機器人擠奶系統(tǒng)對奶牛行為、健康狀況及生產(chǎn)性能影響的研究進展

馬慧，叢慧敏，鐘景田

（1.北京三元種業(yè)科技股份有限公司畜牧研究院，北京 100081；2.北京首農(nóng)畜牧發(fā)展有限公司北京奶牛中心，北京 100192）

機器人擠奶系統(tǒng)對奶牛行為、健康狀況及生產(chǎn)性能影響的研究進展

馬慧1，叢慧敏2，鐘景田1

（1.北京三元種業(yè)科技股份有限公司畜牧研究院，北京 100081；2.北京首農(nóng)畜牧發(fā)展有限公司北京奶牛中心，北京 100192）

機器人擠奶系統(tǒng)（AMS）系根據(jù)仿生原理制成，在一些勞動力成本高的發(fā)達國家已廣泛應用，但目前在國內(nèi)應用較少。機器人擠奶系統(tǒng)在一定程度上代表了奶牛養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展水平。本文綜述了機器人擠奶系統(tǒng)對奶牛行為、健康狀況及生產(chǎn)性能的影響，為其能在我國廣泛推廣使用提供理論依據(jù)，以期促進我國奶牛養(yǎng)殖業(yè)逐步向自動化、智能化方向發(fā)展。

機器人擠奶系統(tǒng)；奶牛；行為；健康；生產(chǎn)性能

根據(jù)仿生原理研制而成的機器人擠奶系統(tǒng)（AMS），可以實現(xiàn)擠奶程序和奶牛管理自動化，與傳統(tǒng)的牛場管理方式相比，該系統(tǒng)可大大解放勞動力[1]，其優(yōu)勢遠遠超出了普通的人工替代設(shè)備。機器人擠奶系統(tǒng)可以通過自動傳感器記錄每頭牛的詳細信息，實時監(jiān)測奶牛乳房健康、產(chǎn)奶量、繁殖狀況、采食量及體重變化等[2]，從而協(xié)助牛場管理人員綜合考慮擠奶、牛奶品質(zhì)、飼喂、奶牛行為和動物福利等方面因素[3]，有針對性地采取提高牛場管理水平的措施。與傳統(tǒng)的擠奶方式相比，機器人擠奶系統(tǒng)可根據(jù)奶牛生產(chǎn)水平及泌乳期預先確定擠奶頻率，在不額外增加勞動力成本的情況下，通過奶牛自身的意愿自主性地進入擠奶站完成擠奶過程，從而大大降低勞動力成本[4]。據(jù)報道，使用機器人擠奶系統(tǒng)可使泌乳期奶牛的平均產(chǎn)奶量提高12%，勞動力成本減少18%，且因其允許奶牛自主選擇擠奶時間從而改善奶牛福利[4]。本文重點討論機器人擠奶系統(tǒng)對奶牛行為、健康狀況及生產(chǎn)性能的影響，為其能在中國養(yǎng)牛業(yè)推廣應用提供理論依據(jù)。

1 機器人擠奶系統(tǒng)對奶牛行為的影響

1.1 奶牛交運

奶牛交運是指奶牛經(jīng)過牛舍中設(shè)置的一系列門（或者通道）的流向。主要包括自由式奶牛流向、飼喂優(yōu)先式奶牛流向及擠奶優(yōu)先式奶牛流向。具體選擇何種交運模式，主要需考慮以下幾個方面。

1.1.1.飼喂策略

如果牧場設(shè)計的飼喂區(qū)的日糧中含有50%的精料，而另外50%的精料在機器人系統(tǒng)內(nèi)提供，則奶牛的交運模式可采用自由流向或飼喂優(yōu)先的方式。飼喂優(yōu)先的交運方式不會限制奶牛的干物質(zhì)采食量，奶牛的主要動力來源于擠奶站自動喂料系統(tǒng)內(nèi)投放的顆粒料，奶?；顒颖容^積極，故無需過多的人為引導即可達到預期的擠奶頻率。而選擇自由流向的奶?？呻S時攝入飼料，隨時擠奶，會降低奶牛堵塞通道或識別門的風險。但自由流向的交運方式需要驅(qū)趕更多的奶牛，以實現(xiàn)定期的擠奶間隔，故對勞動力的需求較高。

從節(jié)省機器人系統(tǒng)內(nèi)投放的顆粒料成本來講，牧場可設(shè)計成在飼喂區(qū)的日糧中含有80%的精料，在機器人系統(tǒng)內(nèi)提供20%的精料，而這種飼喂模式可采用擠奶優(yōu)先的交運方式。在擠奶優(yōu)先中，奶牛訪問VMS的主要動力是部分混合日糧（PMR），而不是擠奶過程中投放的顆粒料，奶牛為了采食日糧，會自愿進入機器人擠奶系統(tǒng)并獲得足夠的擠奶次數(shù)。

