文 / 譙仕彥
中國農(nóng)業(yè)大學(xué),北京 100193
2022 年,我國進(jìn)口糧食14687 萬噸,其中大豆9108 萬噸,飼用8024 萬噸,占比88.1%;谷物5597 萬噸,飼用4547 萬噸,占比81.3%??梢哉f糧食安全的主要壓力在飼料糧,本質(zhì)是大豆。進(jìn)口大豆主要為了供應(yīng)食用油和飼用豆粕,而飼用需求是主要的進(jìn)口源動力。2020 年,國內(nèi)飼用豆粕用量達(dá)到最高,為7000 萬噸,相當(dāng)于近9000 萬噸大豆,比2010 年翻了一番,而同期食用油的消費(fèi)需求是相對穩(wěn)定的,因此大豆進(jìn)口量的大幅增加,主要是豆粕需求拉動。另一方面,隨著我國大豆進(jìn)口量的增加,大幅推高了飼料價(jià)格和養(yǎng)殖成本。有數(shù)據(jù)顯示,豆粕價(jià)格每噸漲100 元,就推高每噸飼料成本15 到20 元。因此,減少豆粕飼用量,既可有效減少大豆進(jìn)口量,保障國家糧食安全,又可降低養(yǎng)殖成本。2023 年4 月,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部適時(shí)印發(fā)《飼用豆粕減量替代三年行動方案》,依靠科技推動養(yǎng)殖業(yè)走“開源增料、提質(zhì)增效”的發(fā)展道路,對保障國家糧食安全和畜牧水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,對畜禽水產(chǎn)品穩(wěn)產(chǎn)保供和國際競爭力將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部畜牧獸醫(yī)局統(tǒng)計(jì),2022 年,我國養(yǎng)殖業(yè)消費(fèi)飼料4.54 億噸,消費(fèi)飼料蛋白質(zhì)8107 萬噸,其中進(jìn)口來源3675 萬噸,占比45.3%。從蛋白飼料的供需情況看,2022 年,我國養(yǎng)殖業(yè)消費(fèi)蛋白質(zhì)飼料1.17 億噸,其中進(jìn)口來源7504萬噸,占比64.1%(表1)。從蛋白原料的種類來看,2022 年,養(yǎng)殖業(yè)消費(fèi)豆粕6580 萬噸,占全部蛋白原料的56.2%,占主導(dǎo)地位,且全部由進(jìn)口大豆提供;菜籽粕、棉籽粕、花生粕、葵花籽粕以及其他來源的油料作物餅粕分別為1160 萬噸、400 萬噸、380 萬噸、330 萬噸和380 萬噸,其中進(jìn)口菜籽粕、葵花籽粕和其他餅粕占比分別為15.9%、71%和33.4%;植物蛋白粉1030 萬噸、干酒精糟740 萬噸,主要為國內(nèi)來源;魚粉290 萬噸,進(jìn)口占比62.8%(表1)。表1 的數(shù)據(jù)清楚表明,我國近一半的飼料蛋白質(zhì)和高達(dá)2/3 的蛋白質(zhì)飼料依靠進(jìn)口,豆粕100%依靠進(jìn)口大豆生產(chǎn)。
表1 2022 年我國蛋白飼料原料消費(fèi)情況
另一方面,隨著我國居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級和城鎮(zhèn)化水平提升,我國肉蛋奶消費(fèi)需求持續(xù)增長,大豆/ 豆粕等飼料糧供給長期短缺。如不采取措施,預(yù)計(jì)到2030 年我國養(yǎng)殖業(yè)飼料消費(fèi)需求總量將比2022 年增加4900 萬噸,其中豆粕新增需求將達(dá)到710 萬噸(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部畜牧獸醫(yī)局測算數(shù)據(jù))。因此,減少飼用豆粕用量勢在必行。
油料作物餅粕類蛋白飼料是養(yǎng)殖業(yè)主要的蛋白質(zhì)來源。2010 年以來,在國家科技計(jì)劃、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部畜牧獸醫(yī)局等的支持下,非豆粕類蛋白飼料原料的營養(yǎng)價(jià)值評定工作取得巨大進(jìn)展,包括菜籽粕、棉籽粕、花生粕、葵花籽粕等各種油料作物餅粕、植物蛋白粉、干酒精糟及其可溶物、魚粉、非魚粉動物蛋白原料等存量蛋白飼料資源的利用水平已經(jīng)比較高,可挖潛的替代豆粕空間很小。從國內(nèi)的情況看,要保障口糧的絕對安全,我們不可能拿出大量的土地來種植生產(chǎn)餅粕的油料作物。從全世界的情況看,全球餅粕類蛋白飼料原料的存量資源非常有限,年產(chǎn)量不到3.5億噸(表2),其中我國消耗量超過1.1 億噸,占全世界產(chǎn)量的三分之一。在2016-2020 年的5 年間,非豆粕類餅粕飼料年均增長不足240 萬噸,很難依靠進(jìn)口非豆粕類餅粕替代豆粕。綜合國內(nèi)外情況,用存量蛋白飼料資源替代豆粕的空間十分有限,因此,減量是實(shí)施飼用豆粕減量替代行動的主體,是我們今后的主要任務(wù)。當(dāng)前,嚴(yán)峻復(fù)雜的國際形勢、不斷增加的地區(qū)沖突、全球氣候變暖等都給蛋白飼料的供應(yīng)增加了極大的不確定性,我們更加需要深刻認(rèn)識豆粕減量的重大意義。
