随着人工智能成为国家战略，现代化农业的逐渐推行以及在“互联网+”模式的冲击下，一场巨大的变革正在畜牧行业中发生，现代信息化、精准化模式的饲养管理，即精准养殖已经成为国内外关注的焦点，并成为智慧农业的研究重心^[1-2]。精准养殖是指基于信息技术的支持，根据饲养环境的差异，定时、定量、定位地施行整套现代化的饲养管理技术系统。目前，我国奶业已经开始深度推行奶牛饲养管理的规模化、标准化，这是我国奶业发展的必经之路，可进一步提高养殖水平，增加养殖效益。

奶牛行为学是研究奶牛与其周围环境之间的关系及其群内各个单位之间相互关系的科学，是研究奶牛生命活动的重要学科。通过奶牛行为学的研究，对奶牛在不同环境条件下的活动方式加以了解，并总结奶牛的行为规律，可为奶牛提供针对性的饲养管理方案，提高生产效率。研究表明，奶牛的咀嚼行为和反刍行为，对瘤胃发酵参数具有直接影响^[3]。而奶牛的行为对其健康^[4]、泌乳性能^[5-6]均具有良好的的指示作用。躺卧行为是奶牛最重要的活动之一，Norring等^[7]通过不同垫料对奶牛躺卧行为以及生产性能影响的研究中发现，奶牛躺卧行为与垫料类型有关，躺卧时间长，泌乳量也较高。奶牛的饮水行为与泌乳量、采食量具有显著正相关性^[8-9]，饮水量还受季节因素的影响^[10]。因此，通过奶牛行为学研究，收集个体、群体数据，从而设计、改进、优化饲养管理方案与模式，对智慧农业、精准养殖具有重要的意义。

基于奶牛的行为特点以及生活习性，奶牛行为的监控在奶牛饲养管理中具有重要的地位以及发展前景。通过人工监控以及数据实时感知、识别、接受、处理和智能化分析，可以有效避免过多的人为活动对奶牛产生的影响，及时掌握奶牛行为信息^{[1, 11-12]}，有助于对奶牛健康及生理状况进行实时监控，并及时对现有生产管理计划做出实时更新，增加养殖收益。目前，有关奶牛行为学与泌乳性能相关性的研究还较少。因此，本研究旨在探究不同泌乳量奶牛的行为学差异，并分析奶牛行为学与泌乳性能的相关性，为奶牛行为学在增进奶牛泌乳量实际生产应用方面提供科学依据和理论支持。

1 材料与方法 1.1 试验设计及饲粮

本试验于2018年5—6月在北京市周边某牛场内进行，舍内最高温度30 ℃，最低温度14 ℃，无阴雨天气，采用具有多组风扇的散栏舍饲，平均每头奶牛占用空间为24 m²。选择24头泌乳中期[(114.6±7.5) d]的健康中国荷斯坦奶牛，平均体重为(670±24) kg、胎次为(2.6±0.4)胎，分为高产组[泌乳量(31.90±1.76) kg/d]和低产组[泌乳量(19.30±1.76) kg/d]，每组12头。参照NRC(2001)^[13]奶牛营养需要量配制基础饲粮，其组成及营养水平见表 1。

1.2 指标测定 1.2.1 饲粮组营养水平

粗蛋白质含量参照GB/T 6433—2006进行测定，酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量参照GB/T 6434—2006进行测定，钙含量参照GB/T 6436—2018进行测定，磷含量参照GB/T 6437—2018进行测定。

1.2.2 泌乳量及乳成分

泌乳量由全自动挤奶机记录(v80，瑞盛源橡塑牧械装配有限公司，河北)。于晨饲后弃去头3把奶采集牛奶样品，乳成分使用乳成分分析仪(MCC30SEC，LACTOSCAN，保加利亚)进行测定。

1.2.3 采食量及行为学指标

应用奶牛营养学北京市重点实验室自主设计的精准饲喂装置统计试验牛每天的采食量、接触料槽次数、采食次数以及每次采食的采食时间等采食行为的数据。所有奶牛饲养在同一个试验圈栏内，且每天保证饲喂料斗内盛有的饲料量为NRC(2001)^[13]推荐的奶牛干物质采食量(DMI)公式估算的110%。干物质采食量预测模型为：

