基于Lactocorder?测量的水牛排乳动力学特征及其对优化物种特异性挤奶方案的意义

本研究通过Lactocorder?设备对798头意大利地中海 buffaloes 进行2768次挤奶记录，系统分析排乳动力学特征。结果表明，水牛排乳模式（峰值流速HMF、最大分钟产量HMG、总挤奶时间tMGG）显著受胎次、牧场管理及 lactation stage 影响，且与奶牛存在生理差异。研究强调需制定物种特异性挤奶协议以提升效率、乳房健康及动物福利（welfare），并为减少过度挤奶（overmilking）提供数据支持。

　　

Abstract

当前水牛的挤奶方案多沿袭自奶牛，但两物种间存在显著的生理和行为差异。本研究旨在通过Lactocorder^?设备量化意大利地中海 buffaloes 的排乳动力学特征，为制定物种特异性挤奶方案提供依据。数据采集于2024年3月至9月，覆盖4个商业牧场的798头泌乳水牛，共2768条个体挤奶记录。分析指标包括峰值 milk flow rate（HMF）、最大分钟 milk yield（HMG）、总挤奶时间（tMGG）、前三分钟产奶量以及过度挤奶（定义为 milk flow <0.20 kg/min 至挤奶杯脱落的时段）。采用广义混合模型分析，固定效应涵盖牧场、泌乳天数（DIM）、胎次、产奶量等级和月份。

结果显示，平均21%的奶量在第一分钟排出，46%在第二分钟，66%在第三分钟。牧场间tMGG和 overmilking 差异显著（p<0.05），且两者呈正相关（r=+0.43）。HMF和HMG在泌乳早期最高，随 lactation stage 推进而下降（p<0.05），但DIM对tMGG和 overmilking 无显著影响。胎次影响多数指标：二胎水牛HMF和HMG最高（1.82和1.66 kg/min），而tMGG在≥5胎水牛中最长（7.83 min），初产牛最短（7.00 min）。这些结果表明，延长挤奶时间可能 unnecessary，会增加 overmilking 风险，且多胎水牛需更密切监控和牧场特异性 detachment settings 以提升效率、乳房健康和福利。

HIGHLIGHTS

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  当前基于奶牛的挤奶协议不适用于水牛生理特性。
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  定制化协议可提升水牛的挤奶效率、乳房健康和福利水平。

1. Introduction

水牛养殖是意大利南部关键经济产业，种群超43万头，约12.1万头受意大利国家育种协会（ANASB）监测。近年来，随着管理技术进步和市场对 buffalo-derived products（如Mozzarella di Bufala Campana PDO奶酪）需求增长，产业持续扩张。为保障市场供应和农场盈利，需同步提升产奶效率、品质和动物福利，减少挤奶过程中的疼痛和应激。挤奶协议直接影响 milk yield、组成和乳房健康，不当管理（如 prolonged machine-on time）可能导致 overmilking，引发乳头组织充血和 teat canal 闭合延迟，增加 intramammary infections 风险。

水牛与奶牛在乳房形态和生理上存在本质差异：水牛 suspensory ligament 发育较弱，后乳区分泌组织占55%–60%，且90%–95% milk 储存于 alveolar compartments，需 oxytocin 刺激主动排出。因此，水牛需要更长的 pre-stimulation，且常需外源 oxytocin 辅助。这种生理特性导致其 milk flow curve 常呈 bimodal pattern（初始流量下降后出现第二峰值），与高 somatic cell count（>500×10³ cells/mL）相关，进而降低 peak flow rates 并延长 overmilking。尽管奶牛挤奶协议已广泛优化，但水牛相关研究仍有限。近年来水牛 subclinical intramammary infections 流行率上升，突显制定物种特异性挤奶协议的紧迫性。Lactocorder^?作为IC认证的便携式电子 milk flow meter，可非侵入性监测 key milking traits，并提供 milk flow curves 的图形化输出。本研究利用该设备探究水牛排乳动力学，重点分析变异来源，以支持开发生理适配的挤奶方案。