表2 世界餅粕類蛋白飼料原料產(chǎn)量單位:百萬噸
養(yǎng)殖動物通過利用飼料營養(yǎng)物質(zhì)來滿足其自身生長發(fā)育的需求和生產(chǎn)肉蛋奶。豆粕的主要功能是給養(yǎng)殖動物提供氨基酸,現(xiàn)代動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)充分證明,下列飼料營養(yǎng)技術(shù)均能有效減少豆粕用量。
深入研究和應(yīng)用低蛋白日糧是相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)飼用豆粕減量的最大依仗。2018 年,中國飼料工業(yè)協(xié)會發(fā)布了首個(gè)低蛋白日糧團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《仔豬、生長育肥豬配合飼料》。在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部畜牧獸醫(yī)局的推動下,相繼測定了豬和家禽主要飼料原料的凈能值,2020-2021 年,相繼發(fā)布了低蛋白日糧國家推薦標(biāo)準(zhǔn)《仔豬、生長育肥豬配合飼料》《肉雞配合飼料》和《蛋雞配合飼料》。為進(jìn)一步改變養(yǎng)殖行業(yè)依賴豆粕的習(xí)慣,推動低蛋白日糧的應(yīng)用,2022 年,中國飼料工業(yè)協(xié)會相繼發(fā)布了豬、肉雞、蛋雞的低蛋白低豆粕多元化日糧生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn),這些工作使畜禽飼料豆粕平均用量從2017 年的17.9% 下降到2022 年的14.5%,在配合飼料產(chǎn)量增加8400 余萬噸的情況下,飼用豆粕用量從7000 萬噸減少到2022 年的6580 萬噸,有效遏制了大豆進(jìn)口量的持續(xù)增長。
低蛋白日糧技術(shù),是根據(jù)蛋白質(zhì)氨基酸營養(yǎng)平衡理論,在不影響動物生產(chǎn)性能和產(chǎn)品品質(zhì)的條件下,通過添加適宜種類和數(shù)量的工業(yè)氨基酸,降低日糧蛋白質(zhì)水平、減少氮排放的技術(shù)。應(yīng)用和推廣低蛋白日糧技術(shù)需要注意以下幾點(diǎn):
1.使用凈能體系配制低蛋白日糧凈能是采食飼料總能扣除糞能、尿能和熱增耗后,用于動物機(jī)體維持和生產(chǎn)的能量。在早期的關(guān)于豬的低蛋白日糧研究中,屢屢發(fā)現(xiàn)低蛋白日糧使豬變肥。后來的研究發(fā)現(xiàn),這些研究的一個(gè)主要缺陷是簡單地用玉米替代豆粕。多數(shù)生理階段中,玉米消化能或代謝能低于豆粕,但玉米的凈能遠(yuǎn)高于豆粕(表3)。簡單地用玉米替代豆粕使多余的能量沉積為脂肪。后來的研究用凈能體系基本解決了飼喂低蛋白日糧使豬胴體變肥的問題。筆者課題組用9 個(gè)動物試驗(yàn)建立了生長育肥豬的凈能需要量和凈能賴氨酸平衡模式(易學(xué)武,2010)。在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部畜牧獸醫(yī)局的支持下,已經(jīng)測定了白羽肉雞、黃羽肉雞、蛋雞主要飼料原料的凈能值。
表3 玉米和豆粕有效能含量的比較單位:kcal/kg
2.氨基酸平衡氨基酸之間的相互平衡是用好低蛋白日糧的關(guān)鍵技術(shù)之一。筆者課題組對豬不同階段低蛋白質(zhì)日糧條件下蛋白質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化氨基酸需要量開展了近20 年的工作,系統(tǒng)研究了低蛋白日糧對豬生長性能、胴體品質(zhì)、肉品質(zhì)、氮排放、腸道健康的影響以及氨基酸代謝與其他營養(yǎng)物質(zhì)的互作等方面的研究,獲得了比較系統(tǒng)的參數(shù),并進(jìn)行了不同規(guī)模的驗(yàn)證。這些參數(shù)成為制定國家推薦標(biāo)準(zhǔn)《仔豬、生長育肥豬配合飼料》和中國飼料工業(yè)協(xié)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《生豬低蛋白低豆粕多元化日糧生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范》的基本依據(jù)。結(jié)合最近的研究數(shù)據(jù),表4 列出了豬養(yǎng)殖全程各生理階段日糧粗蛋白質(zhì)、凈能和氨基酸的推薦量,供讀者參考。
