Maispflanze mit entlieschtem Kolben

© Elisabeth Reiter AGES

Mais-XP

Allgemeine Projektinformationen

Titel (deutsch)

Bewertung des Proteingehaltes sowie der Aminosäurezusammensetzung des Österreichischen Körnermaissortiments

Titel (englisch)

Assessment of proteincontent and amino acid composition in Austrian maize assortment

Abstract (englisch)

Corn is the most important basic feed for pig and poultry farming. Over the last decades the yields of grain maize increased significantly in contrast to steady or decreasing nitrogen fertilization. This fact leads to the suspicion that the amount of protein-which is nowadays lower than commonly assumed.

•A main goal of this project is therefore to reevaluate the protein content and the amount of essential amino acids to check if the data available used for the calculation of feed rations is still valid or if the data needs to be updated.
•The data obtained is used to collect information whether the protein and amino acid content relies more on environmental factors (habitat, climate,..) or on the variety.
Furthermore, the data is checked, if there are Austrian grain maize varieties with significantly higher amounts of lysine, which is associated with a nutritional value.
•Another project aim is the development a valid calibration for fast and cost effective analysis of protein and amino acid content in grain maize by the screening method Near Infrared Spectroscopy (NIRS).
•Moreover, the data can be used for evaluation of nitrogen use efficiency, which is important for sustainable crop and animal production as well as for environmental and climate protection.

Materials & methods:
•Crude protein is calculated (Nx6.25) based on the determination of the total nitrogen content by combustion according to the Dumas principle (ICC 167)
•Essential amino acids (except tryptophan) are analysed by ion exchange chromatography and determined by reaction with ninhydrin with photometric detection ((EC) No 152/2009, annex III.F)
•Tryptophan is determined by HPLC-FLD ((EC) No 152/2009, annex III.G)
•Moisture content is determined gravimetrically by drying at defined conditions in an oven ((EC) No 152/2009, annex III.A)
•NIR spectra are used as a fast analysis tool for protein and amino acids
•The Nitrogen Use Efficiency (NUE) is calculated according to a globally used calculation which contrasts N output and N input.
Available results:
•Within the present project crude protein and amino acid content in Austrian maize varieties are assessed and allow a classification of maize varieties.
•These results will be used within Austrian agriculture to select varieties due to their protein contents for cultivation and can be used to optimize the feeding rations.
•Furthermore, the impact of maize on the NUE will be assessed.

Schlagwörter (deutsch)

Futterbewertung, Mais, Protein, Aminosäuren

Projektleitung

Elisabeth Reiter

Forschungseinrichtung

Österreichische Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit

Finanzierungspartner

Amt der Burgenländischen Landesregierung
Amt der Kärntner Landesregierung
Amt der Oberösterreichischen Landesregierung
Amt der Steiermärkischen Landesregierung
Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus
Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus

Projektnummer

101351

Projektlaufzeit

-

Projektziele

1) Schaffung einer Datengrundlage zur Neubewertung des Rohproteingehaltes im österreichischen Maissortiment anhand der Analysenergebnisse von drei aufeinanderfolgenden Erntejahren

Grundlage einer effizienten tierischen Verwertung von Maisprodukten sind genaue Kenntnisse zum Futterwert. Dieser wird im Wesentlichen durch die Inhaltsstoffe, Verdaulichkeiten, Energiegehalte und mögliche unerwünschte Inhaltsstoffe charakterisiert. Dabei ist der Futterwert tierspezifisch zu sehen, da die Verfügbarkeit der Nährstoffe für die verschiedenen Tierarten variieren. Die laufend steigenden Erträge bei Körnermais (Ausnahme sind die Trockenjahre) führen auch wegen der insgesamt rückläufigen oder stagnierenden Düngerhöhen bei Stickstoff zu immer geringeren Eiweißgehalten des Maises, sodass in vorangegangenen Analysen im Durchschnitt der in der DLG-Futterwerttabelle verwendete Proteinwert überwiegend nicht erreicht wurde.

