“面向未来中国猪业30年发展行动”走访重点实验室：拜访熊本海研究员

本刊编辑/甄梦莹

近期，活动组来到中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，拜访该所智慧畜牧业创新团队首席专家熊本海研究员，深入了解中国农业科学院北京畜牧兽医研究所的发展情况，并针对熊本海研究员及其团队取得的科研成果进行深入解析。

中国农业科学院北京畜牧兽医研究所（以下简称牧医所，前身为中国农业科学院畜牧研究所，2006年更名）成立于1957年，隶属于农业农村部。牧医所定位为国家级社会公益性畜牧兽医综合科技创新研究机构，以畜禽和牧草为主要研究对象，以资源研究和品种培育为基础，以生物技术为手段，以营养与饲养技术研究为保障，以生产优质安全畜禽产品为目标，开展动物遗传资源与育种、动物生物技术与繁殖、动物营养与饲料、草业科学、动物医学和畜产品质量与安全等学科的应用基础、应用和开发研究，着重解决国家全局性、关键性、方向性、基础性的重大科技问题。

1996年，牧医所被原农业部评为全国农业科研机构科研开发综合实力“百强研究所”和“基础研究十强所”；2006年被中国畜牧兽医学会评为“感动中国畜牧兽医科技创新领军院所”；2011年被科技部授予“十一五”国家科技计划执行优秀团队奖；2012年在原农业部组织开展的第四次全国农业科研机构科研综合能力评估中排名第五，专业、行业排名第一；在中国农科院2016年度研究所评比中，牧医所人均实力排名第二，发展实力排名第四。

截止2019年5月底，牧医所拥有中国工程院院士1名，正高级专业技术职称人员47人，副高级专业技术职称人员59名，博士生导师44人，硕士生导师94人，现有国家“万人计划”人才6人、国家杰出青年科学基金获得者2人、国家新世纪百千万人才7人、创新人才推进计划中青年科技创新领军人才3人、农业科研杰出人才4人。有畜牧学、兽医学、草学三个博士一级学科授权点，在全国第四轮学科评估中，牧医所牵头组织参评的畜牧学评估结果为A+。

建所以来，牧医所先后承担各类项目课题近千项，累计取得获奖成果130余项，包括国家技术发明和科技进步二等奖的成果21项，省部级奖励60余项。获审定品种24个，登记著作权软件200余个，国家专利授权300余项，其中发明专利100余项，发表学术论文3 600余篇，出版著作近300部。

牧医所积极促进科研成果转化，为畜牧企业提供技术服务和支持。先后与多家企业开展了Z型北京鸭、黄羽肉鸡、“中苜”系列苜蓿以及优质乳工程等方面的科技合作，促进成果转化与产业发展。在国家农业科技创新联盟框架下，牧医所相继成立了畜牧、奶业、鸽业三个国家科技创新联盟，聚合全国畜牧业科研机构、院校、企业等单位及专家开展科技协同创新，为科技成果转化搭建桥梁，推动现代畜牧业健康稳步发展。

本次活动，我们拜访了中国农业科学院北京畜牧兽医研究所熊本海研究员。熊本海研究员为农学博士，博士生导师，是农业农村部有突出贡献的中青年专家，现任中国农业科学院北京畜牧兽医研究所智慧畜牧业创新团队首席、农业农村部“中国饲料数据库情报网中心”主任、中国畜牧兽医学会信息技术分会理事长、中国农业工程学会畜牧工程分会副理事长、中国农学会计算机农业应用分会副理事长及中国畜牧兽医学会动物营养学分会常务理事等职。

熊本海研究员主要从事反刍动物营养、畜禽智能装备、畜牧业物联网技术以及大数据平台构建工作，是国家“十三五”重大专项项目负责人，北京市“十三五”重大项目首席科学家。熊本海研究员曾获国家科技进步奖2项，省部级科技进步奖9项，发表论文200余篇（其中SCI及EI收录30余篇），主编著作21部，其中专著4部，获国家出版资金资助出版2部，取得计算机软件著作权登记150多项，获得授权专利50余项，其中发明专利8项（均为第1完成人）。

熊本海研究员带领的智慧畜牧业创新团队主要研究方向有两项，一是畜禽精准饲喂理论与机电控制技术研究，针对畜禽的动物信息感知、数据集成处理及环境监测与控制平台，集成基于畜禽的动态体重预测、环境控制、营养需求动态预测模型等技术，研究满足畜禽精准饲喂的理论与设备装备技术，以期满足畜禽正常生理与生产对精准饲喂的技术需求；从畜禽动物的营养精准喂养方面，研究各自的饲喂设备及其理论，其理论研究内嵌了各种动物的采食量或体重变化与日粮的养分浓度、环境参数的关系模型，同时与环境控制系统结合起来，实现对畜禽动物的体况监测、环境控制与精细化喂养。二是针对奶牛生产中的突出问题，包括由于高精细化日粮广泛使用造成的亚急性瘤胃酸中毒、甲烷排放严重、氮利用效率低下、围产期能量负平衡等；探讨通过营养调控措施，寻找缓解或解决的营养方案，并通过体内外结合研究的方法，从DNA修饰、转录、翻译、翻译后修饰层面，从器官、组织、细胞、亚细胞角度，揭示其机理和核心调节网络。

