李德發(fā)
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畜牧科技的前沿進(jìn)展及其對(duì)畜牧業(yè)發(fā)展的貢獻(xiàn)
李德發(fā)
畜牧業(yè)是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的重要組成部分,關(guān)系到糧食安全、食品安全、節(jié)能減排、勞動(dòng)力就業(yè)、國(guó)際貿(mào)易等國(guó)家經(jīng)濟(jì)政治的各個(gè)方面,是引領(lǐng)中國(guó)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。畜牧科技在畜牧業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
畜牧業(yè)的主要作用是將糧食或非糧食資源轉(zhuǎn)化為動(dòng)物產(chǎn)品,因此,衡量畜牧業(yè)生產(chǎn)的效率是看用了多少糧食生產(chǎn)了多少動(dòng)物產(chǎn)品。1980年中國(guó)人均糧食占有量大約為350千克,1995年之后,一直徘徊在400千克左右。也就是說(shuō)在過(guò)去的30多年中,中國(guó)人均糧食占有量?jī)H增加了50千克,增長(zhǎng)了約15%。而同期中國(guó)肉類人均占有量由1980年的12.2千克增加到2014年的64.5千克,增長(zhǎng)了約5.3倍;禽蛋由2.6千克增加到27.6千克,增長(zhǎng)了約10.6倍;奶類由1.38千克增加到27.6千克,增長(zhǎng)了約20倍;水產(chǎn)品由5.23千克增加到39千克,增長(zhǎng)了約7.5倍。徹底扭轉(zhuǎn)了中國(guó)肉、蛋、奶、水產(chǎn)品嚴(yán)重短缺的局面,在滿足國(guó)民動(dòng)物性食品需求、改善人民膳食結(jié)構(gòu)、提高國(guó)民健康水平、供給輕工原材料等各個(gè)方面取得了舉世矚目的成就。
除了政策性因素之外,畜產(chǎn)品數(shù)量的巨大增長(zhǎng)主要源于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。首先是品種的遺傳改良。在過(guò)去的20多年間,中國(guó)通過(guò)引進(jìn)外來(lái)品種,發(fā)揮雜交優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)了絕大部分地方品種的遺傳改良,提高了畜禽的生產(chǎn)水平。其次是飼料配制技術(shù)的進(jìn)步。改革開(kāi)放后,中國(guó)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)科學(xué)與飼料加工技術(shù)取得了很大成就,研究制訂定了豬、肉禽、蛋禽、肉牛、奶牛、羊等主要畜禽的飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn),廣大科技人員在進(jìn)行科學(xué)研究的同時(shí),把先進(jìn)的飼料飼養(yǎng)技術(shù)送到千家萬(wàn)戶。據(jù)推算,推廣使用1噸配合飼料可為養(yǎng)殖業(yè)增收200元,2005年全國(guó)推廣配合飼料一項(xiàng)可為養(yǎng)殖業(yè)增加收入約160億元。第三是飼養(yǎng)管理水平的提高,集約化飼養(yǎng)得到迅速發(fā)展。
