■卢德勋

（内蒙古农牧业科学院，内蒙古呼和浩特 010031）

饲料科学真正从其他相关学科中分离出来并成为一门独立的现代化科学只是20世纪后期的事。在现代饲料工业建立和发展以及动物营养科学进步的不断推动下，饲料科学进入了现代科学发展的快车道。饲料科学现已成为一门新兴的现代科学，其重要标志就是基本上形成了现代科学理论和技术体系。当前国际上饲料科学正在面临着实现后现代化目标的历史任务。这个历史任务的基本内容就是：与时俱进，与动物营养学科一起携手推进实现学科整体思维方式由分析思维向系统思维的历史性转变，通过创新驱动学科发展，最终实现打造具有鲜明时代特征的饲料科学理论和技术体系升级版的战略目标。本文将对这一论题进行集中探讨。

1 饲料科学的发展历程回顾

人类对饲料利用的认识，可以追溯到远古时代。我们的祖先在长期的包括养殖业在内的农业实践中积累了大量饲料和营养学知识，认识到食物和饲料的不可代替性，形成了朴素的饲料营养价值概念。比如早在古罗马时代普里尼(公元23～97年)就提出“改进饲养才能获得良好的家畜生产效益”，并提出“适时收割的干草比成熟时收割的要好”。这些知识毕竟都是片断的、零碎的、表面的，而且它们都包含在博物、医学、农艺等实用学科内。随着养殖业生产实践不断发展和科学技术不断进步，人类对饲料和营养学研究取得了空前成就，逐渐向形成并完成各自独立学科的方向发展。与动物营养学科相比，饲料科学真正从其他相关学科中分离出来是在更晚一些时候，它最终成为一门独立的现代化科学只是20世纪后期的事。迄今为止，饲料科学的发展大体上经历了3个不同的历史发展阶段。

1.1 初级发展阶段

在饲料科学发展的整个历程中，和动物营养学一直处于相互促进，共同发展状态。饲料科学的初级发展阶段是指到上世纪30年代后期动物营养学正式从相关学科中分离出来，最终形成完整的现代学科体系以前这段时期。在这一时期内，饲料科学和动物营养学都没有从相关学科中独立分离出来，一部分饲料科学理论和技术包含在饲养和养殖技术学科中，比如美国著名学者F.B.Morrison的著作“Feeds and Feed⁃ing”。此时，饲料科学研究主要集中在饲料营养价值评定方面。1810年Thear提出了干草等价和饲养标准的雏形。1854年Haubuer第一个进行了动物的消化试验，以黑箱法研究动物营养素利用状况的技术出现了突破。1860年Hanneberg和Stohmann提出了饲料的概略养分分析方案，一直沿用到现在。这一领域的研究促进了动物营养学相关理论和技术的发展，成为饲料科学和动物营养学学科发展的重要引擎。

1.2 学科基础奠定阶段

在分析化学、生物化学和生理学发展的推动下，动物营养学发展十分迅速。到本世纪30年代后期，动物营养学正式从相关学科中分离出来，最终形成完整的现代学科体系。其主要标志是美国Maynard所著的“动物营养学”一书在1937年的出版。在这一时期内，动物营养学研究成果不断涌现，大大带动了饲料科学的跨越性发展。例如：

——应用平衡法研究饲料营养价值并进而研究动物的能量需要提出了一系列能量体系；

——维生素、氨基酸、必需脂肪酸和一些常量元素和微量元素相继发现，并对其营养生理作用进行了研究；

——1944年美国NRC颁布了第一批营养供给量标准(牛、羊、猪、禽、马)，以后每隔几年修订一次。

在这一时期内，还值得一提的是，动物营养学和饲料科技成果转化和产业化方面也取得了显著成绩。1930年世界上出现了第一批蛋白质饲料工业。40年代开始研究和应用多种饲料添加剂，混合饲料配方和工艺日趋完善。60年代产生了“全价配合饲料”的概念，工业合成维生素和氨基酸获得成功。这些重大事件的出现清楚地说明动物营养和饲料技术产业化进程已经起步，为饲料科学最终成为一门独立的现代化学科体系和形成现代学科的大发展格局奠定了基础。

1.3 现代化学科体系建立和发展阶段

在上世纪后期，饲料科学终于首次建立并形成独立的现代化学科体系，特别是形成产品研发和产业化的全面发展格局。这是一个饲料科学和动物营养学大发展、大突破的时期。到目前为止，在世界范围内饲料科学和动物营养学一直处于持续发展时期。在这一时期具有影响的标志性事件包括：

——反刍动物营养学从一般营养学中间正式分化出来；

——瘤胃发酵调控实用化；

——环境与营养相互关系的研究受到了广泛关注；

——畜禽能量指标和蛋白质指标在克服表观性方面有重大突破；

——动物营养代谢模型化、计算机化异军突起；

——新型添加剂的研制出现了新势头；

——饲料工业成为世界工业的支柱产业之一。

回顾饲料科学的发展历程，我们可以清楚地看到两个重要发展特征：

①在饲料科学发展的整个历程中，和动物营养学一直处于相互促进，共同发展状态。饲料科学的发展和现代化进程离不开动物营养学的发展和现代化进程；饲料科学体系与时俱进离不开动物营养学科体系的现代化进程，也离不开动物营养学的发展和进步。

②在学科发展过程中，特别是应用科学一般要经过理论研究——技术研发——成果推广——进入市场——产业化这几个环节和步骤。饲料科学和动物营养学在相互促进和共同发展的过程中，特别在成果推广、进入市场和产业化这几个环节上结合地非常紧密，几乎达到谁也离不开谁的程度。显然，在饲料科学发展历程中，它不断从动物营养学发展成就中汲取源源不断的理论和技术成果，同时又从饲料产品研发和应用以及饲料工业产业化中获得巨大的发展动力，使之成为饲料科学得天独厚学科的发展优势。

