تغذیه طیور در سیستم دامپروری هوشمند: تلاشی برای تطبیق تامین مواد مغذی با احتیاجات غذایی طیور

خلاصه
افزایش جمعیت، رشد شهرنشینی و تغییر ذائقه مصرف کنندگان باعث شده تا تقاضا برای محصولات دامی به ویژه طیور روندی صعودی داشته باشد. از سوی دیگر، گرمایش کره زمین، تغییرات اقلیمی، کمبود منابع و نگرانی‌های مربوط به مسایل آسایش و رفاه دام و طیو، به نگرانی های جدی در زمینه توسعه پایدار صنعت دامپروری تبدیل شده‌اند. به خدمت گرفتن علم، نوآوری و فناوری برای توسعه پایدار در زمینه علوم دامی اجتناب ناپذیر است. دامپروری هوشمند(Smart Livestock Farming; SLF) یک نوآوری مهم در زمینه پرورش دام و طیور محسوب می‌شود. از نظر ساختاری، SLF سیستمی است که اطلاعات جمع آوری شده از حسگرها را برای تعیین نیازهای پرندگان در هر لحظه از زمان استفاده کرده و از طریق ارتباط با سیستم‌های خوراک‌دهی، مقدار مناسبی از خوراک با ترکیب مورد نظر را در دسترس پرنده یا گروهی از پرندگان قرار می‌دهد. هدف اصلی SLF، هم‌سنگ کردن دریافت مواد مغذی با احتیاحات واقعی پرنده است، که فرآیندی پویا بوده و با سن، مرحله و سطح تولید، وضعیت تولید مثل، وضعیت سلامت و شرایط محیطی تغییر می‌کند. پاسخگویی بلادرنگ به احتیاجات مواد مغذی، موجب به حداقل رساندن مصرف مواد مغذی می‌شود. این امر علاوه بر کاهش هزینه تغذیه، دفع فسفر و نیتروژن به محیط زیست را به حداقل رسانده و تولید و انتشار گازهای گلخانه‌ای حاصل از کود را نیز کاهش می‌دهد. به حداقل رساندن هدررفت مواد مغذی، نهاده‌های مورد نیاز برای تغذیه طیور را کاهش داده و به نوبه خود، زمین زراعی مورد نیاز برای تولید خوراک طیور و انرژی و آب مورد نیاز برای تولید محصول را کاهش می‌دهد. به نظر می‌رسد که صنعت طیور در آینده از SLF سود زیادی خواهد ‌برد و این امر یک تحول اساسی در صنعت تغذیه طیور ایجاد خواهد کرد.

1- مقدمه

دامپروری دقیق (Precision Livestock Farming) از نظر ساختاری یک سیستم مدیریتی است که مبتنی بر نظارت مداوم و خودکار بلادرنگ، چه در سطح گله و چه در سطح تک تک افراد گله در شکل ایده‌آل خود می‌باشد. اطلاعات حسگر ابتدا برای تصمیم‌گیری تولید و اجرای خودکار تصمیم‌ها در جهت بهبود کارایی، سلامت و رفاه حیوانات و بهینه سازی اثرات زیست محیطی مرتبط با پرورش دام استفاده می‌شوند. تغذیه دقیق (Precision Feeding) سیستمی است که به هر حیوان، مقدار مناسبی از خوراک را در زمان مناسب ارایه می‌دهد. تغذیه هوشمندانه طیور (Smart Poultry Nutrition) سیستمی است که اطلاعات جمع آوری شده از حسگرها را برای تعیین نیازهای حیوان در هر لحظه از زمان استفاده کرده و از طریق ارتباط با سیستم‌های خوراک‌دهی، مقدار مناسبی از خوراک با ترکیب مورد نظر را در دسترس پرنده یا گروهی از پرندگان قرار می‌دهد. بنابراین، تغذیه هوشمندانه طیور و تغذیه دقیق، زیرمجموعه‌های دامپروری دقیق هستند. زمین‌های قابل کشت و منابع آب در حال کاهش هستند و از طرف دیگر تقاضا برای شفاف‌سازی فرآیندهای تولید مواد خوراکی در حال افزایش است.استفاده از سیسستم‌های پرورش متراکم و در عین حال پایدار، که شامل نوآوری‌های حاصل از فرآیند دامپروری دقیق می‌باشند، در تغذیه جمعیت فزاینده جهان اجتناب ناپذیر است.