1.1.2.節(jié)省人工的策略

從節(jié)省人工的策略來講，最有效的奶牛交運方式是擠奶優(yōu)先。在擠奶優(yōu)先的交運方式中，奶牛的主要引誘源是日糧，奶牛需要前往擠奶站才能獲取日糧，奶牛自愿擠奶的動力較大，故需要人為引導的低活躍性奶牛較少，可節(jié)省人力。據(jù)報道，采用擠奶優(yōu)先的交運方式只需人工驅(qū)趕大約3%的牛只進入機器人擠奶系統(tǒng)擠奶；而如果選擇自由交運，則約有15%的牛只需要人為引導進入機器人擠奶系統(tǒng)完成擠奶。對于中小型牧場而言，這種差異并不十分顯著，但當擠奶牛頭數(shù)達到1.000頭時，差異就是30～150頭牛。

1.1.3.簡易性策略

飼喂優(yōu)先的交運方式需要的智能門較多，安裝維護費用會有所增加，另外當智能門出現(xiàn)故障時，會影響牛的交運，進而影響牛群的正常擠奶。擠奶優(yōu)先中，不需要擠奶的奶牛也必須前往擠奶站，故降低了機器人系統(tǒng)的使用率。而選擇自由流向的奶牛不需要安裝分隔門和單向門，節(jié)省的資金還可用于支付額外的人工費用，故從簡易性策略來講，自由交運模式將是牧場最好的選擇[5]。

1.2 采食及躺臥行為

奶牛攝食行為和采食量是機器人擠奶系統(tǒng)運行中需要考慮的重要方面?？赏ㄟ^提供最佳的飼喂空間和飼料供給量，盡可能地增加采食時間，以提高干物質(zhì)采食量，改善奶牛流向，進而提高擠奶頻率和產(chǎn)奶量。傳統(tǒng)擠奶方式中，奶牛每天采食時間高達4.3h，而在機器人擠奶系統(tǒng)中，奶牛每天的采食時間為3.5～4.0h。奶牛每天花費14～28min在機器人處采食精飼料，該時間長短取決于每天的擠奶次數(shù)。

機器人擠奶系統(tǒng)會改變奶牛的群體一致性，尤其是在擠奶行為方面。在自由式奶牛流向和飼喂優(yōu)先式奶牛流向的情況下，大多數(shù)奶牛會在提供新鮮飼料時前往采食區(qū)，這意味著需要為每頭奶牛提供不低于60cm的飼槽空間，這是業(yè)界的標準。在歐洲存在一種情況，即粗飼料經(jīng)采食區(qū)供應，其他飼料則由機器人自動喂料系統(tǒng)提供，這種情況下，即使飼槽尺寸略小也能滿足奶牛的需求。對于每日飼喂2次部分混合日糧（PMR）、且推料4～6次的牧場，則建議使用空間較大的飼喂槽，以避免奶牛之間的競爭。尤其是等級較低的奶?？赡鼙粩D走，不然會導致奶牛干物質(zhì)攝入量降低和產(chǎn)奶量下降等問題。當采用擠奶優(yōu)先式奶牛流向時，奶牛的獨立性比較強，所需要的飼喂空間也比較小。飼喂和推料常常能夠最大化地延長奶牛在飼喂槽進食的時間，這樣可以增加奶牛產(chǎn)奶量和擠奶頻率，降低驅(qū)趕率。研究表明，穩(wěn)定的擠奶頻率有利于保證奶牛擠奶后的站立時間，通常為0.5～2.5h，這段時間能夠確保乳頭孔已關(guān)閉，從而降低乳腺內(nèi)感染的風險。因此，在飼喂通道里使用自動送料系統(tǒng)和橡膠墊對于機器人擠奶系統(tǒng)來說是非常好的選擇[6]。

研究發(fā)現(xiàn)選擇何種交運方式對奶牛的臥躺時間無顯著影響[7]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，與自由式奶牛流向相比，在飼喂優(yōu)先的情況下，奶牛的總站立時間大大增加[8]。