表4 豬養(yǎng)殖全程低蛋白日糧營養(yǎng)需要量
3.日糧碳氮適配技術(shù)低蛋白日糧使用大量的工業(yè)生產(chǎn)的晶體氨基酸,其吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)速度快于飼料原料中的結(jié)合氨基酸。而動物機(jī)體蛋白質(zhì)的合成需要同步供給葡萄糖和氨基酸。因此,低蛋白日糧的配制需要適配的碳水化合物和蛋白質(zhì)氨基酸組成。筆者課題組對生長豬的研究表明,不同消化速度的淀粉組合配制的低蛋白日糧,對豬的生長性能和日糧氮的沉積效率有顯著影響。當(dāng)日糧中支鏈淀粉與直鏈淀粉的比例為4.88:1 時(shí),生長豬的肌肉組織蛋白質(zhì)合成量最大(圖1)。
圖1 低蛋白日糧中支鏈淀粉與直鏈淀粉比例對生長豬肌肉組織蛋白質(zhì)合成速度的影響(數(shù)據(jù)來源于筆者課題組)
目前,在國家“十四五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持下,針對我國主要畜禽低蛋白日糧存在的問題,開始了低蛋白日糧中碳氮適配調(diào)節(jié)畜禽日糧氮高效利用與沉積的機(jī)制、凈能需要及凈能賴氨酸平衡模式、氨基酸平衡模式優(yōu)化、礦物元素需要及電解質(zhì)平衡模式、小品種氨基酸生物合成等研究工作,這些工作有望在2030 年將主要畜禽日糧蛋白水平從目前的14.9% 降低到12.9%,減少豆粕用量2000 萬噸左右。
人的精準(zhǔn)營養(yǎng)是隨著精準(zhǔn)醫(yī)療的出現(xiàn)而興起的,是通過基因解碼發(fā)現(xiàn)個(gè)體在營養(yǎng)元素吸收利用能力方面的差異,選擇適合自己的營養(yǎng)元素來達(dá)到身體平衡,其目的在于進(jìn)行安全、高效的個(gè)性化營養(yǎng)干預(yù),以維持機(jī)體健康、有效預(yù)防和控制疾病的發(fā)生發(fā)展,以求達(dá)到屬于自己的最佳營養(yǎng)。迄今為止,尚未有對動物的精準(zhǔn)營養(yǎng)的明確定義。筆者理解的動物精準(zhǔn)營養(yǎng)包括飼料營養(yǎng)價(jià)值的精準(zhǔn)評價(jià)、畜禽營養(yǎng)需要量的精準(zhǔn)評估、飼料精細(xì)化加工等,主要目的是實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)平衡,最大程度提高飼料轉(zhuǎn)化效率,滿足動物福利狀態(tài)下的飼料養(yǎng)分最大程度利用和最小的環(huán)境排放。精準(zhǔn)飼喂則是借助數(shù)字技術(shù)和智能裝備減少飼料浪費(fèi)。
2010 年以來,在國家科技計(jì)劃和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的支持下,相繼評價(jià)了70 個(gè)飼料原料的營養(yǎng)價(jià)值,優(yōu)化了豬、家禽、牛、羊等主要畜禽的營養(yǎng)需要量參數(shù),制修訂了其飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。在飼料原料預(yù)處理與飼料精細(xì)化加工方面,通過微生物酶、真菌毒素降解酶對DDGS 等進(jìn)行原位改性增值,蛋白利用率提高5%以上,嘔吐毒素降低50%以上。
當(dāng)前,數(shù)字技術(shù)在養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用得到重視,并與智能裝備相結(jié)合。一些企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)通過構(gòu)建畜禽飼料智能化生產(chǎn)平臺架構(gòu)與數(shù)據(jù)采集技術(shù),研發(fā)了邊緣端數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品-智能網(wǎng)關(guān),大幅度提升畜禽飼料數(shù)字化、智能化生產(chǎn)水平。在精準(zhǔn)飼喂技術(shù)和裝備也取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展,如前端獲得豬群基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(體重、采食量、溫度等)、原料供應(yīng)平臺檢測數(shù)據(jù),細(xì)分個(gè)體(欄位)營養(yǎng)需要(營養(yǎng)濃度+ 飼喂量)、后端匹配專用料塔、料線和精喂儀等方面也取得了一些進(jìn)展。一些企業(yè)提出了具有可操作性生豬養(yǎng)殖全域數(shù)字化節(jié)糧技術(shù)(表5)。
