Möglichkeiten zur Reduktion der Ammoniakemissionen durch Fütterungsmassnahmen beim Rindvieh

• Forschungsstelle: BLW
• Projektnummer: 10.07

Schlüsselwörter (Deutsch)

Rindvieh, Milchkuh, Ammoniak, Emission, Fütterung, Indikatoren, Milchharnstoff

Schlüsselwörter (Englisch)

Cattle, dairy cows, ammonia, emission, feeding, indicators, milk urea.

Schlüsselwörter (Französisch)

bovins, vaches laitières, ammoniac, émission, alimentation, indicateurs, urée du lait

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Der Bund fördert über das Ressourcenprogramm gemäss Art. 77a und 77b LwG die Verbesserung der Nutzung von natürlichen Ressourcen in der Landwirtschaft mit Beiträgen. Im Zusammenhang mit Stickstoff sind in mehreren Kantonen Projekte zur Reduktion der Ammoniakemissionen und zum effizienteren Einsatz des Stickstoffs lanciert worden. Beim Rindvieh, welches für 79 % der Emissionen der Tierhaltung  bzw. 71 % der landwirtschaftlichen Emissionen verantwortlich ist (Kupper et al. 2009), wären zuverlässige Grundlagen bei der Planung und Beurteilung von Massnahmen von grosser Bedeutung.

In verschiedenen kantonalen Programmen sind Fütterungsmassnahmen beim Milchvieh als Option zur Reduktion der tierischen N-Ausscheidungen und somit der Ammoniakemissionen vorgesehen. Dabei sollen die mehrheitlich vorhandenen Harnstoffmessungen in der Milch als Indikator verwendet werden. Eine Senkung des Harnstoffgehalts impliziert tiefere N-Ausscheidungen und somit eine Reduktion der Ammoniak-N-Verluste. Allerdings ist der Proteinstoffwechsel beim Wiederkäuer durch eine hohe Komplexität gekennzeichnet. Einerseits besteht eine enge Kopplung zwischen Energie- und N-Stoffwechsel und anderseits muss der Proteinbedarf zweistufig – für das Nutztier und für die Pansenmikroorganismen – beurteilt werden. Die Energie- und N-Verfügbarkeit im Pansen haben neben weiteren Faktoren einen direkten Einfluss auf den Harnstoffpool und somit auf den im Urin ausgeschiedenen löslichen N und den Harnstoffgehalt der Milch. Das Energie/Proteinverhältnis der Ration und die bedarfsgerechte Proteinversorgung nehmen daher eine Schlüsselrolle ein. Unter Praxisbedingungen ist die Rationszusammensetzung und der Futterverzehr insbesondere während der Grünfütterungsperiode mit bekanntlich häufigen Proteinüberversorgungen nur ungenügend oder mit grossem Aufwand erfassbar und nur eingeschränkt planbar. Aussagekräftige Indikatoren wären wertvolle Entscheidungshilfen. In der vorliegenden Studie werden emissionsrelevante Fütterungs­massnahmen und mögliche Indikatoren zur Erfassung der N-optimierten Fütterung der Milchkuh und deren Anwendbarkeit anhand einer Literaturrecherche und der gezielten Auswertung von schweizerischen Fütterungsversuchen evaluiert. Mit Modellrechnungen wird der Einfluss von Fütterungsmassnahmen auf N-Ausscheidungen und Ammoniakemissionen soweit möglich quantifiziert. Vorhandene Wissenslücken werden aufgezeigt und Forschungsbedarf abgeleitet.

Kurzbeschreibung (Englisch)

In the framework of resource programs under the Federal Act on Agriculture (Art. 77a and 77b), the Swiss Confederation supports the improvement of natural resources use in agriculture. Several Cantons launched programs focused on efficient nitrogen use and ammonia emissions. For cattle, which contributes 79% of the emissions from livestock production and 71% of total agricultural ammonia emissions (Kupper et al. 2009), reliable information for the evaluation of potential measures would be highly appreciated.