2 时代呼唤着现行饲料科学理论和技术体系与时俱进

任何科学理论和技术体系都要随着科学认识和实践发展而与时俱进，不断向前发展。饲料科学理论和技术体系所以必须与时俱进，这首先是和现行饲料科学理论和技术体系的历史局限性分不开的。这些历史局限性固然与饲料科学发展中所处的历史条件有关，同时也和饲料科学与动物营养学相互依存的特殊关系有密切关系。饲料科学后现代化历史任务就是以最终克服当前饲料科学理论和技术体系存在的这些历史局限性而提出来的。这些历史局限性主要表现在：

——以分析思维占主导地位的饲料科学整体思维方式和现有理论体系面临着一个与时俱进的时代大课题；

——饲料科学的理论和技术体系仍然没有完全摆脱唯生产效益饲养决策观的束缚；

——饲料科学理论中长期存在的评定指标的表观性和日粮内饲料营养物质可加性原则是阻碍饲料科学理论创新的两大历史缺陷；

——单打一的陈旧技术理念或明或暗，或多或少地一直束缚着饲料的利用和开发；

——传统的日粮配合技术有待充实和创新，急待构建现代的理论和技术体系；

——缺乏具有时代特征的饲料营养价值评定和饲用效果评价技术体系。

饲料科学理论和技术体系的这些历史局限性和与它一直处于联手发展态势的动物营养学理论的不彻底性以及不完整性有着密切关联。

现行饲料科学理论和技术体系所以必须与时俱进的另一个重要理由就是时代呼唤着饲料科学必须尽快实现学科整体思维方式由分析思维向系统思维的历史转变。生物科学在知识积累、建立和最终形成独立学科体系的现代化历程中，深深打上了当时的主流思维方式的烙印，都经历了古代整体论思维——分析思维——系统思维的发展阶段。一部科学史告诉我们，任何学科的理论和技术体系的与时俱进，首先是从学科的整体思维方式转变开始的。学科整体思维方式从分析时代进入系统时代是任何学科理论和技术体系现代化的根本标志之一。到目前为止，不少生物学科已经完成了由分析时代进入系统时代这一历史性转变，建立了具有时代特征的现代学科理论和技术体系；同时也有一些生物学科正在处于实现这一历史转变的进程中。动物营养学就是一门属于后者的生物科学分支。和动物营养学相互促进，共同发展的饲料科学在学科发展中也必须要经历并尽快实现这一历史转变。饲料科学的整体思维方式最终实现由分析思维向系统思维的历史性转变，是历史发展的必然，是饲料科学现代化发展的一个重要标志。系统思维方式代表了现代科学的发展趋势，为现代科学的发展提供了理论指导和方法，也为饲料科学在后现代化时代构建新的理论和技术体系插上了腾飞的翅膀。

现行饲料科学理论和技术体系之所以必须与时俱进还有一个重要理由就是和当前正在发生的饲养决策观的重大转变是密切相关的。饲养决策观决定饲料科学的理论和技术体系的全局。饲养决策观是决定饲料利用、产品开发和技术运用的重要因素，也是决定养殖业健康、可持续发展的首要方面。长期以来，唯生产效益的饲养决策观一直在饲料科学和动物营养学理论和技术体系中占据着统治地位。近年来，唯生产效益的饲养决策观越来越受到业界内外的质疑，但是到目前为止，饲料科学的理论和技术体系仍然没有完全摆脱唯生产效益观的束缚。当前，一个最重要的任务就是在饲料科学理论和技术体系的方方面面，彻底破除唯生产效益观，树立科学的饲养决策观。

唯生产效益的饲养决策观在饲料科学技术方面主要有以下两个方面的表现：

——在饲料利用方面，只重视畜禽生产性能指标，忽视动物健康，忽视畜禽养殖对环境的影响以及畜产品品质和安全；

——在制定技术方案和使用技术时往往是单打一，所采用的技术往往具有头痛医头，脚痛医脚，治标不治本的特点。

从技术层面讲，唯生产效益的饲养决策观是造成畜产品安全事故不断发生，养殖业急功近利，使养殖业无法真正做到健康、可持续发展的根本原因所在。显然，深受唯生产效益饲养决策观影响的传统饲料科学理论和技术体系已远远不能满足适应保障食品安全，生产绿色畜产品和发展环境友好型的现代养殖业的时代要求，时代呼唤着饲料科学理论和技术体系与时俱进，不断创新。

3 饲料科学理论和技术体系升级版的基本框架

笔者（2004、2014）总结国际上的最新研究成果并应用系统科学理论和方法，提出了一个具有时代特征的动物营养理论和技术体系。这个以系统动物营养学命名的崭新的动物营养理论和技术体系是我国学者推动动物营养理论和技术体系与时俱进的一次重要的历史性创举。这一重大理论创新成果决不是仅仅限于对动物营养学理论和技术局部性创新，而是对整个传统动物营养学理论和技术体系的创新。它涉及到动物营养学整体学科思维方式、研究范围和内容、乃至到研究方法和技术手段更新的全局性战略转变，必将推动世界范围内动物营养学整个理论和技术体系的发展和进步。可以预期，经过不太长的历史发展时期，沿用近百年的传统动物营养学理论和技术体系必将最终被具有时代特征的现代动物营养学理论和技术所代替，动物营养学整个学科将达到历史上从未有过的发展水平。

