Прецизно хранене в животновъдството

Прецизното хранене на селскостопанските животни е част от подхода на прецизното животновъдство и включва използването на техники за хранене, които позволяват правилното количество фураж с подходящ състав да бъде осигуряван навреме на всяко отделно животно. Прецизното хранене има за цел да засрещне с точност осигуряването на хранителни вещества с хранителните потребности на отделните животни въз основа на обратна връзка в реално време, добивана от сензори.  Ползите от прилагането на технологии за прецизно хранене в животновъдството водят до по-голяма икономическа възвръщаемост, намалено изхвърляне на хранителни вещества в околната среда и подобрена ефективност на използването на ресурсите. На тази тема отделяме място в настоящия брой на списание АгроБио Техника.

Текст: списание АгроБио Техника

Днешните икономически и екологични предизвикателства изискват от фермерите постоянно да подобряват методите за отглеждане на растенията и животните, използвани за изхранване на човечеството. Прецизното земеделие е част от тази промяна. Поливните и наторяващите системи се усъвършенстват, за да доставят вода и хранителни субстанции в тази част на полето, където има нужда, и да не я прахосват там, където влагата и торовете са достатъчни за растенията; по подобен начин днес започва да се развива и прецизното хранене в животновъдството.

Тенденцията ще изисква измервания в реално време за храната, за състоянието на всяко отделно животно, за околната среда. Сензорните данни ще се анализират от автоматизирани системи, които да правят прецизна оценка на хранителните изисквания на всяко животно във фермата, а храненето ще се дозира според индивидуалните потребности. Векове наред изследванията върху храненето на животните са фокусирани върху наличността на хранителни вещества във фуражите, хранителните нужди на животните и смесване на хранителните съставки за оптимално засрещане на търсенето и предлагането. Формулирането на балансирани диети е фундаментално за икономичното производство на домашни животни.

Процесът зависи от познаването на хранителните нужди на домашните животни и хранителните характеристики на фуражите, които им се дават. Усъвършенстването на този процес води до по-голяма рентабилност и намалено изхвърляне на хранителни вещества в околната среда (екскреция). Новите, интелигентни технологии вече позволяват сериозно проучване на този подход, а с намаляването на технологичните разходи за сензори и анализи тези „смарт“ системи ще позволят прилагането на прецизно индивидуално хранене в голям мащаб.

Ползи от прецизното хранене 

Един от факторите, които налагат прецизното хранене, е замърсяването на околната среда. Проблемът е главно в отделянето на азот и фосфор, които достигат тревожно високи нива в регионите около фермите. Този проблем е част от цялостния вреден „отпечатък“ на фермите върху околната среда. То е фактор, който тепърва ще се взема под внимание от клиентите, търсещи устойчиво работещи стопанства, от които да купуват животински продукти. 

Изхвърлянето на хранителни вещества може да бъде намалено чрез осигуряване на правилната дозировка на необходимите хранителни нива за всяко отделно животно. Така е, защото излишъците от хранителни вещества, които не се задържат у животното / животинските продукти, се отделят чрез урината и изпражненията, както и чрез някои парникови газове, например метан. Следователно намаляването на приема на хранителни вещества – без ограничаване на качеството на живот на животните – е най-ефективният начин за намаляване на изхвърлянето на хранителни вещества. По-конкретно, екскрецията на азот и фосфор може да се намали с до 40%.  Но прецизното хранене касае не само здравето на околната среда. То е ключово и за здравето на самите животни. 

Най-съществената промяна всъщност е в постигането на ефективност. Подобряването на хранителната ефективност означава намаляване на разходите за фермера. Като се има предвид, че разходите за фураж могат да представляват между 60% и 70% от общите производствени разходи при различни видове като свине, птици и говеда, то всеки процент подобряване на ефективността на практика означава намаляване на разходите. 

Хранителни изисквания

Нуждите от хранителни вещества зависят от специфичния и уникален геном на всяко отделно животно, околната среда и неговия етап от живота. Определянето на изискванията на отделните животни започва да навлиза в радара на вниманието на специалисти по хранене на домашни животни и на фермерите. Така е, защото дори в едно стадо от една и съща порода винаги има животни, които се развиват по-добре, и такива, които се нуждаят от специално внимание при храненето. Наличието на информация за всяко отделно животно – възраст, порода, тегло, продуктивност – може да се използва за прецизиране на поемането на хранителни вещества. 

