王 凱，吳 丹，蔡更元

（1.溫氏食品集團(tuán)股份有限公司，廣東 云浮 527400；2.國家生豬種業(yè)工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510642；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510642）

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)正在快速發(fā)展，個體層面的自動數(shù)據(jù)采集讓生產(chǎn)者能夠更多更快地了解每種動物的采食以及它們的生長方式，另一方面，可以帶來非常有針對性和精確的生產(chǎn)管理。而個體層面的數(shù)據(jù)采集與電子耳標(biāo)識別技術(shù)的使用密不可分。

射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID），也是俗稱的電子標(biāo)簽，適用于大部分牲畜種類，它通過在傳統(tǒng)塑料耳標(biāo)的母標(biāo)內(nèi)嵌入了一個紐扣式的電子標(biāo)簽，儲存動物身份信息，通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，與讀寫器（無線電收發(fā)器）配套使用[1-2]。相比于傳統(tǒng)耳標(biāo)，電子耳標(biāo)優(yōu)勢突出，包括無須可見光源即可自動識別目標(biāo)對象、可透過外部材料直接讀取數(shù)據(jù)、可以在嚴(yán)苛的環(huán)境下工作、無需與目標(biāo)直接接觸就能獲得數(shù)據(jù)等。

1 電子耳標(biāo)在養(yǎng)豬不同領(lǐng)域上的應(yīng)用

1.1 智能化母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)的應(yīng)用

在養(yǎng)豬業(yè)，RFID 技術(shù)早期是在母豬上應(yīng)用，主要原因在于母豬的生產(chǎn)期限比較長，生產(chǎn)商愿意加大投資成本，比如智能化母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)（ESF）。該系統(tǒng)可以在大群飼養(yǎng)的環(huán)境下實現(xiàn)對每頭母豬的精確飼喂和科學(xué)管理，將個體動物識別裝置與自動化和機械化系統(tǒng)整合成一個管理系統(tǒng)，遠(yuǎn)程調(diào)控，電腦或手機的軟件系統(tǒng)自動提醒生產(chǎn)商的關(guān)注點，及早發(fā)現(xiàn)并及時采取行動。ESF 系統(tǒng)一方面全自動化的生產(chǎn)過程大大減少了人力物力的投入，另一方面改善了動物生存環(huán)境，提高了動物福利和健康。

在ESF 系統(tǒng)根據(jù)每頭母豬妊娠階段的身體狀況進(jìn)行評分并生成生長飼喂曲線，由于飼料通常占生產(chǎn)成本的60%～70%，因此ESF 是減少飼料浪費的有價值的輔助手段，一些ESF 用戶報告表明每頭母豬每天節(jié)省近0.45 kg 的飼料，這可以在不到兩年的時間內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)用ESF系統(tǒng)的回報[3]。ESF 系統(tǒng)為生產(chǎn)商提供了一個強大的工具來節(jié)省飼料和實現(xiàn)更均勻整齊的生產(chǎn)群體。在ESF 系統(tǒng)的飼養(yǎng)環(huán)境下，動物可以隨時自由移動和鍛煉，從而促進(jìn)了出生仔豬的發(fā)育。在適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)和鍛煉下，也起到了提高母豬產(chǎn)仔數(shù)和仔豬重量的作用。還有一個重要的好處是ESF 系統(tǒng)可以改善動物行為。每頭母豬的喂養(yǎng)時間分開讓母豬發(fā)展出更加溫順和自然的行為。通過合理的系統(tǒng)布局，母豬可以快速發(fā)現(xiàn)用于飲食，飲水，產(chǎn)仔和排尿或排便的明確區(qū)域，為動物和員工提供更舒適和諧的環(huán)境，更好的空氣流通和更少的噪聲。

1.2 監(jiān)測豬的行為模式

利用RFID 標(biāo)簽可以跟蹤任何豬的行為，并且可以辨別個體的行為模式。如果豬只突然表現(xiàn)出與平常不同的行為，系統(tǒng)就會向生產(chǎn)商發(fā)送“紅色警報”，幫助生產(chǎn)商進(jìn)行個體觀察?？蓹z測母豬發(fā)情時機。母豬發(fā)情要掌握良好時機，某公司開發(fā)了可以監(jiān)控母豬是否發(fā)情的交配站（如圖1）。1 頭公豬站在交配站的洞口后面，佩戴RFID 的母豬如果出現(xiàn)在洞口的另一面，則交配站可以記錄母豬的訪問頻率，如果系統(tǒng)證明該母豬是常規(guī)訪客，則該設(shè)備會自動在該母豬背部進(jìn)行標(biāo)記以表明母豬已做好受精的準(zhǔn)備。

