奶牛產后首次發情行為變化規律及影響因素分析

潘予琮，蔣林樹，熊本海

（1.北京農學院動物科學技術學院，奶牛營養學北京市重點實驗室，北京 102206；2.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，北京 100193）

奶牛首次發情被定義為奶牛產犢后的第1 個發情期[1]，首次發情揭發率直接影響奶牛的生產性能和牧場經濟效益。在生產中，奶牛每一次的發情脫配會使胎間距增加18～24 d，并造成奶牛終身產奶量下降[2]。我國多數牧場仍采用傳統的人工觀察法和直腸檢測法進行奶牛的發情監測和配種[3]，盡管一些大型奶牛場配備了發情監測系統，但該系統數據信息未得到充分解讀和應用。同時，由于奶牛個體差異和環境因素影響，發情強度和持續時間差異性較大[4]，使得奶牛發情監測成為影響牧場經濟效益的主要因素。

國內外研究顯示，目前常用的發情監測數字化設備有加速度感應器監測、體溫監測和壓力監測等[5]，主要通過感應端將奶牛發情行為以數字化形式實現實時上傳和監測。Borchers 等[6]應用SCR 設備所得奶牛發情揭發率高達82.8%，Reith 等[7]總結了多種奶牛發情監測設備的應用效果，認為以監測活動量和反芻時間為主的加速度類發情監測設備可以顯著提高發情揭發率。

另有研究表明，奶牛首次發情時伴隨有體溫升高[8]、活動量增加[9]、奶牛爬跨[10]等一系列生理和行為變化，探索這些行為指標的變化規律能夠進行更有效的發情預測，同時季節[11]、胎次[12]、泌乳天數、發情周期階段等因素對奶牛發情期間活動量、反芻時間的影響也受到廣泛關注，但關于奶牛首次發情研究較少。因此，本研究分析了北京延慶某大型奶牛場產后首次發情奶牛發情前后活動量、反芻時間的變化規律及影響因素，以期為優化奶牛發情監測設備數據使用、提高發情揭發率、實現數字化養殖提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 本研究于2018 年7 月—2019 年8 月在北京市延慶區某奶牛養殖場進行。奶牛存欄1 500 頭，其中泌乳牛800 頭，采用散欄飼養，奶牛自由采食和飲水，每個飼養區有足夠的臥床和運動場地，每天07:00、14:00、21:00 各擠奶1 次，08:00、15:00 進行全混合日糧（TMR）飼喂。該牧場采用Dairy Comp 305 牧場智能管理軟件記錄全群奶牛的健康狀況、配種、轉群淘汰等信息，應用阿菲金自動擠奶設備，自動識別牛號和每日產奶量信息，應用SCR 發情監測設備（HR-Tags，SCR Engineers Ltd.，Netanya，Israel）記錄奶?；顒恿?、反芻時間輔助發情監測。

1.2 儀器設備 本實驗采用SCR 頸掛式加速度計步器進行數據采集，該系統包括數據采集器（頸環設備）、數據接收器、SCR 數據處理軟件等設備。頸環通過加速度傳感器感應奶牛運動時頸部的變化測定奶牛活動量，通過聲波感應，分辨奶牛進食和反芻的聲音變化，判定奶牛反芻時間，每隔2 h 由無線接收箱實時記錄奶?；顒訑祿祿鬏數竭B接牛場管理人員計算機的接收單元，每頭牛上傳的原始數據被計算機分析并相比該頭奶牛前14 d 基線數據，得出奶牛發情活動起始時間、活動高峰、活動持續時間，當活動量、反芻時間到達相應閾值時被定義為奶牛發情[13]。

