智能物聯助推畜牧產業升級和種養聯動

文│沈富林 陸雪林 許棟 李何君 吳昊旻 趙樂樂（上海市動物疫病預防控制中心）

智能物聯助推畜牧產業升級和種養聯動

文│沈富林 陸雪林 許棟 李何君 吳昊旻 趙樂樂（上海市動物疫病預防控制中心）

項目來源：上海市生豬產業技術體系建設，編號：滬農科產字(2015)第6號

人類用200年的時間消耗了地球38億年的物質積累，如何合理利用大自然的恩賜，做好資源利用價值最大化，是當前農業生產迫切要解決的主要問題。近30年，我國農業主要經歷了傳統農業到化學農業的發展階段，畜牧業也從傳統粗放型向規模化養殖型轉變。雖然化學農業和規模化養殖業，帶來了巨大的價值收益，解決了溫飽問題，但是濫用化學農藥、化肥和集約化飼養，造成了土壤退化、環境污染和農產品品質下降。現階段，在邁向農業現代化可持續發展的道路上明顯動力不足。

近幾年，隨著互聯網、云計算、大數據的蓬勃發展，國家正在借助諸多現代科技實施新一輪的產業升級。2015年“兩會”報告中，李克強總理提出“互聯網＋”的行動計劃。2020年之前，中國已經規劃了3.86萬億的資金用于物聯網技術研發。現代農業和畜牧業的發展需要借助科技的力量，畜牧業是我國農業的支柱產業，2014年畜牧業產值超過2.9萬億元，約占農業總產值的1/3，農業作為國民經濟的重要基石，畜牧業作為農業的重要組成，理應把握好這次機遇。

我國畜禽養殖方式千差萬別，由于生產效率整體偏低，生產的畜禽產品需要消耗更多的飼料和土地。上海郊區都市畜牧業對上海畜產品實現“保供應、保安全和保生態”的目標具有重要意義，但作為國際大都市，上海畜牧業發展面臨土地緊缺、成本高企、環保壓力增大以及生產環節缺乏有效監管等諸多挑戰。“物聯網＋農業”的發展思維，可為上海市畜牧產業發展引入更多的新元素，帶來新的發展契機。現在環保壓力日益增大，只有將種植業和養殖業有機結合，實現種養聯動，才是解決農業生產污染的最優模式之一。

一、上海畜牧業發展現狀

1.上海畜牧業發展成績與挑戰。近幾年，上海著力推進畜牧產業升級，借助畜牧標準化生態基地建設、市現代農業產業體系、科技入戶工程等平臺，較好地提升了上海畜牧業的規模化、設施化、生態化、良種化和信息化水平。2013年，全市生豬存欄500頭以上的規模豬場比重達79.7%，高出全國平均水平近40個百分點；奶牛存欄規模均在100頭以上，高出全國63個百分點，奶牛平均單產達到8702千克；蛋雞規模養殖比重高出全國10個百分點。

整體來看，上海畜牧業生產結構正在逐步向現代農業方式轉變。但上海作為國際大都市，其畜牧業發展面臨諸多瓶頸和挑戰。首先，土地資源緊缺，人工、飼養成本高企，制約上海畜牧業總量增加。其次，本行業投入產出比率相比國外和外省市發達地區，還有一定差距，如2014年上海母豬年提供商品肉豬18.31頭，遠低于美國25頭、丹麥30頭左右的水平。第三，隨著上海創建國家現代農業示范區，部分畜禽場糞尿處理不規范與生態循環農業建設之間的矛盾日益尖銳。針對這一問題，上海抓緊推進近百家標準化畜禽場節能減排工程建設，對全市2700余家中小型畜禽場開展不規范整治。第四，由于缺乏系統性的智能物聯管理平臺，上海畜牧生產各環節缺乏更為直接、實時、有效的監管。

