荷斯坦奶牛不同模型泌乳曲線擬合效果分析

荷斯坦奶牛不同模型泌乳曲線擬合效果分析2012-11-2905:27荷斯坦奶農(nóng)俱樂(lè)部網(wǎng)訪問(wèn)量：2012-11-2905:27荷斯坦奶農(nóng)俱樂(lè)部網(wǎng)訪問(wèn)量：427:字號(hào)：大中?。蓠R光輝：現(xiàn)任自治區(qū)畜牧廳呼圖壁種牛場(chǎng)黨委副書(shū)記、場(chǎng)長(zhǎng)，任職8年來(lái)，帶領(lǐng)員工創(chuàng)造了新疆乃至全國(guó)的許多第一：呼圖壁種牛場(chǎng)牛奶單產(chǎn)全國(guó)第一，奶牛胚胎移植技術(shù)全國(guó)領(lǐng)先，西域春乳品銷(xiāo)量達(dá)到5萬(wàn)噸居新疆第一；2011年產(chǎn)值突破5億元，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)3019萬(wàn)元，職均收入2.8萬(wàn)元，上述指標(biāo)名列自治區(qū)國(guó)營(yíng)牧場(chǎng)之首。并獲得全國(guó)畜牧行業(yè)先進(jìn)工作者、自治區(qū)區(qū)級(jí)機(jī)關(guān)工委優(yōu)秀共產(chǎn)黨員、自治區(qū)勞動(dòng)模范，多年被評(píng)為畜牧廳優(yōu)秀縣處級(jí)干部。為了比較呼圖壁種牛場(chǎng)荷斯坦奶牛不同模型泌乳曲線擬合效果，以呼圖壁種牛場(chǎng)2004年3月至2008年12月間1345頭中國(guó)荷斯坦牛9426個(gè)月測(cè)定泌乳記錄為基礎(chǔ)。采用3個(gè)數(shù)學(xué)模型（Wood不完全伽瑪函數(shù)模型、Nelder逆多項(xiàng)式模型、Wilmink模型）通過(guò)SAS（8.1）軟件的非線性過(guò)程（NLIN）對(duì)泌乳曲線進(jìn)行擬合合，對(duì)第一胎、第二胎、第三胎和第四胎并且所有胎次的泌乳曲線進(jìn)行了擬合。結(jié)果表示：利用Wilmink模型擬合泌乳曲線，其擬合精度為R2=0.8547?0.9535;利用Nelder逆多項(xiàng)式模型擬合泌乳曲線，其擬合精度為R2=0.1329?0.9469;利用Wood模型擬合荷斯坦牛的泌乳曲線，其擬合精度為R2=0.8565?0.9554。結(jié)果表明：呼圖壁種牛場(chǎng)荷斯坦奶牛泌乳曲線最佳擬合模型為Wood模型。中國(guó)荷斯坦牛是利用從不同國(guó)家引入的純種荷斯坦牛經(jīng)過(guò)純繁、純種牛與我國(guó)當(dāng)?shù)攸S牛雜交，并用純種荷斯坦牛級(jí)進(jìn)雜交，高代雜種相互橫交固定，后代自群繁育，經(jīng)長(zhǎng)期選育而培育成的我國(guó)唯一的奶牛品種。我國(guó)于1992年將“中國(guó)黑白花奶?！逼贩N名更改為“中國(guó)荷斯坦?！?。泌乳過(guò)程的規(guī)律性是由牲畜體內(nèi)生理代謝機(jī)制所決定的，奶牛乳的分泌主要包括泌乳的發(fā)起、維持和排除三個(gè)生理過(guò)程，主要通過(guò)神經(jīng)一激素的途徑來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。在懷孕后期，奶牛受雌激素、生長(zhǎng)激素和催乳素的作用，乳腺迅速發(fā)育，乳腺小泡和輸乳導(dǎo)管積蓄的初乳不斷增多，乳房膨脹起來(lái);分娩時(shí)，母牛因催乳素和促腎上腺皮質(zhì)激素含量的不斷增多，孕

酮含量下降，刺激泌乳，泌乳的維持通過(guò)擠奶刺激和激素調(diào)節(jié)兩個(gè)方面來(lái)完成的。擠奶可以促進(jìn)催乳、ACTH、腎上腺糖皮質(zhì)類(lèi)固醇和催產(chǎn)素的分泌，從而維持泌乳過(guò)程。一般情況下，由于產(chǎn)奶量隨著時(shí)間的推移而呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，表現(xiàn)為在泌乳初期產(chǎn)奶量迅速增加，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后達(dá)到泌乳高峰期，以后便逐漸下降，直至干奶，這種規(guī)律性即構(gòu)成泌乳曲線。如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以產(chǎn)奶量為縱坐標(biāo)，所得到的泌乳期產(chǎn)奶量隨時(shí)間變化的曲線就叫做泌乳曲線，這是產(chǎn)奶量受體內(nèi)神經(jīng)激素調(diào)節(jié)的結(jié)果，也是反應(yīng)奶牛泌乳情況既直觀又方便的形式。