Главная -> Новая модель рациона

Новая модель рациона

Оптимизация группового кормления

Рацион для программируемого прироста

Рацион на заданный временной период

Оптимизация кормления вволю

Различные способы кормления животных и технологии получения животноводческой продукции предопределяют необходимость выполнения разных видов планирования рационов:

Классификация задач планирования рационов по видам планирования дана на рис. 1.

Рис. 1. Классификация задач планирования рационов

Планирование рационов для индивидуального дозированного кормления животных

Классическое решение задачи составление рациона

«Задача о рационе» относится к классическим задачам оптимизации. Её общая постановка выражается следующим образом:

«Пусть имеется N продуктов (зерно, сенаж и т.п.) и M веществ (жиры, белки, углеводы и пр.).

Допустим, что для полноценного питания необходимо bj единиц j-го вещества. При этом aij есть содержание j-го вещества в единице i-го продукта, а ci – цена единицы i-го продукта.

Обозначив через xi потребление i-го продукта, получаем задачу

Планирование рационов – многофакторная оптимизационная задача, и ее решение требует применения специальных математических методов и компьютерной техники.

Работы по проектированию рационов животных с применением математических методов и электронно-вычислительных машин ведутся за рубежом и в нашей стране более пятидесяти лет (Дж. Стинглер 1945 г., Ф. Ваф 1951 г., Е. Четыркин 1961 г.), причем постановка задачи оптимизации рациона по сути не меняется.

Расчеты традиционно базируются на общем методическом принципе, сформулированном в середине прошлого столетия:

Добиться минимальной стоимости рациона при обеспечении его заданной питательности (определяемой устанавливаемыми интервалами допустимых значений компонентов и учитываемых соотношений).

Такой подход давал хорошие результаты на раннем этапе применения метода при незначительном количестве балансируемых элементов (как правило, до 5-6).

Прогрессивный в свое время методический подход не обеспечивает требований современной науки по кормлению животных к оптимизации рационов, так как на сегодняшний день ученые рекомендуют балансировать рационы по десяткам компонентов питания и их соотношений, и удовлетворить требуемые ограничения при составлении рационов из ограниченного набора кормов, которыми располагают хозяйства, не представляется возможным.

Несмотря на большие научные достижения в области теории кормления, практическая работа по планированию рационов выполняется с использованием упрощенных математических моделей рациона, и на практике животных кормят по несбалансированным рационам, что приводит к недополучению продукции (упущенной прибыли), снижению показателей воспроизводства, потерей животными здоровья и племенных качеств.

Кроме того, традиционная методика оптимизации рационов не отражает целей товарного сельскохозяйственного производства - получение максимальной прибыли, обеспечение максимальной рентабельности производства.

Оптимизация рационов традиционно выполняется на основе линейной экономико-математической модели, целевой функцией в которой является минимум стоимости рациона, а ограничениями - допустимые интервалы значений содержания в рационе нормируемых компонентов питания.

С позиций экономической и зоотехнической науки сегодняшнего дня следует отметить следующие недостатки традиционного методического и математического обеспечения оптимизации рационов для сельскохозяйственных животных.

Недостатки традиционного методического и математического обеспечения оптимизации рационов

Неполнота модели рациона по учету экономических факторов

Экономические потери, возникающие в результате несбалансированного кормления животных, соизмеримы со стоимостью рациона. Отсутствие в модели рациона описания этих потерь вносит значительную погрешность в процедуру экономической оптимизации рациона.
Упрощенное представление о влиянии дисбаланса рациона по компонентам питания на экономическую эффективность кормления

В реальности зависимость каждого вида потерь, вызываемых отклонением содержания в рационе компонента питания (КП) от нормы, выражается монотонной кривой f(КП), как показано на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость потерь от отклонения компонента от нормы

При традиционном решении задачи оптимизации рациона на каждый компонент питания задается интервал допустимых значений от Мин до Макс.

В этом интервале все значения компонентов питания одинаково допустимы, а за границами интервала - абсолютно недопустимы.

Перевод этого формального условия на смысловое толкование означает: «в интервале [Мин, Макс] потери из-за отклонения компонента питания от нормы не возникают, а за границами интервала они сразу возрастают до бесконечности», что противоречит реальной природе потерь.

С позиций экономической оптимизации рационов введение интервала допустимых значений компонента питания предопределяет погрешности, отображенные на рис. 2 заштрихованными областями.
Отсутствие гарантированного нахождения оптимума

При использовании для расчета рациона линейной экономико-математической модели с большим количеством ограничений на содержание в рационе компонентов питания область оптимального решения нередко вырождается и оптимальное решение не может быть найдено – при ограниченном наборе кормов из возможных вариантов рационов лучший не находится.
Критерий оптимальности не выражает цели товарного производства

Критерием оптимальности в традиционной методике оптимизации рационов является минимум стоимости рациона.

