Alternative_GFM-1: Verbesserung der Resilienz der heimischen Grundfutterproduktion in der Rinderfütterung durch die Aufwertung dürregeschädigter Grundfutterpflanzen und Optimierung regionaler Futterressourcen
Projektleitung
Qendrim Zebeli
Forschungseinrichtung
Veterinärmedizinische Universität Wien
Projektnummer
101623Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus
Allgemeine Projektinformationen
Schlagwörter (deutsch)
Grundfutterproduktion, Rinderfütterung, Optimierung regionaler Futterressourcen
Titel (englisch)
Improving the resilience of the local roughage production for cattle nutrition by enhancing drought-impaired roughage plants and optimizing regional feedstuff resources
Abstract (englisch)
Ruminant livestock production is of central relevance for the Austrian agricultural sector. In terms of animal physiology as well as ecological reasons, roughages constitute the most important ration component in ruminant nutrition. Roughages can be produced locally and environmentally compatible in Austria, supplying the domestic ruminants with dietary energy, essential nutrients and in particular physically effective fiber. During the last years, extended drought periods, however, resulted in a substantial decrease of both quantity and quality of roughages, which in turn means impaired milk yield as well as shortages in the availability of roughages. On a long-term perspective, drought periods will maintain a challenge in roughage production for Austrian cattle farmers and likely occur even more frequently. The overall objective of this project is the comprehensive investigation of methods for producing alternative forages in cattle farming. This includes the enhancement of drought-impaired roughages (grass, maize) and feedstuffs with low nutritive value (maize straw, grain straw) by means of mixed ensiling with locally produced catch crops, by-products, and silage additives on the one hand, and ensiling of winter catch crops on the other hand. Thereby, the available biomass as well as the nutritive value of roughages during dry summers shall be sustainably increased and eventually improve the resilience of the local roughage production.
We expect that mixed ensiling will enhance lactic acid fermentation, because the catch crops respectively by-products compensate the lack of moisture in the silo as well as provide further easily fermentable carbohydrates for the lactic acid bacteria. Moreover, we assume a cleavage of fibrous structures during ensiling and therefore an increase of ruminal degradability of drought-impaired maize and grass as well as of straw. In this context, we will also analyze the effect of applying heterofermentative lactic acid bacteria as well as the potential of anaerobic rumen fungi as silage additives. In summary, this project will provide yet lacking knowledge necessary to evaluate the suitability of mixed silages prepared from drought-impaired roughages or straw with further components and of silages from winter catch crops as a practical alternative roughage source in ruminant nutrition. The insights gained here will therefore support Austrian cattle farmers in their adaptation to changing climatic conditions.
We expect that mixed ensiling will enhance lactic acid fermentation, because the catch crops respectively by-products compensate the lack of moisture in the silo as well as provide further easily fermentable carbohydrates for the lactic acid bacteria. Moreover, we assume a cleavage of fibrous structures during ensiling and therefore an increase of ruminal degradability of drought-impaired maize and grass as well as of straw. In this context, we will also analyze the effect of applying heterofermentative lactic acid bacteria as well as the potential of anaerobic rumen fungi as silage additives. In summary, this project will provide yet lacking knowledge necessary to evaluate the suitability of mixed silages prepared from drought-impaired roughages or straw with further components and of silages from winter catch crops as a practical alternative roughage source in ruminant nutrition. The insights gained here will therefore support Austrian cattle farmers in their adaptation to changing climatic conditions.
Projektziele
Das vorliegende Projekt soll die Eignung von Mischsilagen aus dürregeschädigtem Gras oder Mais oder Stroh und regionalen Zwischenfrüchten, Koppelprodukten und Silierzusätzen sowie von Silagen aus Winterzwischenfrüchten als Grundfutterquelle in der Rinderfütterung umfassend sowohl auf Futtermittel- als auch auf Tierebene erforschen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen die österreichischen Bauern bei der Anpassung ihrer Grundfutterproduktion während und nach Dürreperioden unterstützen.