1.3 擠奶頻率及擠奶間隔

在機器人擠奶系統(tǒng)中，擠奶頻率很大程度上取決于奶牛的交運系統(tǒng)、季節(jié)、奶牛個體、胎次及泌乳階段。國外研究表明，在機器人擠奶系統(tǒng)中，奶牛的擠奶頻率為每天1.9次至3.2次不等[9]。而初產(chǎn)奶牛自愿擠奶頻率每天多高于3次[7]。另外，應用機器人擠奶系統(tǒng)的奶牛日產(chǎn)奶量隨擠奶頻率的增加而增加[10]。Melin等研究發(fā)現(xiàn)[11]，在機器人擠奶系統(tǒng)中，與每天擠奶2次的奶牛相比，每天擠奶3次的奶牛產(chǎn)奶量提高了9%。Erdman和Varner[12]報道，當初產(chǎn)奶牛的擠奶頻率從每天2次增加至3次時，日產(chǎn)奶量可增加3.5kg。Kruip等提出[13]，應用機器人擠奶系統(tǒng)時，提高擠奶頻率對提升奶牛生產(chǎn)性能具有積極作用，且不會影響其繁殖性能。但也有研究報道，機器人擠奶系統(tǒng)中擠奶頻率的增加并未導致產(chǎn)奶量的提高[14]。

在不同擠奶頻率的奶牛個體間，擠奶間隔會發(fā)生很大變化。Gygax等研究發(fā)現(xiàn)[15]，應用機器人擠奶系統(tǒng)時，67%的奶牛擠奶間隔為6～12h，11%的擠奶間隔小于6h，21.5%的擠奶間隔大于12h。最常見的擠奶間隔是7～8h[4]。Weiss等[16]發(fā)現(xiàn)，奶牛泌乳早期、中期和末期的平均擠奶間隔分別是8.2h、9.6h和11.1h。奶牛個體差異如初產(chǎn)奶牛的活動性、社會等級及機器人擠奶系統(tǒng)中精料投放量的差異均會導致奶牛的擠奶間隔發(fā)生變化。另外，擠奶間隔長短也會對個體奶牛的日產(chǎn)奶量產(chǎn)生不同程度的影響[7]。隨著擠奶間隔變化加快，經(jīng)產(chǎn)牛的產(chǎn)奶量呈線性下降，而頭胎牛的產(chǎn)奶量僅在擠奶間隔的變化系數(shù)大于27%時出現(xiàn)下降[17]。這意味著管理人員可以不用基于泌乳天數(shù)和預期產(chǎn)奶量的通用公式來設(shè)置擠奶間隔，而可以使用機器人擠奶系統(tǒng)所采集的信息設(shè)置奶牛個體的最佳擠奶間隔，從而優(yōu)化對機器人擠奶系統(tǒng)的利用[9]。

1.4 踢杯、排便、排尿及叫聲

叫聲、排便、排尿是奶牛急性應激的指示器[18]。聆聽奶牛從傳統(tǒng)奶廳向機器人擠奶系統(tǒng)轉(zhuǎn)運時發(fā)出的叫聲、觀察其在擠奶過程中的排便和排尿情況后發(fā)現(xiàn)其在過渡2d后即可恢復到正常狀態(tài)。

奶牛由于挪步和踢腿現(xiàn)象增多引起的運動量增加表明奶牛出現(xiàn)了躁動的跡象，可作為評估擠奶過程中奶牛的舒適度指標[19]。通過對比擠奶過程中的挪步和踢杯情況，發(fā)現(xiàn)機器人擠奶系統(tǒng)和傳統(tǒng)擠奶廳之間沒有任何差異[20]。而Hagen等[21]發(fā)現(xiàn)機器人擠奶系統(tǒng)減少了奶牛的挪步和踢杯。相反，奶牛在接近傳統(tǒng)擠奶廳時，挪步和踢杯現(xiàn)象則有所增加[22]。這可能是由于擠奶廳中人為清潔和靠近時奶牛感到不適造成的。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)應用機器人擠奶系統(tǒng)的奶牛在擠奶結(jié)束時踢杯的頻率較高[4]，原因可能是機器人擠奶系統(tǒng)按照乳區(qū)進行擠奶，不同乳區(qū)的卸杯時間是不同的，而在擠奶廳中幾乎所有的擠奶杯都同時取下。

2 對奶牛健康狀況的影響

2.1 代謝及免疫功能

由于應用機器人擠奶系統(tǒng)時奶牛擠奶頻率較高，可能對奶牛能量平衡和免疫功能產(chǎn)生重要影響，尤其是在泌乳早期。在研究擠奶頻率對奶牛體況評分的影響時發(fā)現(xiàn)，泌乳前19周內(nèi)，每日擠奶3.2次和2.1次對奶牛體況沒有影響[23]。Hillerton等[24]調(diào)查了丹麥、荷蘭和英國3個國家的15個農(nóng)場，發(fā)現(xiàn)體況評分的差異多半是由于國別的差異所致，而并非由于向機器人擠奶系統(tǒng)過渡所致。Dearing等[25]也得出了類似的結(jié)論，他們發(fā)現(xiàn)在向機器人擠奶系統(tǒng)過渡的過程中和之后的體況評分無顯著性差異。以上兩項研究均指出，體況評分在畜群之間和國別之間變化較大，可能不受擠奶方式影響。