干物质采食量=(0.372×4%FCM+0.096 8×BW^0.75)×[1-e^{(-0.192(WOL+3.62)}]。

式中：4%FCM为4%乳脂率校正乳[4%FCM(kg/d)=(0.4×日泌乳量)+(15×乳脂率)]；BW^0.75为代谢体重(kg)；WOL为泌乳周数。

通过24 h视频监控系统统计48 h内奶牛的行为学。通过6个摄像头录制视频(3ST47EWD-L，杭州海康威视公司，杭州)，观看试验录像视频，记录高产组奶牛与低产组奶牛在48 h内的反刍时间、反刍次数、采食时间、采食次数、反刍行为、躺卧时间、躺卧次数、饮水时间和饮水次数等行为学数据，行为学数据使用计时器(JSWLQ，北京小米有限公司，北京)、计数器(MJ-DS-01，浙江君仪电子仪器厂，浙江)、电子秤(KHW，海坤宏公司，高密)记录。数据采集标准如下。

采食行为：试验奶牛2次采食间隔在12 min以上并且采食饲粮超过0.2 kg时，定义为1次有效采食^[1]。

饮水行为：奶牛行走至水槽嘴部接触水面开始计时，至离开水面时停止计时，饮水间隔相差为5 min以上计为1次饮水^[14]。

反刍行为：奶牛的反刍时间是从奶牛采食停止后、反刍来临时开始计时，至停止反刍后计时，2次反刍时间间隔5 min则记为下一次反刍。

躺卧/游走行为：利用阿菲金佩戴式脚环计步器记录试验奶牛每天的游走步数，当牛的侧部接触地面或卧床则被认为是躺卧，奶牛躺卧时间的计时为奶牛四肢接触地面开始，至四肢离开地面止，记为1次躺卧^[15]。记录每天每头奶牛的躺卧时间、躺卧次数。绝对躺卧时间是指奶牛躺卧开始后，静止5 min以上，同时头部弯曲至腹部，双目紧闭，且嘴部无任何动作的一段时间。

游走/站立的时间：将1 d的时间减去奶牛躺卧的时间即为奶牛的游走/站立的时间。

1.3 数据统计与分析

试验采用SPSS 21.0统计软件进行分析，对不同泌乳量的奶牛行为学与奶牛泌乳量之间进行皮尔森相关性分析，并用比较法检验高低产奶牛之间的差异。P < 0.05表示差异显著，P < 0.01表示差异极显著，0.05≤P < 0.10则为有变化趋势。

2 结果与分析 2.1 不同泌乳量奶牛泌乳量及乳成分差异分析

由表 2可知，低产组奶牛的乳蛋白率高于高产组奶牛，差异极显著(P < 0.01)；低产组奶牛的乳脂率与高产组相比，具有升高的趋势(P=0.074)；低产组奶牛的乳脂产量和乳蛋白产量均低于高产组奶牛，差异极显著(P < 0.01)；低产组奶牛的乳糖率低于高产组奶牛，差异显著(P < 0.05)。

分析原因可能在于高产组奶牛能够摄取更多的能量物质，并且有更高的能量转化率(瘤胃微生物区系，乙丙比不同等)，使摄入体内的总能量水平升高，同时少量的运动行为，导致能量消耗减少，更多的能量被用于乳汁合成。这可能是导致高产组奶牛乳成分中乳糖、乳脂、乳蛋白等能量物质产量增加的原因。

2.2 不同泌乳量奶牛干物质采食量及行为学差异分析

由表 3可知，高产组奶牛的干物质采食量高于低产组奶牛，差异极显著(P < 0.01)；高产组奶牛的采食时间(P=0.074)和反刍时间(P=0.087)与低产组相比，具有升高的趋势；高产组奶牛的饮水时间高于低产组奶牛，差异显著(P < 0.05)；高产组奶牛的饮水次数高于低产组奶牛，差异极显著(P < 0.01)；高产组奶牛的游走步数低于低产组奶牛，差异极显著(P < 0.01)。然而，采食次数、反刍次数、躺卧时间、躺卧次数和游走/站立时间在高产组奶牛和低产组奶牛之间均无显著性差异(P>0.05)。

