用計算機(jī)設(shè)計畜禽飼料配方時如何避免陷入認(rèn)識上的誤區(qū)

胡迪先 田作華 薛丁萌

(1.貴州大學(xué)動物科技學(xué)院，貴州貴陽550025；2.上海交通大學(xué)自動化系，上海 200030)

飼糧配合是動物營養(yǎng)學(xué)內(nèi)容之一,也是飼料行業(yè)掌握并運(yùn)用畜禽飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的重要手段,上世紀(jì)人們進(jìn)行飼糧配合都是采用手算法計算：如座標(biāo)作圖法、平行四邊形法、試差法。如需滿足3個或者3個以上營養(yǎng)指標(biāo)平衡配方，則采用疊代法，聯(lián)立方程式矩陣法。以上手算法均比較繁瑣，費(fèi)時費(fèi)工，即使方程有解,計算結(jié)果也不能體現(xiàn)配方的優(yōu)化組合。若應(yīng)用儲存線性規(guī)劃編程軟件的計算機(jī)，當(dāng)輸入有關(guān)參數(shù)后，就能很快運(yùn)算并把飼糧配方計算值打印出來，比手算法計算要簡單易行，如果程序設(shè)計附帶有數(shù)據(jù)庫子程序，就更不必查閱書籍，通過檢索飼料標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)隨時調(diào)出,快捷又方便。如果設(shè)計奶牛飼料配方，還可以根據(jù)代謝體重、泌乳量、含脂百分率迅速算出每天干物質(zhì)采食量。例如根據(jù)NRC（2001版）的荷斯坦奶牛干物質(zhì)采食量公式計算：

干物質(zhì)采食量（kg/d）=0.372FCM+0.096 8BW0.75×[1-e-0.192×(WQL+3.67)]

式中：①FCM(含脂率4%的校正標(biāo)準(zhǔn)乳)=(0.4+15F)M

M：未折算標(biāo)準(zhǔn)乳的乳量（kg）

F：乳中實(shí)際含脂率（%）

② BW0.75：奶牛代謝體重

③ WQL：泌乳周

風(fēng)干物質(zhì)采食量（kg/d）＝干物質(zhì)采食量÷（1－吸附水%）

現(xiàn)在應(yīng)用計算機(jī)只要在界面上填進(jìn)相應(yīng)參數(shù)就可通過程序?qū)⑾鄳?yīng)的結(jié)果顯示出來。

結(jié)果為以下圖例

該奶牛在第5泌乳周期每天采食量的風(fēng)干物數(shù)量為14.317 kg，與手算結(jié)果是一樣的。

現(xiàn)在大專院校、科研院所、飼料企業(yè)基本上已普及計算機(jī)的使用。

近幾年，在飼料行業(yè)流傳一種偏見，認(rèn)為只要是計算機(jī)輸出的配方都是最佳的。其實(shí)不然，計算機(jī)僅僅是一種工具，以人為本，人的因素第一，只有動物營養(yǎng)理論底蘊(yùn)厚實(shí)，同時又掌握豐富生產(chǎn)、經(jīng)營管理經(jīng)驗(yàn)，加之熟悉飼料市場信息和當(dāng)?shù)仫暳腺Y源狀況，又熟練軟件應(yīng)用的人（俗稱營養(yǎng)分析師），才能將計算機(jī)運(yùn)用自如，設(shè)計出好的配方(技巧的關(guān)鍵是如何有效設(shè)置和控制約束條件)，當(dāng)前，計算機(jī)設(shè)計畜禽飼料配方應(yīng)用和推廣方面遇到的傾向就是這種夸大計算機(jī)功能,其根本原因正是陷入了認(rèn)識上的誤區(qū)，沒有擺正人和物的關(guān)系。

用計算機(jī)設(shè)計飼料配方時認(rèn)識上的幾大誤區(qū)如下：

1 應(yīng)對計算機(jī)設(shè)計飼料配方原理正確理解

設(shè)計飼料配方軟件程序是依托數(shù)學(xué)中的線性規(guī)劃（Linear programming）,又稱運(yùn)籌學(xué)，線性規(guī)劃是最優(yōu)化問題中的重要領(lǐng)域之一,它廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、軍事、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，它的定義是：一組變量x（在配合飼料術(shù)語中即各種原料用量），輔之以相應(yīng)系數(shù)（畜禽主要營養(yǎng)需要指標(biāo)b和對應(yīng)的飼料營養(yǎng)成分指標(biāo)a），在滿足一定約束條件下（指營養(yǎng)指標(biāo)約束和飼料用量約束，同時提供相應(yīng)原料單價c），求實(shí)現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)s的最小值[畜禽的最低成本配方(元/1 000 kg)]，計算機(jī)將以上參數(shù)編排成方程組，在數(shù)學(xué)上最常用和直觀的標(biāo)準(zhǔn)形式叫數(shù)學(xué)模型,一般用單純形編程解。

