北京地区泌乳母牛活动量的群体规律及其影响因素分析

杨明路，张海亮，安 涛，竹 磊，张 帆，黄锡霞，郭 刚，王雅春*

（1.新疆农业大学动物科学学院，新疆乌鲁木齐 830052；2.中国农业大学动物科学技术学院，北京 100193；3.北京首农畜牧发展有限公司，北京 100029）

近年来，奶牛养殖规模化水平不断提高，各类监测设备广泛应用，这为利用奶牛个体行为记录提升牧场管理水平提供新的可能。成年奶牛一天中可发生反刍、躺卧、采食、呼吸和活动等行为。其中，奶牛的活动量是一类重要的行为数据，通常使用计步器和项圈等自动化设备进行监测。本研究中，实验牧场使用的项圈是利用加速度计记录奶牛的全部活动，并根据程序判断奶牛不同的行为状态从而获得奶牛的个体活动量记录[1]。利用活动量记录对奶牛进行发情揭发和蹄病监测，可以大幅提高牧场的工作效率和管理精度。在奶牛养殖中，发情揭发和适时配种是牧场繁殖的关键，传统的发情检测主要依靠人工观察，费时费力且检出率低[2]。奶牛蹄病是影响奶牛健康的常见问题，通过人工观察进行蹄病揭发通常具有滞后性。因此，个体活动量记录在规模化牧场的日常管理中可以发挥重要作用。奶牛活动量受环境温湿度影响较大，如夏季热应激会使奶牛活动量增加，另外还受到奶牛体况、胎次和饲养管理条件等因素影响[3]。研究奶牛活动量可以了解奶牛在不同环境条件下的活动规律，可为利用个体活动量记录更好地开展奶牛疾病、发情、产犊和应激管理等提供理论依据[1,4-6]，最终提高牧场的生产效率。

目前，国内很多规模化牧场已经广泛使用项圈和计步器系统对奶牛活动量进行监测，但对个体活动量记录的挖掘十分有限。有少量研究报道了奶牛在发情期活动量的变化及其与阴道黏液电阻值、阴道温度、产奶量、挤奶效率和牛奶电导率等之间的关系[7-9]。但上述研究对奶牛活动量固有的规律研究较少，对牛只活动量监测的阶段存在局限性，对泌乳阶段、体况和温湿度环境等因素对活动量影响的研究较少。因此，本研究对北京地区某规模化牧场泌乳牛的活动量记录进行监测，旨在深入分析奶牛活动量的变化规律和影响因素，为利用活动量对牛群进行精细化管理和建模分析奶牛活动量性状提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验群体 本研究于2015 年5 月—2018 年6 月收集了北京地区某规模化牧场916 头荷斯坦泌乳母牛的活动量、体况评分（Body Condition Score，BCS）及环境温湿度。实验牧场为半开放式牛舍，夏季时采食道与待挤区使用喷淋和风扇进行降温。实验牛群每日挤奶3 次，分别于07:00—10:00、14:00—17:00 和21:00—24:00 完成。不同泌乳牛舍的饲养管理方式基本相同，均为挤奶前30 min 投料，自由采食和饮水。

1.2 数据测定

1.2.1 活动量测定 本实验利用HR-LD 和HR-LDn 2 种类型项圈（SCR，以色列）对916 头4 胎以下奶牛的活动量（au）进行连续监测[10]，其中HR-LD 项圈利用加速计识别，HR-LDn 项圈利用三轴MEMS（微机电系技术）加速度计识别，每头实验牛每个泌乳期内只使用1种项圈进行监测。其中，701 头奶牛从产犊后开始佩戴项圈连续监测至本泌乳期结束或淘汰，74 头奶牛从产前40 d 开始佩戴项圈连续监测至本泌乳期结束或淘汰。

实验牛的活动量原始数据包括原始活动量（2 h 记录1 次）和日活动量（24 h 记录1 次），即每头母牛每天共有12 条原始活动量记录和1 条日活动量记录。实验期间，定期对实验牛的原始活动量和日活动量记录进行备份和收集。

