曹志军:热应激条件下围产牛和犊牛的饲养变革

  

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曹志军 中国农业大学 教授een

  

  2006年6月-10月赴美国南达科他州立大学和美国威斯康星大学麦迪逊分校开展研究工作。2010年3月-20111年5月赴美国康奈尔大学做访问教授。现任中国农业大学动物科学技术学院党委副书记,博士生导师,主要从事奶牛营养与牛奶质量研究工作。作为主要发起人之一,2011年建立牛精英计划,在业内已建立了一定的美誉度和影响力。een

  

  中国农业大学曹志军教授主要从热应激的定义及研究进展、国内外热应激的发展情况、热应激对围产牛的影响、围产期热应激对犊牛的影响以及热应激条件下围产牛和犊牛的饲养理念五个方面分享了热应激条件下围产牛和犊牛的饲养变革的报告。een

  

  01热应激的定义及研究进展een

  

  体内新陈代谢、空气温湿度、空气流动和阳光辐射是奶牛热量的主要来源,蒸发(出汗与喘息)、冷物体传导、空气对流、凉爽环境是其主要的散热途径。当热量来源超过其自身的散热能力,就会产生热应激。een

  

  湿度指数(THI)是评估热应激的常用指标,由Thom于1959年首次提出,用于描述环境温度对人的影响。1994年,Armstrong将该指标引入用于评估奶牛的热应激情况,并提出THI<71是温度舒适区,THI=72-79表示轻度热应激,THI=80-90表示中度热应激,而THI>90则意味着奶牛重度热应激。但随着研究进展,De Rensis于2015年提出奶牛热应激THI的阈值是68。高于该值,奶牛就会出现热应激。此外,中国农业大学王雅春教授通过大量试验数据分析了北京地区奶牛的热应激情况,发现THI阈值是63。een

  

  纵观热应激的相关研究,奶牛热应激的阈值从72下降至68,又下降至63。究其缘由,除了THI计算公式的差异外,奶牛对热应激的反应还因地域、品种和体型的不同而异。因此,还需结合奶牛的生理指标与行为指标综合判断。除此之外,奶牛热应激阈值的下降还可能与近些年热应激的严重程度增加有关。een

  

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  02国内外热应激的发展情况een

  

  2.1 中国热应激的发展情况een

  

  在全球范围内,热应激对于人及畜牧养殖来说影响都很大。有研究观测了中国518个气象站,包括东北、华北、江淮、华南、西南、青藏高原、西北西部和西北东部,结果发现其中有379个气象站最高温度(37℃-40℃)的天数增加,增加率范围0.04% -10.3%。een

  

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图1 1960-2016年中国HT37(37℃een

  

  数据来源:Jie Zhang et al,Theoretical and Applied Climatology,2019een

  

  2.2 美国热应激的发展情况een

  

  THI增加情况,北方地区10年增加了0.82,南方地区10年增加了0.52。热应激天数,北方地区10年增加了5-8天,南方地区增加的比较少,4天左右。een

  

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图2 2000-2100年THI增加情况(A)和热应激天数增加情况(B)een

  

  数据来源:Kpoti M. Gunn et al,PLOS ONE,2019een

  

  2.3 澳大利亚热应激的发展情况een

  

  墨累河地区是澳大利亚最大奶牛养殖区域,牧场1372个,牛奶产量206.4万吨,占全国奶量的22%。去年,澳大利亚出现了非常极端的热应激天气。Uday Nidumolu统计1971-2000年的数据发现,墨累河Deniliquin和Myrtleford这两个地方每年中度以上热应激的天数分别为73d和60d,其中严重热应激天数分别为20d和10d。根据温室气体高水平排放量预估,这个两个地方严重热应激天数2025年分别增加至17d和30d,2050年分别增加至34d和49d。een

  

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数据来源:Uday Nidumolu et al,2013een

  

  2.4 全球气温的发展情况een

  

  总之,随着温室气体的排放,未来全球气温都会有所增加。相对于1990年,如果温室气体排放水平低(A2),2030年全球气温上升0.54℃,2050年上升1.2℃;如果排放中等(A1T),2030年全球气温上升0.7℃,2050年上升1.4℃;如果温室气体排放高(A1F1),2030年全球气温将上升1.0℃,2050年上升2.7℃。een

  

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数据来源:Uday Nidumolu et al,2013een

  

  03热应激对围产牛的影响een

  

  众所周知,热应激会严重降低奶牛的采食量和产奶量。但是,研究表明真正由于干物质采食量下降引起的奶产量减少只占了50% (Rhoads 等,2009; Wheelock 等,2010; Baumgard 等,2011),那其它50%是什么?到底是什么原因产生了这么大的影响?een

  

  3.1 热应激对围产牛DMI指标的影响een

  

