秋季不同牛舍環(huán)境參數(shù)及其對(duì)荷斯坦牛泌乳性能、生理和血液生化指標(biāo)的影響

夏海斌,王健,翟云飛,徐潔,曾涵芳,韓兆玉*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院乳牛科學(xué)研究所,江蘇 南京 210095;2.伊犁州畜牧科學(xué)研究所,新疆 伊寧 835000)

牛舍作為奶牛長(zhǎng)期生活的場(chǎng)所,舍內(nèi)環(huán)境會(huì)對(duì)奶牛生產(chǎn)性能產(chǎn)生影響［1］,其中環(huán)境因素通常占20%～35%［2］,因此牛舍類型的選擇是奶牛養(yǎng)殖過(guò)程中重要環(huán)節(jié)。通常情況下,牛舍的建造主要根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和牧場(chǎng)實(shí)際需求,以減少不良環(huán)境刺激對(duì)奶牛造成的影響,達(dá)到節(jié)本增效的目的。常見(jiàn)的牛舍類型主要包括:開(kāi)放式、半開(kāi)放式以及封閉式牛舍。其中,開(kāi)放式牛舍的應(yīng)用最為廣泛,造價(jià)低廉且運(yùn)行成本低,但因采用自然通風(fēng),受外界環(huán)境影響較大;封閉式牛舍通常利用機(jī)械通風(fēng),能夠在一定程度上維持舍內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。

低屋面橫向通風(fēng)(low profile cross ventilated,LPCV)牛舍,因舍內(nèi)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定而又被稱為恒溫牛舍,屬于封閉式牛舍類型。一面?zhèn)葔Π惭b濕簾,另一側(cè)安裝負(fù)壓風(fēng)機(jī),并在采食和臥床處安裝導(dǎo)流板,利用橫向負(fù)壓機(jī)械通風(fēng)［3］。恒溫牛舍全年處于封閉狀態(tài),主要通過(guò)人工調(diào)控牛舍環(huán)境。同時(shí),恒溫牛舍在緩解奶牛熱應(yīng)激方面具有較大潛力［4-5］。鑒于恒溫牛舍封閉性較高,當(dāng)外界環(huán)境適宜時(shí)(春秋季節(jié)),關(guān)于其環(huán)境狀況以及是否利于奶牛健康生產(chǎn)方面還有待研究。為此,本研究通過(guò)測(cè)定開(kāi)放式和恒溫牛舍的環(huán)境參數(shù),分析比較秋季時(shí)2類牛舍間環(huán)境狀況差異;采集試驗(yàn)牛生理指標(biāo)、泌乳性能和血液生化指標(biāo)等數(shù)據(jù),探究牛舍類型對(duì)荷斯坦牛的影響,為奶牛舍的建造與日常管理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

溫度(T)和相對(duì)濕度測(cè)定(RH)使用W8型數(shù)字式溫濕度計(jì)(武漢中測(cè)宏圖測(cè)量有限公司),T和RH測(cè)量范圍分別為-20～60 ℃和0～100%,精度分別為±0.3 ℃和±3%。風(fēng)速測(cè)定使用PM6252A型數(shù)顯風(fēng)速儀(桂林華誼智測(cè)科技有限公司),測(cè)量范圍0～30 m·s-1,使用誤差±5%。CO2和NH3濃度測(cè)定使用JK40-M3-D型氣體檢測(cè)儀(深圳吉順安科技有限公司),CO2和NH3測(cè)量范圍分別為0～100 mg·m-3和0～2 000 mg·m-3,檢測(cè)精度≤±3%。使用PC-5A手持式多功能激光粉塵檢測(cè)儀(江蘇省激光研究所有限公司)測(cè)量懸浮顆粒物,測(cè)量范圍0～10 mg·m-3,精度≤±10%。使用MC-347型體溫計(jì)［歐姆龍自動(dòng)化(中國(guó))有限公司］測(cè)量奶牛直腸體溫,測(cè)量范圍32～42 ℃,精度±0.1 ℃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2021年10月在山東日照分別采用開(kāi)放牛舍和恒溫牛舍管理的2個(gè)牧場(chǎng)中各選擇一棟牛舍,記為本試驗(yàn)的開(kāi)放牛舍和恒溫牛舍。2個(gè)牧場(chǎng)屬同一牧業(yè)公司,相距20 km。奶牛的日糧配方和日常管理基本一致,每日飼喂全混合日糧2次,擠奶3次,散欄式飼養(yǎng),雙列頭對(duì)頭式臥床,墊料為鋸木屑,采用全自動(dòng)刮糞板清糞。試驗(yàn)期間,于每日07:00、10:00、13:00和18:00距離地面1.5 m處測(cè)定試驗(yàn)牛所在牛舍區(qū)域(11個(gè)采樣點(diǎn)均勻分布)的環(huán)境參數(shù):溫度(T)、相對(duì)濕度(RH)、風(fēng)速和二氧化碳(CO2)、氨氣(NH3)、PM10和PM2.5濃度,同時(shí)測(cè)定牛舍外環(huán)境溫度和RH,計(jì)算溫濕指數(shù)(THI):THI=0.81T+RH(0.99T-14.3)+46.3［6］。連續(xù)測(cè)定7 d,所有環(huán)境參數(shù)取每日4次測(cè)定值的平均值。

