我的养牛经验

繁殖育种

新产牛的精确监控

2018-04-24 荷斯坦奶农俱乐部网　　访问量：620　　　　[ 字号：大中小 ]

译者巫立新

奶牛的健康是多方面和复杂的。高产奶牛被称为“新陈代谢的运动员”，但30~50%的奶牛在产犊前后受到代谢和疾病感染的影响 (LeBlanc, 2010)。

在围产期间（产犊前后各3周），奶牛对代谢和疾病感染是高度易感的 (Huzzey et al., 2007,Mulligan and Doherty, 2008)。围产期明显表现出一系列适应泌乳的需求。这些适应表现为自我平衡、或长期的生理性适应变化的状态（亦即：从干奶到泌乳的过渡，DeGaris and Lean, 2009）。过渡期奶牛免疫抑制，常常不得不会有突然的日粮变化而引起代谢问题。这个脆弱的群体也可能经历环境应激，如与干奶和泌乳的牧场管理相关的日常分群。这些效应与分娩的压力相结合导致了一段时间的巨大风险以及分娩后的生产疾病。奶牛生病意味着奶牛无力应对高产的新陈代谢需求。不幸的是这些疾病导致奶牛业经济上的损失和动物福利的担忧 (Mulligan and Doherty, 2008)。

酮病、脂肪肝、低血钙症、胎衣不下和真胃移位病因不明。不幸的是，这种有规律的“一连串”的互作增加了传染病和生产疾病的发病率、降低了繁殖力、减少了产奶量和增加了蹄病的发生。过渡期奶牛疾病的复杂互作与营养、社会行为的影响、预防的态度和控制疾病的难度相关 (Mulligan and Doherty, 2008)。新陈代谢活动启动于产犊前两周影响到数月之后的繁殖性能 (LeBlanc, 2010)。因此，在该时期尽早鉴别疾病是非常有益的 (Huzzey et al., 2007, LeBlanc,2010)。

初产和经产奶牛在泌乳第一个月死亡率非常高。在该时期奶牛经受巨大的代谢压力和可能更易感疾病。在这个时期的死亡风险因素包括：胎衣滞留、产褥热、真胃移位和经产牛的乳房炎。初产牛在泌乳第一个月的死亡风险因素包括：乳房炎、胎衣滞留和真胃移位。产褥热、酮病和真胃移位增加淘汰的风险，有趣的是胎衣滞留降低了淘汰的风险 (Hertl et al., 2011)。

使用精确的奶牛监控技术侦测疾病

随着牧群规模的增加，用在每一个动物上的人工时间减少了(Schulze et al.,2007, Ipema et al., 2008, Bewley, 2010, Brandt et al., 2010)，同时生产者的管理、技术、组织和后勤工作量增加了 (Berckmans, 2004)。当前的畜牧业生产要求超越经济目标 (Frost et al., 2003, Berckmans,2004)。消费者的压力和关注动物福利和健康、高效和可持续农业、食品安全和质量、动物传染病的控制、病原体和药物治疗已经改变了牧场的决策流程 (Berckmans, 2004, Schukken et al., 2008, Bewley, 2010)。由于政府较少地介入农产品的价格调整，牧场的边际利润比以往也变窄了。因为这些主要的产业变化，牧场的决策也随之而变，牧场的检测工具将很可能有重大的增加以帮助以前基于生产者个人经验和判断的决策 (Berckmans, 2004, Schulze et al., 2007, Ipema et al., 2008, Bewley, 2010)。不幸的是牧场的决策是个复杂的谜题，许多的效果生产者不得不预测或推测 (Frost et al., 2003)。一个方法是通过使用自动化检测系统抵消这些问题 (Chagunda et al., 2006b)。

纵观历史，农业技术已经发展到支持大规模的群体，随着生活水平的提高非农人口在增长，农业的角色和功能已经发生改变 (Marchesi, 2012)。精确的农业求助于使用技术以提高效率和减少作物对环境的危害。精准的畜牧业应用精准的农业原理于动物上，聚焦于单个动物的生产和对环境的影响(Laca, 2009)。精准牧场的一个目标是发展在线系统客观、连续和自动以及没有应激地监控动物(Berckmans, 2004)。精准奶牛监控（PDM）是应用技术测量单个动物的生理的、行为的和生产的指标以改善管理和农产业绩 (Bewley, 2010, 2012)。这种管理模式系统依赖于观察动物自身重要的生物生产过程的支持 (Berckmans, 2004)。

