Dairy cow nutrition and feed evaluation in pasture based production systems

• Research unit: ALP
• Project number: 12.02.2.1.1
• Brief title: Milchkuhernährung und Futterbewertung

Key words (English)

Dairy cow, dairy cow nutrition, feed evaluation, grazing, organic farming, animal welfare, milk production system

Short description (German)

Die Milchproduktion ist einer der bedeutendsten Produktionszweige der Schweizer Landwirtschaft. Eine bedarfsgerechte Fütterung der Milchkuh trägt dazu bei, dass ihre Gesundheit und Produktivität gefördert wird und damit die Kosten für den Landwirt gesenkt werden können. Eine gezielte Fütterung ermöglicht zudem eine optimale Ausnutzung der Nährstoffe, was die Belastung der Umwelt minimiert.

Weidebetonte Milchproduktion

Im Vergleich zum europäischen Ausland sind die Produktionskosten für Milch in der Schweiz sehr hoch. Aus diesem Grund ist es von grosser Bedeutung, Strategien zu entwickeln, die diese Kosten senken. Weidebetonte Milchproduktionssysteme stellen für die Schweiz eine optimale Möglichkeit dar, klimabedingte Vorteile, wie reichliches, regelmässiges Graswachstum auszunützen, sowie topographische Nachteile zu minimieren. Für dieses Produktionssystem spricht ausserdem, dass Weidegras das preiswerteste Raufutter darstellt. Auch von Konsumenten werden traditionelle, weidebetonte Produktionssysteme bevorzugt, weil diese ihnen vertrauter sind und für tiergerechte Haltung stehen. Dabei muss jedoch bedacht werden, dass Weidehaltung hohe Ansprüche an das Tier stellt. Hochleistende Milchkuhrassen tendieren dazu, der Milchproduktion höchste Priorität bei der Verwendung der verfügbaren Energie einzuräumen, was Auswirkungen auf Gesundheit und Wohlbefinden haben kann. Gerade zu Beginn der Laktationsperiode können produktionsbedingte Erkrankungen auftreten, was die Fruchtbarkeit und Langlebigkeit dieser Tiere herabsetzt. Ursachen dafür dürften unter anderem die begrenzte Nährstoffdichte und die jahreszeitlichen Schwankungen der Nährstoffkonzentrationen sein. In weidebetonten Produktionssystemen ist vor allem die Bereitstellung von Energie aus dem Futter ein grosses Problem. Durch die Züchtung von Weidegräsern mit höheren Gehalten an leicht fermentierbaren Kohlenhydraten wurde versucht, die Schmackhaftigkeit und Energiedichte des Weidegrases mit dem Ziel einer höheren Futter- und Energieaufnahme zu verbessern. Allerdings zeigte sich, dass nicht die Schmackhaftigkeit des Grases die Weidefutteraufnahme in erster Linie beeinflusst sondern die physikalischen und physiologischen Grenzen des Tieres. Ferner können hohe Gehalte an leicht fermentierbaren Kohlenhydraten zu Verdauungsstörungen führen. Ein Absinken des Pansen-pH in einen für die Kuh kritischen Bereich wurde auch bei Rationen beobachtet, die fast ausschliesslich aus Gras oder Heu bestanden. Erhalten weidende Kühe zusätzlich Kraftfutter, um ihren Bedarf an Nährstoffen zu decken, sinkt die Motivation, auf der Weide zu fressen, und damit die Aufnahme von kostengünstigem Futter. Andererseits zeigt sich, dass bei Tieren ohne Kraftfutterergänzung der Stoffwechsel stärker belastet ist, da sie bereits bei einer tieferen Milchproduktion insgesamt mehr Körperfett mobilisieren müssen. Die aufgeführten Probleme machen eine Diskrepanz zwischen den ökonomischen Vorteilen einer weidebetonten Milchproduktion und jenen, die vor allem eine dem Bedarf des Tieres angepassten Haltung und Ernährung im Blickfeld haben, deutlich. Um den Herausforderungen der Weidehaltung gerecht zu werden, werden also Milchkühe benötigt, die einerseits die zur Verfügung stehende Biomasse ohne Ergänzungsfütterung effizient verwerten können. Gleichzeitig werden jedoch auch Strategien zur Ergänzungsfütterung gebraucht. Diese sollen zum einen die Nährstoffversorgung der Tiere gewährleisten und zum anderen die Steigerung der Milchproduktion bei erhöhter Nachfrage von Milchprodukten respektive hohen Milchpreisen ermöglichen. 

