![]() 譙仕彥 中國工程院院士 中國農(nóng)業(yè)大學教授 |
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2023 年 4 月,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部適時印發(fā)《飼用豆粕減量替代三年行動方案》的通知,推動養(yǎng)殖業(yè)走“開源增料、提質(zhì)增效”的發(fā)展道路。當前,嚴峻復雜的國際形勢、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增加了極大的不確定性,更加需要我們深刻認識飼用豆粕減量替代的重大意義。本文在闡述蛋白飼料供應現(xiàn)狀的基礎上,從提高養(yǎng)殖效率、深入研究推廣低蛋白日糧、研發(fā)新蛋白飼料資源和小品種氨基酸、研究精準營養(yǎng)與飼養(yǎng)技術等方面,分析了飼料營養(yǎng)與飼養(yǎng)科技創(chuàng)新在飼用豆粕減量行動計劃中的作用。 |
DOI:10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20232201
飼料營養(yǎng)與飼養(yǎng)科技創(chuàng)新是實施飼用豆粕減量行動的主要抓手
文 / 譙仕彥
中國農(nóng)業(yè)大學,北京 100193
2022 年,我國進口糧食 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%。可以說糧食安全的主要壓力在飼料糧,本質(zhì)是大豆。進口大豆主要為了供應食用油和飼用豆粕,而飼用需求是主要的進口源動力。2020 年,國內(nèi)飼用豆粕用量達到最高,為 7000 萬噸,相當于近 9000 萬噸大豆,比 2010 年翻了一番,而同期食用油的消費需求是相對穩(wěn)定的,因此大豆進口量的大幅增加,主要是豆粕需求拉動。另一方面,隨著我國大豆進口量的增加,大幅推高了飼料價格和養(yǎng)殖成本。有數(shù)據(jù)顯示,豆粕價格每噸漲 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)生深遠影響。
一、我國飼料蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)飼料供需現(xiàn)狀
據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部畜牧獸醫(yī)局統(tǒng)計,2022 年,我國養(yǎng)殖業(yè)消費飼料 4.54 億噸,消費飼料蛋白質(zhì)8107萬噸,其中進口來源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)消費蛋白質(zhì)飼料1.17億噸,其中進口來源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)消費豆粕6580萬噸,占全部蛋白原料的56.2%,占主導地位,且全部由進口大豆提供 ;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2/3的蛋白質(zhì)飼料依靠進口,豆粕100%依靠進口大豆生產(chǎn)。
表 1 2022 年我國蛋白飼料原料消費情況
注 :(1)數(shù)據(jù)來源于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部畜牧獸醫(yī)局 ;
(2)2022 年豆粕消耗 6580 萬噸,折合大豆 8024 萬噸。
另一方面,隨著我國居民消費結構升級和城鎮(zhèn)化水平提升,我國肉蛋奶消費需求持續(xù)增長,大豆/豆粕等飼料糧供給長期短缺。如不采取措施,預計到2030年我國養(yǎng)殖業(yè)飼料消費需求總量將比2022年增加4900萬噸,其中豆粕新增需求將達到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。
二、減量是實施飼用豆粕減量替代行動的主體
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)價值評定工作取得巨大進展,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,減量是實施飼用豆粕減量替代行動的主體,是我們今后的主要任務。當前,嚴峻復雜的國際形勢、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增加了極大的不確定性,我們更加需要深刻認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
注 :數(shù)據(jù)來源于美國農(nóng)業(yè)部。
三、飼料營養(yǎng)科技創(chuàng)新是實施飼用豆粕減量的有效路徑
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)與飼料科學的發(fā)展已經(jīng)充分證明,下列飼料營養(yǎng)技術均能有效減少豆粕用量。
(一)低蛋白日糧
深入研究和應用低蛋白日糧是相當長時間內(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)布了首個低蛋白日糧團體標準《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準《仔豬、生長育肥豬配合飼料》《肉雞配合飼料》和《蛋雞配合飼料》。為進一步改變養(yǎng)殖行業(yè)依賴豆粕的習慣,推動低蛋白日糧的應用,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)技術規(guī)范的團體標準,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,有效遏制了大豆進口量的持續(xù)增長。低蛋白日糧技術,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。應用和推廣低蛋白日糧技術需要注意以下幾點 :
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,用于動物機體維持和生產(chǎn)的能量。在早期的關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 個動物試驗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
注 :(1)凈能數(shù)據(jù)來源于嘉吉公司 ;(2)玉米按 NE/ME=0.80、ME/DE=0.97 進行換算,豆粕按 NE/ME=0.64、ME/DE=0.96 進行換算。
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鍵技術之一。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)和標準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),并進行了不同規(guī)模的驗證。這些參數(shù)成為制定國家推薦標準《仔豬、生長育肥豬配合飼料》和中國飼料工業(yè)協(xié)會團體標準《生豬低蛋白低豆粕多元化日糧生產(chǎn)技術規(guī)范》的基本依據(jù)。結合最近的研究數(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)運速度快于飼料原料中的結合氨基酸。而動物機體蛋白質(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。當日糧中支鏈淀粉與直鏈淀粉的比例為4.88:1時,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”重點研發(fā)計劃等的支持下,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。