畜牧業(yè)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)中國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的貢獻(xiàn)是巨大的。它不但滿足了中國(guó)人民對(duì)動(dòng)物食品的需求,結(jié)束了憑票供應(yīng)的歷史,還節(jié)約了大量的糧食,鞏固了國(guó)家糧食安全。以生豬為例,改革開(kāi)放前,中國(guó)生豬養(yǎng)殖基本上是以農(nóng)戶散養(yǎng)地方品種為主,并大多采用“稀湯灌大肚”的飼喂方式,養(yǎng)殖水平十分低下,一頭豬從出生到出欄需要一年之久,生產(chǎn)效率極其落后。改革開(kāi)放后,優(yōu)質(zhì)豬種的引進(jìn)、全價(jià)配合飼料的應(yīng)用加上現(xiàn)代飼養(yǎng)管理技術(shù)的推廣使出欄時(shí)間縮短到5個(gè)半月左右;生產(chǎn)1千克豬肉對(duì)糧食的消耗量從5千克降低到3千克,只此一項(xiàng),就使中國(guó)每年節(jié)省糧食近1億噸,約相當(dāng)于2014年中國(guó)糧食總產(chǎn)量的20%。此外,畜牧業(yè)的發(fā)展有力地帶動(dòng)了種植業(yè)、飼料、機(jī)械制造、食品、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。特別是飼料工業(yè),中國(guó)用短短20多年的時(shí)間走過(guò)了發(fā)達(dá)國(guó)家飼料工業(yè)發(fā)展近百年的歷程,2013年工業(yè)飼料總產(chǎn)量1.94億噸,工業(yè)產(chǎn)值達(dá)7140億元,在中國(guó)統(tǒng)計(jì)的40個(gè)工業(yè)門類中排名第25位。
據(jù)粗略測(cè)算,1980年以來(lái),畜牧科技進(jìn)步對(duì)中國(guó)畜牧業(yè)的貢獻(xiàn)率達(dá)55%。
當(dāng)前,中國(guó)畜牧業(yè)正處于由數(shù)量型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期。與其他行業(yè)一樣,同樣存在著“穩(wěn)增長(zhǎng)、調(diào)結(jié)構(gòu)”的問(wèn)題。作為事關(guān)國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè),還存在著“保供給、保安全、保生態(tài)”艱巨任務(wù)。完成之一艱巨任務(wù),中國(guó)當(dāng)前畜牧業(yè)存在著一系列的突出問(wèn)題,必須以畜牧科技手段為首要手段加以解決。
(1)生產(chǎn)效率低下。盡管與改革開(kāi)放時(shí)相比,中國(guó)畜牧業(yè)的生產(chǎn)效率有了顯著提升,但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,仍存在不小差距。以養(yǎng)豬業(yè)為例,中國(guó)平均每頭母豬每年生產(chǎn)豬肉不到1000千克,美國(guó)近2000千克,荷蘭、丹麥近2500千克,中國(guó)養(yǎng)豬生產(chǎn)效率僅為美國(guó)的50%,荷蘭、丹麥的40%。加強(qiáng)畜禽遺傳育種研究工作,提高中國(guó)畜禽品種質(zhì)量,改善繁殖性能,加強(qiáng)環(huán)境控制技術(shù)和養(yǎng)殖技術(shù)研究,提高飼養(yǎng)管理水平是提高生產(chǎn)效率的必備手段。
(2)飼料資源嚴(yán)重短缺。“人畜爭(zhēng)糧”的矛盾已存在多年,隨著中國(guó)人民對(duì)動(dòng)物性食品數(shù)量和質(zhì)量的需求,這一矛盾呈更加突出的趨勢(shì)。2014年,中國(guó)進(jìn)口大豆7140萬(wàn)噸,比2010年增加30.3%,進(jìn)口谷物1951萬(wàn)噸,比2010年增加225%。進(jìn)口的大豆和谷物70%以上用作飼料。此外優(yōu)質(zhì)牧草年缺口達(dá)4億噸以上。利用生物技術(shù)、微生物發(fā)酵工程技術(shù)、飼料加工工藝技術(shù)等現(xiàn)代生物技術(shù)和飼料營(yíng)養(yǎng)技術(shù)手段,提高存量資源的利用效率,開(kāi)發(fā)非糧飼料資源是解決飼料資源嚴(yán)重短缺,緩解國(guó)家糧食安全的根本出路。
