楊雪芬 蔣宗勇

(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所，畜禽育種國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室，廣東省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點實驗室，嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室茂名分中心，廣州 510640)

飼料成本占商品豬養(yǎng)殖成本的60%～70%，提高飼料利用效率是養(yǎng)豬生產(chǎn)降本增效和產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。豬的營養(yǎng)需要隨日齡、個體差異、飼養(yǎng)管理條件變化而變化。然而，當(dāng)前商品豬基本實行群體飼養(yǎng)，并根據(jù)全場、全國或全球豬的平均需要量制訂飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行飼喂，因此部分豬采食過多，而部分豬則攝入不足，飼料效率低下。法國于2008年發(fā)布生長肥育豬和母豬動態(tài)營養(yǎng)需要模型軟件InraPorc，美國NRC于2012年建立生長肥育豬和母豬動態(tài)營養(yǎng)需要模型[1]，加拿大和巴西等美洲國家也在2010年前后啟動豬精準(zhǔn)營養(yǎng)和多階段飼喂技術(shù)研究，根據(jù)豬的品種、生理階段、養(yǎng)殖規(guī)模、養(yǎng)殖環(huán)境制訂精準(zhǔn)營養(yǎng)供應(yīng)方案，提高了飼料利用效率[2]，但是相關(guān)技術(shù)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用還不普遍。國內(nèi)以廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)為代表的科研機(jī)構(gòu)針對豬精準(zhǔn)營養(yǎng)技術(shù)的研究也取得了一定的進(jìn)展，初步建立了仔豬[3-5]、生長肥育豬[6]和妊娠母豬能量動態(tài)需要模型[7-8]，但相關(guān)技術(shù)仍處于起步階段，離集成和應(yīng)用仍有非常大的差距。本文將簡述近年來商品豬精準(zhǔn)營養(yǎng)技術(shù)的國內(nèi)外研究進(jìn)展，并介紹我國某規(guī)?；i場建設(shè)精準(zhǔn)營養(yǎng)技術(shù)體系的實踐經(jīng)驗，以期為商品豬精準(zhǔn)營養(yǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用提供參考。

1 精準(zhǔn)營養(yǎng)技術(shù)研究進(jìn)展

精準(zhǔn)營養(yǎng)是指根據(jù)每頭或某群體豬個性化營養(yǎng)需要，在恰當(dāng)時間通過智能化技術(shù)/設(shè)備向個體/豬群提供恰當(dāng)數(shù)量和恰當(dāng)成分的飼糧[9]，其目的在于提高飼料效率，降低養(yǎng)殖成本和養(yǎng)分排泄，而最大挑戰(zhàn)在于準(zhǔn)確測算每頭豬的營養(yǎng)需要并對同一群體中的不同個體提供不同的飼糧。精準(zhǔn)營養(yǎng)技術(shù)體系主要由精準(zhǔn)飼料營養(yǎng)數(shù)據(jù)庫、動態(tài)營養(yǎng)需要模型和精準(zhǔn)營養(yǎng)供給技術(shù)3個板塊組成。在實際生產(chǎn)中，精準(zhǔn)營養(yǎng)技術(shù)的實施還需要使用智能設(shè)備，包括數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理器和自動飼喂系統(tǒng)[9]。前人已經(jīng)對豬的精準(zhǔn)飼喂設(shè)備進(jìn)行了系統(tǒng)綜述[9-10]，本文將主要從精準(zhǔn)配方和飼料預(yù)算的角度介紹精準(zhǔn)營養(yǎng)技術(shù)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