Various cantonal programs foresee feeding measures for dairy cattle as an option to reduce N excretions and thus ammonia emissions. They hope to use the milk urea content as indicator. However, the protein metabolism of ruminants is highly complex. There is a strong link between the energy and the N metabolism and the protein requirements have to be considered at two levels, concerning the animal and the rumen microorganisms. The energy and N availability in the rumen, as well as other factors, have a direct effect on the urea pool and thus on the excretion of soluble N in urine and the milk urea content. The energy protein ratio in the diet and a protein content  covering the animals requirement therefore play a key role. However, under practical conditions the ration composition and feed intake can only be assessed and planned to a limited extent, especially during the summer feeding period with grass-based rations and frequent protein over-supply. Reliable indicators would therefore be important. In this study, feeding measures with a potential effect on ammonia emissions and possible indicators for the assessment of the optimized protein supply for dairy cattle will be evaluated based on a literature review and targeted analysis of data from Swiss feeding experiments. Model calculations will help to quantify the effect of feeding measures on N excretions and ammonia emissions. Gaps of knowledge and further research requirements will be evaluated.

Methoden (Deutsch)

Sichtung der internationalen Fachliteratur und versuchsübergreifende Auswertung von schweizerischen Fütterungsversuchen

Projektziele (Deutsch)

1. Beurteilung, mit welchen Fütterungsmassnahmen in der Rindviehhaltung die Ammoniakemissionen grundsätzlich verringert werden können und durch welche Faktoren die Anwendbarkeit und die Wirkung dieser Massnahmen unter schweizerischen Bedingungen beeinflusst bzw. limitiert werden.
2. Literaturbasierte Evaluation möglicher Indikatoren, die den Einfluss von Fütterungsmassnahmen auf Ammoniakverluste aufzeigen.
3. Vertiefte Evaluation des Harnstoffgehaltes der Milch.
4. Gezielte Auswertung schweizerischer Versuchsdaten zur versuchsübergreifenden Analyse von N-Input, N-Output, Harn-N, Milchharnstoff und Prüfung ausgewählter Indikatoren.
5. Modellrechnungen zu N-Ausscheidungen (Modell Münger) und Ammoniakemissionen (Modell Agrammon).
6. Ableitung von Empfehlungen für Ressourcenprogramme.
7. Beurteilung des Bedarfes zusätzlicher Forschungsarbeiten.

Projektziele (Englisch)

1. Evaluation of potential dairy cattle feeding measures for the mitigation of ammonia emissions and assessment of their applicability and efficiency under Swiss conditions.
2. Literature review on possible indicators to assess the effect of feeding measures on ammonia emissions.
3. Special evaluation of the milk urea content.
4. Targeted analysis of data from Swiss feeding experiments regarding N input, N output, urine N, milk urea content with focus on possible indicators.
5. Model calculations on N excretions (Münger model) and ammonia emissions (AGRAMMON model).
6. Conclusions and recommendations for resource programs.
7. Evaluation of the need for further research.

Neue Kenntnisse/Literatur (Deutsch)

Abrahamse S. 2009. Feeding and grazing management for dairy cattle: opportunities for improved production. PhD thesis, Wageningen University, The Netherlands

Bracher A. und Spring P., 2009. Möglichkeiten zur Reduktion der Ammoniakemissionen durch Fütterungsmassnahmen bei Schweinen. Schlussbericht einer Vorstudie von SHL und ALP zuhanden des BLW

Burgos S.A., Fadel J.G. and DePeters E.J., 2007. Prediction of Ammonia Emission from Dairy Cattle Manure Based on Milk Urea Nitrogen: Relation of Milk Urea Nitrogen to Urine Urea Nitrogen Excretion. Journal of Dairy Science, 90, 5499-5508

De Boer, I.J.M., Smits, M.C.J., Mollenhorst, H., van Duinkerken, G., Monteny, G.J., 2002. Prediction of ammonia emission from dairy barns using feed characteristics part 1: Relation between feed characteristics and urinary urea concentration. J Dairy Sci. 85: 3382-3388

Dohme F., Kaufmann L. , van Dorland H.A. , Bruckmaier R.M. , Münger A. Einfluss von Vollweide im Vergleich zu Grasfütterung im Laufstall auf das metabolische und endokrine Profil von laktierenden Kühen. ETH-Schriftenreihe zur Tierernährung. 33, 2010, 150-154

EPMAN (Expert Panel on Mitigating Agricultural Nitrogen). 2009. Draft proposal for revision of the "Guidance Document for preventing and abating ammonia emissions from Agricultural sources. Stand September 2009, heruntergeladen am 16.2.2010 von http://www.clrtap-tfrn.org/EPMAN-3-info

Hindrichsen, Ida K., 2005. Methanogenesis in dairy cows and their slurry as affected by diet type and carbohydrate characteristics. Diss. ETH Nr. 15852, Zürich.

