“面向未來中國豬業30年發展行動”走訪重點實驗室：拜訪熊本海研究員

本刊編輯/甄夢瑩

近期，活動組來到中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，拜訪該所智慧畜牧業創新團隊首席專家熊本海研究員，深入了解中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所的發展情況，并針對熊本海研究員及其團隊取得的科研成果進行深入解析。

中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所（以下簡稱牧醫所，前身為中國農業科學院畜牧研究所，2006年更名）成立于1957年，隸屬于農業農村部。牧醫所定位為國家級社會公益性畜牧獸醫綜合科技創新研究機構，以畜禽和牧草為主要研究對象，以資源研究和品種培育為基礎，以生物技術為手段，以營養與飼養技術研究為保障，以生產優質安全畜禽產品為目標，開展動物遺傳資源與育種、動物生物技術與繁殖、動物營養與飼料、草業科學、動物醫學和畜產品質量與安全等學科的應用基礎、應用和開發研究，著重解決國家全局性、關鍵性、方向性、基礎性的重大科技問題。

1996年，牧醫所被原農業部評為全國農業科研機構科研開發綜合實力“百強研究所”和“基礎研究十強所”；2006年被中國畜牧獸醫學會評為“感動中國畜牧獸醫科技創新領軍院所”；2011年被科技部授予“十一五”國家科技計劃執行優秀團隊獎；2012年在原農業部組織開展的第四次全國農業科研機構科研綜合能力評估中排名第五，專業、行業排名第一；在中國農科院2016年度研究所評比中，牧醫所人均實力排名第二，發展實力排名第四。

截止2019年5月底，牧醫所擁有中國工程院院士1名，正高級專業技術職稱人員47人，副高級專業技術職稱人員59名，博士生導師44人，碩士生導師94人，現有國家“萬人計劃”人才6人、國家杰出青年科學基金獲得者2人、國家新世紀百千萬人才7人、創新人才推進計劃中青年科技創新領軍人才3人、農業科研杰出人才4人。有畜牧學、獸醫學、草學三個博士一級學科授權點，在全國第四輪學科評估中，牧醫所牽頭組織參評的畜牧學評估結果為A+。

建所以來，牧醫所先后承擔各類項目課題近千項，累計取得獲獎成果130余項，包括國家技術發明和科技進步二等獎的成果21項，省部級獎勵60余項。獲審定品種24個，登記著作權軟件200余個，國家專利授權300余項，其中發明專利100余項，發表學術論文3 600余篇，出版著作近300部。

牧醫所積極促進科研成果轉化，為畜牧企業提供技術服務和支持。先后與多家企業開展了Z型北京鴨、黃羽肉雞、“中苜”系列苜蓿以及優質乳工程等方面的科技合作，促進成果轉化與產業發展。在國家農業科技創新聯盟框架下，牧醫所相繼成立了畜牧、奶業、鴿業三個國家科技創新聯盟，聚合全國畜牧業科研機構、院校、企業等單位及專家開展科技協同創新，為科技成果轉化搭建橋梁，推動現代畜牧業健康穩步發展。

本次活動，我們拜訪了中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所熊本海研究員。熊本海研究員為農學博士，博士生導師，是農業農村部有突出貢獻的中青年專家，現任中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所智慧畜牧業創新團隊首席、農業農村部“中國飼料數據庫情報網中心”主任、中國畜牧獸醫學會信息技術分會理事長、中國農業工程學會畜牧工程分會副理事長、中國農學會計算機農業應用分會副理事長及中國畜牧獸醫學會動物營養學分會常務理事等職。

熊本海研究員主要從事反芻動物營養、畜禽智能裝備、畜牧業物聯網技術以及大數據平臺構建工作，是國家“十三五”重大專項項目負責人，北京市“十三五”重大項目首席科學家。熊本海研究員曾獲國家科技進步獎2項，省部級科技進步獎9項，發表論文200余篇（其中SCI及EI收錄30余篇），主編著作21部，其中專著4部，獲國家出版資金資助出版2部，取得計算機軟件著作權登記150多項，獲得授權專利50余項，其中發明專利8項（均為第1完成人）。

熊本海研究員帶領的智慧畜牧業創新團隊主要研究方向有兩項，一是畜禽精準飼喂理論與機電控制技術研究，針對畜禽的動物信息感知、數據集成處理及環境監測與控制平臺，集成基于畜禽的動態體重預測、環境控制、營養需求動態預測模型等技術，研究滿足畜禽精準飼喂的理論與設備裝備技術，以期滿足畜禽正常生理與生產對精準飼喂的技術需求；從畜禽動物的營養精準喂養方面，研究各自的飼喂設備及其理論，其理論研究內嵌了各種動物的采食量或體重變化與日糧的養分濃度、環境參數的關系模型，同時與環境控制系統結合起來，實現對畜禽動物的體況監測、環境控制與精細化喂養。二是針對奶牛生產中的突出問題，包括由于高精細化日糧廣泛使用造成的亞急性瘤胃酸中毒、甲烷排放嚴重、氮利用效率低下、圍產期能量負平衡等；探討通過營養調控措施，尋找緩解或解決的營養方案，并通過體內外結合研究的方法，從DNA修飾、轉錄、翻譯、翻譯后修飾層面，從器官、組織、細胞、亞細胞角度，揭示其機理和核心調節網絡。