(3)畜牧業(yè)造成的環(huán)境污染問(wèn)題突出。當(dāng)前,中國(guó)畜牧業(yè)的COD排放為1268.26 萬(wàn)噸,占農(nóng)業(yè)排放總量的95.8%、占全國(guó)COD排放總量的41.9%,超過(guò)工業(yè)污染,畜禽養(yǎng)殖排泄物和廢棄物的環(huán)境污染問(wèn)題已成為中國(guó)生態(tài)環(huán)境安全的重要組成部分。畜禽養(yǎng)殖排泄物主要來(lái)自于飼料。國(guó)家環(huán)??偩秩涨皩?duì)全國(guó)二十三個(gè)省、自治區(qū)和直轄市進(jìn)行了規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖污染情況調(diào)查,結(jié)果顯示,中國(guó)每年產(chǎn)生的畜禽糞便量約為19億噸,是工業(yè)固體廢棄物的2.4倍,河南、湖南、江西等地區(qū)甚至超過(guò)4.0倍。由于飼料中氮的利用率約為75%,而磷的利用率僅為35%左右,因此,大量未被畜禽利用的氮、磷隨糞尿排出,加之高銅(200-250ppm)、高鋅(2000-3000ppm)在日糧中的使用,對(duì)大氣、水體和土壤環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染,對(duì)國(guó)民健康構(gòu)成了巨大的威脅。加強(qiáng)畜禽營(yíng)養(yǎng)代謝與營(yíng)養(yǎng)代謝的基礎(chǔ)前沿工作,開(kāi)展飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的評(píng)價(jià),建立中國(guó)飼料資源高效利用大數(shù)據(jù)平臺(tái),實(shí)施實(shí)時(shí)飼料配方技術(shù),減少甲烷、二氧化碳等溫室氣體的排放,減少畜禽排泄物中氮、磷和重金屬的含量,是減輕畜牧業(yè)環(huán)境污染的有效技術(shù)途徑。
(4)畜產(chǎn)品安全問(wèn)題依然突出。疾病的有效防控是畜禽健康養(yǎng)殖的重要前提。中國(guó)畜牧業(yè)面臨著老病仍在,新病不斷,人畜共患病日趨嚴(yán)重的嚴(yán)峻形勢(shì),呈現(xiàn)出高發(fā)病率、高死亡率、藥物殘留普遍、經(jīng)濟(jì)效益低下的困難局面?!笆濉币詠?lái),在中國(guó)政府強(qiáng)有力的監(jiān)管下,瘦肉精、三聚氰胺等非法添加物的使用得到了有效控制。但飼料中抗生素促生長(zhǎng)劑的過(guò)度使用和濫用問(wèn)題依然嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前飼料抗生素促生長(zhǎng)劑用量已占抗生素總產(chǎn)量的50%以上。每年飼用抗生素消耗量達(dá)10萬(wàn)余噸。持續(xù)低水平飼喂抗生素導(dǎo)致細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性、畜產(chǎn)品藥物殘留、過(guò)敏中毒反應(yīng)以及“三致”作用等危害日益明顯。歐盟、日本、韓國(guó)等已分別于2006年、2008年禁止在飼料中使用抗生素促生長(zhǎng)劑,美國(guó)FDA于2014年建議不在飼料中使用抗生素促生長(zhǎng)劑,2017年開(kāi)始禁用。飼料抗生素問(wèn)題已成為中國(guó)目前最大的動(dòng)物性食品安全問(wèn)題。利用分子生物學(xué)技術(shù)、生物工程技術(shù)、發(fā)酵工程技術(shù)等研發(fā)畜禽生物制品,是解決畜禽疫病問(wèn)題、飼料抗生素問(wèn)題的根本技術(shù)途徑。
(5)畜牧業(yè)設(shè)施設(shè)備滯后。設(shè)備與設(shè)施是健康養(yǎng)殖的重要支撐。以養(yǎng)豬業(yè)為例,歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的養(yǎng)豬業(yè)依靠先進(jìn)設(shè)備、設(shè)施,以“全封閉、自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化”引領(lǐng)著現(xiàn)代養(yǎng)殖行業(yè)發(fā)展,其平均勞動(dòng)生產(chǎn)率為每人年出欄肥豬2500-3500頭,而中國(guó)養(yǎng)豬設(shè)施設(shè)備落后,自動(dòng)化程度低,生產(chǎn)效率低下,平均勞動(dòng)生產(chǎn)率僅為250-700頭。在人力成本占比越來(lái)越大的情況下,如果不加強(qiáng)研究和創(chuàng)新,研制適合中國(guó)國(guó)情的現(xiàn)代化養(yǎng)豬設(shè)施設(shè)備,則難以支撐生豬行業(yè)的健康發(fā)展。
