精準(zhǔn)營養(yǎng)在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用與探討

周 琳

（深圳比利美英偉營養(yǎng)飼料有限公司，廣東 深圳 518103）

近年來，隨著我國養(yǎng)殖業(yè)及飼料業(yè)發(fā)展與行業(yè)格局的轉(zhuǎn)變，精準(zhǔn)營養(yǎng)（Precision nutrition）成為整個養(yǎng)殖與飼料業(yè)關(guān)注與討論的焦點(diǎn)與熱點(diǎn)，這也是我國養(yǎng)殖業(yè)及飼料工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的方向與契機(jī)。在美國國家生物技術(shù)信息中心（National Center for Biotechnology Information，NCBI）網(wǎng) 站 中 以“Precision nutrition”為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索，文獻(xiàn)數(shù)量從2005年的129篇增加到了2021年的1 740篇（如圖1），也間接反映了國內(nèi)外同時都在關(guān)注與推動精準(zhǔn)營養(yǎng)的研究與應(yīng)用。關(guān)于精準(zhǔn)營養(yǎng)在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用，筆者與國內(nèi)營養(yǎng)、養(yǎng)殖、科研及設(shè)備等各個領(lǐng)域?qū)＜叶歼M(jìn)行了深入討論與交流，借此與行業(yè)同仁分享探討。

圖1 近十六年美國國家生物技術(shù)信息中心精準(zhǔn)營養(yǎng)文獻(xiàn)

1 精準(zhǔn)營養(yǎng)的概念

動物精準(zhǔn)營養(yǎng)或者說精準(zhǔn)飼喂，是指在基于集群信息化系統(tǒng)基礎(chǔ)上，為健康動物飼養(yǎng)實現(xiàn)特定生產(chǎn)性能、養(yǎng)殖效益、肉品特性及環(huán)境轉(zhuǎn)歸而提供最優(yōu)化的營養(yǎng)需求。其中，根本目的是通過為達(dá)到動物目標(biāo)生產(chǎn)性能提供精確的營養(yǎng)需求量，從而減少飼料供給與營養(yǎng)需求間的浪費(fèi)。其營養(yǎng)需求計算需重點(diǎn)考慮動物個體之間和隨日齡或生產(chǎn)階段改變對營養(yǎng)需求改變的兩個變量，而生產(chǎn)實際中則需確保豬的營養(yǎng)實際需求量與豬的營養(yǎng)實際攝入量相吻合。

然而，畜禽動物機(jī)體因品系、生長發(fā)育、生產(chǎn)階段、生產(chǎn)目標(biāo)、外界環(huán)境等不同和改變而時刻處于動態(tài)變化之中，導(dǎo)致其對于營養(yǎng)需求及營養(yǎng)物質(zhì)利用率也在相應(yīng)的動態(tài)變化。此外，對于群體數(shù)量龐大的經(jīng)濟(jì)動物，個體之間的差異及動物機(jī)體內(nèi)在的各種代謝補(bǔ)償通路亦是需要考量的重要因素。因此，養(yǎng)殖業(yè)中的動物精準(zhǔn)營養(yǎng)應(yīng)該是無限靠近理論值的相對精準(zhǔn)營養(yǎng)，與工業(yè)化無機(jī)產(chǎn)品的精準(zhǔn)和精密化生產(chǎn)的含義還需要做區(qū)分理解與認(rèn)知。