Това се отразява на приема на храна и добавки. Той пък има влияние върху здравето и благосъстоянието на животните и производителността им – натрупването на телесна маса при месодайните, млеконадоя при млекодайните, снасянето на яйца при птиците-носачки и т.н.  Масова практика е прецизирането на храненето да се прави на ниво стадо – за групи животни според техните общи характеристики. Ползите от това са очевидни. Намалява се изхвърлянето на хранителни вещества. Редуцира се и „прахосването“ на храна и добавки. Това значи по-ефективно използване на ресурсите, по-малко загуба и по-добра печалба. Сега е ред тенденцията да „слезе“ на ниво отделно животно. 

Нови сензорни технологии 

Съвременните сензорни технологии за приложение в животновъдството позволяват прецизно проследяване на състоянието на всяко животно. Основа на този процес е електронната идентификация. Благодарение на различните видове електронни маркери всяко животно във фермата има свой уникален електронен идентификатор. Чрез него животното може да проследявано при влизане и излизане, при измерване на теглото и др. 

Автоматизацията на фермите прави лесно, посредством електронните идентификатори, да се трупат данни за всеки индивид. За всяко животно може да се води електронно „досие“ с ежедневни данни за телесно тегло, телесна температура, приложени противопаразитни медикаменти, лечения и др.  Сензори за движение и локационно проследяване добавят още един пласт важна информация. В профила на всяко животно може да се отразява колко време е прекарало на открито (напр. при паша), какво разстояние е изминало, колко крачки е направило – каква е общата му физическа активност и съответно какъв е разходът на енергия. 

Можем да заключим, че в зависимост от различията по тези показатели някои животни имат нужда от повече храна или конкретни хранителни добавки, а други – от по-малко. Това означава, че всяко животно има нужда от различен прием на храна и допълнителни вещества. Лесно е да си представим птицеферма, в която птиците влизат в хранителна станция последователно, измерва се телесното тегло на всяка и въз основа на сравнение на ТТ в реално време с желаното целево ТТ, птицата или се изхвърля от системата за хранене (ако ТТ надвишава целевото ТТ), или се захранва (ако ТТ е по-малко от целевото ТТ) и едва след това се изхвърля от системата. 

Следващото поколение ферма от този вид ще осигури допълнителна възможност за подаване на фураж с различни хранителни спецификации, за да се адаптират както количеството, така и съставът на фуража към нуждите на конкретното животно. По този начин в обозримо бъдеще фермерът ще може да контролира съвсем прецизно приема на хранителни вещества. Следователно храната ще отговаря на изискванията на всяка отделна птица в реално време, въз основа на нейните специфични нужди според състоянието, анализирано на база събраните сензорни данни. По описания начин може да се дозира и прецизира количеството и съставът на храната за говеда, свине, коне, зайци и други. Добрата новина е, че с намаляването на цената на сензорите е възможно ползите от прецизното хранене скоро да надвишат разходите.

Предизвикателството - нужда от модели

Стратегиите за съпоставяне на доставките на хранителни вещества с нуждите от хранителни вещества зависят от не само от евтините сензори, но и от надеждни модели на животинското развитие. За момента по-голямата част от нашите познания и почти всички комерсиални приложения за автоматизация на храненето са ограничени до ниво стадо.

В бъдеще тези модели ще „слязат“ на ниво индивидуално животно. Така те ще станат основа на ИТ системите за прецизно животновъдство. Очаква се да работят в реално време в две направления: както за оценка на нуждите на всяко отделно животно, така и за електронно управление на системите за хранене. Тогава вече ще може да се говори за прецизно подаване на хранителни вещества според индивидуалните потребности. 

Така например при прасетата, които завършват растежа си, апетитът се увеличава по-бързо от нуждите от хранителни вещества. Следователно оптималната концентрация на хранителни вещества в диетата намалява с напредване на възрастта на прасето. Свинете често се хранят с три фуража в три отделни фази на хранене. Броят на фазите може да се измени, за да се избегне прехранването на свинете. За предпочитане е диетите да се коригират ежедневно, за да се отчетат по-точно хранителните нужди на прасетата и следователно да се подобри хранителната ефективност. Ако досега това е било твърде сложно за постигане, с прецизните сензорни технологии то става значително по-лесно и може да се автоматизира. 