تغذیه هوشمندانه طیور از پیشرفته‌ترین حسگرها برای جمع‌آوری داده‌ها، به اشتراک گذاری داده‌ها و پردازش داده‌ها برای خودکار کردن سیستم خوراک‌دهی استفاده می‌کند .این کار از داده‌هایی که به صورت بلادرنگ جمع‌آوری می‌شود، برای بهینه‌سازی راهبرد‌های تغذیه‌ای استفاده می‌کند. به استثنای چند مورد، فناوری‌های تغذیه هوشمندانه طیور در مرحله قبل از تجاری‌سازی هستند. با این حال، به نظر می‌رسد که صنعت طیور در آینده از دامپروری دقیق و تغذیه هوشمندانه طیور سود زیادی خواهد ‌برد و این امر یک تحول اساسی در صنعت تغذیه طیور ایجاد خواهد کرد. صنعت طیور و گروه‌های تحقیقاتی در حال حاضر بر تغذیه و مدیریت گله‌های بزرگ متمرکز شده‌اند. در عین حال، تغذیه و مدیریت افراد گله، به عبارت دیگر تغذیه بر اساس نیاز فرد فرد گله، احتمالا روشی مطلوب‌تر خواهد بود. جمع آوری اطلاعات در مورد فرد فرد گله به ما این امکان را می‌دهد که تصمیمات تغذیه‌ای را برای رسیدگی مناسب به تغییرات وزن بدن، سرعت رشد و سلامت افراد گله تنظیم کنیم. تشخیص وضعیت فعلی توسط حسگرها و محاسبه مسیر و سطح تولید یک حیوان یا گروهی از حیوانات توسط مدل‌ها، همراه با اتصال به یک سیستم خودکار تغذیه، می‌تواند تصمیمات تغذیه‌ای و مدیریتی مناسب‌تری را به اجرا گذاشته که طی آن هر حیوان را به ‌طور کارآمدتر به سمت نتایج مطلوب اقتصادی، زیست‌محیطی و اجتماعی سوق دهد.

هدف اصلی تغذیه هوشمندانه طیور، هم‌سنگ کردن دریافت مواد مغذی با احتیاحات واقعی پرنده است. باید توجه داشت که احتیاج به مواد مغذی پویا بوده و با سن، مرحله و سطح تولید، وضعیت تولید مثل، وضعیت سلامت و شرایط محیطی تغییر می‌کند. پاسخگویی بلادرنگ به نیازهای مواد مغذی موجب به حداقل رساندن مصرف مواد مغذی می‌شود. این امر علاوه بر کاهش هزینه تغذیه، دفع فسفر و نیتروژن به محیط زیست را به حداقل رسانده و تولید و انتشار گازهای گلخانه‌ای حاصل از کود را نیز کاهش می‌دهد. به حداقل رساندن هدررفت مواد مغذی، نهاده‌های مورد نیاز برای تغذیه طیور را کاهش داده و به نوبه خود، زمین زراعی مورد نیاز برای تولید خوراک طیور و انرژی و آب مورد نیاز برای تولید محصول را کاهش می‌دهد. دامپروری دقیق همچنین شناسایی نیازهای بهداشتی و رفاهی هر حیوان را نیز مد نظر قرار می‌دهد. دامپروری دقیق و سیستم‌های تغذیه هوشمند به مدیران اجازه می‌دهد تا به این نیازها در هر لحظه از زمان توجه کنند و در عین حال هزینه نیروی کار را کاهش داده و رفاه حیوانات را بهبود بخشند. با فرض اینکه هزینه تجاری‌سازی فناوری‌های مورد نیاز به اندازه کافی کاهش یابد، تغذیه هوشمندانه طیور به عنوان بخشی از یک سیستم مزرعه‌داری دقیق، توانایی بهبود و افزایش قابل توجه در تولید پایدار طیور را خواهد داشت.

