智慧養殖管理模式在養豬生產中的應用（下）

石芳權 ，王 輝 ，羅清堯 ，張 帆 ，熊本海 ＊

（1.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，動物營養學國家重點實驗室，北京 100193；2.甘肅省西和縣畜牧獸醫站，甘肅西和 742100）

（上接2021年第9期主題策劃第37頁）

5 智慧養豬管理模式

5.1 飼養方式與智慧養豬模式

智慧養豬模式并不是獨立于現有的養豬模式之上存在的，在養豬科學規律、建筑結構及生物安全等要求形成的養豬模式基礎上，需要融合智慧化的理念與技術，才形成所謂的智慧養殖模式。因此，需要事先了解不同豬群或個體的類型及其在不同生長、生理階段的養殖模式。現有養豬模式有很多種分法，按飼養類別可分為全程飼養式、生產仔豬式（母豬飼養）、育肥豬飼養式和種豬飼養式；按養豬數量分大、中、小型規模養豬場和養殖小區、散養戶；按母豬活動空間可分集約化飼養、半集約化飼養和散養等。目前，國內規模化養殖模式主要有以下幾種：

5.1.1單欄飼養模式

單欄飼養模式，即“一欄一畜”，種公豬單欄飼養模式最為廣泛，單列豬舍通常設運動場，以增加公豬活動量，雙列公豬舍無運動場，需要適當增加圈欄面積，建議標準為9.0～12.0 m2/頭[19]，可配備自動保暖、降溫、采光等智能監測設備。哺乳母豬產床單欄智能飼喂模式，以Nedap等智能化母豬飼喂為例，可以實現自動飼喂、準確配料及下料、智能化監測和采食數據采集與數據共享等，欄位配置識別器和自動供料系統，并與上位端控制系統相連，中央處理器對采食、產仔數據分析處理，并能生成個體飼喂曲線，成為智能控制和溯源依據。這種模式的優勢是工作量少，同時能提高哺乳母豬的采食量，既照顧了母豬的健康體況，也兼顧了動物福利[29]；缺點是飼養設備造價較高，空間資源利用率較低，不適宜大規模化的養殖。

5.1.2限位欄飼養模式

個體限位欄飼養系統（Individual stall system）主要用于妊娠母豬的飼養，又稱定位欄飼喂，限位欄規格一般長2.2 m，寬0.6 m，其主要特點是“集中、密集、節約且低成本”，方便轉群，這種飼養模式于20世紀80年代興起的工廠化養豬法，欄位利用率高，可以配備智能監測與調控設備，雖然工廠化水平較高，但實行大規模養殖成本也不低，而且又限制了母豬的自由和活動空間、飼養環境惡劣，對豬的發病與繁殖性能有一定影響，在強調動物福利的背景下，這種工藝也逐漸被其他飼養模式取代[19,30]。

5.1.3分欄群養模式

斷奶仔豬最普遍的飼養模式，工藝和舍飼簡單，規模較大的豬場采用分群散養方式，每個豬群40～80頭左右，面積為18.68～36.32 m2左右[31]；該飼養工藝中可設置仔豬智能飼喂器、供水設備及暖床、清潔、消毒、玩具等設施，同時照顧了仔豬福利，符合智慧養殖工藝要求。育肥豬飼養根據其體重大小歸類分欄，豬群規模20～40頭，每頭占地面積0.6～1.0 m2；為了節約投資，根據群體規模大小估算豬舍、圈欄面積，確保豬群采食、躺臥、排泄、活動等需要[19]。這種飼養模式的優點是大群飼養資源浪費少、密度高、投資較小，采用3S、AI等技術可實現環控與智能化管理；缺點是機械化程度低、不利于個體監測，只能確定總的飼料使用量，無法精準計算每頭豬的采食量。

5.1.4微生物發酵床養殖模式

微生物發酵床是利用有益微生物作用，將豬的墊料（秸稈、鋸末屑等）中的糞、尿進行降解或轉化，實現污染物“零排放”，其分為接觸式和非接觸式兩種發酵方式，異位發酵床是應用最廣的非接觸式發酵床，在舍外建設發酵池，在智能化環境監測、豬只行為監控和精準飼喂模式下，同時將豬生長空間與糞尿發酵分開，利用智能發酵處理控制系統，調控自動翻耙翻堆來加速好氧發酵，進行糞污資源化利用處理[32]；在整個養豬過程是一個閉循環，飼料消化、代謝最終轉化成為有機肥料，既有利于環保，又促進資源再利用。優點是降低了糞污處理量，環保、無臭味、零排放，又增強了豬只免疫力、提高了飼料轉化效率，但這種環境容易滋生細菌和寄生蟲，不利于動物疾病的控制。

