荷斯坦牛采食時間的群體特征及其影響因素分析

黃越川，竹 磊，王 磊，張海亮，郭 剛，王 炎，黃錫霞，王雅春

(1.新疆農業大學動物科學學院，烏魯木齊 830052；2.中國農業大學動物科學技術學院，北京 100193；3.北京首農畜牧發展有限公司，北京 100029)

采食是動物最基本的能力，也是動物獲取營養物質的唯一途徑。適宜的采食行為是動物生長發育和高效發揮生產性能的基礎，正常的采食行為也是判斷動物健康狀況的重要依據。奶牛的日常采食行為是保障生產的一項重要行為，也是奶牛日?；顒又械闹饕M成部分，采食時間對奶牛的采食量有顯著影響[1]，充足的采食量保障了奶牛日常的營養攝入，決定了奶牛各生理階段的產奶量、乳品質、健康狀況等指標[2-4]。因此，研究采食時間能夠進一步探索奶牛的采食行為變化規律，從而更加全面地管理牛群，并及時掌握、預測牛群的生理狀態以及生產情況。

作為每天活動的主要組成部分，采食行為決定著奶牛的其他行為(如反芻、飲水、排泄等活動)的發生[5]，因此每日的采食時間與活動量、反芻時間等行為存在密切關系。研究發現，奶牛的活動量受環境、胎次、疾病及飼養管理等因素的影響[6]，采食時間同樣可能受到上述因素的影響，其中環境溫度對奶牛采食時間影響較大[7-9]。此外，采食時間還與飼料品質、能量水平、個體遺傳背景等有關，如飼喂能量水平較高的飼糧會顯著降低采食時間[10-12]。此前的研究中，獲取大規模群體的采食時間數據存在較大的困難。隨著傳感技術和電子信息技術的快速發展，借助完善的設備可以較為準確地監測奶牛每日的采食、反芻等行為[13-14]，大規模收集奶牛個體水平的活動量、反芻時間、采食時間及喘息時間等成為了現實，利用上述指標進行奶牛行為特征、生理狀況、冷熱應激及疾病等研究等具有重要意義[6,15-16]。

目前，奶牛采食時間在整個泌乳期的變化規律尚不明確，對奶牛日采食時間影響因素的相關研究也鮮有報道。為初步探索奶牛日采食時間的群體規律，本研究收集整理了北京地區某規?；翀龊伤固古５牟墒硶r間記錄，旨在探究奶牛采食時間在整個泌乳期的變化規律并進行影響因素分析，為日采食時間的遺傳分析奠定基礎，同時為牧場利用采食時間對牛群進行精準管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗群體

收集整理2019年7月至2021年3月北京地區某規?；翀? 166頭荷斯坦泌乳牛的采食時間、泌乳階段、胎次及環境溫濕度等記錄。該試驗牧場每日于07:00-10:00、14:00-17:00和21:00-24:00分別擠奶3次，各牛群按順序擠奶，每個牛舍一般在各班次擠奶前30 min完成投料，在投料前料槽部分區域可能存在空槽時段。試驗牧場分為東區、西區兩個場區，兩個場區間飼養管理方式基本相同，采用全混合飼糧(TMR)進行飼喂，自由飲水，但在畜舍結構和人員組成上存在部分差異，東區畜舍通風條件相對較好。

1.2 數據測定

1.2.1 采食時間記錄 本研究利用HR-LDn無線項圈(SCR公司)對1 166頭荷斯坦牛的日采食時間進行連續監測，該類型項圈利用三軸MEMS(微機電系技術)加速度計識別，每頭試驗牛每個泌乳期內只使用1種項圈進行監測。獲得的采食時間記錄為原始采食時間(每小時記錄1次)，將每頭牛每日原始采食時間記錄相加得到日采食時間數據。