Durch die durchgängige Erhebung der Rohproteingehalte kann eine gesicherte jahresunabhängige Datengrundlage für die Rohproteingehalte erhoben werden, die als Basis für Futterwerttabellen dienen können und somit sowohl für die Futtermittelverarbeitung als auch für Hofmischer von besonderer Bedeutung, das diese gezielter Mischfuttermittel produzieren können. Diese Daten sind eine wesentliche Stütze für die Tätigkeit der Fütterungsberatung da hier aktuelle Daten zu Grunde liegen.

a. Berechnung und Erstellung einer für Schweine und Geflügel optimierten Futterrationszusammensetzung
Vorangegangene Untersuchungen einzelner Standorte der Landwirtschaftskammern Steiermark und Oberösterreich lassen durchschnittliche Proteingehalte von ca. 8 % in der Frischmasse vermuten. Daraus folgert, dass Futterrationen mit hohem Maisanteil tendenziell proteinschwach sind und dass zur Ausschöpfung des Leistungsniveaus in der Tierhaltung eine Proteinergänzung vorgenommen werden müsste. Zielgerichtete Untersuchungen unter Berücksichtigung der limitierenden Aminosäuren gewährleisten hier eine verbesserte Rationsberechnung.

b. Erhebung der Gehalte an essentiellen Aminosäuren in Körnermaisproben
Es ist davon auszugehen, dass bei geringen Proteingehalten die Aminosäurengehalte tendenziell im suboptimalen Bereich liegen.
Zudem wird festgestellt, ob es einen (weitestgehend) linearen Zusammenhang von Protein- und Aminosäurengehalt gibt und ob dieser eine Eigenschaft hoher Heritabilität oder umweltdeterminiert ist. Standortunabhängige Untersuchungen der Aminosäuren, geben eine Übersicht über die allgemeinen Aminosäuregehalte des Körnermaissortimentes. Zudem kann die optimale Futterzusammensetzung durch die Sortenwahl beeinflusst werden. Den Verzicht bzw. die Reduktion von Aminosäuresupplementierungen durch die Auswahl von besser geeigneten Sorten bietet somit den Landwirten ökonomische Vorteile in der Tierproduktion.


2) Etablierung einer Datengrundlage für die Sorteneinstufung beim Körnermais anhand des Proteingehaltes.
Ein wesentliches Ziel für Züchter und Sortenbewertung ist die Schaffung einer aktuellen Datengrundlage für Österreich auf Basis von definierten orthogonalen Daten. Hierzu werden Versuchsstandorte in den Hauptanbaugebieten sortenspezifisch beprobt und auf den Proteingehalt als Sortenbewertungskriterium analysiert. Es erfolgt die Einstufung der bestehenden Sorten und Sortenkandidaten im Merkmal Proteingehalt, die nach einer Ersteinstufung jährlich aktualisiert wird.


a) Veröffentlichung der Sorteneinstufungen in der Österreichischen Beschreibenden Sortenliste
Nach Beendigung der Prüfperiode, Prüfberichtserstellung, positiver Beurteilung durch die Sortenzulassungskommission und der Sortenzulassungsbehörde werden die Sorten mit ihren Eigenschaften in der BSL veröffentlicht. Die somit generierten Daten bedeuten einen Mehrwert für Züchter, die ihren Zuchtfortschritt auch anhand der Protein- und Aminosäuregehalte weiterentwickeln können, aber auch für die Landwirtschaftskammern und Landwirte, die detailliertere Information über das verfügbare Sortenspektrum erhalten.

3) Datengrundlage für die Beurteilung der Umweltvariabilität des Proteingehaltes und der Proteinqualität.
Mit den mehrortigen, orthogonalen, sortenspezifischen Ergebnissen und einem orthogonalen Sortenkern über drei Jahre können Sorten-, Standorts- und Jahreseinfluss auf diese Qualitätsparameter für das gesamte Körnermaisanbaugebiet quantifiziert werden.

