人工喂養(yǎng)與自由牧食藏羊的食草咀嚼行為音頻特征

左麗詩， 陸明洲*， 盛 航， 張海林， 段光輝， 尹 旺

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 江蘇 南京 290095； 2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 生物技術(shù)研究所， 貴州 貴陽 550006)

藏羊是我國青藏高原的特色綿羊品種，是集產(chǎn)肉、產(chǎn)毛、產(chǎn)皮為一體的優(yōu)良品種[1]。隨著藏羊養(yǎng)殖業(yè)的集約化、規(guī)模化發(fā)展，高載畜率、牧草供應(yīng)相對(duì)短缺將成為其養(yǎng)殖面臨的問題。劃區(qū)輪牧通過設(shè)定合理的載畜率來提高單位面積草地的藏羊生產(chǎn)性能，是提高牧草利用率的重要措施[1]。自由牧食條件下，藏羊食草量難以自動(dòng)和連續(xù)監(jiān)測(cè)，給按分區(qū)牧草生物量決定放牧藏羊數(shù)量的劃區(qū)輪牧管理帶來了挑戰(zhàn)。采食量是藏羊生長發(fā)育的主要限制因素之一，是確定其牧草需求量的主要依據(jù)[2]，也是制定劃區(qū)載畜量的基礎(chǔ)[3]。目前，針對(duì)自由牧食牲畜采食量監(jiān)測(cè)采用的方法包括區(qū)域牧草取樣差額法[4]、咀嚼行為觀察模擬法[5]及不可消化指示劑標(biāo)記法[6-7]等。這些方法自動(dòng)化程度低、人工成本高，而且也干擾了動(dòng)物的自由牧食行為。音頻采集設(shè)備可以在不干擾動(dòng)物牧食行為的前提下，自動(dòng)記錄牧食過程中的各類音頻信號(hào)，其中包含動(dòng)物咬斷、咀嚼、反芻等大量有價(jià)值的信息[8]，因此許多研究人員開展了基于動(dòng)物牧食音頻分析的食草量分析研究，但關(guān)于藏羊的研究鮮見報(bào)道。為此，筆者以2周歲健康母藏羊?yàn)閷?duì)象，利用音頻傳感器采集藏羊人工喂養(yǎng)過程中食草咀嚼音頻，比較分析人工喂食及自由牧食藏羊食草過程中咀嚼聲音信號(hào)特征，獲取藏羊的單次咀嚼持續(xù)時(shí)間和單次咀嚼次數(shù)，分析藏羊在人工喂養(yǎng)過程和自由牧食過程中咀嚼行為的共性和差異，分析以人工喂養(yǎng)模式下估算自由牧食模式食草量的可靠性，以期為自由牧食藏羊全天食草能力評(píng)估模型的建立奠定基礎(chǔ)，為合理放牧藏羊及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試藏羊：隨機(jī)選取青海省興?？h河卡種羊場(chǎng)的藏母羊，4頭，羊齡2周歲(差異在3個(gè)月以內(nèi))，均重為(50±3)kg。

錄音筆：品牌為HYUNDAI/現(xiàn)代，型號(hào)為HYM-2098，采樣率為4.8萬Hz，分辨率為16位，錄音保存格式為WAV。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2018年7月19—30日在青海省興?？h河卡種羊場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)地草資源豐富，牧草長勢(shì)優(yōu)良，選擇一塊2 m×7 m的草地，清除草地上自然生長的牧草，利用柵欄圍成4個(gè)露天羊圈，羊圈規(guī)格1.5 m×1.5 m。7月19日起每頭藏羊2只角上分別佩戴麥克風(fēng)和錄音筆，自由牧食4 d，使其適應(yīng)麥克風(fēng)和錄音筆的存在。7月23—26日將4只佩戴麥克風(fēng)和錄音筆的藏羊分別趕入4個(gè)露天羊圈，在9:00—17:00期間人工喂食：試驗(yàn)人員抓取牧草稱重，然后將牧草送到藏羊嘴邊，藏羊咬斷牧草后稱取試驗(yàn)人員手中剩余的重量，并將藏羊咬斷前后的牧草重量記為單口食草量。利用麥克風(fēng)和錄音筆收集藏羊在圈內(nèi)每次喂食對(duì)應(yīng)的進(jìn)食音頻。7月27—30日9:00—17:00，4頭藏羊自由牧食，收集其食草的音頻數(shù)據(jù)。

