Dissertation

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

 

Melanie Schären   

 

 

 “Effects of a ration change from a silage and concentrate- to a pasture-based ration on the production, health and rumen physiology of dairy cows”

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-108489

title (ger.)

“Einfluss eines Rationswechsels von einer Silage und Kraftfutter basierten auf eine Weide basierte Fütterung auf die Leistung, Gesundheit und Pansenphysiologie von Milchkühen“.

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/schaerenm_ss16.pdf

abstract (deutsch)

Weidewirtschaft betreibende Milchviehbetriebe füttern während der Wintermonate meistens eine Silage und Kraftfutter basierte Mischration (= TMR, totale Mischration). Im Frühjahr, nach Beginn der Vegetationsperiode, erfolgt in der Regel über mehrere Wochen ein schrittweiser Übergang von der Stall- auf die Weidefütterung. Das Ziel dieser Untersuchung war die Erforschung des Einflusses dieser Umstellung auf Leistungs- und Gesundheitsparameter sowie auf die Pansenphysiologie. Dazu wurde im Frühjahr 2014 ein zehnwöchiger Versuch (w1-10) mit 60 Milchkühen der Rasse Deutsche Holstein durchgeführt, wovon 10 Tiere pansen- und duodenumfistuliert waren. Die Tiere befanden sich zu Beginn des Versuches im Mittel 166 ± 23 Tage in Milch und wiesen eine Leistung von 23,5 ± 3,7 kg Milch pro Tag (Mittelwert ± Standardabweichung) auf. Die Tiere wurden in eine Weide- und eine Stallgruppe eingeteilt (WG und SG, n = 29 und 31, jede Gruppe beinhaltete fünf fistulierte Tiere). Die SG erhielt während des gesamten Versuchszeitraumes eine TMR (35 % Maissilage, 35 % Grassilage, 30 % Kraftfutter; auf Trockenmassebasis) während die WG kontinuierlich während mehrerer Wochen auf die Weidefütterung umgestellt wurde (w1: nur TMR, w2: 3 Std. pro Tag Zugang zur Weide plus TMR im Stall, w3 und 4: 12 Std. pro Tag Zugang zur Weide plus TMR im Stall, w5-10: nur Weidefütterung plus 1,75 kg Kraftfutter pro Tag). Als Weidesystem wurde eine Kurzrasenweide auf zwei Weidelgras betonten Flächen à 6 ha verwendet. Die Temperatur und Luftfeuchtigkeit wurden sowohl im Stall als auch im Bereich der Weideflächen kontinuierlich erfasst.

Die tägliche T-Aufnahme wurde im Stall mittels automatischer Wiegetröge erfasst. Auf der Weide wurden sowohl die n-Alkan Methode (w7 und w9) als auch Weidekörbe (in w5-6, w7-8 und w9-10) zur Schätzung der T-Aufnahme eingesetzt. Die Milchleistung und die Körpermaße (KM) wurden zweimal täglich nach dem Melken erfasst. Milchproben zur Bestimmung der Milchinhaltsstoffe wurden zweimal je Woche gesammelt und die Körperkondition (BCS) wurde in 14-tägigen Intervallen ermittelt. Um Veränderungen in der Stickstoffausscheidung und der mikrobiellen Proteinsynthese aufzuzeigen wurden wöchentlich Harnproben zur Bestimmung der totalen Stickstoff- (total-N), Kreatinin- und Purinderivatkonzentration gesammelt. Um mögliche negative Effekte auf die Tiergesundheit, insbesondere auf den Leberstoffwechsel, zu erfassen, wurden wöchentlich Blutproben genommen und sowohl verschiedene klinisch chemische Parameter als auch das weiße und rote Blutbild bestimmt. Um Veränderungen im Pansenfermentationsprofil aufzuzeigen wurde wöchentlich bei den fistulierten Tieren im medialen (Pansenmatte) und im ventralen (Pansensee) Bereich des Pansens Pansensaftproben entnommen. Dazu wurde der pH-Wert, die flüchtigen Fettsäuren (FFS), die NH3-N und die Lipopolysacchridkonzentration bestimmt. Um das Risiko einer subakuten Pansenazidose (SARA) einzuschätzen wurde der Pansen pH-Wert zusätzlich während 2-3 Tagen je Woche mittels pH-Boli kontinuierlich aufgezeichnet. In w1, w5 und w10 wurde der gesamte Panseninhalt gewogen und der T-Anteil bestimmt. Darauf folgend wurden an drei Stellen im Pansen Zotten entnommen und zu einem späteren Zeitpunkt die mittlere Pansenzottenoberfläche bestimmt und eine histopathologische Untersuchung vorgenommen. Nach der Pansenzottenentnahme wurde abschließend ein Fettsäurenabsorptionstest (FFS-AT) durchgeführt.

