使用數學預測畜牧生產對環境的影響
2020/11/03 @國際
摘要
美國德州農工大學研究團隊應用數學模型進行畜牧業最佳畜養方案的計算，採用感測器、ICT設備、電腦模擬系統、大數據、參數管理等最新人工智慧技術，試圖找出畜產業與生態環境、動物福利三者間的平衡模式，此系統已被多個積極發展畜牧產業國家使用，望能帶來更多改變的正向跡象。
示意圖
為了確保動物性蛋白質的永續供應，德州農工大學AgriLife的研究人員利用數學模型找出提升畜牧生產效率與最小影響環境的平衡點，相關研究由反芻動物營養學家Luis Tedeschi博士的團隊發表於「Scientia」期刊。
畜牧生產對環境的影響
目前食品生產系統著重於產量與利潤最大化，然而卻難以將環境保育或環境再生納入考量。2050年，世界人口預估達95.5億，這將對全球糧食生產造成極大的壓力。另外，畜牧生產常被認為是溫室氣體（greenhouse gas, GHG）的主要貢獻者之一，其排放量估計14%，表示仍有改善的空間，因此，需要世界各地的作物、土壤與動物學家的相關知識提出快速有效的解決方案以減少對環境的衝擊。
模擬對環境的影響
模擬系統的宗旨是將畜牧生產、營養及永續性的概念整合至電腦模型中，其需要考量到過去、現在和未來，並考慮高科技的發展，如感測器技術、通訊設備、天氣預報技術、決策系統和其它管理工具，期望幫助生產者管理風險、適應不斷變化的環境及快速提供多種生產狀況，讓使用者具有「事前知道」的能力，為其選擇出最適方案。因此，集約化的生產若要達到永續經營，需利用科學分析畜牧生態系統，將管理參數設定於模擬系統，以確定採取措施的前後差異，期可產生對環境影響最小的管理措施。模擬系統的應用範圍很廣，如肉牛、奶製品、綿羊和山羊，目前，營養模型已於全球使用，其中德州飼養場與全世界的畜牧業使用牛的生長模型軟體，該軟體已被美國、墨西哥、加拿大、哥倫比亞、巴西、阿根廷、英國、意大利、土耳其、伊朗、中國和澳洲所採用、下載並註冊。【延伸閱讀】改進預測模型將有助於市場及決策者對抗農糧損失之衝擊
智慧農場模型
數學模型與近5至10年發明的感測器結合使科學家可檢測一切，透過每分鐘收集的數據，如動物生理活動、進食速度、取水的移動距離等來了解動物的生長發育，並結合氣候等相關資訊以建立人工智慧模型，該模型可辨識何種動物在哪種情況下具有最佳生長狀態。研究團隊目前可偵測體外氣體以檢測飼料或牧場的品質，並根據此信息確定何時給予補給，這樣的科學模式可協助適時的管理，而非單純只是進行一般常規的補充。
研究結果顯示可持續性的集約化不僅僅改善生物和物理的飼養結果，其還需採用各方數據，將創新牧場管理系統與基本決策工具等資訊，透過系統整合出智慧農業方案，從而提高生產者的飼養成果並實現環境、經濟與社會的永續發展。而這些工具的開發必須考量到氣候變化對動物福利、營養需求與生產力的影響，同時也需滿足消費者對蛋白質需求的增長及最大程度減少牲畜的環境碳與水足跡，雖然Tedeschi的研究團隊開發的數學模型無法達到100%準確，但它可明確顯示管理模式的改變對環境造成的影響。
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