随着国际动物营养学整个理论和技术体系的发展和进步，时代也在呼唤着饲料科学与动物营养学一起同步进行整个理论和技术体系与时俱进的创新工程，尽早实现完成现行体系全面升级的战略目标。饲料科学这一创新工程也是一个涉及饲料科学整体学科思维方式、研究范围和内容、乃至到研究方法和技术手段更新的全局性战略工程。不过，鉴于饲料科学的发展历史和学科定位特殊性，饲料科学理论和技术体系的创新工程有着与动物营养学一些不同的特点，其中包括：①由于饲料学科属于应用科学，其理论和技术体系的创新主要不在于传统研究范围的扩大，而重点放在学科内涵创新上，特别是研究内容、方法和技术的创新。由于饲料科学学科整体思维方式实现由分析思维向系统思维的历史转变而引起的学科体系的全局性变化以及最近几十年动物营养学和饲料科学研究所取得的巨大进展，饲料科学学科内涵的创新已经成为一个刻不容缓的时代要求；②由于长期以来，动物营养学科和饲料学科在学科形成和发展中形成的互为依存、相互推动、共同发展的密切关系，国际范围内动物营养学理论和技术体系创新工程的发展大潮，必然会强烈推动着饲料科学理论和技术体系创新工程的迅速发展，也会对饲料科学理论和技术体系创新工程产生极其深刻的影响。

经过几年的反复酝酿，笔者在2014年首次郑重提出一个饲料科学理论和技术体系升级版的基本框架，供同行进一步讨论和完善（见图1）。

由图1可知，这一基本框架包括三大部分，即饲料的营养理论基础和相关技术、日粮学理论体系和日粮优化设计技术体系、饲料科学饲用技术及其集成。在这三大部分中，从表面上看来，第一部分内容和传统体系没有什么区别，但具体内容却有很大不同，特别是饲料的营养组成、营养特性和饲料的消化、营养物质吸收、代谢和利用方面，其内涵有极大的不同，充分反映出由于学科整体思维方式改变所产生的巨大影响和近年来生物科学技术的飞速发展和进步。第二、三部分的内容则更是与传统体系相关内容有根本性不同，是属于整体性、全局性创新部分。

这一饲料科学理论和技术体系升级版的基本框架具有以下基本特征：

第一、现代系统科学思维方式是饲料科学学科整体思维方式。这是与传统理论和技术体系根本性区别所在。与传统体系相比，这种学科整体思维方式具有整体性、协调性和动态性三大特点，显示出它的时代性和巨大科学优势。

第二、实现营养调控是新版饲料科学理论和技术的根本目标，鲜明地体现出新版饲料科学具有鲜明的控制科学的学科特征。

第三、系统集成型的研究技术和应用技术体系是饲料科学技术体系升级版区别于传统技术的标志性技术体系。饲料营养工程是饲料科学体系升级版将其理论和技术用于养殖实践的技术桥梁。

图1 饲料科学理论和技术体系升级版的基本框架

第四、首次提出的日粮学理论和技术体系是饲料科学理论和技术体系升级版中的核心部分。它的提出是饲料科学理论和技术体系创新工程中最为瞩目的历史性事件。

4 饲料科学理论和技术研究、创新的重点领域

4.1 饲料营养价值评定理论和技术

饲料营养价值是对饲料饲用价值量化评估的技术参数。它是饲料科学理论和技术体系的最重要的核心组成部分之一。饲料营养价值的评定是饲料品质评价、饲料利用和日粮设计以及饲料资源开发的一项基础性工作，能为饲料科学利用技术提供科学依据。这项工作有其自身的特点：一是不同饲料的营养价值的差异性。饲料种类繁多，因其品种、来源、产地和加工调制方法不同，不同的饲料原料或产品的营养价值均有很大不同；二是评定的层次性。现行的评定指标和方法分为饲料原料和日粮层次、消化道层次、代谢层次和机体整体黑箱层次等四个层次。在现行饲料科学理论和技术体系中，饲料营养价值评定理论和技术存在着两个重要的历史缺陷，这就是评定指标的黑箱性或表观性和评定技术的非集成性。它极大地影响着这项技术的现代化发展。随着科学技术进步，特别是动物营养学现代化进程不断向前推进，饲料营养价值评定技术出现了一些值得关注的新的发展趋势，其中包括：饲料营养价值评定指标的整体化、饲料营养价值评定的多元化、营养模拟技术在饲料营养价值评定中的应用等等，特别是先进的测试手段发展大大促进了饲料营养价值评定技术的现代化进程。在这一领域应重点研究以下几个方面：

4.1.1 现代饲料化学营养组成和物理营养特性理论以及营养价值评定新指标体系的研究

由于科学技术水平的限制，传统饲料科学长期以来重点关注的只能是饲料的化学组成。至今一直沿用着100多年来由德国学者Henneberg和Stohmann(1860)提出的饲料概略分析方案来评定饲料营养组成。这一技术方案构成了饲料科学理论中评定指标表观性的技术基础。