Die T-Aufnahme aus TMR, die Milchleistung, die KM und der BCS nahmen ab sobald die WG eingeweidet wurde (w2-4). Die Milchleistung und die KM nahmen in der ersten Woche der Ganztagesweide (w5) noch weiter ab. Danach stabilisierte sich die Milchleistung und es wurde ein stetiger Anstieg der KM bis zum Versuchsende beobachtet. Die T-Aufnahmeschätzung mittels der n-Alkan Methode zeigte einen Anstieg zwischen w7 und w9. Dies deutet auf eine Anpassung des Verhaltens und des Metabolismus der Kühe hin. Erhöhte Konzentrationen von β-Hydroxybutyrat und nicht-veresterten Fettsäuren im Serum sowie ein kontinuierlicher Rückgang des BCS im Versuchsverlauf lassen auf ein Energiedefizit in der WG schließen.

Die beobachteten Veränderungen in Leistungs- und metabolen Parametern, spiegelten sich auch in zahlreichen Pansenparametern wieder. Über den Versuchsverlauf konnte eine Abnahme des mittleren pH-Werts und des molaren Azetatanteiles im Pansen sowie auch eine zeitgleiche Zunahme der molaren Butyratanteile beobachtet werden. Dies bestätigt die Annahme, dass in der WG eine kontinuierliche Zunahme der T-Aufnahme von Weidegras (schnell fermentierbares Material, wasserlösliche Kohlenhydrate) stattgefunden hat. In w5-7 nahm die tägliche Variation des pH-Werts im Pansen ab und in w5 wurde ein geringere Pansenfüllung, Pansenzottenoberfläche und FFS-Absorptionspotential gemessen. In der zweiten Hälfte der Vollweideperiode (w8-10) erhöhte sich die Variation des pH-Werts im Pansen und der FFS-Konzentration. Das Azetat-/Butyrat-Verhältnis wurde in diesem Zeitraum enger. Dies lässt auf eine erhöhte Aufnahme von fermentierbarer organischer Masse schließen. Während der letzten Versuchswoche (w10) wurde im Vergleich zu w1 in der WG kein Unterschied der mittleren Pansenfüllung, Pansenzottenoberfläche und der FFS-Absorptionscharakteristika gemessen. Mittels der kontinuierlichen Messung des pH-Werts und wöchentliche Messungen der LPS Konzentration im Pansen, konnte ein erhöhtes SARA Risiko im Übergang zwischen Stall- und Weidefütterung (w2-8) ausgeschlossen werden. Jedoch weisen die histopathologische Auswertung der Pansenzottenbiopsien und die verringerte FFA-Absorptionskapazität in diesem Zeitraum auf mögliche negative Auswirkungen auf die Pansengesundheit hin. Des Weiteren wurde aufgrund des Absinkens des mittleren Pansen-pHs ein erhöhtes SARA Risiko in w9 und w10 beobachtet, jedoch ohne zeitgleiche negative Entwicklung in der LPS Konzentration, FFA-Absorptionskapazität oder der Ergebnisse der Histopathologie der Pansenzotten.

Wie erwartet erhöhte sich zeitgleich mit dem Zugang zum Weidefutter die Stickstoffausscheidung. Dies spiegelte sich in erhöhten Serum- und Milchharnstoffkonzentrationen und einem erhöhten Urin-N zu Kreatininverhältnis wieder. Jedoch wurden keine Veränderungen in Serumalbumin-, Totalprotein-, Cholesterin-, Aspartat Transaminase-, γ-Glutamyltransferase- und Glutamatdehydrogenasekonzentrationen sowie im roten und weißen Blutbild beobachtet. Dies führte zur Schlussfolgerung, dass die erhöhten Harnstoffkonzentrationen kurzfristig keine negativen Effekte auf die Lebergesundheit hatten.

In w5 und w7-8 wurde leichter Hitzestress in beiden Gruppen beobachtet, was zu einer Veränderung verschiedener metaboler Parameter in diesem Zeitraum führte. Die Serumglukosekonzentrationen und die Urin-N/Kreatinin und Purinderivate/Kreatinin Verhältnisse wurden weiter. Zeitgleich erhöhten sich die LPS-Konzentrationen im Pansen.

In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass bei einem Rationswechsel von einer TMR auf eine Weide basierte Fütterung die T-Aufnahme vorerst abgenommen hat und dies möglicherweise einen negativen Einfluss auf die Pansengesundheit hatte. Danach hat eine Anpassung des Tierverhaltens und des Metabolismus stattgefunden wodurch es über einen Zeitraum von mehreren Wochen zu einem erneuten Anstieg in der T-Aufnahme kam. Dies hatte eine erhöhte Pansenfermentationsrate zur Folge was zu einem erhöhtem SARA Risiko führte, ohne jedoch die Pansenzottenmorphologie oder Absorptionskapazität negativ zu beeinflussen.   

