動物做出不同行為的目的就是要滿足自己的動機需求，而動機需求則是為了更基本的維持生命的需求。在大腦結構複雜的動物如哺乳類及鳥類，動機需求更分生心理兩面。這些動物要維持良好福利的話，除了滿足身體需要外，精神需要也很重要。

動物的食事就是蘊含了身與心的需求。動機行為可分成增加滿足生理需求機會的慾求行為(Appetitive behaviour)和直接滿足生理需求的消費行為(Consummatory behaviour)，分別代表了心理和生理動機。根據動物行為學家Hughes和Duncan(1988)，食事可依此模型分成覓食和進食。食的最終目的就是吸收營養，維持生命，是生理的，但要完成食的最終目的，覓食行為是不可缺的。野生動物必先覓食才能進食，兩個行為密不可割，因此動物天性都帶有強烈的覓食動機需求，這需求只有通過進行和覓食相關的行為才能被滿足，例如長途跋踄尋找食物、尋找隱藏於環境中的食物、花腦力和氣力把眼前食物弄到口、甚至追捕獵物等等。

當動物進入人工圈養環境後，覓食和進食這兩個連結的行為被切斷了。人類常會為圈養動物(包括寵物)提供定時定刻的免費午餐，得來全不費工夫，造成單方面滿足了進食動機需求，完全忽略了覓食動機需求，使動物的心理福利受損。無法滿足覓食動機需求的動物會以各種問題行為去補償自己，例如看上去全無意義的刻板來回踱步(常見於動物園內的貓科及犬科動物)、亂跑、亂咬、甚至自殘身體(如狗的追尾和鸚鵡的自拔羽毛)。根據Hughes和Duncan(1988)，這些補償性的覓食行為和真正的覓食行為一樣，有著自我增強的行為機制，除非耗盡精力否則會愈發激烈，唯有覓食行為能帶來食事的最終目的，即進食行為，才能滿足覓食動機需求，平息覓食行為。

了解到覓食和進食的行為原理，動物飼養者便可利用原理去進行環境豐富(Environmental Enrichment)，避免或減少一些行為問題。如動物園常見的刻板來回踱步，研究發現讓貓科動物自行咬開冰塊吃裡面食物、或者自行找尋散落在周圍環境或隨機藏在盒子的食物(1,2,3)，可減少牠們進行無謂的來回踱步；又如鸚鵡常有的自拔羽毛，則有研究發現讓鸚鵡自行在取食玩具中慢慢咬出食物進食，可減少自拔羽毛。給貓狗不同的取食玩具也是利用這原理去減少牠們的行為問題。讓動物參與行為訓練自行賺取食物也是一種重新連結進食和覓食的好方法，很多動物園都開始注意到訓練這種改善動物福利的作用，避免沉悶的免費午餐餵食模式。

有養寵物的讀者，不妨試試改變餵食的方式。雖然無法保證這能防止和解決所有的行為問題(畢竟並非所有問題都和覓食相關)，但仍可預防或減少很多問題的。

本文出處

參考資料：
Hughes, B.O., Duncan, I.J.H. (1988). The notion of ethological need, models of motivation and animal welfare. Animal Behaviour, 36, 696-1707.

Jenny, S. & Schmid, H. (2002). Effect of feeding boxes on the behavior of stereotyping Amur tigers (Panthera tigris altaica) in the Zurich Zoo, Zurich, Switzerland. Zoo Biology, 21, 573–584.

Lumeij, J. T. & Hommers, C. J. 2008. Foraging ‘Enrichment’ as Treatment for Pterotillomania. Applied Animal Behaviour Science, 111, 85-94.

Resende, L. S., Remy, G. L., Ramos Jr, V. d. A. & Andriolo, A. 2009. The Influence of Feeding Enrichment on the Behavior of Small Felids (Carnivora: Felidae) in Captivity. Zoologia (Curitiba), 26, 601-605.

Skibiel, AL, Trevino, HS, Naugher, K. (2007). Comparison of several types of enrichment for captive felids. Zoo Biology, 26,371–381.

