智慧養(yǎng)殖管理模式在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用（下）

石芳權(quán) ，王 輝 ，羅清堯 ，張 帆 ，熊本海 ＊

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室，北京 100193；2.甘肅省西和縣畜牧獸醫(yī)站，甘肅西和 742100）

（上接2021年第9期主題策劃第37頁）

5 智慧養(yǎng)豬管理模式

5.1 飼養(yǎng)方式與智慧養(yǎng)豬模式

智慧養(yǎng)豬模式并不是獨立于現(xiàn)有的養(yǎng)豬模式之上存在的，在養(yǎng)豬科學(xué)規(guī)律、建筑結(jié)構(gòu)及生物安全等要求形成的養(yǎng)豬模式基礎(chǔ)上，需要融合智慧化的理念與技術(shù)，才形成所謂的智慧養(yǎng)殖模式。因此，需要事先了解不同豬群或個體的類型及其在不同生長、生理階段的養(yǎng)殖模式?，F(xiàn)有養(yǎng)豬模式有很多種分法，按飼養(yǎng)類別可分為全程飼養(yǎng)式、生產(chǎn)仔豬式（母豬飼養(yǎng)）、育肥豬飼養(yǎng)式和種豬飼養(yǎng)式；按養(yǎng)豬數(shù)量分大、中、小型規(guī)模養(yǎng)豬場和養(yǎng)殖小區(qū)、散養(yǎng)戶；按母豬活動空間可分集約化飼養(yǎng)、半集約化飼養(yǎng)和散養(yǎng)等。目前，國內(nèi)規(guī)?；B(yǎng)殖模式主要有以下幾種：

5.1.1單欄飼養(yǎng)模式

單欄飼養(yǎng)模式，即“一欄一畜”，種公豬單欄飼養(yǎng)模式最為廣泛，單列豬舍通常設(shè)運動場，以增加公豬活動量，雙列公豬舍無運動場，需要適當增加圈欄面積，建議標準為9.0～12.0 m2/頭[19]，可配備自動保暖、降溫、采光等智能監(jiān)測設(shè)備。哺乳母豬產(chǎn)床單欄智能飼喂模式，以Nedap等智能化母豬飼喂為例，可以實現(xiàn)自動飼喂、準確配料及下料、智能化監(jiān)測和采食數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)共享等，欄位配置識別器和自動供料系統(tǒng)，并與上位端控制系統(tǒng)相連，中央處理器對采食、產(chǎn)仔數(shù)據(jù)分析處理，并能生成個體飼喂曲線，成為智能控制和溯源依據(jù)。這種模式的優(yōu)勢是工作量少，同時能提高哺乳母豬的采食量，既照顧了母豬的健康體況，也兼顧了動物福利[29]；缺點是飼養(yǎng)設(shè)備造價較高，空間資源利用率較低，不適宜大規(guī)?；酿B(yǎng)殖。

5.1.2限位欄飼養(yǎng)模式

個體限位欄飼養(yǎng)系統(tǒng)（Individual stall system）主要用于妊娠母豬的飼養(yǎng)，又稱定位欄飼喂，限位欄規(guī)格一般長2.2 m，寬0.6 m，其主要特點是“集中、密集、節(jié)約且低成本”，方便轉(zhuǎn)群，這種飼養(yǎng)模式于20世紀80年代興起的工廠化養(yǎng)豬法，欄位利用率高，可以配備智能監(jiān)測與調(diào)控設(shè)備，雖然工廠化水平較高，但實行大規(guī)模養(yǎng)殖成本也不低，而且又限制了母豬的自由和活動空間、飼養(yǎng)環(huán)境惡劣，對豬的發(fā)病與繁殖性能有一定影響，在強調(diào)動物福利的背景下，這種工藝也逐漸被其他飼養(yǎng)模式取代[19,30]。