1.3 育肥豬上的應(yīng)用

圖1 交配站局部

大多數(shù)豬場會選擇對母豬進(jìn)行RFID 操作，特別是在具有母豬電子飼喂系統(tǒng)的豬場中，而對于育肥豬，雖然從技術(shù)上而言，可以對豬進(jìn)行個體追蹤，但考慮到成本問題，目前主要還是通過群體監(jiān)測的方式。

如果育肥豬都有相對應(yīng)的RFID進(jìn)行識別，生產(chǎn)商可以將豬群送到屠宰場并進(jìn)行分類，生產(chǎn)商能夠把豬只一個接一個地輸送到站點，在出口處，如果豬只體重超過預(yù)期，則分類門會打開并將豬只送到待屠宰的地方，但如果豬只體重達(dá)不到預(yù)期，則將豬只帶回原來的地方。因此佩戴芯片的豬群可以通過在站點中定期跟蹤他們的體重增長情況，然后通過微控制器將每只動物的重量進(jìn)行歸檔并生成生長曲線。

1.4 豬群管理上的應(yīng)用

對于豬群每個個體的健康管理是比較難以實現(xiàn)的，一般發(fā)現(xiàn)豬生病的時候，豬場已經(jīng)有大約20%的豬只已經(jīng)感染了病毒，如果是通過飲用水治療，需要處理整個欄舍。Pig-insight 這種技術(shù)可用于仔豬和育肥豬的精準(zhǔn)養(yǎng)殖，每頭豬都被其芯片識別，并按照其進(jìn)食曲線飼喂，通過觀察和調(diào)整每頭動物的采食量和飲水量，開發(fā)了連接在料槽前面的秤，可以作為預(yù)防病理學(xué)的個體預(yù)測方法，降低獸醫(yī)成本的同時改善衛(wèi)生條件，從而提高動物的生產(chǎn)成績，每批次更均勻，豬群的肌肉百分比更高，同時還能實現(xiàn)肉類生產(chǎn)過程中的更好的可追溯性[4-6]。

RFID 天線放置在料槽的后面，這個裝置可以同時稱量料槽和動物的重量，即使在動物飲水的時候也能保證準(zhǔn)確的測量。每頭豬都必須佩戴可以被天線檢測到的RFID 芯片，豬群飲水行為信息傳輸?shù)诫娔X上進(jìn)行分析。另外所測量的權(quán)重的“清理”算法允許排除或糾正強烈偏離的值[7]，例如，當(dāng)2 頭仔豬同時存在于工作站內(nèi)或者當(dāng)只有2 個前腿在稱重機上時檢測到動物實測得的數(shù)據(jù)是會被排除的，因此測量的數(shù)據(jù)是非常精確的。

1.5 疫苗接種上的應(yīng)用

跟蹤豬舍數(shù)據(jù)的方法各種各樣，但疫苗接種方面的數(shù)據(jù)目前主要還是通過手工記錄。對于抗生素在豬上濫用的情況也屢禁不止，消費者希望在動物的飲食，生活方式以及疫苗接種，抗生素使用等方面有更多的了解。目前有一個解決這些問題的方案-V-ETIC（圖2），它只需要與低頻RFID 耳標(biāo)進(jìn)行配套使用，通過藍(lán)牙就可以隨時隨地收集，存儲，共享和利用注射信息，可以清楚地記錄哪頭豬注射了什么藥物或疫苗以及劑量，治療的部位以及進(jìn)行操作的工作人員[8-9]。

2 不同國家豬電子耳標(biāo)的使用情況

2.1 美國電子耳標(biāo)的使用情況

美國的種豬在進(jìn)入市場屠宰之前，需要官方的USDA 豬場標(biāo)簽[10]，只有經(jīng)APHIS 批準(zhǔn)的制造商才有權(quán)制造用于美國農(nóng)業(yè)部的國家動物識別系統(tǒng)（NAIS）的官方動物識別裝置，這是作為美國養(yǎng)豬業(yè)的食品安全和可追溯性的組成部分。

在NAIS 中，識別標(biāo)簽和裝置用于在動物疾病暴發(fā)時提供更高水平的動物可追溯性，NAIS 是一個現(xiàn)代化的簡化信息系統(tǒng)，可幫助生產(chǎn)商和動物衛(wèi)生官員快速有效地應(yīng)對美國的動物健康事件，該系統(tǒng)包括三個部分：房屋登記、動物識別和追蹤。到目前為止，全國已有487 670 個場所注冊該系統(tǒng)。