 

abstract (englisch)

In pasture-based dairy production systems, dairy cows often receive a silage- and concentrate-based ration (= TMR, total mixed ration) during wintertime and are then gradually introduced to fresh herbage in spring. The present study aimed to investigate how the transition to this new nutritional situation influenced different production and health indicators as well as rumen physiology. A 10-week trial (wk 1-10) was performed in spring 2014, which included 60 dairy cows of the German Holstein breed (166 ± 23 days in milk, 23.5 ± 3.7 kg milk/d; means ± SD) of which 10 were rumen- and duodenum-fistulated. The cows were divided into a pasture- and a confinement group (PG and CG, n = 29 and 31, each group contained 5 fistulated animals). The CG stayed on a TMR-based ration (35% corn silage, 35% grass silage, 30% concentrate; DM basis), while the PG was gradually transitioned from a TMR to a pasture-based ration (wk 1: TMR-only, wk 2: 3 h/d on pasture & TMR indoors, wk 3 & 4: 12 h/d on pasture & TMR indoors, wk 5-10: pasture-only). A continuous grazing system was implemented on a ryegrass dominated pasture and temperature humidity indices (THI) were assessed based on a continuous recording of temperature and humidity; indoors as well as outdoors.

Dry matter intake (DMI) indoors was measured using automatic weighing throughs. To estimate the DMI outdoors the n-alkane technique (in wk 7 and wk 9) and exclosure cages (in wk 5-6, wk 7-8 and wk 9-10) were used. Milk production and body weight (BW) were measured twice a day at milkings. Samples for milk components were collected twice a week and body condition score (BCS) was assessed in 14-d intervals. Urine samples were collected once a week and analyzed for creatinine and purine derivatives concentrations to measure alterations in nitrogen excretion and microbial protein production. To assess possible negative effects of this ration change on metabolic and liver health different clinical chemistry measures and complete blood counts were measured weekly. To observe changes in rumen fermentation patterns pH, volatile fatty acids (VFA), NH3-N and lipopolysaccharide (LPS) concentrations were measured in rumen fluid samples collected medially and ventrally on a weekly basis. To evaluate a possible subacute ruminal acidosis (SARA) risk ruminal pH was additionally recorded weekly during 1-4 consecutive days using continuous ruminal pH measuring devices. In wk 1, wk 5 and wk 10 the total rumen content was weighed and the DM and non-DM content determined. Subsequently, rumen papillae were collected at three locations to determine the mean papillae area and for a histopathological evaluation. Additionally, a VFA absorption test (VFA-AT) was performed.

DMI from TMR, milk production, body weight (BW) and BCS decreased as soon as the PG had partial access to pasture. Milk production and BW decreased even further in the first week on a full grazing ration, but thereafter BW increased again and milk production stabilized. DMI estimation using the n-alkane method in wk 7 and wk 9 revealed an increase in DMI from pasture between the two time points and indicates an adaptation of grazing behavior and metabolism over several weeks. Increased serum β-hydroxybutyrate and nonesterified fatty acids concentrations at several time points as well as a continuous BCS decrease during the whole course of the trial indicate an energy deficit in the PG.

These alterations in production and metabolic parameters in the PG were also reflected in various rumen variables. Mean rumen pH and molar acetate proportions decreased, and molar butyrate proportions increased continuously over the course of the trial, which can most likely be ascribed to an increased intake of rapidly fermentable carbohydrates. During the first weeks on a full grazing ration (wk 5-7) variation of rumen pH decreased and in wk 5 a lower rumen content, papillae surface area and potential for VFA absorption was observed. In wk 8-10 variation of rumen pH and total VFA concentrations increased again, and acetate/propionate ratio decreased. In wk 10 rumen content, papillae area and VFA absorption characteristics similar to initial levels were observed. Although continuous rumen pH assessments and LPS concentrations did not reveal an increased risk for subacute rumen acidosis (SARA) during the adaption period, histopathology of rumen papillae and VFA absorption potential indicate a possible risk for rumen health. An increased risk for SARA was observed in wk 9 and wk 10 in the PG, but rumen LPS concentrations and histopathology were not adversely affected.

As expected an increase in N excretion occurred in the PG, as indicated by an increase in serum and milk urea concentrations as well as an increase in the urine total N to creatinine ratio. However, no biological relevant changes were observed for serum albumin, total protein, cholesterol, aspartate transaminase, γ-glutamyltransferase and glutamate dehydrogenase concentrations as well as for white and red blood cell counts.  It was therefore concluded that higher metabolic N concentrations did not have any negative transitional impact on the liver.

During wk 5 and wk 7-8 mild heat stress was observed in both groups and metabolic variables were consequently altered. Serum glucose concentrations decreased and urine total N/creatinine and purine derivatives/creatinine ratios increased. Concurrently rumen LPS concentrations increased in both groups.

Results of the present study suggest that during the transition from a TMR to a pasture-based ration an initial decrease in DMI occurred accompanied by possible negative effects on rumen physiology. After a behavioral and metabolic adaption DMI and ruminal fermentation rate increased again with no adverse effects on rumen morphology and VFA absorption capacity, although rumen pH after adaptation to pasture indicated increased risk of SARA.

 

keywords

Weidehaltung, Milchkühe, Rationswechsel, pasture, dairy cow, ration change

kb

2.394