根據(jù)胎次(頭胎)、泌乳時(shí)間(d)和產(chǎn)奶量(連續(xù)7 d平均值)相近的原則在開(kāi)放牛舍和恒溫牛舍中分別選擇30和27頭荷斯坦奶牛。采集試驗(yàn)牛生理指標(biāo)、反芻行為和產(chǎn)奶性能等信息并于第7天尾靜脈采血以獲取血清測(cè)定生化指標(biāo)。相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

1.3 試驗(yàn)?zāi)膛Ｉ碇笜?biāo)、反芻行為和舒適度測(cè)定

每日早上和下午擠奶返回采食1 h后,隨機(jī)觀察(每組不小于12頭)試驗(yàn)牛,以秒表和計(jì)數(shù)器測(cè)定其呼吸頻率(1 min內(nèi)奶牛腹部和胸廓起伏次數(shù))和反芻行為相關(guān)數(shù)據(jù)(每食團(tuán)咀嚼次數(shù)和咀嚼時(shí)間),每頭試驗(yàn)牛記錄2次取平均值。每隔15 min記錄牛群中處于不同狀態(tài)(包括躺臥、站立于臥床、行走于過(guò)道)的奶牛數(shù)量,用于評(píng)估奶牛舒適度:臥床使用指數(shù)(躺臥于臥床上的奶牛占牛群中除采食或飲水以外奶牛的比例)和奶牛站立指數(shù)(站立于臥床上奶牛占接觸臥床奶牛的比例)。同時(shí),每日于12:00和19:00,每組選取至少15頭試驗(yàn)牛,使用電子體溫計(jì)測(cè)定直腸溫度。

1.4 奶牛產(chǎn)奶性能和血清生化指標(biāo)測(cè)定

奶牛每日產(chǎn)奶量由轉(zhuǎn)盤式擠奶設(shè)備自動(dòng)記錄,并從2021年10月和11月DHI資料中獲取其乳成分(乳脂率、乳蛋白率、體細(xì)胞數(shù)和尿素氮)數(shù)據(jù)。于第7 天下午擠奶返回牛舍時(shí),采集兩牛舍所選試驗(yàn)牛(分別為30和27頭)的尾靜脈血5 mL,靜置后3 500 r·min-1離心10 min獲取血清,置于-20 ℃,使用試劑盒(南京建成生物工程研究所)測(cè)定血液生化指標(biāo):總蛋白(TP)、白蛋白(Alb)、尿素氮(BUN)、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、免疫球蛋白G(IgG)、白介素6(IL-6)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

2 結(jié)果與分析

2.1 不同牛舍環(huán)境參數(shù)