饲料的化学营养组成是指饲料中含有的与动物营养代谢有关的各种物质组成。这些物质主要包括：

——营养物质：为动物营养代谢提供的营养底物；

——营养活性物质：在动物营养代谢中具有调控功能的物质；

——反营养物质：对动物或人类健康不利的物质。

笔者（2004、2011和2013）正式提出饲料的化学营养组成包括营养物质、兼性营养物质、营养活性物质和反营养物质四个组成部分。其中，除营养物质、兼性营养物质和营养活性物质是大家熟知的概念外，笔者针对饲料营养学界流行的“抗营养因子”的术语，建议用“反营养物质”术语代替。所谓反营养物质（Antinutrients）是指那些饲料中固有的或经过污染进入饲料的对动物或人类健康不利的物质，如杀虫剂、除草剂、农药、抗生素和残留的激素、硝酸盐、三氯甲烷、铅、铝和重金属等多种物质。动物对反营养物质的摄入存在一个阈值。一旦这些物质的负荷超过了动物自身的解毒能力，就会影响健康，导致疾病。这些反营养物质都具有反营养作用，诸如阻止营养物质的吸收和利用，或者加速营养物质的排泄流失，并对动物健康产生有害影响等。这里，应当特别指出的是不能将所有能产生反营养作用的物质都一律认为是反营养物质。饲料中具有提供营养底物或有营养活性功能的物质，如果利用不当，也会产生“反营养作用”，比如纤维物质和单宁即属此例。将反营养物质和反营养作用加以区别，对于正确认识在饲料科学和动物营养学中过去认为是“抗营养因子”那些物质的营养作用有重要意义。

长期以来，饲料科学对饲料化学营养组成的研究中存在三个重要的缺陷，一是太重视对饲料化学组成的研究，往往忽视对饲料化学营养组成的深入探讨。“饲料化学组成”和“饲料化学营养组成”虽然只有两字之差，但却有根本的区别。因为饲料化学营养组成并非仅仅由饲料本身的化学组成所决定，而是由饲料和动物的互作因素共同决定的。二是重视对常规营养物质的研究，由于过去技术手段限制，对饲料中微量成分，特别是营养活性物质的研究远远不够。三是只重视对饲料中与动物生产性能指标有关的化学营养指标研究，忽视对饲料中与动物健康有关的营养指标的研究。总之，当前在饲料化学营养组成理论方面的研究急需继续深入、加强，以最终建立现代饲料营养价值评定新指标体系。

到目前为止，由于认识或研究条件等方面的原因，饲料物理营养特性理论的研究尚未得到足够广泛和深入的研究，仍然是当前饲料科学理论和技术研究的另一个短板。饲料营养物理特性包括有许多指标，比如粒度、消化道内流通效率（kp）、溶解度和挥发性、饲料气味和滋味、水合作用（Hydration）、缓冲性和离子交换特性等。法国INRA提出的充盈度单位（UEM）就是一个饲料或日粮物理营养特性评价指标，现已形成一个完整的指标体系，广泛应用于科研和生产实践。通过寻求检测饲料的物理营养特性的简便快捷方法，进一步精确评价饲料中营养物质对动物的营养价值，这是一个涉及多方面知识、且内容非常复杂、工作量比较庞大的科学技术问题,也是一个具有重大潜在意义的研究领域。

4.1.2 建立能量和物质指标相结合的现代能量评价体系

我们知道，现行能量评价体系存在着严重的理论缺陷，主要有：将能量代谢和物质代谢人为地割裂开来；测定方法困难，很难获得实时数据；测定成本也高，难以获得大量数据；在实际生产中间，能量体系的调控不易进行等等。现行能量评价体系实际上是一个黑箱体系。所以，多年来，在动物营养学界和饲料科学界一直存在着一种改造现行饲料能量评价体系，实现现代化的呼声（Webster等，1988）。

能量载体物质（Energy-yielding Substances）指标的提出，为现行能量评价体系的与时俱进，建立能量和物质相结合的现代能量评价体系开辟了一个广阔的前景。所谓能量载体物质是指饲料或动物机体内那些经过代谢可以为动物机体提供能量的物质。图2列举了反刍动物体内能量载体物质的分类。

图2 反刍动物能量载体物质分类

笔者进一步提出在日粮层次和机体内部的能量载体物质评定指标体系（见图3和图4）。

图3 日粮层次能量载体物质评定指标的新体系

图4 机体内部层次能量载体物质评定指标的新体系

在上世纪90年代末和本世纪初，笔者指导几位研究生先后在反刍动物方面对代谢葡萄糖和可代谢生脂物质进行了大量工作，取得了一些有价值成果，为建立能量和物质相结合的现代评价能量新体系做出了贡献（孙海洲，1999；任莹，2001；韩飞，2001；王玲，2003；苏鹏程，2003；张红瑞，2007；杜瑞平，2006）。4.1.3 发展粗饲料品质评定新技术

粗饲料品质稳定性极差，并受诸多因素的影响，因此，使用粗饲料现有任何单一指标都不能对粗饲料品质作出客观、全面的评定。要想做到科学地评定粗饲料品质，理论上就必须突破现行评定技术“单打一”这一传统模式，使用综合性整体评价指标。这已成为科学评定粗饲料品质技术的必然发展趋势。在上世纪七十年代末，由美国牧草和草原理事会下属的干草市场特别工作组（Hay Marketing Task Force,the American Forage and Grassland Council）提出的饲料相对值指数（Relative Feed Value,RFV）即是代表这一发展趋势的一种综合性整体评价指标。近年来，针对RFV存在的缺陷，美国科学界后来又提出了不少改进方案。