1.3 統計分析 本實驗采集奶牛場DC 305 智能牧場管理系統和SCR 發情監測系統中自2018 年7 月—2019年8 月記錄的所有首次發情奶牛信息，篩選出數據完整且胎次在1～4 胎、日產奶量在10～50 kg/d 的奶牛共315頭，對應數據共20 475 項，包括牛號、發情日期、發情前后10 d 活動量、反芻時間（SCR 發情監測系統每2 h 上傳一次活動量和反芻時間信息，本試驗中選取當天數據的均值進行分析）和日產奶量信息。另外根據文獻資料[14]將3—5 月定義為春季、6—8 月為夏季、9—11 月為秋季、12 月至次年2 月為冬季，將奶牛按泌乳水平分為高產（平均日產奶量≥40 kg）、中產（20 kg ≤平均日產奶量≤40 kg）和低產（20 kg ≤平均日產奶量）[15-16]。

試驗數據采用Excel 2007 和SPSS 21.0 進行處理，結合GLM 混合模型（一種基于最小二乘法對不用樣本量數據進行方差分析的方法）單因變量多因素方差分析法（Univariate）對不同季節、不同胎次和不同泌乳水平母牛首次發情時活動量和反芻時間的變化進行顯著性檢驗。該牧場繁殖報告中發情以獸醫觸摸判定并于12 h后進行人工輸精日期記錄，因此將發情配種當天記為第0 天，并分別向前和向后截取10 天數據進行統計分析。P＜0.05 表示差異顯著，P＜0.01 表示差異極顯著，結果以平均值±標準差表示。

2 結果

2.1 系統發情鑒定檢出率 北京延慶奶牛場常年奶牛存欄量1 500 頭左右，其中成年母牛存欄量900～1 000 頭，均佩戴有SCR 發情監測頸環，2018 年7 月—2019 年8月牧場繁殖記錄中經獸醫觸摸判定為首次發情奶牛共有637 頭，SCR 系統中預警首次發情奶牛共386 頭，實際檢出率為60.6%。

2.2 奶牛首次發情前后的行為變化規律 表1 顯示，奶牛首次發情的-10～-2 d 活動量變化不大，均在157.4 步/h 左右，極顯著低于發情當天活動量水平（平均363.4 步/h）。自-2 d 起活動量出現顯著增加，在發情當天達到最大值，后逐步回落到之前水平；在發情前反芻時間波動不大，平均為504.3 min/d，但在發情當天顯著下降至431.1 min/d，后逐漸回升至發情前水平。

表1 奶牛首次發情前后發情行為變化規律

2.3 不同因素對奶牛首次發情前后活動量的影響 結合圖1 和表2 可知，春、夏、秋、冬四季首次發情奶牛分別占總發情牛數的35.0%、22.6%、14.8% 和27.4%；活動量均在發情前2 d 開始迅速增長并于發情當天達到最大值，其中秋季奶牛首次發情當天活動量最大（平均422.0 步/h），顯著高于春、夏兩季；夏季奶牛發情時活動量最小（平均316.4 步/h）；與發情前活動量相比，秋、冬兩季奶牛首次發情當天活動量分別增加185.0%和151.0%，顯著高于春、夏兩季，其中夏季奶牛發情時活動量變化較春、秋、冬三季更低，為97.2%。

圖1 不同季節對奶牛首次發情活動量變化的影響

結合圖2 和表2 可知，1 胎、2 胎、3 胎、4 胎奶牛首次發情比例分別為41.9%、25.2%、18.7%和14.2%，且在發情當天達到活動量最高值；隨著奶牛胎次的增加，奶牛首次發情當天活動量呈下降趨勢，其中1 胎奶牛發情時活動量最高（平均414.0 步/h），顯著高于3 胎、4 胎奶牛，而4 胎奶?；顒恿孔畹停ㄆ骄?56.2 步/h）；對比奶牛發情當天與發情前活動量變化量，2 胎奶牛首次發情時活動量變化量最大為159%，更便于預測發情。

圖2 不同胎次對奶牛首次發情活動量變化的影響

由圖3 和表2 可見，不同泌乳水平奶牛首次發情時活動量變化趨勢一致，表現為發情當天活動量顯著增加，并于發情活動結束后恢復到發情前水平。經進一步方差分析得出，高產奶牛在發情前期和發情當天的活動量（平均169.2 步/h）和（平均256.6 步/h），均顯著低于中、低產奶牛；且相比之下中產奶牛在發情當天活動量變化量增幅最大，可達101.1%。

