人工喂养与自由牧食藏羊的食草咀嚼行为音频特征

左丽诗， 陆明洲*， 盛 航， 张海林， 段光辉， 尹 旺

(1.南京农业大学， 江苏 南京 290095； 2.贵州省农业科学院 生物技术研究所， 贵州 贵阳 550006)

藏羊是我国青藏高原的特色绵羊品种，是集产肉、产毛、产皮为一体的优良品种[1]。随着藏羊养殖业的集约化、规模化发展，高载畜率、牧草供应相对短缺将成为其养殖面临的问题。划区轮牧通过设定合理的载畜率来提高单位面积草地的藏羊生产性能，是提高牧草利用率的重要措施[1]。自由牧食条件下，藏羊食草量难以自动和连续监测，给按分区牧草生物量决定放牧藏羊数量的划区轮牧管理带来了挑战。采食量是藏羊生长发育的主要限制因素之一，是确定其牧草需求量的主要依据[2]，也是制定划区载畜量的基础[3]。目前，针对自由牧食牲畜采食量监测采用的方法包括区域牧草取样差额法[4]、咀嚼行为观察模拟法[5]及不可消化指示剂标记法[6-7]等。这些方法自动化程度低、人工成本高，而且也干扰了动物的自由牧食行为。音频采集设备可以在不干扰动物牧食行为的前提下，自动记录牧食过程中的各类音频信号，其中包含动物咬断、咀嚼、反刍等大量有价值的信息[8]，因此许多研究人员开展了基于动物牧食音频分析的食草量分析研究，但关于藏羊的研究鲜见报道。为此，笔者以2周岁健康母藏羊为对象，利用音频传感器采集藏羊人工喂养过程中食草咀嚼音频，比较分析人工喂食及自由牧食藏羊食草过程中咀嚼声音信号特征，获取藏羊的单次咀嚼持续时间和单次咀嚼次数，分析藏羊在人工喂养过程和自由牧食过程中咀嚼行为的共性和差异，分析以人工喂养模式下估算自由牧食模式食草量的可靠性，以期为自由牧食藏羊全天食草能力评估模型的建立奠定基础，为合理放牧藏羊及其产业发展提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

供试藏羊：随机选取青海省兴海县河卡种羊场的藏母羊，4头，羊龄2周岁(差异在3个月以内)，均重为(50±3)kg。

录音笔：品牌为HYUNDAI/现代，型号为HYM-2098，采样率为4.8万Hz，分辨率为16位，录音保存格式为WAV。

1.2试验方法

试验于2018年7月19—30日在青海省兴海县河卡种羊场进行，试验地草资源丰富，牧草长势优良，选择一块2 m×7 m的草地，清除草地上自然生长的牧草，利用栅栏围成4个露天羊圈，羊圈规格1.5 m×1.5 m。7月19日起每头藏羊2只角上分别佩戴麦克风和录音笔，自由牧食4 d，使其适应麦克风和录音笔的存在。7月23—26日将4只佩戴麦克风和录音笔的藏羊分别赶入4个露天羊圈，在9:00—17:00期间人工喂食：试验人员抓取牧草称重，然后将牧草送到藏羊嘴边，藏羊咬断牧草后称取试验人员手中剩余的重量，并将藏羊咬断前后的牧草重量记为单口食草量。利用麦克风和录音笔收集藏羊在圈内每次喂食对应的进食音频。7月27—30日9:00—17:00，4头藏羊自由牧食，收集其食草的音频数据。

藏羊食草音频收集结束后，拷贝录音笔收集的音频数据，以去除其中的干扰噪声，再经端点检测截取出咀嚼的样本，统计获取食草音频参数。单口咀嚼持续时间：利用单口喂食对应咀嚼样本音频数据，记录藏羊单口咀嚼持续时间。单口咀嚼次数：人工听取单次喂食对应咀嚼样本音频，以1次完整的咀嚼音频记录1次单次咀嚼过程，在单口咀嚼持续时间内数取对应单次咀嚼次数，记录为单口咀嚼持续时间下的单口咀嚼次数。单口喂食食草量：人工喂食过程中，藏羊每次咬断牧草前后的牧草重量差。平均单次咀嚼食草量：人工喂食过程中，单次喂食食草量与单次喂食咀嚼次数的商。平均单次咀嚼时间：单次喂食咀嚼持续时间与单次喂食咀嚼次数的商。

1.3数据处理与分析

利用Adobe Audition CS 6对原始进食音频预处理，试验数据用件Excel 2010进行整理，用软件DPS 7.05以及SPSS 20进行统计分析。

2结果与分析

2.1人工喂食过程中藏羊的食草规律

从图1可看出人工喂食条件下藏羊单口咀嚼持续时间、单口咀嚼次数、平均单次咀嚼时间与平均单次食草量的变化情况。

2.1.1单口咀嚼次数与单口咀嚼持续时间藏羊单口咀嚼持续时间总体在15.93 s上下浮动，最小5.878 s，最大24.768 s，浮动幅度18.89 s；单口咀嚼次数总体在40.61次上下浮动，最小15次，最大63次，浮动幅度48次，且单口咀嚼次数和单口咀嚼持续时间浮动规律基本一致，单口咀嚼持续时间随单口咀嚼次数增加而上升。表明，藏羊在人工喂食条件下食草具有较强的规律性，单口咀嚼次数、单口咀嚼持续时间规律基本为少-多-少-多。

