电刺激对产后母猪行为及生产性能的影响.pdf

第39 卷 第13期2302023年农业工程学报7月Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringVol.39No.13July 2023电刺激对产后母猪行为及生产性能的影响赵铖12，樊士冉1*，杜晓冬1，陈麒麟1，曹立明3，郑智伟3（1.新希望六和股份有限公司农业农村部饲料及畜禽产品质量安全控制重点实验室，成都6 10 10 1；2山东新希望六和集团有限公司山东省猪禽健康养殖与疾病诊断技术工程实验室，青岛2 6 6 0 0 0；3.德州市现代生猪养殖技术创新中心，德州2 530 0 0)摘要：解救被压哺乳仔猪是提高规模化养殖场生产效益的重要手段，其中电刺激是最新技术之一，为优化目前电刺激技术研究参数单一，母猪过度反应等问题，该研究基于反应有效性和惊吓指数两类参数分析了产后母猪不同身体部位在不同刺激电压下的反应，确定了电刺激技术参数适宜值，并验证了该参数对母猪生产性能的影响。结果表明：电刺激装置通电0.5s后，母猪在刺激电压2 0 0 0 和2 40 0 V下的有效反应率皆为7 5%以上，且这2 种刺激电压下发生有效反应的概率极显著高于12 0 0 V（P0.05），由此可见，适宜电刺激参数对母猪实际生产性能没有影响。研究结果可为解救仔猪的设备研发与应用提供参考与数据支撑。关键词：猪；电压；生产性能；被压仔猪；电刺激；母猪行为doi:10.11975/j.issn.1002-6819.202301086中图分类号：S828.9；S2 3-9赵铖，樊士冉，杜晓冬，等.电刺激对产后母猪行为及生产性能的影响J.农业工程学报，2 0 2 3，39(13）：2 30-2 37.doi:10.11975/j.issn.1002-6819.202301086ZHAO Cheng,FAN Shiran,DU Xiaodong,et al.Effects of electrical stimulation on the behavior and production performance ofpostpartum sowsJ.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2023,39(13):230-237.(in Chinese with English abstract)0引 言仔猪断奶前死亡是关乎生猪生产的一个重要的经济和动物福利问题。目前中国仔猪死亡数占活产仔数的15%2 0%，仔猪断奶前死亡率居高不下是制约中国养猪产能发展的主要瓶颈之一1-3。据统计，在哺乳期死亡的仔猪中，因被母猪挤压致死的仔猪通常占死亡总数的20%50%,最高可达 8 0%4-5。仔猪被压通常发生在母猪从直立到平躺、从胸骨卧位到横向卧位以及在滚动运动过程中6 。目前国内通用的技术是采用分限位栏，通过合理设置栏位及防压杆的尺寸大小来限制母猪快速且大幅度的危险活动，给仔猪较长反应逃跑时间，以降低仔猪被压的概率7 。但由于母猪在限位栏内不能转身，躺卧或行为转换时难以充分观察仔猪位置，导致仔猪被压及被踩情况仍存在8-9。解救仔猪的最新方法是通过视觉或声音识别技术来收稿日期：2 0 2 3-0 1-17 修订日期：2 0 2 3-0 6-0 2基金项目：国家重点研发计划项目(2 0 2 1ZD0113800)作者简介：赵铖，研究方向为畜牧业智能化设备。Email:通信作者：樊士冉，博士，研究方向为畜牧业智能化设备。Email:文献标志码：A5http:/www.tcsae.orgdoi:10.11975/j.issn.1002-6819.202301086文章编号：10 0 2-6 8 19(2 0 2 3)-13-0 2 30-0 8判断仔猪可能被压的情况10-131，而后执行机构干预母猪的活动，改变母猪的姿势，进而解救被压仔猪14。因此解救被压仔猪的技术主要包括：仔猪被压识别和解救执行。目前，国外科研人员对解救执行技术进行了诸多研究，ELEVOTECK公司设计了防压升降产床，实现潜在危险情况下母猪与仔猪在空间上的分离，从而预防仔猪被压，但因改造复杂、成本高等原因阻碍了其在猪场的推广应用15-16 ；JEON等17 根据仔猪脂肪层薄对冷风敏感的特性，采用间断性风送方式来避免仔猪靠近正在变换姿势的母猪，从而降低仔猪压死率，但该方式存在仔猪受?发生腹泻的风险;MUMM 等18 探讨了贴于母猪身上的震动模块对母猪状态的影响，结果表明仅10.4%的母猪有姿态变化。