張相鑫
摘 要:增加豬生產(chǎn)中飼養(yǎng)階段的數(shù)量,及應(yīng)用精準(zhǔn)飼養(yǎng)技術(shù),可恰當(dāng)滿足動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需要,它們的使用可以帶來(lái)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。提高養(yǎng)豬生產(chǎn)系統(tǒng)的可持續(xù)性,尤其是在那些不斷增長(zhǎng)的食物需求必須以可負(fù)擔(dān)的成本滿足且不會(huì)損害環(huán)境資源的地方,優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)的利用率是重要的。要做到這一點(diǎn),重要的是要開(kāi)發(fā)出可以精確評(píng)估動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需要的有效方法,以及開(kāi)發(fā)出在生產(chǎn)系統(tǒng)中考慮到應(yīng)用此類(lèi)專業(yè)技術(shù)的設(shè)備和系統(tǒng)。鑒于能夠影響豬營(yíng)養(yǎng)需要的因素眾多,通過(guò)數(shù)學(xué)模型評(píng)估豬的營(yíng)養(yǎng)需要是降低養(yǎng)豬生產(chǎn)帶來(lái)的環(huán)境負(fù)荷的一個(gè)重要因子。同樣,飼料配方和飼喂方案能夠幫助人們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。在此背景下,增加養(yǎng)豬生產(chǎn)中的飼喂階段數(shù),并且實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)飼喂,對(duì)確保營(yíng)養(yǎng)需要的準(zhǔn)確性可能是一個(gè)有效的工具,因?yàn)樗氖褂媚軌驇?lái)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的益處。
關(guān)鍵詞:日糧配方;環(huán)境影響;建模;營(yíng)養(yǎng)需要;豬
中圖分類(lèi)號(hào):S816 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:C 文章編號(hào):1001-0769(2018)04-0031-04
近年來(lái),生豬生產(chǎn)出現(xiàn)了快速的發(fā)展。生產(chǎn)效率的提高和生產(chǎn)成本的降低,已經(jīng)成為企業(yè)和生豬生產(chǎn)國(guó)提高競(jìng)爭(zhēng)力和生存力越來(lái)越重要的因素。另外,隨著時(shí)代的發(fā)展,減少養(yǎng)豬生產(chǎn)對(duì)環(huán)境影響的社會(huì)壓力也在增加。所以,改善營(yíng)養(yǎng)利用效率對(duì)提高生產(chǎn)效率和增強(qiáng)生豬生產(chǎn)的可持續(xù)性至關(guān)重要,特別是在如今糧食需求的日益增長(zhǎng)已經(jīng)導(dǎo)致資源利用競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇的大背景下。為滿足生產(chǎn)和市場(chǎng)的需求,我們面臨的挑戰(zhàn)是要確保動(dòng)物的各種營(yíng)養(yǎng)策略具有不同的采食量和瘦肉沉積的模式。從這個(gè)意義上來(lái)講,氮(Nitrogen,N)的利用效率對(duì)提高蛋白質(zhì)沉積和降低N排放量越來(lái)越重要。
N的利用效率可以通過(guò)更好地調(diào)整每頭豬的營(yíng)養(yǎng)需要得到改善,從而可減少糞便和尿中的N排泄量。要提高N的利用效率,有必要研究出有效的方法來(lái)準(zhǔn)確估計(jì)動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需要,以及開(kāi)發(fā)出可以讓此類(lèi)專門(mén)技術(shù)在生產(chǎn)鏈中使用的設(shè)備和系統(tǒng),如精準(zhǔn)飼喂。這些方法是基于一群動(dòng)物中的不同個(gè)體在生長(zhǎng)性能上相同而在營(yíng)養(yǎng)需要上不同的事實(shí)。因此,該技術(shù)需要每天為豬群中的每一頭豬提供最佳濃度的營(yíng)養(yǎng)素。
