基于側(cè)臥時(shí)間評(píng)估荷斯坦牛疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)

王 磊，羅漢鵬，張海亮，竹 磊，安 濤，馬龍剛，寧景揚(yáng)，王 炎，郭 剛，黃錫霞，王雅春*

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部動(dòng)物遺傳育種與繁殖（家畜）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，畜禽育種國家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；3.北京首農(nóng)畜牧發(fā)展有限公司，北京 100176）

現(xiàn)如今國內(nèi)奶牛養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；潭入m然不斷提高，但過程中許多問題也隨之暴露，嚴(yán)重影響著我國奶業(yè)的健康發(fā)展。由于許多牧場(chǎng)管理者缺乏科學(xué)養(yǎng)殖的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，牧場(chǎng)存在著如飼養(yǎng)管理水平較差、對(duì)整個(gè)牛場(chǎng)布局和牛舍環(huán)境管控不到位以及疾病的防控診斷和治療不及時(shí)等問題，這些問題都會(huì)導(dǎo)致奶牛疾病發(fā)病率增加，嚴(yán)重影響著奶牛福利、生產(chǎn)效率以及牧場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益?？v觀世界奶業(yè)發(fā)展，奶牛疾病給牧場(chǎng)帶來的經(jīng)濟(jì)損失是全球奶牛養(yǎng)殖共同面臨的問題。Kelton等曾對(duì)加拿大的常見奶牛非傳染性疾病進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患病牛較沒有患病的牛每個(gè)泌乳期需額外花費(fèi)39～340美元。我國每年因疾病造成患病牛在每個(gè)泌乳期產(chǎn)奶量損失20%～30%，同時(shí)也對(duì)牛奶品質(zhì)以及營養(yǎng)價(jià)值產(chǎn)生不同程度的影響，同時(shí)若患病牛診斷和治療太晚、錯(cuò)過最佳治療時(shí)期而造成的過早淘汰也將會(huì)給奶農(nóng)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

當(dāng)前，隨著國內(nèi)養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，“防大于治”已然成為牧場(chǎng)管理的重要原則，各類疾病預(yù)警系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)設(shè)備得以開發(fā)，由此提供了基于奶牛的個(gè)體行為記錄來提升規(guī)?；翀?chǎng)的管理效率的新思路。在一天內(nèi)，成年奶?？僧a(chǎn)生包括反芻、側(cè)臥、采食、呼吸和活動(dòng)等在內(nèi)的眾多行為。曾有研究者指出，奶牛處于蹄病狀態(tài)下較修蹄之后，其脖頸活動(dòng)次數(shù)大幅增加，由389次/d提升至4 488次/d（脖頸活動(dòng)次數(shù)由脖頸計(jì)步器記錄）。Edwards曾利用產(chǎn)奶量和活動(dòng)量的變化規(guī)律預(yù)測(cè)新產(chǎn)牛產(chǎn)后是否發(fā)生疾病，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用以上2項(xiàng)數(shù)據(jù)可以提前預(yù)測(cè)新產(chǎn)牛的消化障礙；同樣，Talukder曾發(fā)現(xiàn)奶?；顒?dòng)量和產(chǎn)奶量在發(fā)病前期均有少量減少。

奶牛的側(cè)臥時(shí)間是一類重要的行為數(shù)據(jù)，關(guān)于奶牛側(cè)臥行為，來自瑞典農(nóng)業(yè)科學(xué)大學(xué)的Anne-Mari Forsberg曾將其簡單的定義為奶牛在躺臥時(shí)重心偏移為右側(cè)或左側(cè)的表現(xiàn)，通?？梢允褂糜?jì)步器和項(xiàng)圈等自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，國內(nèi)外鮮有通過奶牛自身側(cè)臥行為來預(yù)測(cè)疾病的研究，故本研究旨在探究影響荷斯坦牛側(cè)臥時(shí)間的主要因素，并通過荷斯坦牛個(gè)體的側(cè)臥時(shí)間記錄評(píng)估個(gè)體的疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，為牧場(chǎng)管理者提供預(yù)防奶牛個(gè)體疾病發(fā)生的高效方法。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源 本研究收集了北京市某規(guī)模化荷斯坦牛場(chǎng)的2018年4月至2019年6月共計(jì)485頭荷斯坦牛的側(cè)臥時(shí)間記錄以及2018年4月至2019年6月該場(chǎng)的泌乳牛個(gè)體疾病記錄，疾病記錄中包含著患病牛只的牛號(hào)、患病時(shí)間及具體患何種疾病等基礎(chǔ)信息。同時(shí)，收集了所有涉及實(shí)驗(yàn)的牛只的牛號(hào)、胎次以及測(cè)定當(dāng)日的THI等相關(guān)信息。

