江西民星農(nóng)業(yè)科技股份有限公司申請(qǐng)高新技術(shù)企業(yè)及募集資金

1、肉雞動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)仿真模型的研究肉雞動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)仿真模型的研究蔡蔡 輝輝 益益 中國(guó)農(nóng)科院飼料研究所中國(guó)農(nóng)科院飼料研究所 國(guó)家飼料工程技術(shù)中心國(guó)家飼料工程技術(shù)中心 01068975110 一、前一、前 言言 養(yǎng)殖企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與很多因素有關(guān)養(yǎng)殖企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與很多因素有關(guān). 因素相互作用的復(fù)雜性使得人們想準(zhǔn)確預(yù)測(cè)因素相互作用的復(fù)雜性使得人們想準(zhǔn)確預(yù)測(cè)生產(chǎn)效率或生產(chǎn)系統(tǒng)的長(zhǎng)期利潤(rùn)成為夢(mèng)想生產(chǎn)效率或生產(chǎn)系統(tǒng)的長(zhǎng)期利潤(rùn)成為夢(mèng)想 利用數(shù)學(xué)模型把這些概念和知識(shí)轉(zhuǎn)變成數(shù)學(xué)利用數(shù)學(xué)模型把這些概念和知識(shí)轉(zhuǎn)變成數(shù)學(xué)公式并和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合用于企業(yè)公式并和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合用于企業(yè)（一）、生長(zhǎng)模型概述（一）、生長(zhǎng)

2、模型概述 1、 模型的定義模型的定義 將動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、生理學(xué)、數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)技將動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、生理學(xué)、數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，得到聯(lián)系實(shí)際的能在一定程度術(shù)相結(jié)合，得到聯(lián)系實(shí)際的能在一定程度上反映動(dòng)物生理的數(shù)學(xué)積分方程或由此而上反映動(dòng)物生理的數(shù)學(xué)積分方程或由此而產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)程序。模型是一系列基于生產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)程序。模型是一系列基于生物學(xué)反應(yīng)的數(shù)學(xué)公式，用于預(yù)測(cè)一定的營(yíng)物學(xué)反應(yīng)的數(shù)學(xué)公式，用于預(yù)測(cè)一定的營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境條件下動(dòng)物的生理學(xué)反應(yīng)。模型養(yǎng)和環(huán)境條件下動(dòng)物的生理學(xué)反應(yīng)。模型的固有特征是對(duì)實(shí)際條件的提煉、模擬并的固有特征是對(duì)實(shí)際條件的提煉、模擬并闡述主要對(duì)象的數(shù)量關(guān)系。闡述主要對(duì)象的數(shù)量關(guān)系。 2 模型

3、的分類模型的分類 2.1 經(jīng)驗(yàn)和機(jī)制模型經(jīng)驗(yàn)和機(jī)制模型 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?主要著眼于描述，是建立主要著眼于描述，是建立在大量觀察值的基礎(chǔ)之上，反映兩個(gè)或在大量觀察值的基礎(chǔ)之上，反映兩個(gè)或多個(gè)變量之間相互關(guān)系的模型，通常是多個(gè)變量之間相互關(guān)系的模型，通常是回歸方程和擬合曲線。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃苌儆谢貧w方程和擬合曲線。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃苌儆惺裁聪拗疲瑢?duì)于一給定的數(shù)據(jù)集，總能什么限制，對(duì)于一給定的數(shù)據(jù)集，總能找到一個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其擬合效果要比機(jī)找到一個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其擬合效果要比機(jī)制模型好。制模型好。 2 模型的分類模型的分類 機(jī)制模型機(jī)制模型-則是對(duì)變異因素和系統(tǒng)則是對(duì)變異因素和系統(tǒng)的機(jī)理等進(jìn)行詳細(xì)描述，通常被許的機(jī)理

