使用牛奶中红外光谱预测奶牛的热应激反应

为何夏季高温对奶牛至关重要

随着气候变化导致热浪更频繁，奶牛越来越难保持凉爽。高温会让它们不适、降低产奶量，并影响农户的生计。然而，追踪哪些个体奶牛受热影响最严重出乎意料地困难，通常需要额外的传感器或环境测量。本研究探讨了一条巧妙的捷径：利用在常规检测中测得的牛奶化学成分，来揭示每头奶牛对高温的反应强度。

从一杯牛奶读出高温的故事

在许多奶业地区，每头奶牛的牛奶每年都会用中红外光进行多次检测，这种技术能显示牛奶的详细化学成分。作者推测如果热应激改变了牛奶组成，这些变化应当会在中红外光谱中留下指纹。与其在厩舍安装新传感器或测量直肠温度，不如利用现有的牛奶记录来估算每头奶牛所承受的热应激程度。这将使热应激的监测更便宜、更易扩展，并且不依赖常常无法反映厩舍实际温度的气象站数据。

将温暖的乳房与牛奶变化联系起来

研究人员在夏季热浪和较凉爽的秋季期间，从比利时五个农场的399头荷斯坦奶牛收集了数据。在挤奶时，他们使用红外相机测量每个乳房的表面温度——这是一种非侵入性的体温替代指标。同时，他们分析了产奶量和牛奶成分，包括脂肪、蛋白质和镁含量。通过将热浪期间的记录与同一农场数千条历史牛奶检测数据进行比较，他们计算出每头奶牛的牛奶性状相对于舒适条件下预期值偏离了多少。

将复杂数据转化为热应激评分

研究团队基于牛奶光谱构建了两类预测模型。第一类模型估算乳房表面温度，实质上是在问：“这头牛可能有多热？”该模型再现测得温度的典型误差约为0.67摄氏度。第二类模型将牛奶样本分为三类：明显受热影响、明显未受影响或处于中间的“不确定”区间。尽管并不完美，但该模型在大约六成的情况下正确分类，并且很少将明显受影响的奶牛错判为明显未受影响。研究者随后将两种方法合并为一个三等级的热应激反应评分，并将其应用于2020年至2022年间收集的超过一百万份常规牛奶样本。

大规模模式揭示的东西

当将该组合评分与将温度和湿度混合在一起的标准热指数绘图比较时，出现了清晰的模式。热指数低时，奶牛几乎不会表现出热应激迹象，但一旦平均条件达到通常与不适相关的水平，反应就会增加。模型突出显示了已知的风险因素：早期泌乳期的奶牛、产奶量最高的牛以及年长个体往往具有更高的预测热应激评分。它还暴露出在相似天气下不同农场之间存在巨大差异，这表明局部的住房条件、遮阴和管理措施——以及遗传因素——强烈影响奶牛如何应对高温时段。

这对农户和育种的意义

该研究表明，一次常规牛奶检测可能就含有足够的信息来标识在高温下困难的奶牛，无需额外设备或增加成本。尽管该预测方法仍需正式验证和改进，但其表现已符合生物学预期和先前研究。在实际层面，这一方法可帮助农户识别易受影响的动物、优化厩舍的降温策略，并支持偏好更耐热奶牛的育种方案——所有这些都是通过更聪明地利用他们已经在收集的数据实现的。

引用: Lemal, P., Grelet, C., Dehareng, F. et al. Prediction of heat stress response in dairy cows using milk mid-infrared spectra. Sci Rep 16, 14258 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39287-9

关键词: 热应激, 奶牛, 牛奶红外分析, 牛只福利, 气候变化与畜牧业