动物对环境压力的客观生理反应的检测可以用来评估压力的等级和随之而来调整这种压力 (Hahn et al., 1990)。动物是复杂的，与它们同群体相比在不同的时刻反应不同。在精准牧场的外部，动物通常被认为是“一个群体的平均”由此创造了一个稳定的系统。在精准牧场的内部，不管怎样，每一个动物能被自有的CIT系统所对待（复杂的、个别的和多种时段的） (Berckmans,2004)。当多种数据源是必需的，来自PDM技术真实-实时的数据能被整合到决策支持系统中以帮助做出决策(Bewley, 2010)。PDM的目标是最大化每一个动物的潜力、早期疾病侦测和用最大化预防照料替代药物治疗。领会到PDM技术的益处包括：增加效率、降低成本、改善乳质、最小化环境的影响和改善动物的健康和福利。另外，来自PDM的技术信息能潜在地合并到基因评估的性状中，以此改善随后基因的健康、福利和寿命 (Bewley, 2010)。Marchesi (2012)阐明：实施动物检测系统对生产是道德和盈利的，因为它帮助了满足动物的需要。

至今，PDM评估主要聚焦于发情检测的自动化，目的是补充或替代视觉发情侦测 (Dolecheck et al., 2015)。PDM技术也已经有潜在地早监测疾病，最大化单个动物的潜力。以往疾病监测依赖于生产人员观察临床症状，但临床信号的显示常常到有效行动已经太晚。临床信号通常领先于生理机能的变化而不能被人们感觉发现到，但应用PDM可能让生产者提前介入。技术可能帮助生产者警觉奶牛的疾病风险，替代现有的奶牛已经得病的识别检测模式 (Itle et al.,2015)。

许多疾病案例被忽略，因为兽医检查是疾病检测的黄金标准，在多数牧场相当少地在管理中使用 (Urton et al., 2005)。反而奶牛生产者常常依赖于他们的经验和判断识别生病的动物，但人类对奶牛状况的感知是有限的。另外，一些疾病不会呈现明显的信号(Weary et al., 2009)。有时甚至更糟，对动物显示的外部疾病或应激信号干涉的太迟。即使在临床症状出现之前具有典型的生理变化。如果生产者能够检测这些生理变化，就可以提前介入。甚至当个体监测在牧场应用，行为指示器用于检测疾病经常是基于简单的经验、生产者的直觉和倾向于靠不住 (Weary et al., 2009)。

生产者能检测实时真实的数据和报告基于基准反常的偏差(Bewley, 2010)。然而，自身的数据是无意义的，除非将其转换到好的决策管理流程中。因此，生产者仍然是一个好的动物管理的关键因素，将得到技术的支持，而不是替代生产者 (DeGaris and Lean, 2009,Bewley, 2010, Marchesi, 2012)。有能力将计算机系统与生产者的强项和才能合并是PDM系统展现的潜在益处 (Marchesi, 2012)。然而，应用精确牧场管理流程取得成功涉及三个条件。第一，动物变量应当连续监测和数据应该一致地分析。定义“连续不断”取决于有益的动物变量，如：体重、活动、饮水和采食行为、采食量和体温等。第二，怎样可靠地预测或预期动物的反应变化将必须是有用而连续不断的。最后，这些预测应该联合技术测量值的计算以自动检测和管理动物、监控动物的健康或福利或获得想得到的系统变化 (Berckmans, 2004)。

常常每一个单独的流程参与到畜牧生产中是分别控制的。整合管理系统能多重控制，理想化介入生产的所有相关流程。在牧场中每一个各种各样的流程通常被一个或更多个操作控制流程所控制，这已经限制了其他流程的效率。使各种管理系统集成，形成整个管理系统的闭环运营是解决当前牧场系统运营问题的创新 (Frost et al., 2003)。