Futterbewertung

In den letzten Jahren sind erste Fortschritte bezüglich einer differenzierteren Beschreibung der Kohlenhydratfraktionen gemacht worden. Dies ist die Grundlage für eine detailliertere Charakterisierung der Umsetzung der Zellwand- und Reservekohlenhydrate im Pansen und Darm und ihres Beitrags zur Nährstoffversorgung des Wiederkäuers. In den traditionellen Bewertungssystemen sind die Futtermittel durch feste Werte für Energie charakterisiert, während neuere Ansätze dynamische Faktoren, wie die Fermentationsrate einzelner Kohlenhydratfraktionen und die Passagerate integrieren. Ferner sind bei der Schätzung der Energie über die verdauliche organische Substanz, so wie sie in der Schweiz angewendet wird, Rohprotein und Rohfaser enthalten, die übrigen energieliefernden Kohlenhydratfraktionen finden jedoch keine Berücksichtigung. 

Mischungen aus Getreide und Proteinpflanzen gewinnen in letzter Zeit aus verschiedenen Gründen zunehmend an Bedeutung. Ausgesät im Herbst dienen sie als Bodenbedeckung im Winter und können anschliessend im folgenden Frühsommer ohne bzw. mit geringem Einsatz von Dünger und Pflanzenschutzmitteln als Futter geerntet werden. In Perioden, wo z.B. aufgrund von Trockenheit Weidegras knapp wird, können diese Mischungen ideal als Silage in der Wiederkäuerfütterung eingesetzt werden, da sie einen vergleichsweise hohen Fasergehalt zusammen mit einem Proteingehalt, der über dem von Maissilage liegt, aufweisen. Für einen bedarfsgerechten Einsatz bei der Milchkuh müssen jedoch die Gesamtverdaulichkeit sowie die ruminale Abbaubarkeit der Nährstoffe, welche in den Mischungen enthalten sind, bekannt sein.     

Fütterungsempfehlungen

Aktuell beträgt in der Schweiz die durchschnittliche Laktationsleistung von Holsteinkühen 8313 kg Milch, was einer Leistungssteigerung in den letzten 20 Jahren von etwa 100 kg Milch pro Jahr entspricht. Die Frage stellt sich, ob die existierenden Fütterungsempfehlungen den Bedarf der Tiere noch korrekt abdeckten. Gerade auf der Seite „Energie“ besteht Handlungsbedarf. Gegenwärtige Energiebewertungssysteme schätzen den Energiebedarf der Kuh und das Energielieferungsvermögen von Milchkuhrationen bis zu einer Leistung von etwa 30 kg / d zuverlässig. Bei höheren Milchleistungen führt die kalkulatorisch abgeleitete Futtermenge nicht mehr zur Deckung des Bedarfs. Ferner geht man davon aus, dass der höhere Energiebedarf heutiger hochleistender Milchkuhrassen auf Unterschiede in der Energie- und Nährstoffverteilung im Stoffwechsel zurückzuführen sind. Hochleistende Milchkühe tendieren dazu, so viel Energie wie möglich für die Produktion von Milch aufzuwenden.

Neben den Kenntnissen über die Mengen- und Spurenelementgehalte in Futtermitteln spielt die Bioverfügbarkeit der Elemente in der Ration eine wesentliche Rolle bei der Verfeinerung der Fütterungsempfehlungen. Mineralstoffinteraktionen im Verdauungstrakt (z.B. K vs. Mg; Fe (einsiliert) vs Cu und Zn; Cu vs. Mo*S) und im intermediär Stoffwechsel (Einfluss von Vitamin E-armen oder PUFA – reichen Futter auf den Se-Status ) können den Bruttobedarf dieser Elemente drastisch ändern. Eine Quantifizierung dieser Abhängigkeiten würde es erlauben, die Fütterungsempfehlungen innerhalb der faktoriellen Methode von Stufe Brutto auf Stufe Absorbierbarkeit zu verlagern.

