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        低排泄水平的低成本日糧

        2018-05-14 11:14:18王晶晶邵建忠
        國外畜牧學(xué)·豬與禽 2018年1期
        關(guān)鍵詞:排放量密度能量

        王晶晶 邵建忠

        配制豬的日糧總是一個(gè)妥協(xié)的結(jié)果。例如,養(yǎng)豬生產(chǎn)者是選擇配制成本最低的飼料還是配制旨在實(shí)現(xiàn)磷氮低排放的日糧?最近的研究指出,也許他們根本不需要選擇。

        中圖分類號(hào):S815 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:C 文章編號(hào):1001-0769(2018)01-0008-03

        目前,在肥育豬生產(chǎn)行業(yè)中,飼料成本占總生產(chǎn)成本的70%以上。在加拿大,最為常見的是豬按日糧能量密度固定的三階段飼喂系統(tǒng)(Three-phase Feeding System with Fixed Energy Density,3PF-FE)進(jìn)行飼喂。在這一系統(tǒng)中,生長期分為三個(gè)階段,并且每個(gè)階段的全價(jià)日糧能量密度固定不變,為10.36 MJ/kg。

        對(duì)飼料而言,不僅是所含的營養(yǎng)價(jià)值非常重要,而且它對(duì)環(huán)境的影響也很重要。由于豬糞肥施肥造成的污染,環(huán)境污染問題經(jīng)常被人們提出。使用這種傳統(tǒng)的三階段飼喂系統(tǒng),每頭豬的磷(Phosphorus,P)和氮(Nitrogen,N)的排放量分別是1.2 kg和3.4 kg。

        一個(gè)由法國和加拿大的科學(xué)家組成的研究小組,在謹(jǐn)記飼料的營養(yǎng)價(jià)值以及環(huán)境價(jià)值的前提下,開始設(shè)計(jì)豬的新型日糧。作為參考,設(shè)計(jì)結(jié)果總是與傳統(tǒng)的能量密度固定的三階段飼喂系統(tǒng)進(jìn)行比較,試驗(yàn)時(shí)后者的飼料成本為100.33加元/頭(73.45美元/頭)。

        1 盡量降低飼料成本和減少排放

        多年來,現(xiàn)在數(shù)學(xué)已被用來為配方飼料建立模型,并利用最佳的方法來盡量降低飼料成本和/或減少磷氮的排放。

        此研究領(lǐng)域的第一批研究在20世紀(jì)90年代末進(jìn)行,其中包括尋找一種新的方法來為豬日糧建立模型,解決數(shù)學(xué)上的問題,并評(píng)估這種新的飼料配制方法的經(jīng)濟(jì)影響。這些研究的結(jié)果顯示,增加飼養(yǎng)期分階段的階段數(shù)可以降低飼料的成本。

        作為一個(gè)極端的例子,可以證明,將三階段飼喂系統(tǒng)調(diào)整為一個(gè)能量密度固定的理想飼喂系統(tǒng)(Ideal Feeding System at Fixed Energy Density,IF-FE)是有可能的,IF-FE是一種能量密度固定每天為一個(gè)飼養(yǎng)階段的飼喂系統(tǒng),飼料成本可降低3.33%。

        然而,由于需要存儲(chǔ)大量的各種飼料,這種飼喂系統(tǒng)對(duì)于飼養(yǎng)者來說是不切實(shí)際的。從數(shù)學(xué)的角度來看,這些研究中提出的模型是線性的,并且由于現(xiàn)有的算法和求解程序可以很容易地解決。

        2 減少磷和氮的排放

        幾年之后,為了盡可能降低飼料成本同時(shí)減少磷和氮的排放,研究人員在該大學(xué)進(jìn)行了多項(xiàng)研究。這些研究沒有采用傳統(tǒng)的三階段飼喂系統(tǒng),但采用一個(gè)兩階段的飼喂系統(tǒng),這一系統(tǒng)在歐洲被養(yǎng)豬生產(chǎn)者廣泛地使用。

        研究表明,當(dāng)磷和氮的排放量減少時(shí),飼料成本隨之增加。但是,磷和氮的排放可以大大地減少,同時(shí)飼料成本的增加相對(duì)較少。從數(shù)學(xué)角度來看,這一問題被模擬成一個(gè)多目標(biāo)問題。此外,該模型仍然是線性模型,因此容易解決。

        3 開發(fā)一種新的飼喂系統(tǒng)

        自2011年以來,舍布魯克大學(xué)的研究人員一直致力于開發(fā)一種新的飼喂系統(tǒng)。

        首先,他們引入了能量密度可變的方法,即日糧的能量密度不受約束。例如,對(duì)于采用能量密度可變的三階段飼喂系統(tǒng),生長期被分成三個(gè)階段,并確定全價(jià)飼料,因此每個(gè)階段的飼料成本可以降至最低。每個(gè)階段使用的飼料可以具有不同的能量密度,其在進(jìn)行優(yōu)化之前是未知的。因此,飼料成本可以減少2.37%。然而,研究結(jié)果顯示磷氮排放的結(jié)果不同,氮排放量減少了5.78%,而磷的排放量增加了4.9%。