MANTEUFFEL等19 开发了漏粪板震动平台用于触发母猪姿势改变，由于分娩后的母猪身体虚弱反应迟缓，有效反应率仅50%。FRIEND等2 0 基于电刺激技术研发了一种执行装置，当识别到仔猪被压后，该装置向母猪施加电刺激，致使母猪改变姿势，从而解救被压仔猪。仔猪被压4min之内，被困时间越短，死亡风险越小2 1。相比于其他技术，母猪对电刺激技术响应快，能快速做出坐起、站立等姿势，实现及时解救被压仔猪。MUMMl18研究了电刺激装置在电压50 0 V，刺激部位为侧腹部，电刺激持续通电时间1s的参数下，http:/www.tcsae.org第13期18头生产母猪对电刺激的反应，结果显示该参数下绝大多数母猪站立，但存在部分母猪惊跳而起的过度反应现象，相比于母猪缓慢站起的反应，惊跳反应存在踩死仔猪的风险，同时可能影响母猪的泌乳生理状态。动物对电刺激的感知和反应取决于若干参数，如电压、刺激时长、身体部位等2-2 4。然而，已有研究针对电刺激的参数设置单一，刺激位置固定为腹部，其他电刺激参数对母猪行为的影响仍不明确。且电刺激效果也存在母猪反应过度的情况，影响母猪健康泌乳和仔猪生存状态，不能很好地满足母猪动物福利等方面的需求。基于此，本文将通过设计不同电刺激参数，探讨母猪不同身体部位在不同刺激电压下的反应，从而选择刺激电压等核心技术参数适宜值，并测试该参数对母猪产后生产性能的影响，以期为快速解救仔猪的设备研发与应用提供参考与数据支撑。1材料与方法1.1电刺激装置的设计本研究设计的电刺激装置主要由电源、直流高压模块（输出2 40 0 V）、电阻（调节电压）、正负输出电极、时间继电器、远程遥控开关和无线接收器组成，具体结构组成见图1。3211.刺激端正极2.外壳3.电池4.无线接收器5.直流高压模块6.刺激端负极7.无线发送器1.Positive pole of electrical stimulation 2.Shell 3.Power 4.Wireless receiver5.DC high voltage module 6.Negative pole of electrical stimulation 7.WirelesssenderFig.1 Schematic diagram of electrical stimulation device structure直流高压模块为本装置的关键部件，该模块由4.2V/700mAh的锂电池供电，电源的正、负电极分别接于直流高压模块的输入端，通过串接分压电阻的方式调节输入电压（0 4.2 V）可实现输出0 2 40 0 V的刺激电压，根据此原理可采用制作不同电压的电刺激装置。利用示波器（MSO-X3014T，K e y s i g h t，美国）测定了电刺激装置的电压特性，结果显示：（0.50.0 5）s内快速达到电压峰值，1.0 s后电压缓慢释放为0。电刺激装置的电路工作流程如图2 所示，将直流高压模块输出端的正负电极贴于猪只试验部位，当触发远程遥控开关后，无线接收器收到信号，正负高压电源、猪皮肤之间形成一个闭合回路，直流高压模块得电后将释放高压电，实现对猪只的电刺激。本文的通信方式选用433MHz无线通信。赵铖等：电刺激对产后母猪行为及生产性能的影响猪自由采食与饮水。1.2.1产后母猪不同身体部位在不同刺激电压下的反应本研究采用双因素试验设计，经预试验得出刺激电压低于12 0 0 V时母猪反应多为躺卧，反应程度较小，4而该电刺激装置输出最高输出电压为2 40 0 V，因此将刺激电压设置为12 0 0、16 0 0、2 0 0 0、2 40 0 V共4个电压576图1电刺激装置结构示意图231电源无线发送器无线接收器直流高压模块图2 电刺激装置电路结构框图Fig.2 Circuit structure diagram of electric stimulation device1.2试验动物与试验设计本研究共分为两部分：第一部分是探究产后母猪不同身体部位对不同刺激电压的反应，并基于反应有效性和惊吓指数选择电刺激的参数适宜值；第二部分是探究上述选取的电刺激技术适宜参数对产后母猪采食和泌乳性能的影响。试验于2 0 2 2 年11一12 月在山东省某猪场产房进行，因低胎次生产母猪发生挤压仔猪的可能性更高2 5-2 6 ，所以本研究选择头胎生产母猪作为研究对象，试验期间母梯度。考虑到猪只前躯不易操作，容易引起猪应激反应，且前端为猪只饮水的地方，环境潮湿，有安全隐患，因此选择后躯腰部、侧腹部、大腿根部3个刺激部位，共12个处理。将7 2 头产后母猪，随机分为12 个处理组，每组6 头。试验前将刺激部位处的毛发刮掉，并使用3M胶将电刺激装置粘贴在刺激部位，以确保装置正负电极紧贴于猪只皮肤。