荷斯坦牛采食时间的群体特征及其影响因素分析

黄越川，竹 磊，王 磊，张海亮，郭 刚，王 炎，黄锡霞，王雅春

(1.新疆农业大学动物科学学院，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)

采食是动物最基本的能力，也是动物获取营养物质的唯一途径。适宜的采食行为是动物生长发育和高效发挥生产性能的基础，正常的采食行为也是判断动物健康状况的重要依据。奶牛的日常采食行为是保障生产的一项重要行为，也是奶牛日常活动中的主要组成部分，采食时间对奶牛的采食量有显著影响[1]，充足的采食量保障了奶牛日常的营养摄入，决定了奶牛各生理阶段的产奶量、乳品质、健康状况等指标[2-4]。因此，研究采食时间能够进一步探索奶牛的采食行为变化规律，从而更加全面地管理牛群，并及时掌握、预测牛群的生理状态以及生产情况。

作为每天活动的主要组成部分，采食行为决定着奶牛的其他行为(如反刍、饮水、排泄等活动)的发生[5]，因此每日的采食时间与活动量、反刍时间等行为存在密切关系。研究发现，奶牛的活动量受环境、胎次、疾病及饲养管理等因素的影响[6]，采食时间同样可能受到上述因素的影响，其中环境温度对奶牛采食时间影响较大[7-9]。此外，采食时间还与饲料品质、能量水平、个体遗传背景等有关，如饲喂能量水平较高的饲粮会显著降低采食时间[10-12]。此前的研究中，获取大规模群体的采食时间数据存在较大的困难。随着传感技术和电子信息技术的快速发展，借助完善的设备可以较为准确地监测奶牛每日的采食、反刍等行为[13-14]，大规模收集奶牛个体水平的活动量、反刍时间、采食时间及喘息时间等成为了现实，利用上述指标进行奶牛行为特征、生理状况、冷热应激及疾病等研究等具有重要意义[6,15-16]。

目前，奶牛采食时间在整个泌乳期的变化规律尚不明确，对奶牛日采食时间影响因素的相关研究也鲜有报道。为初步探索奶牛日采食时间的群体规律，本研究收集整理了北京地区某规模化牧场荷斯坦牛的采食时间记录，旨在探究奶牛采食时间在整个泌乳期的变化规律并进行影响因素分析，为日采食时间的遗传分析奠定基础，同时为牧场利用采食时间对牛群进行精准管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验群体

收集整理2019年7月至2021年3月北京地区某规模化牧场1 166头荷斯坦泌乳牛的采食时间、泌乳阶段、胎次及环境温湿度等记录。该试验牧场每日于07:00-10:00、14:00-17:00和21:00-24:00分别挤奶3次，各牛群按顺序挤奶，每个牛舍一般在各班次挤奶前30 min完成投料，在投料前料槽部分区域可能存在空槽时段。试验牧场分为东区、西区两个场区，两个场区间饲养管理方式基本相同，采用全混合饲粮(TMR)进行饲喂，自由饮水，但在畜舍结构和人员组成上存在部分差异，东区畜舍通风条件相对较好。

1.2 数据测定

1.2.1 采食时间记录 本研究利用HR-LDn无线项圈(SCR公司)对1 166头荷斯坦牛的日采食时间进行连续监测，该类型项圈利用三轴MEMS(微机电系技术)加速度计识别，每头试验牛每个泌乳期内只使用1种项圈进行监测。获得的采食时间记录为原始采食时间(每小时记录1次)，将每头牛每日原始采食时间记录相加得到日采食时间数据。

1.2.2 温湿度指数 使用温湿度自动记录仪(179-TH，爱普瑞公司)分别记录试验牧场的环境温度和湿度，记录频率为每2 h 1次，并根据如下公式计算环境温湿度指数(temperature and humidity index,THI)[17]:

THI=0.81×AT+[RH×(0.99AT-14.3)]+46.3

式中，AT为环境温度，RH为相对湿度。后续分析中将使用日采食时间及其所对应的日平均THI。

1.3 数据整理

共获得5 100 655条原始采食时间记录(每小时1次)，根据原始记录计算日采食时间(24 h 1次)，分别对原始采食时间和日采食时间进行质控，剔除原始采食时间记录不足24条的试验牛数据；剔除日采食时间数据中低于2.5%分位点及高于97.5%分位点数据，避免出现过高或过低的异常值；剔除缺失胎次、泌乳阶段等信息的采食时间记录，最终得到1 166头试验牛的原始采食时间记录1 923 863条，日采食时间记录80 617条。