一些關(guān)于機器人擠奶和傳統(tǒng)擠奶對奶牛新陳代謝的研究發(fā)現(xiàn)，兩種擠奶方式對奶牛能量相關(guān)的代謝物，如甘油三酯、葡萄糖、羥丁酸、非酯化脂肪酸及尿素等水平?jīng)]有顯著影響[26]。但也有研究報道，與傳統(tǒng)的擠奶方式相比，機器人擠奶系統(tǒng)中奶牛血漿膽固醇總量較低，而非酯化脂肪酸與總膽固醇的比例較高。通過測定等離子活性氧代謝產(chǎn)物和巰基氧化狀態(tài)評估免疫功能，發(fā)現(xiàn)機器人擠奶系統(tǒng)對奶牛免疫功能沒有影響[27]。

2.2 應激反應

Hopster等[20]研究了采用機器人擠奶系統(tǒng)和傳統(tǒng)擠奶方式對初產(chǎn)奶牛行為和生理應激的影響，結(jié)果表明應用機器人擠奶系統(tǒng)時奶牛心率較低，血漿腎上腺素和去甲腎上腺素濃度均有所下降，說明應用機器人擠奶時奶牛應激降低。但也有研究表明，奶牛在進入機器人擠奶系統(tǒng)前，心率在數(shù)分鐘之內(nèi)迅速升高，這與傳統(tǒng)擠奶廳奶牛開始擠奶前的情況相似。在機器人擠奶系統(tǒng)和傳統(tǒng)擠奶系統(tǒng)中，擠奶過程中奶牛的心率均有所下降，在擠奶結(jié)束時兩種擠奶方式達到相似水平[28]。Hagen等[21]發(fā)現(xiàn)機器人擠奶系統(tǒng)和傳統(tǒng)擠奶系統(tǒng)中奶牛的心率沒有差異。但當研究人員監(jiān)測兩個系統(tǒng)中躺臥狀態(tài)的奶牛心率時，發(fā)現(xiàn)多個應激參數(shù)都存在很大差異，表明機器人擠奶系統(tǒng)的部分交運方式可能會導致奶牛發(fā)生慢性應激。

Gygax等[24]也發(fā)現(xiàn)機器人擠奶系統(tǒng)和傳統(tǒng)擠奶系統(tǒng)中奶牛的心率存在差異，這表明擠奶系統(tǒng)的類型與應激增加相關(guān)。牛奶中高水平皮質(zhì)醇反映了擠奶前牛奶合成期血漿皮質(zhì)醇濃度，而通過機器人擠奶系統(tǒng)和傳統(tǒng)奶廳擠出的牛奶中皮質(zhì)醇濃度均有所升高[29]，反映出兩種擠奶方式中奶牛的血漿皮質(zhì)醇濃度亦有所升高，說明兩種擠奶過程均造成了奶牛的慢性應激。

在研究奶牛從奶廳轉(zhuǎn)向機器人擠奶系統(tǒng)的反應時，發(fā)現(xiàn)奶牛在第一次進入機器人擠奶系統(tǒng)時心率升高[25]。然而，在隨后的訓練和擠奶過程中，奶牛的心率與在傳統(tǒng)奶廳時相似。機器人擠奶系統(tǒng)和傳統(tǒng)奶廳擠奶相比，奶牛糞便中的類固醇含量沒有顯著變化[25]。

2.3 乳房健康

早期的研究表明，與傳統(tǒng)擠奶方式相比，應用機器人擠奶系統(tǒng)會影響奶牛乳頭和乳房健康[27,29]。Ipema和.Benders[27]認為乳房健康變差與乳頭孔條件惡化有關(guān)。然而，有報道指出機器人擠奶系統(tǒng)沒有造成乳頭條件的改變，有的甚至表明其可明顯改善乳頭條件[30～34]。這也許歸因于早期具有代表性的自動擠奶模型與乳頭的接觸時間更長，因而導致早期的研究報道中出現(xiàn)了奶牛乳房健康水平下降的情況。乳頭外傷可以通過過度擠奶而擴大[21]。因此，從理論上講，通過機器人擠奶系統(tǒng)擠奶可減少過度擠奶的可能性。