最近幾年,中國(guó)在利用科學(xué)技術(shù)加快促進(jìn)畜牧業(yè)向布局區(qū)域化、養(yǎng)殖規(guī)?;?、品種良種化、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、經(jīng)營(yíng)產(chǎn)業(yè)化、社會(huì)服務(wù)化的轉(zhuǎn)型升級(jí)方面取得了一系列進(jìn)展。在畜禽遺傳資源挖掘、新品種培育和改良、畜禽繁育技術(shù)方面,隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,動(dòng)物遺傳育種開(kāi)始走入了以群體遺傳學(xué)和數(shù)量遺傳學(xué)理論為指導(dǎo)的分子育種水平,它試圖利用分子生物學(xué)的技術(shù)對(duì)家畜育種進(jìn)行探測(cè)和改良?,F(xiàn)代分子育種技術(shù)可以概括為三個(gè)方面,一是能夠?qū)崿F(xiàn)分子標(biāo)記輔助選擇的分子遺傳標(biāo)記技術(shù),二是通過(guò)基因轉(zhuǎn)移技術(shù)將經(jīng)過(guò)處理的供體基因轉(zhuǎn)到受體基因組的轉(zhuǎn)基因育種技術(shù),三是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并對(duì)后期的育種工作進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨著遺傳標(biāo)記的發(fā)展及其高通量的基因分型技術(shù),使得從基因組水平估計(jì)育種值成為可能,即基因組選擇。基因組選擇技術(shù)已在中國(guó)奶牛育種中得到應(yīng)用,可以大幅度縮短世代間隔,降低育種成本?;蚪M選擇技術(shù)在豬、雞和肉牛育種改良方面的應(yīng)用還處在起步階段,但正加快引用速度,將逐漸成為育種常規(guī)技術(shù)。目前的轉(zhuǎn)基因技術(shù)還不是很成熟,加之轉(zhuǎn)基因食品的安全問(wèn)題等等,使得轉(zhuǎn)基因技術(shù)主要作為一種生物技術(shù)用于研究,而作為一種分子育種技術(shù)尚處于探索階段。目前國(guó)家已經(jīng)實(shí)施了轉(zhuǎn)基因重大項(xiàng)目,相信這會(huì)為分子育種工作的進(jìn)一步發(fā)展提供有利條件。分子育種與傳統(tǒng)的育種工作相比,縮短了育種年限,加快了育種進(jìn)程,同時(shí)還克服了環(huán)境因素、性別、年齡的影響,可以在分子水平對(duì)遺傳物質(zhì)進(jìn)行操作,對(duì)動(dòng)物不同的性狀進(jìn)行選擇。
在飼料資源的開(kāi)發(fā)和高效利用方面,針對(duì)中國(guó)飼料谷物資源短缺,能量飼料供應(yīng)不足;蛋白質(zhì)飼料原料嚴(yán)重匱乏,蛋白質(zhì)飼料自給率低下;優(yōu)質(zhì)牧草資源有限,草原牧草還難以滿足牧區(qū)養(yǎng)殖需要等問(wèn)題,在農(nóng)業(yè)行業(yè)公益性專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持下,實(shí)施了全國(guó)性大協(xié)作,建立了樣品采集、有效能和回腸標(biāo)準(zhǔn)可消化氨基酸測(cè)定技術(shù)規(guī)程,組織全國(guó)豬營(yíng)養(yǎng)與飼料研究大協(xié)作,總結(jié)調(diào)研了1911到2013年期間中、美、澳、日、荷蘭等國(guó)家主要飼料資源的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值史料,采集了覆蓋全國(guó)的主要飼料原料場(chǎng)樣品,全面測(cè)定了其常規(guī)養(yǎng)分含量,建立了參考系標(biāo)樣。