Unsere zugrundeliegende Hypothese ist, dass eine Mischsilierung zu einer ausreichenden Milchsäuregärung und dadurch stabilen Silage mit guter Gärqualität und gelockerten Lignocellulosekomplexen führt. Bei Verfütterung führt dies zu einer höheren ruminalen Abbaubarkeit, sodass die enthaltenen Nährstoffe und Energie besser von der Milchkuh genutzt werden können. Des Weiteren vermuten wir, dass aufgrund ihrer faserspaltenden Wirkung insbesondere die Inokulation der Ausgangssubstrate mit anaeroben Pansenpilzen die ruminale Faserabbaubarkeit der Mischsilagen steigert. Neben diesem Hauptziel ist ebenso geplant, die mikrobielle Gemeinschaft in den Silagen zu analysieren, sowie ihren Einfluss auf das Mikrobiom im Pansen, was bisher nur marginal erforscht ist.
Die detaillierten Ziele für den ersten Projektteil, der die Vorversuche mit anaeroben Pansenpilzen, sowie die Charakterisierung der Mischsilagen und die in vitro Untersuchungen beinhaltet, lauten wie folgt:
• Die Optimierung der Nutzung von anaeroben Pansenpilzen als Silierzusatz
• Die Untersuchung der gemeinsamen Silierung von dürregeschädigtem Mais, Gras oder Stroh mit regionalen Zwischenfrüchten, Koppelprodukten und Silierzusätzen sowie der Silierung von Winterzwischenfrüchten auf:
1) die Gärqualität, aerobe Stabilität und chemische Zusammensetzung der Silagen
2) das Gasbildungsvermögen und die Gasbildungskinetik im Hohenheimer Gastest, inklusive des daraus abgeleiteten Energiegehalts der Silagen
• Die Ermittlung der Wirkung der (Misch-)Silagen bei Inkubation im Pansensimulationssystem Rusitec auf:
1) das Fermentationsmuster in vitro
2) den Abbau der Nährstoffe und Faserfraktionen in vitro
3) die mikrobielle Proteinsynthese in vitro
• Die Ermittlung der Gäreigenschaften und der Verdaulichkeit der (Misch-)Silagen durch Silierung in Versuchssilos (Fässer) und in vivo-Verdauungsversuche mit Hammeln. Untersucht werden:
1) die Massenbilanz, der pH-Wert, die aerobe Stabilität und die Gärprodukte der Silierung
2) die Verdaulichkeit der Nährstoffe am Tier
Im zweiten Teil des Projekts wird der Einfluss der vielversprechendsten (Misch-)Silage-Varianten bei laktierenden Milchkühen an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein untersucht. Dabei werden folgende Variablen untersucht:
1) Futteraufnahme, Futterselektion, Futterverwertung und Wiederkauaktivität
2) Milchleistung und Milchzusammensetzung
3) Vitalparameter und Körperkondition der Milchkühe
4) Mikrobielle Gemeinschaft in den Mischsilagen und im Pansen
Unsere zugrundeliegende Hypothese ist, dass eine Mischsilierung zu einer ausreichenden Milchsäuregärung und dadurch stabilen Silage mit guter Gärqualität und gelockerten Lignocellulosekomplexen führt. Bei Verfütterung führt dies zu einer höheren ruminalen Abbaubarkeit, sodass die enthaltenen Nährstoffe und Energie besser von der Milchkuh genutzt werden können. Des Weiteren vermuten wir, dass aufgrund ihrer faserspaltenden Wirkung insbesondere die Inokulation der Ausgangssubstrate mit anaeroben Pansenpilzen die ruminale Faserabbaubarkeit der Mischsilagen steigert. Neben diesem Hauptziel ist ebenso geplant, die mikrobielle Gemeinschaft in den Silagen zu analysieren, sowie ihren Einfluss auf das Mikrobiom im Pansen, was bisher nur marginal erforscht ist.