雖然聯(lián)邦政府批準(zhǔn)的豬耳標(biāo)有幾種不同的選擇，但前提是美國農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)的并且必須具備以下關(guān)鍵部件（圖3）：1）每只動物的唯一編號：意味著您購買的每只動物以不同的數(shù)字結(jié)尾，以便每只動物都有一個獨特的標(biāo)記；2）防篡改和永久編號：編號永久印在標(biāo)簽上，它們只能使用一次，不應(yīng)更改或刪除；3）美國盾徽：聯(lián)邦政府批準(zhǔn)的豬耳標(biāo)將擁有美國小徽標(biāo)。

圖2 使用V-ETIC 進(jìn)行豬只疫苗注射

圖3 美國動物耳標(biāo)

美國的ABA/CPS/TP 活動展示中一般會使用840 耳標(biāo)（圖4），840標(biāo)簽符合動物疾病可追溯性（ADT）框架的要求，在聯(lián)邦，州和行業(yè)官員之間的標(biāo)準(zhǔn)化信息系統(tǒng)中得到認(rèn)可，用于視覺和電子識別[11]，還可用于動物健康計劃，運動記錄，營銷計劃，品種登記和遺傳計劃。每個標(biāo)簽包含15 位數(shù)字，以數(shù)字840（美國國家代碼）開頭，剩余的12位數(shù)字對于個體動物是唯一的。840標(biāo)簽有各種形狀，大小和顏色（矩形，圓形按鈕等），但每種標(biāo)簽都是官方ID 的可接受形式，可參考下面的幾種耳標(biāo)款式。根據(jù)標(biāo)簽的大小和形狀，可以在標(biāo)簽的底部打印其他信息，例如動物的附加管理編號或生產(chǎn)者的房屋ID 號。當(dāng)豬只佩帶840 標(biāo)簽時表示豬可以在全國范圍內(nèi)移動。

840 耳標(biāo)種類，包括：1）840矩形耳標(biāo)，底部沒有任何管理編號或房屋ID，這是標(biāo)準(zhǔn)的840 耳標(biāo)布局（圖5 左）。這將是一種可接受的ID 形式，因為每個標(biāo)簽仍然擁有每只動物的唯一的12 位數(shù)字。2）底部印有管理編號的840 耳標(biāo)（圖5右），在這種情況下，標(biāo)簽購買者選擇將額外的數(shù)字添加到底部標(biāo)簽的空白部分以用于管理目的。3）底部印有房屋ID 號的840 耳標(biāo)（圖6 左）。另一種選擇是將您的房屋ID 打印在標(biāo)簽的空白部分。4）圓形840 耳標(biāo)（圖6 右）。

官方的耳標(biāo)不用于ABA/CPS/TP 活動展示的豬只，一般情況下官方的耳標(biāo)不可以移除，用于協(xié)助動物健康機構(gòu)因殘留問題或動物健康問題進(jìn)行動物溯源，官方耳標(biāo)有塑料（圖7 左）和金屬（圖7 右）兩種版本。

通常情況下，所有動物都使用完全相同的顏色，盡管有些農(nóng)場對公豬和母豬使用不同的耳標(biāo)。美國的部分農(nóng)場，每周不同日出生的豬使用不同顏色的耳標(biāo)：白色，紅色，藍(lán)色，紫色，黃色，粉紅色等，通過這種方式，可以快速了解豬只的年齡。

2.2 澳大利亞的耳標(biāo)使用情況

圖4 840 耳標(biāo)

圖5 標(biāo)準(zhǔn)840 耳標(biāo)布局（左）和底部印有管理編號的840 耳標(biāo)（右）

圖6 底部印有房屋ID 號的840 耳標(biāo)（左）和840 圓形耳標(biāo)（右）

圖7 塑料NUES 耳標(biāo)（左）和金屬NUES 耳標(biāo)（右）

在澳大利亞，無論有1 頭什么品種或用途的豬只，都必須在PigPass 系統(tǒng)注冊。所有豬只必須使用國家牲畜識別系統(tǒng)（NLIS）認(rèn)可的耳標(biāo)進(jìn)行識別才能從原產(chǎn)地轉(zhuǎn)移。離開原產(chǎn)地的豬必須在左肩上標(biāo)記，并由該州的地區(qū)政府指定紋身。所有引進(jìn)的豬和來自不明原因的豬都必須在右肩上打上紋身，并將紋身注冊到目前所在的場所。當(dāng)豬被識別出標(biāo)簽并附有運動文件時，它們可以被可靠地追溯到出生地和最后居住地方。豬的接收者必須在動物到達(dá)后48 h 內(nèi)向PigPass數(shù)據(jù)庫（www.pigpass.com.au）報告其出生地、售賣場、展覽場或屠宰場[12]。

