秋季不同牛舍环境参数及其对荷斯坦牛泌乳性能、生理和血液生化指标的影响

夏海斌,王健,翟云飞,徐洁,曾涵芳,韩兆玉*

(1.南京农业大学动物科技学院乳牛科学研究所,江苏 南京 210095;2.伊犁州畜牧科学研究所,新疆 伊宁 835000)

牛舍作为奶牛长期生活的场所,舍内环境会对奶牛生产性能产生影响［1］,其中环境因素通常占20%～35%［2］,因此牛舍类型的选择是奶牛养殖过程中重要环节。通常情况下,牛舍的建造主要根据当地气候条件和牧场实际需求,以减少不良环境刺激对奶牛造成的影响,达到节本增效的目的。常见的牛舍类型主要包括:开放式、半开放式以及封闭式牛舍。其中,开放式牛舍的应用最为广泛,造价低廉且运行成本低,但因采用自然通风,受外界环境影响较大;封闭式牛舍通常利用机械通风,能够在一定程度上维持舍内环境的稳定。

低屋面横向通风(low profile cross ventilated,LPCV)牛舍,因舍内环境相对稳定而又被称为恒温牛舍,属于封闭式牛舍类型。一面侧墙安装湿帘,另一侧安装负压风机,并在采食和卧床处安装导流板,利用横向负压机械通风［3］。恒温牛舍全年处于封闭状态,主要通过人工调控牛舍环境。同时,恒温牛舍在缓解奶牛热应激方面具有较大潜力［4-5］。鉴于恒温牛舍封闭性较高,当外界环境适宜时(春秋季节),关于其环境状况以及是否利于奶牛健康生产方面还有待研究。为此,本研究通过测定开放式和恒温牛舍的环境参数,分析比较秋季时2类牛舍间环境状况差异;采集试验牛生理指标、泌乳性能和血液生化指标等数据,探究牛舍类型对荷斯坦牛的影响,为奶牛舍的建造与日常管理提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

温度(T)和相对湿度测定(RH)使用W8型数字式温湿度计(武汉中测宏图测量有限公司),T和RH测量范围分别为-20～60 ℃和0～100%,精度分别为±0.3 ℃和±3%。风速测定使用PM6252A型数显风速仪(桂林华谊智测科技有限公司),测量范围0～30 m·s-1,使用误差±5%。CO2和NH3浓度测定使用JK40-M3-D型气体检测仪(深圳吉顺安科技有限公司),CO2和NH3测量范围分别为0～100 mg·m-3和0～2 000 mg·m-3,检测精度≤±3%。使用PC-5A手持式多功能激光粉尘检测仪(江苏省激光研究所有限公司)测量悬浮颗粒物,测量范围0～10 mg·m-3,精度≤±10%。使用MC-347型体温计［欧姆龙自动化(中国)有限公司］测量奶牛直肠体温,测量范围32～42 ℃,精度±0.1 ℃。

1.2 试验设计

2021年10月在山东日照分别采用开放牛舍和恒温牛舍管理的2个牧场中各选择一栋牛舍,记为本试验的开放牛舍和恒温牛舍。2个牧场属同一牧业公司,相距20 km。奶牛的日粮配方和日常管理基本一致,每日饲喂全混合日粮2次,挤奶3次,散栏式饲养,双列头对头式卧床,垫料为锯木屑,采用全自动刮粪板清粪。试验期间,于每日07:00、10:00、13:00和18:00距离地面1.5 m处测定试验牛所在牛舍区域(11个采样点均匀分布)的环境参数:温度(T)、相对湿度(RH)、风速和二氧化碳(CO2)、氨气(NH3)、PM10和PM2.5浓度,同时测定牛舍外环境温度和RH,计算温湿指数(THI):THI=0.81T+RH(0.99T-14.3)+46.3［6］。连续测定7 d,所有环境参数取每日4次测定值的平均值。

根据胎次(头胎)、泌乳时间(d)和产奶量(连续7 d平均值)相近的原则在开放牛舍和恒温牛舍中分别选择30和27头荷斯坦奶牛。采集试验牛生理指标、反刍行为和产奶性能等信息并于第7天尾静脉采血以获取血清测定生化指标。相关数据见表1。

1.3 试验奶牛生理指标、反刍行为和舒适度测定

每日早上和下午挤奶返回采食1 h后,随机观察(每组不小于12头)试验牛,以秒表和计数器测定其呼吸频率(1 min内奶牛腹部和胸廓起伏次数)和反刍行为相关数据(每食团咀嚼次数和咀嚼时间),每头试验牛记录2次取平均值。每隔15 min记录牛群中处于不同状态(包括躺卧、站立于卧床、行走于过道)的奶牛数量,用于评估奶牛舒适度:卧床使用指数(躺卧于卧床上的奶牛占牛群中除采食或饮水以外奶牛的比例)和奶牛站立指数(站立于卧床上奶牛占接触卧床奶牛的比例)。同时,每日于12:00和19:00,每组选取至少15头试验牛,使用电子体温计测定直肠温度。