5.1.5智能化母豬群養模式

即所謂的電子飼喂站（Electronic Sow Feeding，ESF），分為動態飼養模式和靜態飼養模式兩種系統，動態飼養模式如荷蘭NeDaP公司生產的Velos系統飼喂站，每個ESF飼喂50頭母豬，可同時飼喂各個階段的母豬，因此需要配置自動分離和發情檢測裝備；靜態飼養模式如加拿大JYGA公司生產的Gestal 3G系統飼喂站、成都肇元公司研發的飼喂站（圖1），其設備簡化，維護方便，主要用于飼喂懷孕母豬，根據其規模設置ESF，每個ESF飼喂16～22頭，可以實現整群全進全出生產，飼養管理更方便[33]。ESF采用RFID技術完成母豬身份識別，使用機械門控隔離母豬，利用AI、動態模型及大數據等技術實現母豬的精準飼喂，并根據不同類型制定自動或個性化的管理飼喂曲線，所有功能可通過手機APP、下位機現場控制面板或上位機PC端口遠程控制與設置。當母豬采食時，經采食槽附件的識別器感應，飼喂裝備入口的傳感器觸動電機控制翻轉門，給母豬一個暫時的封閉環境，并根據數據庫信息判斷投料，采食完成后可等待下1頭豬[7]。這種模式具有智能化程度高、豬生產性能高、發病率低，投料精準且利用率高，有較好的飼養記錄和動物福利多方面優勢，適合于工業化水平較高的大規模養殖場。

圖1 成都肇元公司研發的電子飼喂站

5.1.6多層樓房智能化養豬模式

自樓房養豬概念被提出后，四川天兆豬業、廣西揚翔、溫氏集團、北京首農集團先后不斷推廣應用，并在設施、設計等方面得以完善，解決了豬舍布局、物料流通、空氣流通、豬只流通、水源流通、廢物流通等方面的諸多問題[34]。集群式“高層鐵桶”樓房智能化養豬模式是廣西揚翔股份有限公司創新探索出來的一種安全可靠的養殖模式，其整合了養豬產業與互聯網優勢資源，基于AI、區塊鏈等前沿技術應用而構建，設有生產區、隔離區、污水處理區等，配套豬舍供熱、空氣過濾、通風等系統，打造出了“鐵桶”一般嚴密的生物安全環境，這一模式已經被眾多企業所借鑒[35]。多層樓房養豬是畜牧業工廠化的標志，其有效節約了土地資源、提升了養殖規模和智能管理能力，提高了動物福利水平、生物安全度和養殖生產效率[36]，隨著5G時代的到來，樓房養豬的現代化、數字化、智能化應用會更加普遍，并成為大型規模養豬場的主流養殖模式之一。

5.1.7“無人值守”豬場養殖模式

“無人值守”豬場養殖模式，采用物聯網（IoT）、大數據、云計算等多樣化技術研發機器人(Robot)、無人機（UAV）替代人工開展多項工作，實現養殖設備控制和智能管理、自我決策、個性化的服務[23]。采用3S、計算機視覺分析等技術獲得動物的位置信息并定位、導航、行為識別和無線傳輸，采用AI技術智能分析和操控機器人或無人機進行自動作業。無人牧場散養是一種基于AI下的生態養殖模式，將荒山、荒地或果園、草地等資源利用起來，作為自由散養區域，在管理過程中無人農場的管理業務均由設備獨立完成，管理者可從智能手機、移動設備監控來實現精確管理以實現無人值守牧場的安全運行[23]；這種模式多應用于牛羊草食畜牧場，隨著物聯網、智能化的發展，“無人值守”養殖模式將會迅速發展，無人豬場散養也成為一種新的發展方向，特別適合于地方品種豬、較小規模的飼養，為低碳、環保、生態型養豬模式。

5.2 共性智能管理技術方案

不同的養殖模式對養豬規模和不同階段的豬的飼喂效果不同，但整個養殖過程具有共性的管理方式和智能化技術方案，主要包括環境監測及智能化調控、豬只健康行為狀況的監測、營養水平與精準飼喂三個方面內容。

