用计算机设计畜禽饲料配方时如何避免陷入认识上的误区

胡迪先 田作华 薛丁萌

(1.贵州大学动物科技学院，贵州贵阳550025；2.上海交通大学自动化系，上海 200030)

饲粮配合是动物营养学内容之一,也是饲料行业掌握并运用畜禽饲养标准的重要手段,上世纪人们进行饲粮配合都是采用手算法计算：如座标作图法、平行四边形法、试差法。如需满足3个或者3个以上营养指标平衡配方，则采用叠代法，联立方程式矩阵法。以上手算法均比较繁琐，费时费工，即使方程有解,计算结果也不能体现配方的优化组合。若应用储存线性规划编程软件的计算机，当输入有关参数后，就能很快运算并把饲粮配方计算值打印出来，比手算法计算要简单易行，如果程序设计附带有数据库子程序，就更不必查阅书籍，通过检索饲料标准参数随时调出,快捷又方便。如果设计奶牛饲料配方，还可以根据代谢体重、泌乳量、含脂百分率迅速算出每天干物质采食量。例如根据NRC（2001版）的荷斯坦奶牛干物质采食量公式计算：

干物质采食量（kg/d）=0.372FCM+0.096 8BW0.75×[1-e-0.192×(WQL+3.67)]

式中：①FCM(含脂率4%的校正标准乳)=(0.4+15F)M

M：未折算标准乳的乳量（kg）

F：乳中实际含脂率（%）

② BW0.75：奶牛代谢体重

③ WQL：泌乳周

风干物质采食量（kg/d）＝干物质采食量÷（1－吸附水%）

现在应用计算机只要在界面上填进相应参数就可通过程序将相应的结果显示出来。

结果为以下图例

该奶牛在第5泌乳周期每天采食量的风干物数量为14.317 kg，与手算结果是一样的。

现在大专院校、科研院所、饲料企业基本上已普及计算机的使用。

近几年，在饲料行业流传一种偏见，认为只要是计算机输出的配方都是最佳的。其实不然，计算机仅仅是一种工具，以人为本，人的因素第一，只有动物营养理论底蕴厚实，同时又掌握丰富生产、经营管理经验，加之熟悉饲料市场信息和当地饲料资源状况，又熟练软件应用的人（俗称营养分析师），才能将计算机运用自如，设计出好的配方(技巧的关键是如何有效设置和控制约束条件)，当前，计算机设计畜禽饲料配方应用和推广方面遇到的倾向就是这种夸大计算机功能,其根本原因正是陷入了认识上的误区，没有摆正人和物的关系。

用计算机设计饲料配方时认识上的几大误区如下：

1 应对计算机设计饲料配方原理正确理解

设计饲料配方软件程序是依托数学中的线性规划（Linear programming）,又称运筹学，线性规划是最优化问题中的重要领域之一,它广泛应用于工农业、军事、运输等领域，它的定义是：一组变量x（在配合饲料术语中即各种原料用量），辅之以相应系数（畜禽主要营养需要指标b和对应的饲料营养成分指标a），在满足一定约束条件下（指营养指标约束和饲料用量约束，同时提供相应原料单价c），求实现目标函数s的最小值[畜禽的最低成本配方(元/1 000 kg)]，计算机将以上参数编排成方程组，在数学上最常用和直观的标准形式叫数学模型,一般用单纯形编程解。

x1＞=0，x2＞=0，x3＞=0………xn＞=0，表明所有变量都是非负值

S=C1X1＋C2X2＋C3X3……＋CnXn，注解：C 为原料单价（元/kg），X 为原料用量（kg）。

采取3个以上营养指标(或同一指标再设上限下限,方程等式就变为不等式,需加或减一个松弛变量),5～10种饲料原料编制数学模型设计畜禽饲料配方，其数学模型必定是一个庞大的联立方程组，若用储存线性规划编入程序软件的计算机来解方程组，比照手算法,可以说易如反掌，不仅提供可行解，而且提供最优解（最低成本配方）。但必须明确指出：最低成本配方是指价格相对而言最便宜的配方，但不等于生产潜力最好的配方，不考虑畜群的生态环境、技术水平、畜禽的品种、生理特点、饲料适口性、饲养条件、饲养效果(收集典型日粮)，经济上投入产出比。脱离实际，生搬硬套，那么输出的“最低成本配方”对于畜牧业生产帮助不大。

2 企望计算机输出配方参数精度要高的误解

首先从畜禽配方设计的依据饲养标准说起，饲养标准是根据畜牧业生产实践中积累的经验，结合物质能量代谢试验和饲养试验，科学地规定出不同种类、性别、年龄、生理状态、生产目的与水平的家畜，每天每头应给予的能量和各种营养物质的数量或浓度，饲养标准规定的指标，并不是永恒不变的，随着动物与饲养科学的发展，畜禽品种质量的改良和提高，生产水平的提高，饲养标准也在不断地进行修订，充实和完善。

同样，饲料成分表所列饲料营养价值虽说具有科学性。都是通过科学的分析、代谢试验和饲养试验而得出来的科学数据，但国外国内、国内不同地区因气候、土壤，收割早晚等因素，常用饲料成分差异千差万别，饲料成分表尤其是常用饲料成分表中是不能将所有含高营养成分与含低营养成分的饲料都列出来。而只能列出居中的数，如玉米的蛋白质含量在7%～9%的范围内，但大多数在8.2%～8.9%，而在饲料成分表所列数字为8.6%。以此类推，可见一般。