如圖1所示:牛舍內(nèi)外的溫度(T)、溫濕指數(shù)(THI)均無(wú)顯著差異(P>0.05);恒溫牛舍與舍外相對(duì)濕度(RH)差異極顯著(P<0.01),開(kāi)放牛舍與舍外RH顯著差異(P<0.05)。而兩牛舍之間的T、RH和THI均無(wú)顯著差異(P>0.05)。在各測(cè)定時(shí)間點(diǎn),牛舍溫度在5～25 ℃,THI也未超過(guò)熱應(yīng)激的最低閾值(THI=68)［7］,RH呈現(xiàn)先降后增趨勢(shì)(圖2)。

圖1 不同牛舍環(huán)境的溫度(T)、相對(duì)濕度(RH)和溫濕指數(shù)(THI)比較Fig.1 Comparison of temperature(T),relative humidity(RH)and temperature-humidity index(THI) in different cowshedsA.開(kāi)放牛舍;B.恒溫牛舍;C.開(kāi)放牛舍舍外;D.恒溫牛舍舍外。*P<0.05,** P<0.01。下同。A. Open cowshed;B. LPCV cowshed;C. Outside the open cowshed;D. Outside the LPCV cowshed. *P<0.05,** P<0.01. The same below.

圖2 不同牛舍環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和溫濕指數(shù)變化Fig.2 The changes of temperature,relative humidity and temperature-humidity index in different cowsheds

由表2和圖3可知,開(kāi)放牛舍NH3濃度有高于恒溫牛舍趨勢(shì)(P=0.069);牛舍間CO2濃度無(wú)顯著差異(P>0.05)。開(kāi)放牛舍中懸浮顆粒物濃度有低于恒溫牛舍的趨勢(shì)(0.05

圖3 兩牛舍部分環(huán)境參數(shù)變化Fig.3 The changes of some environmental parameters in cowshedsA.開(kāi)放牛舍Open cowshed;B.恒溫牛舍Low profile cross ventilated(LPCV)cowshed.

表2 牛舍間部分環(huán)境參數(shù)比較Table 2 Comparison of some environmental parameters between cowsheds

2.2 不同牛舍環(huán)境參數(shù)相關(guān)性分析

從表3可知:在開(kāi)放牛舍中,NH3與T、風(fēng)速和THI存在顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),CO2與RH極顯著正相關(guān)(P<0.01),T與RH顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。在恒溫牛舍中,NH3濃度與CO2、PM10、PM2.5濃度和RH極顯著正相關(guān)(P<0.01),CO2濃度與PM10、PM2.5濃度及RH極顯著正相關(guān)(P<0.01),與T和THI極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),T與RH極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。

表3 牛舍環(huán)境參數(shù)間相關(guān)性Table 3 Correlations of environmental parameters in cowsheds

2.3 不同牛舍奶牛反芻行為、生理指標(biāo)和舒適度差異

由表4可知:恒溫牛舍奶牛的每食團(tuán)咀嚼次數(shù)有高于開(kāi)放牛舍的趨勢(shì)(P=0.077),而每食團(tuán)咀嚼時(shí)間、直腸溫度和呼吸頻率極顯著低于開(kāi)放牛舍(P<0.01)。在舒適度上,恒溫牛舍的臥床使用率極顯著高于開(kāi)放牛舍(P<0.01),而奶牛站立指數(shù)極顯著低于開(kāi)放牛舍(P<0.01)。

表4 不同牛舍奶牛反芻行為、生理指標(biāo)和舒適度比較Table 4 Comparison of rumination behavior,physiological indexes and comfortability of cows in different cowsheds

2.4 不同牛舍奶牛產(chǎn)奶量差異

如圖4所示,從產(chǎn)奶量變化曲線(10月4日至11月7日,共35 d)來(lái)看,開(kāi)放牛舍中奶牛產(chǎn)奶量增長(zhǎng)速度快于恒溫牛舍,日產(chǎn)奶量從低于35 kg增加到40 kg以上,而恒溫牛舍奶牛的產(chǎn)奶量低于40 kg。在乳成分上(表5),兩牛舍奶牛的乳脂率、乳蛋白率、脂蛋比和尿素氮無(wú)顯著差異(P>0.05),且均在正常范圍內(nèi),而恒溫牛舍奶牛乳中體細(xì)胞數(shù)極顯著高于開(kāi)放牛舍(P<0.01)。