5.1.3分欄群養(yǎng)模式

斷奶仔豬最普遍的飼養(yǎng)模式，工藝和舍飼簡單，規(guī)模較大的豬場采用分群散養(yǎng)方式，每個豬群40～80頭左右，面積為18.68～36.32 m2左右[31]；該飼養(yǎng)工藝中可設(shè)置仔豬智能飼喂器、供水設(shè)備及暖床、清潔、消毒、玩具等設(shè)施，同時照顧了仔豬福利，符合智慧養(yǎng)殖工藝要求。育肥豬飼養(yǎng)根據(jù)其體重大小歸類分欄，豬群規(guī)模20～40頭，每頭占地面積0.6～1.0 m2；為了節(jié)約投資，根據(jù)群體規(guī)模大小估算豬舍、圈欄面積，確保豬群采食、躺臥、排泄、活動等需要[19]。這種飼養(yǎng)模式的優(yōu)點是大群飼養(yǎng)資源浪費少、密度高、投資較小，采用3S、AI等技術(shù)可實現(xiàn)環(huán)控與智能化管理；缺點是機械化程度低、不利于個體監(jiān)測，只能確定總的飼料使用量，無法精準計算每頭豬的采食量。

5.1.4微生物發(fā)酵床養(yǎng)殖模式

微生物發(fā)酵床是利用有益微生物作用，將豬的墊料（秸稈、鋸末屑等）中的糞、尿進行降解或轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)污染物“零排放”，其分為接觸式和非接觸式兩種發(fā)酵方式，異位發(fā)酵床是應(yīng)用最廣的非接觸式發(fā)酵床，在舍外建設(shè)發(fā)酵池，在智能化環(huán)境監(jiān)測、豬只行為監(jiān)控和精準飼喂模式下，同時將豬生長空間與糞尿發(fā)酵分開，利用智能發(fā)酵處理控制系統(tǒng)，調(diào)控自動翻耙翻堆來加速好氧發(fā)酵，進行糞污資源化利用處理[32]；在整個養(yǎng)豬過程是一個閉循環(huán)，飼料消化、代謝最終轉(zhuǎn)化成為有機肥料，既有利于環(huán)保，又促進資源再利用。優(yōu)點是降低了糞污處理量，環(huán)保、無臭味、零排放，又增強了豬只免疫力、提高了飼料轉(zhuǎn)化效率，但這種環(huán)境容易滋生細菌和寄生蟲，不利于動物疾病的控制。

5.1.5智能化母豬群養(yǎng)模式

即所謂的電子飼喂站（Electronic Sow Feeding，ESF），分為動態(tài)飼養(yǎng)模式和靜態(tài)飼養(yǎng)模式兩種系統(tǒng)，動態(tài)飼養(yǎng)模式如荷蘭NeDaP公司生產(chǎn)的Velos系統(tǒng)飼喂站，每個ESF飼喂50頭母豬，可同時飼喂各個階段的母豬，因此需要配置自動分離和發(fā)情檢測裝備；靜態(tài)飼養(yǎng)模式如加拿大JYGA公司生產(chǎn)的Gestal 3G系統(tǒng)飼喂站、成都肇元公司研發(fā)的飼喂站（圖1），其設(shè)備簡化，維護方便，主要用于飼喂懷孕母豬，根據(jù)其規(guī)模設(shè)置ESF，每個ESF飼喂16～22頭，可以實現(xiàn)整群全進全出生產(chǎn)，飼養(yǎng)管理更方便[33]。ESF采用RFID技術(shù)完成母豬身份識別，使用機械門控隔離母豬，利用AI、動態(tài)模型及大數(shù)據(jù)等技術(shù)實現(xiàn)母豬的精準飼喂，并根據(jù)不同類型制定自動或個性化的管理飼喂曲線，所有功能可通過手機APP、下位機現(xiàn)場控制面板或上位機PC端口遠程控制與設(shè)置。當母豬采食時，經(jīng)采食槽附件的識別器感應(yīng)，飼喂裝備入口的傳感器觸動電機控制翻轉(zhuǎn)門，給母豬一個暫時的封閉環(huán)境，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫信息判斷投料，采食完成后可等待下1頭豬[7]。這種模式具有智能化程度高、豬生產(chǎn)性能高、發(fā)病率低，投料精準且利用率高，有較好的飼養(yǎng)記錄和動物福利多方面優(yōu)勢，適合于工業(yè)化水平較高的大規(guī)模養(yǎng)殖場。

