 谯仕彦 中国工程院院士 中国农业大学教授 |
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2023 年 4 月，农业农村部适时印发《饲用豆粕减量替代三年行动方案》的通知，推动养殖业走“开源增料、提质增效”的发展道路。当前，严峻复杂的国际形势、不断增加的地区冲突、全球气候变暖等都给蛋白饲料的供应增加了极大的不确定性，更加需要我们深刻认识饲用豆粕减量替代的重大意义。本文在阐述蛋白饲料供应现状的基础上，从提高养殖效率、深入研究推广低蛋白日粮、研发新蛋白饲料资源和小品种氨基酸、研究精准营养与饲养技术等方面，分析了饲料营养与饲养科技创新在饲用豆粕减量行动计划中的作用。 |
导读 ：2022 年，饲用豆粕消费 6580 万吨，折合大豆 8024 万吨，占进口大豆总量（9108 万吨）的 88.1%，大豆进口价格较 2021 年增加 22.4%。饲用豆粕不仅给我国粮食安全世界饲料蛋白消费总量的近 1/3，难以依靠进口非豆粕类蛋白饲料满足我国养殖业的巨大需求。依靠我国现有土地资源难以解决包括豆粕在内的蛋白饲料问题。依靠畜牧业和饲料产业本身的创新驱动是解决饲用豆粕问题的重要手段。2018 年以来，在农业农村部的大力支持下，推广应用低蛋白日粮，在配合饲料产量增加 8400 余万吨的情况下，饲用豆粕用量从 7000 万吨减少到 2022 年的6580 万吨，有效遏制了大豆进口量的持续增长。
2022 年，我国进口粮食 14687 万吨，其中大豆 9108 万吨，饲用 8024 万吨，占比 88.1% ；谷物5597 万吨，饲用 4547 万吨，占比 81.3%。可以说粮食安全的主要压力在饲料粮，本质是大豆。进口大豆主要为了供应食用油和饲用豆粕，而饲用需求是主要的进口源动力。2020 年，国内饲用豆粕用量达到最高，为 7000 万吨，相当于近 9000 万吨大豆，比 2010 年翻了一番，而同期食用油的消费需求是相对稳定的，因此大豆进口量的大幅增加，主要是豆粕需求拉动。另一方面，随着我国大豆进口量的增加，大幅推高了饲料价格和养殖成本。有数据显示，豆粕价格每吨涨 100 元，就推高每吨饲料成本15 到20 元。因此，减少豆粕饲用量，既可有效减少大豆进口量，保障国家粮食安全，又可降低养殖成本。2023 年 4 月，农业农村部适时印发《饲用豆粕减量替代三年行动方案》，依靠科技推动养殖业走“开源增料、提质增效”的发展道路，对保障国家粮食安全和畜牧水产养殖业高质量发展具有重要的现实意义，对畜禽水产品稳产保供和国际竞争力将产生深远影响。
一、我国饲料蛋白质和蛋白质饲料供需现状
据农业农村部畜牧兽医局统计，2022 年，我国养殖业消费饲料 4.54 亿吨，消费饲料蛋白质8107万吨，其中进口来源3675万吨，占比45.3%。从蛋白饲料的供需情况看，2022年，我国养殖业消费蛋白质饲料1.17亿吨，其中进口来源7504万吨，占比64.1%（表1）。从蛋白原料的种类来看，2022年，养殖业消费豆粕6580万吨，占全部蛋白原料的56.2%，占主导地位，且全部由进口大豆提供 ；菜籽粕、棉籽粕、花生粕、葵花籽粕以及其他来源的油料作物饼粕分别为1160万吨、400万吨、380万吨、330万吨和380万吨，其中进口菜籽粕、葵花籽粕和其他饼粕占比分别为15.9%、71%和33.4%；植物蛋白粉1030万吨、干酒精糟740万吨，主要为国内来源 ；鱼粉290万吨，进口占比62.8%（表1）。表1的数据清楚表明，我国近一半的饲料蛋白质和高达2/3的蛋白质饲料依靠进口，豆粕100%依靠进口大豆生产。
