随着畜牧业现代化生产进程的加快，为达到最大经济效益，实现行业可持续发展，如何优化畜禽饲料配方设计备受关注，成为了饲料生产企业的核心技术。饲料是动物生产的物质基础，饲料成本通常占养殖成本的70%~80%[1]，因此，降低饲料成本是提高整个养殖业经济效益的重要环节。设计精准营养配方是饲料企业在激烈竞争中获胜的关键，也是“配方师”价值在产品中的体现。
“精准营养技术”建立在“互联网+”这个大数据时代，它通过对饲料原料的全数据分析[2]，可以使饲料潜在的营养价值得以充分挖掘，从而使动物精准营养配方成为可能;通过精准营养配方设计，大量非常规饲料原料在养殖业中得以广泛应用，从而降低饲料成本和养殖成本，减少营养物质的排泄，减轻养殖给环境造成的压力。
1 精准营养技术
“精准营养技术”是动物营养界近几年提出的新概念[3]，精准营养即饲养精准化，是以饲养群体中每个个体的年龄、体况、生长环境等方面不同为基础，准确分析个体对营养物质的需要，在日粮中提供最佳的营养物质成分、数量比的饲养技术。“精准营养技术”是动物处于正常的生理代谢前提下，通过改变日粮组成，充分挖掘饲料中潜在营养成分，使其被动物吸收利用最大化，从而降低养分流失，节约饲养成本，减轻养殖环境污染问题的有效方法。
“精准营养技术”主要包含五大要素：①饲料原料中各营养物质的精确评定，建立养分数据库;②准确分析不同动物或同一动物不同阶段的营养需要量，确定营养需要标准;③设计平衡日粮配方，适当调整动物对某一营养物质过量或不足;④依据群体中每个个体的营养需要标准相应地提供最佳营养成分、数量比的精准日粮;⑤根据动物营养需要量、原料价格、畜产品质量要求、环境等因素确定的综合指数对配方进行调整。精准营养技术适用于饲养的所有动物类群。
2 精准营养技术的应用现状
作为饲料行业追求的目标，精准营养技术一直在动物养殖业长期的探索与实践中不断完善。在畜牧业发达的国家，精准营养技术应用比较广泛，并取得了良好的效益。我国在畜禽饲料配方优化设计中仍然存在诸多问题，精准营养技术尚处于探索和发展阶段。
在养猪方面的调查显示，我国5%的养猪户采用泔水为主，搭配一些配合饲料的喂养模式;有10%的养殖户不购买标准的预混料，用一定量的矿物质(碳酸钙、磷酸氢钙等)，搭配当地购买的玉米、豆粕、麦麸等按一定比例粉碎混合后饲喂;有30%的养殖户外购原料和预混料，按配方加工制成配合饲料，以粉状料饲喂;有30%的养殖户直接外购公司的全价配合饲料(颗粒状)饲喂;还有25%是规模较大、饲料加工设备配套完善的企业、由企业“配方师”及科研团队设计的全价营养均衡配合饲料(颗粒、粉状或饼状)饲喂，这些饲养模式对阶段性精准营养划分还不够清晰，没有达到精准营养配方制作的发展目标[4]。某些种猪繁殖场公猪、母猪饲料不分品种，均饲喂同一种料;后备母猪饲料不作阶段性划分，生长前期、妊娠前后期、哺乳期均饲喂1~2种料;还有分阶段饲养的猪场换料不讲过渡，突然换料引起猪应激反应等。这些均不符合“精准营养技术”5大要素所要求的做法。
近年来，在国家环保政策的影响下，饲料工业、养殖行业发生了巨大变化，越来越向规模化、专业化、科学化方向发展，随着精准营养概念的提出，各企业、养殖户开始向“精准营养技术”迈进，特别是在饲料配方优化设计方面应用不断深入，也更加广泛。
3 精准饲料配方设计的原则
3.1 安全合法原则