1.2 數(shù)據(jù)測(cè)定

1.2.1 側(cè)臥行為監(jiān)測(cè) 本研究利用HR-LDn（利用三軸MEMS加速度計(jì)識(shí)別）項(xiàng)圈（安樂福SCR，以色列）將奶牛的重心偏向一側(cè)，所有的腿部均是伸展?fàn)顟B(tài)且頭部接觸到地面定義為側(cè)臥行為。之后，對(duì)奶牛的側(cè)臥行為進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，識(shí)別并記錄側(cè)臥時(shí)間，記錄間隔為1次/min。

圖1 奶牛側(cè)臥行為

1.2.2 環(huán)境溫濕度 本研究中，使用電子溫濕度計(jì)測(cè)定場(chǎng)的環(huán)境溫濕度，記錄間隔為2次/h，并利用每日均值計(jì)算溫濕度指數(shù)（Temperature and Humidity Index，THI），公式如下：

式中，T為環(huán)境溫度（℃），RH為相對(duì)濕度（%）。

1.3 數(shù)據(jù)整理

1.3.1 疾病記錄整理 根據(jù)所收集牧場(chǎng)牛只個(gè)體疾病記錄的實(shí)際情況，首先剔除疾病記錄中缺少患病具體時(shí)間、缺少患病牛牛號(hào)以及患病后被淘汰的牛只的記錄；其次，因本次收集側(cè)臥時(shí)間的牛只均為泌乳牛，故剔除犢牛以及干奶牛的疾病記錄。

因?qū)嶋H疾病記錄中各疾病分類下數(shù)據(jù)分布不均且差距較大，故本次實(shí)驗(yàn)對(duì)所出現(xiàn)的疾病不進(jìn)行分類研究，經(jīng)剔除無效的疾病記錄后，保留有效疾病記錄3 028條，包括牛只ID（牛號(hào)）、患病年、患病月及患病名稱。

1.3.2 側(cè)臥時(shí)間及其他記錄的整理 將每頭牛的側(cè)臥時(shí)間記錄按測(cè)定日期進(jìn)行求和，獲得個(gè)體的日側(cè)臥時(shí)間，單位為min/d。根據(jù)牧場(chǎng)的牛群基礎(chǔ)信息記錄，將胎次、泌乳月及THI信息按“牛號(hào)-年-月-日”匹配填充到側(cè)臥時(shí)間記錄中，保存數(shù)據(jù)集記為數(shù)據(jù)集Ⅰ以作后續(xù)描述性統(tǒng)計(jì)分析。

對(duì)數(shù)據(jù)整體分布分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)牛只日側(cè)臥時(shí)間主要集中在20 min以下，而大于20 min以上以及大于3倍標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù)量較少，為保證本次實(shí)驗(yàn)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性，故將側(cè)臥時(shí)間的3倍標(biāo)準(zhǔn)差（3SD）作為數(shù)據(jù)的最大值，將大于3SD的數(shù)據(jù)記錄置為3SD。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的研究目的，考慮到牛只一旦患病將存在一定的時(shí)長效應(yīng)，故而對(duì)側(cè)臥時(shí)間記錄進(jìn)行按“牛號(hào)-年-月”去重，側(cè)臥時(shí)間取月均值。經(jīng)上述整理得到485頭荷斯坦牛2018年4月到2019年6月累計(jì)3 045條的側(cè)臥時(shí)間記錄，將整理得到的疾病記錄按“牛號(hào)-年-月”匹配填充到側(cè)臥時(shí)間記錄，因不考慮疾病的分類，故定義牛只個(gè)體患病情況，患病為“1”，沒患病為“0”，保存數(shù)據(jù)集記為數(shù)據(jù)集II作后續(xù)LOGISTIC分析。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 利用SAS（9.2版本）軟件的LOGISTIC過程，使用模型I對(duì)實(shí)驗(yàn)牛只疾病發(fā)病情況進(jìn)行Logistic回歸分析，同時(shí)采用Wald檢驗(yàn)判斷模型中各個(gè)因素對(duì)疾病發(fā)病情況是否有顯著性影響，各因素對(duì)疾病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的影響用OR（Odds Ratio）值表示，顯著水平=0.05。