表 1 2022 年我国蛋白饲料原料消费情况
注 ：（1）数据来源于农业农村部畜牧兽医局 ；
（2）2022 年豆粕消耗 6580 万吨，折合大豆 8024 万吨。
另一方面，随着我国居民消费结构升级和城镇化水平提升，我国肉蛋奶消费需求持续增长，大豆/豆粕等饲料粮供给长期短缺。如不采取措施，预计到2030年我国养殖业饲料消费需求总量将比2022年增加4900万吨，其中豆粕新增需求将达到710万吨（农业农村部畜牧兽医局测算数据）。因此，减少饲用豆粕用量势在必行。
二、减量是实施饲用豆粕减量替代行动的主体
油料作物饼粕类蛋白饲料是养殖业主要的蛋白质来源。2010 年以来，在国家科技计划、农业农村部畜牧兽医局等的支持下，非豆粕类蛋白饲料原料的营养价值评定工作取得巨大进展，包括菜籽粕、棉籽粕、花生粕、葵花籽粕等各种油料作物饼粕、植物蛋白粉、干酒精糟及其可溶物、鱼粉、非鱼粉动物蛋白原料等存量蛋白饲料资源的利用水平已经比较高，可挖潜的替代豆粕空间很小。从国内的情况看，要保障口粮的绝对安全，我们不可能拿出大量的土地来种植生产饼粕的油料作物。从全世界的情况看，全球饼粕类蛋白饲料原料的存量资源非常有限，年产量不到 3.5亿吨（表 2），其中我国消耗量超过 1.1 亿吨，占全世界产量的三分之一。在 2016~2020 年的 5 年间，非豆粕类饼粕饲料年均增长不足 240 万吨，很难依靠进口非豆粕类饼粕替代豆粕。综合国内外情况，用存量蛋白饲料资源替代豆粕的空间十分有限，因此，减量是实施饲用豆粕减量替代行动的主体，是我们今后的主要任务。当前，严峻复杂的国际形势、不断增加的地区冲突、全球气候变暖等都给蛋白饲料的供应增加了极大的不确定性，我们更加需要深刻认识豆粕减量的重大意义。
表 2 世界饼粕类蛋白饲料原料产量
单位 ：百万吨
注 ：数据来源于美国农业部。
三、饲料营养科技创新是实施饲用豆粕减量的有效路径
养殖动物通过利用饲料营养物质来满足其自身生长发育的需求和生产肉蛋奶。豆粕的主要功能是给养殖动物提供氨基酸，现代动物营养与饲料科学的发展已经充分证明，下列饲料营养技术均能有效减少豆粕用量。
（一）低蛋白日粮
深入研究和应用低蛋白日粮是相当长时间内饲用豆粕减量的最大依仗。2018 年，中国饲料工业协会发布了首个低蛋白日粮团体标准《仔猪、生长育肥猪配合饲料》。在农业农村部畜牧兽医局的推动下，相继测定了猪和家禽主要饲料原料的净能值，2020-2021 年，相继发布了低蛋白日粮国家推荐标准《仔猪、生长育肥猪配合饲料》《肉鸡配合饲料》和《蛋鸡配合饲料》。为进一步改变养殖行业依赖豆粕的习惯，推动低蛋白日粮的应用，2022 年，中国饲料工业协会相继发布了猪、肉鸡、蛋鸡的低蛋白低豆粕多元化日粮生产技术规范的团体标准，这些工作使畜禽饲料豆粕平均用量从 2017 年的 17.9% 下降到 2022 年的 14.5%，在配合饲料产量增加 8400 余万吨的情况下，饲用豆粕用量从 7000 万吨减少到 2022 年的6580 万吨，有效遏制了大豆进口量的持续增长。低蛋白日粮技术，是根据蛋白质氨基酸营养平衡理论，在不影响动物生产性能和产品品质的条件下，通过添加适宜种类和数量的工业氨基酸，降低日粮蛋白质水平、减少氮排放的技术。应用和推广低蛋白日粮技术需要注意以下几点 ：