2.現代化、智能化養殖技術在上海畜牧業中的初步應用。截至2015年，上海已累計建設畜牧標準化生態養殖基地300多家，通過大力實施畜牧標準化生態養殖基地建設和先進科技推廣，一些先進、智能且實用的養殖設施已在上海市得到應用。在生豬養殖中，智能化溫度控制和通風系統，高效空氣過濾凈化系統、全自動喂料系統、全自動噴洗消毒通道、自動清糞和水泡糞集中處理系統、生產管理軟件和現代化工藝產房等先進養殖設施，已經引進到上海市現代化豬場中。在奶牛養殖中，全自動通風采光設施、全混日糧取料攪拌和配送設備、智能擠奶控制系統、轉盤式自動擠奶系統、全自動清洗制冷儲奶罐、智能計步識別器、糞便自動清理和收集設施以及牛場數據管理系統，也已在上海市高水平建設的奶牛場中逐步得到應用。在蛋雞養殖中，上海通過引進美國喬太等公司全套養殖設施，實現了蛋雞養殖全程的精準化、自動化和智能化管理。隨著上海適度、生態畜牧業的快速轉型，其畜牧養殖模式正逐漸向現代化、信息化、智能化靠攏。

二、智能物聯應用于現代農業

1.智能物聯農業簡介。物聯網( Internet of Things) 的概念最早是由麻省理工學院的Auto-ID研究中心，于1999 年在研究射頻識別( Radio Frequency Identification，RFID)時提出的。目前物聯網的內涵仍在不斷發展完善，盡管沒有一個公認定義，但普遍認為全面感知、可靠傳輸和智能處理是物聯網具備的三大特征。

智能物聯農業總體構架可分為傳感信息采集、視頻監控、智能分析和遠程控制等部分。主要依靠智能物聯系統，實現農業生產的終端數據自動收集、傳輸和大數據分析，在不斷獲得生產數據的同時，利用反饋數據對農業進行自動控制和智能化管理，從而更好地提高生產效率。由于智能物聯系統的廣泛應用，人類可以更好地認識和利用農業自然規律。智能物聯同樣可在農業生產、管理、銷售和服務中廣泛的開展應用，實現“生產源頭”可管控、“加工流通”可跟蹤、“產品買賣”可溯源的目標，為發展優質、高產、高效農業及解決糧食安全和食品安全問題，提供系統保障解決方案。

2.智能物聯農業的應用。農業生產包含大量的環境、生長、管理的數據信息。智能物聯農業可通過各類信號傳感器，對農作物溫室內的溫度、濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、葉面濕度、露點溫度等環境參數進行實時采集。現場采集的數據，既可以自動開啟或者關閉指定生產管理設備（如遠程控制澆灌、開關卷簾等），也可以為農業綜合生態信息自動監測提供科學依據。例如，種植業需要動態監控土壤的溫度和濕度，結合氣候變化實現對植物是否需要及時灌溉進行精準管理，代表產品是墑情管理系統。

三、智能物聯系統在畜牧生產中的應用

與智能物聯農業相似，智能物聯網技術也可應用于畜牧業中。實現牧場的人、機、物一體化互聯，進而達到產前、產中、產后的過程監控、科學決策和實時服務的目標。智能物聯在畜禽養殖生產中應用的實例很多，比如畜禽養殖環境智能監控系統、生豬養殖中母豬群養系統、哺乳母豬自動飼喂系統、全自動生產性能測定系統、奶牛自動擠奶系統和檢測系統等，都是智能物聯技術在養殖生產中的具體應用。

1.畜禽養殖環境的智能監控系統。有研究表明，畜禽養殖環境對生產的影像達20%以上。現階段，我國大部分養殖場都無法做到對畜禽養殖環境進行精確調控，從而限制了養殖生產水平的提升。智能物聯技術為實現畜禽養殖場的智能監測與科學管理提供可能。該系統通過智能傳感器在線采集養殖場環境信息（二氧化碳、氨氣、硫化氫、空氣溫濕度、光照強度等），將采集到的信息通過無線傳輸等技術傳輸到服務終端（服務器、電腦、手機等），應用程序根據收集到的信息精確計算，并對比預定好的環境參數，自動或者人為對環境控制設備發送指令信號，控制開窗、遮陽、通風、增濕等設備。例如上海農場光明種豬場、海豐蛋雞場（江蘇大豐）和上海祥欣畜禽有限公司東灘種豬場三家現代化畜禽場，在生產中采用了畜禽養殖舍內溫度、濕度和二氧化碳智能檢測與自動調控系統，收到較好的應用效果。