藏羊食草音頻收集結(jié)束后，拷貝錄音筆收集的音頻數(shù)據(jù)，以去除其中的干擾噪聲，再經(jīng)端點(diǎn)檢測(cè)截取出咀嚼的樣本，統(tǒng)計(jì)獲取食草音頻參數(shù)。單口咀嚼持續(xù)時(shí)間：利用單口喂食對(duì)應(yīng)咀嚼樣本音頻數(shù)據(jù)，記錄藏羊單口咀嚼持續(xù)時(shí)間。單口咀嚼次數(shù)：人工聽取單次喂食對(duì)應(yīng)咀嚼樣本音頻，以1次完整的咀嚼音頻記錄1次單次咀嚼過程，在單口咀嚼持續(xù)時(shí)間內(nèi)數(shù)取對(duì)應(yīng)單次咀嚼次數(shù)，記錄為單口咀嚼持續(xù)時(shí)間下的單口咀嚼次數(shù)。單口喂食食草量：人工喂食過程中，藏羊每次咬斷牧草前后的牧草重量差。平均單次咀嚼食草量：人工喂食過程中，單次喂食食草量與單次喂食咀嚼次數(shù)的商。平均單次咀嚼時(shí)間：單次喂食咀嚼持續(xù)時(shí)間與單次喂食咀嚼次數(shù)的商。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

利用Adobe Audition CS 6對(duì)原始進(jìn)食音頻預(yù)處理，試驗(yàn)數(shù)據(jù)用件Excel 2010進(jìn)行整理，用軟件DPS 7.05以及SPSS 20進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1人工喂食過程中藏羊的食草規(guī)律

從圖1可看出人工喂食條件下藏羊單口咀嚼持續(xù)時(shí)間、單口咀嚼次數(shù)、平均單次咀嚼時(shí)間與平均單次食草量的變化情況。

2.1.1單口咀嚼次數(shù)與單口咀嚼持續(xù)時(shí)間藏羊單口咀嚼持續(xù)時(shí)間總體在15.93 s上下浮動(dòng)，最小5.878 s，最大24.768 s，浮動(dòng)幅度18.89 s；單口咀嚼次數(shù)總體在40.61次上下浮動(dòng)，最小15次，最大63次，浮動(dòng)幅度48次，且單口咀嚼次數(shù)和單口咀嚼持續(xù)時(shí)間浮動(dòng)規(guī)律基本一致，單口咀嚼持續(xù)時(shí)間隨單口咀嚼次數(shù)增加而上升。表明，藏羊在人工喂食條件下食草具有較強(qiáng)的規(guī)律性，單口咀嚼次數(shù)、單口咀嚼持續(xù)時(shí)間規(guī)律基本為少-多-少-多。

2.1.2平均單次咀嚼時(shí)間與平均單次食草量藏羊平均單次咀嚼時(shí)間基本在0.392 17 s小幅度浮動(dòng)，最小0.386 82 s，最大0.394 27 s，浮動(dòng)幅度為0.007 44 s；平均單次食草量在0.569 34 g上下浮動(dòng)，最小0.236 36 g，最大1.058 82 g，浮動(dòng)幅度為0.822 46 g，且浮動(dòng)規(guī)律與單口咀嚼持續(xù)時(shí)間與咀嚼次數(shù)規(guī)律相反。表明，人工喂食過程中，藏羊在連續(xù)時(shí)間內(nèi)平均單次咀嚼時(shí)間差異較小，咀嚼過程較穩(wěn)定，人工干擾藏羊食草可能性較小。藏羊平均單次食草量浮動(dòng)幅度較大，且其浮動(dòng)規(guī)律與單口咀嚼次數(shù)規(guī)律相反，規(guī)律基本為多-少-多-少。

2.2自由牧食條件下藏羊的食草規(guī)律

從圖2可看出自由牧食條件下藏羊單口咀嚼持續(xù)時(shí)間、單口咀嚼次數(shù)和平均單次咀嚼時(shí)間的變化情況。

2.2.1單口喂食咀嚼次數(shù)與單口咀嚼持續(xù)時(shí)間 藏羊單口咀嚼持續(xù)時(shí)間總體在15.83 s上下浮動(dòng)，最小6.661 s，最大27.873 s，浮動(dòng)幅度21.212 s；單口咀嚼次數(shù)在40.51次上下浮動(dòng)，最小17次，最大71次，浮動(dòng)幅度54次，且單口咀嚼次數(shù)和單口咀嚼持續(xù)時(shí)間浮動(dòng)規(guī)律基本一致，單口咀嚼持續(xù)時(shí)間隨單口咀嚼次數(shù)增加而上升。表明，自由牧食過程中，藏羊在連續(xù)時(shí)間內(nèi)食草具有較強(qiáng)的規(guī)律性，單口咀嚼次數(shù)、單口咀嚼持續(xù)時(shí)間的規(guī)律基本為少-多-少-多。

