生長育肥豬精準營養供給技術及智能化養殖設備研究進展

摘 要：

我國大多數集約化與規模化生豬養殖場存在著養殖密度過高、飼料利用率低、養殖成本居高不下以及環境污染等諸多問題。生豬精準營養供給是解決上述問題的關鍵。根據生長育肥豬的性別、營養需要、生理狀態和生產要求等特征，制定個性化飼養方案，從而顯著改善豬的生長性能，提高飼料利用率，降低養殖成本，減輕環境污染，有助于推動養豬業的可持續發展。本文對生長育肥豬精準營養供給研究進展進行歸納，主要從動態營養需要體系、營養精準供給方式和智能化設備等方面進行闡述。同時本研究也對今后的研究趨勢做出展望，旨在為生長育肥豬營養精準供給的研究提供參考依據。

關鍵詞：

生長育肥豬；營養需要；精準營養供給；智能設備

中圖分類號：S828.5；S817.3

文獻標志碼：A """"文章編號： 0366-6964（2025）02-0501-12

收稿日期：2024-04-07

基金項目：國家重點研發計劃項目（2021YFD1300403）；湖南省青年科技人才項目（2022RC1032）；云南省重大科技專項（202202AE090032）；國家現代農業產業技術體系（CARS-35）；湖南省教育廳優秀青年基金項目（22B0206）

作者簡介：潘俊毅（1999-），男，江蘇淮安人，碩士生，主要從事動物營養與飼料科學研究，E-mail： pjy0319@163.com

*通信作者：陳家順，主要從事飼料資源開發及利用研究，E-mail：jschen@hunau.edu.cn

Research Progress on Precise Nutrition Supply Technology and Intelligent Farming Equipment for Growing-Finishing Pigs

PAN" Junyi1，2， WU" Qingyao2，3， TAN" Bi’e1， GUO" Qiuping2， HUANG" Ruilin2， CHEN" Jiashun1，4*

（1.Animal Nutrition Genome and Germplasm Enhancement Research Center， College of Animal Science and Technology， Hunan Agricultural University， Changsha 410128，" China;

2.Hunan Key Laboratory of Animal Nutritional Physiology and Metabolic Processes， Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Subtropical Region of Chinese Academy of Sciences，Institute of Subtropical Agro-ecology， Chinese Academy of Sciences， Changsha 410125，" China;

3.College of Animal Science and Technology， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070，" China;

4.Yucheng Bao Likang Biological Feed Company Limited， Dezhou 251200，" China）

Abstract：

This article summarizes the research progress in precise nutritional supply for growing-finishing pigs in China， where most intensive and large-scale pig farms encounter issues such as excessive breeding density， low feed utilization efficiency， high breeding costs， and environmental pollution. The key to addressing these challenges lies in the precise nutritional supply for pigs. By developing individualized feeding plans based on the characteristics of pigs， including gender， dietary needs， physiological status， and production requirements， can significantly improve pig growth performance， enhance feed utilization efficiency， reduce breeding costs， and mitigate environmental pollution. This approach is conducive to promoting the sustainable development of the pig farming industry. The article summarizes the research progress in precise nutrition supply of growing-finishing pigs， mainly elaborates on the dynamic nutritional requirement system， precise nutritional supply methods， and intelligent equipment. Additionally， it forecasts future research trends， aiming to provide a reference for the research on precise nutritional supply for growing-finishing pigs.

Key words：

growing-finishing pigs; nutrition requirements; precise nutrition supply; intelligent equipment

