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《智慧農業》編委熊本海研究員:大數據在畜牧及飼料領域應用技術新進展

發布時間 : 2018-12-17


01畜牧業現狀——糧食與飼料(中國)

畜牧業的發展與糧食安全密不可分,我們國家糧食總量2017年約6.2億噸,其中大約3.1億噸用作飼料糧,即占糧食的50%左右,糧食安全實際上某種程度上轉化為飼料安全,直接影響到養殖業的發展。目前,我國畜牧業總體上從飼料資源不足、生產效率較低、生產成本較高,逐步轉向對國際畜產品的高度依賴。例如:2017年,我國進口糧食13,062萬噸,其中大豆進口高達9553萬噸,是國產大豆產量的7.4倍。大豆的副產品——大豆粕是畜牧業飼料主要的蛋白質原料。由于今年的中美貿易戰導致了大豆從美國進口量僅是往年的10%。到今年一共進口了8300萬噸,主要來自巴西、阿根廷和俄羅斯等。大豆的問題必然涉及到轉基因技術的應用。我國的非轉基因大豆產量只有1300萬噸左右,2017年進口的轉基因大豆是我國自產的7.4倍,這個事實帶來問題的思考不可回避。影響畜牧業發展的還有優質牧草,2017年我國進口優質苜蓿高達約140萬噸,是2008年進口量的74倍,進口燕麥草達30萬噸,是2012年進口量的18倍。

關于轉基因技術,從全球種植作物面積上,2017年轉基因作物有1.898億公頃,是1996年的111.6倍,占全球可耕地面積總量的12.7%;2017年,轉基因作物在五大種植國的平均應用率(大豆、玉米、棉花和油菜的平均值)不斷增加,已接近飽和,其中,美國為94.5%、巴西94%、阿根廷約100%、加拿大95%、印度93%。

不僅進口糧食,這幾年,在食品安全領域、畜牧業安全領域也出了一些問題。從國際進口的畜產品量持續增加,尤其是乳制品的進口量之大超出預期。2017年,我國累計進口生鮮乳667.6萬噸,乳制品247.1萬噸,折合生鮮乳1721萬噸,進口乳及其制品產品折算為生乳的總量高達2388.6萬噸。而2017年國產生乳總量3545萬噸,意味著進口量占消費量約40%左右,外匯支出約176億美元。那么問題就來了,這么大的市場我們為什么要交給國際呢?就是因為我們畜牧業生產的生乳的數量和品質遠遠不能滿足人民生活水平提高以后對產品的需求,我們就需要深入思考,怎么樣利用現代信息技術、物聯網技術與智能裝備技術來提升畜牧業的生產水平。

從養殖化過程的精細化管理來講也存在一個問題,比如美國上市白肉雞生產存活率高達96%-97%,我國比較好的養殖企業的存活率還不到90%。養殖過程中造成了極大土地、飼料、人工的浪費。怎么提升成活率、飼料轉化效率,是現代信息型、智能型畜牧業要解決的問題。

從生產成本來講,以玉米為例,美國和巴西每千克玉米成本分別為1.42元和1.16元,勞動力占成本比僅為4%左右。從2006年到2016年,我國玉米每千克成本從0.97元增至2.0元,勞動力占成本比為45%,是其他國家的10倍左右。肉蛋奶成本總體上是其他國家的2~3倍。因此,我們一定要提高養殖業智能裝備的水平,走精細化畜牧業的發展道路,把成本降下來,將品質提上去。

02

人工智能及大數據技術典型應用

人工智能在畜牧業中的應用,就是以感知技術為切入點來發展畜牧業,把經驗變為科學,展開來說就是先進感知技術、精準飼喂、畜牧業機器人、畜牧業物聯網技術等。人工智能技術和大數據技術已經在畜牧業養殖中已經有了較多應用。

2.1 畜禽養殖先進感知技術研究

動物的健康非常重要,是實施健康養殖的基礎。大家都知道,需要利用感知技術就可以把這些問題盡可能抹殺在萌芽狀態,所以可穿戴式芯片即傳感器技術在畜牧業有很大的應用空間。可穿戴傳感器的核心技術包含的內容有:傳感器的高度集成與多元化測量,使可穿戴設備集成更多的監測功能;傳感器材料開發與應用,針對不同穿戴部位和不同動物的使用,研發柔性可穿戴傳感器,提高穿戴設備的易佩戴性;傳感器的低功耗,提高可穿戴設備或傳感器的使用壽命或續航性,主要針對放牧或者散養的動物等對電量有較高的要求;新型生物傳感器研發,開展深層次的信息獲取與挖掘能力拓展,不用手術或者無應激的形式如何獲取動物的生理、生長指標。

國內也開展了很多的工作,如電子標識,RFID標簽國產化進展加快,目前通過溫度傳感器來獲取奶牛的體溫信息,體溫信息是反映健康的信息重要的指標。通過多項技術的融合,采用無源應答的方式可以讀取ID及體溫信息。RFID標簽國產化后也大大降低了成本,現在的成本只有原來的1/5到1/10。現在已經由塑料標簽逐步轉變為電子標簽,從低頻到高頻,解決了奶牛、肉牛等經濟較好動物的信息檢測問題。在感知應用方面,奶牛是國際上率先應用的焦點,因為奶牛的經濟價值很高,產量從幾噸到十幾噸,感知技術在奶牛養殖中的應用就尤為重要。如三維運動傳感器的應用,這個傳感器能夠檢測奶牛的反芻量和活動量。反芻時間可以反應奶牛的身體狀態、營養失調、代謝疾病等問題。感知系統會自動檢測與提醒,時刻關注奶牛的生理反應。例如,活動量突然增加或者反芻量突然下降,就意味著奶牛有可能發情了,提醒管理者及時配種。其次,現在機器視覺也應用于豬只的計數,即財產的動態管理。只要每天在豬場定時采集圖片,進行豬只數量的盤點。針對移動財產管理,如牦牛的遠程管理也可以采用特殊的有源芯片去解決。我國的牦牛數量是1700萬頭,占世界95%。由于牦牛是放牧式管理,牦牛走到哪里無法精確管理。現在通過芯片的定位示蹤功能,牧民通過手機進行生物最新位置查看、軌跡查看、一鍵導航。監管部門可以通過管理員賬戶查看所有牲畜信息以及區域密度,也可以對草場使用情況進行監管。


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