笔者（2001）根据我国粗饲料利用现状，以粗饲料品质评定为切入点，以系统科学为指导思想，在总结国际上粗饲料品质评定技术发展新成果的基础上，结合我国粗饲料生产和利用的实际，提出了一个全新的粗饲料品质评定的新指标—粗饲料分级指数（Grad⁃ing Index,GI）。GI定义为对粗饲料的粗蛋白（CP）和中性洗涤纤维（NDF）含量经过校正后，粗饲料的可利用能的随意进食量，单位为MJ/d。GI指数克服了RFV目前存在的技术缺陷，将影响粗饲料利用的一些因素，即能量、蛋白和纤维进行综合考虑，并引入动物对该种粗饲料的随意采食量,从而克服了现行粗饲料评定指标的单一性与脱离动物的片面性，对粗饲料的品质优劣进行合理的分级；同时根据GI指数最大、成本最低的原则可实现多种粗饲料科学搭配的优化。可见，GI技术是一个既能体现粗饲料品质评定整体性，又能反映粗饲料品质变化动态性的综合评定技术，具有多指标、综合评定、通俗易懂、便于推广等特点，在粗饲料品质评定方面是一项重要的创新成果。这一新技术现已被列入国家技术标准。随着研究成果的不断丰富，GI技术体系也在不断的充实、发展和改进。针对GI2001所用蛋白质和纤维指标表观性较强的缺点，笔者（2008、2009）相继又提出GI2008和GI2009两个新的奶牛粗饲料品质评定指标，引入了DCP和peNDF指标，不仅将饲料的营养成分和动物的消化生理结合了起来，而且兼顾了粗饲料的物理性状对动物健康的影响；同时GI2009针对不同种类的粗饲料采用了不同的DMI和NEL预测模型，其准确性、科学性更强，适于在研究领域应用。GI技术体系的产生和发展，无论在生产领域还是在研究领域对发展和应用粗饲料品质评定及日粮优化饲养设计技术都具有重大意义。

4.1.4 发展精饲料品质评定新技术

缺乏一个科学的精饲料综合性整体评定技术不仅不利于规范精补料的生产，指导饲料企业进行生产和销售，而且易于误导养殖者对精饲料购买和使用。多年来，我国饲料生产、销售企业和监管部门一直呼唤在精饲料营养品质评定技术方面进行自主创新。为此，笔者（2011）提出了“精饲料产乳潜在效率指数”（Milk Potential Efficiency Index,MPEI）这一整体化指标，其定义是指每Kg精饲料产品的产乳潜在效率指数。它是与体外产气技术相结合形成的一套综合性整体评定技术，该项技术即考虑了精饲料产品本身的营养成分，又兼顾了粗饲料的营养特性及精粗饲料间的组合效应，具有整体性、动态性和多指标性的特点，可实现对精饲料营养品质的综合评价。目前这一技术已被批准为国家专利（专利号为：ZL201210137540.5）。

4.2 丰富、完善日粮学理论和技术体系

4.2.1 深入开展对日粮学理论的研究

传统日粮配合技术是饲料科学和动物营养学中间最重要的一项实用技术，也是最古老的技术。在传统饲料科学理论和技术体系中，日粮配合仅仅是一项具体技术，没有形成完整的理论和技术体系。随着饲料科学和动物营养学现代化进程不断向前推进，日粮配合技术也不断取得重要进步；但是由于受到饲料科学和动物营养学现有理论和技术的历史局限性的限制，传统日粮配合技术在后现代化时期仍然面临着实现新的历史跨越的时代任务。

传统日粮配合技术具有以下三个基本特征：

——以现行饲养标准为日粮配合的根本技术依据；

——实际上将动物营养需要量作为固定不变值看待是日粮配合的营养学原则；

——以不承认饲料之间或饲养措施之间的组合效应为日粮配合的计算方法前提。

由于上述基本特征所决定，传统日粮配合技术存在以下理论和技术缺陷：

①现行饲养标准本身存在缺点引起的历史局限性：

——现行饲养标准还不够完善；

——现行饲养标准只是一个营养物质水平的标准，并未包含日粮适口性、物理特性，以及可能引起的消化紊乱或特殊营养活性等内容；

——对个体差异，管理差异和应激影响等引起的营养物质水平和比例的变化难以考虑进去；

——忽视组合效应带来的问题。

②日粮配合技术与营养管理技术脱节；

③日粮配合技术的优化决策功能不完整；

④缺乏对日粮生产效应的预测功能。

笔者（2004）根据系统动物营养学的基本原理和方法，在继承和吸收传统日粮配合技术的合理成分和总结国际上动物营养研究最新进展成果的基础上提出了一种崭新的动物营养技术模式，即优化饲养设计技术体系。在饲料科学的整体思维方式实现由分析思维向系统思维的历史性转变的进程中，构建一个具有时代特征的日粮学理论和技术体系的历史任务必然会提到学科发展的日程上来。在发展优化饲养设计技术体系的基础上，2013年笔者正式提出一个日粮学完整的理论和技术体系，其中日粮优化设计技术是笔者（2004）提出的优化饲养设计技术体系中的核心技术之一，也是日粮学的核心内容。它代表了现代日粮配合技术的发展方向，其基本特征是系统整合和动态优化。它对传统日粮配合技术中几个关键性理论和技术缺陷实现了以下五个方面的技术创新：

①针对“以静治动”缺陷，引进动态优化原则；

②针对狭义的“可加效应”缺陷，引入现代组合效应和营养素平衡理论原则，作为日粮优化设计的理论依据；

③针对营养检测技术滞后的缺陷，引入现代营养检测技术体系作为不断优化的技术依据；

④针对缺乏营养预测功能的缺陷，引入现代营养预测技术体系，提高日粮配合技术的决策功能；

⑤针对日粮配合技术与其他营养技术脱节的缺陷，提出日粮设计和其他营养管理技术系统整合，优化饲养方案设计的新思路。

日粮学已成为系统动物营养学和饲料科学共同开展的一个新的研究领域。日粮学的定义可以概括为利用系统科学的理论和方法，特别是组学技术研究饲料原料的营养组成和营养特性以及其科学利用，在此基础上研究日粮设计、配合和评价技术体系以及其在饲养实践中的运用科学技术体系。图5列出了日粮学理论和技术体系的基本框架（卢德勋，2014）。