*Corresponding author： CHEN Jiashun，E-mail：jschen@hunau.edu.cn

隨著現代化養豬產業的發展，如何降低養豬成本和提高經濟效益成為一直困擾生豬養殖業的問題，而精準營養被認為是解決上述難題的重要途徑之一。精準營養，又稱為精準飼養，是一種根據動物在群體中的年齡、體重和生產潛能等多個方面的差異，依據每個動物獨特的營養需要，在適當的時機為其提供適量的飼料成分和數量的飼養方式［1］。通過個性化飼養，可顯著提高豬只的生長性能和肉品質，減少飼料浪費和營養物質排放，降低養殖成本，對環境保護等方面具有重要意義。為了實施精準營養供給技術，必須深入了解并研究豬只的生長發育規律、營養需要以及飼料中的營養成分，以便在制定精準飼料配方時能夠準確地滿足豬只在各個生長階段的營養需要。此外精準營養的實施離不開各種智能化設備的支持，這些設備包括豬個體識別、智能稱重、精準飼喂、胴體及肉品分級鑒定、智能環境監測及調控和智能疾病檢測等。本文旨在探討近年來國內外生長肥育豬精準營養供給及智能化養殖設備研究進展，以期為生長育肥豬精準營養供給的研究與應用提供有益的參考。

1 生長育肥豬動態營養需要研究

當前，國際上常用的豬飼養標準主要包括美國NRC（2012年）、丹麥營養需求標準（2016年）、巴西禽豬飼料表（2017年）和中國《豬營養需要量》（GB/T 39235—2020）等。然而，這些飼養標準所提供的數據僅表示特定生理階段下群體需求量的平均值，呈現出靜態特征，無法全面反映豬的營養需要量受到具體生理狀態、營養條件、環境條件、管理水平和疾病等因素的影響。此外，為了實現整個群體的最佳生長性能，往往將需要量最高的豬只的營養需要作為整個群體的營養需要，然而，這種做法導致了大部分豬只獲得的營養物質過量，從而使得營養物質的利用效率降低。因此，豬營養需要研究的一個重要發展方向是通過建立模型來實現動態營養需要的評估。目前，評估生長育肥豬營養需要的常用方法包括綜合法和析因法。綜合法通過設置不同的營養濃度梯度進行飼喂試驗，測定豬的生長或代謝指標，并利用線性模型、二次曲線模型、折線模型等方法，建立豬的營養需要量與生長性能指標或繁殖性能指標之間的關系，從而構建動態的經驗模型來評估豬的營養需要量［2］。通過建立經驗模型，可以根據不同營養水平對豬的生長性能或繁殖性能的影響進行預測和優化。然而，綜合法的局限性在于它無法揭示自變量與因變量之間的內在生理生化機制及變化規律。這種模型被稱為黑箱模型，僅在特定環境條件下具有代表性，難以進行廣泛推廣應用。此外，綜合法所依據的試驗條件和結果可能受到環境、管理和飼養方式等因素的影響，限制了其在實際生產中的應用。因此，為了更好地理解豬的營養需要，應結合析因法來研究營養物質對豬體內代謝過程的調控機制。析因法是一種從動物維持和增重的角度出發，將動物的營養需要量分解為不同部分的方法，針對豬的不同需要（包括維持、增重、妊娠、泌乳等需要）進行定量分析［3］。析因法可以揭示自變量與因變量之間的內在關系，并為制定更精確和個體化的飼養策略提供科學依據。綜合利用綜合法和析因法的優勢，可以更全面地研究豬的營養需要［4］。

1.1 營養需要體系

生長育肥豬營養需要體系是指為了滿足生長育肥豬在不同生長階段所需的營養素而設計的營養配方和飼養管理計劃。影響動態營養需要的因素主要有遺傳因素、生長階段、生理狀態、應激狀態、豬舍設施、豬肉品質差異化、市場調控以及生態發展導向等。該體系包括能量、蛋白質、維生素、礦物質等各種營養素的配比和供應方式，以及適當的飼養管理措施，其中能量、粗蛋白質和標準回腸可消化賴氨酸與凈能比（賴能比）是影響生長育肥豬生產性能最關鍵的營養因素。

1.1.1 能量

能量成本是飼料配方中的首要考慮因素，其在飼料成本中所占比例約為60%～70%。目前，全球主要采用的豬飼料能量評估體系包括消化能（DE）、代謝能（ME）和凈能（NE）體系。由于DE和ME的評估方法只需要通過對動物進行特定飼料處理的消化代謝試驗進行直接測定，并且國內外的數據庫已經積累了大量關于原料的DE和ME數據，因此，在豬飼料配方中廣泛使用DE和ME能量體系［2］。與DE和ME體系相比，NE的測定方法更為復雜，但可以通過間接測熱法或比較屠宰法在生豬上進行測量。研究表明，NE體系是對動物實際能量可利用性進行最精確評估的方法［5］。凈能能夠準確反映養分能量在動物體內的利用過程，從而確保滿足動物的能量需要，且不受飼料種類和日糧類型的限制，可以降低日糧的DE、ME、CP水平以及飼料成本［6］。