圖1 成都肇元公司研發(fā)的電子飼喂站

5.1.6多層樓房智能化養(yǎng)豬模式

自樓房養(yǎng)豬概念被提出后，四川天兆豬業(yè)、廣西揚翔、溫氏集團、北京首農(nóng)集團先后不斷推廣應(yīng)用，并在設(shè)施、設(shè)計等方面得以完善，解決了豬舍布局、物料流通、空氣流通、豬只流通、水源流通、廢物流通等方面的諸多問題[34]。集群式“高層鐵桶”樓房智能化養(yǎng)豬模式是廣西揚翔股份有限公司創(chuàng)新探索出來的一種安全可靠的養(yǎng)殖模式，其整合了養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢資源，基于AI、區(qū)塊鏈等前沿技術(shù)應(yīng)用而構(gòu)建，設(shè)有生產(chǎn)區(qū)、隔離區(qū)、污水處理區(qū)等，配套豬舍供熱、空氣過濾、通風(fēng)等系統(tǒng)，打造出了“鐵桶”一般嚴密的生物安全環(huán)境，這一模式已經(jīng)被眾多企業(yè)所借鑒[35]。多層樓房養(yǎng)豬是畜牧業(yè)工廠化的標志，其有效節(jié)約了土地資源、提升了養(yǎng)殖規(guī)模和智能管理能力，提高了動物福利水平、生物安全度和養(yǎng)殖生產(chǎn)效率[36]，隨著5G時代的到來，樓房養(yǎng)豬的現(xiàn)代化、數(shù)字化、智能化應(yīng)用會更加普遍，并成為大型規(guī)模養(yǎng)豬場的主流養(yǎng)殖模式之一。

5.1.7“無人值守”豬場養(yǎng)殖模式

“無人值守”豬場養(yǎng)殖模式，采用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)、云計算等多樣化技術(shù)研發(fā)機器人(Robot)、無人機（UAV）替代人工開展多項工作，實現(xiàn)養(yǎng)殖設(shè)備控制和智能管理、自我決策、個性化的服務(wù)[23]。采用3S、計算機視覺分析等技術(shù)獲得動物的位置信息并定位、導(dǎo)航、行為識別和無線傳輸，采用AI技術(shù)智能分析和操控機器人或無人機進行自動作業(yè)。無人牧場散養(yǎng)是一種基于AI下的生態(tài)養(yǎng)殖模式，將荒山、荒地或果園、草地等資源利用起來，作為自由散養(yǎng)區(qū)域，在管理過程中無人農(nóng)場的管理業(yè)務(wù)均由設(shè)備獨立完成，管理者可從智能手機、移動設(shè)備監(jiān)控來實現(xiàn)精確管理以實現(xiàn)無人值守牧場的安全運行[23]；這種模式多應(yīng)用于牛羊草食畜牧場，隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能化的發(fā)展，“無人值守”養(yǎng)殖模式將會迅速發(fā)展，無人豬場散養(yǎng)也成為一種新的發(fā)展方向，特別適合于地方品種豬、較小規(guī)模的飼養(yǎng)，為低碳、環(huán)保、生態(tài)型養(yǎng)豬模式。

5.2 共性智能管理技術(shù)方案

不同的養(yǎng)殖模式對養(yǎng)豬規(guī)模和不同階段的豬的飼喂效果不同，但整個養(yǎng)殖過程具有共性的管理方式和智能化技術(shù)方案，主要包括環(huán)境監(jiān)測及智能化調(diào)控、豬只健康行為狀況的監(jiān)測、營養(yǎng)水平與精準飼喂三個方面內(nèi)容。

