基于DHI数据分析不同因素对规模化牛场奶牛泌乳性能的影响

张 靖,郭怡莹,李雅婷,2,李 超,2,王逢博,2,刘 薇,2,靳亚平,2,张海森,2*,袁亚林,陈华涛,2*

(1.西北农林科技大学动物医学院,陕西杨凌 712100;2.西北农林科技大学农业农村部动物生物技术重点实验室,陕西杨凌 712100;3.西北农林科技大学经济管理学院,陕西杨凌 712100;4.北海道大学国际食品资源学院,北海道札幌市 060-0809)

近年来,随着养殖管理技术的快速发展,我国奶牛产业稳步上升。最新统计数据显示,2021年我国奶牛年均单产量为8.6 t,生鲜乳产量达3 683万t/年,2总产量全球排名第4(占比6.36%)[1]。然而,相较于全球牛奶产量占比前3的欧盟、美国和印度,我国奶牛年均单产量远远低于欧美发达国家,生鲜乳总产量尚不能满足我国人民日益增长的消费需求。因此,探究制约奶牛泌乳性能的影响因素,及时采取对应的改进措施,进行奶牛的精准化饲养管理,对促进我国奶业的良性发展具有重要作用。

DHI是dairy herd improvement的首字母缩写,起初被直译为“奶牛群体遗传改良计划”[2]。在2007年的全国奶牛DHI培训会议中,全国畜牧总站和中国奶业协会正式将其更名为“奶牛生产性能测定”[3]。DHI是一项目前在规模化奶牛养殖场广泛推广使用的技术,通过测定个体和群体奶牛的日产奶量与乳脂率、乳蛋白率、体细胞数(somatic cell count,SCC)、尿素氮及305 d奶量等乳成分,对养殖场的个体牛只和群体奶牛的体况以及养殖场的饲养管理水平进行综合评估,以便于制定科学的饲养管理措施,从而达到提高整体牛群生产性能的目的。在奶牛产业的发展过程中,DHI技术的建立与推广应用是提升生鲜乳品质和奶牛标准化生产水平的基础工作,是提高奶牛泌乳性能和培育高产奶牛的重要途径。

我国DHI最早实施于1992年天津的“中日奶业技术合作项目”。1995年,在上海、北京和西安等地区陆续实施推广了中国-加拿大奶牛综合育种项目[4]。2006年以后,北京、上海、天津、山东、黑龙江、河北、内蒙古和宁夏等8个省、市、自治区根据当时农业部下达的畜牧良种补贴项目资金的通知,第一次有计划、成规模地开展了奶牛生产性能测定工作。自此,DHI技术在我国多个地区开始实施,并凭借国家发布的一系列扶持政策发展的越来越成熟。资料显示,自2008年到2019年底,我国奶牛DHI参测率已达到45.8%,参测数量由11.5万头增加到127.4万头,参测奶牛的单产水平由4.8 t增加到7.8 t,增长率高达62.5%[5]。据推算,假设每头参测奶牛每年的乳产量增加1吨,就可增加4 000元的收入[4]。因此,大力推广DHI技术并正确合理分析DHI数据是解决奶牛生产问题以及提高奶牛养殖效益的关键举措。有研究证据表明,因地域与季节的差异,奶牛的生产性能会有所差异[6]。另外,环境、季节及饲养管理等因素,会对奶牛的泌乳性能产生影响,同时也会影响原料乳品质[7-8]。基于此,本研究对陕西关中地区3个规模化奶牛养殖场的DHI数据进行汇总整理,系统分析不同季节、不同胎次、不同泌乳天数以及不同SCC对奶牛泌乳性能的影响,并对日产奶量和乳成分指标进行相关性分析,以期为改善该地区规模化奶牛养殖场的饲养管理方式、提高规模化奶牛群体的泌乳性能和牛乳品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

