《Frontiers in Ethology》：Opportunities for monitoring feeding behavior using RFID technology to support bird welfare in zoos
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鸟类是动物园饲养的物种最多的类群之一，但关于它们在鸟舍（aviaries）中的福利和管理的研究很少。在大型、复杂、多物种空间中管理鸟类可能提供福利益处，但在这些空间中监测动物可能具有挑战性。射频识别（radio-frequency identification
鸟类是动物园饲养的物种最多的类群之一，但关于它们在鸟舍（aviaries）中的福利和管理的研究很少。在大型、复杂、多物种空间中管理鸟类可能提供福利益处，但在这些空间中监测动物可能具有挑战性。射频识别（radio-frequency identification, RFID）技术广泛用于监测野生鸟类行为，但在动物园鸟类监测中未得到充分利用。RFID是一种有价值的技术，允许以数据流样式自动检测存在、日期、时间和位置数据。本综述讨论了在喂食区放置RFID时，如何利用RFID数据解读采食（feeding）和社会行为（social behavior），为数据驱动的管理提供信息，提供关于采食持续时间、采食次数、偏好以及社会关联（如共同采食和竞争性位移（agonistic displacements））的信息。然后讨论了如何在实际动物园场景中应用这些信息，以收集关于知之甚少的动物的一般信息、监测福利问题以及评估饲养管理变化（husbandry changes）的潜在影响。本综述进一步阐述了如何将RFID与其他工具（如视觉观察（visual observation）、体重秤（weighing scales）和选择喂食器（selection feeders））结合使用。本综述强调了将RFID检测与视觉观察进行验证以确保准确性和理解偏差的重要性。最后，本综述讨论了这些RFID数据对保护（conservation）的价值，以及在喂食器之外的其他位置实施RFID的机会。
1 引言
鸟类是动物园饲养的物种最多的类群之一，其行为能力和需求差异很大。动物园饲养鸟类有助于实现保护、教育和公众参与目标。现代动物园越来越将动物福利（animal welfare）——定义为“动物通过其与该物种特有的愉快体验或不愉快体验的关联，如何体验自身世界和生命”——作为伦理管理的核心组成部分。尽管鸟类在动物园中广泛存在，且多种物种被公认具有智力，对鸟类情绪和意识的兴趣也在增长，但近几十年来，以鸟类为重点的研究仅占动物园/水族馆福利研究的不到10%。动物福利通过多种框架概念化，包括三领域模型（three spheres model，强调生物功能、自然生活和情感状态之间的相互作用）和五领域模型（five domains model，关注行为、营养、健康、环境和心理状态）。动物福利调查使用多种指标（包括行为）来估计动物的主观体验和健康，帮助指导管理决策。对行为的系统调查（理想情况下成本低、劳动力需求少）将有助于填补鸟类福利研究的这一空白，并支持基于证据的管理。
2 鸟舍中的行为监测挑战
大型、环境复杂的鸟舍可以促进广泛自然行为的表达，并支持多个个体和物种的共居。例如，物理特征（如水体、基质、栖木）和食物呈现的多样化组合可以鼓励不同的觅食生态学（foraging ecologies，如地面、树栖、空中、水生），而不同的空间设计可以允许不同类型的飞行（如垂直移动、空中敏捷性、长时间空中飞行）。因此，动物园正朝着建造更多此类环境复杂、多物种混合的鸟舍发展。然而，这些空间可能导致各种管理挑战（如社会冲突、不同的营养需求）。在更大、更复杂的空间中，对反映动物福利的因素（如物种典型行为、异常或移位行为、受健康影响的运动）进行准确的视觉或物理评估可能变得更加困难，尤其是在饲养许多外观相似的个体时。RFID系统为克服这些大型复杂鸟舍中的监测挑战提供了机会。例如，RFID不依赖清晰的视线或视觉特征来识别个体，而是依赖对可穿戴或可植入应答器（transponder）的检测。从应答器检测生成的日志文件包括唯一的鸟类ID、检测发生的日期和时间，以及检测到的读取器（reader）。
3 设计RFID监测系统
