中国南方荷斯坦奶牛不同生理状态下热应激对维持行为的影响

储双凤，朱浩，王坤，朱方超，陈志，杨章平

(1.扬州大学动物科学与技术学院，江苏 扬州 225009；2.泰州寺巷兽医站，江苏 泰州 225300)

奶牛行为学是指研究奶牛对周围环境变化产生的外在反应以及群体之间相互作用的一门科学[1].饲养管理、饲料、环境和生长发育阶段等诸多因素都可以影响奶牛的行为[2]，了解奶牛主要行为特征的变化是科学饲养的根本，因此生产者应该实时关注自然或人工环境中奶牛的正常或异常行为的变化情况,利用和顺应其行为特点,从而改善奶牛的饲养管理获得最佳的生产效益[3].目前，牛群健康管理的一个重要理念就是随时观察、定时检测牛群的健康，发现牛的健康状态不佳或处于应激状态时，应及时采取措施提高奶牛的健康水平，做到“未病先防”，不但可以及时发现亚健康牛，避免疾病带来的严重后果，还能保证生产出质量可靠的生乳.

应激，也称紧张、压力，指机体受到外界刺激时所表现出的一种紧张状态；加拿大生理学家Selye1974年的研究表明，应激状态的持续能击溃机体的生物化学保护机制，降低抵抗力且容易患身心疾病，他把应激反应称为全身适应综合症(general adaptation syndrome，GAS).热应激是指机体遭受高于自身调节能力的温度刺激时所表现出的异常反应[4]；关于热应激对奶牛的影响，国内外学者做了大量的研究,结果表明热应激会影响奶牛的维持行为[5]和产奶性能[6]、增加奶牛的呼吸频率和直肠温度[7]、降低牛奶中脂肪和蛋白质的含量[8]，从而导致疾病的发生率增加[9].荷斯坦奶牛具有耐寒怕热的特点,而气候炎热是影响南方地区奶牛泌乳性能的主要因素，如何通过预防奶牛热应激来提高产奶量，是南方奶牛业主最为关心和急待解决的问题.因此，本研究以中国南方荷斯坦奶牛为研究对象，对奶牛主要行为特征进行观察记录，从多个角度剖析热应激条件下的南方荷斯坦奶牛的行为变化情况，旨在对热应激期间奶牛的行为作出正确的判断，为采取合理有效的预防措施提供最可靠的理论依据.

1 材料与方法

1.1 饲养动物及其饲养管理

泌乳奶牛因品种、胎次和产奶量不同，而表现出不同的耐热性，故本试验从江苏某中型奶牛场五号牛舍中随机选取40头处于不同泌乳阶段且不同胎次的中国荷斯坦奶牛，于2018年5月至10月逐头进行24 h观察奶牛的行为.奶牛采用全封闭舍饲的饲养方式，舍外设有运动场；试验牛采用风机通风和喷淋系统降温，每天从上午10∶00开始至晚上8∶00每隔30 min淋水5 min，舍内安装风机12 台，直径1 100 mm，皮带传动，转速1 400 r/min，风流量38 000 m3/h，纵向通风.喷淋系统在每头牛背上方斜45°方位约1 m处安装1个双向喷头，喷水量为2.5 L/min；风机安装在走道中间2.8 m高处，与地面垂直，电机功率为250 W.人工清扫粪便，上午、下午、晚上定时挤奶和饲喂，自由饮水，试验组牛只饲料组成如表1所示：

表1 泌乳奶牛饲料配方

1.2 观察测定指标与方法

1.2.1 观察测定指标 包括温湿指数、呼吸频率、直肠温度和反刍、采食、饮水、排便、排尿、站立等行为；利用记数器和秒表等对奶牛的行为进行观察记录，试验周期6个月；观察者禁止频繁走动,坐于牛舍内靠墙一侧，以能看到牛的周身为宜，夜晚开15 W灯八盏.

1.2.2 测定方法 温湿指数(THI)测定：在牛舍内部距地面1.5 m处的墙上悬置干湿球温度计2只，于每日整点测定干湿球温度，计算THI：

THI=0.72(Td+Tw)+ 40.6[10]

式中，Td和Tw分别指干、湿球温度读数(℃).

直肠温度测定：将兽用电子软头体温计，用消毒棉球擦拭并涂以润滑剂(水即可)，感应部分插入直肠5～8 cm，按下开关键，3～5 s后取出读数，记录；用完之后，关掉开关，消毒以备下次用.

