荷斯坦牛泌乳速度指標影響因素分析

紀皓楠，高 清，常 瑤，張海亮，吳宏軍，柴 河，俞 英，王雅春

(1.中國農業大學動物科技學院，農業農村部動物遺傳育種與繁殖(家畜)重點實驗室，畜禽育種國家工程實驗室，北京 100193；2.呼倫貝爾農墾謝爾塔拉農牧場有限公司第三牧場，海拉爾 021012)

近年來，中國奶業迅速發展，奶牛場的規模不斷擴大，機械化和自動化水平日益提高，自動擠奶系統逐漸普及，可實現對擠奶過程的全程監測，出現了更多高精度的測量指標可用于描述奶牛擠奶的過程。在眾多泌乳參數中，泌乳速度是近30年來評定奶牛綜合性能的重要指標之一。泌乳速度既影響勞動效率和生產成本，又與乳房健康有關[1-3]；在加拿大、美國和丹麥等國家的奶牛育種體系中已經將泌乳速度性狀納入了選擇指數[4]。

泌乳速度指標有很多，研究中較為常見的指標有班次產奶量、前兩分鐘產奶量及其占比、擠奶時間、平均流速和最高流速等。研究表明，泌乳速度指標受胎次、泌乳階段等奶牛生理因素及季節、氣溫等環境因素的廣泛影響。如Ahn等[5]研究發現，隨著泌乳階段的變化，班次產奶量、前兩分鐘產奶量和擠奶時間總體上呈先上升后下降趨勢，泌乳階段對最高流速也有顯著影響；Cho等[6]在韓國奶牛群體中發現，秋、冬季的擠奶時間比春、夏季更長，夏季的平均流速和最高流速顯著高于其他季節；Kuczaj等[7]在波蘭牛群中發現，春、夏季比秋、冬季的平均流速更快，且班次產奶量更高，不同擠奶班次的班次產奶量、擠奶時間、平均流速和最高流速也存在顯著差異；此外，Wieland等[8-9]還發現不同擠奶班次對前兩分鐘產奶量有顯著影響。在國外牛群中，針對前兩分鐘產奶量占比指標的相關研究較少，并且在各項泌乳速度指標的影響因素分析中，奶牛的初產月齡這一重要因素尚未被考慮。

在國內，圍繞奶牛泌乳速度的研究較少，已發表研究的樣本量一般較小，對生產實踐的借鑒意義有限。如王力生等[10]利用197頭奶牛的數據，計算了擠奶前兩分鐘的平均流速與乳房性狀之間的相關關系；顧亞平等[11]利用221頭奶牛的數據，計算了平均流速、最高流速與班次產奶量之間的表型相關，比較了父本、胎次、泌乳階段和乳房形狀對平均流速和最高流速的影響；郭卓元等[12-13]利用166頭奶牛的數據，分析了胎次、泌乳階段和乳房形態對奶牛泌乳速度的影響，估計了遺傳力及其與班次產奶量、305 d產奶量和擠奶時間的表型相關。綜上所述，在中國奶牛群體中，尚無研究利用大規模數據分析泌乳速度指標的群體規律及影響因素。

因此，本研究收集了規模化牧場的擠奶明細記錄，旨在揭示泌乳速度指標的群體特征，并分析季節、胎次、泌乳階段、初產月齡和擠奶班次等因素對班次產奶量、前兩分鐘產奶量、擠奶時間、前兩分鐘產奶量占比、平均流速和最高流速等指標的影響，以期為中國規模化牧場的奶廳管理及奶牛泌乳速度的遺傳分析提供有用信息。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本研究數據來自于北方地區某規模化奶牛場，該牧場采用利拉伐重型轉盤式擠奶系統(PR3100HD)進行擠奶，以6 h為間隔每天擠奶4次，飼養的奶牛均為純種荷斯坦牛，采用全混合飼糧進行飼喂，牛群存欄在10 000頭左右。本研究于2017年12月至2018年11月，收集了該牧場8 757頭泌乳母牛每月1、11和21日的擠奶明細記錄共計906 748條數據，擠奶明細中包含每頭奶牛每次擠奶的前兩分鐘產奶量、班次總產奶量、擠奶時間和最高流速。此外，試驗奶牛的出生日期和各胎次產犢日期記錄由試驗牧場提供。