1.1 飼料營養(yǎng)數(shù)據(jù)庫

飼料原料營養(yǎng)價值隨品種、種植環(huán)境、加工方式等因素變化而存在巨大變異，準(zhǔn)確評估飼料原料的營養(yǎng)價值是開展動物營養(yǎng)需要量研究和精準(zhǔn)配方的重要保障[11]。國外以荷蘭CVB(2021)、法國INRA(2020)、美國NRC(2012)的原料數(shù)據(jù)庫應(yīng)用最為廣泛；由英國Informa PLC集團(tuán)在線發(fā)布的FEEDSTUFFS也會定期更新飼料原料營養(yǎng)價值數(shù)據(jù)(FEEDSTUFFS，2021)。國內(nèi)原料數(shù)據(jù)庫主要包括《中國飼料成分及營養(yǎng)價值表(2021年第32版)》和GB/T 39235—2020《豬營養(yǎng)需要量》中的原料數(shù)據(jù)庫。飼料營養(yǎng)價值的內(nèi)涵包括化學(xué)成分(常規(guī)成分、氨基酸、礦物元素、維生素等)、有效能、氨基酸消化率和可消化磷。能量組分占飼料總成本的60%～70%，是飼料配方和精準(zhǔn)飼喂中首要考慮的因素?，F(xiàn)行豬飼料有效能評價體系主要包括消化能、代謝能和凈能體系，其中凈能最能夠真實反映能量的代謝利用效率(圖1)，是唯一不受原料屬性影響而在相同基礎(chǔ)上表示動物能量需要量和飼料能值的體系[12]。也是精確預(yù)測生長表現(xiàn)的最優(yōu)系統(tǒng)[13]。凈能測定一般采用比較屠宰法和呼吸測熱法，也可使用基于飼料化學(xué)成分的凈能預(yù)測方程[14]。

圖1 飼糧能量在生長育肥豬體內(nèi)的分配[參考NRC(2012)并修改]Fig.1 Distribution of feed energy in growing-finishing pigs [referenced and revised from NRC(2012)]

1.2 豬動態(tài)營養(yǎng)需要模型

目前大多數(shù)飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)/生產(chǎn)模型均采用全國或全球的平均值制訂，如美國豬營養(yǎng)需要(NRC，2012)和豬營養(yǎng)指南(NSNG，2010)、法國豬營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)(INRA，2008)、荷蘭豬營養(yǎng)需要(CVB，2020)、丹麥豬營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)(SEGES，2021)等，以及我國GB/T 39235—2020《豬營養(yǎng)需要量》。國際知名種豬育種企業(yè)如PIC、Danbred等也依據(jù)所培育品種/品系制訂相應(yīng)的豬飼養(yǎng)/營養(yǎng)需要量企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)供生產(chǎn)者參考。然而，精準(zhǔn)的飼糧配方技術(shù)需要充分考慮個體的變異性[15]，根據(jù)豬群的遺傳背景、日齡、生理狀態(tài)、飼養(yǎng)環(huán)境、豬場營養(yǎng)水平以及飼料和養(yǎng)殖市場行情等制訂動態(tài)的營養(yǎng)需要模型。

研究動物營養(yǎng)需要模型的經(jīng)典方法包括經(jīng)驗法和析因法。經(jīng)驗法僅考慮總的需要，不考慮動物的維持需要和生產(chǎn)目的，而析因法則是將動物的營養(yǎng)需要量剖分成兩大部分，包括維持需要和生產(chǎn)需要。目前大多數(shù)豬營養(yǎng)需要模型研究均采用經(jīng)驗法，已經(jīng)建立了仔豬[5,16]、母豬[7-8,17]和生長育肥豬[6,18]的營養(yǎng)需要量與生長/繁殖性能的回歸模型?；诮?jīng)驗法建立的營養(yǎng)模型僅適用于特定試驗條件下預(yù)測養(yǎng)分每日需要量，不能準(zhǔn)確反映所攝入養(yǎng)分用于維持和增重(脂肪、蛋白質(zhì)沉積)的分配情況，因而不具備嚴(yán)格的生物學(xué)意義。為了準(zhǔn)確估測養(yǎng)分的分配/沉積效率，通常需要通過消化代謝試驗、呼吸測熱法和/或比較屠宰法測定相關(guān)指標(biāo)，并采用析因法對數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。其中，比較屠宰法是提供動物空體宏量和微量營養(yǎng)成分組成的最可靠方法，也是確定動物營養(yǎng)物質(zhì)(特別是凈能)需要量的最經(jīng)典方法，但該方法工序復(fù)雜、費時費力、試驗成本比較高、推廣難度大。法國農(nóng)業(yè)科學(xué)院采用析因法建立了生長育肥豬和母豬的能量、氨基酸需要量模型[19-24]，美國愛荷華州立大學(xué)Patience教授團(tuán)隊基于比較屠宰試驗研究了仔豬的凈能和氨基酸需要量模型[19,25]，伊利諾伊大學(xué)的Stein教授團(tuán)隊則重點研究不同階段豬的鈣、磷動態(tài)需要[26-28]。廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所采用比較屠宰法建立了6～25 kg仔豬的體沉積曲線和蛋白質(zhì)、能量動態(tài)需要模型[3-4]。由于不同階段豬對飼料有效能和氨基酸的消化率存在巨大差異[12]，不同品種、養(yǎng)殖規(guī)模、飼養(yǎng)環(huán)境和管理水平更進(jìn)一步拉大了豬營養(yǎng)需要的個性化差異，因而現(xiàn)有研究結(jié)果還遠(yuǎn)不具備普適性。