2.1.2平均单次咀嚼时间与平均单次食草量藏羊平均单次咀嚼时间基本在0.392 17 s小幅度浮动，最小0.386 82 s，最大0.394 27 s，浮动幅度为0.007 44 s；平均单次食草量在0.569 34 g上下浮动，最小0.236 36 g，最大1.058 82 g，浮动幅度为0.822 46 g，且浮动规律与单口咀嚼持续时间与咀嚼次数规律相反。表明，人工喂食过程中，藏羊在连续时间内平均单次咀嚼时间差异较小，咀嚼过程较稳定，人工干扰藏羊食草可能性较小。藏羊平均单次食草量浮动幅度较大，且其浮动规律与单口咀嚼次数规律相反，规律基本为多-少-多-少。

2.2自由牧食条件下藏羊的食草规律

从图2可看出自由牧食条件下藏羊单口咀嚼持续时间、单口咀嚼次数和平均单次咀嚼时间的变化情况。

2.2.1单口喂食咀嚼次数与单口咀嚼持续时间 藏羊单口咀嚼持续时间总体在15.83 s上下浮动，最小6.661 s，最大27.873 s，浮动幅度21.212 s；单口咀嚼次数在40.51次上下浮动，最小17次，最大71次，浮动幅度54次，且单口咀嚼次数和单口咀嚼持续时间浮动规律基本一致，单口咀嚼持续时间随单口咀嚼次数增加而上升。表明，自由牧食过程中，藏羊在连续时间内食草具有较强的规律性，单口咀嚼次数、单口咀嚼持续时间的规律基本为少-多-少-多。

图1 人工喂食条件下藏羊的食草规律

图2 自由牧食条件下藏羊的食草规律

2.2.2平均单次咀嚼时间藏羊平均单次咀嚼时间在0.390 73 s小幅度浮动，最小0.385 86 s，最大0.395 17 s，浮动幅度为0.00931 s。表明，自由牧食过程中，藏羊在连续时间内平均单次咀嚼时间差异较小，咀嚼过程较稳定。

2.3藏羊人工喂食与自由牧食间食草相关性

从表1看出，藏羊在人工喂食过程中，单口咀嚼次数与单口咀嚼持续时间呈极显著正相关，相关系数为0.999，平均单次咀嚼时间与单口咀嚼持续时间、单口咀嚼次数均呈显著正相关，平均单次食草量与单口咀嚼持续时间、单口咀嚼次数、平均单次咀嚼时间均呈极显著正相关。自由牧食条件下，单口咀嚼次数与单口咀嚼持续时间呈极显著正相关，平均单次咀嚼时间与单口咀嚼次数、单口咀嚼持续时间的相关性较差。表明，藏羊在不同日期、同时段人工喂食和自由牧食方式下单口咀嚼时间、咀嚼次数以及平均单次咀嚼时间上存在一定的随机性。但在同日期、同时段、同饲养方式下，藏羊食草单口咀嚼时间与咀嚼次数具有极强的相关性，且人工喂食及自由牧食的平均单次咀嚼时间均基本稳定在0.39 s左右。

表1 藏羊人工喂食与自由牧食间的食草相关性

注：**表示在P<0.01水平上差异极显著，*表示在P<0.05水平上差异显著。

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

3结论与讨论

动物进食咀嚼过程中，食物的破坏程度与其牙齿咬合食物的规律密切相关[8]。研究发现，藏羊在人工喂食或自由牧食过程中，其食草咀嚼过程规律性极强，且2种模式下食草的咀嚼规律基本一致。在连续时间内(不考虑藏羊反刍过程)，单口咀嚼持续时间和单口咀嚼次数规律均呈少-多-少-多，且两者间具有极强的相关关系。藏羊喂食均采用当地均一牧草，无精饲料喂养，其咀嚼持续时间的变化可能主要由其自身咀嚼行为习惯影响，反映出藏羊在食草咀嚼过程中，对同一类型牧草咀嚼规律性较强，证明以音频数据研究藏羊食用规律具有可靠性。同一藏羊在人工喂食与自由牧食过程中平均单次咀嚼持续时间的规律和数值相当接近，均在0.39 s左右，即同一藏羊最小咀嚼持续时间单元(平均单次咀嚼时间)表现出较强的稳定性。

在人工喂食过程中，以音频分析方法统计藏羊单口咀嚼持续时间内的咀嚼次数，结合单口食草重量，利用线性回归方法可以确立藏羊单次咀嚼时间对应的最小食草量，这对自由牧食藏羊的食草能力研究具有重要的参考价值。人工喂食藏羊最小咀嚼持续时间单元(平均单次咀嚼时间)与最小咀嚼食用重量单元(平均单次食用重量)呈极显著相关，表明在最小咀嚼持续时间单元趋于稳定的过程中，藏羊平均单次食草量也趋于稳定。由此推测，自由牧食藏羊全天食草量(不含藏羊反刍行为)可由从藏羊牧食音频中提取的最小咀嚼持续时间和全天咀嚼次数组合估算。由于研究样本数量较少，后续研究将继续扩大样本数量，且增加藏羊反刍行为观测。