測(cè)定了青稞、木薯、紅薯干等新型非常規(guī)飼料原料的養(yǎng)分含量。研究發(fā)現(xiàn)了影響飼料有效養(yǎng)分含量的關(guān)鍵化學(xué)組分及其組合效應(yīng),建立了玉米、玉米蛋白粉、玉米胚芽粕、玉米DDGS、豆粕、小麥、小麥麩、次粉、葵花粕、花生粕、菜籽粕、棉籽粕和米糠的基于化學(xué)分析值的消化能、代謝能和標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化氨基酸的數(shù)學(xué)估測(cè)方程,為豬配合飼料的實(shí)時(shí)測(cè)料配方奠定了基礎(chǔ)。研究了生長(zhǎng)豬絕食代謝和基礎(chǔ)代謝產(chǎn)熱規(guī)律,測(cè)定了玉米、玉米DDGS、小麥、小麥麩、豆粕、棉籽粕和菜籽粕的凈能值。研究建立了仿生酶法測(cè)定主要豬飼料原料、配合飼料消化能和代謝能的技術(shù)體系。為“飼料資源高效利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)”的建設(shè)和應(yīng)用,為實(shí)施實(shí)時(shí)測(cè)料配方奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
在飼料抗生素促生長(zhǎng)劑問(wèn)題的解決方面,中國(guó)科研人員2000年就開(kāi)始了技術(shù)儲(chǔ)備工作,研究了pBD2、C-BF、乳鐵蛋白、鱟素、sublancin等抗菌肽的殺菌機(jī)制,及其在改善豬免疫功能和腸上皮功能中的作用及其機(jī)理,探索了乳酸桿菌調(diào)節(jié)新生腸道優(yōu)勢(shì)菌群形成的作用,乳酸菌對(duì)新生和斷奶仔豬免疫功能和腸道屏障功能的機(jī)制及其對(duì)腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的調(diào)控。開(kāi)發(fā)了一系列微生物制劑、植物提取物和抗菌肽等潛在飼用抗生素替代產(chǎn)品,并研究了其配套使用技術(shù)。
在豬肉品質(zhì)的改善方面,在國(guó)家973項(xiàng)目的支持下,研究者立足中國(guó)豐富的豬遺傳資源優(yōu)勢(shì),從肉質(zhì)形成的基因、營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境3個(gè)方面,研究了國(guó)外引進(jìn)品種與中國(guó)地方品種在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝、腸道結(jié)構(gòu)和微生物菌群、對(duì)抗環(huán)境應(yīng)激等方面的差異以及這些差異與肉質(zhì)形成之間的關(guān)系,揭示了中國(guó)地方豬肉風(fēng)味前體物形成的特點(diǎn),探討了中國(guó)地方豬肉質(zhì)優(yōu)良性狀形成的分子基礎(chǔ),挖掘了一些調(diào)控肌內(nèi)脂肪沉積的地方豬基因。揭示了精氨酸、共軛亞油酸等對(duì)豬皮下和肌內(nèi)脂肪沉積的差異性調(diào)控和肌纖維發(fā)育的myostatin信號(hào)通絡(luò),探索了母體和新生期營(yíng)養(yǎng)對(duì)豬肉品質(zhì)的影響極其機(jī)制。
