智能物联助推畜牧产业升级和种养联动

文│沈富林 陆雪林 许栋 李何君 吴昊旻 赵乐乐（上海市动物疫病预防控制中心）

智能物联助推畜牧产业升级和种养联动

文│沈富林 陆雪林 许栋 李何君 吴昊旻 赵乐乐（上海市动物疫病预防控制中心）

项目来源：上海市生猪产业技术体系建设，编号：沪农科产字(2015)第6号

人类用200年的时间消耗了地球38亿年的物质积累，如何合理利用大自然的恩赐，做好资源利用价值最大化，是当前农业生产迫切要解决的主要问题。近30年，我国农业主要经历了传统农业到化学农业的发展阶段，畜牧业也从传统粗放型向规模化养殖型转变。虽然化学农业和规模化养殖业，带来了巨大的价值收益，解决了温饱问题，但是滥用化学农药、化肥和集约化饲养，造成了土壤退化、环境污染和农产品品质下降。现阶段，在迈向农业现代化可持续发展的道路上明显动力不足。

近几年，随着互联网、云计算、大数据的蓬勃发展，国家正在借助诸多现代科技实施新一轮的产业升级。2015年“两会”报告中，李克强总理提出“互联网＋”的行动计划。2020年之前，中国已经规划了3.86万亿的资金用于物联网技术研发。现代农业和畜牧业的发展需要借助科技的力量，畜牧业是我国农业的支柱产业，2014年畜牧业产值超过2.9万亿元，约占农业总产值的1/3，农业作为国民经济的重要基石，畜牧业作为农业的重要组成，理应把握好这次机遇。

我国畜禽养殖方式千差万别，由于生产效率整体偏低，生产的畜禽产品需要消耗更多的饲料和土地。上海郊区都市畜牧业对上海畜产品实现“保供应、保安全和保生态”的目标具有重要意义，但作为国际大都市，上海畜牧业发展面临土地紧缺、成本高企、环保压力增大以及生产环节缺乏有效监管等诸多挑战。“物联网＋农业”的发展思维，可为上海市畜牧产业发展引入更多的新元素，带来新的发展契机。现在环保压力日益增大，只有将种植业和养殖业有机结合，实现种养联动，才是解决农业生产污染的最优模式之一。

一、上海畜牧业发展现状

1.上海畜牧业发展成绩与挑战。近几年，上海着力推进畜牧产业升级，借助畜牧标准化生态基地建设、市现代农业产业体系、科技入户工程等平台，较好地提升了上海畜牧业的规模化、设施化、生态化、良种化和信息化水平。2013年，全市生猪存栏500头以上的规模猪场比重达79.7%，高出全国平均水平近40个百分点；奶牛存栏规模均在100头以上，高出全国63个百分点，奶牛平均单产达到8702千克；蛋鸡规模养殖比重高出全国10个百分点。

整体来看，上海畜牧业生产结构正在逐步向现代农业方式转变。但上海作为国际大都市，其畜牧业发展面临诸多瓶颈和挑战。首先，土地资源紧缺，人工、饲养成本高企，制约上海畜牧业总量增加。其次，本行业投入产出比率相比国外和外省市发达地区，还有一定差距，如2014年上海母猪年提供商品肉猪18.31头，远低于美国25头、丹麦30头左右的水平。第三，随着上海创建国家现代农业示范区，部分畜禽场粪尿处理不规范与生态循环农业建设之间的矛盾日益尖锐。针对这一问题，上海抓紧推进近百家标准化畜禽场节能减排工程建设，对全市2700余家中小型畜禽场开展不规范整治。第四，由于缺乏系统性的智能物联管理平台，上海畜牧生产各环节缺乏更为直接、实时、有效的监管。