Стоимость рациона хотя и составляет наиболее значимую часть затрат на производство животноводческой продукции, но не выражает непосредственно цели товарного производства. Эффективность производства в условиях рыночной экономики оценивается в первую очередь такими экономическими показателями, как прибыль и уровень рентабельности.
Отсутствие контроля плана расходования кормов

При применении конкретного рациона могут возникать дополнительные экономические издержки, связанные с нарушением плана расходования кормов.

Например, вовремя не использованные корнеплоды теряют свою питательную ценность, а перерасход концентрированных кормов может вызвать дополнительные издержки в связи с необходимостью их дополнительной закупки. Кроме того, не делается различия между ценой сэкономленных и перерасходованных кормов. Выгоды от экономии некоторого количества корма не эквивалентны затратам при закупке такого же количества корма.

Чтобы учесть эту экономическую реальность при определении стоимости рациона, следует для одного корма использовать две цены: одну цену для корма, имеющегося в хозяйстве, другую - для закупаемого. Для получения экономически оптимального рациона издержки, связанные с нарушением плана расходования кормов, при оптимизации рациона необходимо учитывать, сопоставляя их с другими экономическими показателями.
Отсутствие меры общей сбалансированности рациона

В производственной практике, при ограниченном наборе кормов, специалист по кормлению часто сталкивается с проблемой выбора рациона из нескольких возможных, ясно представляя, что ни один из рационов не является идеально сбалансированным.

Специалист вынужден сознательно или подсознательно давать рационам экономическую оценку, выбирая хороший рацион – тот, который обеспечивает высокие привесы, удои, своевременный и качественный приплод, сохранение здоровья и племенных качеств животных.

Лучшее решение далеко не всегда очевидно. Задача выбора варианта порождает проблему измерения качества рационов.

Как отмечалось выше, «хорошим» рационом может быть лишь рацион, сбалансированный по всем значимым компонентам питания, которые отражены в нормах кормления. Отклонение от норм по любому из компонентов питания приводит к снижению эффективности эксплуатации животных – потерям по продуктивности, воспроизводству, ценности животного.

Таким образом, в реальных производственных условиях, помимо стоимости кормов, составляющих рацион, каждый рацион имеет свой «уникальный профиль» потерь из-за дисбаланса по компонентам питания и соотношениям, так как в общем случае каждый рацион хорошо сбалансирован по одним компонентам питания, и хуже – по другим.

Возникает вопрос: какому варианту из возможных комбинаций кормов отдать предпочтение?

Например, рациону, который сбалансирован по фосфору и кальцию, но имеет существенные отклонения от нормы по лизину, или рациону с лучшей сбалансированностью по лизину, но с отклонениями от норм кормления по фосфору и кальцию?

При такой постановке вопроса каждый специалист имеет свое индивидуальное мнение, так как в традиционной методике оптимизации рационов отсутствует мера сбалансированности рационов, которая позволяла бы по общим формализованным правилам оценивать качество рационов и сравнивать их между собой.
Отсутствие меры экономической эффективности рациона

Эффективность производства в условиях рыночной экономики оценивается в первую очередь экономическими показателями, такими, как прибыль, уровень рентабельности.

Целью сельскохозяйственного производства в рамках предприятия является получение прибыли. Именно этой цели подчинено ведение всех технологических процессов на рационально организованном производстве.

Одним из главных технологических процессов в животноводстве, от которого зависит прибыльность и рентабельность всего производства в целом, является кормление животных. Если рассматривать кормление как один из центров формирования прибыли, то целесообразно рациону локально дать оценку экономической эффективности с целью его оптимизации по этому показателю.
Применение комбикормов и кормовых добавок, не оптимизированных с основными кормами рациона

Комбикорм или кормовая добавка при традиционном расчете рационов рассматривается как один из кормов.

При этом оптимизация рациона дает худшие результаты (число степеней свободы меньше) по сравнению с вариантом, когда составляющие комбикорма могли бы по отдельности входить в набор кормов, и рецепт комбикорма формировался бы в процессе оптимизации рациона.

Премиксы традиционно производятся по фиксированным рецептам с применением правила гарантированного насыщения рационов микроэлементами и витаминами.