式中，p為試驗(yàn)牛某類疾病發(fā)生的概率；Season為季節(jié)效應(yīng)；Parity為胎次效應(yīng)；Time為側(cè)臥時(shí)間效應(yīng)；、以及為各效應(yīng)的回歸系數(shù)，為截距。

本研究中，根據(jù)北京氣象局公布的北京全年季節(jié)劃分標(biāo)準(zhǔn)，將側(cè)臥時(shí)間中側(cè)臥時(shí)間測(cè)定月的3、4、5月劃分為春季，6、7、8月劃分為夏季，9，10，11月劃分為秋季以及12、1、2月劃分為冬季；為保證各胎次個(gè)體數(shù)目大致相同，將胎次劃分為3個(gè)水平，分別為1胎、2胎和3胎及以上；將THI劃分為6個(gè)水平，分別40以下、41～68、69～72、73～76、77～80以及80以上等6個(gè)水平；根據(jù)側(cè)臥時(shí)間數(shù)據(jù)量的分布情況，將日側(cè)臥時(shí)間劃為4個(gè)水平，5 min以下、6～10 min、11～20 min以及大于20 min。泌乳階段劃分為：泌乳前期（<100 d），泌乳中期（100～200 d）以及泌乳后期（>200 d）。

2 結(jié)果

2.1 荷斯坦牛側(cè)臥時(shí)間的描述性統(tǒng)計(jì) 荷斯坦牛側(cè)臥時(shí)間的頻數(shù)分布如圖2所示，荷斯坦牛休息時(shí)間數(shù)據(jù)呈現(xiàn)左偏態(tài)分布。描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示，均值為11.31 min/d，范圍為1.00～872.00 min/d。每日側(cè)臥時(shí)間在5 min以下的數(shù)據(jù)比例為46.5%。

表1 不同胎次荷斯坦牛休息時(shí)間的描述性統(tǒng)計(jì)

圖2 荷斯坦牛側(cè)臥時(shí)間頻數(shù)分布直方圖

2.2 季節(jié)對(duì)荷斯坦牛側(cè)臥時(shí)間的影響 不同胎次荷斯坦牛側(cè)臥時(shí)間隨季節(jié)變化規(guī)律如圖3所示，側(cè)臥時(shí)間隨季節(jié)（春、夏、秋、冬）呈先下降后上升的趨勢(shì)，秋季最短，均值為8.9 min/d；春季最長，均值為18.3 min/d。不同胎次側(cè)臥時(shí)間隨季節(jié)變化規(guī)律基本一致，但1胎側(cè)臥時(shí)間在4個(gè)季節(jié)均高于其他胎次。

圖3 不同胎次的荷斯坦牛側(cè)臥時(shí)間隨季節(jié)變化規(guī)律

2.3 THI對(duì)荷斯坦牛側(cè)臥時(shí)間的影響 不同胎次荷斯坦牛側(cè)臥時(shí)間隨THI變化規(guī)律如圖4所示，當(dāng)THI<72時(shí)，側(cè)臥時(shí)間隨THI增加而增加；當(dāng)THI>72時(shí)，側(cè)臥時(shí)間隨THI增加而減少。THI范圍在69～72時(shí)，休息時(shí)間最長，THI大于80時(shí)，休息時(shí)間最短。不同胎次下側(cè)臥時(shí)間隨THI變化規(guī)律基本一致。

圖4 不同胎次荷斯坦牛休息時(shí)間隨THI變化規(guī)律

2.4 泌乳階段對(duì)荷斯坦牛側(cè)臥時(shí)間的影響 不同胎次荷斯坦牛側(cè)臥時(shí)間隨泌乳月變化規(guī)律如圖5所示，側(cè)臥時(shí)間隨泌乳月增加呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)；當(dāng)泌乳階段到7月時(shí)，側(cè)臥時(shí)間最短，10月時(shí)，側(cè)臥時(shí)間最長。不同胎次下側(cè)臥時(shí)間隨泌乳月的變化規(guī)律基本一致。