2.现代化、智能化养殖技术在上海畜牧业中的初步应用。截至2015年，上海已累计建设畜牧标准化生态养殖基地300多家，通过大力实施畜牧标准化生态养殖基地建设和先进科技推广，一些先进、智能且实用的养殖设施已在上海市得到应用。在生猪养殖中，智能化温度控制和通风系统，高效空气过滤净化系统、全自动喂料系统、全自动喷洗消毒通道、自动清粪和水泡粪集中处理系统、生产管理软件和现代化工艺产房等先进养殖设施，已经引进到上海市现代化猪场中。在奶牛养殖中，全自动通风采光设施、全混日粮取料搅拌和配送设备、智能挤奶控制系统、转盘式自动挤奶系统、全自动清洗制冷储奶罐、智能计步识别器、粪便自动清理和收集设施以及牛场数据管理系统，也已在上海市高水平建设的奶牛场中逐步得到应用。在蛋鸡养殖中，上海通过引进美国乔太等公司全套养殖设施，实现了蛋鸡养殖全程的精准化、自动化和智能化管理。随着上海适度、生态畜牧业的快速转型，其畜牧养殖模式正逐渐向现代化、信息化、智能化靠拢。

二、智能物联应用于现代农业

1.智能物联农业简介。物联网( Internet of Things) 的概念最早是由麻省理工学院的Auto-ID研究中心，于1999 年在研究射频识别( Radio Frequency Identification，RFID)时提出的。目前物联网的内涵仍在不断发展完善，尽管没有一个公认定义，但普遍认为全面感知、可靠传输和智能处理是物联网具备的三大特征。

智能物联农业总体构架可分为传感信息采集、视频监控、智能分析和远程控制等部分。主要依靠智能物联系统，实现农业生产的终端数据自动收集、传输和大数据分析，在不断获得生产数据的同时，利用反馈数据对农业进行自动控制和智能化管理，从而更好地提高生产效率。由于智能物联系统的广泛应用，人类可以更好地认识和利用农业自然规律。智能物联同样可在农业生产、管理、销售和服务中广泛的开展应用，实现“生产源头”可管控、“加工流通”可跟踪、“产品买卖”可溯源的目标，为发展优质、高产、高效农业及解决粮食安全和食品安全问题，提供系统保障解决方案。

2.智能物联农业的应用。农业生产包含大量的环境、生长、管理的数据信息。智能物联农业可通过各类信号传感器，对农作物温室内的温度、湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、叶面湿度、露点温度等环境参数进行实时采集。现场采集的数据，既可以自动开启或者关闭指定生产管理设备（如远程控制浇灌、开关卷帘等），也可以为农业综合生态信息自动监测提供科学依据。例如，种植业需要动态监控土壤的温度和湿度，结合气候变化实现对植物是否需要及时灌溉进行精准管理，代表产品是墒情管理系统。

三、智能物联系统在畜牧生产中的应用

与智能物联农业相似，智能物联网技术也可应用于畜牧业中。实现牧场的人、机、物一体化互联，进而达到产前、产中、产后的过程监控、科学决策和实时服务的目标。智能物联在畜禽养殖生产中应用的实例很多，比如畜禽养殖环境智能监控系统、生猪养殖中母猪群养系统、哺乳母猪自动饲喂系统、全自动生产性能测定系统、奶牛自动挤奶系统和检测系统等，都是智能物联技术在养殖生产中的具体应用。

1.畜禽养殖环境的智能监控系统。有研究表明，畜禽养殖环境对生产的影像达20%以上。现阶段，我国大部分养殖场都无法做到对畜禽养殖环境进行精确调控，从而限制了养殖生产水平的提升。智能物联技术为实现畜禽养殖场的智能监测与科学管理提供可能。该系统通过智能传感器在线采集养殖场环境信息（二氧化碳、氨气、硫化氢、空气温湿度、光照强度等），将采集到的信息通过无线传输等技术传输到服务终端（服务器、电脑、手机等），应用程序根据收集到的信息精确计算，并对比预定好的环境参数，自动或者人为对环境控制设备发送指令信号，控制开窗、遮阳、通风、增湿等设备。例如上海农场光明种猪场、海丰蛋鸡场（江苏大丰）和上海祥欣畜禽有限公司东滩种猪场三家现代化畜禽场，在生产中采用了畜禽养殖舍内温度、湿度和二氧化碳智能检测与自动调控系统，收到较好的应用效果。