在解決畜牧業(yè)的環(huán)境污染方面,最近幾年在國(guó)家政策的引導(dǎo)下和科技的支撐下,通過(guò)沼氣制取、有機(jī)肥生產(chǎn)等廢棄物綜合利用等措施處理畜禽糞污,采取種植和養(yǎng)殖相結(jié)合的方式充分利用畜禽養(yǎng)殖廢棄物,促進(jìn)畜禽糞便、污水等廢棄物就地就近利用。為減輕畜禽排泄物對(duì)環(huán)境的污染,中國(guó)學(xué)者研究并揭示了營(yíng)養(yǎng)素對(duì)母豬繁殖性能、仔豬腸道健康和免疫抗病功能的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控及其分子機(jī)制,提出了母豬系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)原理和豬抗病營(yíng)養(yǎng)理念,并探究了提高蛋白質(zhì)利用效率的關(guān)鍵技術(shù)。以低氮排放為前提,探究氨基酸(賴氨酸、蛋氨酸、色氨酸、蘇氨酸、支鏈氨基酸、苯丙氨酸、精氨酸)之間的比例,確立了豬最佳生長(zhǎng)和最佳胴體品質(zhì)的凈能需要量和賴氨酸凈能比,解決了消化能和代謝能為基礎(chǔ)配制日糧時(shí)的豬胴體增肥問(wèn)題。并且依據(jù)最佳生長(zhǎng)、最佳氮利用率和最佳胴體品質(zhì),研究了生長(zhǎng)肥育豬低氮日糧條件下,標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化蘇氨酸、色氨酸、硫氨基酸和纈氨酸與賴氨酸的最適比例,獲得了低氮日糧條件下豬各生長(zhǎng)階段的標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化氨基酸平衡模式,形成一套覆蓋豬生長(zhǎng)階段的低氮日糧綜合技術(shù)體系。
同時(shí)關(guān)于豬礦物質(zhì)(鈣、磷、鋅、銅、鐵、硒等)也進(jìn)行了大量的研究,主要集中在探究豬礦物質(zhì)的需要量和添加形式及相互作用,由此確立了豬不同生長(zhǎng)階段的鈣磷比,以及鋅、銅、鐵和硒在母豬上的推薦添加劑量及其最佳添加形式;并且比較研究了無(wú)機(jī)和有機(jī)微量元素對(duì)豬的營(yíng)養(yǎng)生理功能。初步研究了日糧淀粉組成(主要是指直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例)、纖維水平對(duì)養(yǎng)分利用率的影響,從而探討了日糧總纖維、可溶性纖維、不溶性纖維的表觀消化率與有效能的相關(guān)關(guān)系。
總的來(lái)講,改革開(kāi)放以來(lái),中國(guó)畜牧業(yè)穩(wěn)步發(fā)展,無(wú)論是畜禽的飼養(yǎng)量,還是畜牧業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量,以及人均占有量都取得了舉世矚目的成就。特別是近些年來(lái),隨著強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)政策的實(shí)施和畜牧科技的支撐,畜牧業(yè)呈現(xiàn)出加快發(fā)展勢(shì)頭,畜牧業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)生積極轉(zhuǎn)變,規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化和區(qū)域化步伐加快。但畜牧業(yè)發(fā)展中,也逐漸暴露出一系列的問(wèn)題。中國(guó)的畜牧業(yè)仍處在傳統(tǒng)飼養(yǎng)方式與現(xiàn)代化養(yǎng)殖方式并存、傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式占支配地位的階段。生產(chǎn)效率低下、飼料資源嚴(yán)重短缺、畜牧業(yè)環(huán)境污染重、畜產(chǎn)品質(zhì)量安全問(wèn)題突出、飼養(yǎng)環(huán)境和生產(chǎn)條件相對(duì)落后、重大動(dòng)物疫病形勢(shì)嚴(yán)峻等問(wèn)題嚴(yán)重影響中國(guó)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,必須加大科技投入,強(qiáng)化資源配置方能解決。
摘自《飼料科技與經(jīng)濟(jì)》2015質(zhì)檢專刊