4、等進(jìn)行詳細(xì)描述，通常被許多假設(shè)或理論限制得很嚴(yán)，難以建多假設(shè)或理論限制得很嚴(yán)，難以建立，即使有較多的參數(shù)可供調(diào)試，立，即使有較多的參數(shù)可供調(diào)試，也是一樣。歸根結(jié)底，每個(gè)機(jī)理模也是一樣。歸根結(jié)底，每個(gè)機(jī)理模型最終都是建立在經(jīng)驗(yàn)之上的。型最終都是建立在經(jīng)驗(yàn)之上的。 靜態(tài)模型靜態(tài)模型是不含時(shí)間變量的模型。在是不含時(shí)間變量的模型。在這類模型中，系統(tǒng)行為隨時(shí)間變化的這類模型中，系統(tǒng)行為隨時(shí)間變化的任何改變都略而不計(jì)。當(dāng)前所建立的任何改變都略而不計(jì)。當(dāng)前所建立的大部分營(yíng)養(yǎng)需要模型都是靜態(tài)模型。大部分營(yíng)養(yǎng)需要模型都是靜態(tài)模型。靜態(tài)模型不能反映時(shí)間維度的變化，靜態(tài)模型不能反映時(shí)間維度的變化，只能用于確定某一確

5、定時(shí)刻系統(tǒng)的狀只能用于確定某一確定時(shí)刻系統(tǒng)的狀態(tài)。世界上的一切事物都是以一定速態(tài)。世界上的一切事物都是以一定速度在變化的，因此靜態(tài)模型只能是一度在變化的，因此靜態(tài)模型只能是一個(gè)近似式。個(gè)近似式。2.2 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型 動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型則含時(shí)間變量則含時(shí)間變量t，它與靜態(tài)模，它與靜態(tài)模型相比復(fù)雜得多。它通常表述因變量型相比復(fù)雜得多。它通常表述因變量隨時(shí)間變化而發(fā)生的變化，在某個(gè)時(shí)隨時(shí)間變化而發(fā)生的變化，在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，系統(tǒng)的變化率有可能為零，間點(diǎn)上，系統(tǒng)的變化率有可能為零，這時(shí)就變?yōu)橐粋€(gè)靜態(tài)模型。由于動(dòng)物這時(shí)就變?yōu)橐粋€(gè)靜態(tài)模型。由于動(dòng)物生長(zhǎng)過(guò)程就是隨時(shí)間的增長(zhǎng)而變化的生長(zhǎng)過(guò)程就是隨

6、時(shí)間的增長(zhǎng)而變化的過(guò)程，因此動(dòng)態(tài)模型適于描述和預(yù)測(cè)過(guò)程，因此動(dòng)態(tài)模型適于描述和預(yù)測(cè)動(dòng)物的生長(zhǎng)。動(dòng)物的生長(zhǎng)。2.2 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型 2.3 確定和隨機(jī)模型確定和隨機(jī)模型 確定模型確定模型經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)公式的計(jì)算經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)公式的計(jì)算只能產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果只能產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果. 隨機(jī)模型隨機(jī)模型考慮了變異因素的概考慮了變異因素的概率分布，可產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果范圍率分布，可產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果范圍。當(dāng)不確定因素多時(shí)，采用隨。當(dāng)不確定因素多時(shí)，采用隨機(jī)模型就非常重要機(jī)模型就非常重要 3.1 變量變量 3.2 參數(shù)和常數(shù)參數(shù)和常數(shù)3 模型的要素模型的要素 3.3 微分方程微分方程 微分方程描述模型中的狀態(tài)變量如何因微分方程

7、描述模型中的狀態(tài)變量如何因時(shí)間而變化。動(dòng)態(tài)確定性模型由描述這時(shí)間而變化。動(dòng)態(tài)確定性模型由描述這些狀態(tài)變量如何隨時(shí)間變化的一階微分些狀態(tài)變量如何隨時(shí)間變化的一階微分方程組成，微分方程的個(gè)數(shù)與狀態(tài)變量方程組成，微分方程的個(gè)數(shù)與狀態(tài)變量的個(gè)數(shù)相同。典型的用于動(dòng)態(tài)確定性模的個(gè)數(shù)相同。典型的用于動(dòng)態(tài)確定性模型的一次微分方程等于所有輸入之和減型的一次微分方程等于所有輸入之和減去輸出之和。去輸出之和。3 模型的要素模型的要素 生物學(xué)模型只是一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的大概描述，生物學(xué)模型只是一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的大概描述，很難準(zhǔn)確描述在所有環(huán)境條件下系統(tǒng)的行為很難準(zhǔn)確描述在所有環(huán)境條件下系統(tǒng)的行為。 評(píng)價(jià)的目的是檢查一定條件下模

