用計算機設計畜禽飼料配方時如何避免陷入認識上的誤區

胡迪先 田作華 薛丁萌

(1.貴州大學動物科技學院，貴州貴陽550025；2.上海交通大學自動化系，上海 200030)

飼糧配合是動物營養學內容之一,也是飼料行業掌握并運用畜禽飼養標準的重要手段,上世紀人們進行飼糧配合都是采用手算法計算：如座標作圖法、平行四邊形法、試差法。如需滿足3個或者3個以上營養指標平衡配方，則采用疊代法，聯立方程式矩陣法。以上手算法均比較繁瑣，費時費工，即使方程有解,計算結果也不能體現配方的優化組合。若應用儲存線性規劃編程軟件的計算機，當輸入有關參數后，就能很快運算并把飼糧配方計算值打印出來，比手算法計算要簡單易行，如果程序設計附帶有數據庫子程序，就更不必查閱書籍，通過檢索飼料標準參數隨時調出,快捷又方便。如果設計奶牛飼料配方，還可以根據代謝體重、泌乳量、含脂百分率迅速算出每天干物質采食量。例如根據NRC（2001版）的荷斯坦奶牛干物質采食量公式計算：

干物質采食量（kg/d）=0.372FCM+0.096 8BW0.75×[1-e-0.192×(WQL+3.67)]

式中：①FCM(含脂率4%的校正標準乳)=(0.4+15F)M

M：未折算標準乳的乳量（kg）

F：乳中實際含脂率（%）

② BW0.75：奶牛代謝體重

③ WQL：泌乳周

風干物質采食量（kg/d）＝干物質采食量÷（1－吸附水%）

現在應用計算機只要在界面上填進相應參數就可通過程序將相應的結果顯示出來。

結果為以下圖例

該奶牛在第5泌乳周期每天采食量的風干物數量為14.317 kg，與手算結果是一樣的。

現在大專院校、科研院所、飼料企業基本上已普及計算機的使用。

近幾年，在飼料行業流傳一種偏見，認為只要是計算機輸出的配方都是最佳的。其實不然，計算機僅僅是一種工具，以人為本，人的因素第一，只有動物營養理論底蘊厚實，同時又掌握豐富生產、經營管理經驗，加之熟悉飼料市場信息和當地飼料資源狀況，又熟練軟件應用的人（俗稱營養分析師），才能將計算機運用自如，設計出好的配方(技巧的關鍵是如何有效設置和控制約束條件)，當前，計算機設計畜禽飼料配方應用和推廣方面遇到的傾向就是這種夸大計算機功能,其根本原因正是陷入了認識上的誤區，沒有擺正人和物的關系。

用計算機設計飼料配方時認識上的幾大誤區如下：

1 應對計算機設計飼料配方原理正確理解

設計飼料配方軟件程序是依托數學中的線性規劃（Linear programming）,又稱運籌學，線性規劃是最優化問題中的重要領域之一,它廣泛應用于工農業、軍事、運輸等領域，它的定義是：一組變量x（在配合飼料術語中即各種原料用量），輔之以相應系數（畜禽主要營養需要指標b和對應的飼料營養成分指標a），在滿足一定約束條件下（指營養指標約束和飼料用量約束，同時提供相應原料單價c），求實現目標函數s的最小值[畜禽的最低成本配方(元/1 000 kg)]，計算機將以上參數編排成方程組，在數學上最常用和直觀的標準形式叫數學模型,一般用單純形編程解。

x1＞=0，x2＞=0，x3＞=0………xn＞=0，表明所有變量都是非負值

S=C1X1＋C2X2＋C3X3……＋CnXn，注解：C 為原料單價（元/kg），X 為原料用量（kg）。

采取3個以上營養指標(或同一指標再設上限下限,方程等式就變為不等式,需加或減一個松弛變量),5～10種飼料原料編制數學模型設計畜禽飼料配方，其數學模型必定是一個龐大的聯立方程組，若用儲存線性規劃編入程序軟件的計算機來解方程組，比照手算法,可以說易如反掌，不僅提供可行解，而且提供最優解（最低成本配方）。但必須明確指出：最低成本配方是指價格相對而言最便宜的配方，但不等于生產潛力最好的配方，不考慮畜群的生態環境、技術水平、畜禽的品種、生理特點、飼料適口性、飼養條件、飼養效果(收集典型日糧)，經濟上投入產出比。脫離實際，生搬硬套，那么輸出的“最低成本配方”對于畜牧業生產幫助不大。

2 企望計算機輸出配方參數精度要高的誤解

首先從畜禽配方設計的依據飼養標準說起，飼養標準是根據畜牧業生產實踐中積累的經驗，結合物質能量代謝試驗和飼養試驗，科學地規定出不同種類、性別、年齡、生理狀態、生產目的與水平的家畜，每天每頭應給予的能量和各種營養物質的數量或濃度，飼養標準規定的指標，并不是永恒不變的，隨著動物與飼養科學的發展，畜禽品種質量的改良和提高，生產水平的提高，飼養標準也在不斷地進行修訂，充實和完善。

同樣，飼料成分表所列飼料營養價值雖說具有科學性。都是通過科學的分析、代謝試驗和飼養試驗而得出來的科學數據，但國外國內、國內不同地區因氣候、土壤，收割早晚等因素，常用飼料成分差異千差萬別，飼料成分表尤其是常用飼料成分表中是不能將所有含高營養成分與含低營養成分的飼料都列出來。而只能列出居中的數，如玉米的蛋白質含量在7%～9%的范圍內，但大多數在8.2%～8.9%，而在飼料成分表所列數字為8.6%。以此類推，可見一般。