5.2.1環(huán)境監(jiān)測與智能調(diào)控

影響豬只生長環(huán)境的因素很多，如溫濕度、氨氣、光照、噪聲、粉塵等，其中最重要的因素是溫濕度和舍內(nèi)有害氣體。運用IoT技術(shù)對各項因素進行感知、定位、監(jiān)控，同時運用以無線Wi-Fi、5G等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將養(yǎng)殖舍環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)皆贫塑浖芾砥脚_，利用AI技術(shù)通過遠程操控方式對養(yǎng)殖舍環(huán)境信息的實時監(jiān)測與預(yù)警，能夠在最短時間內(nèi)對這些因素進行計算分析，并根據(jù)設(shè)定的參數(shù)自動調(diào)節(jié)和控制相應(yīng)的噴淋、風(fēng)機、加熱器等設(shè)備，實現(xiàn)對畜禽舍環(huán)境進行智能調(diào)控，保持圈舍環(huán)境最佳狀態(tài)[37]。同時，這個過程信息可以非常方便地顯示在管理者電腦、手機等監(jiān)測設(shè)備終端。如圖2。豬在特定環(huán)境下進行修養(yǎng)生息，既能滿足動物的福利及健康，也能提高豬的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化率[19]。關(guān)鍵性技術(shù)就是測定指標的各種傳感器和操作系統(tǒng)的軟硬件的研發(fā)，對獲取到的監(jiān)測數(shù)據(jù)快速有效地進行應(yīng)答，如抗干擾而高檢測精度的有害氣體、粉塵、微生物等特定物質(zhì)傳感器的研發(fā)；為消除溫度與濕度的耦合效應(yīng)，進一步開發(fā)穩(wěn)定的溫濕度控制系統(tǒng)，尋求適宜的生長環(huán)境。

圖2 豬舍環(huán)境監(jiān)測及智能控制模式

5.2.2豬只健康行為狀況的智能監(jiān)測

通過RFID、計算機視覺、3S和“5G+機器人”等技術(shù)手段對豬只個體識別和行為識別，達到精準養(yǎng)殖管理和健康狀況的監(jiān)測，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的動態(tài)監(jiān)管和圖片影像診斷、可視屏遠程診療，確保生豬養(yǎng)殖健康高效。特別是Robot、UAV的投入使用，對豬只身體狀況進行實時監(jiān)測，對其行為進行智能巡檢，如開展采食、體溫、體重、排泄、發(fā)情、活動量及強度等進行監(jiān)測與調(diào)控，為每頭豬創(chuàng)建一個檔案，針對性地進行監(jiān)測和記錄這些數(shù)據(jù)，結(jié)合豬只個體信息、行為特征識別、特征分析等手段，對豬飼喂、轉(zhuǎn)群和防疫、診療等提供依據(jù)，對母豬發(fā)情、母豬分娩進行判斷和預(yù)測，來調(diào)控分娩及生長環(huán)境，提高豬的生產(chǎn)效率與繁殖性能。如圖3。豬只健康行為智能化監(jiān)測的核心是大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)，因為需要實時獲得多次豬只的個體的位置、行為及健康等信息數(shù)據(jù)，需要對這些采集到的信息數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，同時還要提取數(shù)據(jù)庫里面相關(guān)的信息（如品種、飼料營養(yǎng)與標準等）。