1.2.2 BCS 实验牧场每月由牧场工作人员评价泌乳牛和干奶牛的BCS[11-12]，评分标准为5 分制，1 分表示极度消瘦，5 分表示极度肥胖，最小评分单位为0.25 分。本研究中，匹配距奶牛日活动量监测日期最近的BCS记录，以分析BCS 对母牛活动量的影响。

1.2.3 环境温湿度测定 利用自动温湿度记录仪（艾普瑞公司）记录实验牧场的环境温度和湿度。实验期间，将温湿度记录仪悬挂于牛舍中央距地面1.5 m 处，记录频率为30 min/次，并根据以下公式计算环境温湿度指数（Temperature and Humidity Index,THI）：

式中，AT 和RH 分别为环境温度和相对湿度。分析THI 对原始活动量和日活动量的影响时，分别使用原始活动量和日活动量所对应2 h 内、24 h 内的THI 均值。

1.3 数据整理 对原始活动量和日活动量记录进行质控时，分别剔除原始活动量和日活动量“平均值±3 倍标准差”之外的记录；剔除原始活动量缺失和日活动量不完整（一天中某一时段原始活动量缺失）的记录；根据活动量监测日期和产犊日期计算实验母牛的泌乳天数，仅保留泌乳天数处于产前40 d（-40 d）至产后305 d 的记录，最终获得916 头实验牛的2 037 031 条原始活动量和172 428 条日活动量记录。

本研究中，由于3 胎以上的实验牛较少，将胎次划分为3 个水平，分别为1 胎、2 胎、3 胎及以上；将泌乳阶段划分为6 个水平，分别为干奶前期（-40 d～-22 d）、围产前期（-21 d～0 d）、围产后期（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）；将测定季节划分为4 个水平，分别为春季（3—5 月）、夏季（6—8 月）、秋季（9—11 月）和冬季（12 月至次年2 月）[14]；根据实验牛群的BCS分布情况，将BCS 划分为7 个水平，分别为≤2.25 分、2.5 分、2.75 分、3 分、3.25 分、3.5 分、≥3.75 分；将THI 划分为9 个水平[15-17]，分别为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 统计分析 使用SAS 9.4 软件的Mixed 过程分析泌乳阶段、胎次、测定年份、测定季节、项圈类型、BCS和个体随机效应对日活动量的影响，采用Bonferroni t检验进行多重比较，以P＜0.01 为差异极显著，模型如下：

式中，Yijklmnop为日活动量，μ为总体均值，lactationi为泌乳阶段，parityj为胎次，yeark为测定年份，seasonl为测定季节，BCSm为体况评分，typen为项圈类型，IDo为个体随机效应，eijklmnop为随机残差。

2 结果

2.1 描述性统计 如表1 所示，本研究中，泌乳母牛原始活动量的均值为47.29 au/2h，变异系数为33.90%；日活动量均值为573.35 au/d，变异系数为23.42%，日活动量为原始活动量的12 倍。

表1 北京地区泌乳母牛活动量描述性统计

2.2 原始活动量的变化规律 本研究中，奶牛的活动量在06:00—08:00 和12:00—14:00 有明显的升高趋势；22:00 后逐渐下降，00:00—06:00 是奶牛一日内活动量最低的时段。一日内，奶牛活动量在04:00 时达到最低，为35.63 au/2h；在14:00 时达到最高，为57.36 au/2h。

不同胎次的奶牛，其原始活动量在一日内的变化规律如图1 所示。不同胎次的奶牛之间，1 胎奶牛的原始活动量最高，为48.62 au/2h；3 胎及以上的奶牛原始活动量最低，为42.72 au/2h。在一日内各时段中，1 胎和2 胎奶牛各时段的活动量均高于3 胎及以上奶牛；在06:00—08:00、12:00—14:00 和18:00—20:00 3 个时段中，不同胎次奶牛的活动量差异较大；在20:00—04:00、08:00—12:00 和14:00—16:00 3 个时段中，1胎与2 胎奶牛的活动量相近。