В соответствии с этим правилом микроэлементы и витамины включаются в рацион «поверх» микроэлементов и витаминов, имеющихся в основных кормах. На практике это приводит не только к избыточным затратам животноводческих хозяйств, но и к снижению эффективности кормления, поскольку вреден не только недостаток, но и избыток в рационе нормируемых компонентов питания.
Планирование рационов по фактической продуктивности животных

В справочных руководствах по кормлению сельскохозяйственных животных указывается продуктивность, обеспечиваемая в принятых условиях содержания полностью сбалансированным рационом, при котором все компоненты питания точно соответствуют нормам кормления. Эта продуктивность является генетически обусловленной продуктивностью.

Фактическая продуктивность животного, получаемая при несбалансированном кормлении, ниже той потенциальной, которую можно получить в данных условиях содержания при полном соответствии рациона норме кормления.

На основании замеренной текущей продуктивности планируется следующий рацион, который даже при полном соответствии нормам кормления не может обеспечить потенциальную продуктивность. Это связано с тем, что расчет рациона выполняется по продуктивности, заниженной относительно потенциальной продуктивности животного.

Реально же рассчитанный рацион вызовет из-за своей несбалансированности дальнейшее снижение продуктивности. Очевидно, что строгое соблюдение такой «методики» расчета могло бы привести к полной потере продуктивности животных.

Например, для лактирующей коровы это означает:

Уф1= Упот − Ун1

где Уф1 − фактический суточный удой, полученный при некотором (первом) рационе

Упот − потенциальный суточный удой

Ун1 − недополученная часть удоя (необеспеченная первым рационом)

При планировании следующего рациона по фактическому удою получим:

Уф2 = Уф1 − Ун2 = Упот − Ун1 − Ун2

где Уф2 − суточный удой, обеспечиваемый планируемым (вторым) рационом

Ун2 − недополученная часть удоя по сравнению с плановым (Уф1)

Для N-го планируемого рациона по аналогии можно записать:

УфN = Упот − Ун1 − Ун2 − Ун3 − Ун4 − … − УнN

Таким образом, получаем, что если строго следовать практике расчета рационов по фактической продуктивности животных, то её можно свести на нет. Для того, чтобы избежать этого, планирование очередного рациона следует выполнять не по фактической, а по потенциальной продуктивности.
Невозможность учета фактических переваримости и усвояемости кормов

При расчете норм кормления, приведенных в методиках и справочных руководствах по кормлению, использовались усредненные коэффициенты переваримости и усвояемости компонентов питания кормов.

Однако известно, что переваримость одного и того же компонента питания для разных кормов может различаться в несколько раз.

Подробнее о фактической переваримости и усвояемости см. здесь.

Кормление животных по рационам, в которых преобладают корма с коэффициентами переваримости и усвояемости выше «среднего», приведет к перекорму животных и перерасходу кормов, а кормление по рационам, в которых преобладают корма с коэффициентами переваримости и усвояемости ниже «среднего» - к недокорму животных.

Таким образом, удовлетворение потребностей животных в питании при их кормлении по рационам, сбалансированным по нормам и данным химического состава кормов, существенно зависит от фактических переваримости и усвояемости компонентов питания кормов.

В более точном учете коэффициентов переваримости и усвояемости кормов скрыты резервы повышения эффективности кормления животных.
Отсутствие учета эффекта применения кормосмесей

По мнению ученых, корма, входящие в рацион, должны скармливаться в виде кормосмеси для обеспечения одновременности и комплексности поступления питательных веществ животному.

Исследованиями установлено, что «недостающий» элемент питания для синтеза очередной порции молока или единицы прироста массы живая клетка может «ждать» не более двух часов. Если, например, из 100 необходимых элементов отсутствует одна лимитирующая аминокислота, синтез не произойдет, все 99 элементов из лимфы поступают в кровь и процесс возвращается к своему началу.

Повышение эффективности кормления сельскохозяйственных животных при приготовлении кормосмесей кормосмесителем происходит за счет следующих процессов в использовании кормов животными:
1. повышение переваримости и усвояемости компонентов питания, содержащихся в кормах
2. увеличение суточного потребления сухого вещества
3. снижение энергии, затрачиваемой на переваривание корма
4. усиление синергического эффекта при взаимодействии компонентов питания
За счет измельчения грубых кормов и частичного разрушения твердой оболочки зерновых, животными из кормов извлекается больший объем компонентов питания – увеличиваются переваримость и усвояемость кормов.

А поскольку нормы кормления рассчитаны с учетом коэффициентов переваримости и усвояемости, отражающих использование необработанных кормов, то при применении кормосмесителя расходование кормов на единицу продукции снижается.

За счет измельчения кормов и разрушения грубой оболочки зерновых процесс переваривания кормов ускоряется, и суточное потребление сухого вещества животными увеличивается. Вследствие этого «производительность» животного в преобразовании корма в продукцию возрастает. Этот эффект усиливается за счет маскирования в кормосмеси «невкусных» кормов «вкусными».

