熵值与胎次对奶牛泌乳性能、采食行为和饲槽偏好的影响研究

《Journal of Dairy Science》：Effects of entropy and parity on lactation performance, feed intake, eating time, and bunk preference of dairy cows

本研究针对奶牛个体行为差异对生产性能的影响，通过分析2019-2023年10项饲喂试验数据，首次采用条件熵量化奶牛饲槽偏好随机性，并结合胎次探讨其对采食模式的影响。结果表明，偏好随机性高的奶牛通过调整采食频率和间隔维持产奶量，而胎次显著影响采食策略（如头胎牛采食慢而频）。研究为优化分群管理、减少竞争提供了新视角，对提升动物福利及生产效率具有重要意义。

　　

在现代化奶牛养殖中，理解个体奶牛的行为差异对于优化管理实践、提升动物福利和生产效率至关重要。奶牛在采食行为上表现出显著的个体差异，这些差异可能受到动物个性、环境因素以及社会结构的多重影响。然而，目前关于奶牛如何通过探索性行为适应饲喂环境，以及胎次如何塑造其采食模式的研究仍较为有限。特别是在室内饲养条件下，奶牛的时间预算（如采食、反刍和躺卧时间）往往高度不一致，这给精准管理带来了挑战。此外，尽管先前研究已关注年龄、健康状况和生产性能对行为的影响，但奶牛对饲槽位置的偏好与其生产性能之间的关联尚不明确。为此，美国威斯康星大学的研究团队开展了一项回顾性研究，旨在揭示熵值（用于量化行为随机性）和胎次对奶牛泌乳性能、采食行为和饲槽偏好的影响，相关成果发表在《Journal of Dairy Science》上。

为系统回答上述问题，研究人员整合了2019至2023年间在威斯康星大学阿灵顿牧场实施的10项饲喂试验数据，共涉及64头荷斯坦奶牛/试验，均饲养于配备32个电子门式饲槽（RIC系统）的沙床自由牛舍。研究通过条件熵（conditional entropy）计算生成指数，将奶牛访问饲槽的偏好从“最可预测”到“最随机”进行分类，并利用广义线性模型（Tweedie分布）和混合效应模型分析归一化熵值及胎次（固定效应）对泌乳性能、采食量、采食时间等参数的影响，同时将试验本身设为随机效应以控制管理差异。

材料与方法

动物与饲养：所有奶牛均饲养于同一牧场，自由接触全混合日粮（TMR），日粮配方基于NRC（2001）或NASEM（2021）标准，每日两次投喂（09:30和15:00）。饲槽系统记录个体采食量及访问数据，采样周期至少6周。

饲料分析：每周采集TMR样本，通过烘箱干燥法测定干物质（DM），并送检商业实验室分析有机物（OM）、粗蛋白（CP）、中性洗涤纤维（NDF）、淀粉等指标。

采食行为与泌乳性能：采食量（DMI）根据每日访问饲槽的饲料消耗量计算，并校正干物质浓度；采食时间定义为奶牛头部在饲槽内的持续时间；采食速率通过DMI与采食时间的比值确定。泌乳数据通过自动化系统（DairyComp305）记录，并计算4%脂肪校正乳（4% FCM）和能量校正乳（ECM）产量。

条件熵测量：基于奶牛访问不同饲槽的概率分布计算条件熵值，并通过最小-最大归一化处理得到0-1的指数（0表示最可预测行为，1表示最随机行为）。

统计分析：采用SAS 9.4进行广义线性模型和混合模型分析，显著性阈值设为P ≤ 0.05。

结果与讨论

熵值对采食行为的影响：饲槽偏好随机性（高熵值）未显著影响泌乳性能参数（P > 0.10），但行为可预测性低的奶牛表现出更高的访槽次数趋势（P = 0.09）以及更频繁的餐次（P = 0.02）、更长的餐间间隔（P = 0.03）。这表明奶牛可能通过探索性采样适应环境变化（如饲料分类或社会等级），从而维持生产性能。例如，随机性高的奶牛可能通过频繁更换饲槽定位营养更均衡的饲料，这与先前研究中“探索行为有助于奶牛评估饲料营养价值”的结论一致。

胎次对生产性能的影响：胎次显著影响DMI（P = 0.001）和乳产量（P ≤ 0.001），经产牛（≥5胎）的DMI和ECM产量最高（30.7 kg/d、53.1 kg/d），而头胎牛最低（23.3 kg/d、39.4 kg/d）。乳脂率和乳蛋白率随胎次增加而下降，但乳脂和乳蛋白产量因总产奶量提升而升高。这一结果符合泌乳曲线规律，可能与年轻牛只能量分配用于生长有关。

胎次对采食模式的作用：头胎牛每日访槽次数最多（44.0次/天），采食速率最慢（0.23 kg DM/min），且餐次更小（3.6 kg/餐），而高龄牛（≥5胎）则表现为更少餐次（6.4次/天）、更大餐量（5.1 kg/餐）和更快采食速率（0.35 kg DM/min）。这种差异可能源于年轻牛只需更长时间咀嚼饲料，且易在饲槽处于从属地位，导致其通过增加采食频率补偿摄入不足。

结论与意义

本研究首次将条件熵应用于奶牛饲槽偏好量化，发现行为随机性高的奶牛能通过调整采食策略维持生产性能，体现了其对环境变化的适应性。同时，胎次显著影响采食模式，头胎牛与高龄牛在采食节奏、餐次结构上存在本质差异。这些结果提示，按胎次分群饲养可能减少竞争，优化饲养管理。研究为理解奶牛行为可塑性提供了新工具，对改善动物福利、提升牧场精细化水平具有实践意义。然而，需注意本试验在电子饲槽系统下开展，其结论向传统开放槽系统的推广仍需进一步验证。