1.2 數據整理

根據擠奶明細中提供的班次產奶量、前兩分鐘產奶量、擠奶時間和最高流速，計算了前兩分鐘產奶量占比及平均流速。本研究共分析了班次產奶量、前兩分鐘產奶量、擠奶時間、前兩分鐘產奶量占比、平均流速和最高流速6個泌乳速度指標，各指標定義及其縮寫見表1。

表1 泌乳速度相關指標定義

剔除重復套杯和手動脫杯的特殊記錄、前兩分鐘產奶量占比>100%、班次產奶量及流量峰值為0的不合理記錄及擠奶時間、班次產奶量缺失的不完整記錄后，使用四分位法對上述6個泌乳速度指標分別進行異常值剔除。根據個體出生日期和產犢日期記錄，處理得到每頭試驗牛的初產月齡、泌乳天數和胎次，同時刪除泌乳天數超過330 d的數據。最終共保留了7 811頭奶牛的546 158條擠奶明細數據。

本研究中，根據氣候特征，將測定季節劃分為4個水平，分別為冬季(12月至次年2月)、春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)；由于4胎以上的試驗牛較少，將胎次劃分為4個水平，分別為1胎、2胎、3胎、4胎及以上；將泌乳階段劃分為4個水平，分別為0—44 d(階段Ⅰ)、45—99 d(階段Ⅱ)、100—199 d(階段Ⅲ)、200—330 d(階段Ⅳ)；由于初產月齡在23月齡以下、26月齡以上的試驗牛較少，將初產月齡劃分5個水平，分別為23月齡以下、23、24、25～26、26月齡以上；將擠奶班次按照擠奶時段劃分4個水平，分別為班次1(00:00—06:00)、班次2(06:00—12:00)、班次3(12:00—18:00)和班次4(18:00—24:00)。

1.3 統計分析

采用SPSS 21.0軟件中的相關性過程分析班次產奶量、前兩分鐘產奶量、擠奶時間、前兩分鐘產奶量占比、平均流速和最高流速等指標之間的相關系數。采用SAS 9.2的GLM過程分析測定月份、胎次、泌乳階段、初產月齡和擠奶班次對上述泌乳速度指標的影響，采用Bonferronit檢驗方法進行多重比較，P<0.05表示差異顯著，分析模型如下：

Yijklmn=μ+Si+Pj+Dk+Ll+Tm+εijklmn

式中，Yijklmn為泌乳速度指標的觀察值；μ為總體平均值；Si為測定季節效應；Pj為胎次效應；Dk為泌乳階段效應；Ll為初產月齡效應；Tm為擠奶班次效應；εijklmn為隨機殘差。

2 結 果

2.1 泌乳速度相關指標描述性統計

本研究對7 811頭荷斯坦牛班次產奶量、前兩分鐘產奶量、擠奶時間、前兩分鐘產奶量占比、平均流速和最高流速進行描述性統計，結果見表2。由表2可知，該牧場奶牛的班次產奶量、平均流速、前兩分鐘產奶量、前兩分鐘產奶量占比、擠奶時間和最高流量均值分別為10.32 kg、2.55 kg/min、5.33 kg、53.60%、4.07 min和4.08 kg/min。各泌乳速度指標的變異系數在21.87%～35.46%之間，泌乳速度相關指標的離散程度均較大。由圖1可知，除前兩分鐘產奶量占比之外，其余5項指標的頻率分布直方圖均基本呈對稱分布。

表2 荷斯坦牛泌乳速度相關指標描述性統計

A，班次產奶量；B，前兩分鐘產奶量；C，擠奶時間；D，前兩分鐘產奶量占比；E，平均流速；F，最高流速

2.2 各泌乳速度相關指標間的相關關系

由圖2可知，班次產奶量、前兩分鐘產奶量、擠奶時間、前兩分鐘產奶量占比、平均流速和最高流速等指標兩兩之間均存在極顯著的相關關系(P<0.01)。泌乳速度指標(平均流速和最高流速)與產奶量指標(班次產奶量和前兩分鐘產奶量)之間的相關系數較高，且均為正相關關系，相關系數在0.60～0.89；泌乳速度指標與擠奶時間之間的相關系數較低，且均為負相關，相關系數在-0.15～-0.12；泌乳速度指標與前兩分鐘產奶量占比之間的相關中等，且均為正相關，相關系數在0.22～0.29。擠奶時間和班次產奶量間相關較高，相關系數為0.55；擠奶時間和泌乳速度、前兩分鐘產奶量及占比之間均為負相關，擠奶時間和前兩分鐘產奶量之間存在較高的負相關，相關系數為-0.84。