2.3 不同泌乳量奶牛行为学与泌乳性能的相关性

由表 4可见，不同泌乳量奶牛的不同行为与泌乳量呈现出不同程度的相关。其中，干物质采食量与总泌乳量呈极显著正相关(P < 0.01)，高产组奶牛和低产组奶牛的泌乳量也分别与干物质采食量呈显著正相关(P < 0.05)。饮水时间和饮水次数与总泌乳量呈显著正相关(P < 0.05)，游走步数与总泌乳量呈极显著负相关(P < 0.01)。

3 讨论

奶牛的行为主要包括躺卧、采食、反刍和饮水行为等，奶牛行为的自然表达，是内部生理活动的外在表现，与奶牛泌乳性能密切相关。因此，了解奶牛的行为及泌乳性能相关性的研究具有重要意义。

3.1 奶牛采食行为与乳成分和泌乳量的关系

本试验通过视频采集整理奶牛采食行为数据，分析不同泌乳量奶牛的采食行为差异。结果显示，高产组奶牛的干物质采食量比低产组奶牛高，差异极显著。由此说明高产组奶牛与低产组奶牛在饲粮营养水平相同的情况下，高产组奶牛需要生产更多的牛奶则需要摄取更多的干物质，用来维持能量平衡。如果干物质摄入量不足，就会影响奶牛的奶产量，并且会导致奶牛能量的负平衡状态^[16-17]。能量负平衡状态会导致奶牛的生产性能下降，同时使营养代谢病的发病率升高，的产生氧化应激，繁殖性能明显下降^[18]。本实验室前期研究结果表明，高产组奶牛与低产组奶牛瘤胃菌群的多样性存在显著差异，且高产组奶牛瘤胃中丙酸的含量显著高于低产组奶牛，由于丙酸是合成乳糖的前体物^[19-20]，乙酸是合成脂类的前体物^[21]，因此，高产组奶牛与低产组奶牛的乳成分变化与瘤胃内挥发酸浓度、菌群结构以及采食量密切相关^[22]。

高产组奶牛与低产组奶牛相比，采食时间、采食次数均差异不显著。据报道，奶牛的采食时间为3~5 h/d，采食次数为9~14次/d，采食速率为0.10~0.15 kg/min，而且在奶牛挤奶返回和投料后1 h会达到采食的高峰时段^[6]。有趣的是，本研究在观察奶牛采食过程中，有几头社会地位低下的奶牛采食时间会与其他奶牛的采食高峰相延迟，且采食时间较短，采食效率较高，以满足自身的能量需求，社会地位可根据体型、饮食、饮水次序及时间等指标进行判断，通常社会地位高的奶牛体格健壮，并具有优先进食和选取有利进食位置的权利。在高产组奶牛与低产组奶牛对比分析发现，高产组奶牛的采食时间具有高于低产组奶牛采食时间的趋势，这也是导致高产组奶牛干物质采食量显著高于低产组奶牛的直接原因^[23]，进而解释了干物质采食量与泌乳量之间的显著正相关关系。

3.2 奶牛躺卧行为与泌乳量的关系

通过视频采集奶牛躺卧数据过程中发现，奶牛的躺卧行为是奶牛的首选行为。据报道，奶牛的平均躺卧时间为8~14 h/d，躺卧次数为7~16次/d，每次的躺卧时间为1~2 h，而且躺卧时间主要集中在晚上以及挤奶后1 h^[24]，与本研究结果相一致。研究发现，奶牛每合成1 L牛奶，需要从400~500 L血液中吸取营养物质；奶牛躺卧时，可使乳腺内的血流量增加，且躺卧时间每增加1 h，泌乳量增加1.70 kg/d，存在正相关关系^[25]；奶牛躺卧同时可以减少游走行为的产生，减少多余的能量消耗，从而将更多的能量用于乳腺产奶。同时，躺卧行为有助于反刍行为的发生，有助于能量的吸收与代谢。然而，也有研究表明，高产奶牛的躺卧时间少于低产奶牛，且躺卧时间与泌乳量有微弱的负相关性^[26]。因此，躺卧行为对于泌乳量至关重要。本研究中，在高产组奶牛与低产组奶牛之间，躺卧时间和躺卧次数没有显著差异，以及在奶牛躺卧行为与泌乳量相关性的分析中不存在相关性，这可能与视频观察时间较短有关，不足以概括躺卧行为与泌乳性能的相关性，在今后的研究中可适当的延长观察时间。