选取关中地区养殖规模大于3 000头的A、B、C 3个奶牛养殖场,搜集并整理了其2020年12月至2021年11月的DHI报告数据。A场累计检测的DHI报告数据为10 862条、B场累计检测的DHI报告数据为13 941条、C场累计检测的DHI报告数据为15 212条。各场的参测奶牛均有耳标与完整的生长繁殖档案信息,所有参测奶牛每月测定1次,测定的时间间隔约30 d。各场测定时按照早中晚为4∶3∶3的比例共计收集乳样约40 mL,装在指定的采样瓶后送至检测中心进行检测。

1.2 数据的筛选与处理

剔除DHI报告中不完整与异常的数据,整理A、B、C 3个奶牛场不同季节、不同胎次、不同泌乳天数以及不同SCC条件下日产奶量和乳成分的数据进行系统分析。本研究将季节划分为春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12～次年2月)4个部分;胎次划分为1、2、3、4、5、6共计6个等级;泌乳天数划分为<50、50～100、100～150、150～200、200～250、250～300、>300 d共计7个等级;SCC划分为<10、10～25、25～50、50～100、100～500、>500万个/mL共计6个等级。本研究中的乳成分标准参照《中国荷斯坦奶牛生产性能测定》中的规定,SCC小于2.5×10万个/mL的奶牛记为健康,大于5×10万个/mL的奶牛记为乳房炎阳性,大于2.5×10万个/mL且小于5×10万个/mL的记为可疑。

1.3 数据的统计与分析

2 结果

2.1 不同季节奶牛日产奶量和乳成分的差异分析与相关性分析

对奶牛不同季节的日产奶量和乳成分数据进行统计学分析可知,奶牛日产奶量在夏季具有低于春季、秋季与冬季的趋势,但差异不显著(图1A)。乳脂率在冬季显著高于春季、夏季与秋季,但春季、夏季与秋季不具有显著性差异(图1B)。乳蛋白率在冬季显著高于春季与夏季(图1C)。高峰奶和高峰日在秋季显著低于夏季,在春季、夏季与冬季差异不显著(图1G～H)。体细胞数、尿素氮、持续力和305 d奶量在春季、夏季、秋季与冬季4个季节均无显著性差异(图1D～F,图1I)。不同季节奶牛日产奶量与DHI指标相关性分析结果如表1所示,不同季节日产奶量均与乳脂率、乳蛋白率显著正相关;与体细胞数在冬季呈显著负相关,在夏季与秋季节呈正相关,但差异不显著;与尿素氮在春季时呈显著负相关,在夏季、秋季和冬季时呈显著正相关。

表1 不同季节奶牛日产奶量与DHI数据的相关性分析

A.日产奶量;B.乳脂率;C.乳蛋白率;D.体细胞数;E.尿素氮;F.持续力;G.高峰奶;H.高峰日;I.305 d奶量;字母相同表示差异不显著(P>0.05),字母不同表示差异显著(P<0.05)

上述结果表明,在不同季节,奶牛乳脂率、乳蛋白率、高峰奶和高峰日的变化较为显著,冬季有较高的日产奶量、乳脂率、乳蛋白率和高峰奶;此外,奶牛日产奶量和乳成分在不同季节具有相关性,且在冬季与各指标的相关性较强。综合来看,奶牛在冬季有较好的泌乳性能。

2.2 不同胎次奶牛日产奶量和乳成分的差异分析

对不同胎次奶牛的日产奶量和乳成分数据进行统计学分析,结果如图2所示,日产奶量在不同胎次中差异显著,其中头胎次和第6胎次奶牛显著低于第2～5胎次奶牛,第5胎次奶牛显著低于第2与第3胎次奶牛(图2A)。随着奶牛胎次的增加,SCC逐渐升高,其中第6胎次奶牛显著高于第1～5胎次奶牛(图2D)。高峰奶在不同胎次中差异显著,其中头胎次奶牛显著低于第2～6胎次奶牛,第6胎次奶牛显著低于第2～5胎次奶牛(图2G)。高峰日在头胎次奶牛显著高于第2～6胎次奶牛,在第2～5胎次奶牛中差异不显著(图2H)。305 d奶量在头胎次奶牛显著低于第2～6胎次奶牛,第5～6胎次奶牛显著低于第3～4胎次奶牛,在第2～4胎次奶牛差异不显著(图2I)。乳脂率、乳蛋白率、尿素氮和持续力在不同胎次中差异均不显著(图2B～C,图2E～F)。

