應用精準飼養技術提高養豬生產的氮利用效率：可行的方法和發展阻礙

張相鑫

摘 要：增加豬生產中飼養階段的數量，及應用精準飼養技術，可恰當滿足動物的營養需要，它們的使用可以帶來經濟和環境效益。提高養豬生產系統的可持續性，尤其是在那些不斷增長的食物需求必須以可負擔的成本滿足且不會損害環境資源的地方，優化營養的利用率是重要的。要做到這一點，重要的是要開發出可以精確評估動物營養需要的有效方法，以及開發出在生產系統中考慮到應用此類專業技術的設備和系統。鑒于能夠影響豬營養需要的因素眾多，通過數學模型評估豬的營養需要是降低養豬生產帶來的環境負荷的一個重要因子。同樣，飼料配方和飼喂方案能夠幫助人們實現這一目標。在此背景下，增加養豬生產中的飼喂階段數，并且實現精準飼喂，對確保營養需要的準確性可能是一個有效的工具，因為它的使用能夠帶來經濟和環境的益處。

關鍵詞：日糧配方；環境影響；建模；營養需要；豬

中圖分類號：S816 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2018）04-0031-04

近年來，生豬生產出現了快速的發展。生產效率的提高和生產成本的降低，已經成為企業和生豬生產國提高競爭力和生存力越來越重要的因素。另外，隨著時代的發展，減少養豬生產對環境影響的社會壓力也在增加。所以，改善營養利用效率對提高生產效率和增強生豬生產的可持續性至關重要，特別是在如今糧食需求的日益增長已經導致資源利用競爭不斷加劇的大背景下。為滿足生產和市場的需求，我們面臨的挑戰是要確保動物的各種營養策略具有不同的采食量和瘦肉沉積的模式。從這個意義上來講，氮（Nitrogen，N）的利用效率對提高蛋白質沉積和降低N排放量越來越重要。

N的利用效率可以通過更好地調整每頭豬的營養需要得到改善，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準確估計動物的營養需要，以及開發出可以讓此類專門技術在生產鏈中使用的設備和系統，如精準飼喂。這些方法是基于一群動物中的不同個體在生長性能上相同而在營養需要上不同的事實。因此，該技術需要每天為豬群中的每一頭豬提供最佳濃度的營養素。

根據Pomar等的研究，這可以通過如下措施來實現：第一，根據實際體重（Body Weight，BW）、實際生長和采食模式實時測定個體營養需要；第二，配制營養平衡的日糧來限制營養過剩（通常設2種日糧，一種日糧可以滿足首個生長期的初期最挑剔豬的營養需要，另一種日糧可以滿足最后一個生長期的后期需求不那么苛刻的豬的營養需要）；第三，日糧營養物質的調整要符合豬群中每個個體的估測營養需要（通過每日混合兩種日糧，滿足每頭豬的營養需要）。

正是在此研究的基礎上，作者探求并評估了用于估測營養需要的模型和配制日糧的方法，還討論了豬營養和與精準飼喂有關的新方法，作為可以提高N利用效率的一個工具。

1 豬營養需要的測定

已提出的一些模型可以用來估測豬的營養需要，這些模型可分為靜態的或動態的、經驗的或機械的、確定的或隨機的。根據Hauschild（2010）的研究，靜態模型測定固定條件下動物的反應，而動態模型則以時間為一個獨立的變量；經驗模型描述動物對環境變化（如日糧的變化）的定量反應，而機械模型則是基于某一生產系統的結構，將其劃分為不同的組成部分。確定模型假設對數量進行了確定的預測，而隨機模型則表示隨機因素是模型的一部分，預測存在一個分布區域。雖然這些模型都可以用于農業研究，但研究中使用的模型大多是動態的、確定的和機械的。

根據Sakomura和Rostagno（2016）的研究，在過去數年里，豬的營養需要一般用劑量應答模型來估算，這是一種經驗方法，可以通過動物的生長性能和動物對日糧中被研究營養物質水平提升的反應來決定需要量。然而，自1926年以來，數學模型一直被用來估算動物的生長，如Gompertz函數。該模型能夠利用異速生長關系描述動物的生長曲線和機體營養物質的沉積，還可以計算脂肪、蛋白質、水和灰分等機體成分的生長速度。自那以后，其他的模型如InraPorc軟件和美國國家研究會（National Research Council，NRC）（NRC，2012）發表的預測方程式相繼推出。這些模型是動態的（因為它們能夠估測動物在一段時間中的狀態）、機械的（通過嘗試了解導致動物產生某一特殊反應的機制）和確定的（根據某一動物狀況的描述來估測一個單一的結果）。除了生長，這些模型還可以估測營養需要和機體組成，確定會影響動物生產性能的因素。