图5 日粮学理论和技术体系框架

这个日粮学理论和技术体系基本框架具有以下特征：

①现代系统科学思维方式是日粮学理论和技术体系的整体思维方式，是日粮学最鲜明的科学特征；

②实现营养调控是日粮学理论和技术体系的根本技术目标；

③系统集成型的技术体系是日粮学区别于传统日粮配合技术的根本标志。

在这个基本框架中，首次提出日粮学六大营养学原理，即分别是整体取性原理、全方位论效原理、动态转化原理、组学原理、兼性原理（底物和营养活性兼顾原则）和营养平衡原理。其中整体取性原理、全方位论效原理、动态转化原理和组学原理主要应用于日粮学理论方面研究，解决研究思路问题。后两个营养学原理（兼性原理和营养平衡原理）主要应用于日粮设计技术方面研究。日粮学六大营养学原理是日粮学理论和技术体系的指导思想和灵魂，其具体内容今后尚需进一步丰富和充实。

4.2.2 加强对日粮营养平衡理论的研究

传统营养平衡理论发展的历程中有以下四次重大历史事件：即矿物质平衡、氨基酸平衡、日粮能氮平衡、饲粮碳水化合物平衡。到目前为止，在传统营养学中间尚未形成系统的营养平衡理论，至于深入到机体内部认识营养素平衡也只是刚刚开始。在反刍动物方面，美国CNCPS体系在日粮和消化道层次上率先提出了比较成熟的营养平衡理论。

大家知道人类对营养平衡的早期认识是从饲料或食物层次开始的。随着各种营养素的发现，人们对营养平衡的认识才真正走上科学的道路。从日粮层次研究营养素平衡理论有重要的理论和实际意义。因为日粮层次营养平衡是动物机体营养平衡的启动平衡，具有全局性影响。传统日粮营养平衡理论有以下缺陷：

——缺乏理论系统性和完整性；

——缺乏与动物机体内部其它不同层次间的整合；

——营养素平衡评定以生长或其它生产指标为唯一依据；

——多为表观指标的平衡；

——忽略饲料和动物的相互影响；

——在解决措施上提倡水桶效应和补齐原则。

日粮营养平衡的理论基础是饲料组合效应理论，它是笔者在饲料组合效应理论和技术研究的基础上提出的多层次营养平衡理论和技术的重要组成部分（卢德勋等，2010）。在多层次营养平衡理论和技术研究中，笔者（2013）提出了几个重要的理论见解，比如营养物质平衡有三种形式：同一类营养物质内部平衡、不同类营养物质之间平衡和代谢产物之间平衡。动物的营养平衡是一个动态平衡，机体自我调控机能参与平衡的调节。营养平衡是动物生存和生长的营养基础。对于不同的生理目标，要求不同的营养平衡值。机体内部的营养平衡值不是一个固定值，而是一个范围，如此等等。这些重要的理论见解为今后日粮营养平衡理论的研究指明了方向。

4.2.3 发展日粮优化设计技术体系

笔者（2004）根据系统动物营养学的基本原理和方法，在继承和吸收传统日粮配合技术的合理成分和总结国际上动物营养研究最新进展成果的基础上提出的一种崭新的日粮设计技术模式，即优化日粮设计技术。所谓优化日粮设计技术，其定义为：围绕一定的生产目标和营养调控目标，根据当地可利用的饲料资源和其他各种影响因素（动物、饲料和环境的因素）在对动物的营养需要量进行优化决策基础上对日粮进行优化配方设计；通过日粮优化设计，在优化加工工艺的基础上给动物提供一个能在满足其营养需要的前提下具有特殊营养调控功能，饲养安全，工艺质量合格，经济合算的日粮。这是笔者（2004）提出的优化饲养设计技术体系中的核心技术之一，将其与动物营养管理技术加以系统集成，并通过使用营养检测技术形成一种完整的优化饲养设计技术体系（见图7）。这一技术体系已经和正在奶牛生产中推广和应用。今后尚需逐步加以丰富、完善和提高。

4.2.4 日粮营养诊断技术的研发

在前面图5列出的日粮学理论和技术体系基本框架中，日粮营养诊断的提出为日粮配合技术增加了一项新的预测技术，是日粮学重要的组成部分。运用这项技术能有效保障日粮配方的精确度和预测性。日粮营养诊断在日粮配合和饲养方案制定中的位置如图6所示。

在传统的日粮配合技术中，日粮营养诊断仍然处于粗浅阶段，完全依靠日粮营养浓度分析，依据是否符合饲养标准来判断，使其丧失了最重要的预测功能。在日粮学中，日粮营养诊断内容大大扩展，包括有：日粮粒度检测、日粮营养浓度分析、日粮营养平衡度分析、日粮营养品质评定、日粮综合分析和预测等内容，其中日粮营养平衡度分析和日粮营养品质评定是我们最新的研究成果。在奶牛日粮营养平衡度分析和日粮营养品质评定方面，笔者（2012）提出日粮营养素平衡指数（DNBI）和日粮产乳潜在效率指数（MPEI）两个整体评定指标，并开始应用于奶牛生产实践。其它家畜日粮营养平衡度分析和日粮营养品质评定技术也正在研制中。