熊本海研究員同時負責農業農村部“中國飼料數據庫情報網中心”的日常運行與管理?！爸袊暳蠑祿烨閳缶W中心”的主要職能是維護在“七五”期間通過國家科技攻關項目“中國飼料數據庫軟件開發（75-05-05-05）”建立的中國飼料數據庫，“中國飼料數據庫情報網中心”每年組織修訂1版“中國飼料成分及營養價值表”并通過行業雜志《中國飼料》發布。中國飼料數據庫起始醞釀于“六五”初期，中國工程院院士張子儀先生為其創始人，中國飼料數據庫的建設和在飼料配方優化技術上的應用是以1983年國務院“電子計算機和大規模集成電路領導小組”下達并由原中國農業科學院畜牧研究所與原北京農業大學畜牧系共同主持“畜禽飼料數據庫及篩選豬、雞最佳飼料配方技術的研究”研究課題(65-3-13)為起點，1986年12月，經原農牧漁業部批準在中國農業科學院成立“中國飼料數據庫情報網中心”。

2020年1月10日，“2019年度國家科學技術獎勵大會”在北京人民大會堂隆重舉行。熊本海研究員帶領團隊完成的“家畜養殖數字化關鍵技術與智能飼喂裝備創制與應用”獲2019年度國家科技進步獎二等獎。本次走訪，活動小組重點對熊本海研究員團隊獲得的國家大獎主要內容進行詳細了解。

我國是世界第一飼料生產與消費大國，2018年飼料總產量達2.28億噸，穩居世界第一位。飼料的充足生產確保了我國世界第一大畜產品生產大國的國際地位，畜產品總量逐年增加，2018年，我國肉蛋奶的產量達1.47億噸，不斷滿足著人民生活水平的提高對動物源性食品的需求。其中，養殖業是帶動農業增效、農民增收及農村繁榮的重要產業。

回望20世紀90年代初，我國飼料工業剛剛起步，飼料營養基礎數據缺乏，飼料配方技術落后，有限的飼料資源得不到合理利用，已有科技數據利用率不足20%；畜禽養殖業規模小、分布散、養殖方式落后等特點致使飼料轉化效率低、例如生豬全程料重比高達3.5:1～4.0:1，環境控制無序，畜禽全程死淘率高達20%以上，畜產品產出率低，反過來加重了飼料安全問題，引發了業界對從飼料安全到畜產品的有效供給的擔憂。因此，建設好中國飼料數據庫等勢在必行。建設好中國飼料數據庫、擴大飼料營養價值的數字化應用、創制智能化飼喂裝備與技術、走設施化養殖之路、逐步改變傳統的粗放的飼養方式才能從根本上提高飼料資源利用率和轉化效率，降低畜禽死淘率，養殖業的發展進入良性循環，才能越來越好。

經過分析，熊本海研究團隊認為，造成上述問題的主要原因：一是缺乏家畜飼料與營養數字化的理論與動態模型；二是缺乏畜禽精準飼喂的物聯網技術與裝備；三是缺乏養殖過程的數字化管理規范及數字化分析與控制平臺。熊本海研究團隊通過近30年的理論、技術和產品創新，致力于解決上述幾個問題，取得了可喜的成果。

全面創新發展了中國飼料數據庫

隨著我國畜禽養殖體量的不斷擴大，我國飼料數量安全及質量問題不斷凸顯，進口原糧量（其中主要用于飼料用糧）屢創新高，如何科學合理利用包括非糧飼料資源等一切可以利用的資源是緩解飼料資源緊張的主要技術途徑。30年來，熊本海研究員的團隊長期收集、整理、補測補遺、標引及入庫不斷出現的新的飼料原料的養分數據，分類構建了涉及731項屬性數據的79個核心數據集，建成了標準化的“中國飼料樣本數據庫”及“中國飼料實體數據庫”，網絡化貯存管理5 971種飼料實體及62萬套以上不同年代及種次的、具有飼料描述及屬性數據的飼料原料樣本；結合飼料原料營養成分大樣本分析數據，構建了352套單一及分類飼料原料的有效養分預測模型，包括105種單一飼料總能（GE）、35套消化能（DE）、33套代謝能（ME）、45套凈能（NE）及其他132套養分預測模型。通過對預測模型的長期驗證與廣泛應用，預測精度高達93%以上，每年節省飼料養分檢測費用達1 200萬元以上，全面實現了飼料樣本數據的升值應用。從1990年開始，通過《中國飼料》雜志、“中國飼料數據庫”“國家動物科學數據共享分中心”2個門戶網站，代表行業連續30年每年唯一發布了《中國飼料成分及營養價值表》，為我國3 700余家大中型飼料加工企業及養殖企業設計飼料配方解決了基礎性數據支撐問題。該項目執行30年來，建成了世界上飼料種類最豐富、數據產生最規范、數據類型最完整、數據貯存量最大、數據更新與發布時間最長的具有全、新、穩、準的國家級行業基礎性數據庫，《中國飼料數據庫》的建設與運行，全面支撐了我國飼料工業及養殖業的長期發展。