Project aims (German)

·    Die Evaluierung von Überarbeitungsmassnahmen hinsichtlich der Empfehlungen zur Kohlenhydrat- und Energieversorgung bei der Milchkuh sowie der Kohlenhydrat- und Energiebewertung von Futtermitteln sind abgeschlossen und die Umsetzung wurde begonnen (Wertschöpfungskette Milch; Wissenssysteme der Land- und Ernährungswirtschaft)

·    Der Stoffwechsel, die Pansenfermentation, das Wohlbefinden, das Fressverhalten und das Futterauswahlverhalten von Kühen bei der Verfütterung von Gras und Grasprodukten (im Besonderen als Weide) unter den Bedingungen des konventionellen und des biologischen Landbaus wurden untersucht. (Wertschöpfungskette Milch; Wissenssysteme der Land- und Ernährungswirtschaft, Biodiversität)

·    Die Entwicklung der Analytik für Mono- und Oligosaccharide sowie Fruktane ist abgeschlossen (Wertschöpfungskette Milch; Wissenssysteme der Land- und Ernährungswirtschaft).

·    Gehalte an Cl, S, I, Cu, Co, Fe, Mn, Zn und Se aus verschiedenen Raufuttertypen sind in die Futtermitteldatenbank übernommen und die Notwendigkeit der Aufnahme von weiteren Spurenelementen wurde abgeklärt (Wertschöpfungskette Milch; Wissenssysteme der Land- und Ernährungswirtschaft)

·    Die Erarbeitung von Kenntnissen zu Mineralstoffinteraktionen und die Überarbeitung der Mengen- und Spurenelementempfehlungen bei der Milchkuh wurden begonnen. (Wertschöpfungskette Milch; Wissenssysteme der Land- und Ernährungswirtschaft)

·    Die Verdaulichkeitskoeffizienten sowie die ruminale Abbaubarkeit der Hauptnährstoffe in Ganzpflanzensilage aus Triticale, Hafer und Erbsen sind bekannt. (Wertschöpfungskette Milch; Wissenssysteme der Land- und Ernährungswirtschaft)  

Mögliche Beiträge von ALP zur Reduzierung der Ammoniakemissionen durch Milchkühe über die Fütterung wurden geprüft und Umsetzungsmöglichkeiten beschlossen. (Wertschöpfungskette Milch; Wissenssysteme der Land- und Ernährungswirtschaft)

Knowlegde improvements / Publications (German)