動物具有“為能而食”的本能。豬日糧能量水平直接影響生產性能［7］。適當提高日糧消化能水平可改善飼料利用率。研究表明，通過將椰子油替代玉米淀粉配制高消化能水平日糧，能顯著降低生長育肥豬的平均日采食量和飼料增重比［8］。然而，在熱帶地區，65～100 kg階段的育肥豬，當飼糧消化能水平為13.60 MJ·kg－1時表現出最佳的綜合生產效益，平均日增重達647.38 g·d－1。在這個階段，飼料的能量水平不宜過高，否則會導致飼料浪費［9］。此外，研究顯示，當70 kg生長育肥豬的日糧蛋白質水平下降4個百分點，且消化能水平從14.26 MJ·kg－1降低到13.52 MJ·kg－1時，豬的日增重增加89 g·d－1，表明低蛋白日糧可以提高能量的利用效率［10］。豬的能量需要量隨著生長階段和生理變化及環境而發生改變，預測不同階段豬的精準營養需要，并對豬供給精準的飼料能量，將有效提高飼料利用效率。由表1可知，不同品種生長育肥豬日糧適宜消化能水平和凈能需要量不同。我國地方豬，如川藏黑豬、德江復興豬、沂蒙黑豬和江泉白豬日糧適宜消化能水平分別維持在13.66～13.72 MJ·kg－1、13.70 MJ·kg－1、12.99 MJ·kg－1、14.26MJ·kg－1，總體上偏低于中國《豬營養需要量》（GB/T39235—2020）和美國NRC （2012）《豬營養需要量》推薦的適宜消化能水平。在50 kg、60 kg和100 kg，生長育肥豬獲得最佳生長性能時其凈能需要量分別維持在9.45 MJ·d－1、15.43 MJ·d－1和23.19 MJ·d－1。隨著生長育肥豬生長階段的遞增，獲得最佳生長性能時凈能需要量逐漸增加［11］。

1.1.2 蛋白質及賴能比

蛋白質是構成生物體細胞和組織的基本組成部分，對于機體的各項重要功能起著至關重要的作用，生長育肥豬對粗蛋白的需要量因其品種、性別以及生長階段而有所不同（表2）。在生長階段和育肥階段，粗蛋白質水平分別為14.3%和11.1%不影響豬的生產性能，而當粗蛋白質水平分別降至12.35%和10.26%，則會顯著降低生長性能［12］。從動物營養學角度來講，蛋白質營養本質是氨基酸營養，賴氨酸是生長育肥豬在玉米-豆粕型日糧中的第一限制性氨基酸［13］，而理想氨基酸模式則是根據其他必需氨基酸與賴氨酸的比例制定的。生長育肥豬在35～65 kg、70～90 kg和95～105 kg生長階段，以平均日增重（820.00～970.00 g、830.00～968.00 g和934.00～1090.00 g）為評價標準時（表2），最佳賴氨酸需要量分別為1.10%、0.95%和0.70%，同一生長階段，其賴氨酸需要量不同是因賴氨酸的需要量會受生長育肥豬品種、性別和環境的影響［14］。當前，日糧的配制主要是基于標準回腸可消化賴氨酸（SID-Lys）/NE，并根據SID-Lys平衡其他氨基酸［15］。不同品種、性別和生長階段的生長育肥豬對賴能比的需要存在差異。隨著生長階段的遞增，生長育肥豬對賴能比的需要逐漸降低，小體重生長育肥豬需要更高的賴能比，因此，需要針對不同體重階段進行合理的日糧配制（表2）。通過綜合考慮生長育肥豬的品種、性別和體重差異，可以為確定不同品種、性別和體重生長育肥豬適宜的賴氨酸營養需要提供參考依據，并調整賴氨酸與凈能的比例，以滿足生長育肥豬的生長和發育需要。