Materials and methods

数据采集于商业牧场常规操作，无需动物试验伦理审批。与意大利育种协会（AIA）及坎帕尼亚-莫利塞地区育种协会（ARACM）合作，于2024年3–9月从萨勒诺省4个牧场（Farm 1–4）收集数据。所有牧场采用3+3 tandem milking parlours，无自动脱杯系统，真空泵水平分别为：Farm 1:43.0±2.35 kPa、Farm 2:44.0±2.14 kPa、Farm 3:38.4±0.71 kPa、Farm 4:40.0±2.63 kPa。Farm 1–2 pulsation ratio 为60:40，Farm 3–4为65:35，所有牧场 pulsators 均为60 cycles/min，且未使用 oxytocin。 bulk milk somatic cell counts 均值分别为：Farm 1:169,500±39,000 cells/mL、Farm 2:85,500±34,000 cells/mL、Farm 3–4:83,200±31,900 cells/mL。

Lactocorder^?设备安装于挤奶点，介于 milk claw 和 milk line 之间，通过RFID系统自动记录个体数据（出生日期、DIM、胎次）。设备按制造商和ICAR指南定期校准，数据由LactoPro 6.0.95软件处理。由单一技术人员操作以确保一致性。记录指标包括：

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  HMF（kg/min）：挤奶过程中最高瞬时流速
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  HMG（kg/min）：连续一分钟内的最高平均流速
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  1MG、2MG、3MG（kg）：第1、2、3分钟产奶量
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  tMGG（min）：从 teat cup attachment 到 detachment 的总时间
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  Overmilking（min）： post-stripping time（流量<0.20 kg/min至0 kg/min）与 blank milking time（无流量的附着时间）之和

数据清洗排除HMF≤0.20 kg/min或tMGG超出1–30 min的记录，且仅纳入DIM≤300的动物。DIM按30天间隔分10类，胎次分5类（第5类含≥5胎），产奶量按百分位数分5等级。最终数据集含2768条记录（798头水牛），25.1%为初产牛，74.9%为经产牛，牧场间胎次分布均衡，平均每牛2.64±1.84条记录。

统计分析采用R软件，使用广义混合模型：

y_ijklmn = μ + Farm_i + DIM class_j + Parity_k + Milk class_l + Month_m + Animal ID_n + e_ijklmn

其中y为因变量（HMF、HMG、tMGG、overmilking），Animal ID为随机效应。 overmilking 经log₂转换以正态化。采用LSD post-hoc检验，显著性水平p<0.05。

Results

Descriptive statistics of milk ejection traits

所有参数变异系数（CV）均>35.0%，其中tMGG变异最低（CV=37.4%）， overmilking 最高（CV=49.0%）。平均tMGG为7.35 min（范围0.37–24.4 min）， overmilking 均值2.09 min。前三分钟产奶比例随DIM增加而下降：0–30 DIM的1MG最高（1.15 kg），30–60 DIM的2MG和3MG最高（2.56和3.86 kg）。胎次对前三分钟产奶量无显著影响。

Sources of variation of milking ejection traits

Farm效应显著影响HMG、tMGG和 overmilking（p<0.05）。DIM class和 parity 显著影响HMF和HMG（p<0.05），仅 parity 影响tMGG（p<0.05）。 milk yield class 和 month 对所有性状（除 overmilking 外）有显著影响。

Farm 2和4的HMG最高（1.65和1.59 kg/min），Farm 3的tMGG和 overmilking 最长（7.97和2.16 min），Farm 1的 overmilking 最短（1.43 min）。HMF和HMG在0–30 DIM最高（1.91和1.72 kg/min），随DIM上升而下降（p<0.05），但tMGG和 overmilking 无DIM差异。二胎水牛HMF和HMG最高（1.82和1.66 kg/min），tMGG随胎次增加而延长（≥5胎达7.83 min）。 overmilking 无胎次差异。 milk yield class 升高时，HMF、HMG和tMGG显著增加（p<0.05），但 overmilking 无变化。

Discussion

本研究深化了对水牛排乳动力学的理解，为制定物种特异性挤奶方案提供依据。水牛 unique behavioural, anatomical, and physiological traits 要求 tailored management strategies。