1.2.2 溫濕度指數 使用溫濕度自動記錄儀(179-TH，愛普瑞公司)分別記錄試驗牧場的環境溫度和濕度，記錄頻率為每2 h 1次，并根據如下公式計算環境溫濕度指數(temperature and humidity index,THI)[17]:

THI=0.81×AT+[RH×(0.99AT-14.3)]+46.3

式中，AT為環境溫度，RH為相對濕度。后續分析中將使用日采食時間及其所對應的日平均THI。

1.3 數據整理

共獲得5 100 655條原始采食時間記錄(每小時1次)，根據原始記錄計算日采食時間(24 h 1次)，分別對原始采食時間和日采食時間進行質控，剔除原始采食時間記錄不足24條的試驗牛數據；剔除日采食時間數據中低于2.5%分位點及高于97.5%分位點數據，避免出現過高或過低的異常值；剔除缺失胎次、泌乳階段等信息的采食時間記錄，最終得到1 166頭試驗牛的原始采食時間記錄1 923 863條，日采食時間記錄80 617條。

根據泌乳天數將泌乳階段分為4個水平，分別為圍產后期(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]；將胎次劃分為3個水平，分別為1胎、2胎和3胎及以上；將測定年份劃分為兩個水平，分別為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)；將測定季節劃分為4個水平，分別為春季(3-5月)、夏季(6-8月)、秋季(9-11月)和冬季(12月-次年2月)；場區劃分為2個水平，分別為東區和西區。

1.4 統計分析

使用SAS 9.2軟件的Mixed過程分析胎次、泌乳階段、測定季節、測定年份、場區類型和個體隨機效應對日采食時間的影響，采用Bonferronit檢驗進行多重比較，以P<0.05為差異顯著，分析模型如下：

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

式中，Yijklmn，日采食時間；μ，總體平均值；lactationi，泌乳階段；parityj，胎次；yeark，測定年份；seasonl，測定季節；ftm，場區；IDijklmn，個體隨機效應；eijklmn，隨機殘差。

2 結 果

2.1 荷斯坦牛日采食時間描述性統計

荷斯坦牛原始采食時間和日采食時間的描述性統計見表1。

表1 荷斯坦牛原始采食時間和日采食時間描述性統計Table 1 The discriptive statistics of original eating time and daily eating time in Holstein cows

由圖1可知，試驗牧場的日平均THI在試驗期間呈現周期性變化，春、夏季較高，秋、冬季較低，最高值為82，最低值為26；而荷斯坦牛日采食時間隨著時間推移呈現出與THI相反的變化趨勢。當THI較高時，日采食時間較低，并隨THI的繼續升高而持續下降；當THI降低時，日采食時間呈上升趨勢，當THI低于60時，日采食時間相對維持穩定。

圖1 荷斯坦牛日采食時間與THI的變化趨勢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時間隨環境THI的變化趨勢見圖2，隨著環境THI的增加，荷斯坦牛日平均采食時間總體呈現先維持穩定，后逐漸下降的趨勢。當THI<66時，各胎次牛的采食時間均維持較高水平；當THI為66時，1胎牛的采食時間達到最高值，為255.26 min/d，分別與該THI下2胎牛和3胎及以上奶牛的采食時間相差14.10和35.26 min/d。當環境THI>66后，日平均采食時間開始出現明顯下降趨勢，與THI為66相比，各胎次奶牛在THI為81時的采食時間分別下降為62.26(1胎)、66.59(2胎)和80.95 min/d(3胎及以上)。

圖2 不同胎次荷斯坦牛日平均采食時間隨THI的變化趨勢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日內原始采食時間描述性統計

由圖3可知，不同季節荷斯坦牛原始采食時間在夏季時較低，春、秋、冬三季相對較高。冬季時，奶牛1日內的采食高峰分別為08:00、15:00、22:00，原始采食時間最高值在22:00出現，為16.74 min/h；春秋季1日內采食時間的最高值分別達16.33和17.51 min/h，其中春季奶牛的采食時間高峰與冬季相同，秋季在夜間的采食高峰提前了1 h。夏季時，奶牛只有在08:00時采食時間較長，可達到16.64 min/h，其余采食時間均低于14 min/h。

