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)滿足動物的營養(yǎng)需要，它們的使用可以帶來經(jīng)濟和環(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的食物需求必須以可負擔(dān)的成本滿足且不會損害環(huán)境資源的地方，優(yōu)化營養(yǎng)的利用率是重要的。要做到這一點，重要的是要開發(fā)出可以精確評估動物營養(yǎng)需要的有效方法，以及開發(fā)出在生產(chǎn)系統(tǒng)中考慮到應(yīng)用此類專業(yè)技術(shù)的設(shè)備和系統(tǒng)。鑒于能夠影響豬營養(yǎng)需要的因素眾多，通過數(shù)學(xué)模型評估豬的營養(yǎng)需要是降低養(yǎng)豬生產(chǎn)帶來的環(huán)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(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)，并且實現(xiàn)精準(zhǔn)飼喂，對確保營養(yǎng)需要的準(zhǔn)確性可能是一個有效的工具，因為它的使用能夠帶來經(jīng)濟和環(huán)境的益處。

關(guān)鍵詞：日糧配方；環(huán)境影響；建模；營養(yǎng)需要；豬

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

近年來，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(fā)展，減少養(yǎng)豬生產(chǎn)對環(huán)境影響的社會壓力也在增加。所以，改善營養(yǎng)利用效率對提高生產(chǎn)效率和增強生豬生產(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已經(jīng)導(dǎo)致資源利用競爭不斷加劇的大背景下。為滿足生產(chǎn)和市場的需求，我們面臨的挑戰(zhàn)是要確保動物的各種營養(yǎng)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(zhì)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(diào)整每頭豬的營養(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準(zhǔn)確估計動物的營養(yǎng)需要，以及開發(fā)出可以讓此類專門技術(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物中的不同個體在生長性能上相同而在營養(yǎng)需要上不同的事實。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養(yǎng)素。

根據(jù)Pomar等的研究，這可以通過如下措施來實現(xiàn)：第一，根據(jù)實際體重（Body Weight，BW）、實際生長和采食模式實時測定個體營養(yǎng)需要；第二，配制營養(yǎng)平衡的日糧來限制營養(yǎng)過剩（通常設(shè)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(yǎng)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(yǎng)需要）；第三，日糧營養(yǎng)物質(zhì)的調(diào)整要符合豬群中每個個體的估測營養(yǎng)需要（通過每日混合兩種日糧，滿足每頭豬的營養(yǎng)需要）。

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

1 豬營養(yǎng)需要的測定

已提出的一些模型可以用來估測豬的營養(yǎng)需要，這些模型可分為靜態(tài)的或動態(tài)的、經(jīng)驗的或機械的、確定的或隨機的。根據(jù)Hauschild（2010）的研究，靜態(tài)模型測定固定條件下動物的反應(yīng)，而動態(tài)模型則以時間為一個獨立的變量；經(jīng)驗?zāi)Ｐ兔枋鰟游飳Νh(huán)境變化（如日糧的變化）的定量反應(yīng)，而機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)對數(shù)量進行了確定的預(yù)測，而隨機模型則表示隨機因素是模型的一部分，預(yù)測存在一個分布區(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態(tài)的、確定的和機械的。

根據(jù)Sakomura和Rostagno（2016）的研究，在過去數(shù)年里，豬的營養(yǎng)需要一般用劑量應(yīng)答模型來估算，這是一種經(jīng)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(yǎng)物質(zhì)水平提升的反應(yīng)來決定需要量。然而，自1926年以來，數(shù)學(xué)模型一直被用來估算動物的生長，如Gompertz函數(shù)。該模型能夠利用異速生長關(guān)系描述動物的生長曲線和機體營養(yǎng)物質(zhì)的沉積，還可以計算脂肪、蛋白質(zhì)、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(fā)表的預(yù)測方程式相繼推出。這些模型是動態(tài)的（因為它們能夠估測動物在一段時間中的狀態(tài)）、機械的（通過嘗試了解導(dǎo)致動物產(chǎn)生某一特殊反應(yīng)的機制）和確定的（根據(jù)某一動物狀況的描述來估測一個單一的結(jié)果）。除了生長，這些模型還可以估測營養(yǎng)需要和機體組成，確定會影響動物生產(chǎn)性能的因素。

InraPorc軟件會考慮營養(yǎng)參數(shù)（如凈能、可消化氨基酸和理想蛋白質(zhì)）以及日糧不同營養(yǎng)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(guān)的模型參數(shù)測定某一動物群體的平均狀況。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)測母豬養(yǎng)分利用模型的論文中，環(huán)境溫度的影響（包括對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模擬模型，包括：（1）生物氣候?qū)W模塊，可預(yù)測室外溫度對母豬感知的室內(nèi)溫度的影響；（2）營養(yǎng)模塊，基于InraPorc軟件，預(yù)測溫度對采食量、產(chǎn)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(shù)學(xué)建模方法，要估測標(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的生長育肥豬；（2）妊娠期母豬；（3）哺乳期母豬。其他營養(yǎng)物質(zhì)如維生素、礦物質(zhì)和鈣的需要量可以通過經(jīng)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(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變化的估測值。它還考慮熱環(huán)境的影響，但排除其他可能會破壞該系統(tǒng)的因素。此外，NRC（2012）模型假設(shè)氨基酸需要量隨著BW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源。另外，眾所周知，日糧因素，如干物質(zhì)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(nèi)（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(shù)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(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(yù)測蛋氨酸和蛋氨酸+半胱氨酸的營養(yǎng)需要量。然而，精氨酸可以由動物自身合成?；谶@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?？紤]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(yīng)，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(yǎng)需要還存在著局限性，但某些將模型估測的營養(yǎng)需要和標(biāo)準(zhǔn)推薦的營養(yǎng)需要進行比較的研究證明，這些模型能夠比劑量-反應(yīng)法更準(zhǔn)確地預(yù)測豬的營養(yǎng)需要。據(jù)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(diào)整來降低營養(yǎng)水平，另一種使用標(biāo)準(zhǔn)推薦的營養(yǎng)水平（Rostagno等，2011）。結(jié)果這些研究人員并沒有在生產(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6.30 kg/頭）和N排泄量（4.74 kg/頭對 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養(yǎng)需要是一個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)。