3.3 反刍行为与泌乳量的关系

反刍行为是反刍动物共有特征，可有效增加饲料利用率，增加唾液分泌量，保证瘤胃生理功能，不仅促进微生物在瘤胃中的降解，还促进食物的消化与吸收，提高奶牛的泌乳性能^[27]。因此，有效反刍时间对于奶牛健康和生产性能的提高起到了决定性的作用。

研究发现，奶牛的反刍时间为7~9 h/d，反刍次数为12~16次/d，每次反刍时间为26~36 min，反刍时间主要集中在晚上，在挤奶返回2 h或投料1 h后会达到高峰期^{[8, 15]}，与躺卧时间变化趋势相似，与干物质采食量和采食时间变化趋势相反^[28]，与本研究结果相似。本研究中，虽然高产组奶牛与低产组奶牛相比，反刍次数无显著差异，但是，高产组奶牛的反刍时间具有高于低产组反刍时间的趋势。张华琦等^[29]研究发现，奶牛夜间反刍时间比白昼反刍时间长，充分展现了奶牛利用白昼时间最大化采食，满足其生长及泌乳的需求；奶牛躺卧的时间约占奶牛总躺卧时间的80%，且奶牛的反刍和采食行为不能同时进行，因此奶牛的反刍时间与躺卧和采食时间紧密相关。

3.4 饮水行为与泌乳量的关系

奶牛的饮水量与奶牛的体况、采食量和泌乳量以及乳成分密切相关。本研究发现，不同泌乳量奶牛的饮水行为有显著差异，高产组奶牛饮水时间显著高于低产组奶牛，高产组奶牛饮水次数极显著高于低产组奶牛。这可能是因为高产组奶牛需要分泌比低产组奶牛更多的牛奶，这一过程需要大量的水分，因此高产组奶牛会饮用大量的水用以分泌牛奶。据报道，水分占奶牛体组织的62%~69%，而牛奶中，水分约占87%。奶牛平均每天的饮水量为78~84 L，饮水次数达7~14次^[30]。奶牛的饮水量是干物质采食量的4~5倍，泌乳量的3~4倍，因此，在高强度的奶牛代谢过程中，需要大量的水分，若想要获得高产的关键因素在与给予奶牛充足的饮水^{[29, 31]}。研究发现，限制奶牛饮水量的50%，奶牛的干物质采食量下降20%，泌乳量下降27%^[8]。奶牛的饮水和采食高峰在同一时间段，高峰期的饮水量占总饮水量的40%^[9]；因此，在生产实践中，应供给奶牛充分的水，以防止供水量不足影响泌乳量以及避免热应激的产生。

3.5 游走行为与泌乳量的关系

本研究中发现，低产组奶牛比高产奶牛的游走步数多，差异极显著；在与泌乳量相关性的研究中，游走步数与泌乳量呈极显著负相关，这可能是因为低产组奶牛易受外界环境刺激产生应激，无法在受到外界刺激后进入安静状态休息，能量消耗增加，进而导致泌乳量下降以及游走行为增加，导致运动所需的代谢增加，水分、糖类、脂质的合成与代谢都会受到不同程度的影响。胡仁超^[31]研究发现，日泌乳量在30 L/d以上的奶牛活动量与泌乳量呈负相关，这与本研究结果相一致。本研究为更好地发挥奶牛泌乳潜能、更合理地实施精准饲喂管理技术、保障奶牛的福利提供了科学参考，提出了奶牛泌乳与行为学之间的内在规律变化相关性，具有重要的实践指导意义。

4 结论

奶牛总泌乳量与采食行为的干物质采食量呈极显著正相关，与饮水行为的饮水时间和饮水次数呈显著正相关，与游走行为的游走步数呈极显著负相关。