實現了家畜電子標識國產化

突破關鍵技術，實現了電子芯片國產化及標簽產業化的重大突破，實現了畜牧智能制造走出去的夢想。項目研究團隊瞄準國際同類技術的發展態勢，甩掉跟蹤，彎道超車，率先采用世界最先進的0.18μm芯片工藝技術，實現了在8 inch的硅晶片面積上生產出40 000枚RFID芯片的突破，芯片成本降低60%；芯片應答工作電流（700 nA）比進口低30%，應答靈敏度提高10%，促進了該產品和技術在養殖領域的廣泛應用；基于自主芯片研制的家畜標簽（工作頻率134.2 kHz）通過ISO11785:1996（E）驗證和國家電子檢測中心（NCTC）8項指標檢驗，如空氣介質識讀距離（≥20 cm）、拉伸斷裂力等符合質量要求，實現產業化生產的各種標簽成本是進口同類產品的1/5～1/8。研發的閱讀器符合ISO11784（編碼規則）及ISO11785（數據傳輸接口）標準，并全部通過國際動物編碼協會（ICAR）的ISO24631-1及ISO24631-3的性能檢測及認證；創制的多種外掛式、注射式無源電子標簽及閱讀器，均獲得江蘇省高新技術產品認證。創制的22個種類已全面產業化，為家畜養殖的數字化監控提供必要的技術。

開啟了我國家畜智能飼喂設備的國產化制造

針對我國智能養殖設備空白及養殖人員勞動率低下的困境，熊本海研究員團隊近20年來從解剖國際上的VLOES、TEAM等智能飼喂設備入手，不斷探索，反復調試與更新思路，結合機電控制及傳感器技術、采食量動態模型及采食行為特性，創制了主要家畜精準飼喂控制技術、智能飼喂設備及配套關鍵裝備等共47種代次，基本填補了我國家畜智能飼喂領域的技術與設備空白。創制了7大核心智能飼喂設備，包括第2代種豬性能測定站、第4代及第5代母豬電子飼喂站、第2代產床母豬個體飼喂站、第3代保育豬粥料飼喂器、第2代育肥豬飼喂站及第2代奶牛個體精準飼喂站，7大核心智能飼喂設備均通過國家認證檢驗檢測委員會的檢測，并實現了國產化及推廣應用

成果效果顯著，全面推動行業的科技進步

熊本海研究團隊于1990年開始接觸并于1995年開始逐步推廣應用飼料數據庫及配方技術、智能裝備、標識產品等，覆蓋除澳門外的全國33個省市特區，包括飼料行業前十位在內的3 700余家企業；團隊核心標識產品出口至5大洲94個國家，成為我國少有的進入國際市場的家畜標識產品，成果應用可綜合提高飼料轉化率8%～15%、降低死淘率10%以上、減少勞動力成本30%以上、提高畜產品增值15%～50%；培育出2家高新技術企業，并進一步增強了項目實施單位-溫氏食品集團股份有限公司及北京大北農集團有限公司在行業的旗艦地位。經中國農業科學院農業經濟研究所評估：該項目成果從1995年到2018年已經累計新增產值1 275.09億元，累計新增利稅94.55億元。

結語

30年的積累與潛心研究讓熊本海研究員及其團隊收獲了豐碩的科技成果，也進一步推動了我國智慧畜牧業的發展。為了系統將團隊的研究成果進行梳理及啟迪行業人士，熊本海研究員已接受“面向未來中國豬業30年發展行動”活動組邀請，正式成為《人工智能與智能養豬》專著主編。據介紹，《人工智能與智能養豬》專著的主要內容有人工智能技術、養豬的環境控制技術、精準飼喂技術與裝備、豬場數字化管理與大數據平臺技術、豬肉質量全程溯源技術等，專著中也會介紹人工智能養豬的國內外研究進展、理論與實用案例，圖文并茂，并通過掃描二維碼觀看視頻等形式介紹人工智能與智能養豬方面最前沿內容。相信《人工智能與智能養豬》專著成書之日定會為智慧養豬業的發展提供思路。

“面向未來中國豬業30年發展行動”目前正火熱進行中，希望行業人士繼續關注，共同參與，共鑄未來30年中國豬業的繁榮發展。