不同胎次荷斯坦牛原始采食時間在1日內的變化規律見圖4，1日內原始采食時間總體上隨胎次增加而降低。其中，1胎和2胎奶牛均在08:00原始采食時間最高，分別達到17.98和16.63 min/h，此外在07:00-09:00、14:00-16:00、21:00-22:00原始采食時間較高，均大于14 min/h。3胎及以上奶牛的采食時間最高值為16.57 min/h，但下午和晚上采食高峰出現的時間晚于1胎牛，且其1日內的大多數時段的原始采食時間均低于1胎和2胎牛。

圖3 荷斯坦牛不同季節原始采食時間在1日內各時段的變化規律Fig.3 The trend of the original eating time of Holstein cows within one day in different seasons

圖4 不同胎次荷斯坦牛原始采食時間1日內各時段的變化規律Fig.4 The trend of the original eating time of Holstein cows under different parities within one day

不同泌乳階段荷斯坦牛原始采食時間在1日內的變化規律見圖5。與其他泌乳階段相比，圍產后期的奶牛采食行為更加集中，僅在07:00、14:00、21:00采食時間較高，其余時段均低于12 min/h；泌乳前期奶牛在21:00采食時間最高，為16.42 min/h；泌乳中期牛采食高峰通常晚于泌乳前期牛約1 h，且其高峰時段14:00-16:00時采食持續時間更長；泌乳后期奶牛在1日內的采食時間總體上低于泌乳前期、中期奶牛，僅在08:00、15:00采食時間達15 min/h以上。

圖5 不同泌乳階段荷斯坦牛原始采食時間1日內各時段的變化規律Fig.5 The trend of the original eating time of Holstein cows under different lactations within one day

2.3 非遺傳因素對荷斯坦牛日采食時間的影響

線性混合模型分析結果顯示，季節、胎次、場區、泌乳階段和測定年份對荷斯坦牛日采食時間均有極顯著的影響(P<0.01)，各因素不同水平最小二乘均值及多重比較結果見表2。

荷斯坦牛日采食時間在不同季節存在顯著差異，其中采食時間在春季最高，且極顯著高于夏、秋、冬3季(P<0.05)，夏季高溫天氣下采食時間顯著低于其他季節；日采食時間隨胎次的增加總體呈下降趨勢，各胎次間存在顯著差異(P<0.05)，1胎牛最高，顯著高于2胎和3胎及以上的奶牛。不同泌乳階段奶牛的日采食時間差異顯著(P<0.05)，總體上隨著泌乳階段呈先增后減的趨勢，泌乳中期最高，且與泌乳前期和泌乳后期均存在顯著差異(P<0.05)；圍產期奶牛采食時間顯著低于其余泌乳階段，最大差值為36.06 min/d。此外，東區奶牛日采食時間顯著高于西區(P<0.05)。奶牛采食時間在不同年份間也存在差異，2019-2020年度顯著高于2020-2021年度(P<0.05)。

表2 各因素對荷斯坦母牛日采食時間的影響Table 2 Effects of various factors on the daily eating time in Holstein cows

3 討 論

本試驗中，荷斯坦牛的原始采食時間和日采食時間受牧場飼喂管理和環境溫濕度的影響較大。奶牛是耐寒怕熱的動物[18]，高溫高濕度環境容易讓奶牛產生熱應激，進而影響正常的采食行為。THI是衡量奶牛熱應激發生情況的環境指標，本研究發現，隨著THI的變化，奶牛的采食時間呈現出一定的變化規律，與THI的變化恰好呈現相反的趨勢。Ibrahim等[7]研究發現，在夏季露天環境養殖的高產奶牛在溫度較低(如早晨06:00)時采食時間最高，當14:00氣溫升至40.17 ℃時，采食時間降低了35.22%；Brscic等[8]對集約化飼養的肉牛采食時間進行研究發現，THI分別處于<72、72～78、>78環境中的肉牛日采食時間存在差異，00:00-08:00采食時間隨THI增加呈降低趨勢；THI<72時，肉牛的采食時間顯著高于THI>78環境中的牛。這些研究結果均說明環境溫濕度能顯著影響牛的采食行為，與本試驗結果相同。