在研究泌乳曲線時(shí)主要應(yīng)考慮準(zhǔn)確的取樣方法和簡(jiǎn)單易行、準(zhǔn)確度高又有高度產(chǎn)奶遺傳代表性的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合實(shí)踐制定出有實(shí)際生產(chǎn)意義的選擇指數(shù)，以提高選種的準(zhǔn)確性。本文以新疆呼圖壁種牛場(chǎng)荷斯坦牛不同胎次各泌乳月平均產(chǎn)奶量為基礎(chǔ)，利用Wilmink模型、Nelder逆多項(xiàng)式模型、Wood不完全伽瑪函數(shù)模型等三種泌乳曲線模型對(duì)各泌乳月平均產(chǎn)奶量進(jìn)行了曲線擬合，以及為新疆呼圖壁種牛場(chǎng)產(chǎn)奶量的預(yù)測(cè)、品種選育和遺傳改良、提高飼養(yǎng)管理水平等方面提供參考。一、材料與方法數(shù)據(jù)來(lái)源取自新疆呼圖壁種牛場(chǎng)2004-2008年共1345頭奶牛的泌乳記錄。為了使制定的校正系數(shù)盡可能反映客觀實(shí)際，在Excel表里對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行了如下處理：(1)刪除泌乳月少于4個(gè)月的記錄;(2)刪除月產(chǎn)奶量小于100千克的記錄;(3)刪除母牛在泌乳期患病的記錄。將數(shù)據(jù)整理后最后得到13336個(gè)泌乳期記錄，其中頭胎記錄數(shù)為整體的，30.4%，第二胎占29.4%，第三胎為15.8%，第四胎為11.1%，第四胎以上的為13.3%，見(jiàn)表1。表1泌乳期產(chǎn)奶量統(tǒng)計(jì)(單位：千克)胎詼樣本數(shù)均值最大值最小值14050776'5159010223916838""2060108■3'2102'陋'L14S0'12241473'034'1Y04110>41795824'1595103Total13336S252060102分析方法將整理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入SAS(8.1)軟件，利用PROC-NLIN分析過(guò)程中的DUD法來(lái)進(jìn)行泌乳曲線擬合，估計(jì)3個(gè)模型中的參數(shù)，根據(jù)擬合度(R2)越大越好、殘差平方和(RSS，ResidualSumofSquares)和估計(jì)誤差標(biāo)準(zhǔn)誤(SEE，StandardizedEstimatedError)越小越好的原則確定最佳泌乳曲線模型。各擬合模型方程如下：

(1)Wilmink模型:y=a+bx+ce(-版)，k=-0.05其中x、y的含義同上，a、b、c是模型參數(shù)。k是常數(shù)(-0.05)。b是從泌乳高峰下降的速度，a和c代表了產(chǎn)奶量的水平;c是達(dá)到泌乳高峰的速度；⑵Nelder逆多項(xiàng)式模型：y=x/(a+bx+cx2)(2)其中x是泌乳天數(shù)，y是第x天的產(chǎn)奶量，a、b、c是模型參數(shù)。(3)Wood不完全伽瑪函數(shù)模型：y=axbe(-cx)(3)其中x、y的含義同上，a、b、c是模型參數(shù)。e是自然對(duì)數(shù)底數(shù);a使得泌乳量在整個(gè)泌乳期間有相同比例的增長(zhǎng)，b決定了泌乳峰值之前上升的速度，c決定了泌乳峰值之后下降的速度。二、結(jié)果與分析I.Wilmink模型對(duì)不同胎次泌乳曲線的擬合效果(表2)表2Wilmink模型擬合泌乳曲線參數(shù)胎夜a,bc、方程K2,19S09.2-369.S-9L1S.2'y=9809.2-369.8-9118.0.9162:.安10220,4-395.6-93S0.4'疔10230-4j:395.日-俺&.4g笊誑如9S65.2-364.6-8489.9y=9365.2-364.5-8489.Q；.9E35蓬S963.9-346.9-S114.2y=89G3?9-346.0.9373>4.9464.1-372.3-8603.1產(chǎn)9464.1-372.5-8603-M土】5.9356表2可見(jiàn)，Wilmink模型對(duì)該奶牛群第一胎泌乳曲線的R2為0.9162;第二胎泌乳曲線的R2為0.8547;第三胎泌乳曲線的R2為0.9535;第四胎泌乳曲線的R2為0.9373;大于四胎的泌乳曲線的R2為0.9356。