4) Nachhaltigere Pflanzenproduktion und Tierproduktion durch effiziente Stickstoffnutzung

Eine optimale N-Düngung ist Voraussetzung für günstige Erträge, hohe Qualität. Allerdings besteht bei suboptimaler Versorgung die Gefahr, dass Stickstoff als Nitrat (NO3) oder als Lachgas (N2O) in die Atmosphäre abgegeben wird. Es ist daher das Ziel, dass ein möglichst großer Anteil des gedüngten Stickstoffs von den Pflanzenwurzeln aufgenommen und in der Pflanze optimal zur Proteinbildung verwendet wird, um dann mit dem Erntegut für den menschlichen Konsum oder für die Nutztierfütterung zur Verfügung zu stehen.

In der Pflanzenproduktion nimmt die N-Effizienz aufgrund der Düngerkosten einen hohen Stellenwert ein. Diese sinkt insbesondere wenn das wirtschaftliche Optimum überschritten wird. Der N-Entzug wird bei diesen Versuchen nicht mit dem Faktor von 13 kg N pro t Mais errechnet (Dersch 2018), sondern mit dem analytisch gemessenen N-Gehalt, der teilweise deutlich unter dem in der Tabelle verwendeten Wert liegt. Durch konkrete N-Untersuchungen kann daher die N-Effizienz standort- und jahresspezifisch ermittelt werden.

Proteinimbalanzen führen im tierischen Organismus aufgrund der niedrigeren biologischen Wertigkeit zur geringeren Verwertung. Die Aminosäuren werden über die Niere zu Harnstoff abgebaut und in die Umwelt ausgeschieden. Hohe Mengen an Harnstoff im Urin, die mit der Gülle ausgebracht werden, tragen maßgeblich zur Stickstoffbelastung der Umwelt bei. Aus ökologischer Sicht ist es erforderlich, durch gezielte Ergänzung und Kombination verschiedener Futterproteine oder durch den Einsatz spezifischer Einzelaminosäuren den Futterwert zu optimieren um eine Minimierung der Stickstoff-Ausscheidungen zu erreichen. Dies gelingt nur dann, wenn durch die Fütterung der Bedarf an essentiellen Aminosäuren gedeckt wird, aber gleichzeitig kein Überschuss entsteht. Mit diesem Projekt werden Bausteine für eine nachhaltige Pflanzen- und Tierproduktion gelegt.

5)Entwicklung von Screeningverfahren auf NIRS-Basis
Die über drei Jahre erhobene Datenmenge leistet einen Beitrag zur Etablierung von Screeningverfahren zur raschen Bestimmung von Protein und Aminosäuren in Körnermais. Rund 100 Proben pro Jahr sind hierzu notwendig um robuste Kalibrationen hierzu erstellen zu können. Die entwickelten Kalibrationen dienen dazu, um in weiterer Folge für die Mehrleistung in der Sortenwertprüfung kostengünstige Verfahren anbieten zu können.

Praxisrelevanz

Bedeutung des Projekts für die Landwirtschaft: Reduzierte Futterkosten
Mais hat in der österreichischen Schweine- und Geflügelproduktion eine überragende Bedeutung, da er das am häufigsten eingesetzte wirtschaftseigne Grundfutter stellt. Laut AMA-Getreidebilanz 2017 werden mehr als die Hälfte des in Österreich angebauten Körnermaises für Fütterungszwecke verwendet. In der Tierproduktion nehmen die Futterkosten bis zu 50% der Gesamtkosten ein, nur durch eine gut abgestimmte Fütterung, kann der Landwirt wirtschaftlich rentabel produzieren. Durch die Fütterung von zu wenig oder minderwertigen Proteinen entsteht ein Mangel an essentiellen Aminosäuren im Organismus. Dies führt sehr rasch zu vermindertem Wachstum, Leistung und Futteraufnahme und es kommt für den Landwirten zu ökonomischen Verlusten. Die Maisproteinqualität ist für Schweine und Geflügel nicht besonders hoch, da es besonders geringe Mengen an den essentiellen Aminosäuren Lysin und Tryptophan enthält. Deshalb muss über den Eiweißfutteranteil und deren Ergänzung mit Aminosäuren die Aminosäureversorgung in der Ration abgesichert werden. Die Futterkosten für die Schweinemast belaufen sich bei maisreichen Rationen aktuell auf 57,5 € pro Mastschwein (https://idb.awi.bmlfuw.gv.at/schweinemastkonv.html). Eine Auswertung des Arbeitskreise für Schweinehaltung zeigte, dass im Jahr 2015 zwischen den Betrieben die Futterkosten je Mastschwein um etwa 6,4 € variierten also um mehr als 10% der gesamten Futterkosten. Genau dieser Unterschied ist ein wesentlicher Aspekt und entscheidend für die betriebliche Rentabilität (LK NÖ 2017a). Schafft man es, den Futterverbrauch je Mastschwein um 10 kg zu reduzieren, sinken die Futterkosten um circa 1,9 € pro Tier (LK NÖ 2017b). Diese Senkungen schafft man jedoch nur, wenn die Fütterung nachhaltig gestaltet ist, was bedeutet, dass die Proteinqualität der Futterration der Tierart angepasst ist. Dazu benötigt der Landwirt aktuelle Werte, die die tatsächliche Maisqualität im österreichischen Maissortiment wiederspiegeln. Da die Schweineproduktion in Österreich mit einem Produktionswert von 700 bis über 800 Millionen € deutlich mehr als 10% des Produktionswertes des gesamten landwirtschaflichen Sektors repräsentiert, ist besonders in diesem Bereich die Thematik einer optimierten Versorgung von ökonomischer Relevanz (Produktionskonto Landwirtschaft/Statistik Austria).