2- وضع موجود تغذیه هوشمندانه طیور

تغذیه دقیق بستگی به هدف مورد نظر دارد. این هدف مشخص کننده ترکیب و مقدار خوراک مورد نیاز برای پیش‌برد یک فرد از وضعیت فعلی به یک نتیجه مطلوب نهایی خواهد بود. سیستم‌های تغذیه هوشمندانه طیور از حسگرهایی استفاده می‌کنند که توانایی تشخیص مولفه‌هایی مثل هویت پرنده، وزن بدن، دمای بدن، دمای محیط، و شدت نور را دارند. این داده‌ها سیستم را از وضعیت موجود مطلع کرده و سپس با استفاده از یک الگوریتم و مدل مناسب، تخمین مواد مغذی مورد نیاز برای رسیدن به حالت مطلوب بعدی صورت می‌گیرد. در ادامه، یک دستگاه تحویل خوراک به طور خودکار و در آن واحد مناسب‌ترین تصمیم برای تغذیه را به اجرا می‌گذارد.

شایان ذکر است که مفاهیم تغذیه دقیق و تغذیه هوشمندانه طیور در مراحل ابتدایی خود هستند. تا همین اواخر، اندازه‌گیری مصرف خوراک فردی به جمع‌آوری دستی داده‌ها منحصراً در محیط‌های تحقیقاتی از پرندگانی که به صورت جداگانه در قفس نگهداری می‌شدند، محدود می‌شد. توسعه سیستم‌ها برای اندازه‌گیری خودکار خوراک مصرفی و آب در دو دهه گذشته پیشرفت اندکی داشته است. پوما و همکاران (2001) یکی از اولین سیستم‌ها را برای اندازه‌گیری خودکار وزن بدن و میزان خوراک و آب مصرفی در پرندگانی که به صورت جداگانه در قفس نگهداری می‌شدند، ارایه کردند. این سیستم داده‌های مستمر و با کیفیت بالا تولید می‌کند، به گونه‌ای که محاسبه تنوع فردی در مصرف خوراک و آب را فراهم می‌کند. بلی و بسی (2008) اولین سیستم را برای اندازه‌گیری مصرف خوراک فردی و رفتار تغذیه‌ای در طیوری که به صورت گروهی نگهداری می‌شدند (اردک) ارایه کردند. این محققین با استفاده از فرستنده‌های امواج رادیویی متصل به بال، اردک‌ها را به صورت انفرادی شناسایی کردند. شرکت «بوقلمون هیبرید» (Hybrid Turkey) که در زمینه اصلاح نژاد طیور تجاری فعالیت می‌کند، سیستم مشابهی را برای اندازه‌گیری بلادرنگ و انفرادی مصرف خوراک و وزن بدن در بوقلمون‌هایی که به صورت گروهی نگهداری می‌شدند، ابداع کرده است. کاربرد اصلی این سامانه برای اندازه‌گیری ضریب تبدیل خوراک به صورت انفرادی برای استفاده در برنامه‌های اصلاح نژادی بوده است. اکثر شرکت‌های اصلاح نژادی طیور سیستم‌های مشابهی برای نظارت بر مصرف خوراک فردی دارند، ولی فن‌آوری آن را محرمانه نگه داشته‌اند. بنابراین، جهت درک بهتر مزایای زیست محیطی و اقتصادی تغذیه هوشمندانه طیور در مقیاس تجاری، هنوز به تحقیقات زیادی نیاز می‌باشد.

