Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Carola Lindig

Auswirkungen klimawandelbedingter Sommertrockenheit auf ruminale Fermentationsparameter von Gräsern und Leguminosen sowie die mikrobielle Population im Pansen

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-105040

title (engl.)

Effects of climate change induced summer drought on rumen fermentation parameters of grasses and legumes as well as rumen microbial diversity

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/lindigc_ss14.pdf

abstract (deutsch)

Basierend auf Klimamodellen werden im Laufe des 21. Jahrhunderts Veränderungen der Niederschlagsmengen und –muster erwartet. Dabei werden in Deutschland in den Sommermonaten, neben einem leichten Rückgang der Gesamtniederschlagsmengen, vor allem längere Zeiträume ohne Niederschlag auftreten, woraus sich Auswirkungen auf das Wachstum von Futterpflanzen ergeben. Eine mögliche Beeinflussung der Nährstoffzusammensetzung der Pflanzen durch verstärkte Sommertrockenheit bringt Folgen für deren Einsatz als Futtermittel mit sich, da sich Auswirkungen auf Kenndaten des mikrobiellen Vormagenstoffwechsels ergeben können.

In dieser Arbeit wurden der Einfluss von Trockenstress auf die Nährstoffzusammensetzung, Substratabbaubarkeiten, die chemischen Fermentationsparameter sowie die Zusammensetzung der mikrobiellen Population im Pansen von Wiederkäuern in vitro untersucht. Dazu wurden jeweils trockengestresste Varianten und Kontrollvarianten der Gräser Lolium perenne und Dactylis glomerata sowie der Leguminosen Lotus corniculatus, Medicago lupulina, Medicago falcata, Trifolium repens Onobrychis viciifolia und Lotus uliginosus verwendet und mit der Pansen-Simulationstechnik (RUSITEC) inkubiert. Indem verschiedene Gräser- und Leguminosenarten untersucht wurden, konnte, zusätzlich zum Trockenstresseinfluss, auch ermittelt werden, ob und inwiefern sich die Trockenstresseffekte zwischen verschiedenen Gräser- und Leguminosenarten unterscheiden.

Auf die Nährstoffzusammensetzung der Pflanzen (OS, Rp, NDF, ADF, ADL und die Restfraktion (EE + NFC)) wirkte sich Trockenstress bei den verschiedenen Pflanzenarten unterschiedlich aus. Die Differenzen zwischen den Arten waren stärker ausgeprägt als die Unterschiede zwischen Trockenstress- und den jeweiligen Kontrollvarianten. Auch auf die Substratabbaubarkeiten (OS, Rp, NDF, ADF) und die untersuchten Fermentationsparameter (Redoxpotential, pH, SCFA-Produktion, Molare Anteile der SCFA, CH4-Produktion) hatte Trockenstress variable Auswirkungen. Statt reiner Trockenstresseffekte dominierten Effekte der Pflanzenart sowie Wechselwirkungen zwischen den Einflussfaktoren Trockenstress und Pflanzenart. Dies bedeutet, dass sich Trockenstress bei den verschiedenen Pflanzenarten unterschiedlich auf die untersuchten Parameter auswirkte. Es zeigte sich außerdem, dass die Messparameter bei der Fermentation der Leguminosen grundsätzlich häufiger und stärker von den Faktoren Trockenstress und Pflanzenart beeinflusst waren als bei der Fermentation der Gräser. Auf die qualitative Zusammensetzung der mikrobiellen Population hatte Trockenstress bei der Fermentation der Gräser keinen Einfluss. Hier traten ausschließlich Unterschiede zwischen beiden Gräserarten auf. Bei der Fermentation der Leguminosen hingegen zeigten sich Wechselwirkungen zwischen Trockenstress und Leguminosenart. Bei einigen Leguminosenarten unterschied sich demnach die Zusammensetzung der Mikroorganismenpopulationen zwischen beiden Varianten einer Art, bei anderen Arten zeigte sich aufgrund von Trockenstress kein Effekt.

Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen konnten zeigen, dass sich im Rahmen des Klimawandels entwickelnde verstärkte Sommertrockenheit auf heimische Gräser und Leguminosen auswirken wirken wird. In der Folge werden auch Wiederkäuer, als Konsumenten dieser Pflanzen, durch diese Klimaveränderung betroffen sein, da Einflüsse auf Kenndaten des mikrobiellen Vormagenstoffwechsels festgestellt wurden. Aufgrund der unregelmäßigen Ergebnisse können jedoch keiner der untersuchten Pflanzenarten besondere Vor- oder Nachteile als Futtermittel unter Trockenstressbedingungen im Bezug auf den Vormagenstoffwechsel zugesprochen werden. Um den Einfluss auf das Gesamttier abzuschätzen, müssen, vor allem im Hinblick auf die Tierernährung, In-vivo-Fütterungsversuche folgen, wodurch Aussagen zur Futteraufnahme, Verdaulichkeiten und Absorption der Nährstoffe gemacht werden können. Die vorliegenden Ergebnisse der durchgeführten RUSITEC-Untersuchungen können dafür als Grundlage dienen.

abstract (englisch)

Climate models for the 21st century project changes in both, the amount of precipitation and in precipitation patterns. In Germany, total amount of precipitation will slightly decrease and in summer periods without any precipitation will prolong. As a consequence, growth of forages is expected to be affected as well. A possible influence on the nutrient composition of forages might cause consequences for their use as a ruminant feedstuff because microbial fermentation processes in the rumen could be affected.

The aim of this study was to investigate the effects of drought stress on forage nutrient composition, forage degradability, chemical fermentation parameters and composition of the rumen microbial population in vitro. Therefore, drought stressed and control variants of the grass species Lolium perenne and Dactylis glomerata as well as of the legume species Lotus corniculatus, Medicago lupulina, Medicago falcata, Trifolium repens, Onobrychis viciifolia and Lotus uliginosus were grown and incubated subsequently using the rumen simulation technique (RUSITEC). By incubating different plant species, statements could also be made about how drought stress effects differ between species.

Drought stress effects on forage nutrient composition (OM, XP, NDF, ADF, ADL and residual fraction (EE + NFC)) differed between the tested plant species. Basically, species effects were more distinct than differences between drought stressed variants and corresponding controls. Drought stress effects on forage degradability of OM, XP, NDF and ADF and fermentation parameters (Redox potential, pH, SCFA production, molar proportions of SCFA, CH4-produktion) varied as well. The results were dominated by species effects or interactions between drought stress and species rather than by exclusive drought stress effects. Furthermore, when legumes were incubated, the parameters were stronger and more often influenced than incubations with grasses. In Grasses, the qualitative composition of the microbial population was only changed by species and not by drought stress. In contrast, if legumes were incubated interactions between drought stress and forage species could be demonstrated which showed up in drought stress induced changes in some plant species but not in others.

These investigations have demonstrated that enhanced summer drought, which will develop as a part of climate change, will have an impact on temperate forage grasses and legumes. As a consequence, ruminants, which are involved as they consume these plants, will also be affected by climate change because characteristics of the rumen microbial metabolism may be modified. Due to the inconstant results, none of the tested plants has advantages or disadvantages as a feedstuff when related to rumen metabolism under drought conditions. Particularly with regard to animal nutrition, in vivo studies must follow which allow statements about feed intake, digestibilities and nutrient absorption in order to estimate the impact on the whole animal. The results of the present RUSITEC experiments can serve as a basis for such further studies.

keywords

Sommertrockenheit, RUSITEC, heimische Futterpflanzen; summer drought, RUSITEC, temperate forages

kb

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