2.飼養環節的智能化飼喂系統。眾所周知，飼料成本要占到畜禽飼養成本的65%～75%。以生豬生產為例，智能化飼喂系統可以根據豬群的不同生長階段，指定相對應的飼喂策略。在母豬妊娠階段，智能化群養飼喂系統可使母豬擺脫定位欄飼養對其的束縛和應激，同時實時記錄生產母豬采食速度、采食質量和采食時間。

通過這些數據的統計分析，利用專用管理軟件進行精準飼喂調控，確保母豬膘情適合和胎兒健壯，通過系統測算還可以更好地選擇優秀的母豬用于后續生產。在母豬產房階段，哺乳母豬要實現按需采食和采食最大化，哺乳母豬由于產仔數量和產仔時間的不同，需要個性化飼喂。智能化飼喂可以通過“少食多餐”原理，合理進行分頓飼養，制定個性化的飼喂曲線，盡可能接近母豬的最佳采食狀態，實現母豬采食量最大化和泌乳最大化。

對于保育和育肥豬，智能化飼喂體系可動態監控飼料消耗量，自動調節飼料和水的比例，滿足不同育肥階段豬群的采食需求，實現豬群生產全程可追溯，飼養效率最大化。另外，智能化系統可動態監控各階段豬只的采食質量和采食行為，及時發現體況狀態變化，對仔豬健康和母豬體況進行警示。目前，上海市通過畜牧技術推廣，已在五家規模化豬場采用智能化設備的應用。從前期應用結果來看，母豬繁殖、哺乳指標以及仔豬、育肥豬的生長發育指標都有顯著上升。

3.生產管理環節的智能化系統。牧場智能物聯系統實現了終端生產管理數據的實時采集，實時數據采集實現了養殖生產過程可視化。在物聯牧場生產管理環節，牧場的生產管理更多依靠軟件操作自動化機器，而不是傳統模式的人工來進行管理。在奶牛場，上海市幾家現代化奶牛場從國外引進機器人全智能化擠奶和檢測系統。該系統讓奶牛從原有拴系式飼養方式中解脫出來，自由飼養、采食和擠奶，傳感器對每頭奶牛擠奶信息進行記錄，并對產奶質量進行實時監測，及時將產乳異常的奶牛進行預警，實現了原奶生產的標準化及可追溯性。該系統連接奶牛計步器，可以時間準確地監測奶牛發情，監測隱性發情；跟蹤奶牛臥底次數和時間，評估牛舍環境舒適度，對即將產犢的奶牛發出預警等。

在豬場，通過體征指數傳感器，如體重傳感器、紅外傳感器、體溫傳感器，實時收集生豬個體生理狀態，并將數據技術傳輸到服務器，進而指導生產。如利用母豬產房智能化設備實時采集生產數據，開展母豬產房系統性的采食、哺乳調控和生產管理。如上海市種豬測定中心和上海幾家大型豬場在用的FIRE全自動生產性能測定系統（Feed Intake Recording Equipment），采用RFID電子耳牌的識別技術，在群體飼喂環境下對測定個體進行識別，對測定豬的相關數據（如采食時間、采食量、體重等）進行精確測定，測定所得的數據通過FIRE系統專用的軟件進行處理，最終形成生產實踐中所需要的各種數據報告和圖表。對于母豬發情鑒定，可利用母豬發情智能鑒定器，該設備可實時、準確監測母豬對公豬接觸時間、體溫等指標，進而判定是否發情。