根據(jù)Pomar等的研究,這可以通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn):第一,根據(jù)實(shí)際體重(Body Weight,BW)、實(shí)際生長(zhǎng)和采食模式實(shí)時(shí)測(cè)定個(gè)體營(yíng)養(yǎng)需要;第二,配制營(yíng)養(yǎng)平衡的日糧來(lái)限制營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩(通常設(shè)2種日糧,一種日糧可以滿足首個(gè)生長(zhǎng)期的初期最挑剔豬的營(yíng)養(yǎng)需要,另一種日糧可以滿足最后一個(gè)生長(zhǎng)期的后期需求不那么苛刻的豬的營(yíng)養(yǎng)需要);第三,日糧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的調(diào)整要符合豬群中每個(gè)個(gè)體的估測(cè)營(yíng)養(yǎng)需要(通過(guò)每日混合兩種日糧,滿足每頭豬的營(yíng)養(yǎng)需要)。
正是在此研究的基礎(chǔ)上,作者探求并評(píng)估了用于估測(cè)營(yíng)養(yǎng)需要的模型和配制日糧的方法,還討論了豬營(yíng)養(yǎng)和與精準(zhǔn)飼喂有關(guān)的新方法,作為可以提高N利用效率的一個(gè)工具。
1 豬營(yíng)養(yǎng)需要的測(cè)定
已提出的一些模型可以用來(lái)估測(cè)豬的營(yíng)養(yǎng)需要,這些模型可分為靜態(tài)的或動(dòng)態(tài)的、經(jīng)驗(yàn)的或機(jī)械的、確定的或隨機(jī)的。根據(jù)Hauschild(2010)的研究,靜態(tài)模型測(cè)定固定條件下動(dòng)物的反應(yīng),而動(dòng)態(tài)模型則以時(shí)間為一個(gè)獨(dú)立的變量;經(jīng)驗(yàn)?zāi)P兔枋鰟?dòng)物對(duì)環(huán)境變化(如日糧的變化)的定量反應(yīng),而機(jī)械模型則是基于某一生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),將其劃分為不同的組成部分。確定模型假設(shè)對(duì)數(shù)量進(jìn)行了確定的預(yù)測(cè),而隨機(jī)模型則表示隨機(jī)因素是模型的一部分,預(yù)測(cè)存在一個(gè)分布區(qū)域。雖然這些模型都可以用于農(nóng)業(yè)研究,但研究中使用的模型大多是動(dòng)態(tài)的、確定的和機(jī)械的。
根據(jù)Sakomura和Rostagno(2016)的研究,在過(guò)去數(shù)年里,豬的營(yíng)養(yǎng)需要一般用劑量應(yīng)答模型來(lái)估算,這是一種經(jīng)驗(yàn)方法,可以通過(guò)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能和動(dòng)物對(duì)日糧中被研究營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水平提升的反應(yīng)來(lái)決定需要量。然而,自1926年以來(lái),數(shù)學(xué)模型一直被用來(lái)估算動(dòng)物的生長(zhǎng),如Gompertz函數(shù)。該模型能夠利用異速生長(zhǎng)關(guān)系描述動(dòng)物的生長(zhǎng)曲線和機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的沉積,還可以計(jì)算脂肪、蛋白質(zhì)、水和灰分等機(jī)體成分的生長(zhǎng)速度。