2.饲养环节的智能化饲喂系统。众所周知，饲料成本要占到畜禽饲养成本的65%～75%。以生猪生产为例，智能化饲喂系统可以根据猪群的不同生长阶段，指定相对应的饲喂策略。在母猪妊娠阶段，智能化群养饲喂系统可使母猪摆脱定位栏饲养对其的束缚和应激，同时实时记录生产母猪采食速度、采食质量和采食时间。

通过这些数据的统计分析，利用专用管理软件进行精准饲喂调控，确保母猪膘情适合和胎儿健壮，通过系统测算还可以更好地选择优秀的母猪用于后续生产。在母猪产房阶段，哺乳母猪要实现按需采食和采食最大化，哺乳母猪由于产仔数量和产仔时间的不同，需要个性化饲喂。智能化饲喂可以通过“少食多餐”原理，合理进行分顿饲养，制定个性化的饲喂曲线，尽可能接近母猪的最佳采食状态，实现母猪采食量最大化和泌乳最大化。

对于保育和育肥猪，智能化饲喂体系可动态监控饲料消耗量，自动调节饲料和水的比例，满足不同育肥阶段猪群的采食需求，实现猪群生产全程可追溯，饲养效率最大化。另外，智能化系统可动态监控各阶段猪只的采食质量和采食行为，及时发现体况状态变化，对仔猪健康和母猪体况进行警示。目前，上海市通过畜牧技术推广，已在五家规模化猪场采用智能化设备的应用。从前期应用结果来看，母猪繁殖、哺乳指标以及仔猪、育肥猪的生长发育指标都有显著上升。

3.生产管理环节的智能化系统。牧场智能物联系统实现了终端生产管理数据的实时采集，实时数据采集实现了养殖生产过程可视化。在物联牧场生产管理环节，牧场的生产管理更多依靠软件操作自动化机器，而不是传统模式的人工来进行管理。在奶牛场，上海市几家现代化奶牛场从国外引进机器人全智能化挤奶和检测系统。该系统让奶牛从原有拴系式饲养方式中解脱出来，自由饲养、采食和挤奶，传感器对每头奶牛挤奶信息进行记录，并对产奶质量进行实时监测，及时将产乳异常的奶牛进行预警，实现了原奶生产的标准化及可追溯性。该系统连接奶牛计步器，可以时间准确地监测奶牛发情，监测隐性发情；跟踪奶牛卧底次数和时间，评估牛舍环境舒适度，对即将产犊的奶牛发出预警等。

在猪场，通过体征指数传感器，如体重传感器、红外传感器、体温传感器，实时收集生猪个体生理状态，并将数据技术传输到服务器，进而指导生产。如利用母猪产房智能化设备实时采集生产数据，开展母猪产房系统性的采食、哺乳调控和生产管理。如上海市种猪测定中心和上海几家大型猪场在用的FIRE全自动生产性能测定系统（Feed Intake Recording Equipment），采用RFID电子耳牌的识别技术，在群体饲喂环境下对测定个体进行识别，对测定猪的相关数据（如采食时间、采食量、体重等）进行精确测定，测定所得的数据通过FIRE系统专用的软件进行处理，最终形成生产实践中所需要的各种数据报告和图表。对于母猪发情鉴定，可利用母猪发情智能鉴定器，该设备可实时、准确监测母猪对公猪接触时间、体温等指标，进而判定是否发情。

