Praktische Vorhersage der Energiegehalte von Futtermitteln für Milchkühe

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1 Praktische Vorhersage der Energiegehalte von Futtermitteln für Milchkühe Prof. Peter H. Robinson UC Cooperative Extension Institut für Tierwissenschaften University of California in Davis, CA Zusammenfassung Die Energiebewertung ist eine ganz entscheidende Größe in der Ernährung der Tiere. Das hier vorgestellte System aus Davis, Kalifornien, hat das Ziel, Energiegehalte von Futtermitteln vorher zu sagen, im Prinzip unabhängig von ihrer Herkunft. Das bedeutet, dass zunächst der Energiewert auf Basis des Erhaltungsniveaus bestimmt wird. Bei höheren Energieniveaus, wie bei Hochleistungstieren, geht die Verdaulichkeit auf Grund der höheren Passagerate zurück. Diese Depressionen in der Verdaulichkeit und im Energiewert sind in Form von Abzügen in diesem System enthalten. Ziel ist es dann, die Energiewerte bei verschiedenen Ernährungsniveaus anzugeben. Das System beruht auf Analysen, die in einem üblichen Labor durchgeführt werden können. Die Summe der Energie aus den verdaulichen Fetten, den verdaulichen Proteinen, den verdaulichen Faserkohlenhydraten und den verdaulichen Nichtfaserkohlenhydraten stellt die Gesamtenergie dar. Dann müssen die entsprechenden Abzüge für das höhere Ernährungsniveau bestimmt und die Energiewerte korrigiert werden. Entscheidend dabei ist, wie hoch der verdauliche Anteil der NDF ist, weil hier große Unterschiede zwischen den Futtermitteln existieren. Deshalb wird hierzu eine in-vitro-untersuchung durchgeführt. Für dieses Bewertungssystem existiert eine Excel-Version. Summary Prediction of energy content of feedstuffs for dairy cows Energy predictions play a very important role in feeding animals. The presented system of Davis, California, has the aim to predict the energy content of feedstuffs independent of their origin. At first it is to estimate the energy value on the basis of the maintenance level. At higher energy levels, i.e. high yielding cows, the digestibility is reduced caused 181

2 by higher passage rates. Depressions in digestibility and energy values has to be included in this system as deductions. The aim shall be to predict the energy content, for instance on the feeding level 3. The system bases upon several assays done by a common laboratory. Total energy results from the sum of the energy of digestible fats, digestible proteins, digestible fibre carbohydrates and non-fibre carbohydrates. Subsequently the relevant deductions for the higher energy level are to analyse and the energy content is to adjust. The level of NDF is important due to big differences between the ruminant feedstuffs and an in-vitro estimation is to carry out. An excel spreadsheet for the assessment exists Prof. Robinson Gerade die Energiebewertung ist eine ganz entscheidende Größe. Es sind sehr unterschiedliche Energiebewertungsverfahren in Anwendung. Ich möchte jetzt vorstellen, wie das Verfahren von unserer Arbeitsgruppe erarbeitet wurde, nämlich eine Methode, die für den Praktiker bereits anwendbar ist. Die Energie ist die entscheidende Größe, um zunächst das Potenzial der Leistung festzulegen. 182

3 Abb. 1 Energie der leistungsbestimmende Parameter Das Problem ist, dass die Energie nicht ohne weiteres im Labor bestimmt werden kann, sondern man muss die Umsetzung im Tier kennen. Dazu müssen entsprechende Methoden angewandt werden. Als Energie beschreiben wir zunächst die Möglichkeit, aus Stoffwechselprodukten entsprechend messbare Produkte, wie Milch und Fleisch und auf der anderen Seite auch die Körperwärme zu produzieren. Die Frage ist, wie man den Bedarf des Tieres bemisst. Man kann einerseits den Bedarf für die wirkliche Leistung angeben und andererseits für die angestrebte Leistung. Oft bestehen hierin Unterschiede von 10 % und mehr. Die Bewertung führt letzten Endes immer zu einem konkreten Wert, den man z. B. in MJ/kg Futter angibt. Das folgende Schema beschreibt, wie die Stufen der Energieumsetzung ablaufen. Abb. 2 Energieumsetzung Hier ist zunächst die Bruttoenergie, mit GE abgekürzt. Das ist die potenziell in dem Futter enthaltene Energie. Der sogenannte Brennwert. Die Nettoenergie (NE) ist die wirkliche Energie, die konkret in Form der Produkte, wie Milch oder Fleisch, vorliegt. 183