Nelder逆多項(xiàng)式模型對(duì)不同胎次泌乳曲線的擬合效果表3Nelder模型擬合泌乳曲線參數(shù)ab.c；方程1-0.20380.1770-0.0220y=K2638-K).1770^022Ox成634820.W477P.00102-y=K；<(0.W0623-H??Q00477-H?,:p01沂爐)0.94能3-1.41402-.2059-0.7489(-1.4140+i2059-0,7489^}.0.53104-5097.2/4582.5-9G1.1(-5097.2+4582.5-961.lx2)■0.,1329>4-5.SS622.5111.-0.15SS'(-9.SSS2+a；Elii-^1568KJ)0.6471表3可見(jiàn),Nelder模型對(duì)該地區(qū)奶牛群各胎次泌乳曲線的擬合度R2在0.1100?0.1492之間，其中，第二胎最高為0.9469；第四胎泌乳曲線的R2為最小，其值為0.1329；第一胎泌乳曲線的R2為0.6348；第三胎泌乳曲線的R2為0.5310；大于四胎的泌乳曲線的R2為0.6471。Wood模型對(duì)不同胎次泌乳曲線的擬合效果表4Wood模型擬合泌乳曲線參數(shù)胎次abc方程R*1■S15.8P.；4204-Q.1253-y=S15.Sxc4JCIe山皿】0.9175073r3'0.42E8.'-0.1449|產(chǎn)卯3.時(shí)0.8565999；40.3965-成14ISy=999.4k＜您％"』田盤(pán)，.O..-95544'.死.4?9卜4W2：■^0.1398：產(chǎn)弱4.四。演％心琢"0.卵96>4986.S445Q?-o\isoiy=986.6/%I心0.93S7由表4可見(jiàn)，Wood模型對(duì)該奶牛群第一胎泌乳曲線的R2為0.9175;第二胎泌乳曲線的R2為0.8565；第三胎泌乳曲線的R2為0.9554;第四胎泌乳曲線的擬合度R2為0.9396；大于四胎的泌乳曲線的R2為0.9387。最佳乳曲線模型的選擇分別使用的Wilmink模型(1)、Nelder逆多項(xiàng)式模型(2)、Wood不完全伽瑪函數(shù)模型(3)對(duì)中國(guó)荷斯坦?？倲?shù)據(jù)分胎次(第一胎、第二胎、第三胎、第四胎及所有胎次)分別進(jìn)行泌乳曲線擬合。估計(jì)數(shù)學(xué)模型中參數(shù)使用SAS軟件PROC-NLIN分析過(guò)程中的DUD法來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同胎次不同模型的擬合結(jié)果見(jiàn)表5：表5不同胎次不同模型的擬合結(jié)果

胎很狙子棋型RSS(SSE)SEE1Nelder逆條項(xiàng)式模型■2^219000000.1492模型；^20600000'0.9162叫口泌模型22517OQp^;0.91752Nelder逆多項(xiàng)式模型30()6looocio110QWilminl;模型490720000J；O'.3547阮W模型’4S4830000'O.S5656Neldex逆多項(xiàng)式模型139550WO6：1420平：Llm一曲模型756475350.9535Wood?型72610134(5：95544:Nelder逆務(wù)項(xiàng)式模型96551Qllp^0-1329Wilminh模型6977.Q9040.9373阮而模型,6723'0S470.：9396>4"Nelder逆多項(xiàng)式模型1160300000&：1246叫zLlmnl＜模型860121400；：9356W&模型S19254490.9387所有胎被Nelder逆多項(xiàng)式模型89125000000.1247陽(yáng)模型07O2SOOOO堡904S所記模型951510000'0.3067注：1）各方程中y為泌乳期第x月的產(chǎn)奶量，x為時(shí)間變量（x=1、2、3、…、...m泌乳月份）;2）R2為擬合度，RSS為殘差平方和，SEE為估計(jì)誤差標(biāo)準(zhǔn)誤。表5可見(jiàn)，比較三種模型不同胎次的泌乳曲線R2,根據(jù)R2越大越好，RSS和SEE越小越好的原理排序，綜合考慮得到：最佳的泌乳曲線模型是Wood模型;其次是Wilmink模型;最后為Nelder模型。泌乳曲線的繪制本研究應(yīng)用Wood不完全伽瑪函數(shù)模型繪制了新疆呼圖壁種牛場(chǎng)奶?？倲?shù)據(jù)的第一胎、第二胎、第三胎、第四胎、大于第四胎次和所有胎次的泌乳曲線圖，由圖1可知：第三胎次產(chǎn)量高于第二胎次;胎次基本與大于第四胎次的產(chǎn)奶量呈交叉趨勢(shì);第四胎次低于第二胎次;各胎次泌乳高峰均出現(xiàn)在第二泌乳月，其中，第三胎泌乳高峰月產(chǎn)奶量最高，第一胎泌乳高峰月產(chǎn)奶量最低。圖1最佳泌乳曲線擬合效果示意圖