圖4 不同牛舍奶牛產(chǎn)奶量變化曲線Fig.4 Milk yield curve of dairy cows in different cowsheds

表5 不同牛舍奶牛乳成分比較Table 5 Comparison of milk composition of dairy cows in different cowsheds

2.5 奶牛血液生化指標(biāo)

由表6可知:在血清生化指標(biāo)上,兩牛舍奶牛的TP和Alb含量無(wú)顯著差異(P>0.1),而開(kāi)放牛舍奶牛的BUN含量顯著高于恒溫牛舍(P<0.05);在血清抗氧化指標(biāo)上,開(kāi)放牛舍奶牛GSH-Px活性有高于恒溫牛舍的趨勢(shì)(P=0.067),而SOD活性極顯著低于恒溫牛舍(P<0.01);在血清免疫指標(biāo)上,開(kāi)放牛舍奶牛TNF-α和IgG含量極顯著低于恒溫牛舍奶牛(P<0.01),同時(shí)IL-6含量顯著低于恒溫牛舍奶牛(P<0.05)。

表6 試驗(yàn)牛血液生化指標(biāo)比較Table 6 Comparison of blood biochemical indexes in experimental dairy cows

3 討論

3.1 牛舍環(huán)境參數(shù)比較分析

為奶牛提供適宜的生活環(huán)境關(guān)乎其健康生產(chǎn),進(jìn)而影響到牧場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。恒溫牛舍和開(kāi)放牛舍由于結(jié)構(gòu)和通風(fēng)方式不同,會(huì)引起舍內(nèi)環(huán)境有所差異。從本試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,2種牛舍在T和RH上無(wú)顯著差異。恒溫牛舍中NH3濃度有低于開(kāi)放牛舍的趨勢(shì),二氧化碳濃度無(wú)顯著差異。趙育國(guó)等［8］發(fā)現(xiàn)秋季有窗封閉舍內(nèi)NH3濃度為0.78～1.11 mg·m-3。馬軻軻等［9］在秋季時(shí)測(cè)定全舍飼奶牛舍內(nèi)CO2和NH3平均濃度分別為775和0.5 mg·m-3。秋季發(fā)酵床奶牛舍內(nèi)NH3濃度為0.84 mg·m-3［10］。雖然牛舍類型不同,但有害氣體濃度均低于國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)［11］,表明秋季時(shí)各牛舍的通風(fēng)換氣能夠滿足畜舍管理要求,能及時(shí)將有害氣體排出舍內(nèi)。兩牛舍懸浮顆粒濃度均在其他研究結(jié)果范圍之內(nèi)［12］,但恒溫牛舍有高于開(kāi)放牛舍趨勢(shì),這可能是由于恒溫牛舍的風(fēng)速較高而促進(jìn)空氣流動(dòng),引起更多顆粒物產(chǎn)生。

從牛舍環(huán)境參數(shù)相關(guān)性分析看,兩牛舍有害氣體和懸浮顆粒物之間均存在正相關(guān),二者又與RH正相關(guān),同時(shí)牛舍T和RH之間呈極顯著負(fù)相關(guān),這與Kaasik等［13］研究結(jié)果基本一致。CO2常作為牛舍通風(fēng)效果的評(píng)判指標(biāo)［14］,其濃度高表明牛舍通風(fēng)效率低且空氣質(zhì)量差,舍內(nèi)NH3、PM10和PM2.5等濃度升高。此外,兩牛舍內(nèi)有害氣體濃度均與T呈負(fù)相關(guān)。通常情況下,溫度升高會(huì)提高脲酶活性而促進(jìn)糞尿中NH3產(chǎn)生,因而NH3濃度與溫度呈正相關(guān)［15-16］。而本試驗(yàn)中NH3濃度與溫度則是負(fù)相關(guān),這可能是隨著溫度升高為了保持牛舍環(huán)境穩(wěn)定而加強(qiáng)通風(fēng),促進(jìn)有害氣體排出。