圖3 不同泌乳水平對奶牛首次發情活動量變化的影響

2.4 不同因素對奶牛首次發情前后反芻時間的影響 由圖4 和表2 可知，奶牛首次發情前，冬季反芻時間最長（503.0 min/d），夏季反芻時間最短（460.2 min/d），顯著低于春、秋、冬三季；發情當天，反芻時間均達到發情期最低值，其中夏季反芻時間最短，顯著低于其他3 個季節；從變化幅度看秋季奶牛發情時反芻量下降幅度較大，春季變化幅度較小。

圖4 不同季節對奶牛首次發情反芻時間變化的影響

由圖5 和表2 可知，胎次對奶牛首次發情前后反芻時間的影響不顯著，各胎次奶牛發情期間反芻時間變化規律基本一致，其中1 胎奶牛發情時反芻時間的變化幅度達到19.1%，高于2、3、4 胎奶牛，更有助于發情預測的判斷。

由圖6 和表2 可知，奶牛不同泌乳水平對奶牛首次發情前后反芻行為的變化有顯著影響。在發情前期，低產奶牛表現出相對較短的反芻時間，顯著低于高產和中產奶牛；在發情當天，高、中、低產奶牛反芻時間無顯著差異；因此高產奶牛在發情前后反芻時間呈現更大比例的下降。

圖5 不同胎次對奶牛首次發情反芻時間變化的影響

圖6 不同泌乳水平對奶牛首次發情反芻時間變化的影

3 討 論

3.1 奶牛首次發情揭發率 奶牛發情監測設備的使用是為了通過數據分析提高奶牛發情揭發率，尤其是對高產奶牛能量負平衡帶來的發情行為減弱現象有很好的檢出效果。Schweinzer 等[17]應用加速度感應器（SMARTBOW系統）監測579 頭經產奶牛發情狀況，結果顯示該系統的敏感性、特異性、準確率和錯誤率分別為97%、98%、96% 和2%；Burnett 等[18]表示發情設備對奶牛發情預警準確率可達87.8%。本研究中，SCR 系統輔助進行奶牛發情監測揭發率僅有60.6%，這可能是由于養殖環境的差異引起，且本實驗奶牛場仍以傳統觀察法為主，對發情監測設備數據應用水平不高。目前我國還沒有自主知識產權的自動化發情監測系統在生產中推廣應用[19]，對于國外部分產品在我國牧場的應用效果和數據利用仍是一個亟待解決的問題。

3.2 奶牛首次發情前后發情行為變化規律 奶牛發情時，常表現為靜立不安、精神亢奮、爬跨其他母牛，從而引起活動量明顯增加[11]，這些行為指標在設計和研發數字化發情監測產品中起到重要作用。研究表明，奶牛在發情期活動量（＜1 500 步/h）顯著高于間情期奶?；顒恿浚ǎ?00 步/h），且活動量變化受到季節、發情處理方式因素影響顯著[20]。Silper 等[21]采用數字化發情監測設備對57 頭發情期奶?；顒恿窟M行記錄，對比發現，奶牛在發情當天活動量變化是間情期的290%。本研究證明，奶牛首次發情前期活動量基本在150.1 步/h，從-2 d 起，活動量出現顯著上升，并于發情當天達到最大值。另有研究表明，反芻時間同樣作為監測奶牛發情的一個重要指標，由于奶牛首次發情時雌激素水平提高，表現出食欲和采食量下降，從而造成反芻時間的變化[22]。本研究中，奶牛反芻時間在發情-1 d 和發情當天出現顯著下降，這與Pahl 等[23]的研究結果一致。