传感器有两种类型，穿戴式和非穿戴式。穿戴式传感器将会在奶牛体表或体内。非穿戴式传感器将会脱离牛体当步行经过或穿过时实施测量，或一个样本带回进行分析。成熟的传感器系统达到了四个不同的水平：1.量奶牛的行为（如：活动）； 2.和汇总传感器数据的变化（如：活动的增加）以提供奶牛的状态信息（如：发情）；3.信息（如：经济信息）和产生建议（如：是否给奶牛人工授精）；4.者或传感器自主决定（如：呼叫输精员）(Rutten et al., 2013)。每日牛奶生产记录、乳成分监控、计步器、自动温度记录装置、乳电导性显示器、自动发情检测器和体重日报系统等已经应用于牧场生产中。PDM系统可能也能测量：下颌运动、瘤胃pH、网胃收缩、心率、动物位置和活动、阴道粘液和电阻、采食行为、躺卧行为、气味、血糖、声音、孕酮、个体乳成分、颜色、红外线乳房表面温度和呼吸率。因为新的PDM快速发展和实用性的增长，对生产者应用于牧场变得更加切实可行。

虽然从技术上实现全自动化奶牛系统是可能的，多学科的和创新的研究是实现这种应用所必需的。应用的瓶颈是有效而可靠的传感器系统，因为要求算法走到发展的前沿 (Berckmans, 2004)。不幸的是，奶牛业相对较小，限制了投入发展奶牛专有技术的合作意愿。因此，技术的发展反而受到其他行业技术的实用性驱动，然后转移到奶牛行业，不顾及奶牛业实际的需求。

精准奶牛监控技术提供了很大的机会以改善奶牛管理系统和可能改进个体动物的管理(Bewley, 2010, Singh et al.,2014)。然而，自身的数据不能使用除非经演绎和有效地用于决策 (Bewley, 2012, Singh et al., 2014)。大多数数据管理系统当前不能很好地发挥他们的潜力。PDM其他的局限性包括：较慢的采用率、错误的动物读取、设备故障、数据的数量在数据传送期间可能淹没系统、研究结果缺乏验证和奶牛正常所处的区域空间受到限制 (Singh et al., 2014)。

精确奶牛监控系统技术变量测定

温度：体温受健康、环境、周围温度、采食行为、饮水行为、发情和动物妊娠状况的影响(Bewley et al., 2008)。发烧或体温超过预先确定的阈值，这是一个疾病的指标 (Leon, 2002,Burfeind et al., 2010)。发烧是对感染和炎症一个复杂的生理反应。一旦身体察觉到病原菌的入侵，巨噬细胞和其他免疫细胞即释放细胞因子给下丘脑信号增加热量设置点。虽然细胞因子活动的机理通过老鼠的研究仍然不清楚，这个反应引起体温上升与增加热量设置点匹配(Leon, 2002)。

生产者常常测量直肠温度作为记录它们的疾病检测系统 (Schutzand Bewley, 2009, Burfeind et al., 2010, Vickers et al., 2010)。商业化可使用的电子直肠温度计的精确度在0.1°C (Vickers et al., 2010)。然而，记录直肠温度存在几个局限性。首先是动物紧张可能影响温度记录 (Simmons et al., 1965, Bewley and Schutz, 2010)。其他的限制包括：直肠的气体、不能插到测量的深度和强力的插入物引起直肠溃疡。环境温度也有影响，其准确度与记录的资质有关(Aalseth, 2005)。

发烧表明体温上升到了“正常”范围值之上。发烧是常见的，但复杂，是对感染、炎症和创伤的生理反应，目的在于宿主的生存(Leon, 2002)。一般地，牛的日均体温变化范围在38-39.4℃(Lefcourt et al., 1999, Aalseth, 2005, Benzaquen et al., 2007)。温度会在个体动物同样的状态下和在牛群一天内变化(Simmons et al., 1965, Lefcourt et al., 1999)。

在实践中人工收集直肠温度是最常见的获取体温的方法，是因为温度计测量的易用性和较低的采购成本(Aalseth, 2005)。此外，因为人工绑定动物记录体温可能引起应激而改变温度，记录体温最可靠的方法是不通过人为介入，有望提供一个更加准确的测量奶牛体温的方法(Hahn et al., 1990)。当四个研究奶牛站立直肠旁侧温度上升，躺卧温度降低。温度计放置在肩后的皮下温度出现相反的情况 (Simmons et al., 1965)。