4 Das hängt sehr stark von den jeweiligen Umständen im Stall usw. ab. Alle Maßnahmen, die wir ergreifen, sei es bei der Silierung, die Kombination der verschiedenen Futtermittel, die Aufbereitungs- oder auch die Darreichungsform haben das Ziel, die Differenz zwischen Bruttoenergie und Nettoenergie möglichst gering zu halten, also wenig Verluste zu haben. Das Problem der Energieforschung ist, dass sie sehr viel Aufwand erfordert und wir müssen heute konstatieren, dass die goldenen Jahre der Energieforschung eigentlich die der 50er, 60er und 70er Jahre waren. Wir müssen heute in erster Linie auf Ergebnisse aus dieser Zeit zurückgreifen, wenn wir moderne Systeme beschreiben wollen. Diese Forschung aus jener Zeit hat in den USA auch das Nettoenergiesystem Milch (NEL) aus Beltsville hervorgebracht. Das war die entscheidende Arbeitsgruppe, die diese Dinge kreiert hat. Das kalifornische NE-System (NEG und NEM), was nicht zuletzt auf vergleichenden Ausschlachtungsversuchen basiert, ist auch in dieser Zeit angesiedelt und greift auf diese grundlegenden Daten zurück. Abb. 3 Höhepunkt der Energieforschung In dieser Zeit ist die grundlegende Arbeit in Deutschland, vor allem in Rostock und auf der anderen Seite in den Niederlanden von Herrn van Es durchgeführt worden, die die Basis unseres jetzigen NEL und NE-Systems bilden. Die Bestimmung der Energiegehalte im Futter ist an sehr vielen Orten in sehr vielen Arbeitsgruppen weltweit durchgeführt worden. In erster Linie wurde die Verdaulichkeit der Rationen, insbesondere an Schafen, bestimmt. In vielen Ländern der Welt ist man bei der verdaulichen Energie stehen geblieben. Die Frage, welche Stufe der Energieumsetzung man als Basis annimmt, wird in den Regionen der Welt unterschiedlich beantwortet. Generell existiert eine gewisse Differenz zwischen Europa auf der einen Seite und Nordamerika auf der anderen Seite. Wenn in erster Linie die Unterschiede in der Energielieferung des Futters die Basis sind, ist die ME von Vorteil. Das ist der Grund, warum in weiten Teilen Europas die ME den Vorzug erhält, insbesondere auch in der Region Großbritannien. In Nordamerika ist man der Frage nachgegangen, was ist an Energie im Produkt, also in der Milch und im Fleisch? Dann ist klar, dass hierbei die Nettoenergie von Vorteil ist. Letztendlich muss man für alle Systeme, die man anwenden will, die entsprechenden Werte am Tier mes- 184

5 sen. Das System der Universität in Davis, das jetzt vorgestellt wird hat das Ziel, die Vorhersage der Energiegehalte zu treffen und das für alle Futtermittel. Und zwar unabhängig, woher die Futtermittel stammen. Abb. 5 Zielstellung des Systems zur Vorhersage der Energiegehalte der Universität Davis Das beinhaltet grundsätzlich, dass man zunächst den Energiewert ME und NEL für die Situation des Erhaltungsniveaus bestimmt. Bei höheren Fütterungsniveaus, wie beispielsweise bei hochleistenden Tieren, geht die Verdaulichkeit auf Grund der unterschiedlichen Passagerate zurück und diese Depressionen in der Verdaulichkeit im Energiewert sollen in Form der Abzüge in diesem System enthalten sein. Das Ziel wäre, dass die Energiewerte ergänzend bei dem dreifachen Erhaltungsniveau liegen. Das dreifache Erhaltungsniveau ist etwa das Fütterungsniveau bei den Milchkühen in den USA. Es sollte so sein, dass das System auf Analysen basiert wie sie in einem üblichen Labor durchführbar sind, wobei diese Analysen entsprechend futterspezifisch zur Auswertung gelangen sollen. Dieses System soll so anwenderfreundlich sein, dass es in der Praxis, insbesondere in Futtermittelfirmen oder auch im Beratungsbereich anwendbar ist. Hierfür bietet sich zum Beispiel eine Excel-Version an. Es gibt verschiedene Methoden, die Energiewerte abzuleiten. Es gibt grundsätzlich zwei Ansätzen. Zum einen führt man Versuche am Tier durch, berechnet die Nährstoffe im Futter uns erstellt dann entsprechende Regressionsgleichungen. So verfährt man in Europa. Abb. 6 Ermittlung der Energiegehalte von Futter mitteln 185