1.使用净能体系配制低蛋白日粮净能是采食饲料总能扣除粪能、尿能和热增耗后，用于动物机体维持和生产的能量。在早期的关于猪的低蛋白日粮研究中，屡屡发现低蛋白日粮使猪变肥。后来的研究发现，这些研究的一个主要缺陷是简单地用玉米替代豆粕。多数生理阶段中，玉米消化能或代谢能低于豆粕，但玉米的净能远高于豆粕（表 3）。简单地用玉米替代豆粕使多余的能量沉积为脂肪。后来的研究用净能体系基本解决了饲喂低蛋白日粮使猪胴体变肥的问题。笔者课题组用 9 个动物试验建立了生长育肥猪的净能需要量和净能赖氨酸平衡模式（易学武， 2010）。在农业农村部畜牧兽医局的支持下，已经测定了白羽肉鸡、黄羽肉鸡、蛋鸡主要饲料原料的净能值。
表 3 玉米和豆粕有效能含量的比较
单位 ：kcal/kg
注 ：（1）净能数据来源于嘉吉公司 ；（2）玉米按 NE/ME=0.80、ME/DE=0.97 进行换算，豆粕按 NE/ME=0.64、ME/DE=0.96 进行换算。
2.氨基酸平衡 氨基酸之间的相互平衡是用好低蛋白日粮的关键技术之一。笔者课题组对猪不同阶段低蛋白质日粮条件下蛋白质和标准回肠可消化氨基酸需要量开展了近 20 年的工作，系统研究了低蛋白日粮对猪生长性能、胴体品质、肉品质、氮排放、肠道健康的影响以及氨基酸代谢与其他营养物质的互作等方面的研究，获得了比较系统的参数，并进行了不同规模的验证。这些参数成为制定国家推荐标准《仔猪、生长育肥猪配合饲料》和中国饲料工业协会团体标准《生猪低蛋白低豆粕多元化日粮生产技术规范》的基本依据。结合最近的研究数据，表 4 列出了猪养殖全程各生理阶段日粮粗蛋白质、净能和氨基酸的推荐量，供读者参考。
表 4 猪养殖全程低蛋白日粮营养需要量
3.日粮碳氮适配技术低蛋白日粮使用大量的工业生产的晶体氨基酸，其吸收和转运速度快于饲料原料中的结合氨基酸。而动物机体蛋白质的合成需要同步供给葡萄糖和氨基酸。因此，低蛋白日粮的配制需要适配的碳水化合物和蛋白质氨基酸组成。笔者课题组对生长猪的研究表明，不同消化速度的淀粉组合配制的低蛋白日粮，对猪的生长性能和日粮氮的沉积效率有显著影响。当日粮中支链淀粉与直链淀粉的比例为4.88:1时，生长猪的肌肉组织蛋白质合成量最大（图1）。
图1 低蛋白日粮中支链淀粉与直链淀粉比例对生长猪肌肉组织蛋白质合成速度的影响（数据来源于笔者课题组）
目前，在国家“十四五”重点研发计划等的支持下，针对我国主要畜禽低蛋白日粮存在的问题，开始了低蛋白日粮中碳氮适配调节畜禽日粮氮高效利用与沉积的机制、净能需要及净能赖氨酸平衡模式、氨基酸平衡模式优化、矿物元素需要及电解质平衡模式、小品种氨基酸生物合成等研究工作，这些工作有望在2030年将主要畜禽日粮蛋白水平从目前的14.9%降低到12.9%，减少豆粕用量2000万吨左右。
（二）精准营养与饲养
人的精准营养是随着精准医疗的出现而兴起的，是通过基因解码发现个体在营养元素吸收利用能力方面的差异，选择适合自己的营养元素来达到身体平衡，其目的在于进行安全、高效的个性化营养干预，以维持机体健康、有效预防和控制疾病的发生发展，以求达到属于自己的最佳营养。迄今为止，尚未有对动物的精准营养的明确定义。笔者理解的动物精准营养包括饲料营养价值的精准评价、畜禽营养需要量的精准评估、饲料精细化加工等，主要目的是实现营养平衡，最大程度提高饲料转化效率，满足动物福利状态下的饲料养分最大程度利用和最小的环境排放。精准饲喂则是借助数字技术和智能装备减少饲料浪费。