2 精準(zhǔn)營養(yǎng)的價值與意義

2012年全球氣候干旱引發(fā)了對于養(yǎng)殖動物精準(zhǔn)營養(yǎng)的高度重視與深入考慮，采用質(zhì)量數(shù)據(jù)與配方管理過程確保了動物個體準(zhǔn)確獲得其所需而避免浪費(fèi)寶貴資源。精準(zhǔn)營養(yǎng)的價值意義主要有以下三點(diǎn)：第一，可降低養(yǎng)殖成本。對于生長育肥豬來說，在同時校正豬只個體間差異及隨日齡與生產(chǎn)階段變化的營養(yǎng)需求改變時，可降低飼料成本8%~10%。第二，可提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率。營養(yǎng)攝入不足時會降低動物生長性能，而營養(yǎng)攝入過量時，不能被機(jī)體消化吸收的部分則被排出體外，從而降低營養(yǎng)物質(zhì)利用率。第三，可減少糞污排放，降低對環(huán)境的影響。其實養(yǎng)殖生產(chǎn)效率與其對環(huán)境的影響高度相關(guān)，不能被動物體吸收和沉積的營養(yǎng)物質(zhì)都會經(jīng)糞尿排出體外或轉(zhuǎn)化為如甲烷等的溫室氣體。在不影響動物生長性能的前提下減少營養(yǎng)攝入是降低營養(yǎng)損失最為有效的手段。例如，蛋白攝入每降低1個百分點(diǎn)，氮排放量會降低1.5個百分點(diǎn)。

目前，雖然在奶牛養(yǎng)殖中精準(zhǔn)營養(yǎng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但對于其他畜禽飼養(yǎng)還處于不斷地嘗試和探索之中，文章主要討論豬的精準(zhǔn)營養(yǎng)研究及應(yīng)用方面的內(nèi)容。

3 精準(zhǔn)營養(yǎng)研究現(xiàn)狀

3.1 豬營養(yǎng)需求估算方法

對于某個豬群來說，在特定（或者最大）的生長速度、蛋白沉積和飼料效率的生產(chǎn)目標(biāo)之下的營養(yǎng)需要，需考慮豬群內(nèi)個體之間及在較長一段飼喂期內(nèi)的差異。在生長動物營養(yǎng)需求的評估中通常采用實證法（empirical methods）和析因法（factorial methods）。其中，實證法通過設(shè)置不同的營養(yǎng)濃度梯度進(jìn)行動物飼喂試驗，根據(jù)分析得到的生產(chǎn)性能數(shù)據(jù)確定動物營養(yǎng)需求，由此方法得到的豬群營養(yǎng)需求僅適用于某個特定生產(chǎn)階段；析因法則通過維持需要和生長需要之和計算豬只的日營養(yǎng)需求，考慮了豬群內(nèi)不同個體之間體重和生長潛力的差異，但采用該方法評估豬群營養(yǎng)需要時是以豬的平均需求水平代表全群，這意味著可能將有一半豬只營養(yǎng)供應(yīng)一定程度上過量或不足，從而影響預(yù)期的生產(chǎn)性能，但可根據(jù)群體平均值進(jìn)行校正。

3.2 豬營養(yǎng)需求變化

精準(zhǔn)營養(yǎng)的應(yīng)用可以提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率減少養(yǎng)豬業(yè)對環(huán)境的影響。對于群養(yǎng)的生長育肥豬來說，通常在一段特定時間內(nèi)采食同一種日糧，但實際群體內(nèi)個體之間營養(yǎng)需求差異較大，如圖2所示，每一天顏色的細(xì)線都代表1頭豬對賴氨酸的需求，在相同的時間節(jié)點(diǎn)，不同豬只每天對賴氨酸的需求大約在0.167~0.347 g/ MJ NE之間波動。但實際養(yǎng)豬生產(chǎn)中，我們往往會為滿足最佳生長性能提供高水平營養(yǎng)日糧，這還不包括豬只個體間營養(yǎng)需求差異、飼料組成成分、其他未知和未可控因素（如動物健康狀況、環(huán)境變化等）以及配方師設(shè)定的安全營養(yǎng)閾值（這也是不能精確估算豬群營養(yǎng)需求的一個方面）。這對于生長性能不佳的部分豬只，往往會攝入超過其實際所需的過多營養(yǎng)，除了消化和代謝等不可避免的內(nèi)源性損失外均會隨糞尿排出體外，還會造成營養(yǎng)物質(zhì)利用率低下。以氮和磷為例，其利用率可因豬只、日糧組成和生產(chǎn)管理等在10%~40%之間波動，而生產(chǎn)效率尤其是營養(yǎng)物質(zhì)利用率與對環(huán)境的影響強(qiáng)烈相關(guān)。與常規(guī)飼喂模式相比，精準(zhǔn)營養(yǎng)不僅能夠通過控制豬群內(nèi)個體間差異和營養(yǎng)需求隨日齡增加的變化顯著提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率，還能降低日糧供應(yīng)的安全閾值。