表2 不同因素對奶牛首次發情行為變化的影響

3.3 季節對首次發情奶牛發情行為的影響 本實驗中春、夏、秋、冬四季中首次發情奶牛分別占總發情牛數的35.0%、22.6%、14.8% 和27.4%，其中春、冬兩季發情數量較多，這與Kumar[24]結果相似。Opsomer[25]表示，冬季奶牛發情比例最高為38%，顯著高于夏季發情奶牛數，其結果可能由于奶牛耐寒不耐熱的生理習性導致。蔣曉新等[26]試驗結果表明，在4 個季節中，秋、冬季泌乳牛發情期間活動量極顯著高于春、夏季，其中夏季活動量最少。這與本實驗中產后首次發情奶牛發情時活動量差異結果一致。此外，本研究還證明，與春、秋、冬三季相比，夏季奶牛首次發情時反芻次數達到最低，為388.1 min/d。Derensis[27]認為造成這種情況的主要原因是環境的溫濕度變化，夏季高溫高濕可能引起奶牛熱應激，從而導致奶牛采食量減少、反芻時間降低，另外熱應激通過下丘腦-垂體-性腺軸作用于性腺，增加促黃體素（LH）降低卵泡發育和發情表現，導致夏季奶牛發情時活動量和反芻時間變化幅度明顯減小。對此，在夏季奶牛的繁殖管理中，應通過調整奶牛日糧結構和改善飼養環境降低奶牛熱應激的產生，同時，優化發情監測設備閾值，提高發情揭發率。

3.4 胎次對首次發情奶牛發情行為的影響 Opsomer[25]對來自2 個牧場689 頭荷斯坦奶牛進行長期產奶量和活動數據的記錄，結果表明，奶牛首次發情時隨胎次的增加，其發情時間與行為變化均顯著降低；奶牛首次發情平均在產后52 d 左右，且首次發情與奶牛胎次存在顯著相關性。另有研究表明，除1、2 胎奶牛發情時活動量變化不顯著，其他胎次之間均有極顯著差異，4 胎及以上奶牛發情活動量相比1 胎奶牛活動量下降34%[28]。本研究發現，在首次發情奶牛中，1 胎奶牛占比超過42%，并且隨著胎次的增加，奶牛首次發情時活動量和活動量變化幅度均呈現逐漸遞減趨勢，反芻時間在奶牛首次發情時雖差異不顯著，但1 胎奶牛反芻時間下降比例為19.1%，高于2、3、4 胎奶牛，該結果與劉江靜等[29]研究結果一致。由此推斷，首次發情奶牛中應更注重頭胎奶牛的繁殖管理。

3.5 不同泌乳水平對首次發情奶牛發情行為的影響 高產奶牛常處于能量負平衡狀態，容易出現發情時間縮短、發情行為不明顯的情況[30]。Schutz[31]研究表明，奶牛反芻時間與產奶量存在正相關關系。另有研究證明，奶牛發情前期與發情當天相比反芻時間有顯著下降，但產奶量無顯著變化[32]。本實驗結果顯示，奶牛首次發情前期，中、低產奶牛的活動量平均為199.1 步/h 和198.3 步/h，顯著高于高產奶牛（169.2 步/h），發情當天各泌乳水平奶?；顒恿烤性鲩L，其中中產奶牛活動量變化幅度更大；相比反芻時間，在發情前期，低產奶牛的反芻時間最少，顯著低于高、中產奶牛，但發情當天反芻時間差異不顯著。分析結果的差異性可能與奶牛采食量及營養水平有關，且奶牛發情時激素水平可能導致采食量下降[33]，對此在高產奶牛產后管理中，要增加能量飼料的攝入，提高推料次數，以保證奶牛的采食量。

4 結 論

本研究發現，奶牛在首次發情當天活動量出現極顯著增加，反芻時間顯著下降；季節、胎次、產奶量對奶牛發情行為有不同程度的影響，春、冬兩季是奶牛發情高峰期，而頭胎奶牛發情時行為變化程度更顯著，在奶牛首次發情時應特別注意。以上結果為準確、高效地利用數字化發情監測設備在生產中的應用提供了參考。