1.4 奶牛产奶性能和血清生化指标测定

奶牛每日产奶量由转盘式挤奶设备自动记录,并从2021年10月和11月DHI资料中获取其乳成分(乳脂率、乳蛋白率、体细胞数和尿素氮)数据。于第7 天下午挤奶返回牛舍时,采集两牛舍所选试验牛(分别为30和27头)的尾静脉血5 mL,静置后3 500 r·min-1离心10 min获取血清,置于-20 ℃,使用试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定血液生化指标:总蛋白(TP)、白蛋白(Alb)、尿素氮(BUN)、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、免疫球蛋白G(IgG)、白介素6(IL-6)。

1.5 数据统计与分析

2 结果与分析

2.1 不同牛舍环境参数

如图1所示:牛舍内外的温度(T)、温湿指数(THI)均无显著差异(P>0.05);恒温牛舍与舍外相对湿度(RH)差异极显著(P<0.01),开放牛舍与舍外RH显著差异(P<0.05)。而两牛舍之间的T、RH和THI均无显著差异(P>0.05)。在各测定时间点,牛舍温度在5～25 ℃,THI也未超过热应激的最低阈值(THI=68)［7］,RH呈现先降后增趋势(图2)。

图1 不同牛舍环境的温度(T)、相对湿度(RH)和温湿指数(THI)比较Fig.1 Comparison of temperature(T),relative humidity(RH)and temperature-humidity index(THI) in different cowshedsA.开放牛舍;B.恒温牛舍;C.开放牛舍舍外;D.恒温牛舍舍外。*P<0.05,** P<0.01。下同。A. Open cowshed;B. LPCV cowshed;C. Outside the open cowshed;D. Outside the LPCV cowshed. *P<0.05,** P<0.01. The same below.

图2 不同牛舍环境温度、相对湿度和温湿指数变化Fig.2 The changes of temperature,relative humidity and temperature-humidity index in different cowsheds

由表2和图3可知,开放牛舍NH3浓度有高于恒温牛舍趋势(P=0.069);牛舍间CO2浓度无显著差异(P>0.05)。开放牛舍中悬浮颗粒物浓度有低于恒温牛舍的趋势(0.05

图3 两牛舍部分环境参数变化Fig.3 The changes of some environmental parameters in cowshedsA.开放牛舍Open cowshed;B.恒温牛舍Low profile cross ventilated(LPCV)cowshed.

表2 牛舍间部分环境参数比较Table 2 Comparison of some environmental parameters between cowsheds

2.2 不同牛舍环境参数相关性分析

从表3可知:在开放牛舍中,NH3与T、风速和THI存在显著负相关(P<0.05),CO2与RH极显著正相关(P<0.01),T与RH显著负相关(P<0.01)。在恒温牛舍中,NH3浓度与CO2、PM10、PM2.5浓度和RH极显著正相关(P<0.01),CO2浓度与PM10、PM2.5浓度及RH极显著正相关(P<0.01),与T和THI极显著负相关(P<0.01),T与RH极显著负相关(P<0.01)。

表3 牛舍环境参数间相关性Table 3 Correlations of environmental parameters in cowsheds

2.3 不同牛舍奶牛反刍行为、生理指标和舒适度差异

由表4可知:恒温牛舍奶牛的每食团咀嚼次数有高于开放牛舍的趋势(P=0.077),而每食团咀嚼时间、直肠温度和呼吸频率极显著低于开放牛舍(P<0.01)。在舒适度上,恒温牛舍的卧床使用率极显著高于开放牛舍(P<0.01),而奶牛站立指数极显著低于开放牛舍(P<0.01)。

表4 不同牛舍奶牛反刍行为、生理指标和舒适度比较Table 4 Comparison of rumination behavior,physiological indexes and comfortability of cows in different cowsheds

2.4 不同牛舍奶牛产奶量差异

如图4所示,从产奶量变化曲线(10月4日至11月7日,共35 d)来看,开放牛舍中奶牛产奶量增长速度快于恒温牛舍,日产奶量从低于35 kg增加到40 kg以上,而恒温牛舍奶牛的产奶量低于40 kg。在乳成分上(表5),两牛舍奶牛的乳脂率、乳蛋白率、脂蛋比和尿素氮无显著差异(P>0.05),且均在正常范围内,而恒温牛舍奶牛乳中体细胞数极显著高于开放牛舍(P<0.01)。

图4 不同牛舍奶牛产奶量变化曲线Fig.4 Milk yield curve of dairy cows in different cowsheds

表5 不同牛舍奶牛乳成分比较Table 5 Comparison of milk composition of dairy cows in different cowsheds

2.5 奶牛血液生化指标

由表6可知:在血清生化指标上,两牛舍奶牛的TP和Alb含量无显著差异(P>0.1),而开放牛舍奶牛的BUN含量显著高于恒温牛舍(P<0.05);在血清抗氧化指标上,开放牛舍奶牛GSH-Px活性有高于恒温牛舍的趋势(P=0.067),而SOD活性极显著低于恒温牛舍(P<0.01);在血清免疫指标上,开放牛舍奶牛TNF-α和IgG含量极显著低于恒温牛舍奶牛(P<0.01),同时IL-6含量显著低于恒温牛舍奶牛(P<0.05)。