x1＞=0，x2＞=0，x3＞=0………xn＞=0，表明所有變量都是非負(fù)值

S=C1X1＋C2X2＋C3X3……＋CnXn，注解：C 為原料單價（元/kg），X 為原料用量（kg）。

采取3個以上營養(yǎng)指標(biāo)(或同一指標(biāo)再設(shè)上限下限,方程等式就變?yōu)椴坏仁?需加或減一個松弛變量),5～10種飼料原料編制數(shù)學(xué)模型設(shè)計畜禽飼料配方，其數(shù)學(xué)模型必定是一個龐大的聯(lián)立方程組，若用儲存線性規(guī)劃編入程序軟件的計算機(jī)來解方程組，比照手算法,可以說易如反掌，不僅提供可行解，而且提供最優(yōu)解（最低成本配方）。但必須明確指出：最低成本配方是指價格相對而言最便宜的配方，但不等于生產(chǎn)潛力最好的配方，不考慮畜群的生態(tài)環(huán)境、技術(shù)水平、畜禽的品種、生理特點(diǎn)、飼料適口性、飼養(yǎng)條件、飼養(yǎng)效果(收集典型日糧)，經(jīng)濟(jì)上投入產(chǎn)出比。脫離實(shí)際，生搬硬套，那么輸出的“最低成本配方”對于畜牧業(yè)生產(chǎn)幫助不大。

2 企望計算機(jī)輸出配方參數(shù)精度要高的誤解

首先從畜禽配方設(shè)計的依據(jù)飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)說起，飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)畜牧業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合物質(zhì)能量代謝試驗(yàn)和飼養(yǎng)試驗(yàn)，科學(xué)地規(guī)定出不同種類、性別、年齡、生理狀態(tài)、生產(chǎn)目的與水平的家畜，每天每頭應(yīng)給予的能量和各種營養(yǎng)物質(zhì)的數(shù)量或濃度，飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)，并不是永恒不變的，隨著動物與飼養(yǎng)科學(xué)的發(fā)展，畜禽品種質(zhì)量的改良和提高，生產(chǎn)水平的提高，飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷地進(jìn)行修訂，充實(shí)和完善。

同樣，飼料成分表所列飼料營養(yǎng)價值雖說具有科學(xué)性。都是通過科學(xué)的分析、代謝試驗(yàn)和飼養(yǎng)試驗(yàn)而得出來的科學(xué)數(shù)據(jù)，但國外國內(nèi)、國內(nèi)不同地區(qū)因氣候、土壤，收割早晚等因素，常用飼料成分差異千差萬別，飼料成分表尤其是常用飼料成分表中是不能將所有含高營養(yǎng)成分與含低營養(yǎng)成分的飼料都列出來。而只能列出居中的數(shù)，如玉米的蛋白質(zhì)含量在7%～9%的范圍內(nèi)，但大多數(shù)在8.2%～8.9%，而在飼料成分表所列數(shù)字為8.6%。以此類推，可見一般。

總的說來，全價料配方設(shè)計宜粗不宜細(xì)，配方參數(shù)精度不必要求太高，計算機(jī)只要在指標(biāo)設(shè)定時確定一個約束范圍（營養(yǎng)指標(biāo)約束，飼料原料用量約束），例如5周齡以上肉雞的飼糧能量濃度可變化在2.8～3 Mcal/kg代謝能，30～60 kg肉豬可變動在 2.9～3.2 Mcal/kg消化能之間就可以了,蛋白質(zhì)濃度也可設(shè)定上限和下限約束肉雞的蛋白濃度可變化在17%～20%，肉豬可變動在15%～19%。飼料營養(yǎng)參數(shù)可采用飼料成分表平均數(shù)，最好采用當(dāng)?shù)乜茖W(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。只要計算結(jié)果參數(shù)分布在約束范圍都確認(rèn)為有解。甚至還允許人工進(jìn)行飼料用量微調(diào)（總量不變）更不必拘泥小數(shù)點(diǎn)以下多少位。

與此相反，預(yù)混料配方設(shè)計雖談不上優(yōu)化，但宜細(xì)不宜粗，因?yàn)樘砑觿┮钥擞嬃浚谂浜狭峡偭恐姓既f分之幾，乃至百萬分之幾。如按預(yù)混料1%添加，預(yù)混料總量中營養(yǎng)和非營養(yǎng)性添加劑也要占百分之幾乃至萬分之幾,故用計算機(jī)設(shè)計預(yù)混料配方時，參數(shù)精度至少要求小數(shù)點(diǎn)以下4位。

3 認(rèn)為設(shè)計畜禽飼料優(yōu)化配方營養(yǎng)指標(biāo)，飼料種類越多越好的誤解

畜禽營養(yǎng)需要和飼料營養(yǎng)成分包含的項(xiàng)目很多，有能量、蛋白質(zhì)（各種氨基酸）、礦物質(zhì)（各種常量元素，各種微量元素）、維生素(脂溶性和非脂溶性),總計不下40余種。不是所有指標(biāo)都可以參與優(yōu)化配方設(shè)計的。