5.2.1環境監測與智能調控

影響豬只生長環境的因素很多，如溫濕度、氨氣、光照、噪聲、粉塵等，其中最重要的因素是溫濕度和舍內有害氣體。運用IoT技術對各項因素進行感知、定位、監控，同時運用以無線Wi-Fi、5G等網絡技術將養殖舍環境參數傳輸到云端軟件管理平臺，利用AI技術通過遠程操控方式對養殖舍環境信息的實時監測與預警，能夠在最短時間內對這些因素進行計算分析，并根據設定的參數自動調節和控制相應的噴淋、風機、加熱器等設備，實現對畜禽舍環境進行智能調控，保持圈舍環境最佳狀態[37]。同時，這個過程信息可以非常方便地顯示在管理者電腦、手機等監測設備終端。如圖2。豬在特定環境下進行修養生息，既能滿足動物的福利及健康，也能提高豬的養分轉化率[19]。關鍵性技術就是測定指標的各種傳感器和操作系統的軟硬件的研發，對獲取到的監測數據快速有效地進行應答，如抗干擾而高檢測精度的有害氣體、粉塵、微生物等特定物質傳感器的研發；為消除溫度與濕度的耦合效應，進一步開發穩定的溫濕度控制系統，尋求適宜的生長環境。

圖2 豬舍環境監測及智能控制模式

5.2.2豬只健康行為狀況的智能監測

通過RFID、計算機視覺、3S和“5G+機器人”等技術手段對豬只個體識別和行為識別，達到精準養殖管理和健康狀況的監測，實現生產過程的動態監管和圖片影像診斷、可視屏遠程診療，確保生豬養殖健康高效。特別是Robot、UAV的投入使用，對豬只身體狀況進行實時監測，對其行為進行智能巡檢，如開展采食、體溫、體重、排泄、發情、活動量及強度等進行監測與調控，為每頭豬創建一個檔案，針對性地進行監測和記錄這些數據，結合豬只個體信息、行為特征識別、特征分析等手段，對豬飼喂、轉群和防疫、診療等提供依據，對母豬發情、母豬分娩進行判斷和預測，來調控分娩及生長環境，提高豬的生產效率與繁殖性能。如圖3。豬只健康行為智能化監測的核心是大數據和云計算技術，因為需要實時獲得多次豬只的個體的位置、行為及健康等信息數據，需要對這些采集到的信息數據進行分析和挖掘，同時還要提取數據庫里面相關的信息（如品種、飼料營養與標準等）。

動物健康和福利對于智慧養殖來說意義重大，關乎未來畜牧業的發展與可持續性，也直接影響著畜產品品質；智慧養殖過程要保證動物營養科學、行為特征健康，確保動物擁有一個舒適的飼養環境和飽滿的精神狀態。Mellor[38]在前人研究的基礎上更詳細描述了動物福利，并提出圍繞營養、環境、健康、行為、精神狀態五個方面評估動物福利，行為是動物健康和福利狀況的重要指標，反映了動物對周圍環境的舒適度，可通過各種傳感器、音視頻等設備來監測、識別、判斷動物的姿勢、運動和精神狀態，進而判斷其健康狀況。在養豬場，視頻、紅外攝像、定位信息采集、豬臉識別等技術用于生豬健康和行為監測上，非接觸式采集信息及智能化數據分析挖掘已取得良好的效果[39-40]；采用音頻技術監測豬在異常時所發出的異常聲音（如呼吸、咳嗽等），通過對信號提取、預處理、識別分析，監測生理健康狀況[41]。

5.2.3精準營養與智能飼喂控制

精準畜禽養殖（Precision Livestock Farming，PLF）是利用現代信息技術通過監測動物的真實情況，從而優化動物飼養過程，實現對畜禽個體精準管理。PLF通過機器學習（Machine Learning，ML）、數據分析和控制，促進了畜禽環境監測、精準飼喂、健康狀況識別、疾病診斷等自動化，減少了人工觀察和管理時間，有利于動物健康和福利[42]。對于豬只飼養群體，建立一個全自動飼喂與智能配料系統，須包含智能識別、稱重、運動等信息的采集及其數據傳輸和智能控制（如營養調配、精準飼喂、自動分群和飼料余量監測等），也包括營養專家構建與豬品種、養豬模式、飼料源等相關的數據庫及其采食動態模型等。