2010年以来，在国家科技计划和农业农村部的支持下，相继评价了70个饲料原料的营养价值，优化了猪、家禽、牛、羊等主要畜禽的营养需要量参数，制修订了其饲养标准。在饲料原料预处理与饲料精细化加工方面，通过微生物酶、真菌毒素降解酶对DDGS等进行原位改性增值，蛋白利用率提高5%以上，呕吐毒素降低50%以上。
当前，数字技术在养殖业的应用得到重视，并与智能装备相结合。一些企业和研究机构通过构建畜禽饲料智能化生产平台架构与数据采集技术，研发了边缘端数据采集产品-智能网关，大幅度提升畜禽饲料数字化、智能化生产水平。在精准饲喂技术和装备也取得了相当的进展，如前端获得猪群基础数据（体重、采食量、温度等）、原料供应平台检测数据，细分个体（栏位）营养需要（营养浓度+饲喂量）、后端匹配专用料塔、料线和精喂仪等方面也取得了一些进展。一些企业提出了具有可操作性生猪养殖全域数字化节粮技术（表5）。
表 5 生猪养殖全域数字化技术的节粮效果
注 ：数据来源于杨翔集团。
精准营养和饲喂技术的发展，有望2030年使主要畜禽的饲料转化效率较目前提高5%，节约饲料用量2300万吨，按当前畜禽饲料平均14.9%的蛋白水平计算，将节约豆粕800万吨左右。
（三）发展反刍动物尿素缓释和过瘤胃氨基酸技术
近年来，反刍动物配合饲料快速增长。利用非蛋白氮是反刍动物的特征，目前研究表明，缓释尿素是成本低廉、利用效率最高的非蛋白氮。利用缓释尿素和过瘤胃氨基酸产品替代日粮中的豆粕是完全可行的，可将育肥牛羊饲粮豆粕用量降低50%以上，今后的主要工作是提高缓释尿素和过瘤胃氨基酸产品的制备水平，建立牛羊低蛋白低（无）豆粕多元化日粮配制技术体系。
（四）开发新型蛋白饲料资源
合成生物技术和转化生物技术的迅猛发展，特别是传统的工农业加工技术与现代生物工程技术的融合发展，给新型蛋白质饲料资源开发展示了令人鼓舞的前景。具有较大应用前景的新型蛋白质饲料原料主要包括下面5个类型 ：（1）动物源性蛋白。利用高温、高压、酶水解等技术处理淘汰和病死的农业动物、屠宰动物后的血液、毛皮动物的屠体等，在保证质量安全的前提下，可生产大量的动物蛋白。（2）餐桌剩余物蛋白。综合应用物理和生物技术，年可开发数量可观的餐桌剩余物蛋白。（3）一碳气体合成细菌菌体蛋白。合成生物技术的发展突破了量产细菌菌体蛋白的技术瓶颈，主要问题是尾气、甲烷等一碳气体的来源和收集。（4）酵母蛋白。利用微生物作为底盘菌和廉价的无机氮源，将秸秆、酒糟、醋糟、果渣等农业和食品工业副产物转化为优质酵母蛋白。目前，需要突破上述工农业副产物中纤维的低成本降解技术和酵母菌对糖的利用技术。（5）资源性昆虫蛋白和藻类蛋白。黑水虻、黄粉虫等资源性昆虫，以及以微藻为代表的藻类蛋白是有发展前景的高品质饲用蛋白。目前，需要突破资源性昆虫、微藻的生物育种与快繁技术，以提高其生物量，降低生产成本。
四、提高养殖效率给豆粕减量提供了很大空间