表5 生豬養(yǎng)殖全域數(shù)字化技術(shù)的節(jié)糧效果
精準(zhǔn)營養(yǎng)和飼喂技術(shù)的發(fā)展,有望2030 年使主要畜禽的飼料轉(zhuǎn)化效率較目前提高5%,節(jié)約飼料用量2300 萬噸,按當(dāng)前畜禽飼料平均14.9%的蛋白水平計(jì)算,將節(jié)約豆粕800 萬噸左右。
近年來,反芻動物配合飼料快速增長。利用非蛋白氮是反芻動物的特征,目前研究表明,緩釋尿素是成本低廉、利用效率最高的非蛋白氮。利用緩釋尿素和過瘤胃氨基酸產(chǎn)品替代日糧中的豆粕是完全可行的,可將育肥牛羊飼糧豆粕用量降低50%以上,今后的主要工作是提高緩釋尿素和過瘤胃氨基酸產(chǎn)品的制備水平,建立牛羊低蛋白低(無)豆粕多元化日糧配制技術(shù)體系。
合成生物技術(shù)和轉(zhuǎn)化生物技術(shù)的迅猛發(fā)展,特別是傳統(tǒng)的工農(nóng)業(yè)加工技術(shù)與現(xiàn)代生物工程技術(shù)的融合發(fā)展,給新型蛋白質(zhì)飼料資源開發(fā)展示了令人鼓舞的前景。具有較大應(yīng)用前景的新型蛋白質(zhì)飼料原料主要包括下面5 個(gè)類型:(1) 動物源性蛋白。利用高溫、高壓、酶水解等技術(shù)處理淘汰和病死的農(nóng)業(yè)動物、屠宰動物后的血液、毛皮動物的屠體等,在保證質(zhì)量安全的前提下,可生產(chǎn)大量的動物蛋白。(2) 餐桌剩余物蛋白。綜合應(yīng)用物理和生物技術(shù),年可開發(fā)數(shù)量可觀的餐桌剩余物蛋白。(3) 一碳?xì)怏w合成細(xì)菌菌體蛋白。合成生物技術(shù)的發(fā)展突破了量產(chǎn)細(xì)菌菌體蛋白的技術(shù)瓶頸,主要問題是尾氣、甲烷等一碳?xì)怏w的來源和收集。(4) 酵母蛋白。利用微生物作為底盤菌和廉價(jià)的無機(jī)氮源,將秸稈、酒糟、醋糟、果渣等農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)酵母蛋白。目前,需要突破上述工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物中纖維的低成本降解技術(shù)和酵母菌對糖的利用技術(shù)。(5) 資源性昆蟲蛋白和藻類蛋白。黑水虻、黃粉蟲等資源性昆蟲,以及以微藻為代表的藻類蛋白是有發(fā)展前景的高品質(zhì)飼用蛋白。目前,需要突破資源性昆蟲、微藻的生物育種與快繁技術(shù),以提高其生物量,降低生產(chǎn)成本。
經(jīng)過多年努力,我國畜禽養(yǎng)殖效率已有長足進(jìn)步。但與畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國家相比,仍有很大差距。以豬和蛋雞為例,據(jù)AHDB 數(shù)據(jù),2021 年丹麥全國平均PSY 34 頭,生長育肥豬(30~115 kg)平均日增重1032 g、料重比2.58。如果我國生豬養(yǎng)殖效率能達(dá)到丹麥等歐洲國家的平均水平,至少可以少養(yǎng)1000 萬頭母豬,可節(jié)約飼料1000 萬噸,按照母豬日糧13%的蛋白水平計(jì)算,可減少豆粕用量300 萬噸。我國存欄蛋雞14 億只,平均產(chǎn)蛋量18 公斤,如能達(dá)到美國21 公斤的平均產(chǎn)蛋量,按照目前17% 的蛋白水平計(jì)算,又可減少豆粕用量300 萬噸。近年來,我國在畜禽良種快繁、畜禽繁殖障礙病的防治、養(yǎng)殖環(huán)境控制技術(shù)、種豬繁殖性能的營養(yǎng)調(diào)控和批次化生產(chǎn)、延長蛋雞產(chǎn)蛋高峰期等方面都取得了一定研究成果,加強(qiáng)這些成果的集成應(yīng)用,提高畜禽養(yǎng)殖效率將給豆粕減量提供很大空間。