InraPorc軟件會考慮營養參數（如凈能、可消化氨基酸和理想蛋白質）以及日糧不同營養素之間和日糧與動物之間的相互作用。此外，InraPorc能夠利用與采食量和生長有關的模型參數測定某一動物群體的平均狀況。InraPorc模型在結構上與Whittemore和Fawcett在1974年開發的模型非常相似。在后一模型中，增重是以蛋白質和脂肪沉積的函數建模的。

然而，該軟件是根據理想的養豬生產條件設計的，在理想條件下，豬生活在熱舒適區的環境溫度下。在最近發表的一篇預測母豬養分利用模型的論文中，環境溫度的影響（包括對母豬和仔豬性能的影響）已經得到了解決。根據研究人員的研究結果，這些方程式被整合成一個模擬模型，包括：（1）生物氣候學模塊，可預測室外溫度對母豬感知的室內溫度的影響；（2）營養模塊，基于InraPorc軟件，預測溫度對采食量、產奶量、能量和氨基酸利用率及機體儲備的影響。

至于NRC（2012）描述的數學建模方法，要估測標準回腸可消化（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，三種數學模型可以利用，這些模型分別用于：（1）體重20 kg～140 kg的生長育肥豬；（2）妊娠期母豬；（3）哺乳期母豬。其他營養物質如維生素、礦物質和鈣的需要量可以通過經驗進行估算，并整合到此模型中。

該模型使用能量攝入水平和生產性能，并考慮到投入品，能夠產生每日蛋白質沉積、脂肪沉積和BW變化的估測值。它還考慮熱環境的影響，但排除其他可能會破壞該系統的因素。此外，NRC（2012）模型假設氨基酸需要量隨著BW的增加而增加，并隨著最大蛋白質沉積的增加而略有減少。

據NRC（1998）報告，傳統上氨基酸的維持需要量與豬的代謝體重 （即BW0.75） 有關。然而，這種傳統方法忽略了氨基酸在腸道中的內源性損失，這是維持氨基酸需要的主要來源。另外，眾所周知，日糧因素，如干物質采食量，也會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（表1）。該模型是基于用來估測豬飼料中氨基酸生物利用率的SID系數來表示氨基酸需要。

用NRC（2012）和InraPorc軟件來估算必需氨基酸和N需要量的建模方法需考慮以下主要因素：（1）內源性胃腸道的基礎損失，這與采食量相關；（2）皮膚損失，是依據BW0.75的函數；（3）蛋白質沉積的潛力；（4）每一個函數的使用所攝入SID氨基酸的效率。

考慮到增加可發酵纖維的攝入量會降低色氨酸吸收后的利用效率，NRC（2012）提出一個可以計算色氨酸利用效率的特殊方程式。同時，半胱氨酸被認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測蛋氨酸和蛋氨酸+半胱氨酸的營養需要量。然而，精氨酸可以由動物自身合成。基于這個原因，在InraPorc軟件中，精氨酸的利用效率超過100%，因為豬可以自身合成精基酸，但合成能力卻無法滿足最大生長時的需要。

NRC（2012）模型的另一個觀點是，它認為隨著豬年齡的增長，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）之間的競爭會加劇。由于攝入的大部分BCAA不能被肝臟代謝，它們在血漿中的濃度會迅速升高，增加了大腦對它們的吸收，這樣就會降低大腦對芳香族氨基酸（如色氨酸）的吸收及其在大腦中的所處水平。考慮到這個原因，該模型建議隨著時間的變化增加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）認為這些值有三方面的局限性：（1）沒有考慮補償增長對氨基酸需要的影響；（2）模型無法評估動物對不同氨基酸攝入水平的臨界反應，因此，要進行成本-利潤分析；（3）沒有考慮動物之間的差異對氨基酸需要的影響。

雖然利用模型估算動物營養需要還存在著局限性，但某些將模型估測的營養需要和標準推薦的營養需要進行比較的研究證明，這些模型能夠比劑量-反應法更準確地預測豬的營養需要。據此，Monteiro等（2017）為體重30 kg～130 kg的生長育肥豬配制了兩種日糧：一種使用InraPorc軟件調整來降低營養水平，另一種使用標準推薦的營養水平（Rostagno等，2011）。結果這些研究人員并沒有在生產性能、胴體特征或肉品質方面發現任何差異。然而，與用依據標準推薦值配制的日糧飼養的豬相比，用調整后的日糧飼養的豬有更低的N攝入量（7.48 kg/頭對6.30 kg/頭）和N排泄量（4.74 kg/頭對 3.6 kg/頭）。此外，用調整后的日糧飼養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養需要是一個群體的平均值而不是群內的每一頭豬。這就表明，使用精準飼養技術可以得到更好的結果。

未完，待續。