于评估牧场条件对于奶牛舒适度的影响[40]；1994年，其他学者也提出了相似的动物需求指数(Tiergerechtheitsindex, TGI)[41]。这两个评估体系主要在环境条件的基础上，结合饲养密度、卧床尺寸等指标来对奶牛的舒适程度进行评价(见表3)[42]。评估人员只需在牧场走访观察时使用评估体系对所有参数进行评分，将评分综合分析得出动物需求指数，根据指数的高低即可清楚该牧场的饲养管理水平以及硬件设施水平的高低。

ANI(TGI)评估体系应用广泛，且许多研究将ANI运用到了牧场的舒适度评估当中。Ofner等[43]对其精确性和可重复性做了研究调查，结果发现不同评估人员之间使用ANI评估时重复率在56%～96%，相同评估人员使用ANI的重复率可达82%～96%，每个评估环节都可能存在误差，所以ANI评估体系的评分项目需要阐述得更加清楚明了，评估人员也需要经常参加培训和交流经验心得。

虽然ANI(TGI)的评分可快速简洁地对牧场舒适度进行评估，但ANI的评分体系仍有许多不足之处。ANI评分体系只是对环境方面进行评分，并不能反映奶牛生理和心理的舒适程度。Capdeville和Veissier[41]在ANI基础上对其进行完善，他将5个“自由”作为评判基础，根据前人研究将生理指标、行为学指标、健康指标、人与动物关系以及环境指标综合起来列出49个评分项，每个评分项内包含2～5个评分等级，比ANI的24个评分项较详细和准确。另外，该学者还为读者提供了该评估体系的使用指南：(1)在进行评估的前一天对牧场主人进行采访，收集牧场内动物的发病情况；(2)在清晨挤奶前1 h进行观察，记录奶牛的躺卧姿势和起身动作，然后在奶牛被赶往挤奶厅期间观察奶牛的是否存在跛行等疾病；(3)在挤奶期间，与农场主交流奶牛发病状况并在奶牛返程时再次观察；(4)奶牛返回牛舍后，记录下奶牛的采食、饮水、行走、社交行为以及当评估人员靠近时的反应；(5)最后是对奶牛的损伤、清洁度和体况进行记录评估。在评估过程中的每一步都需要记录各状况奶牛的数量以计算比例，而且多次评估可提高牧场舒适度评估的精确度。

表3 ANI 评估体系Table 3 Assessment sections and criteria of the ANI for cattle

4 建立南方奶牛舒适度评估体系

中国南方由于气候环境原因导致乳品生产水平较低，但消费市场缺口较大，拥有巨大的发展潜力。要提高南方奶牛生产水平，应当大力推行奶牛的健康养殖，提高奶牛的舒适度，这既符合欧美国家以及香港对出口牛奶质量的要求，同时又能提高牛群生产水平，为南方奶业快速发展奠定坚实的基础。鉴于国内对奶牛舒适度的研究较少，我们可以借鉴国外奶牛舒适度评估的相关要求，建立符合南方奶牛舒适养殖的新体系。针对中国南方奶牛养殖舒适度方面存在的主要问题，建议如下：

首先，中国南方气候炎热，高温高湿是最为明显的气候特点，奶牛易出现热应激，导致产奶性能降低，造成极大的经济损失[44]。据上文综述，国内外奶牛舒适度评估体系对舍内温热环境的评估指标较粗略，所以首要目标是建立适用于南方奶牛热应激评估体系。热应激评估体系应将牛舍内温湿度、风速等环境指标、奶牛体温、呼吸频率等生理指标以及奶牛采食饮水、躺卧站立等行为学指标列入评估参数，进行量化评分；牛舍内降温设施的设计以及降温效果也需要进行实用性评估。

其次，中国南方奶牛跛行、乳房炎等疾病频发，多由管理不当、饲养环境较差和疾病导致[45]，是低舒适度的一种表现。牛舍地面是导致奶牛跛行的关键因素，其柔软程度、防滑性能以及清洁程度是奶牛舒适度评估体系的重要组成部分。

最后，由于卧床的舒适性以及不当的挤奶程序可能提高奶牛乳房炎发病风险[46]，将卧床质量如垫料厚度、湿度、粪尿污染程度等列入评分项目，可以保证奶牛舒适躺卧以及牛体洁净。

5 小 结

奶牛舒适度是动物福利养殖中重要的一环，目前备受学者和畜牧工作者关注，特别是南方的气候以及饲养模式有其特殊性，建立适合南方奶牛舒适度评估体系是必然趋势。通过关注每一个影响奶牛舒适度的关键因素，充分考虑各因素的合理性，借鉴运用国内外奶牛舒适度评估体系的相关经验，建立适合华南地区白牛舒适度评估体系，为奶牛创造舒适的躺卧环境、采食环境以及活动环境，才能更好地发挥奶牛的生产潜力，提高综合生产效益。