آئرتز و همکاران (2003) سامانه‌ای طراحی کردند که در آن تغذیه جوجه‌های گوشتی بر اساس اندازه‌گیری روزانه وزن بدن و تخصیص خوراک بر اساس وزن بدن ثبت شده، مطابق یک برنامه الگوی رشد داده شده به مدل صورت می‌گیرد. این سامانه از ترازوهای خودکار اندازه‌گیری وزن بدن در سطح گله استفاده می‌کند که برای اجرای تخصیص خوراک در نظر گرفته شده با هدف محدود کردن رشد، طبق یک مسیر رشد از پیش تعریف شده استفاده می‌شود. همچنین در سطح گروهی، آیدین و همکاران (2015) سامانه‌ای را برای نظارت لحظه‌ای بر مصرف خوراک جوجه‌های گوشتی با استفاده از تجزیه و تحلیل صدای حاصل از نوک زدن پرندگان به دانخوری، توسعه دادند. مزیت این سامانه قابلیت نظارت بر مصرف خوراک به روشی غیر تهاجمی بود، اما این سامانه قادر به جمع‌آوری داده‌های مصرف خوراک در سطح فردی نبود.

به تازگی، زیدوف و همکاران (2017) سامانه‌ای را برای کنترل مصرف خوراک و اندازه‌گیری وزن بدن و مصرف خوراک به صورت انفرادی در جوجه‌هایی که به صورت گروهی نگهداری می‌شدند، توسعه داده‌اند (شکل 1). این سامانه در ابتدا برای مرغ‌های مادر گوشتی طراحی شد، اما به طور موفقیت‌آمیزی در کارهای تحقیقاتی روی جوجه‌های گوشتی، مرغان تخم‌گذار، و لاین‌های خالص طیور نیز استفاده شده است. در حالی که تا آن زمان، اکثر سامانه‌های دیگر قادر به اندازه‌گیری مصرف خوراک یا وزن بدن یا هر دو بودند، این سامانه قادر به کنترل تخصیص مصرف خوراک نیز بود که برای اجرای تصمیمات تغذیه‌ای در یک سامانه تغذیه هوشمند بسیار مهم می‌باشد. با استفاده از این سیستم تغذیه دقیق، تیم تحقیقاتی مذکور توانستند رشد مرغ‌های مادر گوشتی و خروس‌هایی که به صورت گروهی نگهداری می‌شدند، را با ضریب تغییرات (CV) وزن بدن کمتر از 2 درصد تا زمان تحریک نوری به خوبی کنترل کنند. این کار با اندازه‌گیری انفرادی و مستمر وزن بدن مرغان مادر گوشتی و اجازه‌ی دسترسی به غذا فقط هنگامی که وزن بدن پرنده کمتر از وزن از پیش تعریف ‌شده بود، میسر شد. میکا و همکاران (2021) اخیراً یک سامانه پیش‌تجاری مشابه را برای اندازه‌گیری و کنترل مصرف خوراک در گله‌های طیور طراحی کرده‌اند. زیدوف و همکاران (2019) سیستم تغذیه دقیق خود را برای ارایه تا چهار جیره مختلف، بر اساس ویژگی‌های منحصر به فرد هر پرنده‌ای که وارد ایستگاه تغذیه می‌شود، توسعه داده‌اند. در حال حاضر، مطالعات اولیه‌ای با هدف بررسی تأثیر سطوح انرژی قابل سوخت و ساز جیره و وزن بدن هدف‌گذاری شده، بر ترکیب بدن، سن بلوغ جنسی و میزان تولید تخم‌مرغ در حال انجام است. جالب است بدانید که یک گروه تحقیقاتی لانه‌ای مجهز به حسگر‌ برای اندازه‌گیری میزان تولید تخم‌مرغ در سطح انفرادی ابداع کرده است.

 

شکل 1. سامانه تغذیه هوشمند جهت اندازه‌گیری انفرادی وزن بدن و مصرف خوراک و تخصیص انفرادی مصرف خوراک بر اساس وزن بدن در پرندگانی که به صورت گروهی نگهداری می‌شوند.