表6 试验牛血液生化指标比较Table 6 Comparison of blood biochemical indexes in experimental dairy cows

3 讨论

3.1 牛舍环境参数比较分析

为奶牛提供适宜的生活环境关乎其健康生产,进而影响到牧场的经济效益。恒温牛舍和开放牛舍由于结构和通风方式不同,会引起舍内环境有所差异。从本试验结果来看,2种牛舍在T和RH上无显著差异。恒温牛舍中NH3浓度有低于开放牛舍的趋势,二氧化碳浓度无显著差异。赵育国等［8］发现秋季有窗封闭舍内NH3浓度为0.78～1.11 mg·m-3。马轲轲等［9］在秋季时测定全舍饲奶牛舍内CO2和NH3平均浓度分别为775和0.5 mg·m-3。秋季发酵床奶牛舍内NH3浓度为0.84 mg·m-3［10］。虽然牛舍类型不同,但有害气体浓度均低于国家现行标准［11］,表明秋季时各牛舍的通风换气能够满足畜舍管理要求,能及时将有害气体排出舍内。两牛舍悬浮颗粒浓度均在其他研究结果范围之内［12］,但恒温牛舍有高于开放牛舍趋势,这可能是由于恒温牛舍的风速较高而促进空气流动,引起更多颗粒物产生。

从牛舍环境参数相关性分析看,两牛舍有害气体和悬浮颗粒物之间均存在正相关,二者又与RH正相关,同时牛舍T和RH之间呈极显著负相关,这与Kaasik等［13］研究结果基本一致。CO2常作为牛舍通风效果的评判指标［14］,其浓度高表明牛舍通风效率低且空气质量差,舍内NH3、PM10和PM2.5等浓度升高。此外,两牛舍内有害气体浓度均与T呈负相关。通常情况下,温度升高会提高脲酶活性而促进粪尿中NH3产生,因而NH3浓度与温度呈正相关［15-16］。而本试验中NH3浓度与温度则是负相关,这可能是随着温度升高为了保持牛舍环境稳定而加强通风,促进有害气体排出。

3.2 奶牛反刍行为、生理指标和舒适度差异

反刍行为作为奶牛日常活动的重要组成,能够反映其机体状态,受到环境、日粮成分以及疾病等因素的影响［17］。恒温牛舍试验牛的每个食团咀嚼次数有高于开放牛舍趋势,而每个食团咀嚼时间显著低于开放牛舍,即咀嚼频率更高,每个食团可以被更充分咀嚼。有研究指出食团咀嚼时间和次数较长有利于食物充分咀嚼,促进消化吸收［18］。恒温牛舍奶牛的生理指标均极显著低于开放牛舍,但均在正常范围内［19］。开放牛舍奶牛呼吸频率和直肠温度较高的原因可能是中午温度较高,只开启卧床上方风扇,机体散热受到影响,引起奶牛呼吸频率加快,体温升高。此外,恒温牛舍奶牛舒适度(卧床使用率和奶牛站立指数)优于开放牛舍,且卧床使用率均超过推荐值85%,表明奶牛处于较为舒适状态［20］,有利于生产性能的发挥。

3.3 奶牛产奶性能和血液生化指标差异

牛奶产量和质量是衡量奶牛经济价值高低的主要指标,关于牛舍类型对产奶性能影响的相关研究主要集中在高温季节［21-22］,而在其他季节由于不同牛舍内环境状况存在一定差异,对产奶性能会产生不同影响。泌乳初期奶牛所需能量超过采食能量供应,机体需要动员体脂以保证能量供给而处于能量负平衡状态,并且这种状态可能持续数月［23］。从本试验结果看,恒温牛舍奶牛产奶量增加速度慢于开放牛舍,同时乳中体细胞数和血清中的促炎性因子(TNF-α、IL-6)、IgG含量和SOD活性均显著高于开放牛舍,这可能是由于恒温牛舍即使环境参数优于开放牛舍,但舍内长期无阳光照射,细菌滋生易引发感染而不利于奶牛产后恢复。同时机体炎症和氧化应激较强,反馈刺激抗氧化［24］和免疫反应［25］以减少组织损伤,最终引起乳中体细胞数增加而减缓产奶量增长速度。因此,需要注意泌乳初期奶牛各类疾病的及时诊治,以及加强牛舍消毒而保证奶牛机体健康。

综上,环境因子间存在相关性,两牛舍有害气体和悬浮颗粒物之间均存在正相关,二者又与相对湿度正相关,同时牛舍温度和相对湿度之间呈极显著负相关。从牛舍环境参数和奶牛生理指标以及舒适度评价上看,恒温牛舍在秋季能够为奶牛提供较适宜的环境。但恒温牛舍奶牛泌乳初期产奶量增长速度没有开放牛舍快,且乳中体细胞数高,机体炎症反应较强,需要注重奶牛产后护理和疾病诊治,并保证牛舍日常的消毒全面而有效。