【國家獎】以數字化整合飼料資源 以智能化促進產業升級 為現代養殖業插上騰飛的翅膀
我國是世界第一飼料生產與消費大國,2018年飼料總產量達2.28億噸,穩居世界第一位,我國也成為世界上第一大畜產品生產大國,2018年肉蛋奶的產量達到1.47億噸,養殖業成為帶動農業增效、農民增收及農村繁榮的重要產業。
回望上世紀90年代初,我國飼料工業剛起步,飼料營養基礎數據缺乏,飼料配方技術落后,有限的飼料資源得不到合理使用;畜禽養殖業規模小、分布散、養殖方式落后、飼料轉化效率低,例如生豬的全程料肉比高達3.5~4.0:1, 環境控制混亂無序,家畜的全程死淘率高達20%以上。畜產品的低產出率,反過來加重了飼料安全問題,引發了業界對飼料安全和畜產品有效供給的擔憂!
“建設好中國飼料數據庫,擴大飼料營養價值的數字化應用,創制智能化飼喂裝備與技術,走設施化養殖之路,逐步改變傳統的粗放的飼養方式,才能從根本上提高飼料資源利用率和轉化效率,降低畜禽的死淘率,我們的養殖業才能變好。”中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所熊本海研究員說。
經過分析,熊本海研究團隊認為,造成上述問題的主要原因一是缺乏家畜飼料與營養數字化的理論與動態模型,二是缺乏畜禽精準飼喂的物聯網技術與裝備,三是缺乏養殖過程的數字化管理規范及數字化分析與控制平臺。熊本海研究團隊通過近30年的理論、技術和產品創新,致力于解決上述幾個問題,取得了可喜的成果。
全面創新發展了中國飼料數據庫
隨著我國畜禽養殖體量的不斷增加,我國飼料數量安全及質量問題的矛盾不斷凸顯,糧食(其中主要用于飼料用糧)進口屢創新高,如何科學合理利用一切可以利用的非糧飼料資源是緩解飼料資源緊張的主要技術途徑。29年來,研究團隊持續不斷地收集、整理、補測、標引及入庫新的飼料原料的養分數據,分類構建了涉及731項屬性數據的79個核心數據集,建成了標準化的“中國飼料樣本數據庫”及“中國飼料實體數據庫”,網絡化存儲管理5971種飼料實體及62萬套以上不同年代及種次的、具有飼料描述及屬性數據的飼料原料樣本;結合飼料原料營養成分大樣本分析數據,構建了340套單一及分類飼料原料的有效養分預測模型,包括105種單一飼料總能(GE)、35套消化能(DE)、33套代謝能(ME)、45套凈能(NE)及其他132套養分預測模型。通過對預測模型的長期驗證與廣泛應用,預測精度高達93%以上,年節省養分檢測費用達1200萬元以上,全面實現了飼料樣本數據的升值應用;代表行業連續29年,在《中國飼料》雜志、《中國飼料數據庫》及《國家動物科學數據共享分中心》2個門戶網站,唯一發布《中國飼料成分及營養價值表》,為我國3700余家大中型飼料加工企業及養殖企業設計飼料配方解決了基礎性數據支撐問題。建成了世界上飼料種類最豐富、數據產生最規范、數據類型最完整、數據貯存量最大、數據更新與發布時間最長的國家級行業基礎性數據庫,《中國飼料數據庫》的建設與運行,全面支撐了我國飼料工業及養殖業的健康發展。
實現了家畜電子標識國產化
突破卡脖子技術,實現了電子芯片國產化及標簽產業化的重大突破,圓了畜牧智能制造走出去的夢想! 研究團隊瞄準國際同類技術的發展態勢,彎道超車,率先采用世界最先進的0.18μm芯片工藝技術,實現了在8inch的硅晶片面積上生產出4萬枚RFID芯片,芯片成本降低60%,芯片應答工作電流(700nA)比進口低30%,應答靈敏度提高10%;基于自主芯片研制的家畜標簽(工作頻率134.2kHz)通過ISO11785:1996(E)驗證和國家電子檢測中心(NCTC)8項指標檢驗,各種標簽的成本僅僅是進口同類產品的1/5~1/8;研發的閱讀器符合ISO 11784(編碼規則)及ISO 11785(數據傳輸接口)標準,并全部通過國際動物編碼協會(ICAR)的ISO 24631-1及ISO 24631-3的性能檢測及認證;創制的22種外掛式、注射式無源電子標簽及閱讀器,均獲得江蘇省高新技術產品認證。為家畜養殖的數字化監控提供必要的技術支撐。
自主創制的6大家畜智能飼喂設備
開啟了我國家畜智能飼喂設備的國產化制造
針對我國智能養殖設備空白及養殖勞動率低下的困境,二十年來研究團隊從解剖國際上的VLOES、TEAM等智能飼喂設備入手,不斷探索,反復調試與更新思路,結合機電控制及傳感器技術、采食量動態模型及采食行為特性,創制了主要家畜精準飼喂控制技術、智能飼喂設備及配套關鍵裝備共47種代次,基本填補了我國家畜智能飼喂領域的技術與設備空白。創制的7大核心智能飼喂設備,包括第2代種豬性能測定站,第4代及第5代母豬電子飼喂站,第2代產床母豬個體飼喂站,第3代保育豬粥料飼喂器,第2代育肥豬飼喂站及第2代奶牛個體精準飼喂站均通過國家認證檢驗檢測委員會的檢測,并實現了國產化和普及推廣。
成果應用效果顯著全面推動行業的科技進步
該項目研究始于1990年,并從1995年開始逐步推廣應用。飼料數據庫及配方技術、智能裝備、標識產品等,覆蓋除澳門外的全國33個省市地區,包括飼料行業TOP10在內的3700余家企業;核心的標識產品出口到5大洲94個國家,成為我國少有的進入國際市場的家畜標識產品。成果應用可綜合提高飼料轉化率8%~15%,降低死淘率10%以上,減少勞動力成本30%以上,提高畜產品增值15%~50%,成功培育出2家高新技術企業,進一步增強了項目實施單位-溫氏食品集團股份有限公司及北京大北農集團有限公司在行業內的領軍地位。經中國農業科學院農業經濟研究所評估:項目成果從1995年到2018年已經累計新增產值1275.09億元,累計新增利稅94.55億元。
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