Die detaillierten Ziele für den ersten Projektteil, der die Vorversuche mit anaeroben Pansenpilzen, sowie die Charakterisierung der Mischsilagen und die in vitro Untersuchungen beinhaltet, lauten wie folgt:
• Die Optimierung der Nutzung von anaeroben Pansenpilzen als Silierzusatz
• Die Untersuchung der gemeinsamen Silierung von dürregeschädigtem Mais, Gras oder Stroh mit regionalen Zwischenfrüchten, Koppelprodukten und Silierzusätzen sowie der Silierung von Winterzwischenfrüchten auf:
1) die Gärqualität, aerobe Stabilität und chemische Zusammensetzung der Silagen
2) das Gasbildungsvermögen und die Gasbildungskinetik im Hohenheimer Gastest, inklusive des daraus abgeleiteten Energiegehalts der Silagen
• Die Ermittlung der Wirkung der (Misch-)Silagen bei Inkubation im Pansensimulationssystem Rusitec auf:
1) das Fermentationsmuster in vitro
2) den Abbau der Nährstoffe und Faserfraktionen in vitro
3) die mikrobielle Proteinsynthese in vitro
• Die Ermittlung der Gäreigenschaften und der Verdaulichkeit der (Misch-)Silagen durch Silierung in Versuchssilos (Fässer) und in vivo-Verdauungsversuche mit Hammeln. Untersucht werden:
1) die Massenbilanz, der pH-Wert, die aerobe Stabilität und die Gärprodukte der Silierung
2) die Verdaulichkeit der Nährstoffe am Tier
Im zweiten Teil des Projekts wird der Einfluss der vielversprechendsten (Misch-)Silage-Varianten bei laktierenden Milchkühen an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein untersucht. Dabei werden folgende Variablen untersucht:
1) Futteraufnahme, Futterselektion, Futterverwertung und Wiederkauaktivität
2) Milchleistung und Milchzusammensetzung
3) Vitalparameter und Körperkondition der Milchkühe
4) Mikrobielle Gemeinschaft in den Mischsilagen und im Pansen
Praxisrelevanz
Gras- und Maissilagen bilden den Hauptbestandteil von Futterrationen für Rinder, insbesondere Milchkühe, und versorgen die Tiere mit Energie, Nährstoffen sowie ausreichenden Mengen an physikalisch effektiver Faser. Aufgrund der hierzulande zeitlich begrenzten Vegetationsperioden ist die Grundfutterkonservierung durch Silierung eine sehr weit verbreitete Praxis (MCDONALD et al., 1991), die vergleichsweise wetterunabhängig (ROTZ, 1995) und für alle Futterpflanzen durchführbar ist.
Sinkende Jahresniederschläge und ausgeprägte Dürreperioden in den vergangenen Sommern (BMLRT, 2018; BMLRT, 2019) haben die Produktion von Mais- und Grassilagen in ausreichender Qualität und Quantität allerdings deutlich erschwert und der langfristige Trend zu erhöhter Aridität in Mitteleuropa (FORZIERI et al., 2014) wird die heimische Mais- und Grassilageproduktion voraussichtlich noch weiter beeinträchtigen.
Eine reduzierte Verfügbarkeit von Qualitätssilagen führt zu einer geringeren Milchleistung und dem eventuellen Zwang zum Tierbestandsabbau, was beides eine erhebliche ökonomische Belastung österreichischer Milchbauern darstellt. Die Substitution der fehlenden Energie und Nährstoffe durch Kraftfutter ist dabei nur sehr begrenzt möglich, da ein zu hoher Kraftfuttereinsatz (subakute) Pansenazidosen, Stoffwechselstörungen und systemische Erkrankungen begünstigt (ZEBELI et al., 2008). Um Rinder also ausreichend mit hochwertigem Grundfutter versorgen zu können, müssen große Mengen davon importiert werden, was nicht nur eine erhebliche finanzielle Belastung der Landwirte darstellt, sondern auch die Nachhaltigkeit und Regionalität der österreichischen Rinderproduktion verringert. Langfristig gesehen wird ein stetiger Grundfutterimport keine geeignete Lösung darstellen und die Erforschung von alternativen Grundfuttermitteln sowie von Möglichkeiten für die Aufwertung von dürregeschädigtem Gras und Mais hat damit eine sehr hohe Priorität. Die Dringlichkeit zur Suche nach Alternativen wird auch durch den Stellenwert der österreichischen Milchproduktion verdeutlicht, die in den letzten Jahrzehnten stetig angestiegen ist (AGRARMARKT AUSTRIA, 2019) und zu den bedeutendsten Wirtschaftszweigen der Agrarwirtschaft zählt.