1.3 養(yǎng)分精準(zhǔn)供給技術(shù)

養(yǎng)分供給除了考慮豬群的個性化營養(yǎng)需要，還應(yīng)結(jié)合市場環(huán)境和豬場生產(chǎn)條件(欄舍周轉(zhuǎn)率等)采取不同策略，從全局考慮實現(xiàn)生產(chǎn)性能最大化、利潤收益最大化或生產(chǎn)成本最小化?！禤IC?營養(yǎng)與飼喂飼喂手冊(2021)》闡述了基于不同生產(chǎn)目標(biāo)的精準(zhǔn)配方策略(圖2)。如圖所示，實現(xiàn)利潤最大化所需要的標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化(SID)賴氨酸高于生產(chǎn)成本最小化策略所需要的水平；以優(yōu)化經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)的最佳飼糧SID賴氨酸是動態(tài)變化的，取決于原料價格和生豬市場價格。一般而言，在養(yǎng)豬利潤較高的情況下，提高日增重和飼料效率具有更高的價值；在豬價低迷時，則應(yīng)盡可能降低單位造肉的飼料成本。

與傳統(tǒng)飼養(yǎng)方法相比，以最大化生長性能為目標(biāo)的養(yǎng)分精準(zhǔn)供給技術(shù)能夠在確保滿足所有豬發(fā)揮最大生長潛力的同時，減少約7%的氮、26%的SID賴氨酸和3%的磷攝入量，減少氮磷排泄達(dá)20%～27%，并使飼喂成本減少10%[29-32]。按照我國GB/T 39235—2020《豬營養(yǎng)需要量》瘦肉型仔豬和生長育肥豬每日營養(yǎng)需要量推算，每頭豬從斷奶到120 kg約消耗300 kg飼料，其中粗蛋白質(zhì)、磷、賴氨酸攝入量分別為42.55、1.39和2.38 kg；若使用每日精準(zhǔn)飼喂方法，則每頭豬一生可減少粗蛋白質(zhì)、磷、賴氨酸攝入量分別為3.11 kg、45.87 g和618.8 g；以我國年產(chǎn)7億頭肉豬計算，每年可節(jié)約粗蛋白質(zhì)、賴氨酸、磷分別為217.7萬、43.32和3.2 t。精準(zhǔn)飼喂在母豬生產(chǎn)中應(yīng)用也有顯著效果，在妊娠期使用雙料線、多階段飼喂策略，可以減少賴氨酸的攝入量(-17%)、氮的排泄量(-19%)和飼料成本(-8%)[21]。

圖2 PIC商品豬(11～25 kg)實現(xiàn)不同生產(chǎn)策略所需要的SID賴氨酸水平[采自《PIC?營養(yǎng)與飼喂飼喂手冊(2021)》]Fig.2 SID Lys levels in diets designed for proposed production strategies for PIC commercial pigs (weighing 11 to 25 kg) [adapted from PIC?Nutrition and Feeding Guidelines(2021)]

2 我國規(guī)?；i場精準(zhǔn)營養(yǎng)技術(shù)實踐案例

Hauschild等[32]和Pomar等[9]在實際生產(chǎn)中建立了精準(zhǔn)飼喂模型，通過動態(tài)模型和精準(zhǔn)飼喂設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)在自由采食的情況下，根據(jù)豬只每日營養(yǎng)需要提供相應(yīng)營養(yǎng)濃度飼糧。首先，基于經(jīng)驗法使用豬個體的采食量和體重來估計每日的采食量和增重。其次，基于這些估計值，使用機(jī)理模型預(yù)測凈能攝入量和氨基酸、鈣、磷需要量并制定飼喂策略。需要注意的是，該模型需要至少測定豬只始重和末重，并連續(xù)7次測定采食量，才能預(yù)測采食量、體重和營養(yǎng)需求。下文以我國兩廣地區(qū)某規(guī)?；i場(以下簡稱A豬場)為例，介紹實際生產(chǎn)中建立精準(zhǔn)營養(yǎng)技術(shù)體系的過程。