6 Dieser andere, faktorielle Ansatz geht von Annahme aus, dass es gewisse Nährstoffklassen in den Futtermitteln gibt. Denen ordnet man definierte Energiewerte zu und kann auf der Basis der Analysedaten die entsprechende Gesamtenergie berechnen. Im konkreten hier vorgestellten System wird angenommen, dass die Summe der Energie aus den verdaulichen Fetten, den verdaulichen Proteinen, den verdaulichen Faserkohlenhydraten und den verdaulichen Nichtfaserkohlenhydraten die Gesamtenergie darstellt. Man postuliert vier Unterscheidungen, um zunächst den verdaulichen Anteil abschätzen zu können. Bei diesem Vorgehen schätzt man zunächst die Energielieferung ab, um die verdauliche Energie beim Erhaltungsniveau zu ermitteln und daraus lässt sich mit entsprechenden Gleichungen auch die ME und die NEL berechnen. Der nächste Punkt ist, dass man die bereits angesprochenen Abzüge für das höhere Ernährungsniveau bestimmt und mit diesen Abzügen dann die korrigierten ME und NEL-Werte kalkulieren kann, wie sie bei dem entsprechenden Fütterungsniveau zutreffend sein sollten. Abb. 7 Energiegehalte von Futtermitteln Jetzt zu den einzelnen Fraktionen, die vorhergesagt werden. Beim Fett nutzt man die weltweit übliche Ätherextraktion zur Analyse. Abb. 8 Bestimmung des Fett- Gehaltes von Futtermitteln Es wird unterstellt, dass vom analysierten Fett grundsätzlich 98 % bei Erhaltungsniveau verdaulich sind. Zusätzlich wird unterstellt, dass nicht alles was bei der Extraktion erfasst wird, wirklich Fett ist. Wachse und ähnliches machen einen Anteil von etwa 1 % in allen Futtermitteln aus. Beim Protein wird der Stickstoffgehalt analysiert. Der N-Gehalt wird mit 6,25 multipliziert und man erhält dann den Wert für das Rohprotein, wie es weltweit Standard ist. 186

7 Abb. 9 Bestimmung des Rohproteingehaltes von Futtermitteln Es geht darum, die wahre Verdaulichkeit des Proteins abzuschätzen. Dazu wird das säureunlösliche Rohprotein bestimmt, hier abgekürzt mit ADICP. Es werden keine Tierversuche durchgeführt und es wird unterstellt, dass die Verdaulichkeit 98 % beträgt. Zu den Faserkohlenhydraten. Als Basis wird die Gesamtheit der NDF herangezogen. Abb. 10 Bestimmung des Gehaltes von Faserkohlenhydraten in Futtermitteln Bei der NDF ist es wichtig, die Methodik so zu standardisieren, dass man auf die Analyse der Asche verzichtet und mit Natriumsulfit und Amylase aufschließt. Entscheidend ist, dass man abschätzt, wie hoch die verdauliche NDF ist. Denn zwischen Futtermitteln gibt es große Unterschiede, insbesondere beim Grundfutter. Hierzu wird eine Invitro- Untersuchung durchgeführt mit dem Ziel, den Anteil nach dreißig Stunden Inkubation zu erfassen, der verschwunden ist. Dieser verschwundene Anteil ist die verdauliche NDF. Diese 30 Stunden stehen am besten in Beziehung zu dem, was tatsächlich in den Vormägen der Tiere abläuft. Darum geht es ja hier auch. Die vierte Fraktion, die Nichtfaserkohlenhydrate, unter die Stärke und Zucker fallen, wird berechnet, in dem man von 100 % die Asche, das Rohprotein, das Fett und die NDF abzieht. Das sind alle die bereits vorher analysierten Größen. Dabei wird unterstellt, dass die Verdaulichkeit der Nichtfaserkohlenhydrate 98 % beträgt. 187