Weidebetonte Milchproduktion

Hochleistende Milchkuhrassen tendieren dazu, der Milchproduktion höchste Priorität bei der Verwendung der verfügbaren Energie einzuräumen, was Auswirkungen auf Gesundheit und Wohlbefinden haben kann. Gerade zu Beginn der Laktationsperiode können produktionsbedingte Erkrankungen auftretenund damit die Fruchtbarkeit und Langlebigkeit dieser Tiere herabsetzen. In weidebetonten Produktionssystemen wird diese Problematik noch verstärkt, da hier die Nährstoffdichte im Futter begrenzt ist und jahreszeitliche Schwankungen der Nährstoffkonzentrationen auftreten. Vor allem die Bereitstellung von Energie aus dem Futter ist ein grosses Problem. Durch die Züchtung von Weidegräsern mit höheren Gehalten an leicht fermentierbaren Kohlenhydraten wurde versucht, die Schmackhaftigkeit und Energiedichte des Weidegrases mit dem Ziel einer höheren Futter- und Energieaufnahme zu verbessern. Allerdings zeigte sich, dass nicht die Schmackhaftigkeit des Grases die Weidefutteraufnahme in erster Linie beeinflusst sondern die physikalischen und physiologischen Grenzen des Tieres. Ferner können hohe Gehalte an leicht fermentierbaren Kohlenhydraten zu Verdauungsstörungen führen. Ein Absinken des Pansen-pH in einen für die Kuh kritischen Bereich wurde auch bei Rationen beobachtet, die fast ausschliesslich aus Gras oder Heu bestanden. Erhalten weidende Kühe zusätzlich Kraftfutter, um ihren Bedarf an Nährstoffen zu decken, sinkt die Motivation, auf der Weide zu fressen, und damit die Aufnahme von kostengünstigem Futter. Andererseits zeigt sich, dass bei Tieren ohne Kraftfutterergänzung der Stoffwechsel stärker belastet ist, da sie bereits bei einer tieferen Milchproduktion insgesamt mehr Körperfett mobilisieren müssen. Die aufgeführten Probleme machen eine Diskrepanz zwischen den ökonomischen Vorteilen einer weidebetonten Milchproduktion und jenen, die vor allem eine dem Bedarf des Tieres angepassten Haltung und Ernährung im Blickfeld haben, deutlich. Um den Herausforderungen der Weidehaltung gerecht zu werden, werden also Milchkühe benötigt, die einerseits die zur Verfügung stehende Biomasse ohne Ergänzungsfütterung effizient verwerten können. Gleichzeitig werden jedoch auch Strategien zur Ergänzungsfütterung gebraucht. Diese sollen zum einen die Nährstoffversorgung der Tiere gewährleisten und zum anderen die Steigerung der Milchproduktion bei erhöhter Nachfrage von Milchprodukten respektive hohen Milchpreisen ermöglichen.

Bargo, F.,L. D. Muller, J. E. Delahoy, T. W. Cassidy. 2001. Milk response to concentrate supplementation of high producing dairy cows grazing at two pasture allowance. J. Dairy Sci. 85:1777-1792.

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Dillon, P., S. Snijders, F. Buckley, B. Harris, P. O'Connor, and J. F. Mee. 2003b. A comparison of different dairy cow breeds on a seasonal grass-based system of milk production 2. Reproduction and survival. Livest. Prod. Sci. 83:35-42.

Dohme-Meier, F., Brand D., Arrigo Y., Münger A., 2011: Variierende Gehalte an löslichen Kohlenhydraten im Wiesenfutter und ihr Einfluss auf die Pansenfermentation. (Kreuzer, M., Lanzini, T., Wanner, M., Bruckmaier, R., Guidon, D.. eds) ETH-Schriftenreihe zur Tierernährung. H 34, 69-73. (ISBN 978-3-906466-34-5).

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Futterbewertung

In den traditionellen Bewertungssystemen sind die Futtermittel durch feste Werte für Energie charakterisiert, während neuere Ansätze dynamische Faktoren, wie die Fermentationsrate einzelner Kohlenhydratfraktionen und die Passagerate integrieren. Ferner sind bei der Schätzung der Energie über die verdauliche organische Substanz, so wie es in der Schweiz angewendet wird, Rohprotein und Rohfaser enthalten, die übrigen energieliefernden Kohlenhydratfraktionen finden jedoch keine Berücksichtigung.

Lanzas, C., Sniffen, C.J., Seo, S., Tedeschi, L.O., Fox, D.G., 2007. A revised CNCPS feed carbohydate fractionation scheme for formulating rations for ruminants. Anim. Feed Sci. Tech. 136:167-190.

Südekum, K.H., 2002. Grundlagen internationaler Futterbewertungssysteme für Milchkühe und Perspektiven für die Deutschen Empfehlungen (Energie, Protein und Aminosäuren). Übers. Tierernährg. 30: 135:162.

In den letzten Jahren gewinnen Mischungen aus Getreide und Proteinpflanzen aus verschiedenen Gründen an Bedeutung. In Perioden, wo z.B. aufgrund von Trockenheit Weidegras knapp wird, können diese Mischungen ideal als Silage in der Wiederkäuerfütterung eingesetzt werden, da sie einen vergleichsweise hohen Fasergehalt zusammen mit einem Proteingehalt, der über dem von Maissilage liegt, aufweisen. Für einen bedarfsgerechten Einsatz bei der Milchkuh müssen jedoch die Gesamtverdaulichkeit sowie die ruminale Abbaubarkeit der Nährstoffe, welche in den Mischungen enthalten sind, bekannt sein.

