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　　对未来高产奶牛的展望

　　摘要

　　牛奶和乳制品为人类提供了必需氨基酸和其它必需营养物质。然而，目前全球产奶量不足以满足未来的需求。表现较好的奶牛相较于表现较差奶牛，产出的牛奶更多，对环境的影响更小。2018年，全球15.4%的奶牛生产了45.4%的牛奶，体现了全球优质奶牛和牛群的贡献。在高产牛群中，利用基因组评估进行多性状选择，通过遥感监测福利，在微量营养水平上制定日粮，保健侧重于预防，繁殖得到精确管理。表现更好的牛群需要更多的投入，同时产生更少的污染，因此，牧场的环境管理机制创新对于降低对环境的影响至关重要。我们工作的重点就是要对高产奶牛和牛群的可持续生产提供技术支持和实践观点。

　　高产奶牛的产奶量是普通奶牛的四倍，这些奶牛所在的牛群更需要均衡的营养。这些牛群需要利用现代管理实践，将高质量的遗传纳入它们的育种计划，确保奶牛有舒适的环境和高质量的保健，并高效地管理繁殖，通过使用农牧结合等做法来最大限度地减少对环境的影响。

　　乳制品为我们提供必需的氨基酸和营养，富含乳制品的饮食结构可以降低儿童发育迟缓，提高生长速度。一个重要的问题是，什么日常饮食可以养活全球最多的人口。彼得斯等人研究了人类八种不同的饮食，从纯素饮食到广泛的杂食饮食，每种饮食都提供人类必须摄入的必需氨基酸和微量维生素，这一需求将通过可持续的集约化饲养来满足。

　　可持续的高产奶牛和牛群的展望

　　1可持续的高效奶牛养殖系统

　　全球表现良好的牛群有许多相似之处，包括牛的品种、现代技术的使用、兽医护理、挤奶设备和记录系统。他们面临着类似的挑战，比如牛奶价格的波动。从2007年到2019年，欧盟和英国农民每月购买100公斤牛奶，经通胀调整后的平均价格相差79%(图3)。欧洲和其他地区的这种波动导致了平均牛群规模的增加。当收到的价格低于生产成本时，较小的牛群无法在经济上与较大的牛群竞争，而较小牛群的奶牛将转移到较大的牛群。例如，在1991年至2019年期间，新西兰每个牛群的平均奶牛数量增加了2.7倍，而同期该国的奶牛总数增长了2.1倍。当奶牛从较小的牛群转移到较大的牛群时，每头奶牛的产量增加(图4)。

　　2影响可持续性的因素

　　奶牛养殖业的可持续性取决于几个方面，包括奶牛福利、牧场规模和资源、进入牛奶市场的机会和乳制品类型。牧场以及他们的顾问、乳品供应链、收购者、消费者和政策制定者应该制定记分卡，以监测各自地区或国家的奶业可持续性，因为可持续性的许多方面在地理和气候区域之间存在差异。牛群的规模或每头奶牛的产奶量是否影响奶牛的可持续福利?很少有证据表明，较大的牧场比较小的牧场提供更差的照顾或福利，但应该仔细管理奶牛群体规模，以避免扰乱奶牛之间秩序。Gieseke等人评估了德国牧场的牛群，得出的结论是，福利对畜牧业的影响大于牛群个体数量。Beggs等人研究了澳大利亚放牧牛群，发现牛群规模不影响蹄病、乳房炎、体细胞计数(SCC)或死亡率。报告得出，规模较大的牛群更有可能使用更标准的操作程序，培训牧场工人以提高一致性，安装电子设备来识别奶牛，使用在线系统来监测产奶量和乳房炎，对疾病的治疗更为及时和专业。

　　3奶牛饲养环境的改善

　　在北纬地区的牛群中，表现优异的奶牛通常被更为细致的单独饲养。舒适的牛舍、地板和照明提高了动物的福利。在混凝土地板上的奶牛发情率较低。牛舍最好覆盖橡胶垫，提供一个更柔软，防滑的表面。在饲养区域使用LED照明，确保每天照明16小时，可增加采食量和产奶量。围栏内的多个饮水槽消除了优势奶牛对其他奶牛饮水的不利影响。清洁和独立的卧床，可增加休息时间和清洁度，减少蹄病和乳房炎的发病率。位置恰当的旋转刷可以使奶牛体表更干净，刺激血液循环，并有助于满足自然的梳理行为。带有传感器和自动通风的牛舍，无论是否有洒水装置，都能克服热压力。较厚的垫料提高了奶牛的躺卧行为。运动场对于牧场来说也是至关重要的。