4.区域疫病防控和安全可追溯系统的智能化管理系统。特定区域畜禽生产的繁殖率和生产水平理论上是动态恒定的，现实中常常由于疫病等原因导致区域内畜禽养殖生产力的改变。智能化系统可动态监控生产数据，根据动态数据的监控，与监测数据库中的疫病信息相比对，及时监测畜禽健康情况，从而实现区域内动物疫病暴发的预警，实现养殖风险可预知。另外，二维码和RFID技术为主的个体标识技术，也是畜产品质量安全可追溯系统的重要技术基石，通过溯源平台，可实现对牧场生产的每一批次产品进行严格监测和把关，为食品安全奠定基础。

四、智能物联技术适用于种养结合生态农业模式

我国畜牧业和种植业发展自成体系，忽略两者内部物质能量的循环利用，会造成物质能量的流失和浪费。近些年，畜牧业在追求规模化的同时，往往忽略了过度集约化发展对区域环境和生态平衡造成的影响，导致出现了越来越多的环境污染等问题，而种养结合型生态循环农业，代表着一种现代畜牧业发展的必然模式，日益受到重视。种养模式是将畜禽养殖产生的粪便作为有机质，为种植业安全生产奠定优质土壤基础；同时，种植业生产的农作物又可作为畜禽养殖的食源。该模式的良性循环能够为构建新型生态农业系统奠定基础。

未来，智能物联网技术可在农业种养结合上广泛开展应用，其主要应用方向是根据农业实际情况，极致发展终端数据采集设备，结合互联网系统实现数据即时传输，利用云平台实现数据的动态分析和应用。智能物联可通过信息采集设备，汇总区域种植业农作物品种、数量、茬口、生产周期以及土壤养分、墒情等动态数据，确定科学的畜禽养殖有机肥（粪肥、粪水）动态需求量，实现精准的施肥和灌溉。畜牧业可根据区域种植业的承载力和需求，合理配套养殖规模，与种植业实现动态平衡，建立起农业生产的良性生态圈。

若将智能物联技术引入到种养结合型的生态循环农业生产中，可为我国农业特别是畜牧业生产，带来以下好处：

1.显著降低种植、养殖成本。通过智能物联技术的应用，有效提高生产管理效率，节省大量劳动力。种植业中通过大量畜禽有机肥的施用，显著降低经济成本，提高土壤品质，提高综合效益。养殖成本中饲料消耗约占65%～70%。智能化饲喂模式可以提供最佳的饲喂方式，有效提高饲料转化率，大大节约养殖成本。

2.节省土地、饲料等农业资源。通过智能化饲喂，提高畜禽生产水平。以母猪生产为例，现阶段，我国母猪年提供断奶仔猪数为15头，需要饲养母猪约4000万头才能满足国内市场需求。若母猪年提供断奶仔猪数达到25头，可节省1600万头母猪的饲养量，按每头母猪40平方米标准占地面积计算，可节约土地约96万亩；按母猪年消耗饲料约1.0吨/头，粮食生产1.0吨/亩计算，可节省粮食用地最少1600万亩；按母猪年排污量2吨/头计算，可减少粪污排放量3200万吨。

3.提高农副产品质量和安全。

随着智能化系统在种养结合中的延展，不仅更好解决了畜牧养殖废弃物资源化利用问题，实现农业生产的增值，更是解决环境污染和食品安全的关键。未来，农业智能物联网系统将打破种植业和养殖业之间的固有格局，真正实现农业生产过程可控、产量可查和产品可追溯。

点评：农业生产的本质是在为人们提供优质、丰富、安全农副产品的同时，实现农业生态、循环、可持续发展。推动智能物联技术在畜牧产业中的应用，实现物质和能量在动植物之间进行良好的循环，就是为了构建生产安全畜产品的环境。随着国家的政策支持和大力投入，智能物联技术必将在畜牧产业中得到快速发展，开展现代畜牧业的精细化饲养生产、动态监测和安全可追溯管理，实现产业转型升级。同时利用智能物联技术，将畜牧业与种植业生产紧密结合，真正实现种植业与养殖业的种养结合和生态循环发展。