Cabon, G., Kardacz, P., Garreau, R., 2006. Céréales immatures : relation entre la composition chimique et la quantité de matière sèche résiduelle en sachet nylon. Application à la prédiction de la valeur énergétique.  Renc. Rech. Ruminants, 13: 107.

Coutard, J.P., 2010. Valeur nutritive des associations céréales – protéagineux cultivées en agriculture biologique et utilisées pour la complémentation des ruminants. Renc. Rech. Ruminants, 17: 285.

Fütterungsempfehlungen

Gegenwärtige Energiebewertungssysteme schätzen den Energiebedarf der Kuh und das Energielieferungsvermögen von Milchkuhrationen bis zu einer Leistung von etwa 30 kg / d zuverlässig. Bei höheren Milchleistungen führt die kalkulatorisch abgeleitete Futtermenge nicht mehr zur Deckung des Bedarfs. Ferner geht man davon aus, dass der höhere Energiebedarf heutiger hochleistender Milchkuhrassen auf Unterschiede in der Energie- und Nährstoffverteilung im Stoffwechsel zurückzuführen sind. Hochleistende Milchkühe tendieren dazu, so viel Energie wie möglich für die Produktion von Milch aufzuwenden.

Dillon, P., F. Buckley, P. O'Connor, D. Hegarty, and M. Rath. 2003a. A comparison of different dairy cow breeds on a seasonal grass-based system of milk production 1. Milk production, live weight, body condition score and DM intake. Livest. Prod. Sci. 83:21-33.

Pieper, R., Radke, M., Gabel, M., Pieper, B., 2005. Kritische Betrachtung zur Energieversorgung der Milchkühe bei hohen Leistungen. Übers. Tierernährg. 33:17-35.

Vermorel, M., Coulon, J.B., 1998. Comparison of the national research council energy system for lactating cows with four european systems. J. Dairy Sci. 81:846-855.

Mineralstoffinteraktionen im Verdauungstrakt (z.B. K vs. Mg; Fe (einsiliert) vs Cu und Zn; Cu vs. Mo*S) und im intermediär Stoffwechsel (z.B. Einfluss von Vitamin E-armen oder PUFA – reichen Futter auf den Se-Status ) können die Bioverfügbarkeit und damit den Bruttobedarf von Mengen- und Spurenelementen drastisch ändern.

Hansen S. L. and Spears J. W. 2009. Bioaccessibility of iron from soil is increased by silage fermentation. J. .Dairy Sci. 92: 2896-2905.

Hansen S. L., Schlegel P., Legleiter L. R., Lloyd K. E. and Spears J. W. 2008. Bioavailability of copper from copper glycinate in steers fed high dietary sulfur and molybdenum. J. . Anim. Sci. 86: 173-179.

Kessler J. 2000. Kaliumreiches Wiesenfutter belastet Stoffwechsel der Milchkuh. Agrarforschung 7: 466-471.

Schonewille J. T., Everts H., Jittakhot S. and Beynen AC 2008. Quantitative Prediction of Magnesium Absorption in Dairy Cows. J. . Dairy Sci. 91: 271-278.

Smith G.M., Isopenko A. 1997. Effect of doses of protected polyunsaturated fatty acids on indicators of selenium status of sheep. Res. Vet. Sci. 62 : 81-82.

Steffl M., Leberl P. and Schenkel H. 2009. Iron-induced copper deficiency in dairy cows. Tierärztl. Umschau 64: 432-437.

Suttle N. 2010. Mineral nutrition of livestock. CAB International, 4th Edition. 

Weiss W. P. 2004. Macromineral Digestion by Lactating Dairy Cows: Factors Affecting Digestibility of Magnesium. J. . Dairy Sci. 87: 2167-2171.