Для измельченных кормов животным требуется меньше затрат энергии непосредственно на пищеварение – увеличивается «коэффициент полезного действия» животного как производителя продукции.

При поедании животным кормосмеси сбалансированность рациона проявляется непрерывно во времени в противоположность кормлению дачами с разным наполнением кормами. Поэтому синергизм компонентов питания при кормлении кормосмесью выше, чем при кормлении животных отдельными разнородными порциями кормов, даже при сбалансированном суточном рационе.

Таким образом, эффект кормосмесителя в кормлении животных в итоге проявляется в повышении оплаты корма продукцией (снижением норм расходования кормов на единицу продукции) и увеличении потенциальной продуктивности животных.

КПД кормосмеси на 15 – 18% больше, чем при раздельном скармливании тех же кормов, которые вошли в кормосмесь.

В традиционной методике оптимизации рационов эффект применения кормосмесей не учитывается.
Отсутствие учета эффекта применения ферментов

В настоящее время в практике кормления сельскохозяйственных животных наблюдается применение ферментов, изменяющих переваримость и усвояемость отдельных компонентов питания кормов. Применение ферментов фактически изменяет питательность кормов.

Например, ферментация овса, ячменя и пшеницы повышает их энергетическую ценность на 6% (по данным фирмы АО «Суомен Реху»). В материалах фирмы «ФИНФИДС» утверждается, что ферментный препарат АВИЗИМ повышает усвояемость обменной энергии из ячменя и овса не менее, чем на 10%; пшеницы, тритикале и ржи – не менее, чем на 6%; усвояемость сырого протеина и аминокислот повышается соответственно на 15 и 10%.

В традиционной методике оптимизации рационов эффект применения ферментов не учитывается.
Применение только одного критерия оптимизации

В традиционной методике оптимизации рационов предусмотрен лишь один критерий оптимальности – минимум стоимости рациона, который не всегда отвечает текущим экономическим интересам предприятия.

Как правило, руководителей предприятия в первую очередь интересуют прибыль и рентабельность производства. Кроме того, возможно возникновение специфических экономических ситуаций.

Например, в хозяйственной деятельности предприятия возможно возникновение ситуации, когда финансирование кормления животных оказывается ограниченным. В этом случае возникает задача максимизации прибыли при стоимости рациона, не превышающей заданную.

В какой-то момент может потребоваться получение от животных максимума продукции без учета потерь по воспроизводству и ценности животного.

В условиях рыночных отношений Товаропроизводителя и Потребителя нередко возникают ситуации, когда предложение превышает спрос. В этих случаях Товаропроизводителю требуется ограничить производство с целью предотвращения потерь нереализуемой продукции.

Другим примером ситуации, требующей регулирования продуктивности животных, является случай, когда необходимо обеспечить объемы производства, превышающие экономически оптимальный уровень (выполнение обязательств по поставкам).

Регулятором производства в определенных пределах может выступать уровень кормления животных.

В частности, в молочном скотоводстве в одних случаях за счет экономии кормов можно снижать удои; в других - повышая питательность рациона (при потере его экономической оптимальности), удои можно увеличивать, допуская снижение эффективности производства.

Спектр оптимальных решений при управлении кормлением может быть расширен введением дополнительных критериев оптимизации, что позволит удовлетворить потребность Руководителей хозяйств и зоотехнических служб учитывать текущее состояние предприятия и оперативные цели, отвечающие разным хозяйственным ситуациям.
Отсутствие расчета обеспечиваемой рационом продуктивности животных

Оптимизация рационов выполняется не только для фактического кормления животных, но используется и при моделировании более общих задач управления сельскохозяйственным производством. При этом продуктивность животных берется равной той, по которой рассчитывался рацион.

Это ведет к существенной погрешности результатов моделирования, так как при несбалансированном кормлении продуктивность животных, обеспечиваемая рационом, всегда ниже используемой для расчета. Для повышения точности моделирования и экономического прогноза результатов производства необходимо рассчитывать ожидаемую фактическую продуктивность животных.

Рационы, оптимизированные по традиционной методике на основе линейной экономико-математической модели при использовании ограниченного набора кормов, как правило, оказываются существенно отличными от объективно оптимальных.

Авторами программ КОРАЛЛ разработана новая модель рациона, устраняющая вышеназванные недостатки классической модели.

Положения новой модели реализованы во всех программах КОРАЛЛ-Кормление и отражены в следующих разделах сайта:

Новая модель рациона

Планирование рационов для индивидуального дозированного кормления животных

Классическое решение задачи составление рациона

Недостатки традиционного методического и математического обеспечения оптимизации рационов

Программы КОРАЛЛ

Решения КОРАЛЛ