熊本海研究员同时负责农业农村部“中国饲料数据库情报网中心”的日常运行与管理。“中国饲料数据库情报网中心”的主要职能是维护在“七五”期间通过国家科技攻关项目“中国饲料数据库软件开发（75-05-05-05）”建立的中国饲料数据库，“中国饲料数据库情报网中心”每年组织修订1版“中国饲料成分及营养价值表”并通过行业杂志《中国饲料》发布。中国饲料数据库起始酝酿于“六五”初期，中国工程院院士张子仪先生为其创始人，中国饲料数据库的建设和在饲料配方优化技术上的应用是以1983年国务院“电子计算机和大规模集成电路领导小组”下达并由原中国农业科学院畜牧研究所与原北京农业大学畜牧系共同主持“畜禽饲料数据库及筛选猪、鸡最佳饲料配方技术的研究”研究课题(65-3-13)为起点，1986年12月，经原农牧渔业部批准在中国农业科学院成立“中国饲料数据库情报网中心”。

2020年1月10日，“2019年度国家科学技术奖励大会”在北京人民大会堂隆重举行。熊本海研究员带领团队完成的“家畜养殖数字化关键技术与智能饲喂装备创制与应用”获2019年度国家科技进步奖二等奖。本次走访，活动小组重点对熊本海研究员团队获得的国家大奖主要内容进行详细了解。

我国是世界第一饲料生产与消费大国，2018年饲料总产量达2.28亿吨，稳居世界第一位。饲料的充足生产确保了我国世界第一大畜产品生产大国的国际地位，畜产品总量逐年增加，2018年，我国肉蛋奶的产量达1.47亿吨，不断满足着人民生活水平的提高对动物源性食品的需求。其中，养殖业是带动农业增效、农民增收及农村繁荣的重要产业。

回望20世纪90年代初，我国饲料工业刚刚起步，饲料营养基础数据缺乏，饲料配方技术落后，有限的饲料资源得不到合理利用，已有科技数据利用率不足20%；畜禽养殖业规模小、分布散、养殖方式落后等特点致使饲料转化效率低、例如生猪全程料重比高达3.5:1～4.0:1，环境控制无序，畜禽全程死淘率高达20%以上，畜产品产出率低，反过来加重了饲料安全问题，引发了业界对从饲料安全到畜产品的有效供给的担忧。因此，建设好中国饲料数据库等势在必行。建设好中国饲料数据库、扩大饲料营养价值的数字化应用、创制智能化饲喂装备与技术、走设施化养殖之路、逐步改变传统的粗放的饲养方式才能从根本上提高饲料资源利用率和转化效率，降低畜禽死淘率，养殖业的发展进入良性循环，才能越来越好。

经过分析，熊本海研究团队认为，造成上述问题的主要原因：一是缺乏家畜饲料与营养数字化的理论与动态模型；二是缺乏畜禽精准饲喂的物联网技术与装备；三是缺乏养殖过程的数字化管理规范及数字化分析与控制平台。熊本海研究团队通过近30年的理论、技术和产品创新，致力于解决上述几个问题，取得了可喜的成果。

全面创新发展了中国饲料数据库

随着我国畜禽养殖体量的不断扩大，我国饲料数量安全及质量问题不断凸显，进口原粮量（其中主要用于饲料用粮）屡创新高，如何科学合理利用包括非粮饲料资源等一切可以利用的资源是缓解饲料资源紧张的主要技术途径。30年来，熊本海研究员的团队长期收集、整理、补测补遗、标引及入库不断出现的新的饲料原料的养分数据，分类构建了涉及731项属性数据的79个核心数据集，建成了标准化的“中国饲料样本数据库”及“中国饲料实体数据库”，网络化贮存管理5 971种饲料实体及62万套以上不同年代及种次的、具有饲料描述及属性数据的饲料原料样本；结合饲料原料营养成分大样本分析数据，构建了352套单一及分类饲料原料的有效养分预测模型，包括105种单一饲料总能（GE）、35套消化能（DE）、33套代谢能（ME）、45套净能（NE）及其他132套养分预测模型。通过对预测模型的长期验证与广泛应用，预测精度高达93%以上，每年节省饲料养分检测费用达1 200万元以上，全面实现了饲料样本数据的升值应用。从1990年开始，通过《中国饲料》杂志、“中国饲料数据库”“国家动物科学数据共享分中心”2个门户网站，代表行业连续30年每年唯一发布了《中国饲料成分及营养价值表》，为我国3 700余家大中型饲料加工企业及养殖企业设计饲料配方解决了基础性数据支撑问题。该项目执行30年来，建成了世界上饲料种类最丰富、数据产生最规范、数据类型最完整、数据贮存量最大、数据更新与发布时间最长的具有全、新、稳、准的国家级行业基础性数据库，《中国饲料数据库》的建设与运行，全面支撑了我国饲料工业及养殖业的长期发展。