精準飼喂是參照豬的理論養分量，通過合理的喂量與飼喂制度，盡可能使實際飼喂與理論相一致，目的是促進采食量最大化，既要保證不同豬只采食的均勻化，又要實時精準供料，減少飼料的浪費，最終獲得理想的生長或增重、最佳飼料報酬和最大利潤。精準飼喂是以智能供料設備為基礎，以軟件控制系統為核心，并在特定的大數據模型條件下實行精準營養，首先是各種傳感器提供感知信息，其次通過對數據運算、處理和控制飼喂器的電機進行工作，實現基于個體的精準飼喂、精準配方及飼喂績效分析，最后是多臺飼喂器為自動控制終端，來達到對生豬的營養、生長、繁育等數據智能化管理及精確監測。

5.3 智慧化市場營銷體系

在生豬產業鏈中，飼料生產商、養豬企業、生豬屠宰場、畜產品營銷部門之間的聯系必不可少，隨著我國信息技術的進步和社會的發展，有力地促進了智慧畜牧業快速、健康發展進程，使得養豬產業與流通高效耦合，有效帶動第三產業的發展。畜產品銷售一方面轉化了養殖企業經濟的收益，一方面滿足了人們對肉品的需求、促進了社會穩定。豬聯網4.0的發展，將豬業相關的資源連接起來，利用大數據功能對區域豬價、價格指數、飼養周期等進行準確的分析，促進了在互聯網時代數字化銷售體系較快發展，特別是隨著人工智能、5G 時代的到來，傳統的銷售體系已經顯得有點落伍了[10,43]。未來“智慧畜牧業”的發展利用互聯網、大數據、區塊鏈和人工智能等現代技術作為支撐，建立生產端與市場端的數字連接，與銷售業務、財務、信息融為一體，形成高效、便捷、安全、環保的網格化營銷模式，創建多功能網絡銷售平臺、數字化管理平臺、物流配送平臺、經銷管理平臺，反推畜產品向綠色、環保和高質量方向發展，進一步促進物流營銷體系升級，增強國內外市場競爭力。

5.4 豬肉質量安全與全程可追溯體系

溯源能夠對產品進行不定向的追蹤管理，國家也先后出了許多文件強調畜產品的“可追溯性”；現有的溯源技術分標簽和系統集成兩類，標簽類包括條形碼、二維碼、芯片標識等，系統集成類指企業、第三方或政府構建的溯源平臺[44]。區塊鏈技術在智慧農業中應用最廣泛的是農產品供應鏈管理中的質量安全和可追溯功能，這是提高產品質量和打擊非法產品生產最有效措施，也是保障消費者權益最有效的方法，因為所有產品來源、運輸、交易及消費環節都可全程跟蹤，其產品生產、安全、權限和安全相關記錄在內的電子證書都存儲在日志文件，同時為農業主管、市場監管部門的管理提供方便、透明的追查問責制，為整個社會和農業創造了巨大的價值。動物佩戴的電子耳標將其品種、年齡以及健康等信息予以記錄，并實現共享，將數據上傳到追溯中心數據庫，與屠宰加工、物流配送、商務與供銷信息接聯，消費者可利用智能手機APP通過二維碼或條碼等標識對生豬及其產品生產流通過程進行全程跟蹤，如圖4。

6 小結

智慧畜牧業利用物聯網聯結各種現代技術，開啟畜禽智能化管理模式，不僅在替代勞動力的情況下提高了養殖生產效率，還能為畜禽提供良好的飼養環境和最佳的營養水平，促進動物健康成長，減少動物應激，增進動物福利。同時，在大數據、云計算、5G、區塊鏈等技術優勢下，一方面利用網絡技術，拓寬了產品銷售渠道與營銷手段，一方面實現養殖信息查詢、服務，實現了資源共享，奠定了溯源基礎，促進畜產品質量安全。因此，對于規模化養殖來說，雖然養殖量與方式各有差異，但智慧養殖管理模式意義更為重大，需要我們搶抓機遇，提升畜牧業整體水平，才能達到與時俱進的效果。但是隨著社會的發展和新技術的應用，可能面臨許多現實的問題，需要進一步在模式設計、布局以及智能設備軟硬件研發、人才培育等方面不斷完善與改進。