《animal》：Effect of light intensity on daily and hourly activity patterns of growing-finishing pigs
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关于光照如何影响猪只活动的知识仍然有限且尚无定论。光照强度对小时活动模式的影响大于对日活动的影响。高光照强度在一天中的某些时段降低了猪只的活动。中等光照强度在上午和下午增加了主动姿态的比例。光照及更高强度对行为模式的影响仍被忽视。虽然欧盟法规目前设定了最低标准
关于光照如何影响猪只活动的知识仍然有限且尚无定论。光照强度对小时活动模式的影响大于对日活动的影响。高光照强度在一天中的某些时段降低了猪只的活动。中等光照强度在上午和下午增加了主动姿态的比例。光照及更高强度对行为模式的影响仍被忽视。虽然欧盟法规目前设定了最低标准（每天至少8小时40勒克斯），但没有证据表明这些水平对猪只福利或主动行为的展现是最优的。光照强度并未持续影响猪只全天活动，但影响了24小时周期内的活动模式，其中高强度降低了下午的活动峰值，中等强度则在上午和下午支持了活动。这一结果表明，进一步的研究可以探索更高强度（例如接近日光的水平）对其他可能具有福利意义的行为模式的影响。家猪及其祖先野猪能够根据外部环境（如人类活动、温度、光周期）调整其活动模式。家猪通常表现出昼行性模式，在上午和下午有活动高峰。光是重要的因素，因为它影响调节动物睡眠-觉醒周期和活动节律的脑过程。例如，光照暴露负责抑制褪黑激素（melatonin）的分泌，该激素在暗期达到峰值并与昼行性动物的休息行为相对应。光照强度可以影响夜间褪黑激素的分泌，并可能影响昼行性动物的活动。光照强度对猪行为的影响已在多项研究中探讨。在偏好性研究中，猪更喜欢在明亮环境中进行主动行为，而在昏暗至黑暗环境中更多休息。Kim等人（2021）发现146或103勒克斯的光照强度相比45勒克斯减少了躺卧时间。然而，Martelli等人（2010）未报告在40或80勒克斯光照强度之间观察到的躺卧姿势百分比存在差异，尽管他们观察到在80勒克斯下侧卧减少而胸卧增加。Zeng等人（2023）的一项较新研究发现，猪只在暴露于45-50勒克斯或100-120勒克斯光照强度时躺卧时间没有差异。因此，探讨光照强度对全天不活动姿势水平影响的研究仍有些不确定。G?tz等人（2022）观察到，在清晨和下午，明亮环境中的猪比黑暗环境中的猪更活跃。尽管这种偏好随着猪只年龄增长而变得不那么明显，这意味着光照对猪活动的影响可能取决于一天中的时间。如前所述，现有文献报道了光照强度如何影响猪的日活动水平（即每天），但其对小时活动模式（即24小时内）的影响仍然未知。活动模式紊乱与人类和奶牛的疾病易感性和发病率相关。这种紊乱可能预示着猪的健康和福利挑战，因为在其他物种中，稳定的活动节律与更好的健康相关。因此，研究小时活动模式不仅与理解对光照强度的行为反应相关，还可能为猪福利提供额外见解。迄今为止，关于商业农场条件下适当活动水平的知识有限。虽然本文不旨在确定最佳活动水平，但探索光照强度对主动行为的潜在影响，为光照条件如何可能或不可能影响猪福利提供了一些见解。计算机视觉的最新发展使得利用视频数据自动分析动物行为成为可能，减少了对耗时的人工观察的需求。在猪研究中，RGB（红绿蓝）摄像头在监测行为方面越来越受欢迎。自动视频分析方法已被应用于识别行为，如采食和饮水、攻击行为、运动或移动以及姿势。计算机视觉方法允许收集更大的数据集和比传统人工评分更连续的行为监测，因此，将这些方法与人工观察结合使用，可能为行为数据的解释提供补充性见解。本研究的目的是评估不同光照强度对生长育肥猪活动的影响，即其主动姿势（站立和坐立）、主动行为（即无论姿势如何与环境或同栏猪互动）以及在栏内移动的距离，重点关注其日活动和小时活动。预期较亮的光照强度会引发较高的日活动水平，例如，在日活动水平上表现出更多的主动行为和主动姿势以及更长的移动距离。此外，预期光照强度会影响猪的小时活动模式，例如影响上午和下午活动峰值的高度和持续时间。
论文解读
一、研究背景与问题
光照是影响动物行为节律的重要环境因素之一。家猪及其野生祖先野猪能够根据外部环境条件（如人类活动、温度、光周期等）调整自身的活动模式。家猪通常表现出昼行性活动特征，在上午和下午各出现一个活动高峰。光照通过影响大脑中调节睡眠-觉醒周期和活动节律的神经过程，特别是通过抑制暗期褪黑激素的分泌，来影响动物的活动节律。已有研究表明，光照强度可以影响猪的夜间褪黑激素分泌，从而可能影响其活动水平。
然而，现有文献关于光照强度对猪活动影响的研究结果并不一致。部分偏好性研究发现猪更喜欢在明亮环境中进行主动行为，在昏暗环境中更多休息；Kim等人（2021）报道146或103勒克斯的光照强度相比45勒克斯减少了躺卧时间；但Martelli等人（2010）未发现40与80勒克斯之间存在躺卧姿势百分比差异；Zeng等人（2023）也未发现45-50勒克斯与100-120勒克斯之间的躺卧时间差异。更重要的是，现有研究主要关注光照强度对猪日活动水平的影响，而光照强度对24小时内小时活动模式的影响几乎未被探索。活动节律的紊乱已被证明与人类和奶牛的健康问题相关，因此研究猪的小时活动模式不仅有助于理解其对光照强度的行为反应，也可能为猪福利评估提供新的视角。此外，欧盟法规目前仅设定猪舍光照最低标准为每天至少8小时40勒克斯，但缺乏证据表明该水平对猪福利或主动行为表现是最优的。