In diesem Zusammenhang werden auch Futtermittel mit geringem Futterwert, wie Getreide- oder Maisstroh, an Bedeutung gewinnen. Sie können von der Kuh bisher nur sehr ineffizient genutzt werden, sind aber aus heimischer Produktion österreichweit verfügbar und stellen somit eine noch weitgehend ungenutzte Grundfutterquelle dar. Durch die Mischsilierung könnte Stroh ebenso aufgewertet werden und somit eine höhere Bedeutung als alternative Grundfutterkomponente in der Rinderfütterung bekommen.
Die Mischsilierung von dürregeschädigtem Mais oder Gras bzw. Stroh mit Substraten wie regionalen Zwischenfrüchten, Koppelprodukten und Silierzusätzen ist eine vielversprechende, aber bisher nicht erforschte Möglichkeit. Das vorliegende Projekt analysiert verschiedene Mais-, Gras- oder Stroh-basierte Mischsilagen sowohl auf Futtermittelebene als auch deren ruminale Verstoffwechslung und Auswirkung auf die Milchkuh. Diese umfassenden Untersuchungen ermöglichen eine aussagekräftige Bewertung von Mischsilagen hinsichtlich ihrer Eignung als alternative Grundfuttermittel in der Rinderfütterung. Im Falle einer positiven Bewertung einer (oder mehrerer) Mischsilage-Variante(n) bieten wir speziell heimischen Milchbauern in Gunstlagen eine praxistaugliche Grundfutteralternative und unterstützen sie bei der Anpassung an die sich ändernden klimatischen Bedingungen in Österreich. Landwirten in Grenzregionen des Ackerbaus kann dagegen die Erforschung des Futter- und Produktionswerts von Winterzwischenfrüchten hilfreiche Optionen für Zeiten trockenheitsbedingter Futterknappheit liefern. Es ist zu betonen, dass die Ergebnisse und die darauf aufbauenden Empfehlungen auch für andere Produktionsrichtungen, wie die Rindermast, und auch kleine Wiederkäuerspezies (Schaf, Ziege) anwendbar sind.
Referenzen
AGRARMARKT AUSTRIA, 2019. Jahresbericht Milch und Milchprodukte 2018.
BUNDESMINISTERIUM LANDWIRTSCHAFT, REGIONEN UND TOURISMUS (BMLRT), 2018. Grüner Bericht 2018.
BUNDESMINISTERIUM LANDWIRTSCHAFT, REGIONEN UND TOURISMUS (BMLRT), 2019. Grüner Bericht 2019.
FORZIERI, G., FEYEN, L., ROJAS, R., FLÖRKE, M., WIMMER, F., BIANCHI, A., 2014. Hydrology and Earth System Sciences, 18, 85-108.
MCDONALD, P., N. HENDERSON, HERON, S., 1991. The Biochemistry of Silage. 2. ed. Chalcombe Publications
ROTZ, C. A., 1995. Post-harvest physiology and preservation of forages 22, 39–66.
ZEBELI, Q., DIJKSTRA, J., TAFAJ, M., STEINGASS, H., AMETAJ, B.N., DROCHNER, W., 2008. Journal of Dairy Science 91, 2046–2066.
Sinkende Jahresniederschläge und ausgeprägte Dürreperioden in den vergangenen Sommern (BMLRT, 2018; BMLRT, 2019) haben die Produktion von Mais- und Grassilagen in ausreichender Qualität und Quantität allerdings deutlich erschwert und der langfristige Trend zu erhöhter Aridität in Mitteleuropa (FORZIERI et al., 2014) wird die heimische Mais- und Grassilageproduktion voraussichtlich noch weiter beeinträchtigen.