圖5 不同胎次荷斯坦牛休息時(shí)間隨泌乳月的變化規(guī)律

2.5 不同季節(jié)、胎次、泌乳階段以及側(cè)臥時(shí)間對(duì)荷斯坦?；疾★L(fēng)險(xiǎn)的分析 Logistic 回歸結(jié)果如表2所示，不同季節(jié)、胎次以及泌乳階段間荷斯坦牛的患病率無顯著差異。結(jié)果表明，春季的患病風(fēng)險(xiǎn)是秋季的1.062倍；夏季的患病風(fēng)險(xiǎn)是秋季的1.019倍；而冬季的患病風(fēng)險(xiǎn)是秋季的1.220倍，患病風(fēng)險(xiǎn)較高；1胎牛的患病風(fēng)險(xiǎn)是3胎及3胎以上的1.07倍，2胎牛的患病風(fēng)險(xiǎn)是3胎及3胎以上的1.02倍，應(yīng)注意對(duì)新產(chǎn)牛的觀察與飼養(yǎng)管理；處在泌乳早期牛只的患病風(fēng)險(xiǎn)是泌乳中期牛只的1.36倍，泌乳末期牛只的患病風(fēng)險(xiǎn)是泌乳中期牛只的1.33倍。如圖6所示，隨著側(cè)臥時(shí)間的增加荷斯坦牛的患病率逐漸增加。Wald檢驗(yàn)結(jié)果表明，側(cè)臥時(shí)間大于20 min的荷斯坦?；疾÷蕵O顯著高于側(cè)臥時(shí)間5 min以下的荷斯坦牛，且發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)是后者的2.97倍；側(cè)臥時(shí)間在6～10 min以及11～20 min的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)分別是側(cè)臥時(shí)間在5 min以下的荷斯坦牛的1.19倍和1.03倍。

表2 側(cè)臥時(shí)間、胎次、泌乳階段以及季節(jié)對(duì)荷斯坦牛發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的影響

圖6 不同側(cè)臥時(shí)間分類下的疾病率變化情況

3 討 論

3.1 不同季節(jié)對(duì)荷斯坦牛患病率及側(cè)臥時(shí)間的影響 本研究結(jié)果表明，荷斯坦牛的患病率及側(cè)臥時(shí)間均在春季達(dá)最高，其次是冬季、夏季、秋季，兩者變化趨勢(shì)相同。有研究表明，季節(jié)對(duì)奶牛的患病有較大影響。趙俊亮等人曾對(duì)新疆地區(qū)的奶牛健康狀況影響因素分析，發(fā)現(xiàn)冬春兩季相對(duì)發(fā)病頭次數(shù)高，這與本研究結(jié)果相同。另有研究表明，春、秋兩季牛乳中體細(xì)胞數(shù)較高，且乳房類疾病高發(fā)，原因可能是春、秋兩季適宜環(huán)境為有關(guān)細(xì)菌的生存和繁殖提供了有利條件。據(jù)北京氣象局發(fā)布的北京氣候信息顯示，北京的春季氣溫范圍為3～16℃。Ngwabie等人曾指出當(dāng)室外溫度在5～20℃時(shí)，奶牛的活動(dòng)量隨著溫度上升而減少，休息時(shí)間相應(yīng)增加；在夏季環(huán)境THI大于68時(shí)，奶牛會(huì)遭受嚴(yán)重的熱應(yīng)激；此時(shí)，奶牛的站立和行走行為會(huì)明顯增多，最終導(dǎo)致奶牛的活動(dòng)量增大。奶牛的活動(dòng)量會(huì)隨THI的增加而增多，并且熱應(yīng)激的持續(xù)時(shí)間越長，這種相關(guān)關(guān)系就越強(qiáng)。北京地區(qū)夏季炎熱，奶牛易出現(xiàn)熱應(yīng)激，羅漢鵬等人曾對(duì)北京地區(qū)奶牛處于熱應(yīng)激下的生理表現(xiàn)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)熱應(yīng)激下奶牛生理行為變化加劇；Kanjanapruthipong等人曾發(fā)現(xiàn)奶牛處于熱應(yīng)激狀態(tài)下，躺臥時(shí)間減少，生產(chǎn)性能下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致奶牛死亡，這與本研究結(jié)果一致。在寒冷天氣下，隨著最低溫度的上升，奶?；顒?dòng)量會(huì)隨之減少，其休息時(shí)間相應(yīng)增加，與本研究結(jié)果相同。