根据泌乳天数将泌乳阶段分为4个水平，分别为围产后期(0-20 d)、泌乳前期(21-119 d)、泌乳中期(120-210 d)和泌乳后期(211 d及以后)[18]；将胎次划分为3个水平，分别为1胎、2胎和3胎及以上；将测定年份划分为两个水平，分别为2019-2020年度(2019年7月-2020年6月)和2020-2021年度(2020年7月-2021年3月)；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-次年2月)；场区划分为2个水平，分别为东区和西区。

1.4 统计分析

使用SAS 9.2软件的Mixed过程分析胎次、泌乳阶段、测定季节、测定年份、场区类型和个体随机效应对日采食时间的影响，采用Bonferronit检验进行多重比较，以P<0.05为差异显著，分析模型如下：

Yijklmn=μ+lactationi+parityj+yeark+seasonl+ftm+IDijklmn+eijklmn

式中，Yijklmn，日采食时间；μ，总体平均值；lactationi，泌乳阶段；parityj，胎次；yeark，测定年份；seasonl，测定季节；ftm，场区；IDijklmn，个体随机效应；eijklmn，随机残差。

2 结 果

2.1 荷斯坦牛日采食时间描述性统计

荷斯坦牛原始采食时间和日采食时间的描述性统计见表1。

表1 荷斯坦牛原始采食时间和日采食时间描述性统计Table 1 The discriptive statistics of original eating time and daily eating time in Holstein cows

由图1可知，试验牧场的日平均THI在试验期间呈现周期性变化，春、夏季较高，秋、冬季较低，最高值为82，最低值为26；而荷斯坦牛日采食时间随着时间推移呈现出与THI相反的变化趋势。当THI较高时，日采食时间较低，并随THI的继续升高而持续下降；当THI降低时，日采食时间呈上升趋势，当THI低于60时，日采食时间相对维持稳定。

图1 荷斯坦牛日采食时间与THI的变化趋势Fig.1 The change trend of daily eating time and THI in Holstein cows

不同胎次荷斯坦牛日平均采食时间随环境THI的变化趋势见图2，随着环境THI的增加，荷斯坦牛日平均采食时间总体呈现先维持稳定，后逐渐下降的趋势。当THI<66时，各胎次牛的采食时间均维持较高水平；当THI为66时，1胎牛的采食时间达到最高值，为255.26 min/d，分别与该THI下2胎牛和3胎及以上奶牛的采食时间相差14.10和35.26 min/d。当环境THI>66后，日平均采食时间开始出现明显下降趋势，与THI为66相比，各胎次奶牛在THI为81时的采食时间分别下降为62.26(1胎)、66.59(2胎)和80.95 min/d(3胎及以上)。

图2 不同胎次荷斯坦牛日平均采食时间随THI的变化趋势Fig.2 The change trend of daily eating time of Holstein cows under the different parities with the increasing of THI

2.2 荷斯坦牛1日内原始采食时间描述性统计

由图3可知，不同季节荷斯坦牛原始采食时间在夏季时较低，春、秋、冬三季相对较高。冬季时，奶牛1日内的采食高峰分别为08:00、15:00、22:00，原始采食时间最高值在22:00出现，为16.74 min/h；春秋季1日内采食时间的最高值分别达16.33和17.51 min/h，其中春季奶牛的采食时间高峰与冬季相同，秋季在夜间的采食高峰提前了1 h。夏季时，奶牛只有在08:00时采食时间较长，可达到16.64 min/h，其余采食时间均低于14 min/h。

不同胎次荷斯坦牛原始采食时间在1日内的变化规律见图4，1日内原始采食时间总体上随胎次增加而降低。其中，1胎和2胎奶牛均在08:00原始采食时间最高，分别达到17.98和16.63 min/h，此外在07:00-09:00、14:00-16:00、21:00-22:00原始采食时间较高，均大于14 min/h。3胎及以上奶牛的采食时间最高值为16.57 min/h，但下午和晚上采食高峰出现的时间晚于1胎牛，且其1日内的大多数时段的原始采食时间均低于1胎和2胎牛。

图3 荷斯坦牛不同季节原始采食时间在1日内各时段的变化规律Fig.3 The trend of the original eating time of Holstein cows within one day in different seasons

图4 不同胎次荷斯坦牛原始采食时间1日内各时段的变化规律Fig.4 The trend of the original eating time of Holstein cows under different parities within one day

不同泌乳阶段荷斯坦牛原始采食时间在1日内的变化规律见图5。与其他泌乳阶段相比，围产后期的奶牛采食行为更加集中，仅在07:00、14:00、21:00采食时间较高，其余时段均低于12 min/h；泌乳前期奶牛在21:00采食时间最高，为16.42 min/h；泌乳中期牛采食高峰通常晚于泌乳前期牛约1 h，且其高峰时段14:00-16:00时采食持续时间更长；泌乳后期奶牛在1日内的采食时间总体上低于泌乳前期、中期奶牛，仅在08:00、15:00采食时间达15 min/h以上。