Bedeutung des Projekts für die Umwelt: Verminderte Stickstoffbelastung
In den kommenden Jahren wird die Bedeutung des Maisanbaus steigen, da es aktuell keine alternativen Kulturarten mit vergleichbarer Effizienz gibt, die ähnlich hohe Erträge einbringen. Umso wichtiger ist daher die Forderung nach einer nachhaltig gestalteten Produktion. Laut einer Studie des Deutschen Maiskomitees zum Thema Nachhaltigkeit landwirtschaftlicher Betriebe mit Maisanbau ist nachhaltiger Maisanbau (Schutz von Boden, Luft und Wasser) durchaus möglich, sofern man die Düngung an den Nährstoffbedarf der Pflanze und die Standortbedingungen anpasst (Entrup et al. 2011). Der Einsatz von N-Dünger zur Steigerung von Erträgen und Qualität ist gängige Praxis in der Landwirtschaft, wobei der bedarfsgerechte Einsatz entscheidend ist, um einen überhöhten Stickstoffeintrag in die Umwelt zu vermeiden. Wird mehr gedüngt als von den Pflanzen entzogen wird, kann dieser ausgetragen werden und gefährdet als Nitrat das Grundwasser oder hat- in Form von Lachgas- als Treibhausgas Auswirkungen auf das Klima.
Ziel ist daher, dass ein möglichst großer Anteil des gedüngten Stickstoffs von den Pflanzenwurzeln aufgenommen und zur Proteinbildung verwendet wird. Durch eine standortangepasste angepasste Düngung, können außerdem Kosten gespart werden. In der Pflanzenproduktion nimmt die N-Effizienz aufgrund der Düngerkosten einen hohen Stellenwert ein. Diese sinkt insbesondere wenn das wirtschaftliche Optimum überschritten wird. Der N-Entzug bei Mais wird üblicher Weise mit einem festgelegten Faktor errechnet. Ziel ist bei diesem Projekt standortspezifische N-Effizienzen zu berechnen, da der Verdacht besteht, dass der N-Entzugsfaktor teilweise deutlich unter dem in der Tabelle verwendeten Wert liegt.

Die Gestaltung einer Futterration, die auf das Tier optimiert ist, ist ökologisch notwendig. Sowohl ein Überangebot als auch eine Unterversorgung an essentiellen Aminosäuren wirkt sich negativ auf eine nachhaltige Fütterung in der Landwirtschaft aus. Ein Eiweißüberschuss hat eine verstärkte Harnstoffsynthese zur Folge. Der ausgeschiedene und mit der Gülle ausgebrachte Harnstoff trägt wesentlich zur N-Belastung der Umwelt bei. Eine Anpassung der Eiweißversorgung an den tatsächlichen Bedarf des Tieres, sowie die Optimierung der Aminosäure-Zusammensetzung im Futter sind wichtig, N-Ausscheidungen zu minimieren und die N-Belastung in der Umwelt zu senken.