4.區域疫病防控和安全可追溯系統的智能化管理系統。特定區域畜禽生產的繁殖率和生產水平理論上是動態恒定的，現實中常常由于疫病等原因導致區域內畜禽養殖生產力的改變。智能化系統可動態監控生產數據，根據動態數據的監控，與監測數據庫中的疫病信息相比對，及時監測畜禽健康情況，從而實現區域內動物疫病暴發的預警，實現養殖風險可預知。另外，二維碼和RFID技術為主的個體標識技術，也是畜產品質量安全可追溯系統的重要技術基石，通過溯源平臺，可實現對牧場生產的每一批次產品進行嚴格監測和把關，為食品安全奠定基礎。

四、智能物聯技術適用于種養結合生態農業模式

我國畜牧業和種植業發展自成體系，忽略兩者內部物質能量的循環利用，會造成物質能量的流失和浪費。近些年，畜牧業在追求規模化的同時，往往忽略了過度集約化發展對區域環境和生態平衡造成的影響，導致出現了越來越多的環境污染等問題，而種養結合型生態循環農業，代表著一種現代畜牧業發展的必然模式，日益受到重視。種養模式是將畜禽養殖產生的糞便作為有機質，為種植業安全生產奠定優質土壤基礎；同時，種植業生產的農作物又可作為畜禽養殖的食源。該模式的良性循環能夠為構建新型生態農業系統奠定基礎。

未來，智能物聯網技術可在農業種養結合上廣泛開展應用，其主要應用方向是根據農業實際情況，極致發展終端數據采集設備，結合互聯網系統實現數據即時傳輸，利用云平臺實現數據的動態分析和應用。智能物聯可通過信息采集設備，匯總區域種植業農作物品種、數量、茬口、生產周期以及土壤養分、墑情等動態數據，確定科學的畜禽養殖有機肥（糞肥、糞水）動態需求量，實現精準的施肥和灌溉。畜牧業可根據區域種植業的承載力和需求，合理配套養殖規模，與種植業實現動態平衡，建立起農業生產的良性生態圈。

若將智能物聯技術引入到種養結合型的生態循環農業生產中，可為我國農業特別是畜牧業生產，帶來以下好處：

1.顯著降低種植、養殖成本。通過智能物聯技術的應用，有效提高生產管理效率，節省大量勞動力。種植業中通過大量畜禽有機肥的施用，顯著降低經濟成本，提高土壤品質，提高綜合效益。養殖成本中飼料消耗約占65%～70%。智能化飼喂模式可以提供最佳的飼喂方式，有效提高飼料轉化率，大大節約養殖成本。

2.節省土地、飼料等農業資源。通過智能化飼喂，提高畜禽生產水平。以母豬生產為例，現階段，我國母豬年提供斷奶仔豬數為15頭，需要飼養母豬約4000萬頭才能滿足國內市場需求。若母豬年提供斷奶仔豬數達到25頭，可節省1600萬頭母豬的飼養量，按每頭母豬40平方米標準占地面積計算，可節約土地約96萬畝；按母豬年消耗飼料約1.0噸/頭，糧食生產1.0噸/畝計算，可節省糧食用地最少1600萬畝；按母豬年排污量2噸/頭計算，可減少糞污排放量3200萬噸。

3.提高農副產品質量和安全。

隨著智能化系統在種養結合中的延展，不僅更好解決了畜牧養殖廢棄物資源化利用問題，實現農業生產的增值，更是解決環境污染和食品安全的關鍵。未來，農業智能物聯網系統將打破種植業和養殖業之間的固有格局，真正實現農業生產過程可控、產量可查和產品可追溯。

點評：農業生產的本質是在為人們提供優質、豐富、安全農副產品的同時，實現農業生態、循環、可持續發展。推動智能物聯技術在畜牧產業中的應用，實現物質和能量在動植物之間進行良好的循環，就是為了構建生產安全畜產品的環境。隨著國家的政策支持和大力投入，智能物聯技術必將在畜牧產業中得到快速發展，開展現代畜牧業的精細化飼養生產、動態監測和安全可追溯管理，實現產業轉型升級。同時利用智能物聯技術，將畜牧業與種植業生產緊密結合，真正實現種植業與養殖業的種養結合和生態循環發展。