图5 不同泌乳阶段荷斯坦牛原始采食时间1日内各时段的变化规律Fig.5 The trend of the original eating time of Holstein cows under different lactations within one day

2.3 非遗传因素对荷斯坦牛日采食时间的影响

线性混合模型分析结果显示，季节、胎次、场区、泌乳阶段和测定年份对荷斯坦牛日采食时间均有极显著的影响(P<0.01)，各因素不同水平最小二乘均值及多重比较结果见表2。

荷斯坦牛日采食时间在不同季节存在显著差异，其中采食时间在春季最高，且极显著高于夏、秋、冬3季(P<0.05)，夏季高温天气下采食时间显著低于其他季节；日采食时间随胎次的增加总体呈下降趋势，各胎次间存在显著差异(P<0.05)，1胎牛最高，显著高于2胎和3胎及以上的奶牛。不同泌乳阶段奶牛的日采食时间差异显著(P<0.05)，总体上随着泌乳阶段呈先增后减的趋势，泌乳中期最高，且与泌乳前期和泌乳后期均存在显著差异(P<0.05)；围产期奶牛采食时间显著低于其余泌乳阶段，最大差值为36.06 min/d。此外，东区奶牛日采食时间显著高于西区(P<0.05)。奶牛采食时间在不同年份间也存在差异，2019-2020年度显著高于2020-2021年度(P<0.05)。

表2 各因素对荷斯坦母牛日采食时间的影响Table 2 Effects of various factors on the daily eating time in Holstein cows

3 讨 论

本试验中，荷斯坦牛的原始采食时间和日采食时间受牧场饲喂管理和环境温湿度的影响较大。奶牛是耐寒怕热的动物[18]，高温高湿度环境容易让奶牛产生热应激，进而影响正常的采食行为。THI是衡量奶牛热应激发生情况的环境指标，本研究发现，随着THI的变化，奶牛的采食时间呈现出一定的变化规律，与THI的变化恰好呈现相反的趋势。Ibrahim等[7]研究发现，在夏季露天环境养殖的高产奶牛在温度较低(如早晨06:00)时采食时间最高，当14:00气温升至40.17 ℃时，采食时间降低了35.22%；Brscic等[8]对集约化饲养的肉牛采食时间进行研究发现，THI分别处于<72、72～78、>78环境中的肉牛日采食时间存在差异，00:00-08:00采食时间随THI增加呈降低趋势；THI<72时，肉牛的采食时间显著高于THI>78环境中的牛。这些研究结果均说明环境温湿度能显著影响牛的采食行为，与本试验结果相同。

季节对采食时间也有显著影响，Zyunji等[9]对日本和牛6—10月采食时间进行观测发现，在7—8月温度超过30 ℃时，和牛的日平均采食时间较低，最低达201.6 min/d，当10月温度降低至23 ℃左右时，其日平均采食时间高达327.5 min，提高了62.45%。黄峰等[19]针对泌乳牛的研究发现，冬季泌乳牛日平均干物质采食量为18.66 kg，夏季为13.70 kg；冬季日平均粗蛋白质采食量为2.95 kg，夏季为2.19 kg；冬季日平均有机物采食量为17.25 kg，夏季为12.68 kg，奶牛在冬季的采食量高于夏季，这一变化趋势也与本研究中采食时间的变化规律相符。此外，有研究认为奶牛可能由于冷应激而出现采食量增加而消化率降低的情况[20]，在环境温度为-20 ℃时，奶牛的采食量比10～20 ℃时高约35%，当环境温度>27 ℃时，奶牛采食量开始下降[21]，本试验中奶牛在冬季较寒冷时期采食时间高于夏秋季节，与上述研究结果相近。但是本试验中冬季采食时间低于春季，可能是由于上述研究极端低温环境条件为-20 ℃，而本试验牧场所在的北京地区极端低温天气较少，一年中低于-5 ℃的天气约为60 d，且奶牛的低温临界温度最低可达-26.7 ℃[22]，因此，本试验牧场外部低温环境造成的冷应激相对较弱[23]；此外，该试验场规模适中，奶牛活动范围相对较小，此前也有研究表明，北京地区奶牛在冬季的活动量较少，反刍时间延长[6,15]，由于能量的消耗减少而影响了采食行为[11,24]，以上两点可能是导致本试验中奶牛冬季采食时间并未显著高于春季的主要原因。