2.1 基于經(jīng)驗法建立豬群生長曲線和采食量曲線

按照A豬場的實際生產(chǎn)情況，選定10%的代表豬圈(每欄20頭豬，閹公豬和小母豬各30欄)，連續(xù)8次測定了60～210日齡商品豬的個體重(每3周測定1次)，基于經(jīng)驗法分別建立了閹公豬和小母豬體重與日齡的回歸模型和采食量、能量攝入量曲線模型(表1)。

表1 60～210日齡商品豬生長曲線和采食量曲線模型Table 1 Growth and feed-intake curves models of commercial pigs aged from 60 to 210 days

2.2 基于析因法研究豬群動態(tài)營養(yǎng)需要

選定A豬場10%商品豬圈，在前述定期測定活體重和耗料量的前提下，從60日齡開始每3周采用超聲波測定活豬第10肋處背膘厚度和眼肌面積，采用NPPC(2001)和NRC(2012)提供的公式計算胴體瘦肉重、體磷總量，建立瘦肉增重、體蛋白質(zhì)和體磷沉積曲線模型(表2)。進(jìn)一步的，根據(jù)體蛋白質(zhì)和體磷沉積模型，計算豬群的可消化蛋白質(zhì)、氨基酸及鈣、磷需要量；計算賴氨酸的需要量=維持需要量+體蛋白質(zhì)沉積需要量，并依據(jù)理想氨基酸模式[1]確定其他氨基酸和可消化氮需要量；計算標(biāo)準(zhǔn)全腸道可消化(STTD)磷需要量，并按照鈣∶STTD磷需要量=2.15∶1計算鈣需要量；最終推算出豬群的每日營養(yǎng)需要量(表3和表4)。

表2 60～210日齡商品豬豬體蛋白質(zhì)和磷沉積曲線模型Table 2 Body protein and phosphorus deposition curves models of commercial pigs aged from 60 to 210 days

表3 60～210日齡閹公豬動態(tài)營養(yǎng)需要量Table 3 Dynamic nutrient requirements of castrated male pigs aged from 60 to 210 days

表4 60～210日齡小母豬動態(tài)營養(yǎng)需要量Table 4 Dynamic nutrient requirements of female pigs aged from 60 to 210 days

續(xù)表4項目Items日齡Daysofage60～8181～102102～123123～144144～165165～186186～207體重Bodyweight/kg19.3～31.131.1～44.944.9～60.860.8～80.580.5～96.096.0～118.1118.1～135.0苯丙氨酸+酪氨酸Phe+Tyr9.5012.8414.5317.7514.4017.7815.93蘇氨酸Thr5.687.738.8110.818.9111.009.93色氨酸Trp1.732.362.683.292.703.343.01纈氨酸Val6.669.0110.2212.4910.1812.5711.29氮N/(g/d)21.8329.6133.6941.2933.8941.8637.72鈣Ca/(g/d)6.779.2410.6413.1510.9713.5812.48標(biāo)準(zhǔn)全腸道可消化磷STTDP/(g/d)3.154.304.956.125.106.325.81

2.3 確定精準(zhǔn)飼喂方案

以豬群生長性能最大化作為首要生產(chǎn)目標(biāo)，結(jié)合試驗階段飼糧的營養(yǎng)水平和豬群的采食量曲線、動態(tài)營養(yǎng)需要量標(biāo)準(zhǔn)，建立精準(zhǔn)飼糧配方/飼糧營養(yǎng)營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)(表5至表7)。具體步驟如下：根據(jù)地產(chǎn)原料的可用性和成本確定能實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的飼糧最佳凈能水平，根據(jù)凈能水平的變化調(diào)整SID賴氨酸水平以保證恒定的SID賴氨酸:凈能比值，并依照理想氨基酸模式確定其他氨基酸的含量，最后確定礦物元素和維生素的含量。由每個階段豬的營養(yǎng)需要量除以飼糧營養(yǎng)水平，得到每日預(yù)測采食量，再乘以該階段的飼養(yǎng)天數(shù)，得到全階段的預(yù)計采食量，最后除以95%(估測飼料損耗5%)[1]即可以得到該階段飼料的預(yù)算量(表8)。使用精準(zhǔn)配方后，該豬場20～120 kg商品豬料重比由原來的2.71降到2.65，單位增重飼料成本由7.12元/kg降到6.70元/kg。