  研究发现,与采取喷淋、喷雾、风扇等降温措施组相比,热应激组围产牛的干物质采食量(DMI)降低了近2kg/d。而且,这种影响会持续至产后,会影响新产牛的DMI。此外,干奶前期采取降温措施也有益于增加其DMI,减少其进入围产阶段的体况损失,降低体脂的过早动员。如果对应泌乳牛,可能是1.5-4.5kg奶产量。由于国内牧场没有监测围产牛的热应激情况,因此没有相关数据。但是,通过大量试验数据可以看出来,热应激的确会降低围产牛的DMI。een

  

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数据来源:Karimi et al.,J. Dairy Sci.,2015;Adin et al.,Livestock Science,2009een

  

  3.2 热应激对围产牛行为指标的影响een

  

  热应激组和降温组围产牛的反刍时间分别是243min/d和282min/d,相差近40min/d。同时,热应激情况下围产牛的站立时间增加了近84min/d,这从侧面反应了热应激降低了围产牛的躺卧时间。een

  

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数据来源:M. T. Karimi et al.,J. Dairy Sci,2015een

  

  3.3 热应激对围产牛牛代谢指标的影响een

  

  研究发现热应激对于产前奶牛的代谢指标没有影响,可能因为干奶期处于能量正平衡。产犊后,奶牛摄入能量不能满足其高产奶量的能量需要,导致体脂动员,进而产生了能量负平衡。因此,该阶段血液中BHBA和NEFA浓度会增加。而且,与产前热应激组奶牛相比,产前降温组奶牛在产后的血液BHBA和NEFA浓度较高,这可能与其产后的产奶量较高有关。因为产前热应激奶牛,其产后的产奶量低,不需要动员较多体脂,因此减少了NEFA或者BHBA的产生。对于奶牛产后体脂动员,不能完全避免,但只要体况下降在合理范围内,就无需过度担心。此外,经胰岛素耐受试验,发现产前采取降温措施的奶牛,其产后胰岛素耐受性更好,NEFA的利用效率更高。een

  

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■:CL牛的NEFA浓度;○:HT牛的NEFA浓度;▲:CL牛的BHBA浓度;◇:HT牛的BHBA浓度。数据来源:B. C. do Amaral et al.,J. Dairy Sci.2009een

  

  3.4 热应激对围产牛乳腺细胞增殖的影响een

  

  围产期是奶牛乳腺细胞更新增殖的关键阶段。研究发现该阶段采取降温措施,可以增加乳腺中激素敏感性脂肪酶(HSL)表达量,这意味着乳腺上皮细胞利用脂肪酸的增殖活动增加。同时,降低乙酰coA羧化酶(ACC)和脂肪酸合成酶(FAS)表达量,这意味着乳腺中脂肪合成代谢减少,脂肪沉积减少,更多的脂肪酸用于乳腺上皮细胞更新增殖。而且,降温增加了皮下脂肪酶 ACC和FAS表达量,增加了体脂的合成沉积。een

  

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数据来源:Adin et al.,Livestock Science,2009een

  

  3.5 热应激对围产牛产后泌乳性能的影响een

  

  汇总对比围产期热应激对其产后奶量的影响,发现其平均影响3.6kg/d的产奶量。如果奶牛单产水平是36kg/d的话,3.6kg/d则意味着产奶量下降了10%。国内很多牧场热应激期间的产量下降幅度远远不止10%,例如表中最高的产量损失是7.5kg/d。统计美国25个奶业大州受热应激影响的情况,其产量平均损失为4.66kg/d。加州、威斯康星、纽约、佛罗里达、德克萨斯泌乳期总损失奶量分别为522、349、387、1197和 904kg。因此,围产期热应激需要特别关注,因为其长期影响会降低产奶量。een

  

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数据来源:F. C. Ferreira et al., J. Dairy Sci.,2016; USDA-NASS, 2016een

  

  3.6 围产期热应激对母女三代的影响een

  

  围产期热应激的影响具有延续性,因为其热应激对泌乳性能的负面影响,远远超出了只对本身随后泌乳期的影响,其影响至少延续了两代。对于热应激母牛所产的第一代母犊,第一泌乳期产奶量降低了3.60kg/d,35周的产奶量损失900kg。第二泌乳期产量降低了约3.38kg/d,35周的产奶量损失720kg。这远远没有结束,对于热应激母牛所产二代母犊,仍旧有传代影响,其第一泌乳期产奶量降低了3.69kg/d,35周的产奶量损失855kg。第二泌乳期产量降低了约6.44kg/d,35周的产奶量损失1575kg。een

  

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数据来源:Jimena Laporta and Geoffrey E. Dahl, Hoard's Dairyman养牛, 2019een

  

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数据来源:Jimena Laporta and Geoffrey E. Dahl, Hoard's Dairyman养牛, 2019een

  

  04围产期热应激对犊牛的影响een

  

  4.1 围产期热应激对胎儿和犊牛初生重的影响een

  