试验过程中，在单头母猪躺卧状态稳定后，使用遥控开关触发电刺激。相关研究表明，与交流电不同，直流电只有在接通和断开时动物才会产生电刺激感觉，此外，电压强度的变化更利于动物做出刺激反应，强度变化越快，动物感知越敏感2 7 。因此为保证动物对电刺激的感知，根据测定的电刺激装置电压特性，设置电刺激周期参数为1.5s，其中持续通电0.5s，释电时长1.0 s。根据预试验发现在多周期执行刺激电压时，大部分的母猪动作反应有一些变化，但超过4个周期仍未站立的母猪会出现拱限位栏杆等不正常的表现，因此规定电刺激执行上限为4个周期，即6 s。在电刺激执行期间，若母猪站立，则关闭开关停止执行后续周期的电刺激。为避免试验过程中因人员操作对猪只反应的影响，试验人员站在试验猪只产床限位栏后方视觉盲区的位置执行试验，保证猪只未察觉到试验人员。使用一台手机摄像装置采集单头母猪受到电刺激后的体态行为和声音数据，完成后对下一头躺卧状态稳定的母猪执行电刺激并记录，直至所有处理完成。研究结果通过回放视频进232行统计，包括各处理下执行电刺激后母猪的姿势变化和声音类别。参考文献18 ，统计的姿势包括躺卧、坐、站和跳，声音包括沉默、哼哼、叫、尖叫和咬等，具体定义可见表1。通过对结果的分析，确定最适宜的刺激电压和刺激部位。表1哺乳母猪行为定义Table 1 Definition of behaviors of postpartum sow行为Behaviors行为描述Behaviordefinitions猪只趴卧或平卧于实体地躺卧面或漏缝地板上（3s）身体姿势坐Body-structure站跳沉默持续时间短、频率低（1s）突然咬，无声音2023年通过优势比评价各因素对反应有效性的影响程度。1.3.2惊吓指数惊吓指数方程18 S,=0.0370 2 3 6 0 4 8 16 24l s S jig b q BT式中 S,表示惊吓指数，%，l、S、S、j、i、g、b、q、B分别代表躺、坐、站、跳、沉默、哼、叫、尖叫、咬行为。惊吓指数通过动作与发声变化程度来量化母猪受惊吓的严重程度，该指标对母猪受到电刺激后发出的动作（躺卧、坐、站、跳）和声音（沉默、哼叫、叫、惊叫、咬）进行权重计算，将行为与声音的组合量化于0 100%的范围内，执行电刺激后母猪动作和声音反应分别为躺、未发声，惊吓指数结果为0，母猪动作和声音反应分别为惊跳、咬，结果为10 0%。1.3.3产后母猪生产性能测试的指标包括采食性能和泌乳性能。用采食量衡量产后母猪的采食性能，测定方法：母猪产后自由采食，在每次饲喂之前进行准确称量，称量工具为凯丰KFS-C3电子秤，称量范围为0 5kg，误差为0.3g，饲喂时间为0 8:0 0、14:0 0 和16:0 0，每次的投料量根据料槽中剩料进行调整，投料30 min后若料槽中无剩料则适量增加，剩料量于次日上午0 7:0 0 一0 8:0 0 进行称量记录。母猪采食量为饲喂量与剩料量之差。以同窝存活仔猪哺乳至2 1日龄时的全窝质量代表母猪的泌乳力2 9，测定方法：于试验第2 1d对仔猪进行称量，称量工具为贝晨衡器，称量范围130 0 kg，误差为50 g，记录试验仔猪调栏后的初生窝体质量和2 1日龄断奶窝质量。1.4数据处理方法使用SPSS.25软件的二元Logistic回归方法，将以是否为有效反应作为因变量，以电压（12 0 0、16 0 0、2000、2 40 0 V）和刺激部位（侧腹部、腰部、大腿根部）作为自变量。通过对试验猪只电刺激反应情况进行回归分析，判断模型中各因素对电刺激有效反应是否有显著影响，各因素对发生有效反应的影响程度用优势比表示，显著水平为0.0 5。采用单因素方差分析和邓肯多重比较对12 个处理的惊吓指数进行统计分析，生产性能指标利用独立样本t检验方法进行分析，以平均数土标准差表示，P0.05表示处理之间差异显著，P0.01表示差异极显著。2结果与分析2.1产后母猪不同刺激部位在不同刺激电压下的反应2.1.1反应有效性依据有效反应定义，反应母猪受到电刺激后会产生两类行为：可解救仔猪的有效反应（站立）和无法解救仔猪或可能对仔猪有伤害的非有效反应（包括躺、坐、跳等）。电刺激执行后，母猪不同身体部位在不同刺激电压下的有效反应率见表2。从表中可以看出，随着电(1)第13期压的增大，试验母猪的有效反应率呈上升趋势。当刺激部位为腰部时，试验母猪的有效反应率为7 0.8%，高于侧腹部和大腿根部。在刺激电压为2 0 0 0 和2 40 0 V时，试验母猪的有效反应率都高达7 5%以上。且该电压下对腰部执行电刺激的试验母猪的有效反应率可以达到100.0%。