自那以后,其他的模型如InraPorc軟件和美國(guó)國(guó)家研究會(huì)(National Research Council,NRC)(NRC,2012)發(fā)表的預(yù)測(cè)方程式相繼推出。這些模型是動(dòng)態(tài)的(因?yàn)樗鼈兡軌蚬罍y(cè)動(dòng)物在一段時(shí)間中的狀態(tài))、機(jī)械的(通過(guò)嘗試了解導(dǎo)致動(dòng)物產(chǎn)生某一特殊反應(yīng)的機(jī)制)和確定的(根據(jù)某一動(dòng)物狀況的描述來(lái)估測(cè)一個(gè)單一的結(jié)果)。除了生長(zhǎng),這些模型還可以估測(cè)營(yíng)養(yǎng)需要和機(jī)體組成,確定會(huì)影響動(dòng)物生產(chǎn)性能的因素。
InraPorc軟件會(huì)考慮營(yíng)養(yǎng)參數(shù)(如凈能、可消化氨基酸和理想蛋白質(zhì))以及日糧不同營(yíng)養(yǎng)素之間和日糧與動(dòng)物之間的相互作用。此外,InraPorc能夠利用與采食量和生長(zhǎng)有關(guān)的模型參數(shù)測(cè)定某一動(dòng)物群體的平均狀況。InraPorc模型在結(jié)構(gòu)上與Whittemore和Fawcett在1974年開(kāi)發(fā)的模型非常相似。在后一模型中,增重是以蛋白質(zhì)和脂肪沉積的函數(shù)建模的。
然而,該軟件是根據(jù)理想的養(yǎng)豬生產(chǎn)條件設(shè)計(jì)的,在理想條件下,豬生活在熱舒適區(qū)的環(huán)境溫度下。在最近發(fā)表的一篇預(yù)測(cè)母豬養(yǎng)分利用模型的論文中,環(huán)境溫度的影響(包括對(duì)母豬和仔豬性能的影響)已經(jīng)得到了解決。根據(jù)研究人員的研究結(jié)果,這些方程式被整合成一個(gè)模擬模型,包括:(1)生物氣候?qū)W模塊,可預(yù)測(cè)室外溫度對(duì)母豬感知的室內(nèi)溫度的影響;(2)營(yíng)養(yǎng)模塊,基于InraPorc軟件,預(yù)測(cè)溫度對(duì)采食量、產(chǎn)奶量、能量和氨基酸利用率及機(jī)體儲(chǔ)備的影響。
至于NRC(2012)描述的數(shù)學(xué)建模方法,要估測(cè)標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化(Standardized Ileal Digestibility,SID)氨基酸、N、總可消化磷(全腸道可消化磷)和總鈣的需要量,三種數(shù)學(xué)模型可以利用,這些模型分別用于:(1)體重20 kg~140 kg的生長(zhǎng)育肥豬;(2)妊娠期母豬;(3)哺乳期母豬。其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如維生素、礦物質(zhì)和鈣的需要量可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算,并整合到此模型中。
該模型使用能量攝入水平和生產(chǎn)性能,并考慮到投入品,能夠產(chǎn)生每日蛋白質(zhì)沉積、脂肪沉積和BW變化的估測(cè)值。它還考慮熱環(huán)境的影響,但排除其他可能會(huì)破壞該系統(tǒng)的因素。此外,NRC(2012)模型假設(shè)氨基酸需要量隨著B(niǎo)W的增加而增加,并隨著最大蛋白質(zhì)沉積的增加而略有減少。
據(jù)NRC(1998)報(bào)告,傳統(tǒng)上氨基酸的維持需要量與豬的代謝體重 (即BW0.75) 有關(guān)。然而,這種傳統(tǒng)方法忽略了氨基酸在腸道中的內(nèi)源性損失,這是維持氨基酸需要的主要來(lái)源。另外,眾所周知,日糧因素,如干物質(zhì)采食量,也會(huì)影響氨基酸的維持需要量。這些因素都被InraPorc軟件和NRC(2012)模型考慮在內(nèi)(表1)。該模型是基于用來(lái)估測(cè)豬飼料中氨基酸生物利用率的SID系數(shù)來(lái)表示氨基酸需要。