呼吸频率测定：用计数器和秒表分别测定每分钟实验牛腹部和胸廓的起伏次数.

采食：用秒表记录奶牛开始采食第一口饲料到停止采食的时间.

躺卧：记录奶牛每次从躯体触地到四肢完全站直的时间.

排尿、排便：用秒表记录奶牛从排泄开始到结束的时间，人工计数.

饮水：用秒表记录奶牛从饮水开始到结束的时间，人工计数.

反刍：用秒表记录奶牛采食一段时间以后将半消化的食物从胃里返回嘴里再次咀嚼的时间，人工计数.

2 结果与分析

2.1 奶牛的直肠温度和呼吸频率与牛舍内THI的关联分析

在风扇和喷淋存在的情况下，对牧场5～10月份牛舍内温湿指数(图1)以及中国南方荷斯坦奶牛的直肠温度和呼吸频率变化情况(图2)进行统计分析，结果显示，从5月第2周开始牛舍内的THI达到73，而荷斯坦奶牛的呼吸频率达到40次/min以上，直肠温度达到38.8 ℃，说明奶牛进入轻度热应激状态，6月份的第3周和9月份第1周时奶牛处于中度热应激状态，7月和8月奶牛处于重度热应激水平，而10月份的第2周开始牛舍的THI降到了70以下，且10月份时奶牛的直肠温度也降到了39 ℃以下，说明奶牛已逐渐出热应激状态.

图1 5～10月份每周温湿指数变化情况

2.2 奶牛主要行为随THI提高的变化情况

对不同月份奶牛的行为变化(表2)与每个月牛舍内THI的变化(图1)进行关联分析，结果显示，在非应激期(5月和10月)和轻度热应激时(6月和9月)奶牛的饮水时间、反刍食团数、反刍时间、采食时间均极显著低于中重度热应激时(7月～8月)的奶牛(P<0.01)；同时奶牛的饮水时间、排尿时间均在重度热应激时(8月)达到极大值，极显著高于非应激和轻度热应激时(P<0.01).热应激对奶牛的躺卧和站立时间的影响均差异极显著(P<0.01)，但无明显变化趋势.综上所述，当奶牛受到热应激时，奶牛的反刍、采食和排便时间均随着舍内温湿指数(THI)的升高而降低；而奶牛的饮水时间和排尿时间均随着舍内温湿指数(THI)的升高而增加；而躺卧和站立等行为随着舍内THI的变化没有出现明显的变化规律.

2.3 胎次、泌乳阶段和产奶水平对主要行为特征的影响

2.3.1 胎次对荷斯坦奶牛主要行为的影响 将中国南方荷斯坦奶牛的行为变化与奶牛的胎次进行关联分析(表3),结果显示，奶牛的排便时间、反刍时间以及躺卧时间与奶牛的胎次极显著相关(P<0.01).2胎奶牛的排便时间显著高于1胎的奶牛极显著高于3胎奶牛的排便时间(P<0.01);初产奶牛的反刍时间低于经产奶牛的反刍时间，且1胎和2胎奶牛极显著低于3胎的奶牛；初产奶牛的躺卧时间低于经产奶牛躺卧时间，且1胎的奶牛显著低于2胎的奶牛极显著低于3胎的奶牛(P<0.05)；其他各个行为特征的变化与奶牛胎次无显著相关(P>0.05).

图2 5～10月份荷斯坦奶牛直肠温度和呼吸频率变化情况

表2 随着THI的升高荷斯坦奶牛行为的变化情况

大写字母表明差异极显著(P<0.01)；小写字母表明差异显著(P<0.05).

Capital letters indicate extremely significant difference(P<0.01)；lower case letters indicate significant difference(P<0.05).

2.3.2 泌乳阶段对荷斯坦奶牛主要行为的影响 将中国南方荷斯坦奶牛的行为变化与奶牛的泌乳阶段进行关联分析(表4).结果显示，不同泌乳阶段的奶牛饮水、排便以及采食时间均差异极显著(P<0.01)，不同泌乳阶段的奶牛反刍时间和反刍食团数有显著差异(P<0.05).泌乳盛期和泌乳中期的奶牛饮水时间均极显著低于泌乳末期的奶牛(P<0.01)，泌乳盛期的奶牛排便时间极显著高于泌乳中期和泌乳末期的奶牛(P<0.01)，泌乳中期的奶牛采食时间极显著低于泌乳盛期和泌乳末期的奶牛(P<0.01)；泌乳盛期奶牛的反刍时间和反刍食团数显著高于泌乳中期和泌乳末期的奶牛(P<0.05)；奶牛其他各个行为变化与奶牛泌乳阶段无显著相关(P>0.05).

