《智慧農(nóng)業(yè)》編委熊本海研究員:大數(shù)據(jù)在畜牧及飼料領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)新進(jìn)展(上)
01
畜牧業(yè)現(xiàn)狀——糧食與飼料(中國)
畜牧業(yè)的發(fā)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(shí)際上某種程度上轉(zhuǎn)化為飼料安全,直接影響到養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。目前,我國畜牧業(yè)總體上從飼料資源不足、生產(chǎn)效率較低、生產(chǎn)成本較高,逐步轉(zhuǎn)向?qū)H畜產(chǎn)品的高度依賴。例如:2017年,我國進(jìn)口糧食13,062萬噸,其中大豆進(jìn)口高達(dá)9553萬噸,是國產(chǎn)大豆產(chǎn)量的7.4倍。大豆的副產(chǎn)品——大豆粕是畜牧業(yè)飼料主要的蛋白質(zhì)原料。由于今年的中美貿(mào)易戰(zhàn)導(dǎo)致了大豆從美國進(jìn)口量僅是往年的10%。到今年一共進(jìn)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(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用。我國的非轉(zhuǎn)基因大豆產(chǎn)量只有1300萬噸左右,2017年進(jìn)口的轉(zhuǎn)基因大豆是我國自產(chǎn)的7.4倍,這個事實(shí)帶來問題的思考不可回避。影響畜牧業(yè)發(fā)展的還有優(yōu)質(zhì)牧草,2017年我國進(jìn)口優(yōu)質(zhì)苜蓿高達(dá)約140萬噸,是2008年進(jìn)口量的74倍,進(jìn)口燕麥草達(dá)30萬噸,是2012年進(jìn)口量的18倍。
關(guān)于轉(zhuǎn)基因技術(shù),從全球種植作物面積上,2017年轉(zhuǎn)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(zhuǎn)基因作物在五大種植國的平均應(yīng)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(jìn)口糧食,這幾年,在食品安全領(lǐng)域、畜牧業(yè)安全領(lǐng)域也出了一些問題。從國際進(jìn)口的畜產(chǎn)品量持續(xù)增加,尤其是乳制品的進(jìn)口量之大超出預(yù)期。2017年,我國累計進(jìn)口生鮮乳667.6萬噸,乳制品247.1萬噸,折合生鮮乳1721萬噸,進(jìn)口乳及其制品產(chǎn)品折算為生乳的總量高達(dá)2388.6萬噸。而2017年國產(chǎn)生乳總量3545萬噸,意味著進(jìn)口量占消費(fèi)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?yōu)槭裁匆唤o國際呢?就是因?yàn)槲覀冃竽翗I(yè)生產(chǎn)的生乳的數(shù)量和品質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人民生活水平提高以后對產(chǎn)品的需求,我們就需要深入思考,怎么樣利用現(xiàn)代信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能裝備技術(shù)來提升畜牧業(yè)的生產(chǎn)水平。
從養(yǎng)殖化過程的精細(xì)化管理來講也存在一個問題,比如美國上市白肉雞生產(chǎn)存活率高達(dá)96%-97%,我國比較好的養(yǎng)殖企業(yè)的存活率還不到90%。養(yǎng)殖過程中造成了極大土地、飼料、人工的浪費(fèi)。怎么提升成活率、飼料轉(zhuǎn)化效率,是現(xiàn)代信息型、智能型畜牧業(yè)要解決的問題。
從生產(chǎn)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(yǎng)殖業(yè)智能裝備的水平,走精細(xì)化畜牧業(yè)的發(fā)展道路,把成本降下來,將品質(zhì)提上去。
02
人工智能及大數(shù)據(jù)技術(shù)典型應(yīng)用
人工智能在畜牧業(yè)中的應(yīng)用,就是以感知技術(shù)為切入點(diǎn)來發(fā)展畜牧業(yè),把經(jīng)驗(yàn)變?yōu)榭茖W(xué),展開來說就是先進(jìn)感知技術(shù)、精準(zhǔn)飼喂、畜牧業(yè)機(jī)器人、畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)在畜牧業(yè)養(yǎng)殖中已經(jīng)有了較多應(yīng)用。
2.1 畜禽養(yǎng)殖先進(jìn)感知技術(shù)研究
動物的健康非常重要,是實(shí)施健康養(yǎng)殖的基礎(chǔ)。大家都知道,需要利用感知技術(shù)就可以把這些問題盡可能抹殺在萌芽狀態(tài),所以可穿戴式芯片即傳感器技術(shù)在畜牧業(yè)有很大的應(yīng)用空間??纱┐鱾鞲衅鞯暮诵募夹g(shù)包含的內(nèi)容有:傳感器的高度集成與多元化測量,使可穿戴設(shè)備集成更多的監(jiān)測功能;傳感器材料開發(fā)與應(yīng)用,針對不同穿戴部位和不同動物的使用,研發(fā)柔性可穿戴傳感器,提高穿戴設(shè)備的易佩戴性;傳感器的低功耗,提高可穿戴設(shè)備或傳感器的使用壽命或續(xù)航性,主要針對放牧或者散養(yǎng)的動物等對電量有較高的要求;新型生物傳感器研發(fā),開展深層次的信息獲取與挖掘能力拓展,不用手術(shù)或者無應(yīng)激的形式如何獲取動物的生理、生長指標(biāo)。
國內(nèi)也開展了很多的工作,如電子標(biāo)識,RFID標(biāo)簽國產(chǎn)化進(jìn)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(biāo)。通過多項(xiàng)技術(shù)的融合,采用無源應(yīng)答的方式可以讀取ID及體溫信息。RFID標(biāo)簽國產(chǎn)化后也大大降低了成本,現(xiàn)在的成本只有原來的1/5到1/10?,F(xiàn)在已經(jīng)由塑料標(biāo)簽逐步轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮訕?biāo)簽,從低頻到高頻,解決了奶牛、肉牛等經(jīng)濟(jì)較好動物的信息檢測問題。在感知應(yīng)用方面,奶牛是國際上率先應(yīng)用的焦點(diǎn),因?yàn)槟膛5慕?jīng)濟(jì)價值很高,產(chǎn)量從幾噸到十幾噸,感知技術(shù)在奶牛養(yǎng)殖中的應(yīng)用就尤為重要。如三維運(yùn)動傳感器的應(yīng)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(yīng)奶牛的身體狀態(tài)、營養(yǎng)失調(diào)、代謝疾病等問題。感知系統(tǒng)會自動檢測與提醒,時刻關(guān)注奶牛的生理反應(yīng)。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(fā)情了,提醒管理者及時配種。其次,現(xiàn)在機(jī)器視覺也應(yīng)用于豬只的計數(shù),即財產(chǎn)的動態(tài)管理。只要每天在豬場定時采集圖片,進(jìn)行豬只數(shù)量的盤點(diǎn)。針對移動財產(chǎn)管理,如牦牛的遠(yuǎn)程管理也可以采用特殊的有源芯片去解決。我國的牦牛數(shù)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(xiàn)在通過芯片的定位示蹤功能,牧民通過手機(jī)進(jìn)行生物最新位置查看、軌跡查看、一鍵導(dǎo)航。監(jiān)管部門可以通過管理員賬戶查看所有牲畜信息以及區(qū)域密度,也可以對草場使用情況進(jìn)行監(jiān)管。