Shepherdson D.J., Carlstead, K., Mellen, J.D. and Seidensticker, J. (1993). The Influence of Food Presentation on the Behavior of Small Cats in Confined Environments. Zoo Biology, 12, 203-216.

延伸閱讀：
改變餵食方式 (作者：戴更基醫生)

• 如果你有無限次2選1的機會……到底是彈珠檯？還是高爾頓版？
• 理解化學老師口中的分子構造，化學式從此不用死背硬記....化學和生物課程的最佳教具
• 科學實驗室 開箱直播！每週四中午開播～
• 來自美國最好玩的編程無人機，可以使用圖像化編程以及python編程控制 — Robolink官方版 四軸無人機
• 雜物OUT！斷捨離的同時，也能整理思緒帶來好心情？

近年來，大眾對於「氣候變遷」這個詞越來越不陌生，國際間也會簽訂不同協議與政策，來減緩溫室氣體的排放，講到這邊，我們通常會想到化石燃料的使用，但較少被人們注意到的是，畜牧業也是排放甲烷、二氧化碳、一氧化二氮等溫室氣體的大宗，甚至會造成水污染及空氣污染。

最近由心理學家團隊發表的研究，提出一種可能的解決方案，以減少畜牧業對環境的影響，也就是——「教小奶牛上廁所」！

看到這邊一定頭上冒出好幾個問號，為什麼畜牧業會對氣候變遷造成影響？是哪方面的影響？為什麼教奶牛尿尿可能可以減緩對環境的衝擊呢？要怎麼教？

畜牧業和氣候變遷到底有什麼關係？

首先，根據聯合國糧食與農業組織 (FAO) 的報告，全球畜牧業每年約排放 7.1 兆噸的二氧化碳，大約是人為排放溫室氣體的 14.5%，其中，牛是排放量最大的物種，佔畜牧業排放量的 65 %，而大約來自於腸道發酵、糞便儲存與加工、飼料生產過程、其他能源使用等活動，FAO 也提出了目前評估可實行的減緩方案，其中一項便是提高奶牛的飼料開發以及飼養技術，來減少消化過程中和分解糞便時產生的甲烷 (CH₄) 與一氧化二氮 (N₂O) 。

而這篇研究的主角之一就是一氧化二氮 (N₂O) ，雖然它只佔全球溫室氣體總排放量的 5% ，但它把熱留在地球的能力卻將近是二氧化碳的 300 倍！除此之外，每次排放的一氧化二氮 (N₂O) 都會停留在大氣中超過一世紀，可以說是一種「長壽」的溫室氣體。從 1990 年起，紐西蘭的一氧化二氮排放量增加了五成，主要是來自乳製品業擴展以及氮肥使用，因此紐西蘭政府制定了一個目標，要在 2050 年之前將一氧化二氮的排放減少到淨零。

但這和牛有什麼關係呢？

從「牛尿尿」開始的氮旅程

原因是牛尿液中氮含量很高，而動物尿液中的氮來源主要是尿素  (CH₄N₂O)，在紐西蘭和澳洲，通常將牛飼養在戶外，牠們排尿之後，就開始一趟名為「氮循環」的旅程，首先尿素會迅速在土壤裡被水解成銨鹽 (NH₄⁺) ，再經過微生物「亞硝化菌」氧化成亞硝酸根 (No₂^–)，接著，另外一群微生物「硝化菌」，將亞硝酸鹽 (No₂^–) 再氧化成硝酸根 (NO₃^–)，以上的過程稱為「硝化作用 (Nitrification) 」。

當然，旅程還沒有結束，另一群稱作「脱硝菌」或「脫氮菌」的微生物會將硝酸鹽還原成氮氣 (N₂)，叫做「去硝化作用」或「脫氮作用」，而一氧化二氮 (N₂O) 是反應的中間產物，會直接被釋放到大氣中。