8、型的可利用評(píng)價(jià)的目的是檢查一定條件下模型的可利用性。在一定的環(huán)境條件下模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確并不性。在一定的環(huán)境條件下模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確并不說(shuō)明它在任何環(huán)境下都是正確的，但是，其說(shuō)明它在任何環(huán)境下都是正確的，但是，其可應(yīng)用的環(huán)境越廣，其預(yù)測(cè)能力越強(qiáng)?？蓱?yīng)用的環(huán)境越廣，其預(yù)測(cè)能力越強(qiáng)。4. 模型的評(píng)價(jià)模型的評(píng)價(jià) （二（二 ）、）、 動(dòng)物生長(zhǎng)模動(dòng)物生長(zhǎng)模型的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀型的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 pettigrew(1989)提出的模型包含了能量、蛋提出的模型包含了能量、蛋白質(zhì)的利用過(guò)程，涉及到營(yíng)養(yǎng)代謝的生化白質(zhì)的利用過(guò)程，涉及到營(yíng)養(yǎng)代謝的生化規(guī)定。規(guī)定。 近年來(lái)大量工作致力于子模塊的研究，如

9、近年來(lái)大量工作致力于子模塊的研究，如瘤胃飼料通過(guò)的數(shù)學(xué)模型、脂肪代謝模型瘤胃飼料通過(guò)的數(shù)學(xué)模型、脂肪代謝模型、奶牛乳腺模型、瘤胃發(fā)酵模型、豬的能、奶牛乳腺模型、瘤胃發(fā)酵模型、豬的能耗模型和腎臟動(dòng)態(tài)模型等，這些模型的建耗模型和腎臟動(dòng)態(tài)模型等，這些模型的建立為更高水平的生長(zhǎng)模型的建立打下堅(jiān)實(shí)立為更高水平的生長(zhǎng)模型的建立打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，推動(dòng)了動(dòng)物模型的發(fā)展。的基礎(chǔ)，推動(dòng)了動(dòng)物模型的發(fā)展。 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 蔡輝益蔡輝益(1995): 家禽模型的發(fā)展綜述家禽模型的發(fā)展綜述 馮定遠(yuǎn)（馮定遠(yuǎn)（1997）: 肉雞靜態(tài)模型肉雞靜態(tài)模型 李德發(fā)李德發(fā) (2001): 豬靜態(tài)模型豬靜態(tài)模型（三）、（三）、

10、 常用的生長(zhǎng)模型常用的生長(zhǎng)模型 1 、 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停航?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?一直以來(lái)，研究者在研究一種描述生長(zhǎng)和時(shí)一直以來(lái)，研究者在研究一種描述生長(zhǎng)和時(shí)間之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。常見(jiàn)的有：間之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。常見(jiàn)的有： robertson方程：方程：w=a/(1+exp(-ka(t-in(a-w0)/(ka) gompertz方程方程:w=woexp(l/k)(1-exp(-kt) 其中，其中，w是活重，是活重，t是日齡，是日齡，wo是初生重。是初生重。 2 、機(jī)制模型、機(jī)制模型 最經(jīng)常被參考的模型是最經(jīng)常被參考的模型是whittemore and fawcett(1976)所提出的模型，這個(gè)模型所提出的模型

11、，這個(gè)模型描述了生長(zhǎng)豬體增重和胴體組成與飼料描述了生長(zhǎng)豬體增重和胴體組成與飼料采食量、飼料組成、環(huán)境溫度之間的函采食量、飼料組成、環(huán)境溫度之間的函數(shù)關(guān)系。其中心環(huán)節(jié)是蛋白質(zhì)的沉積。數(shù)關(guān)系。其中心環(huán)節(jié)是蛋白質(zhì)的沉積。moughan and black(1986)也提出了具有也提出了具有相似概念的生長(zhǎng)豬模型。相似概念的生長(zhǎng)豬模型。（四）、（四）、 生長(zhǎng)模型的輸出結(jié)果生長(zhǎng)模型的輸出結(jié)果 動(dòng)物生長(zhǎng)模型的輸出結(jié)果包動(dòng)物生長(zhǎng)模型的輸出結(jié)果包括括:體蛋白質(zhì)、體脂肪、體灰體蛋白質(zhì)、體脂肪、體灰分和水分的重量；模擬養(yǎng)殖分和水分的重量；模擬養(yǎng)殖結(jié)束時(shí)動(dòng)物活重、羽毛重、結(jié)束時(shí)動(dòng)物活重、羽毛重、料重比等。料重比等。