本试验中，荷斯坦牛1日内原始采食时间高峰出现在07:00-09:00、14:00-16:00和20:00-22:00时段内，在00:00-06:00时段采食时间最低，这与试验牧场的投料、挤奶时间高度吻合，表明舍饲奶牛主要在牧场投料的时段采食，其采食时间受牧场饲养管理的影响较大，牧场可以根据管理需求改变投料时间以微调奶牛采食行为；此外，2020年5月和2020年9月出现日平均采食时间在1日内急剧下降又快速恢复的现象，可能是由于受到牧场集中开展防疫工作的影响，同样表明了牧场日常管理对奶牛采食行为的重要影响。还有研究发现，在每日挤奶3次的牛群中，奶牛在1日内的活动量同样存在3个高峰，并与牛群投料与挤奶时间相对应[15,25]，奶牛夜间采食时间较低的现象也与鄢新义等[6]发现奶牛夜间反刍时间较高相对应。综合本试验结果，奶牛采食时间高峰与奶牛活动量的高峰时段重合，表明采食是奶牛日常活动的主要组成部分，通过监控奶牛活动量与采食时间能够反映奶牛的采食行为是否正常。此外，奶牛夜间采食时间短且夜间活动量低，主要进行反刍,符合奶牛正常作息行为[15]。

本试验中泌乳阶段和胎次对荷斯坦牛日平均采食时间皆有显著影响，低胎次且处于泌乳高峰期的奶牛日平均采食时间相对较高。Ben等[26]对不同泌乳天数奶牛日平均采食时间的研究发现，泌乳天数为30～90和90～180 d的奶牛日采食时间相近，约为220 min，但与泌乳天数为180～270 d的奶牛日平均采食时间有较大差异，差值约为20 min，这与本研究结果相似。王晓鹏[27]也发现，尽管初产牛与经产牛在泌乳前期和中期采食时间规律存在一定差异，但是初产牛同样呈现泌乳前期采食时间高于泌乳中期采食时间的规律。本试验中，围产期奶牛采食时间较低，Hut等[28]分别监测了分娩前后4周奶牛的采食时间，同样发现围产期奶牛采食时间较低，且进一步发现产后采食时间逐渐增加，并在产后第3～4周趋于稳定。此外，有研究也发现了奶牛在泌乳开始至高峰期日平均采食时间持续增长的规律[29-30]。张吉鹍等[31]研究发现，不同生产水平的奶牛采食量也存在显著差异，高产牛明显高于低产牛，这可能是因为泌乳行为会影响奶牛的食欲，能够刺激奶牛采食[4-5,10]，因此泌乳后期产奶量下降导致日采食时间减少。最后，本试验结果表明奶牛日平均采食时间随胎次增加而降低，Hut等[28]研究发现，分娩后初产奶牛的日平均采食时间可增加至5.75 h，而经产奶牛只增加至5 h，并且初产牛与经产牛的采食时间在泌乳期间同样存在显著差异，与本研究结果相同；王晓鹏[27]同样发现经产高产牛的采食频率和采食时间均低于头胎高产牛；Azizi等[32]研究发现泌乳前期初产牛比经产牛的日采食时间提高约40 min。这几项研究结果说明胎次对奶牛日平均采食时间有显著影响，低胎次奶牛的日平均采食时间高于高胎次奶牛。

本试验中，在东区的荷斯坦牛日平均采食时间显著高于西区，由于不同场区采用相似的饲养管理方式以及相同的饲粮配方，因此推断两个场区的差异主要由环境因素决定，而冬季低温天气对试验场奶牛的采食时间并无显著影响，故本试验中场区间差异产生的主要原因应为夏季两个场区不同的热应激管理，通风良好、设备精良的东区更加有效地缓解了热应激发生。Takuji等[33]研究发现，夏季温度较高时，在牛舍内饲养的和牛，其采食时间平均为345 min/d，显著高于无遮阴围栏饲养的和牛，差值达115 min/d，同样说明了热应激管理的重要性。由此可见，夏季高温天气下及时的热应激管理措施能够有效促进采食。因此，在夏季高温天气下应尽量使畜舍处于通风良好、环境温湿度适宜的饲养条件下，从而提高奶牛的采食时间。

基于项圈自动记录的采食时间记录可以用于对奶牛采食行为的初步探究。然而，奶牛的采食行为是一个非常复杂的过程，饲粮的组成和性质、奶牛的性情等都会影响奶牛采食行为。随着智能化视觉设备的开发应用，通过收集奶牛的采食口数、吞咽速度、位移距离和采食量等数据可以对奶牛的采食行为进行更加全面和深入的剖析。

4 结 论

本研究发现，北京地区荷斯坦泌乳母牛日平均采食时间为(224.43±60.24) min，原始采食时间平均值为(9.41±4.67) min/h。THI、季节、胎次、泌乳阶段和场区类型等均能显著影响荷斯坦牛的日采食时间，奶牛日采食时间与其所处的生理状态和环境因素关系密切。本研究为奶牛采食时间的遗传分析奠定了基础，也为规模化牧场利用采食时间记录提高管理水平提供了有用信息。