圖2 相同體增重下個體豬只標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化賴氨酸估測值（細(xì)彩色線）與常規(guī)三階段飼喂體系最小標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化賴氨酸水平（紅色粗線）

3.3 精準(zhǔn)飼喂

從嚴(yán)格意義上講，精準(zhǔn)營養(yǎng)的本質(zhì)是精準(zhǔn)飼喂。精準(zhǔn)飼喂的實施需要智能化設(shè)備支撐與保證，主要有以下三個方面：第一，能夠自動收集和記錄豬群基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的智能化系統(tǒng)。精準(zhǔn)飼喂的實現(xiàn)是基于豬群日齡、體重、采食量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，因此自動化智能數(shù)據(jù)采集與記錄系統(tǒng)必不可少。第二，能夠根據(jù)已經(jīng)建立的數(shù)學(xué)模型對搜集或記錄的豬群數(shù)據(jù)（如日齡、體重、環(huán)境溫度等）進(jìn)行營養(yǎng)需求計算。對于自由采食的生長育肥豬，調(diào)整日糧營養(yǎng)濃度是控制其營養(yǎng)攝入的唯一有效手段，也是同時控制豬只個體間差異和依賴于日齡變化的營養(yǎng)需求變化的根本。Hauschild等于2012年建立了第一個個體豬實時營養(yǎng)需求數(shù)學(xué)模型，該模型以個體豬采食量和體重為基礎(chǔ)計算日糧中賴氨酸水平。第三，飼料控制系統(tǒng)。在精準(zhǔn)飼喂系統(tǒng)中，自動精準(zhǔn)飼喂器能夠為特定日齡豬只提供合適濃度與數(shù)量的日糧。每頭豬的耳朵上插入含有被動傳感器的塑料按鈕標(biāo)簽用于豬只個體識別。飼料A和飼料B配方設(shè)計基于凈能、標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化氨基酸和其他必需營養(yǎng)物質(zhì)。飼料A（高營養(yǎng)濃度日糧）能夠滿足特定養(yǎng)殖階段內(nèi)大多數(shù)豬只生長初期的營養(yǎng)需要，而飼料B（低營養(yǎng)濃度日糧）稍低于該階段結(jié)束時豬只的營養(yǎng)需要。飼料A與飼料B按照不同比例混合從而為豬只提供適合營養(yǎng)濃度線性動態(tài)變化的日糧（圖3）。Pomar等將實時模型控制方法用于自由采食的豬群，與傳統(tǒng)的三階段飼喂模式相比，豬群蛋白攝入量減少7%，而氮排放量降低12%；Andretta等的研究結(jié)果顯示，在不影響生長性能的前提下，每日調(diào)整日糧營養(yǎng)供應(yīng)可減少總賴氨酸消耗的27%。

圖3 國外精準(zhǔn)飼喂動物試驗

4 精準(zhǔn)營養(yǎng)在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

精準(zhǔn)營養(yǎng)的根本目的是降低養(yǎng)殖成本，提高養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益，減少糞污排放，促進(jìn)行業(yè)更加健康、高效的良性發(fā)展。然而，精準(zhǔn)營養(yǎng)是一個養(yǎng)殖系統(tǒng)工程，在實際生產(chǎn)中得到切實有效地應(yīng)用需要同時滿足豬營養(yǎng)需求的精準(zhǔn)與豬營養(yǎng)攝入的精準(zhǔn)，而上述兩方面精準(zhǔn)的實現(xiàn)又需要充分結(jié)合養(yǎng)豬生產(chǎn)實際中的各個環(huán)節(jié)與配套支撐。