总的说来，全价料配方设计宜粗不宜细，配方参数精度不必要求太高，计算机只要在指标设定时确定一个约束范围（营养指标约束，饲料原料用量约束），例如5周龄以上肉鸡的饲粮能量浓度可变化在2.8～3 Mcal/kg代谢能，30～60 kg肉猪可变动在 2.9～3.2 Mcal/kg消化能之间就可以了,蛋白质浓度也可设定上限和下限约束肉鸡的蛋白浓度可变化在17%～20%，肉猪可变动在15%～19%。饲料营养参数可采用饲料成分表平均数，最好采用当地科学实验数据。只要计算结果参数分布在约束范围都确认为有解。甚至还允许人工进行饲料用量微调（总量不变）更不必拘泥小数点以下多少位。

与此相反，预混料配方设计虽谈不上优化，但宜细不宜粗，因为添加剂以克计量，在配合料总量中占万分之几，乃至百万分之几。如按预混料1%添加，预混料总量中营养和非营养性添加剂也要占百分之几乃至万分之几,故用计算机设计预混料配方时，参数精度至少要求小数点以下4位。

3 认为设计畜禽饲料优化配方营养指标，饲料种类越多越好的误解

畜禽营养需要和饲料营养成分包含的项目很多，有能量、蛋白质（各种氨基酸）、矿物质（各种常量元素，各种微量元素）、维生素(脂溶性和非脂溶性),总计不下40余种。不是所有指标都可以参与优化配方设计的。

应该选择与畜禽生长发育、生产能力有关，而且直接影响到配方成本高低的那些主要指标（数学概念即权重系数比较高的），如能量（消化能、代谢能、净能）、蛋白质、必需氨基酸、钙、磷等,粗纤维是与饲料营养价值相逆的限制性指标,考虑到配方要符合反刍类草食家畜消化生理特点,有时也会把粗纤维列为优化组合的指标(如粗纤维改为中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维，那么饲养标准营养需要和饲料成分表要有对应的数据相匹配)。

关于组成配方的原料数量，大体可有8～13种，能量饲料占50%～70%，蛋白饲料占20%～30%，矿物、维生素补充料占3%～12%。能量饲料：玉米、米糠、麸皮（次粉），油脂；蛋白饲料：豆饼（粕）、棉仁粕、菜籽粕、鱼粉、血骨粉等。矿维补充料：包括磷、钙和氨基酸或称预混料。三类饲料的比例随畜种和不同生长阶段而异。国外猪鸡标准的配方为玉米＋豆饼（粕）＋矿维预混料（包括保健药）配方。这不符合中国国情，也达不到饲养标准要求，以0～4周龄肉用仔鸡代谢能需要2.9 Mcal/kg为例,玉米鸡代谢能值为3.18 Mcal/kg,高出标准10个百分点。如欲调整,可采用当地常用的价廉、能值较低的麸皮、次粉去替代部分玉米。用棉仁粕、菜籽粕等替代豆饼(粕)饲料，道理是一样的。总而言之，多种饲料配合,给计算机自行选材,有效解方程,平衡营养指标提供了足够的空间。

蛋白质营养指标在饲料优化配方组合中具有特殊作用。蛋白质是生命存在形式，蛋白质营养实质上是氨基酸营养，平衡了蛋白质中氨基酸比例，就等于提高了配合饲料整体营养水平。我国蛋白饲料来源十分短缺而且价格昂贵,进口鱼粉单价是玉米的4～5倍,豆粕的2～3倍,少用鱼粉,多饼配合(豆粕、菜籽粕、棉仁粕)，添加赖氨酸（猪用）、蛋氨酸（禽用），保持合理的能蛋比，不仅保证了配合饲料质量，还大大降低成本，研究结果表明：即使减少配合饲料中蛋白质1～3个百分点，同样能取得理想的饲养效果。为了减少蛋白饲料用量，达成氨基酸营养平衡并优化饲料原料用量组合，手工算是无法完成的，依靠计算机运筹是最有效的途径。

4 结语

随着科技进步,饲料优化配方程序设计的软件研发也日新月异,为了使优化方法更加先进，科技工作者正在研究将多目标规划思想与人工智能技术，模糊数学理论巧妙地揉和在一起，通过标量化处理和变换，使线性规划，目标规划，手工规划，三种优化方法既能供用户选择，又能互相补充。较好地解决线性规划中经常出现的无解现象和其它问题,使全价料、浓缩料、预混料配合设计更加便捷，界面更加直观，但我们认为，无论软件功能多么完美，或者引进哪个国家的软件，配方设计仍然离不开动物营养分析师的智慧、经验和主观能动性。

[1]胡迪先,俞宗源,张子仪.应用线性规划原理筛选最佳饲料配方的Basic语言程序设计.中国农科院畜牧研究所科学年报,1982.

[2]马仲藩,魏权龄.数学规划讲义.中国人民大学出版社,1981.

[3]胡迪先.电子计算机和数学方法在农业上的应用.农业出版社,1983.

[4]奶牛营养需要和饲料标准.中国农业大学出版社,2000.

[5]奶牛全混合日粮（TMR）技术.饲料博览,2007.

[6]NRC奶牛饲养标准,2001.