**，極顯著相關(P<0.01)

2.3 各因素對荷斯坦牛泌乳速度相關指標的影響

由表3可知，測定季節、胎次、泌乳階段、初產月齡和擠奶班次對荷斯坦牛泌乳速度相關指標均有極顯著影響。

表3 各因素對荷斯坦牛泌乳速度指標的影響

2.3.1 班次產奶量 不同季節之間，夏、秋季的荷斯坦牛班次產奶量顯著低于春、冬季(P<0.05)；隨著胎次的增加，班次產奶量總體上呈逐漸上升趨勢，3胎以后不再增加，1胎牛顯著低于3胎、4胎及以上(P<0.05)；隨著泌乳階段的推移，班次產奶量呈先升高后降低的趨勢，在第Ⅱ階段達到最高且顯著高于其他階段(P<0.05)；初產月齡為23月齡時，班次產奶量表現最好，<23月齡時表現最差；不同擠奶班次之間，夜間擠奶的班次產奶量(班次1和4)顯著高于白天(班次2和3)(P<0.05)，擠奶班次為0:00—6:00時最高，且顯著高于其他班次(P<0.05)。

2.3.2 前兩分鐘產奶量 不同季節之間，荷斯坦牛夏季的前兩分鐘產奶量顯著高于冬季(P<0.05)；隨著胎次的增加，前兩分鐘產奶量總體上呈上升趨勢，3胎以后不再增加，1胎牛顯著低于其他胎次(P<0.05)；隨著泌乳階段推移，前兩分鐘產奶量也呈先升高后降低的趨勢，在第Ⅱ階段達到最高，且顯著高于其他階段(P<0.05)；隨著初產月齡的增加，前兩分鐘產奶量總體上呈下降趨勢，23月齡以下的前兩分鐘產奶量顯著高于其他月齡(P<0.05)；不同擠奶班次之間，擠奶班次1的前兩分鐘產奶量顯著高于其他班次(P<0.05)。

2.3.3 擠奶時間 不同季節之間，夏、秋季擠奶時間顯著短于春、冬季(P<0.05)；不同胎次之間，1胎牛擠奶時間顯著小于其他胎次(P<0.05)；隨著泌乳階段的推移，擠奶時間呈先延長后逐漸縮短的趨勢，在第Ⅱ階段達到最長且顯著高于其他階段(P<0.05)；隨著初產月齡的增加，擠奶時間總體上呈逐漸延長的趨勢；不同擠奶班次之間，夜間(班次1和 4)的擠奶時間顯著大于白天(班次2、3)(P<0.05)，班次1的擠奶時間最長且顯著大于其他班次(P<0.05)。

2.3.4 前兩分鐘產奶量占比 不同季節之間前兩分鐘產奶量占比差異均顯著(P<0.05),其中夏季顯著高于冬季(P<0.05)；不同胎次之間，1胎牛前兩分鐘產奶量占比顯著高于其他胎次(P<0.05)；隨著泌乳階段的推移，前兩分鐘產奶量占比呈先下降后逐漸升高的趨勢，在第Ⅱ階段達到最低，且顯著低于其他階段(P<0.05)；隨著初產月齡的增加，前兩分鐘產奶量占比總體上呈逐漸降低的趨勢；不同擠奶班次之間，夜間(班次1和4)的前兩分鐘產奶量占比顯著低于白天(班次2和3)(P<0.05)，班次4最低，且顯著低于其他班次(P<0.05)。

2.3.5 平均流速 不同季節之間，夏季平均流速顯著高于冬季(P<0.05)；不同胎次之間，1胎牛平均流速顯著低于其他胎次(P<0.05)；隨著泌乳階段的推移，平均流速呈先升高后降低的趨勢，在第Ⅱ階段達到最高，且顯著高于其他階段(P<0.05)；隨著初產月齡的增加,平均流速總體上呈逐漸降低的趨勢；不同擠奶班次之間，擠奶班次1的前兩分鐘產奶量顯著高于其他班次(P<0.05)。

2.3.6 最高流速 不同季節之間，夏、秋季最高流速顯著高于春、冬季(P<0.05)；不同胎次之間，1胎奶牛最高流速顯著低于其他胎次(P<0.05)；隨著泌乳階段的推移,最高流速呈先升高后降低的趨勢，在第Ⅱ階段達到最高，且顯著高于其他階段(P<0.05)；隨著初產月齡的增加,最高流速總體上呈逐漸降低的趨勢；不同擠奶班次之間，擠奶班次1的前兩分鐘產奶量顯著高于其他班次(P<0.05)。