二、研究设计与技术方法
本研究在荷兰一家商业化母猪-育肥猪场开展，从2021年9月至2022年4月，研究了两批共448头TN70×TN Tempo杂交生长育肥猪。实验设置四种LED光照处理：低强度（约45勒克斯，相当于欧盟最低法定要求）、中等强度（约198勒克斯）、高强度（约968勒克斯）以及空间梯度光照（前部约71勒克斯、后部约330勒克斯）。所有处理的光周期均为11小时光照（07:00-18:00）:13小时黑暗。猪只活动数据通过两种互补方法采集：一是基于YOLOv8x目标检测模型的自动视频分析系统，以每秒一帧的频率连续监测猪只姿势（站立、坐立、胸卧、侧卧）和移动距离；二是人工视频观察，采用每20分钟扫描采样记录主动行为、每小时扫描采样记录姿势。统计分析采用广义线性混合模型（GLMM）评估日活动水平，采用广义加性模型（GAM）分析小时活动模式。
三、研究结果
检测模型性能：YOLOv8x检测模型在测试集上对所有姿势组合的平均精度（mAP，即mean Average Precision，平均精度均值，IoU阈值为0.5）达到89.4%。虽然模型对坐立姿势的检测性能有限（F1分数为67.4%），但将姿势分组为主动（站立和坐立）和不活动（侧卧和胸卧）类别后，F1分数分别达到91.6%和97.8%，性能足够。模型在不同光照强度下的姿势检测一致性可接受（83.5%-90.9%），表明光照强度未实质影响姿势检测。
日活动水平（自动视频分析）：猪只日移动距离受光照强度与周次的交互作用影响，在第4周，高光照强度组猪只移动距离显著低于其他处理组。日主动姿势比例同样受光照强度与周次交互作用影响，在第2周和第4周，高光照强度组猪只处于主动姿势的比例显著低于低光照组；第2周还显著低于空间梯度组，第4周显著低于中等光照组。在光期（07:00-18:00）内，光照强度未显著影响主动姿势水平；但在暗期，第8周高光照组猪只处于主动姿势的比例显著高于中等光照组。
日活动水平（人工观察）：人工观察的日主动姿势比例存在光照强度的显著主效应，但事后检验未发现处理间显著差异。光期内的主动姿势比例同样存在显著主效应但处理间无显著差异。暗期主动姿势比例受光照强度与周次交互作用影响：第4周高光照组主动姿势比例显著低于其他三个处理组；而第8周高光照组主动姿势比例显著高于其他三个处理组。主动行为（与环境或同栏猪互动，无论姿势如何）未受光照强度影响。
小时活动模式（自动视频分析）：光照强度未影响猪只移动距离的24小时活动模式。但在光期内，光照强度显著影响移动距离模式，高光照组与低光照和中等光照组均存在显著差异，表现为清晨（约07:00）和下午（14:00-16:00）移动距离数值上更短；中等光照组在光期大部分时间（09:00-15:00）移动距离数值上更长。光照强度显著影响主动姿势的小时活动模式：高光照组与所有其他处理组均存在显著差异，其在上午（07:00-10:00）和下午（12:00-16:00）活动峰值期间主动姿势比例最低；中等光照组与所有其他处理组均存在显著差异，其上午活动峰值最高（09:00），下午峰值开始更早、持续时间更长（11:00-16:00）。低光照组与空间梯度组的主动姿势小时模式无显著差异。暗期内的主动姿势模式不受光照强度影响。
四、讨论与结论
本研究有三个主要发现。第一，暴露于近1000勒克斯高光照强度的猪只活动有所降低，这体现在第4周日移动距离减少、第2周和第4周日主动姿势比例降低，以及光期内下午活动峰值降低。这一结果与研究预期（更高光照强度会增加活动）相矛盾，但与现有偏好性研究结果也难以直接比较，因为偏好性研究中猪只可在不同光照强度间自由选择，而本研究是强制施加光照强度。第二，45至330勒克斯范围内的光照强度未显著影响任何日活动水平指标，但中等光照强度（约198勒克斯）猪只的小时主动姿势模式与其他处理不同，表现为上午和下午活动峰值更高、下午峰值开始更早且持续时间更长。这一发现与部分文献中适度增加光照强度（40-146勒克斯）对躺卧行为影响不一致的结果部分吻合，但差异可能源于实验持续时间、猪只体重阶段等因素。第三，光照强度对日活动水平的影响随周次变化且不一致，第8周高光照组在暗期主动姿势比例升高可能暗示不安或不适，但该周数据因清理损失了一半数据点，标准误较大，应谨慎解读。不同数据采集方法（自动视频分析与人工观察）在日活动水平上得出的显著性略有差异，这可能反映了方法灵敏度差异。总体而言，高光照强度降低了光期内的活动峰值，中等光照强度支持了上午和下午的活动，但光照强度对猪只日总活动水平的影响有限且不一致。研究结论指出，欧盟目前设定的40勒克斯最低标准可能并非猪只福利或主动行为表现的最优水平，未来研究应探索更高光照强度（如接近日光水平）对其他行为模式及福利的影响。