表2 产后母猪不同身体部位在不同刺激电压下的有效反应率Table 2 Effective response rate of postpartum sows under%different stimulated voltages and stimulated positions刺激部位电压Stimulated positions侧腹部腰部大腿根部Stimulated voltages/Vrate of positionFlankWaistThigh root120016.7160050.0200050.02.40083.3刺激部位有效反应率Effectiveresponserate of stimulated position如表3所示，电压的增加可以促进母猪产生有效反应。电压效应的参考水平是12 0 0 V，其他电压参数下母猪发生有效反应的概率大约增加（OR-1）倍。在1600、2 0 0 0 和2 40 0 V的刺激电压下，母猪发生有效反应的概率分别比12 0 0 V的刺激电压下高3.57 8、2 1.6 45和52.36 6 倍左右，其中2 0 0 0 和2 40 0 V发生有效反应的概率极显著高于12 0 0 V（P 0.0 1）。刺激部位的参考水平为侧腹部，大腿根部的O值为1，即大腿根部的效应同侧腹部一致，而腰部的OR值为3.952，即刺激母猪腰Table 4Analysis of startle degree in different stimulated position of postpartum sows under different stimulated voltages电压刺激部位Voltages/VStimulated positions侧腹部1200腰部大腿根部侧腹部1600腰部大腿根部侧腹部2000腰部大腿根部侧腹部2.400腰部大腿根部注：表中惊吓指数数据为平均值标准差。不同小写字母表示各处理间数据差异显著（P0.05），下同。Note:The data of startle index in the table are mean standard deviation.Different lowercase indicates significant difference in data among treatments(P0.05),same below.综合反应有效性及惊吓指数结果可以得到，惊吓程惊吓指数上限低于6 0%，母猪大多反应为站立、叫，未度同反应有效性规律呈正相关关系，由有效反应结果可有较大应激。综上，建议电刺激适宜参数是刺激电压为知，在刺激部位为腰部，刺激电压2 0 0 0 和2 40 0 V的处2000V，刺激部位为腰部。理下，躺卧的母猪可较大概率实现站立。根据惊吓指数2.2电刺激适宜参数对产后母猪生产性能的影响结果发现，在刺激电压为2 40 0 V、刺激部位为腰部时，2.2.1采食性能测定结果母猪惊吓指数上限高于6 0%，容易造成母猪应激，增加不同处理下哺乳母猪的日平均采食量统计结果如了母猪产后生产性能下降的风险；而在电压2 0 0 0 V下，表5所示。在整个哺乳期，试验组的平均日采食量略高赵铖等：电刺激对产后母猪行为及生产性能的影响水平优势比Main effectLevelOdds ratio Or95%Confidence interval16004.578电压Voltages/V20002.400刺激部位大腿根部1.000电压有效反应率StimulatedEffective responsepositions注：电压效应的参考水平是12 0 0 V；刺激部位的参考水平为侧腹部。Note:The reference level for voltages effect was 1 200 V;The reference level for33.3050.033.3100.083.3100.083.350.070.8表4产后母猪不同身体部位在不同刺激电压下的惊吓程度分析动作反应统计Action response statistics躺Lie坐Sit050406031102030010010001233部发生有效反应的概率比侧腹部高将近3倍左右。