3- تطبیق تامین مواد مغذی با احتیاجات غذایی طیور

در علم کلاسیک تغذیه، مفهوم نیاز به مواد مغذی به حداقل سطح یک ماده مغذی اشاره دارد که حداکثر پاسخ را در یک پاسخ خاص ایجاد می‌کند. تعریف کاربردی‌تر، در عین حال می‌تواند به صورت مقدار ماده مغذی مورد نیاز برای دستیابی به یک برونداد خاص، مطرح گردد. این تعریف در سامانه‌های تغذیه هوشمند بیشتر کاربرد دارد. به عنوان مثال، انرژی قابل سوخت و ساز مورد نیاز برای یک مرغ مادر گوشتی به میزان انرژی‌ اشاره دارد که یک پرنده با وزن مشخص برای نگهداری، دستیابی به مقدار معینی رشد، و تولید یک عدد تخم مرغ در روز نیاز دارد. به طور مشابه، نیاز جوجه‌های گوشتی به لیزین به مقدار لیزینی اشاره دارد که باید توسط پرنده برای نگهداری و رشد با سرعت تعریف شده در سامانه، مصرف شود.

هدف نهایی از تهیه جیره، تطبیق کامل مواد مغذی عرضه شده در هر لحظه از زمان با نیازهای مغذی هر پرنده است، که تحت این شرایط هدر رفت مواد مغذی به حداقل خواهد رسید. تغذیه مرحله‌ای (Phase feeding) تلاشی عملی اما ناقص برای دستیابی به این هدف در سطح تجاری است. تغذيه مرحله‌ای، تغذيه چند جیره است كه هر يك براي مدت زمان كوتاهي تا حدودي نيازهاي تغذیه‌ای خاص آن دوره (سن) را برآورده مي‌كند. این حالت در ارتباط با محدودیت‌های موجود در بحث تولید، تحویل و ذخیره‌سازی خوراک مناسب می‌باشد؛ اما از نظر بازدهی مواد مغذی، فضای زیادی برای بهبود و پیشرفت باقی می‌گذارد. به عنوان مثال، نیاز به اسید‌های آمینه ضروری در جیره جوجه‌های گوشتی با افزایش سن کاهش می‌یابد. به منظور محدود نشدن پتانسیل رشد، مواد مغذی جیره مانند لیزین تقریباً در سطح متوسط مورد نیاز برای هر دوره تغذیه‌ای ارائه می‌شود. در عین حال، با این روش تقریباً همیشه مواد مغذی، حداقل برای بخشی از دوره تغذیه‌ای، کم‌تر یا بیش‌تر از حد نیاز تغذیه می‌شوند.

چنانچه طول دوره‌های تغذیه‌ای کاهش یابد، از تغذیه بیش از حد مواد مغذی می‌توان به میزان قابل توجهی جلوگیری نمود. شکل 2 نشان می‌دهد که از نظر تئوری چطور با کاهش طول دوره تغذیه‌ای از 14 روز به 1 روز، از تغذیه بیش از حد مواد مغذی جلوگیری شده و در عین حال به پرنده این امکان را می‌دهد تا پتانسیل ژنتیکی رشد خود را نشان دهد. حسگرها می‌توانند پرندگان انفرادی را شناسایی کرده و وزن بدن آنها را در هر لحظه اندازه‌گیری کنند. با استفاده از این اطلاعات، یک سیستم تغذیه هوشمند می‌تواند سرعت رشد را محاسبه کرده و بر اساس آن نسبت مواد مغذی مورد نیاز هر پرنده را محاسبه و جیره مطلوب را تنظیم و ارایه کند، به گونه‌ای که احتیاجات غذایی آن پرنده در هر لحظه از زمان برای نگهداری و رشد برآورده شود. بنابراین، یک راه‌کار عملی تنظیم فرمول خوراک در طول دوره رشد، استفاده از یک سیستم تغذیه هوشمند برای ترکیب دو یا چند جیره با نسبت انرژی: مواد مغذی متفاوت است، تا تعادل مواد مغذی صحیح را در آن واحد و هر لحظه از زمان فراهم کند.