季節對采食時間也有顯著影響，Zyunji等[9]對日本和牛6—10月采食時間進行觀測發現，在7—8月溫度超過30 ℃時，和牛的日平均采食時間較低，最低達201.6 min/d，當10月溫度降低至23 ℃左右時，其日平均采食時間高達327.5 min，提高了62.45%。黃峰等[19]針對泌乳牛的研究發現，冬季泌乳牛日平均干物質采食量為18.66 kg，夏季為13.70 kg；冬季日平均粗蛋白質采食量為2.95 kg，夏季為2.19 kg；冬季日平均有機物采食量為17.25 kg，夏季為12.68 kg，奶牛在冬季的采食量高于夏季，這一變化趨勢也與本研究中采食時間的變化規律相符。此外，有研究認為奶?？赡苡捎诶鋺ざ霈F采食量增加而消化率降低的情況[20]，在環境溫度為-20 ℃時，奶牛的采食量比10～20 ℃時高約35%，當環境溫度>27 ℃時，奶牛采食量開始下降[21]，本試驗中奶牛在冬季較寒冷時期采食時間高于夏秋季節，與上述研究結果相近。但是本試驗中冬季采食時間低于春季，可能是由于上述研究極端低溫環境條件為-20 ℃，而本試驗牧場所在的北京地區極端低溫天氣較少，一年中低于-5 ℃的天氣約為60 d，且奶牛的低溫臨界溫度最低可達-26.7 ℃[22]，因此，本試驗牧場外部低溫環境造成的冷應激相對較弱[23]；此外，該試驗場規模適中，奶?；顒臃秶鄬^小，此前也有研究表明，北京地區奶牛在冬季的活動量較少，反芻時間延長[6,15]，由于能量的消耗減少而影響了采食行為[11,24]，以上兩點可能是導致本試驗中奶牛冬季采食時間并未顯著高于春季的主要原因。

本試驗中，荷斯坦牛1日內原始采食時間高峰出現在07:00-09:00、14:00-16:00和20:00-22:00時段內，在00:00-06:00時段采食時間最低，這與試驗牧場的投料、擠奶時間高度吻合，表明舍飼奶牛主要在牧場投料的時段采食，其采食時間受牧場飼養管理的影響較大，牧場可以根據管理需求改變投料時間以微調奶牛采食行為；此外，2020年5月和2020年9月出現日平均采食時間在1日內急劇下降又快速恢復的現象，可能是由于受到牧場集中開展防疫工作的影響，同樣表明了牧場日常管理對奶牛采食行為的重要影響。還有研究發現，在每日擠奶3次的牛群中，奶牛在1日內的活動量同樣存在3個高峰，并與牛群投料與擠奶時間相對應[15,25]，奶牛夜間采食時間較低的現象也與鄢新義等[6]發現奶牛夜間反芻時間較高相對應。綜合本試驗結果，奶牛采食時間高峰與奶?；顒恿康母叻鍟r段重合，表明采食是奶牛日?；顒拥闹饕M成部分，通過監控奶?；顒恿颗c采食時間能夠反映奶牛的采食行為是否正常。此外，奶牛夜間采食時間短且夜間活動量低，主要進行反芻,符合奶牛正常作息行為[15]。