选择饲料原料应以安全为本，没有安全性为前提，就谈不上营养性。饲料原料的安全性首先要求原料本身对动物是无害的，根据精准饲料配方设计出来的配合饲料对动物是安全的，同时所生产的畜禽产品对人体是安全的，因此，必须对饲料原料进行安全性评价，不使用发霉、变质的原料，严格控制有毒有害物质原料使用量，如棉籽粕、菜籽粕的用量，避免微量元素中重金属元素超标，合理使用饲料添加剂，不使用违反规定的药物，保证动物和人类不受影响。饲料配方设计必须遵守国家有关饲料生产的法律法规，如《饲料和饲料添加剂管理》条例、《饲料原料目录》、《饲料添加剂安全使用规范》等，禁止使用“目录”以外的原料，确保饲料产品的安全性和合法性[5]。
3.2 营养均衡原则
营养平衡是指饲料中营养素种类、数量比例能满足不同动物或同一动物不同生理阶段的营养需要，从而保证动物机体正常繁殖和健康生长。精准营养配方饲料不仅强调营养素水平之间的平衡，如能量与蛋白质之间，必需氨基酸与非必需氨基酸之间的平衡，而且重视原料来源不同造成的营养源之间的差异，如蛋白质可来源于植物性饲料和动物性饲料，矿物质分为有机源和无机源;同时注意了营养源组合加工之间的差异，不同的营养源可能存在拮抗和促进作用，如作为能量源的小麦与酶制剂同时添加，能提高小麦的有效能值。
3.3 生理适应性和经济性原则
饲料原料的选择、精准营养配方设计应与动物不同生理阶段的消化生理特点相适应，饲料本身的适口性直接影响采食量。如菜粕适口性较差，作为日粮原料使用，配比过高会降低采食量，若与豆粕、棉粕合用，则可以改善适口性，使各种原料中营养物质充分互补，提高日粮的有效营养价值。良好的加工工艺可大幅度提高饲料品质，减少加工过程原料中维生素、矿物质等养分的损失，还可增强其适口性，提高消化率[6]。好的饲料配方不但应满足畜禽营养最适生理需求，而且所使用的原料成本应尽量降到最低，应符合经济性原则。
3.4 畜禽产品高品质及环保原则
畜禽产品的高品质是养殖业追求的终极目标，是保证我国养殖业可持续发展的立足点。长期以来，由于养殖业对畜禽生长速度、产蛋率、饲料转化率和瘦肉率过度追求，导致了畜禽产品品质下降[7]。
因此，现代畜禽饲料配方设计要满足动物营养需要、均衡元素比例、价格最低三个条件基础上，也要进一步追求畜禽产品的高品质，可以说，在未来的畜禽养殖行业当中，绿色畜禽产品将是未来主要的发展方向。同时精准饲料配方设计应把畜禽生产是否会造成环境污染作为重点关注，从而维持生态环境可持续发展。
4 精准饲料配方设计的步骤
4.1 明确设计目标动物
进行精准配方设计时必须明确设计出来的配合饲料饲喂的目标动物，首先要全面分析目标动物的品种、性别、处于什么样的生理阶段，以及明确饲料配方的预期目标值，然后选用相应的饲养标准，如 60~90 kg体重的瘦肉型生长育肥猪平均日增重(ADG)应达800 g《猪饲养标准，NY/T65—2004》，同时使出栏猪猪肉肉色、风味、嫩度、多汁性和系水力等富有人文色彩的猪肉品质方面有所提高;其次，应考虑饲料产品定位问题，明确产品档次与市场竞争力。
4.2 确定精准营养标准
饲养标准是根据大量重复的科学实验和生产经验累积的结果，饲养标准是精准配方设计的首要依据。随着畜牧行业专业化和现代化进程加快，饲养标准可根据实际条件进行必要的调整。
首先要根据目标动物的品种、性别、处于什么样的生理阶段及明确饲料配方的预期目标值，其次要考虑气候季节、温度、湿度、环境因素(地域因素)、加工过程等因素带来的影响，科学地规定出每头(只)动物每天需要供给的最佳营养物质成分、数量比的日粮。目前，不同的国家有各自的饲养标准，应结合自身的特点准确选用。确定饲料的营养水平时不可能满足全部指标，应有重点地进行筛选，由于各类因素之间的影响，不同动物对营养素需要的优先度不一样，因此，在设计时应注意先后次序。