图6 日粮营养诊断在日粮优化设计中的位置

4.3 发展现代饲料饲用技术

长期以来，饲料科学中间饲用技术薄弱，“料”和“养”脱节是一个需急待解决的理论和技术问题。在养殖实践中，饲料企业的从业者往往主要关注的是自己生产的饲料产品，而对产品的饲用技术比较忽视。这种陈旧的观念往往不能使自己生产的饲料产品获得理想的饲用效果，影响了企业的效益，甚至还误导了养殖者，造成了“双损”的后果。我们知道，饲料企业与养殖业是一种共存共荣的关系。从企业经营讲，这种陈旧观念必然损害这种共存共荣的关系；从技术理念上讲，这也是一种落后的理念，与科学技术理念完全背道而驰。

针对这种落后的技术理念，笔者在提出包括奶牛在内的动物营养工程技术体系时，倡导一种系统集成型的技术模式。这一模式将日粮优化设计技术与营养管理技术两者系统集成，并采用营养检测技术不断对其系统集成度进行优化，其特点是系统集成和动态优化（见图7）。这一系统集成型的技术模式对发展系统集成型的饲料饲用技术同样适用。

我们提倡的这种现代饲料饲用技术体系具有两个鲜明的技术特征：

第一，系统集成和动态优化。这个新技术模式的主要技术关键就是系统集成和动态优化。在这一饲料饲用技术体系中，主要涉及以下技术：饲料粒度控制技术、阶段饲养技术、分群饲养技术、TMR技术和乳牛福利保护技术（主要是乳牛舒适度）以及抗热应激技术等。上面列举这些饲用技术是充分发挥饲料或日粮饲用效果的重要保障。在实施这一技术体系时，有以下基本技术要求：

①精心选择与所使用的饲料产品或配合成的日粮相配套的饲用技术与之集成；

②注意检测和优化这些配套饲用技术之间的集成；

③对这些饲用技术内部各个环节的集成进行检测和优化；

④以动物营养检测技术作为对这些饲用技术之间或内部的系统集成化程度评价手段，动态优化这些技术之间或内部的系统集成。

第二，全面体现科学的饲用原则。提高饲料利用率是饲料科学利用追求的一个重要目标。随着科学技术水平的提高以及饲养决策目标理念的现代化，对饲料饲用的科学原则也在悄悄发生变化。在实施这一技术体系时，必须全面体现现代科学的饲用原则。这些现代饲料科学饲用原则可以归纳为以下几点：

图7 奶牛营养工程技术体系模式

——人性化原则；

——精细化原则（个体化原则）；

——营养平衡原则；

——优化原则；

——科学的经济原则；

——安全原则；

——环境友好原则。

其中，人性化原则、精细化原则和优化原则近来更是越来越引起广泛关注。

4.4 开展饲料-营养组学理论和技术的研究

由于科学技术发展水平，特别是技术手段的限制，长期以来饲料科学的研究领域集中在饲料或日粮层次和消化道层次，对于饲料营养物质在动物体内的消化、吸收和利用的研究无法深入进去，特别是无法深入到微观层次。这样做的直接后果是造成了传统饲料科学理论具有明显的表观性，严重影响了饲料科学理论的发展和应用。如何开展这一领域的研究一直是大家关注的一个饲料科学发展战略问题。

进入21世纪以来，生命科学延续了自上个世纪中叶以来的迅猛发展势头，出现了一些令人关注的发展特征，其中以基因组学为代表的组学研究引领着生命科学的发展，全面改变着生命科学的面貌。基因组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学、糖组学和表型组学等组学的研究思路和研究方法已经成为所有生命科学研究的思想方法和研究方法，特别是催化和发展了系统生物学的诞生和发展。系统生物学的诞生进一步提升了后基因组时代生命科学整体发展水平。系统生物学中各种组学理论为开展饲料科学和动物营养学理论和技术的研究提供了可贵的研究思路和研究方法。这些组学技术是建立在分子生物学基础上并且结合了大规模信息提取技术和多元变量处理技术，所以能揭示出系统内部各组成成分及它们之间的相互作用和运行规律，有望将动物系统逐步转化为“灰箱”或“白箱”。基因、蛋白质、代谢水平的各种组学技术发展和在动物营养学领域的应用将使从系统的角度诠释饲料和日粮多靶点、多层次的系统整体调控理论和技术原理以及其微观机制变成可能。通过基因组学研究，我们可以建立不同日粮条件下的基因变异、基因表达差异谱和功能基因调控网络；再通过不同日粮条件下差异蛋白质组学和关键的功能蛋白质的鉴定及定量研究，结合有关的动物营养理论和相关学科的知识，则有可能发现与上述相对应的特异性基因和功能蛋白质标记物，为动物实验和生产实践中获得的数据整合和分析提供依据。代谢组学获得的是生化表达的终端信息，最能具备反映和解决在不同日粮条件下所获得的“组”、“群”、“谱”集成的分析功能。与其他组学采用的新兴技术相比，代谢组学所利用的工具是已经成熟的常规分析仪器，如核磁、色谱质谱联用仪等，能够更稳定地检测生物样本（尿液、血液或者组织），对那些由于营养条件不同引起的代谢产物的整体变化进行分析，帮助我们理解机体内营养物质的代谢途径改变和代谢状况的波动；另外，由于上述生物样本的无侵入性和易获得性，使得能用这一技术较长期地检测同一批动物，比其他组学技术更具备扑捉生物信息动态变化的能力。代谢组学技术可以提高营养评价和检测的科学化、定量化，避免了人为因素的干扰和不确定性，为动物营养学和饲料科学研究提供了一种可行的技术。各种组学技术的综合应用可以让我们从多个层次阐明营养代谢规律的整体性和动态性变化并最终诠释其科学内涵。