表5 基于動態(tài)營養(yǎng)需要量確定60～210日齡閹公豬飼糧營養(yǎng)水平Table 5 Dietary nutrient levels proposed from dynamic nutrient requirements of castrated male pigs aged from 60 to 210 days

續(xù)表5項目Items料號FeedNo.1234567日齡Daysofage60～8182～102103～123124～144145～165166～186187～207色氨酸Trp0.200.170.140.120.110.100.09纈氨酸Val0.760.630.540.470.410.390.34鈣Ca/(g/d)0.760.650.570.500.440.420.39標(biāo)準(zhǔn)全腸道可消化磷STTDP/(g/d)0.350.300.260.230.210.200.18

表6 基于動態(tài)營養(yǎng)需要量確定60～210日齡小母豬飼糧營養(yǎng)水平Table 6 Dietary nutrient levels proposed from dynamic nutrient requirements of female pigs aged from 60 to 210 days

表7 基于動態(tài)營養(yǎng)需要量確定60～210日齡豬(公母混群)飼糧營養(yǎng)水平Table 7 Dietary nutrient levels proposed from dynamic nutrient requirements of pigs (mixed gender) aged from 60 to 210 days

續(xù)表7項目Items料號FeedNo.1234567日齡Daysofage60～8182～102103～123124～144145～165166～186187～207粗蛋白質(zhì)CP/%18.3615.7213.7412.3110.4010.129.14標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化粗蛋白質(zhì)SIDCP/%15.2813.0811.4310.258.658.427.60標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化氨基酸SIDAA/%精氨酸Arg0.530.450.390.350.290.280.25組氨酸His0.390.330.290.260.210.200.18異亮氨酸Ile0.600.510.440.400.330.320.29亮氨酸Leu1.160.990.860.760.630.620.55賴氨酸Lys1.150.970.840.740.620.600.53蛋氨酸Met0.330.280.240.210.180.170.15蛋氨酸+半胱氨酸Met+Cys0.630.540.470.420.360.350.31苯丙氨酸Phe0.690.590.510.460.380.370.33苯丙氨酸+酪氨酸Phe+Tyr1.070.910.790.710.590.570.51蘇氨酸Thr0.640.550.480.430.370.360.32色氨酸Trp0.200.170.150.130.110.110.10纈氨酸Val0.750.640.550.500.420.410.36鈣Ca/(g/d)0.750.660.580.530.450.440.41標(biāo)準(zhǔn)全腸道可消化磷STTDP/(g/d)0.350.310.270.250.210.210.19

表8 A豬場商品豬飼料預(yù)算量Table 8 Feed budget amount of commercial pigs from pig farm A kg

3 小結(jié)與展望

實施精準(zhǔn)營養(yǎng)的技術(shù)核心包括：1)選擇適合的飼料營養(yǎng)數(shù)據(jù)庫；2)依據(jù)本場豬群生長性能確定每日營養(yǎng)需要量；3)依據(jù)本地飼料原料價格和供給情況，確定飼糧最佳凈能和其他養(yǎng)分水平；4)確立本場豬群飼料產(chǎn)品及其預(yù)算量。未來應(yīng)持續(xù)圍繞不同原料的凈能、SID氨基酸和STTD磷含量，以及細(xì)化生長階段和生理狀態(tài)下豬只的凈能和SID氨基酸個性化需求開展研究。隨著人工智能技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用和普及，這些工作有望從耗時費力的傳統(tǒng)研究手段轉(zhuǎn)向以大數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)的人工智能實時評估。此外，新型物聯(lián)網(wǎng)傳感器和智能喂料系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用將有助于豬場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集、分析與決策。在精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)中，需要重點關(guān)注的是對系統(tǒng)的整體控制，包括系統(tǒng)集成營養(yǎng)概念和模型以提供關(guān)于系統(tǒng)變化的早期預(yù)警(如基于采食量變化的健康狀況)。