  研究发现围产期热应激会增加胎儿的体温,降低代谢,降低子宫血流量与氧气输送,降低子宫与脐带的血流量,减小乳腺泡体积。而该阶段是胎儿快速生长发育期,经产牛体重变化能达到0.7kg/d以上,头胎牛加上自己生长发育的增重,其体重变化达到1.4kg/d。因此该阶段热应激,可能会影响犊牛的初生重。统计相关研究结果,发现热应激造成犊牛初生重平均降低4.1kg。een

  

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数据来源:S. Tao and G. E. Dahl, J. Dairy Sci,2013een

  

  4.2 围产期热应激对犊牛免疫功能的影响een

  

  围产期热应激不仅会降低初乳中IgG含量,还会降低新生犊牛对IgG的吸收率。试验结果显示,围产期采取降温的母牛,其所生犊牛的IgG吸收率在35%左右,而热应激母牛所生犊牛的吸收率降至20%左右,相差15个百分点。这可能会直接导致犊牛的被动免疫失败。een

  

  另一个关于围产期热应激对犊牛胰岛素耐受的试验研究,发现出生时两组犊牛体内胰岛素水平相似。但当灌服初乳后,热应激组犊牛胰岛素水平高于降温组,这意味着其胰岛素分泌增加或胰岛素清除率降低,或者两者都有。此外,热应激出生的新生犊牛PBMC增殖下降,意味着其淋巴细胞功能受损,影响其特异性免疫的建立。een

  

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数据来源:S. Tao et al., J. Dairy Sci,2012. S. Tao and G. E. Dahl, J. Dairy Sci,2013een

  

  4.3 围产期热应激对犊牛生长发育和生产性能的影响een

  

  试验结果显示,围产期采取降温措施出生的犊牛1-8周DMI和体重在数值上都高于热应激组,其中5-8周的DMI和8周断奶体重显著增加。een

  

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数据来源:A. P. A. Monteiro et al ., J. Dairy Sci,2016aeen

  

  而且,热应激对体重的负面影响具有延续性,直至12月龄,降温组出生犊牛的体重都始终高于热应激组,且其参配次数也低于热应激组。追踪其产后35周的产奶量,发现降温组显著高于热应激组。这也呼应了前面的研究结果,热应激的影响具有传代效应。een

  

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数据来源:A. P. A. Monteiro et al ., J. Dairy Sci,2016been

  

  05热应激条件下围产牛和犊牛的饲养理念een

  

  热应激不但影响围产牛DMI和行为指标、血液代谢指标、产后泌乳性能和繁育性能,还影响胎儿产热和体温调节、胎盘功能和乳腺发育,影响犊牛初生重、免疫功能建立、生长发育和生产性能。因此,围产期采取降温措施,是实现奶牛母子一体化(曹志军,2015)的重中之重。een

  

  奶牛母子一体化兼顾母子需求,通过营养搭配、科学管理,实现母牛产后健康、平稳高产,犊牛平安出生、茁壮成长。其广义上指奶牛产前2个月至犊牛断奶后2周的120天。狭义上一般指奶牛产前3周至犊牛3周的40天。een

  

  围产前期奶牛容易出现各种问题,比如免疫应激、免疫抑制等。管理好围产前期的3周,可以降低奶牛产后60天以内的淘汰率。根据我们实验室监测2012-2015年国内将近20万头成母牛的数据,显示其产后60天以内淘汰比例达到了27%。而犊牛出生后的前三周,是腹泻和肺炎的高发期,也恰是被动免疫和主动免疫建立期。大量监测数据显示,91.04%的腹泻发生在哺乳期犊牛。因此,把前三周犊牛养好,犊牛腹泻、肺炎就会大大减少。een

  

  与泌乳牛相比,围产牛的代谢产热较少,热应激的上限温度增加(25-26℃),可参考泌乳牛的物理降温措施,只需将开启的温度稍上调。开放式牛舍:喷淋+风机(30s+4.5min)。een

  

  喷淋:30-60s能将牛只淋透(水压和水量);风机:离地面的距离不超过2.2米,900毫米规格的间隔为6米,风速2-2.5米/秒,3-4min内能将牛只吹干。封闭牛舍:水帘+风机(风速达到2米/秒)。水帘:注意清洗水幕网孔;风机:相邻两舍的风机最好面对面安装。een

  

  06总结een

  

  总之,养牛讲究的无外乎吃好、喝好、休息好。围产期的饲养管理是支撑整个泌乳期的支点,而后备牛的培育是支撑整个牧场的支点。因此,抓好这两个支点,才能实现可持续高效发展。2018年12月28号,中国首部《后备奶牛饲养技术规范》已经正式发布了,并于2019年7月1日开始正式实施。未来,希望科研界能更好的与产业界结合,做更多有益于提高生产和技术的工作,大幅度地推进整个行业的发展。een

  

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