表3 不同胎次的南方荷斯坦奶牛的行为变化情况

大写字母表明差异极显著(P<0.01)；小写字母表明差异显著(P<0.05).

Capital letters indicate extremely significant difference(P<0.01)；lower case letters indicate significant difference(P<0.05).

表4 不同泌乳阶段的南方荷斯坦奶牛行为变化情况

大写字母表明差异极显著(P<0.01)；小写字母表明差异显著(P<0.05).

Capital letters indicate extremely significant difference(P<0.01)；lower case letters indicate significant difference(P<0.05).

2.3.3 日产奶量水平对荷斯坦奶牛的主要行为的影响 将中国南方荷斯坦奶牛行为变化与奶牛的日产奶量水平进行关联分析(表5),不同日产奶量水平的奶牛排便时间、排尿时间、反刍食团数和反刍时间均差异极显著(P<0.01)，不同产奶量水平的奶牛饮水时间有显著差异(P<0.05).日产奶量小于20 kg和日产奶量在20～30 kg的奶牛饮水时间显著高于日产奶量大于30 kg的奶牛；日产奶量小于20 kg的奶牛排便时间显著低于日产奶量在20～30 kg的奶牛且极显著低于日产奶量大于30 kg的奶牛(P<0.01)；日产奶量大于30 kg的奶牛排尿时间显著低于日产奶量低于20 kg的奶牛；日产奶量大于30 kg的奶牛的反刍食团数和反刍时间均极显著高于日产奶量在20～30 kg和日产奶量小于20 kg的奶牛(P<0.01).其他各个行为变化与奶牛的日产奶量水平无显著相关(P>0.05).

表5 不同日产奶量水平的南方荷斯坦奶牛行为变化情况

大写字母表明差异极显著(P<0.01)；小写字母表明差异显著(P<0.05).

Capital letters indicate extremely significant difference(P<0.01)；lower case letters indicate significant difference(P<0.05).

3 讨论

3.1 拴系饲养的奶牛进入热应激的条件分析

大量的研究表明，在不同的温湿指数(THI)范围内，奶牛的临床表现不同.当THI<72时，奶牛无热应激；THI在72～77时，奶牛处于轻微的热应激水平；THI在77～82时，奶牛处于中度热应激水平；THI在82～89时，奶牛处于重度热应激水平；THI>89时，奶牛有生命危险[11-13].本试验中，5月和10月，奶牛处于非热应激状态；6月和9月，奶牛处于轻度热应激状态；7月和8月，奶牛处于重度热应激状态.

呼吸散热是奶牛散热的机制之一，环境温度升高时，奶牛会通过加大呼吸频率来帮助机体散热.奶牛在正常情况下的呼吸频率为20～40次/min，超过40 次/min奶牛进入应激状态，中重等程度热应激时呼吸频率为80～120次/min[14].杨毅等[15]研究表明轻度热应激时中国荷斯坦泌乳牛的呼吸频率达到(33.4±9.4)次/min，中度热应激时呼吸频率达到(50.9±14.1)次/min.唐娇玉等[16]研究发现，直肠温度超过39.4 ℃，奶牛即处于热应激状态；若超过40 ℃，则处于强应激状态.奶牛正常的直肠温度为(37.5～38.5)℃，本研究中5月份时奶牛直肠温度在38.8 ℃，呼吸次数达到42 次/min，表明奶牛进入热应激状态.

3.2 THI的变化影响奶牛的维持行为

当奶牛受到热应激的影响时，奶牛的反刍、采食和排便时间随着牛舍内的温湿指数(THI)的升高而降低；而奶牛的饮水、排尿时间以及奶牛的呼吸次数、直肠温度等随着牛舍内的温湿指数(THI)的升高而增加，这与井霞[17]试验结果相似，井霞发现，热应激时，奶牛饮水、排尿次数和呼吸频率增加，反刍时间和排粪次数减少.这表明，奶牛遭受热应激时，因体感温湿度过高，机体承受的总热负荷大于机体的散热量[18]；奶牛通过其主要行为特征变化改变机体代谢环境来帮助机体散热，从而适应高温环境.因此热应激时，奶牛机体会发生一系列的应激反应[19-21]，如饮水和排尿增加、采食量减少、反刍活动减少等.