表3产后母猪不同身体部位在不同刺激电压下的有效反应分析Table 3 Analysis of effective responses of postpartum sows todifferent stimulated positions under different voltages主效应16.744.477.888.950.0站Stand跳Jump沉默Silent哼叫Grunt叫Bark尖叫Squeal10200030404030605050605095%置信区间0.89023.56122.6453.78853.3666.9390.243腰部3.952the stimulated position was the flank.2.1.2惊吓指数惊吓指数是衡量电刺激对母猪应激影响的指标。在不同电压刺激下，试验母猪不同的身体部位会表现出不同的动作和声音反应。表4展示了试验母猪的动作和声音反应统计以及惊吓指数结果。由表可知，刺激部位同为腰部，刺激电压分别为2 0 0 0、2 40 0 V的惊吓指数（45.6 3%和53.0 3%）高于其他处理，其中2 40 0 V处理下的尖叫声音反应数量多于2 0 0 0 V，其惊吓指数上限大于6 0%。当惊吓指数高于6 0%时，母猪反应大多为跳、尖叫、咬等反应强烈的动作或声音，对母猪造成应激的可能性较大18 。刺激电压为2 0 0 0 V、刺激部位为腰部的处理，惊吓指数上限值为57.7 1%，低于6 0%，母猪产生应激的可能性较小。声音反应统计Sound response statistics060504201112130021010112P值Pvalue0.069135.3830.01410.4020.05）。表5不同处理下每头哺乳母猪的平均日采食量Table 5 Average daily feed intake(ADF)per postpartum sowunder different treatments哺乳日龄Lactation days/d试验组Test group132.840.65a173.561.13a8145.681.43a15217.242.06a1215.501.17a注：相同哺乳日龄的不同小写字母表示各处理间数据差异显著（P0.05），下同。Note:Different lowercase of the same lactation day indicates significant differencein data among treatments(P0.05），而且试验组的断奶窝质量略高于对照组，这表明电刺激适宜参数对母猪的泌乳性能并未造成影响，推测试验组母猪采食性能的快速恢复提高了母猪的泌乳性能。3.3成本分析从投入产出比的角度来看，带有声音识别功能的电刺激装置成本约为2 8 0 0 元/台（供1头母猪使用），如果所有的生产母猪都使用该装置，需要较大的投资。但实际生产过程中，健仔很少会被压，而弱仔被压且无力逃脱的概率较高。因此，电刺激装置更适用于弱仔栏。经过调研，本猪场一个分娩单元平均每年压死的弱仔数量为156 头（约13栏），考虑到公母猪料耗、疫苗、人员工资、工具器械、生物资产折旧等费用，平均每头仔猪的生产成本为350 元。如果分娩单元投入6 台，总共需要投资1.6 8 万元。假设这些装置可以挽救8 0%被挤压的弱仔，扣除产品成本，产品投入第一年可以盈利2.69万元，因此说明本文研发的电刺激装置具有较好的应用前景。此外，本研究装置需要在使用前将母猪刺激部位处的毛发刮掉，并通过3M胶将装置粘贴在刺激部位，该粘贴方式可以持续5d。该电刺激装置的尺寸为8 5mmx58mmx16mm，虽然轻薄小巧，不会影响猪只的活动，但猪只在正常活动时不可避免地会与限位栏发生摩擦。经过多次摩擦后，装置有可能从粘贴位置上脱落。此粘贴方式的问题影响了电刺激技术在解救仔猪方面的推广应用。为解决上述问题，需要进一步探索电极接触猪只皮肤的形式，寻求更好的落地应用方式。4结 论本试验研究了母猪不同身体部位（侧腹部、腰部、大腿根部）在不同刺激电压（12 0 0、16 0 0、2 0 0 0、2400V）下的反应，基于反应有效性和惊吓指数评估电刺激技术参数适宜值，并测试了该参数对母猪生产性能的影响，得出以下结论：1）刺激电压为2 0 0 0 和2 40 0 V时，生产母猪的有效反应率皆为7 5%以上，且发生有效反应的概率极显著赵铖等：电刺激对产后母猪行为及生产性能的影响235高于12 0 0 V下的有效反应概率（P0.05），即选择的电刺激适宜参数对母猪生产性能无统计学影响。参考文献1 WEARY D M,PHILLIPS P A,PAJOR E A,et al.Crushing ofpiglets by sows:Effects of litter features,pen features and 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