2 生長育肥豬營養精準供給模式研究

營養精準供給旨在提高營養物質消化率、減少養分排泄、降低養殖成本，從而推動養豬業的可持續發展。在生產實踐中，飼料供給模式也顯著影響飼料利用效率。

2.1 供給飼喂模式

飼喂模式的變化對養分攝入方式產生了影響，進而影響了蛋白質、脂質、能量等養分的消化、吸收和代謝過程［36-38］。育肥效率是生長育肥豬養殖的關鍵，不同的飼喂模式對育肥效率有顯著的影響。生長育肥豬的飼喂模式主要有兩種，一種是自由采

食，無需考慮飼喂頻率；另一種是限制飼喂，在保證營養充足供給的情況下，每日限制飼喂豬只的飼喂頻率。相較于自由采食，限制飼喂會顯著降低生長育肥豬的平均日增重和平均日采食量，同時改善料重比，因此，在生長育肥階段，建議采用自由采食模式［39］。盡管自由采食可以滿足動物福利要求，但可能會造成飼料浪費等；而限制飼喂可提高飼料利用率，改善肉豬體型，提高肉質等［40］。前期大量研究表明，飼喂頻率對生長育肥豬養分消化率和生長性能存在影響，然而不同研究結果存在一定的差異。有研究表明，增加飼喂頻率可改善生長育肥豬的養分消化率［41-43］，也有研究表明降低飼喂頻率可提高生長育肥豬的生長性能［44-45］。上述差異結果可能是因為不同試驗所比較的飼喂頻率不同或生長育肥豬階段不同所導致。由此可見，為了更好地實現生長育肥豬的精準營養供給，對供給模式的選擇需要根據各個豬場的實際情況進行因地制宜地調整。

2.2 日動態飼喂

隨著對生長育肥豬動態營養需求認識的不斷深入，以生物節律調控為基礎的日動態飼喂逐漸引起研究者的興趣。研究表明，當在一天內采食總量和總體營養相同的情況下，采用動態飼喂不同營養水平的方式可以提高生長豬的生長性能，并對血漿氨基酸含量等部分血液生理生化指標產生影響［46］。如表3所示，研究者對生長育肥豬生長性能、血清生化進行的日動態飼喂研究，發現實行日動態飼喂能夠有效改善生長性能。

3 智能設備研究進展

嚴格意義上來說，精準營養的核心是依靠智能化設備支持的精準飼喂。這種飼喂系統主要包括智能化系統，用于自動精準收集和記錄豬群的基礎數據；能夠根據建立的數學模型對被記錄數據的豬群進行營養需求計算的系統；以及飼料控制系統。隨著中國養豬業的不斷發展和精準營養供給技術的進步，傳統的養殖模式正逐步向現代化養殖模式轉變。生長育肥豬的營養需要是動態變化的，實時監測和掌握生長育肥豬的生長性能和體況數據對于養殖是非常重要的。目前，傳統的養殖模式通常通過人工標記和人工稱重來識別生長育肥豬并獲取體重數據，但是這些方法往往會導致豬只產生應激反應，并且數據容易出現誤差。因此，對于生長育肥豬的生長性能和體況數據的獲取存在一定困難。由此可見，現代化養殖模式中的智能化設備尤為重要。