圖1 人工喂食條件下藏羊的食草規(guī)律

圖2 自由牧食條件下藏羊的食草規(guī)律

2.2.2平均單次咀嚼時(shí)間藏羊平均單次咀嚼時(shí)間在0.390 73 s小幅度浮動(dòng)，最小0.385 86 s，最大0.395 17 s，浮動(dòng)幅度為0.00931 s。表明，自由牧食過程中，藏羊在連續(xù)時(shí)間內(nèi)平均單次咀嚼時(shí)間差異較小，咀嚼過程較穩(wěn)定。

2.3藏羊人工喂食與自由牧食間食草相關(guān)性

從表1看出，藏羊在人工喂食過程中，單口咀嚼次數(shù)與單口咀嚼持續(xù)時(shí)間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.999，平均單次咀嚼時(shí)間與單口咀嚼持續(xù)時(shí)間、單口咀嚼次數(shù)均呈顯著正相關(guān)，平均單次食草量與單口咀嚼持續(xù)時(shí)間、單口咀嚼次數(shù)、平均單次咀嚼時(shí)間均呈極顯著正相關(guān)。自由牧食條件下，單口咀嚼次數(shù)與單口咀嚼持續(xù)時(shí)間呈極顯著正相關(guān)，平均單次咀嚼時(shí)間與單口咀嚼次數(shù)、單口咀嚼持續(xù)時(shí)間的相關(guān)性較差。表明，藏羊在不同日期、同時(shí)段人工喂食和自由牧食方式下單口咀嚼時(shí)間、咀嚼次數(shù)以及平均單次咀嚼時(shí)間上存在一定的隨機(jī)性。但在同日期、同時(shí)段、同飼養(yǎng)方式下，藏羊食草單口咀嚼時(shí)間與咀嚼次數(shù)具有極強(qiáng)的相關(guān)性，且人工喂食及自由牧食的平均單次咀嚼時(shí)間均基本穩(wěn)定在0.39 s左右。

表1 藏羊人工喂食與自由牧食間的食草相關(guān)性

注：**表示在P<0.01水平上差異極顯著，*表示在P<0.05水平上差異顯著。

Note: ** and * indicate significance of difference atP<0.01 andP<0.05 level respectively.

3結(jié)論與討論

動(dòng)物進(jìn)食咀嚼過程中，食物的破壞程度與其牙齒咬合食物的規(guī)律密切相關(guān)[8]。研究發(fā)現(xiàn)，藏羊在人工喂食或自由牧食過程中，其食草咀嚼過程規(guī)律性極強(qiáng)，且2種模式下食草的咀嚼規(guī)律基本一致。在連續(xù)時(shí)間內(nèi)(不考慮藏羊反芻過程)，單口咀嚼持續(xù)時(shí)間和單口咀嚼次數(shù)規(guī)律均呈少-多-少-多，且兩者間具有極強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系。藏羊喂食均采用當(dāng)?shù)鼐荒敛?，無精飼料喂養(yǎng)，其咀嚼持續(xù)時(shí)間的變化可能主要由其自身咀嚼行為習(xí)慣影響，反映出藏羊在食草咀嚼過程中，對(duì)同一類型牧草咀嚼規(guī)律性較強(qiáng)，證明以音頻數(shù)據(jù)研究藏羊食用規(guī)律具有可靠性。同一藏羊在人工喂食與自由牧食過程中平均單次咀嚼持續(xù)時(shí)間的規(guī)律和數(shù)值相當(dāng)接近，均在0.39 s左右，即同一藏羊最小咀嚼持續(xù)時(shí)間單元(平均單次咀嚼時(shí)間)表現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

在人工喂食過程中，以音頻分析方法統(tǒng)計(jì)藏羊單口咀嚼持續(xù)時(shí)間內(nèi)的咀嚼次數(shù)，結(jié)合單口食草重量，利用線性回歸方法可以確立藏羊單次咀嚼時(shí)間對(duì)應(yīng)的最小食草量，這對(duì)自由牧食藏羊的食草能力研究具有重要的參考價(jià)值。人工喂食藏羊最小咀嚼持續(xù)時(shí)間單元(平均單次咀嚼時(shí)間)與最小咀嚼食用重量單元(平均單次食用重量)呈極顯著相關(guān)，表明在最小咀嚼持續(xù)時(shí)間單元趨于穩(wěn)定的過程中，藏羊平均單次食草量也趨于穩(wěn)定。由此推測(cè)，自由牧食藏羊全天食草量(不含藏羊反芻行為)可由從藏羊牧食音頻中提取的最小咀嚼持續(xù)時(shí)間和全天咀嚼次數(shù)組合估算。由于研究樣本數(shù)量較少，后續(xù)研究將繼續(xù)擴(kuò)大樣本數(shù)量，且增加藏羊反芻行為觀測(cè)。