实现了家畜电子标识国产化

突破关键技术，实现了电子芯片国产化及标签产业化的重大突破，实现了畜牧智能制造走出去的梦想。项目研究团队瞄准国际同类技术的发展态势，甩掉跟踪，弯道超车，率先采用世界最先进的0.18μm芯片工艺技术，实现了在8 inch的硅晶片面积上生产出40 000枚RFID芯片的突破，芯片成本降低60%；芯片应答工作电流（700 nA）比进口低30%，应答灵敏度提高10%，促进了该产品和技术在养殖领域的广泛应用；基于自主芯片研制的家畜标签（工作频率134.2 kHz）通过ISO11785:1996（E）验证和国家电子检测中心（NCTC）8项指标检验，如空气介质识读距离（≥20 cm）、拉伸断裂力等符合质量要求，实现产业化生产的各种标签成本是进口同类产品的1/5～1/8。研发的阅读器符合ISO11784（编码规则）及ISO11785（数据传输接口）标准，并全部通过国际动物编码协会（ICAR）的ISO24631-1及ISO24631-3的性能检测及认证；创制的多种外挂式、注射式无源电子标签及阅读器，均获得江苏省高新技术产品认证。创制的22个种类已全面产业化，为家畜养殖的数字化监控提供必要的技术。

开启了我国家畜智能饲喂设备的国产化制造

针对我国智能养殖设备空白及养殖人员劳动率低下的困境，熊本海研究员团队近20年来从解剖国际上的VLOES、TEAM等智能饲喂设备入手，不断探索，反复调试与更新思路，结合机电控制及传感器技术、采食量动态模型及采食行为特性，创制了主要家畜精准饲喂控制技术、智能饲喂设备及配套关键装备等共47种代次，基本填补了我国家畜智能饲喂领域的技术与设备空白。创制了7大核心智能饲喂设备，包括第2代种猪性能测定站、第4代及第5代母猪电子饲喂站、第2代产床母猪个体饲喂站、第3代保育猪粥料饲喂器、第2代育肥猪饲喂站及第2代奶牛个体精准饲喂站，7大核心智能饲喂设备均通过国家认证检验检测委员会的检测，并实现了国产化及推广应用

成果效果显著，全面推动行业的科技进步

熊本海研究团队于1990年开始接触并于1995年开始逐步推广应用饲料数据库及配方技术、智能装备、标识产品等，覆盖除澳门外的全国33个省市特区，包括饲料行业前十位在内的3 700余家企业；团队核心标识产品出口至5大洲94个国家，成为我国少有的进入国际市场的家畜标识产品，成果应用可综合提高饲料转化率8%～15%、降低死淘率10%以上、减少劳动力成本30%以上、提高畜产品增值15%～50%；培育出2家高新技术企业，并进一步增强了项目实施单位-温氏食品集团股份有限公司及北京大北农集团有限公司在行业的旗舰地位。经中国农业科学院农业经济研究所评估：该项目成果从1995年到2018年已经累计新增产值1 275.09亿元，累计新增利税94.55亿元。

结语

30年的积累与潜心研究让熊本海研究员及其团队收获了丰硕的科技成果，也进一步推动了我国智慧畜牧业的发展。为了系统将团队的研究成果进行梳理及启迪行业人士，熊本海研究员已接受“面向未来中国猪业30年发展行动”活动组邀请，正式成为《人工智能与智能养猪》专著主编。据介绍，《人工智能与智能养猪》专著的主要内容有人工智能技术、养猪的环境控制技术、精准饲喂技术与装备、猪场数字化管理与大数据平台技术、猪肉质量全程溯源技术等，专著中也会介绍人工智能养猪的国内外研究进展、理论与实用案例，图文并茂，并通过扫描二维码观看视频等形式介绍人工智能与智能养猪方面最前沿内容。相信《人工智能与智能养猪》专著成书之日定会为智慧养猪业的发展提供思路。

“面向未来中国猪业30年发展行动”目前正火热进行中，希望行业人士继续关注，共同参与，共铸未来30年中国猪业的繁荣发展。