Hristov, A.N., Etter, R.P., Ropp, J.K., Grandeen, K.L., 2004. Effect of dietary crude protein level and degradability on ruminal fermentation and nitrogen utilization in lactating dairy cows. J Anim Sci. 82: 3219-3229.

Hristov, A.N., Ropp, J.K., Grandeen, K.L., Abedi, S., Etter, R.P., Melgar, A., Foley, A. E., 2005. Effect of carbohydrate source on ammonia utilization in lactating dairy cows. J Anim Sci. 83: 408-421.

Kebreab, E., France, J., Beever, D.E., Castillo, A.R., 2001. Nitrogen pollution by dairy cows and its mitigation by dietary manipulation. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 60: 274-285.

Kehraus, S., Südekum, K.H., Pfeffer, E., 2006. Einflussfaktoren auf die Ausscheidung N-haltiger Verbindungen im Harn von Wiederkäuern. Uebers. Tierernährung. 34: 125-164.

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Külling, David R., 2000.  Influence of feed composition and manure type on trace gas emissions from stored dairy manure. Diss. ETH  Nr. 13872, Zürich.

Kupper T., Bonjour, C., Achermann, B., Zaucker, F., Rihm B., Nyfeler-Brunner, A., LeuenbergerC., Menzi H. 2009. Ammoniakemissionen in der Schweiz: Neuberechnung 1990-2007, Prognose bis 2020. Tagungsband zur Fachtagung Ammoniak- und Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft: Inventare und Programme zu deren Minderung. Zollikofen 10. September 2009, 70 S. http://agrammon.ch/downloads/

Lebzien, P., Riemeier, A., Flachowsky, G., 2006. Investigation on the effect of ruminal N-balance on rumen metabolism, urea content in blood serum and milk as well as some liver parameters of lactating cows. Archives of Animal Nutrition, 60: 99-109.

Leiber, Florian, 2005. Causes and extent of variation in yield, nutritional quality and cheese-making properties of milk by high altitude grazing of dairy cows. Diss ETH Nr. 15735, Zürich.

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Sliwinski, Bogdan J., 2004. Efficacy of plant extracts rich in tannins, saponins, lignin or essential oils as feed supplements in ruminants. Diss ETHZ Nr. 15396, Zürich.

Smits, M.C.J., Monteny, G.J., van Duinkerken, G., 2003. Effect of nutrition and management factors on ammonia emission from dairy cow herds: models and field observations. Livest. Prod. Sci. 84: 113-123.

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Swenson, C., 2003. Relationship between content of crude protein in rations for dairy cows, N in urine and ammonia release. Livest. Prod. Sci. 84: 125-133.

Van Dorland, Anette, H., 2006.  Effect of white clover and red clover addition to ryegrass on N use efficiency, performance, milk quality, and eating behaviour in lactating dairy cows. Diss. ETH Nr. 16867, Zürich.

Van Duinkerken, G., André, G., Smits, M.C.J., Monteny, G.J., Sebek, L.B.J., 2005. Effect of rumen-degradable protein balance and forage type on bulk milk urea concentration and emission of ammonia from dairy cow houses. J Dairy Sci. 88: 1099-1112.

Van Vuuren, A.M., Van der Koelen, C.J., Valk, H., De Vissier, H., 1993. Effects of partial replacement of ryegrass by low protein feeds on rumen fermentation and nitrogen loss by dairy cows. J Dairy Sci. 76: 2982-2993.

Vibart, R.E., Koolaard, J., Barrett, B.A., Pacheco, D., 2009. Exploring the relationships between plant chemical composition and nitrogen partitioning in lactating dairy cows fed ryegrass-based diets. Proceedings of the New Zealand Society of Animal Production, 69: 188-195.

Wettstein, Hans-Rudolf, 2000. Influence of plant lecithins on rumen fermentation, lipid digestion and quality of milk and body fat in cattle. Diss. ETH Nr. 13721, Zürich

Neue Kenntnisse/Literatur (Englisch)

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Sliwinski, Bogdan J., 2004. Efficacy of plant extracts rich in tannins, saponins, lignin or essential oils as feed supplements in ruminants. Diss ETHZ Nr. 15396, Zürich.

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Wettstein, Hans-Rudolf, 2000. Influence of plant lecithins on rumen fermentation, lipid digestion and quality of milk and body fat in cattle. Diss. ETH Nr. 13721, Zürich