A.日产奶量;B.乳脂率;C.乳蛋白率;D.体细胞数;E.尿素氮;F.持续力;G.高峰奶;H.高峰日;I.305 d奶量;字母相同表示差异不显著(P>0.05),字母不同表示差异显著(P<0.05)

不同胎次奶牛日产奶量与DHI指标相关性分析结果如表2所示,第2胎次时日产奶量与乳脂率显著正相关,其他胎次的日产奶量与乳脂率、乳蛋白率、体细胞数及尿素氮等乳成分均呈负相关,且在第2～5胎次时日产奶量与各指标的相关性较大。

表2 不同胎次奶牛日产奶量与DHI数据的相关性分析

上述结果表明,在第2～5胎次时,奶牛具有较高的日产奶量、高峰奶与305 d奶量,且在此阶段乳脂率、乳蛋白率、持续力以及高峰日无显著性差异。奶牛日产奶量在第2～5胎次时与DHI指标之间有较强的相关性。因此,奶牛养殖场在生产实践中应重点关注第2～5胎次奶牛的养殖方案,及时做出调整,以达到较高的经济效益。

2.3 不同泌乳天数奶牛日产奶量和乳成分的差异分析

对奶牛在不同泌乳天数的日产奶量和乳成分数据进行统计学和相关性分析,结果如图3和表3所示。统计学分析结果显示,日产奶量在不同泌乳阶段差异显著,当泌乳天数在50～100 d时日产奶量最大,当泌乳天数大于50 d时,日产奶量随着泌乳天数的增加呈现逐渐下降的趋势(图3A)。当泌乳天数大于50 d时,乳脂率、乳蛋白率、高峰奶、高峰日和305 d奶量随着泌乳天数的增加呈现逐渐升高的趋势(图3B～C,图3G～I)。持续力在泌乳天数小于50 d时显著大于泌乳天数大于50 d,在泌乳天数为50～300 d差异不显著(图3F)。体细胞数、尿素氮在不同泌乳天数无显著性差异(图3D和图3E)。

表3 不同泌乳天数奶牛日产奶量与DHI数据的相关性分析

A.日产奶量;B.乳脂率;C.乳蛋白率;D.体细胞数;E.尿素氮;F.持续力;G.高峰奶;H.高峰日;I.305 d奶量;字母相同表示差异不显著(P>0.05),字母不同表示差异显著(P<0.05)

相关性分析结果显示,泌乳天数在50～100 d和大于250 d时日产奶量与乳脂率显著正相关,在小于50 d和100～250 d时日产奶量与乳脂率显著负相关;当泌乳天数小于50 d时日产奶量与乳蛋白率显著正相关,大于50 d时,日产奶量与乳蛋白率显著负相关;日产奶量与体细胞数在泌乳天数小于100 d时呈负相关,当大于100 d时,日产奶量与体细胞数呈正相关;在250～300 d时日产奶量与尿素氮含量呈显著负相关,在小于250 d时呈显著正相关。

上述结果表明,在泌乳的不同阶段,日产奶量与DHI数据之间具有相关性,日产奶量在泌乳天数为50～200 d与DHI指标相关性较强。当泌乳天数大于50 d时,随着奶牛泌乳天数的增加,奶牛日产奶量和持续力逐渐下降,但奶牛乳脂率、乳蛋白率、高峰奶、高峰日和305 d奶量却呈现上升趋势,提示可根据不同泌乳天数选择不同品质需求的牛乳以提高养殖场的经济效益。