شکل 2. ناکارآمدی‌های مرتبط با تغذیه مرحله‌ای

به دلیل تامین بیش از حد مواد مغذی (قسمت بالای منحنی) یا عدم بروز حداکثر رشد (قسمت پایین منحنی). خط نقطه چین (منحنی) نشان دهنده نیاز مواد مغذی جوجه‌های گوشتی در یک دوره 6 هفته‌ای است. خط چین (—-) نشان دهنده لیزین ارائه شده در یک برنامه تغذیه 3 مرحله‌ای است. خط مشکی یکدست (پلکانی) نشان دهنده مقدار لیزینی است که طی تنظیم روزانه جیره در فرمولاسیون ارائه شده است. ناحیه موجود بین خط نقطه چین و خطوط دیگر نشان دهنده ناکارآمدی به دلیل تامین بیش از حد مواد مغذی یا پتانسیل به ظهور نرسیده است.

فهرست منابع

Aerts, J. M., VanBuggenhout, S., Vranken, E., Lippens, M., Buyse, J., Decuypere, E., & Berckmans, D. (2003). Activecontrol of the growth trajectory of broiler chickens based on online animal responses. Poultry Science, 82(12), 1853–1862.
Afrouziyeh, M., Kwakkel, R. P., & Zuidhof, M. J. (2021). Improving a nonlinear Gompertz growth model using bird-specific random coefficientsint woheritage chicken lines. Poultry Science, 100(5), 101059.
Aydin, A., Bahr, C., & Berckmans, D. (2015). Areal-time monitoring tool toautomatically measure the feed intakes of multiple broiler chickens bysound analysis. Computers and Electronics in Agriculture, 114, 1–6
Bley, T. A. G., & Bessei, W. (2008). Recording of individual feed intake and feeding behavior of pekin duck skeptin groups. Poultry Science, 87(2), 215–221.
Gompertz, B. (1825). On the nature of the function expressive of the law of human mortality, and on anwmode of determining the value of life contingencies. Philosophical Transactions of the Royal Society of London,115, 513–583.
Huxley, J. S., & Teissier, G. (1936). Terminology of relative growth. Nature, 137(3471), 780–781.
Mika, A., Guettier, E., Berger, Q., LeBihan-Duval, E., Bernard, J., Pampouille, E., Bouvarel, I., Mignon-Grasteau, S., & Bihan-Duval, L. (2021). Development of an automatic feed consumption system for poultry “bird-e: Bird individual ration dispenser-electronic”. Innovations Agronomiques, 82, 137–149.
Puma, M. C., Xin, H., Gates, R. S., & Burnham, D. J. (2001). Aninstrumentation system for studying feeding and drinking behavior of individual poultry. Applied Engineering in Agricul-ture, 17(3), 365–374.
Sakomura, N. K., Reis, M. D. P., Ferreira, N. T., & Gous, R. M. (2019). Modeling egg production as a means of optimizing dietary nutrient contents for laying hens. Animal Frontiers, 9(2), 45–51.
Sakomura, N. K., Silva, E. P., Dorigam, J. C. P., Gous, R. M., & St-Pierre, N. (2015). Modeling aminoacid requirements of poultry. Journal of Applied Poultry Research, 24(2), 267–282.
Zuidhof, M. J., Fedorak, M. V., Kirchen, C. C., Lou, E. H. M., Ouellette, C. A., & Wenger, I. I. (2019). System and method for feeding animals. US10, 506,793B2.
Zuidhof, M. J., Fedorak, M. V., Ouellette, C. A., & Wenger, I. I. (2017). Precision feeding: Innovative management of broiler breeder feed intake and flock uniformity. Poultry Science, 96, 2254–2263
Zukiwsky, N. M., Afrouziyeh, M., Robinson, F. E., & Zuidhof, M. J. (2021). Feeding, feed-seeking behavior, and reproductive performance of broiler breeders under conditions of relaxed feed restriction. Poultry Science, 100(1), 119–128.

 

نویسنده: دکتر محمدرضا اکبری، استادیار گروه علوم دامی، دانشگاه بیرجند