构建RFID系统需要4个主要组件：1）附着在动物身上的应答器（tag）；2）标签读取器；3）电磁场发生器；4）电源。被动集成应答器（passive integrated transponder, PIT）标签常用，因为它们体积小且不需要内部电源。PIT标签不直接存储数据，而是在进入读取器有限范围内时被检测到。附着/植入PIT标签对健康和生存的长期影响通常被认为较低。然而，处理及植入标签可能引起表明压力或疼痛的行为反应，可穿戴标签的手术植入或擦伤可能引起感染或损伤，还可能存在其他健康问题。对附着/植入设备（包括RFID PIT标签）对鸟类长期行为影响的更多研究将是有益的，尤其是随着这些技术变得更常用。标签读取器可以商业购买，但定制构建可能更具成本效益和可修改性。检测范围以及所需读取器的大小和数量将根据所需信息和鸟类行为而变化。例如，红喉蜂鸟会在一个确定区域栖息以进食，因此只需要一个小天线和小范围，且一次只有一只动物进食。相比之下，成群觅食的物种可能需要更大或多个天线，编程为频繁重新扫描以捕获喂食器周围的多个个体。站点可以用小型电池、直接电源或太阳能电池板供电。展区中的金属、土壤和水可能干扰检测，应在站点放置时予以考虑。将RFID系统与视觉观察进行验证对于确保准确性和定义生物学上适当的事件阈值至关重要。有研究讨论了在鸟类学研究中RFID使用的局限性和潜在偏差，包括低检测准确性（如由快速移动速度或技术错误引起）以及可能改变鸟类行为的读取器设计。很少有研究报告验证程序，但有一项研究提供了量化鸟类行为的指南，是宝贵的案例。使用RFID系统的研究应谨慎解读，尤其是当验证程序不明确时。
4 从RFID检测推断行为
从RFID监测获得的原始数据可以转化为额外的行为信息。在喂食器处，可以从RFID站点推断出两类主要且非互斥的行为数据：采食行为（feeding behavior）和社会行为（social behavior）。
4.1 采食行为
采食行为包括涉及定位、选择、处理和消耗食物及其时间和地点的行为选择和行动。采食行为与健康、繁殖和福利结果密切相关。基于时间和位置数据，可以从RFID检测推断采食行为的各个方面。例如，在相同喂食器重复检测允许估计采食回合持续时间（feeding bout duration）、访问频率（visit frequency）和总采食时间（total time spent feeding）。
4.2 社会行为
社会行为构成个体与他人的互动和关系，在目的、结构和持续时间上各异。社会行为会影响资源获取、学习、生理应激和韧性。基于时间和位置数据，可以从RFID检测推断社会行为的各个方面。个体在同一时间和站点的共定位可能提供关于共食伙伴选择、个性特征（如社交性）以及整体社会网络和群体动态的见解。或者，检测到一只动物进入喂食区而另一只离开，已被用于收集竞争性互动（agonistic interactions）并推断优势等级（dominance hierarchies）。
5 实际应用
5.1 建立行为基线
动物行为通常具有可重复性。在鸟类中，已描述了采食行为和觅食地点忠诚度的一致模式。在喂食器处进行连续和纵向的RFID监测可以长期描述采食行为，并提供对行为模式、选择和约束的见解。了解正常行为模式还可以揭示特定个体是否持续处于劣势。社会约束可能因竞争导致营养或能量的不平等分配，这可能对健康和情感状态产生不利后果。接收竞争性互动或处于社会从属地位可能对情感状态（如快感缺乏）产生负面影响，改变行为，并影响应激相关生物标志物。了解谁处于劣势可以采取干预措施以减轻负面后果。在此框架内，一些与采食相关行为的一致表达可能支持积极情感状态（如探索、亲和行为）的识别。从RFID喂食器共现推断的稳定社会关联可能为配对动物转移或指示交配对提供信息。专制或持续对抗的关系可能表明需要调整群体组成。喂食器处RFID检测的快速连续可能表明异常高的竞争，可用于调整喂食时间表、增加喂食位置数量或修改喂食器类型或放置以减少高使用点的拥挤和压力。异常低的检测率可能表明资源垄断或感知风险升高。
5.2 监测动态生命中的行为变化
监测与已建立行为基线的偏差可以为了解个体动物的福利提供见解。对这些偏差的了解有助于促进以福利为中心的管理，考虑外源和内源因素对个体体验的影响，并修改或维持护理过程以最大化反映积极福利的行为（如能力建设、亲和行为）并最小化痛苦（如疼痛）。采食和社会行为可能对影响福利的因素的变化敏感，这可用于指导饲养管理（如医疗干预、社会组成改变）。例如，有研究报道家朱雀在感染时改变觅食决策，与更广泛的证据一致，即动物在经历健康挑战（包括损伤和疾病）时会改变觅食行为。类似地，小鼠的慢性疼痛被发现逆转了优势关系，家麻雀随着生理成本变化调整其社会地位，寒鸦在其关联价值改变时改变社会关系。在潜在应激事件期间行为的一致性，或之后快速恢复到基线，可能表明对感知应激源的韧性或有限影响。一项研究发现，奥氏鸥在遇到不熟悉物体时，接近和消耗新奇食物的潜伏期更长。这凸显了管理决策如何影响个体体验和资源使用，为未来的护理程序提供有价值的信息。