本試驗中泌乳階段和胎次對荷斯坦牛日平均采食時間皆有顯著影響，低胎次且處于泌乳高峰期的奶牛日平均采食時間相對較高。Ben等[26]對不同泌乳天數奶牛日平均采食時間的研究發現，泌乳天數為30～90和90～180 d的奶牛日采食時間相近，約為220 min，但與泌乳天數為180～270 d的奶牛日平均采食時間有較大差異，差值約為20 min，這與本研究結果相似。王曉鵬[27]也發現，盡管初產牛與經產牛在泌乳前期和中期采食時間規律存在一定差異，但是初產牛同樣呈現泌乳前期采食時間高于泌乳中期采食時間的規律。本試驗中，圍產期奶牛采食時間較低，Hut等[28]分別監測了分娩前后4周奶牛的采食時間，同樣發現圍產期奶牛采食時間較低，且進一步發現產后采食時間逐漸增加，并在產后第3～4周趨于穩定。此外，有研究也發現了奶牛在泌乳開始至高峰期日平均采食時間持續增長的規律[29-30]。張吉鹍等[31]研究發現，不同生產水平的奶牛采食量也存在顯著差異，高產牛明顯高于低產牛，這可能是因為泌乳行為會影響奶牛的食欲，能夠刺激奶牛采食[4-5,10]，因此泌乳后期產奶量下降導致日采食時間減少。最后，本試驗結果表明奶牛日平均采食時間隨胎次增加而降低，Hut等[28]研究發現，分娩后初產奶牛的日平均采食時間可增加至5.75 h，而經產奶牛只增加至5 h，并且初產牛與經產牛的采食時間在泌乳期間同樣存在顯著差異，與本研究結果相同；王曉鵬[27]同樣發現經產高產牛的采食頻率和采食時間均低于頭胎高產牛；Azizi等[32]研究發現泌乳前期初產牛比經產牛的日采食時間提高約40 min。這幾項研究結果說明胎次對奶牛日平均采食時間有顯著影響，低胎次奶牛的日平均采食時間高于高胎次奶牛。

本試驗中，在東區的荷斯坦牛日平均采食時間顯著高于西區，由于不同場區采用相似的飼養管理方式以及相同的飼糧配方，因此推斷兩個場區的差異主要由環境因素決定，而冬季低溫天氣對試驗場奶牛的采食時間并無顯著影響，故本試驗中場區間差異產生的主要原因應為夏季兩個場區不同的熱應激管理，通風良好、設備精良的東區更加有效地緩解了熱應激發生。Takuji等[33]研究發現，夏季溫度較高時，在牛舍內飼養的和牛，其采食時間平均為345 min/d，顯著高于無遮陰圍欄飼養的和牛，差值達115 min/d，同樣說明了熱應激管理的重要性。由此可見，夏季高溫天氣下及時的熱應激管理措施能夠有效促進采食。因此，在夏季高溫天氣下應盡量使畜舍處于通風良好、環境溫濕度適宜的飼養條件下，從而提高奶牛的采食時間。

基于項圈自動記錄的采食時間記錄可以用于對奶牛采食行為的初步探究。然而，奶牛的采食行為是一個非常復雜的過程，飼糧的組成和性質、奶牛的性情等都會影響奶牛采食行為。隨著智能化視覺設備的開發應用，通過收集奶牛的采食口數、吞咽速度、位移距離和采食量等數據可以對奶牛的采食行為進行更加全面和深入的剖析。

4 結 論

本研究發現，北京地區荷斯坦泌乳母牛日平均采食時間為(224.43±60.24) min，原始采食時間平均值為(9.41±4.67) min/h。THI、季節、胎次、泌乳階段和場區類型等均能顯著影響荷斯坦牛的日采食時間，奶牛日采食時間與其所處的生理狀態和環境因素關系密切。本研究為奶牛采食時間的遺傳分析奠定了基礎，也為規?；翀隼貌墒硶r間記錄提高管理水平提供了有用信息。