4.1 豬營養(yǎng)需求量的精準(zhǔn)

豬的營養(yǎng)需求因豬的品系、類型、生長階段、采食能力、日齡、生產(chǎn)目標(biāo)等不同而不同。因此，精準(zhǔn)營養(yǎng)首先要明確具體實施對象及其營養(yǎng)需要量的精準(zhǔn)。

第一，豬的品系。精準(zhǔn)營養(yǎng)的實施首先需要明確豬的品系來源，也就是明確精準(zhǔn)營養(yǎng)實施的對象。不同遺傳背景豬只的生長發(fā)育規(guī)律、繁殖特性、生產(chǎn)潛力等均具有一定的差異，其營養(yǎng)需求也存在不同。當(dāng)前，引入的洋種豬的主流養(yǎng)殖品系有丹系、法系、美系、加系等，關(guān)于上述品系的豬營養(yǎng)需求，相應(yīng)的育種國家及育種場都提供成熟的營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和建議，也是實施精準(zhǔn)營養(yǎng)的初步基礎(chǔ)。

第二，豬的類型。在養(yǎng)殖生產(chǎn)實際中，豬的類型主要分為種豬和生豬。對于種豬來講，核心的營養(yǎng)需要是維持機(jī)體健康與優(yōu)良的繁殖性能，一方面需要特別注意不同繁殖階段如空懷期、妊娠期（早期、中期、后期）、圍產(chǎn)期、哺乳期等；另外一方面，需要依據(jù)母豬體況、帶仔數(shù)、胎次等數(shù)據(jù)，根據(jù)已建立的數(shù)學(xué)模型計算母豬營養(yǎng)需求量及日糧供應(yīng)量。從目前養(yǎng)殖現(xiàn)場硬件配備條件看，母豬可以實現(xiàn)個體精準(zhǔn)營養(yǎng)。對于生豬來講，斷奶仔豬、小豬、生長豬及育肥階段每個生產(chǎn)階段的營養(yǎng)需求及飼料消化利用率等均不相同，這也是精準(zhǔn)營養(yǎng)實施的重要基礎(chǔ)之一。由于生豬目前主要以群養(yǎng)為主，考慮當(dāng)前研究進(jìn)展及現(xiàn)場的可操作性，生長育肥豬更適合群體精準(zhǔn)營養(yǎng)。

第三，生產(chǎn)目標(biāo)。另外，精準(zhǔn)營養(yǎng)的實施還需要在結(jié)合豬只生產(chǎn)潛力與生理極限的前提下，以達(dá)到預(yù)期生產(chǎn)目標(biāo)作為實施精準(zhǔn)營養(yǎng)的核心目的之一。如，對于特定生長階段的豬只，追求特定的日增重或者料重比的前提下，需要提供的營養(yǎng)恰到好處。

4.2 豬營養(yǎng)攝入量的精準(zhǔn)

明確了精準(zhǔn)營養(yǎng)實施對象后，就需要確保豬營養(yǎng)攝入量的精準(zhǔn)，這包含飼料營養(yǎng)濃度和豬實際采食量兩方面內(nèi)容。

首先，飼料營養(yǎng)濃度。主要是指飼料配方設(shè)計與飼料新鮮度。飼料配方設(shè)計是相對較為復(fù)雜的部分，需要考慮的因素眾多。第一，原料數(shù)據(jù)庫中原料指標(biāo)的全面性與精準(zhǔn)性，包括每種原料對于不同階段豬只的利用率。例如，玉米對體重小于25 kg小豬、大于25 kg生長豬、妊娠母豬和泌乳的凈能值分別為10.82 MJ/kg、10.84 MJ/kg、11.30 MJ/kg和11.26 MJ/kg。第二，考慮豬只的采食能力及采食極限，要在合理的豬只采食能力下確定日糧的營養(yǎng)濃度。第三，原料營養(yǎng)含量與復(fù)配的科學(xué)性。第四，生產(chǎn)工藝對配方的保真性及穩(wěn)定性。第五，飼料新鮮度。飼料中原料組成豐富，營養(yǎng)成分全面，但不乏部分營養(yǎng)物質(zhì)之間存在頡頏作用和相互發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，或隨著儲存時間的延長部分營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生失活導(dǎo)致營養(yǎng)物質(zhì)有效含量不足，從而影響營養(yǎng)含量的精準(zhǔn)度。

