應(yīng)用精準(zhǔn)飼養(yǎng)技術(shù)提高養(yǎng)豬生產(chǎn)的氮利用效率：可行的方法和發(fā)展阻礙

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)。