8 Abb. 11 Bestimmung der Nichtfaserkohlenhydrate von Futtermitteln Diese Folie, die sie jetzt sehen ist Teil einer Folie, die später in Gänze gezeigt wird und mit deren Hilfe die Berechnungen durchgeführt werden. Abb. 12 Vorhersage der Energiegehalte von Futtermitteln Hier sind die für die Energie-Berechnung angegeben erforderlichen Parameter aufgelistet. Gezeigt werden die Größen einer Standardgrassilage, wie sie in Nordamerika üblich ist. Sie unterscheidet sich erheblich von unseren, da sie später geschnitten wird. Wie bereits angesprochen, wird die verdauliche Energie mit diesem Programm kalkuliert und anschließend entsprechend die ME und NEL beim Erhaltungsniveau berechnet. Das nächste ist die Schätzung des Energieabzuges, um korrigierte ME- und NEL-Werte bei Futteraufnahme oberhalb der Erhaltung zu berechnen. 188

9 Abb. 13 Vorhersage der Energiegehalte von Futtermitteln basierend auf Analysen Im umrandeten Bereich sind die errechneten Werte blau dargestellt. Für die verdauliche Energie DE, für die umsetzbare Energie und die Nettoenergie-Laktation, hier beispielhaft für eine Grassilage. Die Werte sind mit 5,2 bis 5,9 MJ NEL relativ niedrig. Das liegt an dem relativ hohen NDF-Gehalt, also einem späten Schnitt. Aber sie sehen auf der anderen Seite, dass die Verdaulichkeit der NDF bei den drei Grassilagen unterschiedlich ist und das macht dann auch die Unterschiede in den Energiewerten aus. Aber wie gesagt, das ist jetzt auf Erhaltungsniveau kalkuliert. Jetzt geht es im nächsten Schritt darum, wie die Dinge sich anpassen, wenn man korrigiert. Der nächste Schritt ist, die entsprechenden Abzüge zu kalkulieren. Sie entstehen dadurch, dass wir ein sehr hohes Fütterungsniveau bei unseren Tieren haben bei hohen Leistungen. Das ist nur dadurch möglich, dass das Futter im Prinzip schneller den Vormagen passiert. Durch die schnellere Passage geht die Verdaulichkeit zurück und das ist unterschiedlich je nach Art des Futters. Abb. 14 Energieabzug 189

10 Durch die schnellere Passage, also die kürzere Zeit, die für die Verdauung zur Verfügung steht, werden theoretisch alle Nährstoffe in der Verdaulichkeit reduziert. Da aber die Stärke oder auch das Fett sehr schnell abgebaut werden, ist in erster Linie der Faseranteil (NDF) betroffen ist. Es existieren sehr große Unterschiede. Bei der Faser bestehen wenig Möglichkeiten, das nicht im Vormagen umgesetzte NDF später noch in Dünn- und Dickdarm nutzbringend zu verdauen. Abb. 15 In diesem Schema wird gezeigt, wie der Einfluss des Fütterungsniveaus (das ist das was unten mit dem 0 bis 5 beschrieben ist) sich auswirkt auf den Gehalt an verdaulicher Energie. Das ist hier für zwei typische Futtermittel angegeben. Sie sehen, dass das mit linearen Funktionen beschrieben wird. Das interessante an diesem konkreten Beispiel ist, dass bei Erhaltungsniveau 1, also bei Erhaltungsbedarf die Energiegehalte von beiden Futtern gleich sind. Mit zunehmenden Fütterungsniveau sind die Absenkungen in der Verdaulichkeit und somit dem Energiewert unterschiedlich. Man könnte sich zum Beispiel vorstellen, dass diese untere Gerade mehr ein Gras betrifft und die obere mehr eine Leguminose, denn da ist das Verhalten z. B. etwas unterschiedlich. Man macht hier die entsprechende Regression, wie sie dort beschrieben ist und geht dann aus von dem Wert, der bei Erhaltungsniveau sich ergibt und dann ist die zweite Ziffer, die vor dem Erhaltungsniveaufaktor steht der Faktor, der angibt, wie die Steigung der Geraden ausfällt. Die praktische Bedeutung dieser Sache ist für Futter, bei dem die Verdaulichkeit stärker zurückgeht, dass die sich natürlich weniger gut für hochleistende Milchkühe eignen. 190