動物健康和福利對于智慧養(yǎng)殖來說意義重大，關(guān)乎未來畜牧業(yè)的發(fā)展與可持續(xù)性，也直接影響著畜產(chǎn)品品質(zhì)；智慧養(yǎng)殖過程要保證動物營養(yǎng)科學(xué)、行為特征健康，確保動物擁有一個舒適的飼養(yǎng)環(huán)境和飽滿的精神狀態(tài)。Mellor[38]在前人研究的基礎(chǔ)上更詳細描述了動物福利，并提出圍繞營養(yǎng)、環(huán)境、健康、行為、精神狀態(tài)五個方面評估動物福利，行為是動物健康和福利狀況的重要指標，反映了動物對周圍環(huán)境的舒適度，可通過各種傳感器、音視頻等設(shè)備來監(jiān)測、識別、判斷動物的姿勢、運動和精神狀態(tài)，進而判斷其健康狀況。在養(yǎng)豬場，視頻、紅外攝像、定位信息采集、豬臉識別等技術(shù)用于生豬健康和行為監(jiān)測上，非接觸式采集信息及智能化數(shù)據(jù)分析挖掘已取得良好的效果[39-40]；采用音頻技術(shù)監(jiān)測豬在異常時所發(fā)出的異常聲音（如呼吸、咳嗽等），通過對信號提取、預(yù)處理、識別分析，監(jiān)測生理健康狀況[41]。

5.2.3精準營養(yǎng)與智能飼喂控制

精準畜禽養(yǎng)殖（Precision Livestock Farming，PLF）是利用現(xiàn)代信息技術(shù)通過監(jiān)測動物的真實情況，從而優(yōu)化動物飼養(yǎng)過程，實現(xiàn)對畜禽個體精準管理。PLF通過機器學(xué)習(xí)（Machine Learning，ML）、數(shù)據(jù)分析和控制，促進了畜禽環(huán)境監(jiān)測、精準飼喂、健康狀況識別、疾病診斷等自動化，減少了人工觀察和管理時間，有利于動物健康和福利[42]。對于豬只飼養(yǎng)群體，建立一個全自動飼喂與智能配料系統(tǒng)，須包含智能識別、稱重、運動等信息的采集及其數(shù)據(jù)傳輸和智能控制（如營養(yǎng)調(diào)配、精準飼喂、自動分群和飼料余量監(jiān)測等），也包括營養(yǎng)專家構(gòu)建與豬品種、養(yǎng)豬模式、飼料源等相關(guān)的數(shù)據(jù)庫及其采食動態(tài)模型等。

精準飼喂是參照豬的理論養(yǎng)分量，通過合理的喂量與飼喂制度，盡可能使實際飼喂與理論相一致，目的是促進采食量最大化，既要保證不同豬只采食的均勻化，又要實時精準供料，減少飼料的浪費，最終獲得理想的生長或增重、最佳飼料報酬和最大利潤。精準飼喂是以智能供料設(shè)備為基礎(chǔ)，以軟件控制系統(tǒng)為核心，并在特定的大數(shù)據(jù)模型條件下實行精準營養(yǎng)，首先是各種傳感器提供感知信息，其次通過對數(shù)據(jù)運算、處理和控制飼喂器的電機進行工作，實現(xiàn)基于個體的精準飼喂、精準配方及飼喂績效分析，最后是多臺飼喂器為自動控制終端，來達到對生豬的營養(yǎng)、生長、繁育等數(shù)據(jù)智能化管理及精確監(jiān)測。

5.3 智慧化市場營銷體系

在生豬產(chǎn)業(yè)鏈中，飼料生產(chǎn)商、養(yǎng)豬企業(yè)、生豬屠宰場、畜產(chǎn)品營銷部門之間的聯(lián)系必不可少，隨著我國信息技術(shù)的進步和社會的發(fā)展，有力地促進了智慧畜牧業(yè)快速、健康發(fā)展進程，使得養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)與流通高效耦合，有效帶動第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。畜產(chǎn)品銷售一方面轉(zhuǎn)化了養(yǎng)殖企業(yè)經(jīng)濟的收益，一方面滿足了人們對肉品的需求、促進了社會穩(wěn)定。豬聯(lián)網(wǎng)4.0的發(fā)展，將豬業(yè)相關(guān)的資源連接起來，利用大數(shù)據(jù)功能對區(qū)域豬價、價格指數(shù)、飼養(yǎng)周期等進行準確的分析，促進了在互聯(lián)網(wǎng)時代數(shù)字化銷售體系較快發(fā)展，特別是隨著人工智能、5G 時代的到來，傳統(tǒng)的銷售體系已經(jīng)顯得有點落伍了[10,43]。未來“智慧畜牧業(yè)”的發(fā)展利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈和人工智能等現(xiàn)代技術(shù)作為支撐，建立生產(chǎn)端與市場端的數(shù)字連接，與銷售業(yè)務(wù)、財務(wù)、信息融為一體，形成高效、便捷、安全、環(huán)保的網(wǎng)格化營銷模式，創(chuàng)建多功能網(wǎng)絡(luò)銷售平臺、數(shù)字化管理平臺、物流配送平臺、經(jīng)銷管理平臺，反推畜產(chǎn)品向綠色、環(huán)保和高質(zhì)量方向發(fā)展，進一步促進物流營銷體系升級，增強國內(nèi)外市場競爭力。