3 對產(chǎn)奶性能的影響

3.1 產(chǎn)奶量

國外多項研究報道，與傳統(tǒng)擠奶方式（每日2次擠奶）相比，機器人擠奶系統(tǒng)中每天擠奶超過2次的奶牛產(chǎn)奶量可增加2%～12%[31]。相反，也有研究表明，與傳統(tǒng)的擠奶方式相比，機器人擠奶系統(tǒng)對奶牛的產(chǎn)奶量無顯著影響，但機器人擠奶組產(chǎn)奶量略高于傳統(tǒng)擠奶廳擠奶組產(chǎn)奶量[31]。

3.2 乳成分

牛奶中蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖以及尿素含量不會受到不同擠奶系統(tǒng)的影響[32]。相反，擠奶間隔的長短和每次擠奶量的變化對于乳脂肪含量的影響似乎更為關(guān)鍵[33]。

有研究表明，從裝有機器人擠奶系統(tǒng)的農(nóng)場收集的牛奶中游離脂肪酸水平較高[34]，而牛奶中的游離脂肪酸含量較高會導致該牛奶加工后的乳制品容易出現(xiàn)腐臭的味道。分析機器人擠奶導致游離脂肪酸增加的原因，可能是機器人擠奶系統(tǒng)增加了擠奶的頻率，縮短了擠奶間隔，故導致牛奶中游離脂肪酸含量增加[34]。游離脂肪酸提高的部分原因也可能是產(chǎn)奶間隔縮短導致的產(chǎn)奶量降低造成的。然而，自動擠奶農(nóng)場和傳統(tǒng)擠奶廳農(nóng)場之間處理牛奶的技術(shù)差異也可能引起牛奶中的游離脂肪酸增加[34]。

Helgren和Reinemann[35]發(fā)現(xiàn)，12個美國農(nóng)場在其從擠奶廳過渡到機器人擠奶系統(tǒng)后的三年內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)乳中SCC和細菌總數(shù)的變化與使用自動擠奶系統(tǒng)存在相關(guān)性；實際上，牛場使用機器人擠奶系統(tǒng)時間越長，牛奶中SCC和細菌總數(shù)越有所下降[35]。在一些研究中，比較了相同農(nóng)場處于相同管理系統(tǒng)中的機器人擠奶與傳統(tǒng)擠奶廳擠奶對奶牛乳房的影響，沒有發(fā)現(xiàn)機器人擠奶系統(tǒng)對乳房健康產(chǎn)生任何影響，包括乳成分和SCC[26]。

4 小結(jié)

機器人擠奶系統(tǒng)作為一種先進的、智能的高科技管理系統(tǒng)，在奶牛養(yǎng)殖業(yè)中具有顯著優(yōu)勢。但因其使用要求較高，前期投資較大等因素，都影響和限制了機器人擠奶系統(tǒng)的推廣及使用。由于在應用機器人擠奶系統(tǒng)時對牧場條件以及牛群管理人員的知識水平和管理技能要求較高，所以在應用該技術(shù)的同時，管理人員必須對該系統(tǒng)在自身奶牛場的應用情況進行詳細研究，以確定最佳的管理模式，最大限度地提高機器人擠奶系統(tǒng)的利用率，更大程度地提高生產(chǎn)水平和動物福利，逐步建立起適合自身牛場的機器人擠奶技術(shù)及管理方案，以利于機器人擠奶系統(tǒng)的推廣和應用。

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Research Progress on the Effect of Automatic Milking System on Behavior, Health Status and Performance of Dairy Cows

MA Hui1, CONG Hui-min2, ZHONG Jing-tian1
(1. Animal Husbandry Research Institute, Beijing Sanyuan Breeding Technology Co., Ltd, Beijing 100081; 2. Beijing Dairy Cattle Center, Bejing Sunlon Livestock Develoment Co, Beijing 100081)

The automatic milking system (AMS) is made according to the bionic principle. It has been widely used in some developed countries with high labor cost, but it is seldom used in China at present. AMS represents the development level of the dairy industry, to a certain extent. This article has reviewed the effect of AMS on behavior, health status and performance of dairy cows to provide the theoretical basis for future utilization of AMS in our country and to promote the dairy industry towards the direction of automation and intelligent development.

Automatic milking system; Dairy cows; Behavior; Health; Performance

TS252.2+1

A

1004-4264（2017）06-0059-05

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.06.014

2017-01-11

北京三元種業(yè)科技股份有限公司2014年度自立課題（SYZYZ20140002）。

馬慧（1981-），女，黑龍江人，高級畜牧師，博士，從事反芻動物營養(yǎng)與飼料方面的研究。

馬慧。