過去5 年,我國集約化、規(guī)?;B(yǎng)殖發(fā)展迅速,超大規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖發(fā)展速度過快,造成工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物利用率下降、氮磷鉀等養(yǎng)分嚴(yán)重流失和環(huán)境污染,推高了養(yǎng)殖業(yè)對糧食的依賴。以生豬為例,在2013-2022 年的10 年間,我國大規(guī)模、超大規(guī)模生豬養(yǎng)殖量由不足2% 提高到近30%。與2013 年相比,豬肉產(chǎn)量增加了48 萬噸,但工業(yè)飼料消耗增加了5186 萬噸(表6),按糧食占比85% 計(jì)算,多消耗糧食4400 余萬噸。也就是說,大規(guī)模、超大規(guī)模養(yǎng)豬的發(fā)展,用4400 萬噸糧食換回來了48 萬噸豬肉。
表6 2013-2022 年我國生豬生產(chǎn)成績
上世紀(jì)90 年代,歐美等發(fā)達(dá)國家也是在經(jīng)歷了規(guī)?;?、專業(yè)化養(yǎng)殖的過程,90 年代后,他們不得不重新審視規(guī)模化、專業(yè)化畜禽養(yǎng)殖,主要原因是:(1)專業(yè)化、規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖的不斷擴(kuò)大,造成廢棄物產(chǎn)量大且集中,對周圍土壤、水源和空氣產(chǎn)生嚴(yán)重污染;(2)種植業(yè)生產(chǎn)專業(yè)化,作物品種單一,長時(shí)間使用化學(xué)合成農(nóng)藥和化肥,造成土壤板結(jié)、地力下降,同時(shí)污染地下水、河流;(3)農(nóng)作物秸稈量大且集中,難于處理;(4)種養(yǎng)分離導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)廢棄物污染嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
當(dāng)前,歐美等發(fā)達(dá)國家對種養(yǎng)結(jié)合農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的做法主要包括:從國家戰(zhàn)略高度制定綜合養(yǎng)分管理計(jì)劃,健全種養(yǎng)結(jié)合農(nóng)業(yè)專項(xiàng)法律法規(guī);根據(jù)種植資源結(jié)構(gòu)分布,合理布局畜牧產(chǎn)業(yè)空間格局;實(shí)行牧草與作物輪作,提升土壤養(yǎng)分綜合價(jià)值;以種定養(yǎng),限制大規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖,例如,德國規(guī)定每公頃土地的畜禽飼養(yǎng)量為牛9 頭、羊18 只、豬15 頭、雞3000 只、鴨450 只;推動有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展,提高農(nóng)業(yè)附加值。
實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)結(jié)合農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的關(guān)鍵是農(nóng)業(yè)聯(lián)合體(農(nóng)業(yè)合作社)。例如,歐洲模式主要是:產(chǎn)業(yè)聯(lián)合體+ 公司為主的曾祖代GGP 和祖代GP+家庭農(nóng)場300~500 頭母豬PS+ 幾百畝以上土地。發(fā)展適度規(guī)模的種養(yǎng)結(jié)合的家庭牧場對減少豆粕用量、促進(jìn)畜牧業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。歐美等發(fā)達(dá)國家的做法和經(jīng)驗(yàn)值得我國借鑒,他們的種養(yǎng)結(jié)合農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模式是我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)未來主要發(fā)展方向。
綜上所述,審視我國養(yǎng)殖業(yè)從不用豆粕,到依賴豆粕的歷史變遷,有畜牧水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展需求的因素,也有復(fù)雜的國際影響因素。通過飼料營養(yǎng)和飼養(yǎng)科技創(chuàng)新,推動養(yǎng)殖業(yè)走“開源增料、提質(zhì)增效”的發(fā)展道路,加減法并用,完全有希望把豆粕在飼料中的占比降到8%,飼用需求總量就可以控制在4000 萬噸左右,折算成大豆是5000 萬噸左右,相當(dāng)于10 年前的進(jìn)口水平。