用NRC(2012)和InraPorc軟件來(lái)估算必需氨基酸和N需要量的建模方法需考慮以下主要因素:(1)內(nèi)源性胃腸道的基礎(chǔ)損失,這與采食量相關(guān);(2)皮膚損失,是依據(jù)BW0.75的函數(shù);(3)蛋白質(zhì)沉積的潛力;(4)每一個(gè)函數(shù)的使用所攝入SID氨基酸的效率。
考慮到增加可發(fā)酵纖維的攝入量會(huì)降低色氨酸吸收后的利用效率,NRC(2012)提出一個(gè)可以計(jì)算色氨酸利用效率的特殊方程式。同時(shí),半胱氨酸被認(rèn)為是一種條件性必需氨基酸,且只能由蛋氨酸合成。因此,上述兩種模型都能夠預(yù)測(cè)蛋氨酸和蛋氨酸+半胱氨酸的營(yíng)養(yǎng)需要量。然而,精氨酸可以由動(dòng)物自身合成?;谶@個(gè)原因,在InraPorc軟件中,精氨酸的利用效率超過(guò)100%,因?yàn)樨i可以自身合成精基酸,但合成能力卻無(wú)法滿足最大生長(zhǎng)時(shí)的需要。
NRC(2012)模型的另一個(gè)觀點(diǎn)是,它認(rèn)為隨著豬年齡的增長(zhǎng),芳香族氨基酸和支鏈氨基酸(Branched-Chain Amino Acids,BCAA)(亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸)之間的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)加劇。由于攝入的大部分BCAA不能被肝臟代謝,它們?cè)谘獫{中的濃度會(huì)迅速升高,增加了大腦對(duì)它們的吸收,這樣就會(huì)降低大腦對(duì)芳香族氨基酸(如色氨酸)的吸收及其在大腦中的所處水平??紤]到這個(gè)原因,該模型建議隨著時(shí)間的變化增加SID色氨酸的需要量,即體重11 kg~25 kg的仔豬色氨酸需要量為賴氨酸的16.2%,體重50 kg~75 kg的生長(zhǎng)豬為17.3%;體重100 kg~135 kg育肥后期豬為17.8%。
雖然這些模型可以提供更為精確的氨基酸需要量估算值,但De Lange等(2012)認(rèn)為這些值有三方面的局限性:(1)沒(méi)有考慮補(bǔ)償增長(zhǎng)對(duì)氨基酸需要的影響;(2)模型無(wú)法評(píng)估動(dòng)物對(duì)不同氨基酸攝入水平的臨界反應(yīng),因此,要進(jìn)行成本-利潤(rùn)分析;(3)沒(méi)有考慮動(dòng)物之間的差異對(duì)氨基酸需要的影響。
雖然利用模型估算動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需要還存在著局限性,但某些將模型估測(cè)的營(yíng)養(yǎng)需要和標(biāo)準(zhǔn)推薦的營(yíng)養(yǎng)需要進(jìn)行比較的研究證明,這些模型能夠比劑量-反應(yīng)法更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)豬的營(yíng)養(yǎng)需要。據(jù)此,Monteiro等(2017)為體重30 kg~130 kg的生長(zhǎng)育肥豬配制了兩種日糧:一種使用InraPorc軟件調(diào)整來(lái)降低營(yíng)養(yǎng)水平,另一種使用標(biāo)準(zhǔn)推薦的營(yíng)養(yǎng)水平(Rostagno等,2011)。結(jié)果這些研究人員并沒(méi)有在生產(chǎn)性能、胴體特征或肉品質(zhì)方面發(fā)現(xiàn)任何差異。然而,與用依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)推薦值配制的日糧飼養(yǎng)的豬相比,用調(diào)整后的日糧飼養(yǎng)的豬有更低的N攝入量(7.48 kg/頭對(duì)6.30 kg/頭)和N排泄量(4.74 kg/頭對(duì) 3.6 kg/頭)。此外,用調(diào)整后的日糧飼養(yǎng)的豬其飼料成本降低了6.82%。
然而,上述研究使用模型估算出的營(yíng)養(yǎng)需要是一個(gè)群體的平均值而不是群內(nèi)的每一頭豬。這就表明,使用精準(zhǔn)飼養(yǎng)技術(shù)可以得到更好的結(jié)果。
未完,待續(xù)。