12、本試驗(yàn)是假設(shè)在環(huán)境條件適宜、營(yíng)養(yǎng)本試驗(yàn)是假設(shè)在環(huán)境條件適宜、營(yíng)養(yǎng)成分平衡且隨意采食充分、動(dòng)物無(wú)疾成分平衡且隨意采食充分、動(dòng)物無(wú)疾病應(yīng)激的條件下所測(cè)得的蛋白質(zhì)日沉病應(yīng)激的條件下所測(cè)得的蛋白質(zhì)日沉積量可作為體蛋白日沉積上限的一種積量可作為體蛋白日沉積上限的一種合理近似。合理近似。試驗(yàn)試驗(yàn)1、理想飼養(yǎng)環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)平衡日糧條件、理想飼養(yǎng)環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)平衡日糧條件下肉雞最大體蛋白日沉積量下肉雞最大體蛋白日沉積量 本試驗(yàn)選用了本試驗(yàn)選用了200只只aa肉仔雞進(jìn)行飼養(yǎng)和肉仔雞進(jìn)行飼養(yǎng)和屠宰試驗(yàn)，模擬了體重與體蛋白之間關(guān)系屠宰試驗(yàn)，模擬了體重與體蛋白之間關(guān)系的異速方程的異速方程y=axb和描述體重與日齡關(guān)系和描述體

13、重與日齡關(guān)系的的gompertz方程。通過(guò)兩個(gè)方程的結(jié)合方程。通過(guò)兩個(gè)方程的結(jié)合得到了體蛋白與日齡之間關(guān)系的方程得到了體蛋白與日齡之間關(guān)系的方程pdmaxpd=c*a*b*ebwb*in(a/ebw)，以確定體蛋白的沉積上限。以確定體蛋白的沉積上限。試驗(yàn)試驗(yàn)1、理想飼養(yǎng)環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)平衡日糧條件、理想飼養(yǎng)環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)平衡日糧條件下肉雞最大體蛋白日沉積量下肉雞最大體蛋白日沉積量 aa肉公雞體重 與日齡關(guān)系日齡42.0035.0028.0021.0014.007.00.00va l u e 體重3000200010000圖1肉仔公雞體重隨日齡變化的趨勢(shì)圖aa肉母雞體重與日齡關(guān)系日齡42.0035.002

14、8.0021.0014.007.00.00value 體重母3000200010000圖2 肉仔母雞體重隨日齡變化的趨勢(shì)圖 本研究采用本研究采用whittemore等（等（1988）的方法，）的方法，將體重對(duì)時(shí)間的函數(shù)以及體蛋白量的異速生將體重對(duì)時(shí)間的函數(shù)以及體蛋白量的異速生長(zhǎng)方程結(jié)合在一起，估計(jì)體蛋白的沉積上限長(zhǎng)方程結(jié)合在一起，估計(jì)體蛋白的沉積上限 根據(jù)本試驗(yàn)的結(jié)果，建立的模型方程為：根據(jù)本試驗(yàn)的結(jié)果，建立的模型方程為： 2）體蛋白的日沉積量與體重之間方程的建立）體蛋白的日沉積量與體重之間方程的建立 公雞最大體蛋白沉積量公雞最大體蛋白沉積量pdmaxpd=0.036*0.1166*1.063

15、9*lbw1.0639*in(6130.87/lbw) 母雞最大體蛋白沉積量母雞最大體蛋白沉積量pdmaxpd=0.045*0.1168*1.0615*lbw1.0615*in(3965.15/lbw)4、 其它實(shí)用技術(shù)的發(fā)展其它實(shí)用技術(shù)的發(fā)展 采食量、體組成之間的關(guān)系、體蛋白和體重采食量、體組成之間的關(guān)系、體蛋白和體重之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型是建立生長(zhǎng)模型所必需之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型是建立生長(zhǎng)模型所必需的組成部分，這些模型參數(shù)建立的準(zhǔn)確性直的組成部分，這些模型參數(shù)建立的準(zhǔn)確性直接影響著生長(zhǎng)模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。接影響著生長(zhǎng)模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。 本試驗(yàn)選用本試驗(yàn)選用200只只aa肉仔雞進(jìn)行飼養(yǎng)和屠宰肉仔雞進(jìn)行