2.4 不同体细胞数条件下奶牛日产奶量和乳成分的差异分析和相关性分析

对不同SCC条件下奶牛的日产奶量和DHI数据进行整理分析,结果如图4和表4所示。在SCC小于10万个/mL时日产奶量和持续力均最大,之后随着SCC的升高呈现逐渐下降的趋势(图4A和图4E)。乳脂率和乳蛋白率随着SCC的升高逐渐增大(图4B～C)。尿素氮在SCC大于10万个/mL小于50万个/mL时显著高于SCC小于10万个/mL且大于50万个/mL(图4D)。高峰奶在SCC大于50万个/mL小于100万个/mL时最大,在SCC小于50万个/mL时差异不显著(图4F)。高峰日在SCC大于10万个/mL时随着SCC的增大逐渐下降(图4H)。305 d奶量在SCC大于500万个/mL显著小于SCC小于500万个/mL,当SCC小于500万个/mL时差异不显著(图4G)。此外,奶牛日产奶量与乳脂率和尿素氮在不同SCC条件下均呈显著正相关,与乳蛋白率在SCC小于25万个/mL时显著正相关,在SCC大于25万个/mL时呈显著负相关。

表4 不同体细胞数奶牛日产奶量与DHI数据的相关性分析

A.日产奶量;B.乳脂率;C.乳蛋白率;D.尿素氮;E.持续力;F.高峰奶;G.高峰日;H.305 d奶量;字母相同表示差异不显著(P>0.05),字母不同表示差异显著(P<0.05)

综上所述,SCC较低时,日产奶量、持续力、高峰日和305 d奶量均较高,随着SCC的增加,均呈现持续下降的趋势;此外,当SCC较低时DHI乳成分指标与日产奶量显著正相关,当SCC较高时,DHI乳成分指标与日产奶量显著负相关。表明SCC对奶牛泌乳性能的各个指标影响较为明显。因此,控制较低的SCC对提高奶牛养殖场的牛乳品质极为重要。

3 讨论

DHI作为一项在奶牛养殖业中广泛使用的技术,是目前评价奶牛养殖场生产管理水平的重要依据,是改良奶牛遗传育种方向的重要参考[9]。对DHI报告中各项指标的准确解读有助于全面分析奶牛日产奶量与乳成分等反映奶牛泌乳性能的重要指标[10]。本研究系统分析了季节、胎次、泌乳天数以及SCC对奶牛日产奶量和乳成分的影响及各指标之间的相关性,研究结果为改善陕西关中地区规模化奶牛场饲养管理水平、提高奶牛泌乳性能及牛乳品质提供重要的参考。

结果显示,季节不是影响奶牛日产奶量、持续力和305 d奶量的主要因素。不同季节的日产奶量和乳脂率与乳蛋白率呈极显著正相关,与体细胞数和尿素氮在春、冬季呈负相关,在夏、秋季呈正相关,提示在夏秋季节应着重关注产奶量较高奶牛的体细胞数和尿素氮等指标的变化。此外,冬季的乳脂率和乳蛋白率显著高于其他季节,表明冬季的牛乳质量要优于春、夏与秋季3个季节,造成这种结果的原因可能是关中地区四季气温变化较大,尤其是夏季高温、多雨,增加了奶牛发生热应激与乳腺感染的概率,导致奶牛的产奶量和乳品质低于其他季节。上述的结果与付雪峰、叶东东、童熊等[11-13]的研究结果一致,与张美荣、廖想想等[14-15]的研究结果不同,这可能是选取研究地区的差异及养殖场管理措施不同导致的。上述结果提示,在奶牛养殖管理过程中,应根据当地气候变化,灵活调整日粮结构,因时制定适宜的饲养管理方案,适当、合理的安排配种与产犊时间是提高奶牛产奶量和乳品质的有效措施。