Berichte

Abschlussbericht

Das Pro­jekt Mais-XP dien­te der Neu­be­wer­tung des Pro­te­in­ge­hal­tes für Kör­ner­mais. Hier erfolg­te die Eva­lu­ie­rung der Pro­te­in­ge­hal­te und Ami­no­säu­ren­ge­hal­te. Die Ergeb­nis­se nut­zen den Füt­te­rungs­be­ra­tern und Land­wir­ten die Zusam­men­set­zung des Mais­pro­te­ins bes­ser zu bewer­ten. Es zeigt sich, dass in Abhän­gig­keit der Anbau­re­gi­on die Pro­te­in­ge­hal­te im Mit­tel der Ern­te­jah­re 2018 – 2020 zwi­schen 8,0 und 8,8 % lie­gen. Die Ami­no­säu­ren­ge­hal­te ver­hal­ten sich aber in Bezug auf den Pro­te­in­ge­halt rela­tiv sta­bil und erlau­ben so einen Rück­schluss auf die Aminosäuren-Zusammensetzung. Eine Über­sicht über die Gehal­te und Zusam­men­set­zung der Pro­te­in­frak­ti­on wur­de erar­bei­tet. Zudem erfolg­te durch Regres­si­on ein Vor­schlag für die kal­ku­la­to­ri­sche Ermitt­lung der Aminosäurengehalte. Für die Sor­ten­wert­prü­fung wur­de einen Vor­schlag für das Merk­mal Pro­te­in­ge­halt für die Imple­men­tie­rung in die Beschrei­ben­de Sor­ten­lis­te erar­bei­tet. Zu beach­ten ist jedoch, dass Sor­ten der frü­hen Rei­fe­grup­pen und hohen Pro­te­in­ge­hal­ten bevor­zugt wer­den. Zur ver­bes­ser­ten Über­sicht wer­den die Sor­ten je Pro­te­in­ge­halt und –ertrag rei­fe­grup­pen­spe­zi­fisch dar­ge­stellt. Die ein­fa­che gra­phi­sche Dar­stel­lung ermög­licht den Anwen­dern sowohl ertrags­star­ke als auch pro­te­in­rei­che Sor­ten auszuwählen. Zudem wur­den die Jah­res­ein­flüs­se des sehr früh­rei­fen Ern­te­jah­res 2018 sowie der eher spä­te­ren Ern­te­jah­re 2019 und 2020 bewertet. Im Rah­men der Über­ar­bei­tung der Richt­li­ni­en für eine sach­ge­rech­te Dün­gung Ertrags­la­gen, N‑Düngeempfehlungen und N‑Entzugswerte erneut dis­ku­tiert und ein Vor­schlag von Sei­ten der AGES vorgelegt. Die Bestim­mung von Roh­pro­te­in mit­tels NIRS wur­de ent­wi­ckelt um künf­tig rasch Ergeb­nis­se lie­fern zu kön­nen. Die Bestim­mung der Ami­no­säu­ren muss geson­dert dis­ku­tiert wer­den, da die Ami­no­säu­ren­ge­hal­te ins­ge­samt sehr sta­bil im Ver­gleich zum Pro­te­in­ge­halt sind und somit die kal­ku­la­to­ri­sche Abschät­zung meist aus­rei­chend ist. Durch das Pro­jekt Mais-XP ver­fügt Öster­reich nun ins­ge­samt über eine her­vor­ra­gen­de Daten­la­ge, die viel­fäl­tig von Land­wirt­schafts­kam­mern, Sor­ten­be­wer­tung, Dün­gungs­emp­feh­lun­gen oder Füt­te­rungs­emp­feh­lun­gen genutzt wer­den kann.