经过多年努力，我国畜禽养殖效率已有长足进步。但与畜牧业发达国家相比，仍有很大差距。以猪和蛋鸡为例，据AHDB数据，2021年丹麦全国平均PSY 34头，生长育肥猪（30～115 kg）平均日增重1032 g、料重比2.58。如果我国生猪养殖效率能达到丹麦等欧洲国家的平均水平，至少可以少养1000万头母猪，可节约饲料1000万吨，按照母猪日粮13%的蛋白水平计算，可减少豆粕用量300万吨。我国存栏蛋鸡14亿只，平均产蛋量18公斤，如能达到美国21公斤的平均产蛋量，按照目前17%的蛋白水平计算，又可减少豆粕用量300万吨。近年来，我国在畜禽良种快繁、畜禽繁殖障碍病的防治、养殖环境控制技术、种猪繁殖性能的营养调控和批次化生产、延长蛋鸡产蛋高峰期等方面都取得了一定研究成果，加强这些成果的集成应用，提高畜禽养殖效率将给豆粕减量提供很大空间。
五、发展适度规模的家庭农牧场是实施豆粕减量行动的重要路径
过去5年，我国集约化、规模化养殖发展迅速，超大规模的畜禽养殖发展速度过快，造成工农业副产物利用率下降、氮磷钾等养分严重流失和环境污染，推高了养殖业对粮食的依赖。以生猪为例，在2013-2022年的10年间，我国大规模、超大规模生猪养殖量由不足2%提高到近30%。与2013年相比，猪肉产量增加了48万吨，但工业饲料消耗增加了5186万吨（表6），按粮食占比85%计算，多消耗粮食4400余万吨。也就是说，大规模、超大规模养猪的发展，用4400万吨粮食换回来了48万吨猪肉。
上世纪90年代，欧美等发达国家也是在经历了规模化、专业化养殖的过程，90年代后，他们不得不重新审视规模化、专业化畜禽养殖，主要原因是 ：（1）专业化、规模化畜禽养殖的不断扩大，造成废弃物产量大且集中，对周围土壤、水源和空气产生严重污染 ；（2）种植业生产专业化，作物品种单一，长时间使用化学合成农药和化肥，造成土壤板结、地力下降，同时污染地下水、河流 ；（3）农作物秸秆量大且集中，难于处理 ；（4）种养分离导致的农业废弃物污染严重影响农业可持续发展。
当前，欧美等发达国家对种养结合农业系统的做法主要包括 ：从国家战略高度制定综合养分管理计划，健全种养结合农业专项法律法规 ；根据种植资源结构分布，合理布局畜牧产业空间格局 ；实行牧草与作物轮作，提升土壤养分综合价值 ；以种定养，限制大规模的畜禽养殖，例如，德国规定每公顷土地的畜禽饲养量为牛9头、羊18只、猪15头、鸡3000只、鸭450只 ；推动有机农业发展，提高农业附加值。
表 6 2013-2022 年我国生猪生产成绩
注 ：（1）MSY 指一头母猪一年能提供出栏的育肥猪的头数 ；
（2）数据来源于国家统计局。
实现种养结合农业系统的关键是农业联合体（农业合作社）。例如，欧洲模式主要是 ：产业联合体+公司为主的曾祖代GGP和祖代GP+家庭农场300～500头母猪PS+几百亩以上土地。发展适度规模的种养结合的家庭牧场对减少豆粕用量、促进畜牧业高质量可持续发展具有重要意义。欧美等发达国家的做法和经验值得我国借鉴，他们的种养结合农业系统模式是我国畜禽养殖业未来主要发展方向。
综上所述，审视我国养殖业从不用豆粕，到依赖豆粕的历史变迁，有畜牧水产养殖业快速发展需求的因素，也有复杂的国际影响因素。通过饲料营养和饲养科技创新，推动养殖业走“开源增料、提质增效”的发展道路，加减法并用，完全有希望把豆粕在饲料中的占比降到8%，饲用需求总量就可以控制在4000万吨左右，折算成大豆是5000万吨左右，相当于10年前的进口水平。