在多年来研究的基础上，跟踪国际上生命科学，特别是系统生物学的发展趋势，笔者2012年郑重提出饲料-营养组学理论这一新的研究方向。所谓饲料-营养组学（Feed-Nutritomics）是指在饲料科学和动物营养学中，利用系统生物学内的组学理论和技术，从饲料营养组成物和机体内源代谢产物整体水平上研究这些营养组成物和这些内源代谢产物内部和相互之间的组合效应的产生和发展以及其对内因和外因变化的应答规律和相关技术的一个新的研究方向。饲料-营养组学理论和技术的研究领域如下：

①不同饲料内营养物质、营养活性物质和反营养物质组成、功能和相互作用的研究；

②日粮内营养物质、营养活性物质和反营养物质的组合效应、平衡状况及其机制的研究；

③机体内部不同层次内日粮营养物质、营养活性物质和反营养物质和代谢产物组合效应、平衡状况及其机制的研究；

④开展营养标记物组学和动物营养检测技术的研究；

⑤开展饲料营养活性组学理论、应用技术研究和产品研发。

饲料-营养组学在饲料科学中的具体应用初步有三个方面：

①饲料营养价值评定和品质控制：饲料营养价值和品质好坏与其营养组成直接有关，因此，对饲料营养组成的系统性测定和控制是饲料科学中间一项十分重要的任务。饲料的多种组分其实质就是饲料原料的多种植物和微生物代谢产物的集合体（plant and microbes metabolome）或其它多种与营养代谢有关的物质的集合体，其组成、含量和存在状态等受到产地、气候、收获季节以及储存和加工方法等多方面因素的影响。代谢组学可以利用分析饲料原料中各种组分的类型、含量和状态随各种因素和时间的变化，可以定量地对其进行评价，从而实现对其品质进行控制。这种方法准确、重复性好，而且不依赖于操作人员的经验。

②开展日粮学有关领域的理论研究：组合效应理论是日粮学理论体系中最重要的内容。它体现了系统营养学中饲料和日粮组成成分多成分、多靶点等复杂的协同效应。采用代谢组学等技术对饲料和日粮的组分进行生物学表征，可以逐层明晰饲料或日粮组分的作用机制，通过日粮配合过程中组分的物质变化与营养效果的量—效和谱—效的关系研究阐明日粮配合技术营养效果的物质基础。饲料各种组分的分析可以突破传统的研究模式，以定量指纹谱为方法，结合营养效果的定量指纹谱（或植物、微生物等代谢组）一起研究，将组学图谱中化学成分的变化与日粮营养效果联系起来，从而明确营养效果与成分之间的变化，确定出与营养效果相关的最佳的营养物质群和日粮配方。其次，代谢组也是对动物健康和饲料或日粮饲用效果进行评价的合适的分子集合。可见，代谢组学既可用于日粮配方的作用机制和饲用效果研究，也可用于饲料安全的预测等等。

③组学型新产品和技术的研发：笔者在2004年首次提出营养活性物质组学（Nutricinemics）的新理论。所谓“营养活性物质组学”是指研究天然存在的各种营养活性物质之间的相互作用与人工配合的各种营养活性物质间的优化组合以及它们的整体功能，而不是仅仅单单研究某一种活性物质的功能和技术的一个动物营养学和饲料科学的研究方向。这一理论的提出，正是生命科学中组学理论在动物营养学和饲料科学中间的应用和发展，它不仅对营养活性物质产品的研究有重要的指导意义，而且也为新一代饲料产品的研发和相关技术的发展提供了全新的研究思路和方法，已经并正在产生着极其深远的影响。在研究组学型饲料产品和应用技术时，主要从以下三个方面着手：

第一，对现有的成熟的组学型饲料产品的机制和应用技术进行深入研究。一些现在证明非常成功的饲料产品，多年来，由于受到技术水平和研究思路的限制，在机制方面研究缺乏突破性进展。我们可以利用营养活性物质组学的理论和方法从整体上研究其中的营养活性物质的整体，绘制其特殊的营养活性物质图谱（profiling），并进一步研究其在动物体内与内源性代谢物的相互作用和深入的生物学机制。

第二，研究与组学型饲料产品相配套的实用技术，比如研究使用组学产品时，其中活性成分与其他日粮成分的组合效应和发展系统集成型技术以及研究对组学型饲料产品饲用效果的评价技术，建立快速、准确的生物活性物质分析技术等。

第三，加强对新一代组学型饲料产品的研发和利用，其中包括植物提取物产品、微生物发酵产品和其他生物资源活性物质的研发和利用。

5 结语

5.1 饲料科学和动物营养学一直处于联手发展的态势。动物营养学的科技进步为饲料科学提供了强大的理论和技术支撑，而饲料科学的发展又促进了动物营养学科技成果转化和产业化进程。大力实施系统动物营养学的发展战略将大大推进饲料学理论和技术体系的现代化进程。

5.2 时代呼唤着现行饲料科学理论和技术体系与时俱进。当前国际饲料科学正在面临着实现后现代化目标的历史任务。这个历史任务的基本内容就是：与时俱进，与动物营养学科一起携手推进实现学科整体思维方式由分析思维向系统思维的历史性转变，通过创新驱动学科发展，最终实现打造具有鲜明时代特征的饲料科学理论和技术体系升级版的战略目标。

5.3 运用系统科学思维，实施创新驱动学科发展战略，不断提高饲料科技创新水平，是提高我国饲料工业整体发展水平的根本出路。我们必须清醒地认识国际饲料科学的发展现状，站在时代的前列，做饲料科技创新的开拓者和实践者，大力推进饲料科学理论和技术的创新工程，打造具有鲜明时代特征的饲料科学理论和技术体系升级版，发展具有中国特色的饲料科学理论和技术体系。