Anhänge

Dateiname

Endbericht_v1-upload.pdf

Beschreibung

Abschlussbericht Projekt Mais-XP

Abstract (deutsch)

Das Projekt Mais-XP diente der Neubewertung des Proteingehaltes für Körnermais. Hier erfolgte die Evaluierung der Proteingehalte und Aminosäurengehalte. Die Ergebnisse nutzen den Fütterungsberatern und Landwirten die Zusammensetzung des Maisproteins besser zu bewerten. Es zeigt sich, dass in Abhängigkeit der Anbauregion die Proteingehalte im Mittel der Erntejahre 2018-2020 zwischen 8,0 und 8,8 % liegen. Die Aminosäurengehalte verhalten sich aber in Bezug auf den Proteingehalt relativ stabil und erlauben so einen Rückschluss auf die Aminosäuren-Zusammensetzung.

Eine Übersicht über die Gehalte und Zusammensetzung der Proteinfraktion wurde erarbeitet. Zudem erfolgte durch Regression ein Vorschlag für die kalkulatorische Ermittlung der Aminosäurengehalte.

Für die Sortenwertprüfung wurde einen Vorschlag für das Merkmal Proteingehalt für die Implementierung in die Beschreibende Sortenliste erarbeitet. Zu beachten ist jedoch, dass Sorten der frühen Reifegruppen und hohen Proteingehalten bevorzugt werden. Zur verbesserten Übersicht werden die Sorten je Proteingehalt und –ertrag reifegruppenspezifisch dargestellt. Die einfache graphische Darstellung ermöglicht den Anwendern sowohl ertragsstarke als auch proteinreiche Sorten auszuwählen.

Zudem wurden die Jahreseinflüsse des sehr frühreifen Erntejahres 2018 sowie der eher späteren Erntejahre 2019 und 2020 bewertet.

Im Rahmen der Überarbeitung der Richtlinien für eine sachgerechte Düngung Ertragslagen, N-Düngeempfehlungen und N-Entzugswerte erneut diskutiert und ein Vorschlag von Seiten der AGES vorgelegt.

Die Bestimmung von Rohprotein mittels NIRS wurde entwickelt um künftig rasch Ergebnisse liefern zu können. Die Bestimmung der Aminosäuren muss gesondert diskutiert werden, da die Aminosäurengehalte insgesamt sehr stabil im Vergleich zum Proteingehalt sind und somit die kalkulatorische Abschätzung meist ausreichend ist.

Durch das Projekt Mais-XP verfügt Österreich nun insgesamt über eine hervorragende Datenlage, die vielfältig von Landwirtschaftskammern, Sortenbewertung, Düngungsempfehlungen oder Fütterungsempfehlungen genutzt werden kann.

Abstract (englisch)

The project Maize-XP aimed to re-evaluate the protein content for grain maize. The evaluation of protein contents and amino acid contents took place. The results help to evaluate the composition of corn protein by feed advisors and farmers. Depending on the growing region, protein contents vary from 8.0 to 8.8% on average for the crop years 2018-2020. However, the amino acid contents behave relatively stable in relation to the protein content and thus allow a conclusion to be drawn about the amino acid composition.

An overview of the contents and composition of the protein fraction was developed. In addition, a proposal for the calculatory determination of the amino acid contents was made by regression.

For the variety value test, a proposal for the characteristic protein content was developed for implementation in the Descriptive Variety List. It should be noted, however, that varieties of the early maturity groups with higher protein contents normally obtain a higher grading. For an improved overview, the varieties are presented per protein content and yield specific to the maturity group. The simple graphical representation allows users to select both high-yielding and high-protein varieties.

In addition, the annual influences of the very early-maturing crop year 2018 and the rather later crop years 2019 and 2020 were evaluated.

As part of the revision of the guidelines for proper fertilization, yield positions, N fertilizer recommendations and N withdrawal values were discussed again and a proposal was submitted by AGES.

The determination of crude protein by means of NIRS was developed in order to be able to provide rapid results in the future. The determination of amino acids has to be discussed separately, because the amino acid contents are overall very stable compared to the protein content and therefore the calculatory estimation is mostly sufficient.

Due to the maize-XP project, Austria now has an excellent data situation overall, which can be used in many ways by chambers of agriculture, variety evaluation, fertilization recommendations or feeding recommendations.

Autor/innen

Elisabeth Reiter, Carmen Wilhelmer, Klemens Mechtler, Magdalena Wagner, Maximilian Lippl, Oliver Alber, Georg Dersch, Hans Felder