如设计家禽饲料配方时，各种营养素中以能量和蛋白质最为优先考虑，矿物元素和维生素次之;设计家畜饲料配方则应把蛋白质优先考虑，然后考虑能量、矿物元素、维生素、纤维素等。不同的畜禽，使用能量单位的表示方法不同。通常猪使用的是消化能(DE)，而采用净能体系相对于消化能体系、代谢能体系具有独特优势，净能系统可提供最接近真实的可为动物的维持和生产利用的能量值;设计精准营养配方可通过平衡必需氨基酸的组成来降低粗蛋白质水平，解决当前蛋白资源紧缺的问题，达到降低生产成本、改善猪肉品质、减少N排放的目的[8]。同时要注意，任何一个营养标准，都是在特定条件下为特定目标而设定的。例如，美国NRC(2012)是以瘦肉型猪为模型的营养标准，目标是追求育肥猪的生长速度快，料肉比低，所以NRC这一标准不一定适合我国本地品系猪。
4.3 选择最佳饲料原料
不同的动物以及动物不同的生长阶段，对原料都有不同的要求，选择最佳的饲料原料也是做好配方的关键步骤。幼龄动物消化系统尚未发育成熟，选择原料时要注意其与消化系统的适应性。如设计断奶仔猪日粮时，所用原料应选择易于仔猪消化、适口性好，使用膨化大豆能有效避免仔猪发生的腹泻问题。饲料原料全数据分析不但能获取原料的营养成分，也能分析非营养成分及抗营养成分含量。选择最佳的饲料原料，我们可尽量利用当地资源充足、营养丰富且价格较低的原料。
4.4 原料营养素精准取值
配方设计过程中原料营养素精准取值至关重要，这关系到所设计的精准营养配方是否能满足实际生产的需要，取值可以参考《中国饲料成分及营养价值表》，最新版本为2017年第28版[9]，该版本是在1990年第一版到2016年第27版的基础上，结合国家重点实验室自主研究课题，参考美国NRC(2012)发布的《猪营养需要》、法国饲料数据库、德固赛AMINODat5.0等数据基础上修订的，除继续完善了饲料成分与营养价值数据外，对部分发布过的生物学效价数据再次进行了补充与完善。通过查阅最新的饲料原料营养价值表，确定所选原料各养分含量。在此基础上，还应考虑如何对饲料营养成分进行评定，取值最符合精准营养配方的要求。同一原料，由于品种、产地、品质、级别等不同，其实际营养成分也往往不同，设计配方时尽量选择条件相近的作参考。在没有把握选用现有数据时，应以实测值为准[10]。
4.5 选择合适的配方计算方法
饲料配方设计的方法比较多，常用的有传统手算法和现代计算机运算法[11-13]。手算法包括试差法、对角线法和代数法等，手算法计算配方有它的局限性，即过程繁琐，计算量大，需要丰富的实践经验与较强的专业知识，往往经过反复计算才能得到结果，且无法得出最佳配方。随着计算机大数据在饲料配方生产中的应用的越来越普及，大型饲料生产或养殖企业多使用饲料配方软件，这些软件价格较高且较难与该企业生产实际结合，在中、小型养殖场应用很少。应用计算机技术、运筹学及线性规划方法，通过大数据设计配合饲料配方时，将动物对各营养素的最适需要量和饲料原料的营养成分及价格作为已知条件，把满足动物营养需要量作为约束条件，再把最低饲料成本作为配方设计的目标函数。这种方法也是目前应用最广泛的饲料配方设计方法。
5 个性化饲料配方的精准设计理念
“精准营养”也称为个性化的营养，是最近几年养猪界热议的话题。个性化定制精准饲料配方能降低高达10%饲料成本，面对养猪业低迷的市场行情，节约饲料成本助推了精准营养理念在不同饲料公司、养殖企业的推广应用。“精准营养”其实跟中医的“辨证施治”类似，根据不同情况设计个性化饲料配方。