图1 不同胎次泌乳母牛原始活动量在一日内的变化规律

不同季节奶牛原始活动量在一日内的变化规律如图2 所示。不同季节之间，奶牛在冬季各时段的活动量均低于其他3 个季节；与春、冬季相比，奶牛在夏季各时段的原始活动量更高；奶牛在秋季一日内各时段的活动量变化幅度更大。在夜间时段（18:00—次日06:00），奶牛在夏季的活动量总体上高于其他季节；除16:00—18:00 时段外，在白天时段（06:00—18:00），奶牛在夏、秋季的活动量比较接近，且高于冬、春季节。

图2 不同季节泌乳母牛原始活动量在一日内的变化规律

泌乳牛原始活动量随THI 的变化规律如图3 所示，奶牛的原始活动量随THI 的升高呈逐渐升高的趋势，THI＜25 时，原始活动量最低，为36.41 au/2h；THI≥80 时，原始活动量最高，为56.87 au/2h，二者相差20.46 au/2h。

图3 北京地区泌乳母牛原始活动量随THI 的变化规律

2.3 各因素对日活动量的影响 利用线性混合模型分析发现（表2），胎次、测定季节、泌乳阶段、BCS、测定年份和项圈类型对日活动量均有极显著影响。

表2 各因素对泌乳母牛日活动量的影响 au/d

由表2 可知，不同胎次的奶牛之间，1 胎奶牛的日活动量最高，2 胎最低，二者相差22.16 au/d，不同胎次之间均存在极显著差异。不同季节之间，奶牛在夏季的日活动量最高，在冬季最低，二者相差111.17 au/d；除秋季和春季之间无显著差异外，其他季节两两之间均存在极显著差异。不同BCS 之间，除BCS≤2 分的奶牛之外，奶牛的日活动量随BCS 的增加而逐渐减小，BCS≥ 3.75 时最低，为517.58 au/d，BCS 为2.5 时最高，为561.26 au/d，二者相差43.68 au/d；此外，除BCS≤2 分的奶牛与3.25 分、3.5 分和3.75 分的奶牛之间无显著差异外，其他各组两两之间均存在极显著差异。各泌乳阶段中，日活动量随泌乳天数的增加总体呈逐渐下降的趋势，围产后期最高，为571.17 au/d，泌乳后期最低，为497.19 au/d；干奶前期日活动量较围产期增加了63.01 au/d，增幅最大，为12.4%。不同项圈类型之间，HR-LD 项圈和HR-LDn 项圈所监测的奶牛日活动量相差51.49 au/d。

3 讨 论

本研究中，北京地区泌乳母牛的原始活动量为47.29 au/2h，日活动量为573.35 au/d。Reith 等[18]在德国荷斯坦牛和西门塔尔牛中发现，奶牛的原始活动量为31.4～35.2 au/2h，低于本研究的结果，这可能是不同研究中活动量的测定阶段和牛群饲养管理不同造成。例如，本研究监测了奶牛在整个泌乳期的活动量，实验牛群每天饲喂和挤奶3 次；而Reith 等[18]仅监测了奶牛产犊至怀孕阶段的活动量，该实验牛群每天饲喂2 次并通过挤奶机器人进行挤奶。鄢新义等[3]发现饲养于半开放式牛舍的北京荷斯坦泌乳母牛日活动量均值为525.1 au/d，略低于本研究结果。