Eine reduzierte Verfügbarkeit von Qualitätssilagen führt zu einer geringeren Milchleistung und dem eventuellen Zwang zum Tierbestandsabbau, was beides eine erhebliche ökonomische Belastung österreichischer Milchbauern darstellt. Die Substitution der fehlenden Energie und Nährstoffe durch Kraftfutter ist dabei nur sehr begrenzt möglich, da ein zu hoher Kraftfuttereinsatz (subakute) Pansenazidosen, Stoffwechselstörungen und systemische Erkrankungen begünstigt (ZEBELI et al., 2008). Um Rinder also ausreichend mit hochwertigem Grundfutter versorgen zu können, müssen große Mengen davon importiert werden, was nicht nur eine erhebliche finanzielle Belastung der Landwirte darstellt, sondern auch die Nachhaltigkeit und Regionalität der österreichischen Rinderproduktion verringert. Langfristig gesehen wird ein stetiger Grundfutterimport keine geeignete Lösung darstellen und die Erforschung von alternativen Grundfuttermitteln sowie von Möglichkeiten für die Aufwertung von dürregeschädigtem Gras und Mais hat damit eine sehr hohe Priorität. Die Dringlichkeit zur Suche nach Alternativen wird auch durch den Stellenwert der österreichischen Milchproduktion verdeutlicht, die in den letzten Jahrzehnten stetig angestiegen ist (AGRARMARKT AUSTRIA, 2019) und zu den bedeutendsten Wirtschaftszweigen der Agrarwirtschaft zählt.
In diesem Zusammenhang werden auch Futtermittel mit geringem Futterwert, wie Getreide- oder Maisstroh, an Bedeutung gewinnen. Sie können von der Kuh bisher nur sehr ineffizient genutzt werden, sind aber aus heimischer Produktion österreichweit verfügbar und stellen somit eine noch weitgehend ungenutzte Grundfutterquelle dar. Durch die Mischsilierung könnte Stroh ebenso aufgewertet werden und somit eine höhere Bedeutung als alternative Grundfutterkomponente in der Rinderfütterung bekommen.
Die Mischsilierung von dürregeschädigtem Mais oder Gras bzw. Stroh mit Substraten wie regionalen Zwischenfrüchten, Koppelprodukten und Silierzusätzen ist eine vielversprechende, aber bisher nicht erforschte Möglichkeit. Das vorliegende Projekt analysiert verschiedene Mais-, Gras- oder Stroh-basierte Mischsilagen sowohl auf Futtermittelebene als auch deren ruminale Verstoffwechslung und Auswirkung auf die Milchkuh. Diese umfassenden Untersuchungen ermöglichen eine aussagekräftige Bewertung von Mischsilagen hinsichtlich ihrer Eignung als alternative Grundfuttermittel in der Rinderfütterung. Im Falle einer positiven Bewertung einer (oder mehrerer) Mischsilage-Variante(n) bieten wir speziell heimischen Milchbauern in Gunstlagen eine praxistaugliche Grundfutteralternative und unterstützen sie bei der Anpassung an die sich ändernden klimatischen Bedingungen in Österreich. Landwirten in Grenzregionen des Ackerbaus kann dagegen die Erforschung des Futter- und Produktionswerts von Winterzwischenfrüchten hilfreiche Optionen für Zeiten trockenheitsbedingter Futterknappheit liefern. Es ist zu betonen, dass die Ergebnisse und die darauf aufbauenden Empfehlungen auch für andere Produktionsrichtungen, wie die Rindermast, und auch kleine Wiederkäuerspezies (Schaf, Ziege) anwendbar sind.
Referenzen
AGRARMARKT AUSTRIA, 2019. Jahresbericht Milch und Milchprodukte 2018.
BUNDESMINISTERIUM LANDWIRTSCHAFT, REGIONEN UND TOURISMUS (BMLRT), 2018. Grüner Bericht 2018.
BUNDESMINISTERIUM LANDWIRTSCHAFT, REGIONEN UND TOURISMUS (BMLRT), 2019. Grüner Bericht 2019.
FORZIERI, G., FEYEN, L., ROJAS, R., FLÖRKE, M., WIMMER, F., BIANCHI, A., 2014. Hydrology and Earth System Sciences, 18, 85-108.
MCDONALD, P., N. HENDERSON, HERON, S., 1991. The Biochemistry of Silage. 2. ed. Chalcombe Publications
ROTZ, C. A., 1995. Post-harvest physiology and preservation of forages 22, 39–66.
ZEBELI, Q., DIJKSTRA, J., TAFAJ, M., STEINGASS, H., AMETAJ, B.N., DROCHNER, W., 2008. Journal of Dairy Science 91, 2046–2066.