　　在一些地区，为了满足动物福利，牧场会将集约化饲养的奶牛进行季节性的放牧，经过放牧的牛群乳房炎、蹄病、淘汰率降低，但是可能会导致营养不良、产后发情延迟和寄生虫等导致的腹泻。

　　4先进的挤奶设施

　　现在使用的转盘式和并列式挤奶设备，一次最多可容纳120头奶牛，但是奶杯需要工人手动操作，需要对细节的繁琐关注。在国外机器人挤奶系统越来越受欢迎，但是在国内的实用性仍然需要综合性的考虑。

　　5人工智能和大数据帮助畜牧业的精准发展

　　通过使用传感器和人工智能来指导畜群和牧场的管理。对于一头牛来说，微芯片可以存储有关个体、位置、基因、繁殖、泌乳、保健和疾病的数据。牧场使用这种先进的技术来确保奶牛的健康。人工智能集成了进食、反刍、行走、休息和体温，以识别患病风险更高的奶牛。

　　全球先进的乳业已经见证了显著的可持续集约化，更高效地生产牛奶。与2007年相比，2017年美国奶牛场每生产1吨牛奶，奶牛数量减少了25.2%，饲料减少了17.3%，土地减少了20.8%，水减少了30.5%。即便如此，畜牧行业通过排放温室气体影响环境，需要大量水和土地，并将水用于牛奶生产和加工，产生大量包括氮磷在内的水污染。

　　6温室气体排放

　　全球畜牧业排放的温室气体占总量的14.5%，乳制品企业约占畜牧业排放量的20%。甲烷是奶牛养殖产生的主要温室气体，在新西兰等乳业国家，甲烷的排放量因地区而异，但在产奶量高的牛群中甲烷的排放量较低。在美国，甲烷占所有温室气体的10%，其中，来自所有反刍动物的肠道发酵占28%，粪便发酵占10%。新添加剂，如藻类、天冬酰胺，对减少反刍动物体内CH4的产生有良好的效果。

　　7空气质量

　　乳制品生产的同时会产生NH3、颗粒物(PM)以及挥发性有机化合物(VOCs)。氨会导致附近水质富营养化和土壤酸化以及空气中颗粒物和气溶胶的形成。减少氨的排放包括在最大限度满足牛群氮的摄入量的同时尽可能的减少其摄入量，同时对粪便的排放进行处理。在乳制品企业周围种植大量植物可以减少空气中的颗粒物。牧场产生的挥发性有机物的来源主要是青贮饲料的发酵过程，通过有效的遮盖和在青贮饲料中添加山梨酸钾等青贮剂可以缓解其产生。

　　8粪便管理和水污染

　　当粪便的污染超过了当地生态系统的承受能力，那么无论是通过放牧还是施肥对土壤的危害都是不可逆的。长期储存的粪便会产生更多的甲烷，粪便中含有大量氮化物，在堆积后会导致N2O或NO3的沉积。可以通过减少冲洗粪便的水量来控制干物质的含量，进而减少含氮化合物的排放。

　　如果粪便污水流入当地的河流生态系统，会造成不可逆的污染。在欧美等国家，污水无害化处理的应用已经十分广泛。

　　9高产奶牛和牛群的遗传特征

　　在发达国家的牧场中，奶牛遗传潜力已迅速提高。从1960年到2017年，美国荷斯坦奶牛的平均产奶量增加了75公斤/年。2017年出生的奶牛产奶量比1970年出生的奶牛多87%。当选择的重点主要集中在产量时，奶牛的适应能力减少了，但今天，对繁殖力、牛群寿命和抗病能力的选择在选择指数中占的权重超过了牛奶、乳脂和蛋白质的产量，使奶牛更加的适应现代化的管理模式。未来的选择指标可能包括瘤胃微生物，因为它具有合理的遗传力水平，会对产奶量以及甲烷的排放产生影响。其次，消费者的选择将继续影响对遗传的选择，如现阶段的A2奶，对乳糖不耐受的人群有极好的益处并且有广泛的市场需求。

　　10先进的遗传和繁殖技术

　　新兴的胚胎技术带来的优势在未来可能会导致胚胎的市场大于冻精的市场。在胚胎阶段就可以通过鉴定来估计其育种价值，以选择具有最佳遗传性能的胚胎。

　　11 加强牧场数据管理

　　Thomet等人在2011年就指出，产奶量高的奶牛与其饲料转换能力密切相关。要对牛群进行改良，必须有完善的谱系、基因型和性状数据库。现阶段，大部分遗传数据来源于发达国家，因此国内必须加强对牧场数据的管理。