Descriptive statistics of milk ejection traits

HMF和HMG均值（1.77和1.59 kg/min）与既往研究一致，但略高于Bava等（2007）报告的1.43 kg/min，可能源于挤奶设备设置差异和遗传改良。奶牛因产奶量更高，通常表现更快的 milk ejection dynamics（如Holstein的HMF达2.49–2.56 kg/min，tMGG约5 min）。水牛平均tMGG为7.35 min，与Borghese等（2013）的大规模研究一致，但低于Caria等（2011）单牧场报告的11–12 min。

Overmilking 均值2.09 min，显著低于Di Palo等（2007）报告的4.81 min和Atigui等（2024）的3.64 min，反映牧场管理进步。 overmilking 占tMGG的28.4%，与Bava等（2007）的33%接近，但高于奶牛使用自动脱杯系统的16%（Sandrucci等2005）。手动脱杯易导致延迟，增加 teat-end stress 和 udder tissue damage，进而引发 hyperkeratosis 和 mastitis risk。尽管这些负面影响在奶牛中明确，水牛相关研究仍需深化，以优化 detachment thresholds 和 teat-end vacuum levels。

前三分钟排乳比例（21%、46%、66%）与Bava等（2007）和Di Palo等（2007）一致，且类似奶牛模式（Sandrucci等2007报告67%）。高效早期排乳归因于有效的 pre-milking stimulation，促进 endogenous oxytocin release 和 alveolar milk letdown。 inadequate stimulation 可能导致 delayed milk ejection 和 bimodal flow curves。Costa等（2020a）和Napolitano等（2022）强调 pre-milking management 对缩短 lag time 和提升效率的关键作用。

DIM增加时前三分钟产奶比例下降，0–30 DIM的1MG最高，30–60 DIM的2MG和3MG最高。胎次无显著影响，与奶牛研究（Strapák等2011）不同，可能源于水牛物种特异性 lactation physiology 或均匀的 mammary gland development。

Sources of variation of milking ejection traits

Farm间HMF无差异，表明其受生理和 udder morphology 固有特性主导。HMG小幅差异可能源于个体变异。tMGG和 overmilking 的Farm差异显著，Farm 3（真空最低38.4 kPa， pulsation ratio 65:35， herd size 最大）记录最长值，且tMGG与 overmilking 正相关（r=+0.43）。Farm 1–2（真空43.0–44.0 kPa， pulsation ratio 60:40）的 overmilking 较短，且 bulk milk SCC 较低，表明设备设置与 herd performance 平衡良好。真空强度、 pulsation dynamics 和操作管理可能与 herd size 交互影响效率，但仅4个牧场纳入，结论外推需谨慎。

HMF和HMG在0–30 DIM最高，符合早期 lactation 高 alveolar pressure 和强 neuroendocrine responses 特性，与Bava等（2007）和奶牛研究（Strapák等2011；Bruckmaier & Hilger 2001）一致。tMGG和 overmilking 无DIM差异，可能与无自动脱杯系统相关，手动操作掩盖了潜在变化。

二胎水牛HMF和HMG最高，≥4胎时下降，反映连续 lactation 的累积效应： mammary gland 经历反复功能应激和生理磨损，导致 milk ejection capacity 下降。 age-related structural alterations 和 microtraumas 可能加剧此趋势。Catillo等（2002）报告意大利地中海水牛 milk flow rates 在3–4胎达峰，奶牛研究（Berry等2013；Tan?in等2006）显示类似胎次规律。tMGG从5胎起延长，表明 udder efficiency 渐进下降，可能与组织弹性丧失或亚临床状态相关，与Bobi?等（2020）和Tamburini等（2007）的奶牛报告一致。

milk yield class 升高时，HMF、HMG和tMGG增加，因高产牛具更大 cisternal and alveolar capacities，需更长时间排空。 overmilking 无差异，反映固定挤奶协议下 uniform detachment timings 的影响。

Conclusions

水牛排乳特性显著不同于奶牛，且受 lactation stage、胎次、产奶量和牧场管理影响。需制定物种特异性和情境适配的挤奶协议，整合可调 switch-point thresholds、自动脱杯系统和基于DIM/胎次的常规调整，以优化 milk flow dynamics、减少 overmilking、促进 udder health 和 welfare。

Ethic statement

数据采集于商业牧场常规操作，无需动物试验伦理审批。

Data availability statement

数据未存入官方仓库，合理请求时可提供。