在不同胎次时,日产奶量、SCC、高峰日、305 d奶量以及乳蛋白率均具有显著性差异,且日产奶量与乳脂率、乳蛋白率、体细胞数和尿素氮均具有极显著相关性。随着奶牛胎次增加,日产奶量、高峰奶与305 d奶量呈现相同的变化趋势,即在头胎次时,产奶量较低,第3胎次时,日产奶量达到最大值,之后随着胎次增加,日产奶量呈现下降的趋势。导致这种结果的原因可能是由于第3胎次以后,随着产犊次数增加,奶牛乳腺压力增大,机能消耗不断增大,各项生理功能都会产生衰退现象。分析数据显示,头胎次奶牛的高峰奶显著低于其他胎次,但是头胎次奶牛的高峰日持续时间较长。因此,在生产实践过程中,建议对头胎次奶牛进行分群饲喂,以确保头胎次奶牛在泌乳高峰期获得足够营养,保障奶牛各项机能健康,提高单头奶牛的终身产奶量。本研究的结果与之前的研究结果[16-18]均表明,在第2～5胎次时,牛群有较高产奶量和乳品质。因此,按照奶牛胎次,合理分群并制定适宜的饲养管理措施对于提高奶牛养殖效益及奶牛泌乳性能具有重要意义。

不同泌乳天数对奶牛日产奶量和乳成分影响差异显著。在泌乳天数大于50 d时,奶牛日产奶量呈现持续下降的趋势;持续力随着泌乳时间延长逐渐减少;乳脂率在泌乳天数大于50 d时呈现上升趋势;乳蛋白率、高峰奶、高峰日和305 d奶量在整个泌乳期呈持续上升的状态。相关性分析结果显示,日产奶量与乳脂率、乳蛋白率和尿素氮均呈显著相关性。这些结果均提示在泌乳早期和与泌乳晚期适当调整饲养管理方式和日粮配比对于提高奶牛日产奶量和乳品质是必要的。

SCC是直接反映奶牛乳腺健康状况的指标,SCC急剧升高意味着奶牛乳腺有炎性因子侵害,提示奶牛乳腺已经处于不健康状态。分析不同SCC对于奶牛日产奶量和乳成分的结果显示,随着SCC的增加,奶牛日产奶量、持续力、高峰日和305 d奶量逐渐下降;乳脂率、乳蛋白率呈现上升趋势。相关性分析结果显示,日产奶量与乳脂率和尿素氮呈显著正相关,与乳蛋白率在SCC小于25万个/mL时呈极显著正相关,在SCC大于25万个/mL时呈极显著负相关,这可能是由于乳体细胞数较高时奶牛发生乳房炎,乳蛋白多为炎性渗出,乳房炎的发生导致产奶量下降。这些研究结果表明,SCC的升高可以导致奶牛日产奶量和305 d奶量减少、乳品质下降、牧场经济效益降低。因此,在奶牛养殖过程中,从多方面、多角度改善奶牛饲养管理制度,提高养殖卫生状况,降低SCC,才能更合理、科学的提高奶牛生产性能以及养殖场的经济效益。

综上所述,影响奶牛泌乳性能的因素众多,且各个因素之间可以相互影响,因此在奶牛养殖过程中,需要精细化的综合管理措施,合理调整饲养方案,从而改变日产奶量、乳脂率、乳蛋白率、SCC及尿素氮等因素,才能有效提高奶牛泌乳性能与牛乳品质。总之,本研究综合分析了季节、胎次、泌乳天数以及体细胞数等不同因素对奶牛日产奶量和乳成分的影响,并初步分析了日产奶量与乳成分各指标的相关性,对奶牛规模化养殖过程中通过精细化饲养管理以提高奶牛泌乳性能和牛乳品质具有一定参考意义。