        這種采用能量密度可變的理想飼喂系統(tǒng)(The Ideal Feeding System with Variable Energy,IF-VE)包括在優(yōu)化前不知飼料能量密度的情況下,每天以最優(yōu)成本的日糧飼喂豬,其飼料成本為94.84加元(69.43美元),比傳統(tǒng)的能量密度固定的三階段飼喂系統(tǒng)低5.5%。與此飼喂系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型仍然是線性的,且易于解決。

        4 基于兩種飼料的飼喂系統(tǒng)

        其次,一種基于采用兩種飼料的混合料的飼喂系統(tǒng)被提出。這種飼喂系統(tǒng)對(duì)于被稱為“按日分階段飼喂”(Daily Phase Feeding,DPF)的精準(zhǔn)飼喂方法很有用。這種飼喂系統(tǒng)僅使用兩種飼料,每天確定它們的混合比例(圖1)。

        利用這種飼喂方案研究了幾種策略:能量密度可以是固定的,也可以是變化的;飼料在優(yōu)化或未優(yōu)化前可以是已知的,也可以是未知的。在飼料未知的情況下,它們可能在一天內(nèi)不能完成,但是當(dāng)它們每天進(jìn)行混合時(shí),它們就能滿足每日的需求。在這種情況下,這種數(shù)學(xué)模型是雙線性的,比線性模型要更難解決。

        2014年,研究人員在能量密度固定和飼料已知——一種飼料設(shè)計(jì)成第一天的最佳日糧而另一種飼料配制成最后一天的最佳日糧——的情況下進(jìn)行了研究。與該飼喂系統(tǒng)相關(guān)的模型也是線性的。該結(jié)果表明,使用DPF系統(tǒng)可以顯著降低飼料成本(圖2)。

        然而,2015年進(jìn)行的一項(xiàng)研究詳細(xì)列出了每一種飼喂系統(tǒng)與其相應(yīng)模型之間的相互關(guān)系。顯然,使用能量密度可變和未知變量的DPF系統(tǒng)具有最佳的飼料成本。這種飼喂方法可以使飼料成本下降4%。此外,磷和氮排放量可分別減少3.3%和14.8%。

        5 增加對(duì)排放物的限制

        飼料成本的這種下降激勵(lì)了研究人員通過增加對(duì)磷和氮排放的限制來改善該模型。該模型與多目標(biāo)模型相結(jié)合。使用這種模型,可以根據(jù)飼料成本以及磷和氮的排放情況來確定日糧,同時(shí)將可以減少這三方面的問題。

        例如,可以確定一種與當(dāng)前所用系統(tǒng)有相同飼料成本并且磷和氮排放量可以分別減少11.1%和22.4%的飼喂系統(tǒng),也可以選擇另一種飼料成本降低2%并且磷和氮排放分別減少8.2%和19%的飼喂系統(tǒng)。

        6 新型混合飼喂系統(tǒng)

        下一步是引入一種混合式的新型飼喂系統(tǒng),它是由單階段飼喂系統(tǒng)和DPF系統(tǒng)相結(jié)合組成的一種系統(tǒng)。其方法如下:生長期分成X個(gè)階段(待定);對(duì)于每一個(gè)階段,DPF系統(tǒng)使用能量密度可變的未知飼料,最后兩個(gè)連續(xù)階段則使用常規(guī)飼料。

        例如,當(dāng)X = 3時(shí),生長期分為三個(gè)階段;第一階段使用飼料1和飼料2,第二階段使用飼料2和飼料3,最后一個(gè)階段使用飼料3和飼料4。該飼喂系統(tǒng)易于設(shè)置,因?yàn)槊恳粋€(gè)階段只使用兩種飼料。使用它來降低飼料成本,減少5.19%是有可能的,同時(shí)磷和氮排放可分別減少2.2%和17.8%。

        7 降低飼料成本和排放

        關(guān)于DPF系統(tǒng),該研究團(tuán)隊(duì)將其與多目標(biāo)方法相結(jié)合,得到了相同的結(jié)論。確定大量可以既能降低飼料成本又能減少磷氮排放的飼喂系統(tǒng)是可行的。第一個(gè)例子具有與使用能量密度固定的三階段飼喂系統(tǒng)相同的飼料成本,但是磷和氮排放可以分別減少18%和16%。另一例子具有與DPF相同的飼料成本,即降低4%,但磷和氮排放可分別減少8%和17%。

        在這兩種情況下,所獲得的解決方案都是使用多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)的結(jié)果示例。有些人可能更喜歡大大減少磷的排放,而對(duì)氮排放不限制,或者相反,甚至是兩者的妥協(xié)。確定這樣的飼喂系統(tǒng)是有可能的。

        原題名:Low-cost diets with low excretion levels – it is possible(英文)

        原作者:Emilie Joannopoulos

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