應(yīng)該選擇與畜禽生長發(fā)育、生產(chǎn)能力有關(guān)，而且直接影響到配方成本高低的那些主要指標(biāo)（數(shù)學(xué)概念即權(quán)重系數(shù)比較高的），如能量（消化能、代謝能、凈能）、蛋白質(zhì)、必需氨基酸、鈣、磷等,粗纖維是與飼料營養(yǎng)價值相逆的限制性指標(biāo),考慮到配方要符合反芻類草食家畜消化生理特點(diǎn),有時也會把粗纖維列為優(yōu)化組合的指標(biāo)(如粗纖維改為中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維，那么飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)需要和飼料成分表要有對應(yīng)的數(shù)據(jù)相匹配)。

關(guān)于組成配方的原料數(shù)量，大體可有8～13種，能量飼料占50%～70%，蛋白飼料占20%～30%，礦物、維生素補(bǔ)充料占3%～12%。能量飼料：玉米、米糠、麩皮（次粉），油脂；蛋白飼料：豆餅（粕）、棉仁粕、菜籽粕、魚粉、血骨粉等。礦維補(bǔ)充料：包括磷、鈣和氨基酸或稱預(yù)混料。三類飼料的比例隨畜種和不同生長階段而異。國外豬雞標(biāo)準(zhǔn)的配方為玉米＋豆餅（粕）＋礦維預(yù)混料（包括保健藥）配方。這不符合中國國情，也達(dá)不到飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)要求，以0～4周齡肉用仔雞代謝能需要2.9 Mcal/kg為例,玉米雞代謝能值為3.18 Mcal/kg,高出標(biāo)準(zhǔn)10個百分點(diǎn)。如欲調(diào)整,可采用當(dāng)?shù)爻Ｓ玫膬r廉、能值較低的麩皮、次粉去替代部分玉米。用棉仁粕、菜籽粕等替代豆餅(粕)飼料，道理是一樣的。總而言之，多種飼料配合,給計算機(jī)自行選材,有效解方程,平衡營養(yǎng)指標(biāo)提供了足夠的空間。

蛋白質(zhì)營養(yǎng)指標(biāo)在飼料優(yōu)化配方組合中具有特殊作用。蛋白質(zhì)是生命存在形式，蛋白質(zhì)營養(yǎng)實(shí)質(zhì)上是氨基酸營養(yǎng)，平衡了蛋白質(zhì)中氨基酸比例，就等于提高了配合飼料整體營養(yǎng)水平。我國蛋白飼料來源十分短缺而且價格昂貴,進(jìn)口魚粉單價是玉米的4～5倍,豆粕的2～3倍,少用魚粉,多餅配合(豆粕、菜籽粕、棉仁粕)，添加賴氨酸（豬用）、蛋氨酸（禽用），保持合理的能蛋比，不僅保證了配合飼料質(zhì)量，還大大降低成本，研究結(jié)果表明：即使減少配合飼料中蛋白質(zhì)1～3個百分點(diǎn)，同樣能取得理想的飼養(yǎng)效果。為了減少蛋白飼料用量，達(dá)成氨基酸營養(yǎng)平衡并優(yōu)化飼料原料用量組合，手工算是無法完成的，依靠計算機(jī)運(yùn)籌是最有效的途徑。

4 結(jié)語

隨著科技進(jìn)步,飼料優(yōu)化配方程序設(shè)計的軟件研發(fā)也日新月異,為了使優(yōu)化方法更加先進(jìn)，科技工作者正在研究將多目標(biāo)規(guī)劃思想與人工智能技術(shù)，模糊數(shù)學(xué)理論巧妙地揉和在一起，通過標(biāo)量化處理和變換，使線性規(guī)劃，目標(biāo)規(guī)劃，手工規(guī)劃，三種優(yōu)化方法既能供用戶選擇，又能互相補(bǔ)充。較好地解決線性規(guī)劃中經(jīng)常出現(xiàn)的無解現(xiàn)象和其它問題,使全價料、濃縮料、預(yù)混料配合設(shè)計更加便捷，界面更加直觀，但我們認(rèn)為，無論軟件功能多么完美，或者引進(jìn)哪個國家的軟件，配方設(shè)計仍然離不開動物營養(yǎng)分析師的智慧、經(jīng)驗(yàn)和主觀能動性。

[1]胡迪先,俞宗源,張子儀.應(yīng)用線性規(guī)劃原理篩選最佳飼料配方的Basic語言程序設(shè)計.中國農(nóng)科院畜牧研究所科學(xué)年報,1982.

[2]馬仲藩,魏權(quán)齡.數(shù)學(xué)規(guī)劃講義.中國人民大學(xué)出版社,1981.

[3]胡迪先.電子計算機(jī)和數(shù)學(xué)方法在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用.農(nóng)業(yè)出版社,1983.

[4]奶牛營養(yǎng)需要和飼料標(biāo)準(zhǔn).中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2000.

[5]奶牛全混合日糧（TMR）技術(shù).飼料博覽,2007.

[6]NRC奶牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn),2001.