澳大利亞之前是通過PigPass系統(tǒng)運營養(yǎng)豬業(yè)，PigPass 系統(tǒng)上包括國家供應(yīng)商聲明運單和報告數(shù)據(jù)庫，用于澳大利亞所有養(yǎng)豬場，農(nóng)場，展覽場和屠宰場。從2018 年2月1 日開始，NLIS 開始在豬上應(yīng)用，仍通過PigPass 系統(tǒng)運營，其后PigPass 數(shù)據(jù)庫自動將所有豬的運動數(shù)據(jù)上傳到NLIS 數(shù)據(jù)庫，而該數(shù)據(jù)庫由州政府用于在緊急情況下追蹤牲畜。生產(chǎn)商選擇使用NLIS認(rèn)可的豬耳標(biāo)，是帶有物業(yè)識別碼（PIC）和NLIS 徽標(biāo)的視覺可讀耳標(biāo)，一旦使用了NLIS 標(biāo)簽，它必須終生留在豬身上而不能被移除。

通過NLIS 系統(tǒng)，可以在以下四方面加強澳大利亞豬肉產(chǎn)品的完整性：在食品安全問題或外來疾病暴發(fā)的情況下實現(xiàn)快速動物識別和可追溯性、加強國內(nèi)和出口消費者對澳大利亞豬肉的信心、保證澳大利亞作為安全優(yōu)質(zhì)豬肉產(chǎn)品生產(chǎn)商的聲譽、更快地追蹤生豬群的疾病控制。

2.3 歐洲的耳標(biāo)使用情況

目前，歐盟法規(guī)未對所有動物進(jìn)行電子耳標(biāo)標(biāo)記，但歐洲健康和消費者委員會關(guān)于動物健康戰(zhàn)略的目標(biāo)是讓所有進(jìn)入食物鏈的牲畜都以電子方式標(biāo)記，包括以下好處：加強消費者保護(hù)、改善疾病預(yù)防、危機管理、加強目前的追蹤系統(tǒng)、減少管理任務(wù)、減少紙張任務(wù)、減少勞動力成本、品牌保護(hù)、主動而非反應(yīng)系統(tǒng)[13]。

歐洲的項目“Pig Affairs”目的在于跟蹤每頭豬從出生到屠宰的記錄（標(biāo)記號碼、出生和疫苗等），所有數(shù)據(jù)都儲存在一張芯片上，該芯片嵌入到市場上可用的標(biāo)準(zhǔn)動物標(biāo)簽中。在世界范圍內(nèi)使用幾種常見頻率（例如LF，HF，UHF），并且根據(jù)應(yīng)用，選擇適當(dāng)?shù)念l率。這是因 為LF，HF 或UHF 有 其 自 身 的優(yōu)點和缺點[14]，見表1。通常，用于牲畜識別和管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)是低頻（LF-134 kHz）。然而，由于UHF 與LF 相比具有優(yōu)勢，養(yǎng)豬行業(yè)開始關(guān)注UHF 技術(shù)。UHF 動物標(biāo)簽具備無線功能和穩(wěn)定性，UHF 頻帶的RFID 可以遠(yuǎn)距離一次性讀取多個標(biāo)簽，UHF 耳標(biāo)的讀取速率超過了預(yù)期（接近100%的讀取速率），讀取距離為2 m（使用2W 讀取器），而LF 讀取距離為20 ～30 cm，因此可將UHF 技術(shù)用于庫存管理、檢品工作、物流追蹤等多種用途。Impinj公司最新的IC 技術(shù)Monza4D 芯片將無源UHF 嵌體嵌入（不可見）標(biāo)準(zhǔn)動物標(biāo)簽中，在高達(dá)220 ℃的溫度下生產(chǎn)并使用[15]。

3 總結(jié)

正在出售或屠宰的豬的鑒定是監(jiān)測疾病和化學(xué)殘留物的重要部分，為了保護(hù)人類健康并保持公眾對豬肉食品的信心，任何疾病，化學(xué)污染或藥物殘留都可以迅速通過識別物追溯到其來源，這樣可以在受污染的產(chǎn)品進(jìn)入流通領(lǐng)域之前糾正問題。因此屠宰時的識別對于這一過程愈來愈重要。而耳標(biāo)識別技術(shù)的提高對于日后更好的滿足消費者對健康、安全食品日益增長的需求起到了極為關(guān)鍵的作用，甚至可以說豬肉食品的聲譽以及生產(chǎn)者的生存能力都取決于可靠的識別。

表1 LF，HF，UHF 和微波技術(shù)的對比