3 討 論

Dechow等[14]發現在美國荷斯坦牛群中，班次產奶量平均為13.49 kg，擠奶時間平均為7.23 min，平均流速均值為1.93 kg/min。Kuczaj等[7]發現在波蘭荷斯坦牛群中，班次產奶量平均為10.37 kg，擠奶時間平均為3.97 min，平均流速均值為2.86 kg/min。本研究中，試驗群體班次產奶量、擠奶時間和平均流速的平均值分別為10.32 kg、4.07 min和2.55 kg/min。本研究群體每日擠奶4次，其班次產奶量與上述研究相近，而擠奶時間和平均流速與上述研究存在差異；這可能與不同牛場的擠奶間隔[15]、擠奶機參數設置[16-17]和擠奶前處理方法[18]等因素有關，同時本研究群體的產奶量水平高于上述研究群體。

泌乳速度指標間相關性分析表明，平均流速、最高流速與班次產奶量、前兩分鐘產奶量呈中等或強正相關，與擠奶時間呈極弱的負相關，與前兩分鐘產奶量占比呈極弱的正相關；郭卓元[13]研究發現，平均流速、最高流速與班次產奶量呈中等或強的正相關，與擠奶時間呈弱的負相關；Dechow等[14]研究表明，平均流速與班次產奶量呈正相關，與擠奶時間呈負相關；試驗群體的遺傳背景和數據量差異可能導致不同研究獲得不同的結果。

本研究結果顯示，季節和擠奶班次兩項環境因素對泌乳速度指標有極顯著影響。與春季和冬季相比，夏、秋兩季的班次產奶量明顯更低，總擠奶時間也更短，前兩分鐘產奶量和前兩分鐘產奶量占比更高，平均流速和最高流速更高，這與Cho等[6]關于荷斯坦牛班次產奶量、平均流速和最高流速的研究結果類似；在韓國奶牛群體中，春季和夏季的班次產奶量更低，平均流速和最高流速更高。在溫度較高的季節，受熱應激影響，奶牛的產奶量較低，故班次產奶量和擠奶時間相應縮短[19]，同時考慮高溫引起乳房肌肉松弛導致流速加快[6]。然而，在波蘭牛群中，季節對擠奶時間無顯著影響，春、夏季比秋、冬季的班次產奶量更高[7]。不同地區的氣候和溫濕度環境存在差異，可能造成季節因素對泌乳速度指標有不同的影響。本研究發現，夜間的班次產奶量、擠奶時間、擠奶速度均顯著高于白天，而前兩分鐘產奶量占比則表現出相反趨勢。在規模化牧場中，工作人員的生產活動集中發生在白天，這些生產活動可能對奶牛造成一定程度的干擾和應激。

奶牛胎次、泌乳階段和初產月齡等生理因素對泌乳速度指標有極顯著影響。對于產奶量，隨著胎次變化，班次產奶量和前兩分鐘產奶量有先上升后趨于穩定的趨勢，3胎時達到峰值[20-21]；隨著泌乳階段的推移，班次產奶量和前兩分鐘產奶量有先上升后下降的趨勢，峰值出現在45～99 d[22-23]；隨初產月齡的增加，前兩分鐘產奶量呈現下降趨勢[24]，胎次和泌乳階段對班次產奶量、前兩分鐘產奶量的影響與其對奶牛日產奶量的影響相似。本研究中，胎次對泌乳速度指標的影響與顧亞平[11]、Ahn等[5]研究結果一致。此外，有研究認為，奶牛的平均流速隨胎次增加呈先下降后上升的趨勢[5,7,25]。值得注意的是，雖然上述研究之間產奶量和泌乳速度指標的變化趨勢不同，但在相同群體內泌乳速度指標的整體變化趨勢均與產奶量指標一致。此外，不同于泌乳速度指標，擠奶時間在3胎時尚未達到峰值，3胎牛的擠奶時間顯著低于2胎和4胎及以上奶牛。本研究為奶牛泌乳速度性狀的研究和選育積累了經驗，也為規模化奶牛場的奶廳管理提供了有用信息。

4 結 論

本研究發現，中國荷斯坦牛泌乳速度指標的變異較大(變異系數約為30%)，泌乳速度指標兩兩之間存在極顯著的相關關系；測定季節、胎次、泌乳階段、初產月齡和擠奶班次對泌乳速度指標有極顯著影響，泌乳速度對奶牛的生理及其所處環境的變化較為敏感，在建模分析中應予以考慮。