3.1 豬個體識別

在精準畜牧業中，豬只的個體識別是至關重要的，它可以為個性化飼喂、疾病監測、生長狀況監測和行為識別提供基礎支持。在當前的集約化和規模化養殖模式中，射頻識別（RFID）技術一直被廣泛應用于動物識別和跟蹤。RFID技術為生長育肥豬的識別、跟蹤和監控提供了一種經濟且簡便的方式，從而提高了供應鏈中動物的可追溯性［50］。動物的外部特征，例如臉型、豬背、耳靜脈模式等，可以被用來進行識別。通過利用對稱拆分和非對稱拆分卷積核的方法優化卷積神經網絡，同時將不同尺寸的卷積核并行提取的豬臉特征進行融合，能夠得到豬臉圖像的抽象特征，實現豬的個體識別［51］。且基于改進的分級網絡的豬臉識別算法的準確率達到了97.67%。Zhou等［52］針對豬臉識別中存在的豬臉樣本難以采集、圖像易受環境和體污影響等問題，提出了一種利用豬背面的三維（3D）點云來識別個體豬的方法，該方法的豬個體識別率高達95.26%。但是在真實養殖場景中，豬個體的姿態多變，樣本采集困難，很難獲取含有全部豬臉信息的端正姿態。為解決這一問題，吳瀟等［53］提出了一種基于遷移學習和改進神經網絡模型的豬個體識別方法。該方法在深度殘差（ResNet34）網絡模型的基礎上，優化了部分卷積層，設計了新的全連接層，并引入了暫退（Dropout）方法，結合遷移學習方法和參數調優對模型進行訓練，結果表明，該方法的豬個體識別率高達97.8%。

3.2 體重測量

在個體稱重及計數方面，準確測量豬的體重對于豬場的牲畜管理至關重要。傳統的人工稱重費時又費力，更重要的是可能對豬造成應激。因此，基于2D和3D傳感器的圖像分析在估計身體狀況評分、體重和形態測量評估方面備受關注，其優勢在于可以對生長育肥豬進行非接觸式、自動化、實時和連續檢測［54］。在20世紀90年代，Ramaekers等［55］開發了一種利用前腿稱重系統估計群養育肥豬個體體重的新方法，該方法通過讓豬在采食時前腿站在飼喂站的天平上，以每秒20次的速度進行前腿測量來預測體重，研究結果顯示，這種方法估計體重的偏差小于測量體重的5%。在大型養殖場中，為了快速、無應激、準確地獲取育肥豬體重數據，可以采用深度卷積網絡對育肥豬體重進行估測，該模型平均估測時間僅0.16 s，其處理速度遠快于傳統方法，更適合用于育肥豬分群系統［56］。蔡研［57］通過為每頭豬佩戴RFID標簽，利用RFID技術實現了對豬身份的自動識別，并設計了一種自動稱重裝置，該裝置采用了小波變換方法，通過db3小波基函數的五層分解，采用啟發式改進閾值方式進行去噪。相較于常規動態稱重方法，這種方法的誤差小于0.1 kg，表現優于平均值法。西班牙公司Ymaging最近推出了一款名為PigWei的便攜式設備，用于估計室內和室外豬的活重，該設備為室內和室外飼養的伊比利亞豬提供了特定的稱重方式［58］。近年來，隨著科學技術的不斷發展，豬體重測量領域涌現出多種新型智能設備和算法，例如Kawasue等［59］開發的深度圖像（RBG-D）傳感器和增強現實（augmented reality，AR）眼鏡豬重預測系統。以上技術的發展為養豬業提供了更加便捷和準確的體重測量手段，有望提高養殖效益并推動養殖業向著更現代化的方向發展。

3.3 精準飼喂設備

隨著智能化設備的不斷升級迭代，傳統的人工飼喂料槽正逐漸被取代。干料自動飼喂系統在大規模豬場得到了廣泛的應用，同時還出現了干濕料槽、濕料自動飼喂器、液體發酵飼料飼喂系統等新型飼喂方式。自動精準飼喂器的開發對于精準飼養至關重要，因為它們能夠準確記錄飼喂次數、飼喂時間和采食量數據。國內相關公司在精準飼養智能設備方面取得了一定研究成果。例如，北京農信互聯科技股份有限公司開發了“豬小智”系統，可實現母豬生長育肥豬階段飼喂、分餐模式喂養［60］。智能化飼喂設備的研發為生長育肥豬的精準營養供給提供了全新的解決方案，將養殖業推向了更高水平的智能化和可持續發展。