3.2 奶牛反芻行為、生理指標(biāo)和舒適度差異

反芻行為作為奶牛日?；顒?dòng)的重要組成,能夠反映其機(jī)體狀態(tài),受到環(huán)境、日糧成分以及疾病等因素的影響［17］。恒溫牛舍試驗(yàn)牛的每個(gè)食團(tuán)咀嚼次數(shù)有高于開(kāi)放牛舍趨勢(shì),而每個(gè)食團(tuán)咀嚼時(shí)間顯著低于開(kāi)放牛舍,即咀嚼頻率更高,每個(gè)食團(tuán)可以被更充分咀嚼。有研究指出食團(tuán)咀嚼時(shí)間和次數(shù)較長(zhǎng)有利于食物充分咀嚼,促進(jìn)消化吸收［18］。恒溫牛舍奶牛的生理指標(biāo)均極顯著低于開(kāi)放牛舍,但均在正常范圍內(nèi)［19］。開(kāi)放牛舍奶牛呼吸頻率和直腸溫度較高的原因可能是中午溫度較高,只開(kāi)啟臥床上方風(fēng)扇,機(jī)體散熱受到影響,引起奶牛呼吸頻率加快,體溫升高。此外,恒溫牛舍奶牛舒適度(臥床使用率和奶牛站立指數(shù))優(yōu)于開(kāi)放牛舍,且臥床使用率均超過(guò)推薦值85%,表明奶牛處于較為舒適狀態(tài)［20］,有利于生產(chǎn)性能的發(fā)揮。

3.3 奶牛產(chǎn)奶性能和血液生化指標(biāo)差異

牛奶產(chǎn)量和質(zhì)量是衡量奶牛經(jīng)濟(jì)價(jià)值高低的主要指標(biāo),關(guān)于牛舍類型對(duì)產(chǎn)奶性能影響的相關(guān)研究主要集中在高溫季節(jié)［21-22］,而在其他季節(jié)由于不同牛舍內(nèi)環(huán)境狀況存在一定差異,對(duì)產(chǎn)奶性能會(huì)產(chǎn)生不同影響。泌乳初期奶牛所需能量超過(guò)采食能量供應(yīng),機(jī)體需要?jiǎng)訂T體脂以保證能量供給而處于能量負(fù)平衡狀態(tài),并且這種狀態(tài)可能持續(xù)數(shù)月［23］。從本試驗(yàn)結(jié)果看,恒溫牛舍奶牛產(chǎn)奶量增加速度慢于開(kāi)放牛舍,同時(shí)乳中體細(xì)胞數(shù)和血清中的促炎性因子(TNF-α、IL-6)、IgG含量和SOD活性均顯著高于開(kāi)放牛舍,這可能是由于恒溫牛舍即使環(huán)境參數(shù)優(yōu)于開(kāi)放牛舍,但舍內(nèi)長(zhǎng)期無(wú)陽(yáng)光照射,細(xì)菌滋生易引發(fā)感染而不利于奶牛產(chǎn)后恢復(fù)。同時(shí)機(jī)體炎癥和氧化應(yīng)激較強(qiáng),反饋刺激抗氧化［24］和免疫反應(yīng)［25］以減少組織損傷,最終引起乳中體細(xì)胞數(shù)增加而減緩產(chǎn)奶量增長(zhǎng)速度。因此,需要注意泌乳初期奶牛各類疾病的及時(shí)診治,以及加強(qiáng)牛舍消毒而保證奶牛機(jī)體健康。

綜上,環(huán)境因子間存在相關(guān)性,兩牛舍有害氣體和懸浮顆粒物之間均存在正相關(guān),二者又與相對(duì)濕度正相關(guān),同時(shí)牛舍溫度和相對(duì)濕度之間呈極顯著負(fù)相關(guān)。從牛舍環(huán)境參數(shù)和奶牛生理指標(biāo)以及舒適度評(píng)價(jià)上看,恒溫牛舍在秋季能夠?yàn)槟膛Ｌ峁┹^適宜的環(huán)境。但恒溫牛舍奶牛泌乳初期產(chǎn)奶量增長(zhǎng)速度沒(méi)有開(kāi)放牛舍快,且乳中體細(xì)胞數(shù)高,機(jī)體炎癥反應(yīng)較強(qiáng),需要注重奶牛產(chǎn)后護(hù)理和疾病診治,并保證牛舍日常的消毒全面而有效。