Съществуващите и новите интелигентни технологии ще използват сензорите за идентифициране на отделни животни и за наблюдение на теглото и телесните им параметри, както и за измерване на важни променливи на околната среда и здравния статус на индивида. След това тези интегрирани системи ще контролират състава и приема на фуража, за да отговаря той на нуждите на всяко животно. Нововъзникващите технологии като машинно самообучение и изкуствен интелект непрекъснато ще подобряват и оптимизират подобни системи въз основа на производителността, екологичните и икономическите резултати, целите за устойчиво производство и вложените разходи.

Компоненти на системите за прецизно хранене

В разработването на системите за прецизно животновъдно хранене трябва да бъдат обхванати точното определяне на наличните хранителни вещества в хранителните съставки, прецизното формулиране на диетата, както и определянето на хранителните изисквания на отделните животни. 

Условно може да се приеме, че внедряването на системи за прецизно хранене във фермите ще изисква интегрирането на три вида дейности. Това са автоматично събиране на данни, обработка на данните съгласно установените модели, за които стана дума, и действия, свързани с контрола чрез системата. Прилагането на прецизно хранене на индивидуално ниво е възможно само когато измерванията, обработката на данни и контролните действия могат да бъдат приложени към отделното животно. 

По отношение на събирането на данни измерванията на животните, фуражите и околната среда са от съществено значение за прецизното хранене. Тези параметри трябва да се измерват непосредствено и възможно най-често (ако е възможно, непрекъснато). Всъщност не можем да управляваме и контролираме която и да е система без подходящи измервания. Основните измервания за прецизно хранене при отглеждане на животните включват приема на храна и телесното тегло. Наличието и бързото развитие на новите сензорни устройства има и голям потенциал за други измервания (напр. температура, физическа активност, взаимодействия между животните), които ще позволят по-прецизна оценка на изискванията и наблюдение на животните в реално време. 

По отношение на обработка на данни – събраните данни трябва да бъдат обработвани. Съществуват няколко потенциални стратегии за контрол за прилагането на прецизно хранене. При животни, на които се предлага фураж със свободен достъп, единственият начин да се контролира приемът на хранителни вещества е чрез промяна на състава на фуража, който ще се поднесе. Обратно, при животни, на които се предлага фураж ограничено, количеството и съставът на фуража могат лесно да се контролират. 

Моделирането ще е ключово за обработката на данните в системите за прецизно хранене. Математическите модели, разработени за прецизно хранене, трябва да бъдат проектирани да работят в реално време, използвайки данните от измерванията в реално време в съчетание с предварително налично знание за хранителните формули за различните видове животни. Използвайки реалните данни, моделът следва да оценява очакваното телесно тегло, нуждата от прием на храна и наддаване на тегло за следващия ден, оптимални концентрации на хранителните вещества във фуража – за всяко отделно животно. 

Събраната и обработена информация се използва за контрол на производствената система. В контекста на прецизното хранене, автоматичните прецизни хранилки се използват за осигуряване на правилното количество и състав на фуража за всяко отделно животно в даден момент. Когато е налице електронна идентификация, става възможно подаването на точна доза фураж. Всяка хранилката идентифицира животното, когато главата му влезе в хранилката, а фуражите се смесват и доставят моментално, според изчислената оптимална концентрация на хранителни вещества. В идеалния случай храната се подава поетапно, автоматично. Така се гарантира, че животните изяждат всяка „порция“, която им се подаде. 

Очаквания 

Прецизното хранене означава, че фуражите и добавките ще се използват максимално ефективно, без разхищение. Това означава ресурсна ефективност във фермата. Промяната в подхода в момента е по-скоро обект на проучвания сред изследователите и постепенно ще навлезе в животновъдната индустрия.  Първата предпоставка за въвеждането на прецизно животновъдно хранене вече е факт: електронната идентификация и сензорните технологии в животновъдството са налице и спадащата им цена ще направи автоматизацията по-евтина за фермерите.

Предизвикателството, което предстои да се реши, е създаването на необходимия софтуер за автоматизиране на измерванията и контрола. Неговото развитие ще зависи от създаването на подходящите модели, отразяващи характерните особености на животинското хранене в зависимост от породи, телесно тегло, особености в хранителните потребности и др.  Освен хранителна ефективност и по-голяма икономическа възвръщаемост, тенденцията ще доведе и до намалена екскреция и по-добри екологични показатели на фермите.