3.3 热应激时奶牛主要行为特征的变化受胎次、泌乳阶段和产奶水平的影响

家畜的行为是指家畜受到某些特定环境刺激时表现出的反应，或家畜与其所处环境的互作而表现为某种特定的生活形式.反刍是家畜牧食行为中最重要的一种，也是对奶牛和绵羊等反刍动物消化食物具有重要意义的行为[22].本试验研究表明：初产奶牛反刍时间低于经产奶牛反刍时间，并且第1胎次极显著低于第3胎次.与Reith等[23]的研究结果有很大的相似：初产牛每天日反刍时间为384 min，经产牛为443 min；但鄢新义等[24]对北京地区荷斯坦奶牛的研究发现胎次、泌乳天数对反刍时间和活动量有一定的影响，胎次效应小于本试验；这可能是由于本试验是在一定热应激条件下进行的，热应激对奶牛的反刍行为的影响如表2所示.本试验中初产奶牛的躺卧次数低于经产奶牛躺卧次数，并且第3胎次显著高于第1、2胎次，王晓鹏等[25]试验结果指出：躺卧时间随着奶牛胎次的增加而增加，3胎以上的牛比1胎的牛多躺卧0.5 h/d.有研究表明，躺卧行为受多个因素影响，包括胎次、跛足、泌乳期、挤奶时间、养殖密度、热应激等；由于不同研究选择的试验牛群和品种,试验所处自然环境等均有一定差异,因而所得出结果不同有待做进一步的深入分析.

由于奶牛各泌乳阶段的产奶量、干物质的摄入以及体重的变化均有一定规律，因而将奶牛的饲养管理分为泌乳的盛期、中期、晚期、干奶期、围产期5个阶段[26].根据我国《高产奶牛饲养管理规范》中规定：奶牛的泌乳盛期为产后16～100 d、泌乳中期为产后101～200 d、泌乳后期为产后201～305 d[27].本试验研究表明泌乳末期的奶牛饮水时间极显著高于泌乳盛期和泌乳中期；而泌乳盛期的奶牛排便时间极显著高于泌乳中期和末期；泌乳盛期的奶牛反刍时间、采食时间显著高于泌乳中期和泌乳末期，这表明奶牛处于泌乳高峰期时采食量会大大增加，这与张华琦等[28]发现泌乳盛期的奶牛由于泌乳量大且高强度的代谢过程需要大量的水分，因而饮水、排便次数显著多于泌乳后期和干奶期牛的这一结果相似度很大，同时存在小的差异；针对这种情况笔者推断这可能是由于本试验开始于泌乳盛期，等到泌乳中期和末期时奶牛处于不同程度的热应激状态，具体情况有待进一步研究.

产奶量是母牛产奶性能主要决定因素之一，影响奶牛产奶量的因素有生理因素(奶牛年龄和胎次、产犊间隔、奶牛体型)、环境因素(产犊时间、外界温度)以及饲养管理因素(日粮因素、饲养管理水平)和遗传因素[29].牛奶成分的87%是水，产奶量的高低在一定程度上依赖于水的摄入量，当日粮没有问题时，仅仅因为水就可能使产奶量下降18%～20%[30]；本试验中，日产奶量小于20 kg的奶牛饮水时间和排尿时间显著高于日产奶量在20～30 kg的奶牛极显著高于日产奶量大于30 kg的奶牛；与陆东林等[31]研究结果相反：奶牛饮水量随产奶量的增加而增加，这可能是由于本试验是在奶牛热应激条件下进行的.另有赵宗胜等[32]研究指出荷斯坦奶牛305 d泌乳量与其饮水时间和次数、日反刍时间、每食团咀嚼次数等呈不同程度的正相关，这也证实了本试验中高产奶牛的反刍食团数和反刍时间均极显著高于低产奶牛的结果.泌乳量是周围环境与奶牛的遗传特征互相作用的结果，饲养管理的关键是要发挥和提高产奶性能，而育种工作得以高效进行的前提是创造高产奶牛，二者必须有效结合起来，才能使奶牛行业走向高产、稳产.