5.3 RFID监测路线图
理想情况下，RFID系统易于实施并具有实际应用。借鉴相关资源，提供了一种流程图方法，以帮助动物护理专业人员和研究人员在鸟舍中实施RFID系统。该方法首先鼓励研究者审查其当前收集采食和社会行为数据的方法。对于没有RFID系统的人，它概述了所需材料和有用的参考文献。下一步明确指出，与视觉观察的验证对于有效的RFID系统至关重要。在剩余部分，该流程图突出了这些系统的实际应用以及可与RFID集成的其他工具。
6 构建集成监测系统
为了构建集成整体管理系统，RFID喂食站可以与其他工具或技术结合使用。
6.1 视觉观察
视觉观察对于详细解读特定行为事件仍然至关重要。事件和个体可以通过RFID识别，并高效地通过实时观察进行针对性观察。相机已成功与RFID系统集成，例如用于监测企鹅的羽毛状况，以及量化大山雀的日粮组成和消耗率。
6.2 体重秤
体重是监测健康的基础指标。给鸟类称重可能因多种原因具有挑战性，包括它们在大型鸟舍中避免人类的能力以及区分个体的困难。配备RFID的秤可以设计为适应多种日粮和采食方式，如花蜜喂食器、升高的平台喂食器和地面喂食器。集成RFID的秤提供了测量饲料消耗量和消耗率以及体重波动的机会，从而洞察个体采食和健康趋势。
6.3 营养评估
将RFID系统与日粮审查相结合可以加深对管理饲养中营养状况的理解，因为那里的采食机会与自然觅食模式不同。由于某些物种或个体可能持续在特定位置采食，因此可以提供适合其特定营养需求的日粮。有研究在目标鸟类“偏好”的位置提供日粮，并促进个体特定的采食和摄入监测。另一项研究证明，圈养鹦鹉在可获得时会过度选择高能量食物，与其自然觅食生态学形成对比，这种模式可能导致能量摄入不平衡。建立基线采食和摄入模式可以评估日粮变化对个体的影响，并提供有价值的健康信息。
6.4 选择喂食器
将RFID读取器与“智能”食物分配系统相结合，可以允许与个体标签ID相关联的选择性和个性化食物输送。在动物园环境中，选择喂食器可能有助于通过定制日粮输送以满足个体需求来管理营养不平等，类似于当前农业中使用的精确喂食系统，其中自动喂食器可以调整个体动物的营养供应。在动物园鸟舍中，当不同营养和医疗需求的物种被共同饲养时，受控的、个体特定的饲料和补充剂分配可能尤其相关。
6.5 温度传感器
体温是鸟类中一个有价值的生理参数，为动物的体温调节、生理、行为或对环境变化的反应提供见解。一项研究发现，绿头鸭在免疫挑战期间体温升高，证明了其作为健康受损指标的作用。最近的研究将带有温度传感器的RFID PIT标签结合起来，同时记录体内体温和收集行为数据（如觅食活动）。这种集成方法有望在生理背景下解读行为数据，并可能提供健康受损的额外指标。
7 未来机遇
监测鸟类对非喂食器资源的使用也可以提供有用信息。有研究利用RFID确定影响山雀跨越森林间隙决策的因素。这类研究可用于动物园，以了解影响围栏间移动的因素并优先考虑偏好路线。RFID已被用于调查鸡的环境偏好，这种方法可用于指导动物园饲养物种的基质提供。RFID系统还可以帮助评估学习、习惯化和参与度，例如通过记录与配备RFID的物品的互动。配备RFID的喂食器已被用于促进野生鸟类的认知测试，这在动物园中可能对个体特定的认知发展计划有价值，与积极福利原则一致。除了常规管理，RFID监测系统在物种繁殖和再引入项目中也有应用。有研究使用RFID实时跟踪繁殖事件和交配对的更新；他们还将RFID与视频记录结合，以识别打破蛋、杀婴或忽视雏鸟的鸟类。这些信息可用于移除有风险的蛋，并识别成功的配对以继续投资保护项目。行为被认为是移地保护成功后释放建立和生存的关键决定因素。例如，一项关于美洲鹤的研究发现，释放前的觅食和行走行为与释放后的生存显著相关。在此背景下，RFID衍生的行为基线可以帮助识别表现出生态相关行为的个体，有助于释放决策。同样，为管理饲养中的动物提供发展和练习物种典型行为（如解决问题、觅食和导航复杂环境）的机会，已被证明可以改善其对野生条件的准备。在这些更复杂的环境中，RFID有助于跟踪个体，尤其是在维持可见数据收集具有挑战性时。
8 总结
RFID监测系统为在动物园中连续、个体水平收集鸟类行为数据提供了机会。这些系统的实施受益于透明的验证程序以及对数据解读中的局限性和偏差的仔细考虑。RFID监测可能有助于建立鸟类行为的新知识，并支持动物园中基于证据的决策。