Firk et al. (2002)提出：温度测量值较高地取决于位置。体温用于监控奶牛的几个解剖学的位置包括：直肠、耳部鼓膜和皮肤、阴道、网胃、腹腔孔、乳房皮肤和牛奶。内部温度测量可能对指示体温更加有用，因为其更不易受环境状况的影响 (Hahn et al.,1990)。然而，临时饮用的水会显著地降低网胃的温度 (Simmons et al., 1965, Brod et al., 1982, Bewley et al., 2008)。给瘘管羊瘤胃内灌注2升0℃的水微生物活力降低，灌注10、20和30℃的水没有出现该现象。灌注0、10、20和30℃的水温，瘤胃温度没有在108、96、86和72分钟后回复到基准瘤胃温度±0.5℃以内(Brod et al., 1982)。

Simmons et al. (1965)引用：直肠旁侧、皮下和网胃在四天中的均值温度分别为38.4±0.3℃、35.6±0.8℃和38.8±1.2℃。直肠旁侧和皮下温度在下午6:00-7:30始终是下降的，很可能与饮入水有关。试验中有一头牛的直肠旁侧和皮下温度比其他牛显示较大的变化。根据观察，这头牛一整天饮水更多，比其他三头牛更加神经质，这是作者给出的温度变化大的理由。

在一个加拿大研究评估直肠温度的测量中判断内部和外部的变化，以及确定深入直肠和肛门更深测量对体温的影响，固定的研究者重复测量的数据是一致的（39.5±0.1℃）。两个研究者的相关度很高(r=0.98;P<0.001)。然而，当探针插入直肠较深时温度变化较大0.4℃±0.2℃(P<0.001)。排便前后的温度有变化，有些牛排便后差异≧3℃，同时有些在排便前差异≧3℃，有些在排便前后没有差异(Burfeind et al., 2010)。当奶牛饮水后体温错综复杂地降低，采食1.5～3.5小时后回到饮水前的温度。Simmons et al.(1965)观察到在饮水后温度低到32℃。

自动温度记录可能允许生产者察觉疾病、发情、热应激和可能更早地分娩 (Bewley et al.,2008)。体温应用于察觉发烧、热应激和分娩多年。然而，想得到核心体温基本上是困难的，直肠温度仅仅是大约的核心温度。获得直肠温度可能引起应激而改变温度，因此可靠的方式是非人工干预可能测定的更加准确。尝试测量牛的体温设定了各种各样的解剖学的位置包括：直肠、耳朵（鼓膜）、阴道、网胃和牛奶(Bewley and Schutz, 2010)。

Adams et al.(2013)阐明：在诊断的4天内网胃温度比基准温度高0.8℃的奶牛与对照组相比罹患临床乳房炎的几率高6.7倍（76.9%的特异性和67%的敏感性）。然而，诊断为子宫炎的网胃温度与对照组是不同的。胎衣滞留的温度比配对的对照组的平均高0.1℃(P<0.001)(Vickers et al.,2010)。奶牛在有产后临床子宫炎信号前的24小时经历一个显著的直肠温度上升（临床诊断这天达到39.2±0.05℃）(Benzaquen et al., 2007)。

在加拿大的一个研究中，1393头牛的温度记录中有29头新产牛直肠和阴道温度高度相关(r=0.81;P<0.01)。然而，在这个研究中556头牛的温度记录中来自13头泌乳高峰牛的直肠和阴道温度仅是中度相关 (r=0.46;P<0.01)。相关度的不同可能是因为新产牛显示的温度变化幅度（37.7~40.5℃）比泌乳高峰牛（37.9~39.6℃）大(Vickers et al.,2010)。健康的和有胎衣不下的奶牛在日间的阴道和直肠温度都显示下午增加和上午降低的韵律 (Vickers et al.,2010)。日间温度变奏曲也许归因于个体牛或品种特性和周围环境状态(Bewley et al., 2008)。一些阴道温度检测的局限性在于记录器的移动（尤其在接近产犊，阴部凹陷放大）、周围空气涌入、从阴道排出 (Vickers etal.,2010)。

错综复杂的温度最低在中午至下午4:00之间（39.4℃）和上午8:00至中午之间（39.5℃）。相比较：错综复杂的温度最高在下午8:00至午夜（40.2℃）和午夜至凌晨4:00之间（40.2℃）(Ipema et al., 2008)。乳房内接种乳房炎大肠杆菌，瘤胃温度高达40.5℃和41.0℃，保持在40.0℃以上2小时 (AlZahal et al.,2011)。在另一个研究中45.7%的奶牛诊断乳房炎温度偏离基准温度超过3个标准差(Bewley and Schutz,2010)。（本文未完待续）

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