總的說來，全價料配方設計宜粗不宜細，配方參數精度不必要求太高，計算機只要在指標設定時確定一個約束范圍（營養指標約束，飼料原料用量約束），例如5周齡以上肉雞的飼糧能量濃度可變化在2.8～3 Mcal/kg代謝能，30～60 kg肉豬可變動在 2.9～3.2 Mcal/kg消化能之間就可以了,蛋白質濃度也可設定上限和下限約束肉雞的蛋白濃度可變化在17%～20%，肉豬可變動在15%～19%。飼料營養參數可采用飼料成分表平均數，最好采用當地科學實驗數據。只要計算結果參數分布在約束范圍都確認為有解。甚至還允許人工進行飼料用量微調（總量不變）更不必拘泥小數點以下多少位。

與此相反，預混料配方設計雖談不上優化，但宜細不宜粗，因為添加劑以克計量，在配合料總量中占萬分之幾，乃至百萬分之幾。如按預混料1%添加，預混料總量中營養和非營養性添加劑也要占百分之幾乃至萬分之幾,故用計算機設計預混料配方時，參數精度至少要求小數點以下4位。

3 認為設計畜禽飼料優化配方營養指標，飼料種類越多越好的誤解

畜禽營養需要和飼料營養成分包含的項目很多，有能量、蛋白質（各種氨基酸）、礦物質（各種常量元素，各種微量元素）、維生素(脂溶性和非脂溶性),總計不下40余種。不是所有指標都可以參與優化配方設計的。

應該選擇與畜禽生長發育、生產能力有關，而且直接影響到配方成本高低的那些主要指標（數學概念即權重系數比較高的），如能量（消化能、代謝能、凈能）、蛋白質、必需氨基酸、鈣、磷等,粗纖維是與飼料營養價值相逆的限制性指標,考慮到配方要符合反芻類草食家畜消化生理特點,有時也會把粗纖維列為優化組合的指標(如粗纖維改為中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維，那么飼養標準營養需要和飼料成分表要有對應的數據相匹配)。

關于組成配方的原料數量，大體可有8～13種，能量飼料占50%～70%，蛋白飼料占20%～30%，礦物、維生素補充料占3%～12%。能量飼料：玉米、米糠、麩皮（次粉），油脂；蛋白飼料：豆餅（粕）、棉仁粕、菜籽粕、魚粉、血骨粉等。礦維補充料：包括磷、鈣和氨基酸或稱預混料。三類飼料的比例隨畜種和不同生長階段而異。國外豬雞標準的配方為玉米＋豆餅（粕）＋礦維預混料（包括保健藥）配方。這不符合中國國情，也達不到飼養標準要求，以0～4周齡肉用仔雞代謝能需要2.9 Mcal/kg為例,玉米雞代謝能值為3.18 Mcal/kg,高出標準10個百分點。如欲調整,可采用當地常用的價廉、能值較低的麩皮、次粉去替代部分玉米。用棉仁粕、菜籽粕等替代豆餅(粕)飼料，道理是一樣的。總而言之，多種飼料配合,給計算機自行選材,有效解方程,平衡營養指標提供了足夠的空間。

蛋白質營養指標在飼料優化配方組合中具有特殊作用。蛋白質是生命存在形式，蛋白質營養實質上是氨基酸營養，平衡了蛋白質中氨基酸比例，就等于提高了配合飼料整體營養水平。我國蛋白飼料來源十分短缺而且價格昂貴,進口魚粉單價是玉米的4～5倍,豆粕的2～3倍,少用魚粉,多餅配合(豆粕、菜籽粕、棉仁粕)，添加賴氨酸（豬用）、蛋氨酸（禽用），保持合理的能蛋比，不僅保證了配合飼料質量，還大大降低成本，研究結果表明：即使減少配合飼料中蛋白質1～3個百分點，同樣能取得理想的飼養效果。為了減少蛋白飼料用量，達成氨基酸營養平衡并優化飼料原料用量組合，手工算是無法完成的，依靠計算機運籌是最有效的途徑。

4 結語

隨著科技進步,飼料優化配方程序設計的軟件研發也日新月異,為了使優化方法更加先進，科技工作者正在研究將多目標規劃思想與人工智能技術，模糊數學理論巧妙地揉和在一起，通過標量化處理和變換，使線性規劃，目標規劃，手工規劃，三種優化方法既能供用戶選擇，又能互相補充。較好地解決線性規劃中經常出現的無解現象和其它問題,使全價料、濃縮料、預混料配合設計更加便捷，界面更加直觀，但我們認為，無論軟件功能多么完美，或者引進哪個國家的軟件，配方設計仍然離不開動物營養分析師的智慧、經驗和主觀能動性。

[1]胡迪先,俞宗源,張子儀.應用線性規劃原理篩選最佳飼料配方的Basic語言程序設計.中國農科院畜牧研究所科學年報,1982.

[2]馬仲藩,魏權齡.數學規劃講義.中國人民大學出版社,1981.

[3]胡迪先.電子計算機和數學方法在農業上的應用.農業出版社,1983.

[4]奶牛營養需要和飼料標準.中國農業大學出版社,2000.

[5]奶牛全混合日糧（TMR）技術.飼料博覽,2007.

[6]NRC奶牛飼養標準,2001.