Process / State of work (German)

Weidebetonte Milchproduktion

·      Auf dem Betrieb l’Abbaye in Sorens findet unter Biolandbaubedingungen eine Studie mit neuseeländischen Holsteinkühe und einheimischen Holsteinkühen statt, in der die Milchleistung, Milchgehalte, Energieumsatz, Futterverzehr und Fressverhalten auf der Weide verglichen werden.

·      Das Wohlbefinden, der Stoffwechsel sowie die Pansenfermentation der Milchkühe bei Rationen mit einem hohen Anteil an Gras oder Grasprodukten wird untersucht.

Futterbewertung

·      Gehalte an Cl, S, I, Cu, Co, Fe, Mn, Zn und Se aus verschiedenen Raufuttertypen werden zusammengetragen und in die Futtermitteldatenbank übernommen.

·      Die Entwicklung der Analytik für Mono- und Oligosaccharide sowie Fruktane wird fortgeführt. Der Bedarf und die Möglichkeiten für eine Überarbeitung der Stärkeanalytik wird geprüft.

·      Das Potenzial des Einbezugs der Kohlenhydratfraktionen in die Nährwertschätzung bei Raufutter wird anhand des vorhandenen Datenmaterials und weiterer punktueller Untersuchungen beurteilt. Der Einbezugs eines Wertes für die in vitro Abbaubarkeit in die Schätzgleichungen in Anlehnung an ausländische Bewertungssysteme wird geprüft. Der Bedarf für eine zusätzliche Klassifizierung bei den Wiesenfuttermitteln (Saisonabschnitte bei Weide und Nutzungsintensität bei Schnittnutzung) wird abgeklärt und Vorschläge werden formuliert.

·      Die Getreide-Proteinpflanzen-Mischungen werden im Herbst angebaut und im Juni des darauffolgenden Jahres geerntet und einsiliert. Anschliessend wird in situ (fistulierte Kuh) und in vivo (Hammel) die ruminale Abbaubarkeit bzw. die Gesamtverdaulichkeit der Nährstoffe bestimmt.

Fütterungsempfehlungen

·      Für verschiedene Kohlenhydratfraktionen werden Richtwerte für die Rationsplanung formuliert. Dies geschieht auf Grund vorhandener Versuchsergebnisse und Literaturangaben; weitere Fütterungsversuche inkl. physiologischen Messungen zur Erweiterung der Datenbasis werden dazu durchgeführt. Die Bedürfnisse und Möglichkeiten für eine weitere Differenzierung der Nettoenergie-Bedarfsnormen in Schweizer Produktions- und Fütterungssystemen werden an Hand ausländischer Empfehlungen und eigenen Daten beurteilt.

·      Der Einfluss von K und Mg im Futter wird auf den Mg-Status laktierender Kühen untersucht.

Beiträge von ALP zur Reduktion der Ammoniakemissionen über die Fütterung werden diskutiert.

Customers / Reporting (German)

Die Kunden sind IG-Weidemilch, Landwirte, Futterbauspezialisten, Tierzüchter und Berater. Ausserdem stammen sie aus Forschung und Lehre.

Die Umsetzung der Resultate wird durch die Kommunikation auf den Stufen, Praxis, Beratung, nationale Forschungsgemeinschaft und internationale Forschungsgemeinschaft gewährleistet. Dies erfolgt durch die Präsentation der erzielten Ergebnisse an Feldtagen, Beratertagungen (z.B. Veranstaltungen der AGRIDEA und AGFF wie ALP-Tagung und Waldhoftagung), Mai-Tagung der ETH und internationalen Kongressen. Ferner werden wissenschaftliche, technische und praxisorientierte Publikationen verfasst. Ausserdem fliessen die neuen Erkenntnisse in Merkblätter ein, die sich direkt an den Praktiker und die Beratung richten (z.B. ALP-Aktuell, AGFF- und AGRIDEA- Merkblätter). Diese Publikationsorgane werden von der AGRIDEA für ihre Beratungstätigkeit genutzt.

URL-addresses (German)

http://www.agroscope.admin.ch/milchkuhernaehrung/index.html?lang=de
http://www.agroscope.ch