3.4 智能環境監測及調控設備

相較于前述智能化設備，目前研究較為成熟的智能化養殖設備包括智能環境監測和調控設備。智能環境監測和調控設備主要利用光照、溫度、濕度傳感器以及物聯網技術［61］，能夠自動收集環境中有害氣體含量、溫濕度等數據，并根據所采集的數據進行分析和決策，進而發出相應的環境調控指令［62］。如中道智聯云科技有限公司推出了一款名為豬智匯的智能環控集成設備，利用傳感器采集空氣中的溫度、濕度、二氧化碳等環境參數，并將其實時上傳至本地控制端。用戶可以查看當前舍內的溫濕度、二氧化碳等環境變量，同時這些數據也通過物聯網系統上傳至云端服務器，在手機終端的APP上可以進行實時查看［63］。

3.5 智能疾病檢測設備

智能疾病檢測設備通過分析健康豬和患病豬在外觀、行為、進食量、體溫和聲音等方面的差異來實現疾病的檢測［64］。利用機器視覺、紅外激光技術和熱傳感器等設備獲取豬只的圖像或生理特征信息［65-66］，然后提取并分析豬只的外觀、行為和體溫等特征，構建疾病模型，用于監測豬只的健康狀況。此類設備也基于豬只個體識別技術。例如Chung等［67］提出了一種高效的數據挖掘解決方案，通過使用音頻監控系統中的聲音數據來檢測和識別豬的消耗性疾病。該方案通過自動采集豬的聲音數據，并從中提取梅爾頻率倒譜系數（MFCC），進一步利用分層的兩級結構：支持向量數據描述（SVDD）作為早期異常檢測器，以及稀疏表示分類器（SRC）作為呼吸系統疾病的分類器。試驗結果顯示，MFCC與SVDD的組合能夠通過咳嗽聲自動檢測豬的消耗性疾病，達到94%的準確率。此外，SRC在將豬的消耗性疾病分類為斷奶仔豬多系統衰弱綜合征（PMWS）、豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRS）和豬支原體肺炎（MH）時，平均準確率高達91.0%。這一研究展示了利用先進的聲音分析技術來監測和診斷豬健康狀況的潛力。這些智能化設備與技術的應用為生長育肥豬的生產實踐提供了更精準的工具，可以更好地實現精準營養供給，提高肉品質量和生產效率。

3.6 胴體及肉品分級鑒定

在胴體及肉品分級鑒定方面，相關科學家已經研發出了電子鼻、電子眼和電子舌等設備，摒棄了傳統復雜費力的方案，使得肉品質的測定變得更加快捷，同時降低了成本［68］。電子鼻是一種模仿哺乳動物嗅覺系統的氣味分析儀器，它集成了大量用于模式識別的電化學傳感器，具備識別簡單與復雜氣味的能力［69］。結合氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS）和電子鼻，可以在宏觀和微觀層面對樣品的整體風味特征進行有效研究［70］。電子眼是一種利用視覺信息進行識別和分析的檢測技術，可用于鮮肉顏色評估和大理石花紋等級的準確測量。在食品質量評價中，電子眼具有成本效益高、便攜性強、易于大規模應用等優點［68］。電子舌是由一系列傳感器組成的裝置，用于表征復雜液體的味道或將其轉換為液體形式的樣品的味道。這些電子系統的主要優點在于其多功能性，可以表征和區別保存技術的應用、檢驗摻假、質量分級，監測保質期內質量衰變情況，并指示有毒微生物和化合物的存在［68］。這些設備的出現為精準營養供給提供了更準確的評估工具。

4 小結與展望

在我國飼料原料大幅度依賴進口的背景下，以及環境壓力不斷增加的情況下，促進我國生長育肥豬養殖的可持續性發展變得尤為重要。為了實現這一目標，需要深化對生長育肥豬精準營養供給技術的研究，以準確滿足不同品種和生長階段豬只的動態營養需求。未來的研究應當持續關注不同生長階段和生理狀態下豬只的個性化凈能和氨基酸的需求。隨著科學技術的不斷發展，各種智能化設備在豬場的應用與普及，為生長育肥豬精準營養供給提供了有力保證。因此，未來的研究應當圍繞精準飼喂系統與環境創新方面展開，以提供更為全面的保障，促進我國生長育肥豬養殖的可持續性發展。

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（編輯 范子娟）