其次，確保豬只在既定的飼料營養(yǎng)濃度基礎(chǔ)上攝入適當(dāng)數(shù)量的日糧，這需要匹配的硬件設(shè)備支撐，如前所述智能化及自動化養(yǎng)殖設(shè)備。當(dāng)前，國內(nèi)已有成熟飼喂設(shè)備廠家可提供成熟的精準(zhǔn)飼喂設(shè)備及配套技術(shù)支持，如圖4為深圳市格勞威技術(shù)有限公司的精準(zhǔn)飼喂設(shè)備。

圖4 精準(zhǔn)營養(yǎng)飼喂設(shè)備

4.3 生產(chǎn)管理模式

傳統(tǒng)的養(yǎng)豬生產(chǎn)模式為周連續(xù)生產(chǎn)，各個繁殖階段種豬（斷奶母豬、發(fā)情母豬、配種母豬、妊娠母豬、哺乳母豬等）、仔豬（哺乳仔豬、斷奶仔豬等）等每周都在不間斷的動態(tài)變化之中，通常一棟生長育肥舍內(nèi)豬只的日齡和體重差異很大，而豬群生產(chǎn)或生長階段組呈連續(xù)線性組成狀態(tài)。然而，為了便于為豬群提供營養(yǎng)濃度相同或相近的線性營養(yǎng)梯度日糧，精準(zhǔn)營養(yǎng)要求整個棟舍全進(jìn)全出，飼喂對象的日齡和體況盡量相近或一致。因此，批次化生產(chǎn)管理是精準(zhǔn)營養(yǎng)實施的生產(chǎn)管理基礎(chǔ)。此外，養(yǎng)殖場內(nèi)料塔的配套（如每棟豬舍需設(shè)置A、B料塔）等。

5 展望

目前，精準(zhǔn)營養(yǎng)仍是主要基于群體平均水平數(shù)學(xué)模型與傳統(tǒng)營養(yǎng)概念，當(dāng)針對豬只個體提供每日定制日糧，這些傳統(tǒng)營養(yǎng)概念可能將不再適用，甚至是錯誤的。一方面，不同的豬只對攝入的等量氨基酸可能因不同的氨基酸利用率表現(xiàn)為不同的生物效應(yīng)，但當(dāng)前營養(yǎng)模型沒有考慮這一點(diǎn)，而是假定所有個體的氨基酸消化率以及體蛋白氨基酸組成恒定；另一方面，進(jìn)一步了解動物個體之間代謝過程的不同對營養(yǎng)師與建模師是一種挑戰(zhàn)，但這也是提高養(yǎng)殖業(yè)效率最為需要的。此外，自動化監(jiān)測動物及豬場數(shù)據(jù)系統(tǒng)的不斷進(jìn)步和發(fā)展也會進(jìn)一步為精準(zhǔn)營養(yǎng)的實現(xiàn)提供支持。

此外，當(dāng)前動物精準(zhǔn)營養(yǎng)的實施主要針對于健康動物，在奶牛養(yǎng)殖中使用較為廣泛。隨著動物生理及營養(yǎng)研究的不斷深入及智能化采集控制系統(tǒng)的發(fā)展，一方面，精準(zhǔn)營養(yǎng)會進(jìn)一步覆蓋豬、禽類甚至水產(chǎn)動物養(yǎng)殖；另一方面，對于豬群健康波動時，根據(jù)動物機(jī)體狀況如體溫、采食量等調(diào)整動物的營養(yǎng)供給。總之，精準(zhǔn)營養(yǎng)是畜牧業(yè)發(fā)展的必然趨勢與方向，也是畜牧業(yè)高效、健康發(fā)展的最佳選擇。