最佳泌乳ttOM果禾意圖圖一11001DD09008D0700600?第一胎次—第二胎次第三胎次第四脂次.11001DD09008D0700600?第一胎次—第二胎次第三胎次第四脂次.—大于第四胎次5D012145678910三、討論泌乳曲線是奶牛泌乳規(guī)律的表現(xiàn)，盡管許多因素可能會(huì)影響總產(chǎn)奶量，但泌乳曲線的波形基本上是不變的。用數(shù)學(xué)函數(shù)描述奶牛的泌乳曲線，效果如何，要以擬合結(jié)果的準(zhǔn)確性來(lái)衡量準(zhǔn)則。本文運(yùn)用的三種模型對(duì)不同胎次之間的泌乳規(guī)律也有較好地?cái)M合，但從這三種模型的參數(shù)看，每種模型各具優(yōu)缺點(diǎn)。Wilmink模型對(duì)不同胎次泌乳曲線擬合效果的討論對(duì)于這個(gè)模型的研究，付雪峰等（2010年）對(duì)新疆褐牛的第一胎次、第二胎次、第三胎次及第三胎次以上和所有胎次的生產(chǎn)記錄進(jìn)行擬合，并擬合結(jié)果顯示，擬合精度R2分別為0.9431、0.1824、0.1272、0.8949、0.6139。不過(guò)，對(duì)于這個(gè)模型我的研究結(jié)果分別為0.9162、0.8547、0.9535、0.9373、0.9356，顯然比前面的研究結(jié)果較好。這種差異的出現(xiàn)也許是因?yàn)榕５钠贩N不同或飼養(yǎng)管理方式的不同而造成的。Nelder模型對(duì)不同胎次泌乳曲線擬合效果的討論Yadav（1977年）用此模型擬合哈里阿那牛的泌乳曲線，R2在0.99左右，Rajendra（1978、1981年）兩次用此式來(lái)擬合印度水牛的泌乳曲線，效果也較好。但是在本文分析中用此模型得到的泌乳曲線擬合度的值都相當(dāng)?shù)?。也就是說(shuō)，擬合效果與前者的研究結(jié)果基本不一致。出現(xiàn)這種差距也許是由于在數(shù)據(jù)的收集和整理過(guò)程中存在了一定的問(wèn)題。Wood模型對(duì)不同胎次泌乳曲線擬合效果的討論在這個(gè)模型的研究上，羅清堯（2010年）用Wood模型對(duì)289頭中國(guó)荷斯坦奶牛第二泌乳期進(jìn)行擬合（R2=0.9782）。熊本海（2011年）以中國(guó)荷斯坦奶牛第三泌乳期305天的產(chǎn)奶量為基礎(chǔ)算出的R2=0.8541。許麗等（2000年）選擇35個(gè)泌乳期每隔5天測(cè)1次的完整產(chǎn)奶記錄，Wood模型的R2=0.9411;田雨澤（2010）以中國(guó)荷斯坦奶牛第一泌乳期305天的產(chǎn)奶量Wood模型的R2=0.9411。徐慧如等利用Wood模型在北京荷斯坦奶牛中進(jìn)行泌乳曲線的擬合，其擬合精度在0.92以上。郭智群等報(bào)道，每間隔30天取樣1次，利用wood模型的擬合精度為0.9721。本文中利用Wood模型擬合該牛群的泌乳曲線，擬合優(yōu)度分別為0.9175、0.8565、0.9554、0.9396、0.9387。這與其他研究結(jié)果基本相似。最佳乳曲線模型選擇的討論隨著泌乳曲線模型的不斷地完善，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行很多關(guān)于選擇最好模型的研究。應(yīng)用Wood模型對(duì)新疆荷斯坦牛泌乳曲線的擬合效果較好，擬合精度在0.8948?0.9475之間，與其他報(bào)道結(jié)果一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出對(duì)荷斯坦奶牛來(lái)說(shuō)Wood模型的擬合精度比較高也就說(shuō)最佳模型即Wood模型〉Wilmink模型＞Nelder模型。泌乳曲線的變化趨勢(shì)分析新疆呼圖壁種牛場(chǎng)荷斯坦奶牛不同胎次泌乳曲線的趨勢(shì)基本一致，都是先增加到一個(gè)峰值后再緩慢降低至干奶，但是，隨著胎次的增加高峰日產(chǎn)量逐漸增加，第一胎泌乳高峰月產(chǎn)奶量最低。2003年程郁昕研究顯示荷斯坦牛產(chǎn)奶高峰一般在40?60天;2007年趙韋璇研究表明奶牛分娩后頭幾天產(chǎn)奶量較低，隨著身體