3.2 不同胎次荷斯坦?；疾÷始皞?cè)臥時(shí)間的差異 荷斯坦牛的患病率及側(cè)臥時(shí)間均隨著胎次的增加而呈下降趨勢(shì)，兩者變化趨勢(shì)相同。史良玉等人曾發(fā)現(xiàn)不同胎次間奶牛疾病的發(fā)生存在顯著差異。趙俊亮等人曾對(duì)新疆地區(qū)的奶牛健康狀況影響因素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)1胎次奶牛的相對(duì)發(fā)病頭次數(shù)最高，且隨著胎次的升高各類疾病的患病率都呈下降趨勢(shì)，這與本研究結(jié)果相同。李玉娟等人曾對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)某規(guī)?；?chǎng)450頭試驗(yàn)牛進(jìn)行跟蹤研究，結(jié)果顯示不同胎齡牛只的酮病患病率差異顯著，且呈現(xiàn)一胎齡患病率最高，隨著胎齡的升高而降低的規(guī)律。Gatius和王曉鵬等人研究發(fā)現(xiàn)奶牛隨著胎齡的上升，其活動(dòng)量和躺臥時(shí)間分別呈下降和上升趨勢(shì)，這與本研究結(jié)果相反，分析其原因可能是頭胎牛由于第1次生產(chǎn)，患產(chǎn)后疾病的概率較大，故躺臥時(shí)間會(huì)較長。有研究表明，隨泌乳天數(shù)的增加，奶牛的日活動(dòng)量有減少的趨勢(shì)，躺臥時(shí)間有增加趨勢(shì)，1胎和2胎奶牛在產(chǎn)后0～100 d的活動(dòng)量較高，躺臥時(shí)間較低。

3.3 不同側(cè)臥時(shí)間分類下對(duì)荷斯坦?；疾÷实挠绊?本研究結(jié)果表明，隨著側(cè)臥時(shí)間的增加荷斯坦牛的患病風(fēng)險(xiǎn)也進(jìn)一步增加。奶?；疾r(shí)由于生理性的痛苦或機(jī)體代謝障礙，會(huì)使奶牛選擇能緩解這些問題的姿勢(shì)，并保持一定的時(shí)長。以酮病為例，抑制奶牛采食、反芻行為的發(fā)生，降低反芻時(shí)間，導(dǎo)致奶牛躺臥時(shí)間的急劇上升。當(dāng)奶牛受到治療后，躺臥時(shí)間逐漸下降至正常水平，存在小范圍的波動(dòng)；以流產(chǎn)為例，懷孕母牛流產(chǎn)前幾天就會(huì)出現(xiàn)精神疲倦、食欲不振、陰道流出羊水等癥狀，因其處于疾病狀態(tài)，導(dǎo)致休息時(shí)間增加。Hertem等人曾對(duì)患病后經(jīng)治愈的牛只進(jìn)行監(jiān)測(cè)，后經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)治愈后的牛只活動(dòng)量增加，躺臥時(shí)間較之前減少，采食量以及產(chǎn)奶量也出現(xiàn)一定程度的上升。Miekley等人的研究結(jié)果表明，當(dāng)奶?；继悴∨c乳房炎等疾病時(shí)，其活動(dòng)量大幅減少，相應(yīng)的休息時(shí)間大幅增加，這與本研究結(jié)果相似。同樣Edwards、Talukder等人曾研究發(fā)現(xiàn)，患有真胃移位的奶牛在發(fā)病期活動(dòng)量以及產(chǎn)奶量均出現(xiàn)一定程度的下降，與本研究結(jié)果相似。

4 結(jié) 論

荷斯坦牛日均側(cè)臥時(shí)間為11 min/d，春季最高，秋季最低，且頭胎牛高于經(jīng)產(chǎn)牛。側(cè)臥時(shí)間隨泌乳月增加呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)。側(cè)臥時(shí)間越長，其患病風(fēng)險(xiǎn)更高，其可作為奶?；疾☆A(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控指標(biāo)。