難道把牛飼養在牛舍裡就沒有問題了嗎？

代誌不是憨人想得這麼簡單！當牛尿液中的氮和地板上的糞便混在一起時，會產生另一種空氣污染物——氨 (NH₄)。

所以，如果牛的尿液可以被收集處理，裡面所含的氮就可以被轉換，減緩對環境的衝擊，但是要怎麼收集牛的尿液呢？

最直接的方式就是，教小牛到「廁所」裡尿尿。

要怎麼教會小牛尿尿？獎勵和拆解步驟是關鍵

研究團隊利用行為心理學的原理，訓練小牛到特定的地方排尿，這個原理便稱為「操作制約 (Operant Conditioning)」，由美國哈佛大學心理學教授史金納 (B.F. Skinner) 於 1938 年提出，當時有個著名的動物實驗稱為「史金納箱 (Skinner Box)」，將飢餓的小白鼠放在箱子裡，內有電動裝置紀錄動物的正確反應次數和頻率，因飢餓不安而活動的小白鼠，偶然壓到槓桿就會得到少量食物，當以後小白鼠看到槓桿，再去壓桿的頻率就會比以前高。對小白鼠來說，因反應而出現的食物是「強化物」，對壓桿這個「操作性反應」產生了強化作用。

除此之外，他們還運用訓練小孩上廁所，一種叫做「反向鏈接技術 (Backward Chaining Technique) 」的方式，將目標拆解成小步驟，從最後一步開始訓練到第一步。

首先，小牛被限制在圍欄設置成的廁所區域裡，當小牛排尿後再給予牠們喜歡的食物進行強化。然後，把小牛帶到圍欄外的一條走廊上，並再次強化進去廁所裡尿尿的行為，如果小牛在走廊上就排尿，便會用讓牠稍微不開心的噴水阻止牠。

經過幾次強化訓練，他們訓練的八頭小牛中，有七隻學會了在廁所尿尿，而且學習的速度和人類小孩差不多快！牠們大約只受了 15 天的訓練，大部分的小牛在 20 至 25 次排尿後學會了整套，比三到四歲的人類小孩還快。

小奶牛在廁所尿尿的影片。資料來源／參考資料 1

由此，研究團隊得到了兩個結論，第一是牛能夠學會注意自己的排尿反射，在準備尿尿時會移動到廁所裡；第二，在可以得到獎勵的情況下，牠們學會先憋尿，除非到了正確的地方。

牛牛學會了，然後呢？

在知道可以訓練牛牛到廁所排尿後，下一步要怎麼做才能夠離減排溫室氣體的目標越來越近呢？

作者認為希望未來可以優化廁所裝置，自動檢測排尿以及給予獎勵，就像是放大版的史金納箱一樣。除技術層面外，像是紐西蘭、澳洲等地的畜牧業，大多將牛飼養在開放的圍場，應該要把廁所設在哪裡，或者牛願意走多遠過來上廁所，都是需要進一步了解的問題，也才能夠將這項技術真正運用在不同國家的畜牧業，實際做到減緩畜牧業對氣候變遷的影響。

參考資料

1. Dirksen, N., Langbein, J., Schrader, L., Puppe, B., Elliffe, D., Siebert, K., … & Matthews, L. (2021). Learned control of urinary reflexes in cattle to help reduce greenhouse gas emissions. Current Biology, 31(17), R1033-R1034.
2. Gerber, P. J., Steinfeld, H., Henderson, B., Mottet, A., Opio, C., Dijkman, J., … & Tempio, G. (2013). Tackling climate change through livestock: a global assessment of emissions and mitigation opportunities. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO).
3. 張春興（民80）。教育心理學：三化取向的理論與實踐。台灣東華書局。
4. Backward Chaining Technique
5. 全國法規資料庫：空氣污染防治法施行細則
6. The science of nitrous oxide

• 如果你有無限次2選1的機會……到底是彈珠檯？還是高爾頓版？
• 理解化學老師口中的分子構造，化學式從此不用死背硬記....化學和生物課程的最佳教具
• 科學實驗室 開箱直播！每週四中午開播～
• 來自美國最好玩的編程無人機，可以使用圖像化編程以及python編程控制 — Robolink官方版 四軸無人機
• 雜物OUT！斷捨離的同時，也能整理思緒帶來好心情？