首先，不同品系猪的营养需要不同，以美系、丹系母猪为例，两个品种代表着两类育种方向。丹系母猪繁殖性能优良，但抗应激能力较差，在饲料配方中应重视满足繁殖方面的营养，因此氨基酸能量比、矿物质和维生素含量要相应提高，同时要特别注意环境改变带来的应激和夏季热应激时的营养调控;而美系母猪由于体格较丹系大，背膘较厚，钙、磷等矿物质需要量较大，不同阶段营养摄入与丹系猪差异较大。美系、丹系猪与中国地方猪相比更是差异较大。不同阶段猪对营养需求也有较大差异，要综合营养浓度、采食量等指标来精准设计阶段性饲料配方。不同地域环境和饲料管理条件不同，营养需求也不同，如猪舍内有没有控温控湿措施、栏舍内饲喂器的不同、饲喂方式(限饲或自由采食)的不同、以及饲喂阶段划分的不同，均对营养需求有较大差异。
其次，个性化精准饲料配方需做好原料数据库的准确评价，如猪场主要原料玉米，根据不同产地、不同玉米种类、不同季节水分含量的变化、玉米能值等差异，全面评估后合理使用，同时要将原料的加工方式，如制粒和调质过程中原料的互作性变化作为考量因素，最后根据确定好的综合指数设计出最佳个性化饲料配方。
6 精准饲料配方设计注意事项
6.1 注意原料的实际营养成分准确评定饲料原料所含实际营养成分是做好精准营养配方的关键。不同的原料由于产地、环境、收获时机、加工、贮运方式、水分、霉变程度等的不同，其营养成分也会存在很大差异。因此，在设计配方时，可以参考《中国饲料成分及营养价值表》(第 28 版，2017)，再结合原料实测结果来调整相应营养成分。
当然，应注意行业所发布的营养价值表最新版本，使原料营养成分取值尽可能达到精确。
6.2 注意某些原料的限量使用
按照确定的饲养标准所规定的需要量来设计配方时，由于某些原料中含有抗营养成分或有毒物质，如棉籽粕中含有游离棉酚，不但对动物有毒，还能与赖氨酸结合，从而影响蛋白质的营养价值;鱼粉、米糠等会导致体脂肪软化，从而影响肉质，因此这些原料要限量使用[14]。不同原料之间营养成分搭配，也可能发生互补和拮抗而限量。因此，要根据畜禽品种、生长阶段等不同来确定某一原料以及添加剂的用量。
6.3 注意选用指标的系统性和配套性
“营养需要量”是装载动物营养研究成果的“卡车”，营养需要指标的多少、深度体现着一个国家、一个时代动物营养研究的水平。以“猪营养需要”(NRC，2012)为例，美国 NRC(2012)中分别列出了回肠标准可消化氨基酸和回肠表观可消化氨基酸数据。在进行精准营养配方时，需要量若以净能(NE)、回肠标准可消化氨基酸(SID)为基础，则日粮中原料都应按照净能、回肠标准可消化氨基酸来取值。如设计7~11 kg仔猪(日增重约335 g)日粮，精氨酸SID需要量为0.61%，则日粮中玉米和豆粕等不同原料精氨酸含量取值时均应以精氨酸回肠标准可消化率多少来计算。日粮中原料营养价值用表应与“猪营养需要”NRC(2012)标准配套使用。因此，精准营养配方设计在采用不同饲养标准或营养需要的指标体系应基本相同。
6.4 注意配合饲料对畜禽产品品质的影响
畜禽产品高品质是目前畜牧科技工作者追求的目标之一，也是增强我国畜产品国际竞争力的关键。
研究表明，对畜禽饲喂一些特殊的饲料添加剂，可提高原有的营养价值和畜禽产品的档次，从而提高畜禽产品的市场竞争力和养殖业的经济效益。如在鸡饲料添加2%大蒜,可使鸡肉香味变浓[15]。饲粮中的能量和蛋白质水平都会影响动物体脂的沉积，从而影响肉质嫩度[16]，因此，在配方设计过程中要注意配合饲料对畜禽产品品质的影响。
7 小结
在大数据时代背景下，基于饲料原料全数据分析、营养需要多指标的精准估计使动物精准营养配方成为可能。精准营养配方技术要求准确评定饲料原料营养物质成分、数量比，根据不同动物及不同生长阶段等综合因素进行设计，通过精准营养配方技术的推广和应用，可以降低饲料成本，减轻养殖环保压力，提高畜禽产品品质，从而推动我国饲料工业、养殖业的可持续、健康发展。