16、飼養(yǎng)和屠宰試驗(yàn)，以確定模型的參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)，以確定模型的參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)試驗(yàn)2日糧充分營(yíng)養(yǎng)水平下采食量、體蛋白和日糧充分營(yíng)養(yǎng)水平下采食量、體蛋白和體重、體組成之間相互關(guān)系數(shù)學(xué)模型的建立體重、體組成之間相互關(guān)系數(shù)學(xué)模型的建立 根據(jù)體重預(yù)測(cè)采食量的公式為根據(jù)體重預(yù)測(cè)采食量的公式為fi=0.556*lbw0.75(公公)；fi=0.5313*lbw0.75(母母)。 根據(jù)代謝體重預(yù)測(cè)采食量的公式為根據(jù)代謝體重預(yù)測(cè)采食量的公式為fi=mei/mep= (7.2394*lbw0.75)/mep(公公)；fi=mei/mep= (6.9169*lbw0.75)/mep(母母) ， 其中其

17、中 mep是待預(yù)測(cè)日糧中的代謝能。是待預(yù)測(cè)日糧中的代謝能。 體蛋白與體重之間的關(guān)系為體蛋白與體重之間的關(guān)系為pt =0.1592 (lbw1.0258) (公公) ；pt =0.1479 (lbw1.0319) (母母)。 體水分與體蛋白之間的關(guān)系為體水分與體蛋白之間的關(guān)系為wat=7.2756 (pt0.8775) (公公)；wat=7.1274 (pt 0.8814) (母母)。 體灰分與體蛋白之間的關(guān)系為體灰分與體蛋白之間的關(guān)系為ash=0.1446 (pt 1.0225) (公公)；ash=0.1427 (pt 1.0332) (母母)。 體脂肪與體蛋白之間的關(guān)系為體脂肪與體蛋白之間的

18、關(guān)系為ee=0.3662 (pt1.0214) (公公)；ee=0.2761 (pt1.1238) (母母)。試驗(yàn)試驗(yàn)3、 不同日糧條件下驗(yàn)證肉不同日糧條件下驗(yàn)證肉雞動(dòng)態(tài)仿真生長(zhǎng)模型雞動(dòng)態(tài)仿真生長(zhǎng)模型 為了評(píng)價(jià)所建立的肉雞動(dòng)態(tài)仿真生長(zhǎng)模型為了評(píng)價(jià)所建立的肉雞動(dòng)態(tài)仿真生長(zhǎng)模型的有效性和實(shí)用性的有效性和實(shí)用性. 本試驗(yàn)分別設(shè)計(jì)了高低兩種不同營(yíng)養(yǎng)水平本試驗(yàn)分別設(shè)計(jì)了高低兩種不同營(yíng)養(yǎng)水平的日糧，選擇的日糧，選擇400只肉雞進(jìn)行飼養(yǎng)和屠宰試只肉雞進(jìn)行飼養(yǎng)和屠宰試驗(yàn)，公母分開(kāi)飼養(yǎng)，每個(gè)處理驗(yàn)，公母分開(kāi)飼養(yǎng)，每個(gè)處理5個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)個(gè)重復(fù)20只雞。只雞。 飼養(yǎng)期飼養(yǎng)期6周。以此對(duì)仿真周。以此對(duì)仿真模型進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)證。模型進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)證。表表3 以采食量為衡量指標(biāo)比較肉公雞生長(zhǎng)以采食量為衡量指標(biāo)比較肉公雞生長(zhǎng)模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值（單位：克）模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值（單位：克）表表4 以體重為衡量指標(biāo)肉公雞生長(zhǎng)模型預(yù)以體重為衡量指標(biāo)肉公雞生長(zhǎng)模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的比較（單位：克）測(cè)值與實(shí)測(cè)值的比較（單位：克） 試驗(yàn)試驗(yàn)4、模型的組裝及運(yùn)行調(diào)試、模型的組裝及運(yùn)行調(diào)試 本試驗(yàn)的目的是采用本試驗(yàn)的目的是采用visual basic 程序進(jìn)行編程，并根據(jù)程序進(jìn)行編程，并根據(jù)飼養(yǎng)試驗(yàn)和屠宰試驗(yàn)的結(jié)果飼養(yǎng)試驗(yàn)和屠宰試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，確定模型選進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，確定模型選用的公式和參數(shù)值。用的公式和參數(shù)