在一日内的不同时段，奶牛的活动量存在较大差异。研究表明，奶牛在日间的活动量平均高出夜间20%以上[7,19]。本研究中，奶牛在日间活动量较夜间活动量高出22.9%，与上述研究基本一致。奶牛在夜间的活动量相对较低，于04:00—06:00 间达到最低值[3]。本研究中，奶牛在02:00—04:00 活动量达到最低，与上述研究结果相近。奶牛在一日内的活动量峰值与饲喂和挤奶发生的时间有关，饲喂后1 h 左右，奶牛的活动量达到峰值[3]。如Heinicke 等[16]研究发现在每日挤奶2 次的牛群中，原始活动量分别在08:00—10:00 和16:00—18:00 出现2 个峰值；Løvendahl 等[20]发现，在每日挤奶3 次的牛群中，原始活动量会出现3 个峰值。本研究中，奶牛在06:00—08:00、12:00—14:00 和18:00—20:00时段的原始活动量有明显的升高趋势，这些时段内牧场进行投料和挤奶等日常工作。总体上，受牧场生产管理活动的影响，奶牛在白天的活动量高于夜间，活动量在白天的变异幅度也更大，在夜间的活动量更能反映出奶牛自身差异造成的活动量变异。

研究表明，奶牛的活动量受季节因素影响较大[3]。当环境温度增加时，奶牛活动更加频繁[3]；本研究发现测定季节对日活动量有极显著影响，这与胡仁超[7]和鄢新义等[3]报道的结果相似。在夏季环境THI 大于68时，奶牛会遭受严重的热应激；此时，奶牛的站立和行走行为会明显增多[20]，奶牛的活动量增加[21]。奶牛的日活动量随THI 增加而增加，并且每日内热应激的持续时间越长，这种相关关系就越强[17]。在寒冷天气下，随着温度下降，奶牛的活动量减少[7]。北京地区的冬季12 月、1 月和2 月，奶牛会出现冷应激[22]，遭遇冷应激时奶牛活动量会减少，与上述研究的发现相同[7,22]。

本研究结果显示，胎次对奶牛日活动量有极显著影响，这与胡仁超[7]、孙保贵[23]和鄢新义等[3]的研究结果相似。Reith 等[18]研究发现，在非发情期，奶牛的原始活动量随胎次的增加而减少，1 胎奶牛与4 胎及以上奶牛的原始活动量相差6.1 au/2h。本研究中，1 胎奶牛原始活动量为48.62 au/2h，3 胎及以上奶牛为42.72 au/2h，相差5.9 au/2h，与上述研究基本一致。研究表明，随泌乳天数的增加，奶牛的日活动量有减少趋势，1 胎和2 胎奶牛在产后0～100 d 的活动量最高[7]，这与本研究结果一致。本研究中，奶牛在围产后期的日活动量最高，在干奶前期的日活动量较低，干奶牛无需挤奶，躺卧时间长，活动量也相应更低；随着泌乳天数的延长，奶牛逐渐进入妊娠后期，胎儿和子宫的体积快速增大，这也可能对母牛活动造成一定影响[24]。本研究首次发现奶牛的BCS 对日活动量有极显著影响，除BCS 极低的奶牛之外，奶牛的日活动量总体上随BCS 的增加而逐渐降低。这可能是由于牛群中较瘦的牛比较胖的牛有更大的干物质采食量，花在觅食等相关活动上时间较多[25]。此外，本研究发现，不同类型（版本）的项圈所监测奶牛活动量存在差异，为校正项圈类型的影响，本研究在分析模型中添加了项圈类型效应。综上，奶牛的活动量对包括胎次、泌乳阶段和BCS 等在内的生理因素表现敏感。

4 结 论

本研究结果显示，北京地区中国荷斯坦牛的原始活动量为47.29 au/2h，日活动量为573.35 au/d。在一日内的不同时段，泌乳母牛的活动量变化规律不同，活动量的变化规律受牧场生产管理制度的影响较大，夜间时段的活动量记录更能反映出奶牛自身因素造成的活动量变异。胎次、泌乳阶段、体况评分、测定季节、测定年份和项圈类型等均对日活动量有极显著影响，活动量对环境因素和奶牛生理因素的变化表现敏感。本研究结果为利用连续自动化测定的活动量记录探究奶牛的行为规律及精细化管理牛群提供了理论基础。