5.4 豬肉質(zhì)量安全與全程可追溯體系

溯源能夠?qū)Ξa(chǎn)品進行不定向的追蹤管理，國家也先后出了許多文件強調(diào)畜產(chǎn)品的“可追溯性”；現(xiàn)有的溯源技術(shù)分標簽和系統(tǒng)集成兩類，標簽類包括條形碼、二維碼、芯片標識等，系統(tǒng)集成類指企業(yè)、第三方或政府構(gòu)建的溯源平臺[44]。區(qū)塊鏈技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中應(yīng)用最廣泛的是農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈管理中的質(zhì)量安全和可追溯功能，這是提高產(chǎn)品質(zhì)量和打擊非法產(chǎn)品生產(chǎn)最有效措施，也是保障消費者權(quán)益最有效的方法，因為所有產(chǎn)品來源、運輸、交易及消費環(huán)節(jié)都可全程跟蹤，其產(chǎn)品生產(chǎn)、安全、權(quán)限和安全相關(guān)記錄在內(nèi)的電子證書都存儲在日志文件，同時為農(nóng)業(yè)主管、市場監(jiān)管部門的管理提供方便、透明的追查問責(zé)制，為整個社會和農(nóng)業(yè)創(chuàng)造了巨大的價值。動物佩戴的電子耳標將其品種、年齡以及健康等信息予以記錄，并實現(xiàn)共享，將數(shù)據(jù)上傳到追溯中心數(shù)據(jù)庫，與屠宰加工、物流配送、商務(wù)與供銷信息接聯(lián)，消費者可利用智能手機APP通過二維碼或條碼等標識對生豬及其產(chǎn)品生產(chǎn)流通過程進行全程跟蹤，如圖4。

6 小結(jié)

智慧畜牧業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)結(jié)各種現(xiàn)代技術(shù)，開啟畜禽智能化管理模式，不僅在替代勞動力的情況下提高了養(yǎng)殖生產(chǎn)效率，還能為畜禽提供良好的飼養(yǎng)環(huán)境和最佳的營養(yǎng)水平，促進動物健康成長，減少動物應(yīng)激，增進動物福利。同時，在大數(shù)據(jù)、云計算、5G、區(qū)塊鏈等技術(shù)優(yōu)勢下，一方面利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，拓寬了產(chǎn)品銷售渠道與營銷手段，一方面實現(xiàn)養(yǎng)殖信息查詢、服務(wù)，實現(xiàn)了資源共享，奠定了溯源基礎(chǔ)，促進畜產(chǎn)品質(zhì)量安全。因此，對于規(guī)模化養(yǎng)殖來說，雖然養(yǎng)殖量與方式各有差異，但智慧養(yǎng)殖管理模式意義更為重大，需要我們搶抓機遇，提升畜牧業(yè)整體水平，才能達到與時俱進的效果。但是隨著社會的發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用，可能面臨許多現(xiàn)實的問題，需要進一步在模式設(shè)計、布局以及智能設(shè)備軟硬件研發(fā)、人才培育等方面不斷完善與改進。