　　12高产奶牛的饲喂

　　在生产的过程中，饲料占了最大的成本，因此要细致的管理能量、蛋白质、维生素和矿物质的摄入，以满足奶牛的需求，不产生额外的浪费。

　　13高产奶牛日粮平衡配方的研究

　　日粮平衡软件使用基于瘤胃的模型来估计饲料的营养水平。表2说明了奶牛在干奶期和泌乳期不同阶段的营养需求，全混日粮TMR是饲喂高产奶牛的常见方法，其变化取决于可用饲料原料和不同阶段泌乳牛的营养需求，所以要通过饲料转化效率来评估产奶量和采食量之间的关系，确定牛只的采食量和营养需求。

　　14牛群的繁殖管理

　　多种繁殖技术加快了奶牛的遗传进展(图5)，对牛群的每头牛进行评估并排名，极其优秀的母牛用于生产胚胎，其次对排名靠后的牛只分别使用优质性控冻精、普通性控冻精等，表现较差的母牛作为胚胎受体，进行胚胎移植，将性能卓越的母牛后代留在牧场，进而拔高整个牛群的水平。

　　15定时输精和妊娠诊断

　　定时输精首次出现在20世纪90年代的北美和南美，通过下丘脑-垂体-卵巢轴体系，母牛的发情和排卵受神经内分泌和生殖激素的共同作用调节。TAI采用各种生殖激素来调控母牛发情周期，进而控制母牛发情和排卵在预期范围内。对于一个奶牛场，繁殖是驱动一个牧场能否盈利的关键，因此作为管理者必须对牧场的繁殖水平进行及时评估，以便能够及时改进和预防问题的发生，在繁殖管理中我们常见的指标诸如：配种率(SR)、受胎率(CR)、孕检怀孕率(PPR)、发情揭发率(HDR)、妊娠率(PR)、平均产犊间隔、平均空怀天数、平均配种次数等等，在评估繁殖表现时，总有其片面性和滞后性，如果完全依靠这些指标去考核甚至很有可能将繁育人员引导到错误的方向当中，且很多牧场也因此遭受过惨重的损失。因此人们一直在试图找到一个指标，希望能够综合、及时、准确评估牧场的繁殖表现，Steve Eicker博士和Connor Jameson博士于上世纪80年代最早提出了21天怀孕率的概念，这是目前人们所能够找到的全面、及时、准确评估牧场的繁殖表现的关键指标，因此很多人也将其称为“黄金指标”。

　　16高产奶牛的健康

　　奶牛的健康与产奶量和盈利能力呈正相关。布氏杆菌病、牛结核病和口蹄疫等传染病在奶业发达地区得到了控制，这在很大程度上是政府项目的功劳。预防支气管肺炎和病毒性腹泻等疾病的疫苗已被广泛采用。今天对奶牛健康的关注是通过改善对过渡期奶牛的营养和饲养管理来预防代谢健康问题，越来越多牧场使用传感器数据来监测过渡期健康和检测疾病。传染病和亚临床疾病的控制可以通过更多地采用生物安全技术来实现。

　　17过渡疾病和负能量平衡

　　围产期过渡期间的代谢性疾病，如低钙血症、酮症和皱胃移位，同时会增加其他疾病的风险，如子宫炎和蹄病。减少能量负平衡是保持牛群健康的第一步，高产奶牛表现出能量负平衡并不是必然的，大部分奶牛在产前产后体重和体况评分增加。因此，对泌乳后期和围产期奶牛的营养管理更为重要。

　　奶牛养殖的未来

　　高产和牛群首先要具备适应环境的基因，同时要兼顾健康和乳品质。基因组选择的应用将产生新的品种或改良现有品种，这将增加奶牛的产量，降低对环境的影响，以适应全球奶业市场。由于全球变暖和水资源的变化，北半球的乳业将跨越国界向北转移。随着对过渡期的持续关注，对奶牛营养的理解将继续发展，但也将更加强调饲料转化效率和体况评分的变化。在减少尿液和粪便中排泄的营养物质方面，特别是在氮排泄正在沉积的区域，需要通过营养来进行调控。奶牛的健康将得到显著改善，通过加大遗传重视，减少乳房炎，蹄病和代谢性疾病。在未来，将大幅减少或消除在奶牛中使用抗生素，取而代之以生物制剂或不使用药物的物理方法。牧场应重视对废水的处理，以减轻对环境的污染。通过提高牛奶蛋白质和脂肪的含量来提升乳品质，并通过可持续的集约化饲养，来满足全球对乳制品的需求。