(二)精準營養(yǎng)與飼養(yǎng)
人的精準營養(yǎng)是隨著精準醫(yī)療的出現(xiàn)而興起的,是通過基因解碼發(fā)現(xiàn)個體在營養(yǎng)元素吸收利用能力方面的差異,選擇適合自己的營養(yǎng)元素來達到身體平衡,其目的在于進行安全、高效的個性化營養(yǎng)干預,以維持機體健康、有效預防和控制疾病的發(fā)生發(fā)展,以求達到屬于自己的最佳營養(yǎng)。迄今為止,尚未有對動物的精準營養(yǎng)的明確定義。筆者理解的動物精準營養(yǎng)包括飼料營養(yǎng)價值的精準評價、畜禽營養(yǎng)需要量的精準評估、飼料精細化加工等,主要目的是實現(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。精準飼喂則是借助數(shù)字技術和智能裝備減少飼料浪費。
2010年以來,在國家科技計劃和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的支持下,相繼評價了70個飼料原料的營養(yǎng)價值,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)標準。在飼料原料預處理與飼料精細化加工方面,通過微生物酶、真菌毒素降解酶對DDGS等進行原位改性增值,蛋白利用率提高5%以上,嘔吐毒素降低50%以上。
當前,數(shù)字技術在養(yǎng)殖業(yè)的應用得到重視,并與智能裝備相結合。一些企業(yè)和研究機構通過構建畜禽飼料智能化生產(chǎn)平臺架構與數(shù)據(jù)采集技術,研發(fā)了邊緣端數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品-智能網(wǎng)關,大幅度提升畜禽飼料數(shù)字化、智能化生產(chǎn)水平。在精準飼喂技術和裝備也取得了相當?shù)倪M展,如前端獲得豬群基礎數(shù)據(jù)(體重、采食量、溫度等)、原料供應平臺檢測數(shù)據(jù),細分個體(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(表5)。
表 5 生豬養(yǎng)殖全域數(shù)字化技術的節(jié)糧效果
注 :數(shù)據(jù)來源于楊翔集團。
精準營養(yǎng)和飼喂技術的發(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,按當前畜禽飼料平均14.9%的蛋白水平計算,將節(jié)約豆粕800萬噸左右。
(三)發(fā)展反芻動物尿素緩釋和過瘤胃氨基酸技術
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體系。
(四)開發(fā)新型蛋白飼料資源
合成生物技術和轉(zhuǎn)化生物技術的迅猛發(fā)展,特別是傳統(tǒng)的工農(nóng)業(yè)加工技術與現(xiàn)代生物工程技術的融合發(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。具有較大應用前景的新型蛋白質(zhì)飼料原料主要包括下面5個類型 :(1)動物源性蛋白。利用高溫、高壓、酶水解等技術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。綜合應用物理和生物技術,年可開發(fā)數(shù)量可觀的餐桌剩余物蛋白。(3)一碳氣體合成細菌菌體蛋白。合成生物技術的發(fā)展突破了量產(chǎn)細菌菌體蛋白的技術瓶頸,主要問題是尾氣、甲烷等一碳氣體的來源和收集。(4)酵母蛋白。利用微生物作為底盤菌和廉價的無機氮源,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和酵母菌對糖的利用技術。(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,以提高其生物量,降低生產(chǎn)成本。
四、提高養(yǎng)殖效率給豆粕減量提供了很大空間
經(jīng)過多年努力,我國畜禽養(yǎng)殖效率已有長足進步。但與畜牧業(yè)發(fā)達國家相比,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,如能達到美國21公斤的平均產(chǎn)蛋量,按照目前17%的蛋白水平計算,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、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,加強這些成果的集成應用,提高畜禽養(yǎng)殖效率將給豆粕減量提供很大空間。
五、發(fā)展適度規(guī)模的家庭農(nóng)牧場是實施豆粕減量行動的重要路徑
過去5年,我國集約化、規(guī)模化養(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。
上世紀90年代,歐美等發(fā)達國家也是在經(jīng)歷了規(guī)模化、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)生嚴重污染 ;(2)種植業(yè)生產(chǎn)專業(yè)化,作物品種單一,長時間使用化學合成農(nóng)藥和化肥,造成土壤板結、地力下降,同時污染地下水、河流 ;(3)農(nóng)作物秸稈量大且集中,難于處理 ;(4)種養(yǎng)分離導致的農(nóng)業(yè)廢棄物污染嚴重影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
當前,歐美等發(fā)達國家對種養(yǎng)結合農(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)分管理計劃,健全種養(yǎng)結合農(nóng)業(yè)專項法律法規(guī) ;根據(jù)種植資源結構分布,合理布局畜牧產(chǎn)業(yè)空間格局 ;實行牧草與作物輪作,提升土壤養(yǎng)分綜合價值 ;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 ;推動有機農(nóng)業(yè)發(fā)展,提高農(nóng)業(yè)附加值。
表 6 2013-2022 年我國生豬生產(chǎn)成績
注 :(1)MSY 指一頭母豬一年能提供出欄的育肥豬的頭數(shù) ;
(2)數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局。
實現(xiàn)種養(yǎng)結合農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的關鍵是農(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)結合的家庭牧場對減少豆粕用量、促進畜牧業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。歐美等發(fā)達國家的做法和經(jīng)驗值得我國借鑒,他們的種養(yǎng)結合農(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,相當于10年前的進口水平。