11 Abb. 16 Vorhersage der Energiegehalte von Futtermitteln basierend auf Analysen Hier ist jetzt wieder das Beispiel mit den drei Grassilagen, die sich bei gleichem NDF-Gehalt nur in der Verdaulichkeit der NDF unterschieden. Sie sehen hier in dem ersten eingekreisten Bereich den prozentualen Rückgang der Energie bezogen auf Anstieg um ein Erhaltungsniveau. Das ist hier bei dem ersten, Grassilage z. B. 9,9 % und bei der letzteren, die höher verdaulich ist, die eine weniger stark verholzte Pflanze ist, hat nur 8,3 %. 191

12 192 Abb. 17 Und hier sehen sie, wie sich das Ganze konkret auswirkt. Hier sind jetzt in dem ersten Kreis, die NEL-Werte bei Erhaltungsniveau 3 angegeben und sie können sich noch erinnern, wir hatten vorher Energiewerte, die erheblich über 5 MJ NEL lagen und jetzt liegen wir zwischen 4,2 und 4,9 MJ NEL. Das sind schon erhebliche Differenzen. Jetzt ist hier dieses original Excel-Arbeitsblatt. Ich möchte jetzt gern die Sache in der Art etwas anpassen, dass wir eine gute Grassilage wie sie hier so wäre, eingeben und was das für Effekte hat.

13 Wenn man die Werte konkret ändert, dass sie sich entsprechend erhöhen, z. B. wenn die organische Masse nicht 90 % sondern 92 % beträgt, weniger Asche, Fettgehalt statt 3 % 4 %, Proteingehalt 15 auf 18 % angehoben, dass man davon ausgehen kann,dass der NDF-Gehalt nur bei 45 % liegt. 45 % NDF, das ist im Prinzip so eine klassische Grassilage, die 6,3 MJ NEL enthält, die etwa 24 % Rohfaser hat. Das sind Dinge die in etwa korrespondieren. Es sind dann für diese auch eine Verdaulichkeit der NDF von 55 % angegeben. Und wir haben noch einen sehr schönen hohen NEL-Gehalt. Wir kommen jetzt hier auf einen sehr hohen Energiegehalt. Das Beispiel soll ihnen nur zeigen, wie die Dinge sind. Aber sie sehen auch hier, dass die Differenz des kalkulierten Energiegehalts bei NEL bei 1 Erhaltungsniveau bei 7,3 gegenüber 3 Erhaltungsniveau 6,4 immerhin 0,8 MJ ist. Bei anderen Futtermitteln z. B. Kraftfutterstoffe sind die Dinge erheblich geringer und das erlaubt dann eine bessere Kalkulation. Abb. 18 Zusammenfassung Man kann auf Basis von Analysedaten, wie es hier beschrieben ist ganz klar die Energiewerte bestimmen. Man muss natürlich einräumen, dass man bei dieser Art von Kalkulation Annahmen machen muss bezüglich der Verdaulichkeit.Der Energieabzug für das unterschiedliche Fütterungsniveau ist auch auf Basis von Analysedaten möglich, wobei man sich immer darüber im klaren sein sollte, die wichtigste Einflussgröße auf diesen Bereich, nicht nur auf den Energiewert an sich sondern auch auf den Abzug ist die Frage, wie viel Faserkohlenhydrate vorhanden sind und wie sind sie beschaffen. Wenn man diese beiden Dinge hat, dann kann man auch die Energiewerte für das jeweilige Fütterungsniveau, was man haben will, entsprechend kalkulieren. Selbstverständlich kann man einmal das standardisiert haben auf dieser Basis dreifacher Erhaltungsbedarf. Aber die Zahlen eignen sich auch sehr gut um das weiter zu extrapolieren z. B. in das vierfache des Erhaltungsbedarfs, um auch sehr hochleistenden Tieren gerecht zu werden. 193

14 Abb. 19 Die Informationen können sie hier abrufen. Ich bedanke mich recht herzlich für ihre Aufmerksamkeit. Diskussion: Dr. Spiekers Ist dieses System insbesondere auch für Grassilagen anwendbar? Dort waren ja relativ hohe Werte. Wir würden so ja nicht 7,2 MJ NEL schätzen bei den Werten. Ich denke das muss man genauer sehen. Antwort Diese Dinge sind an Grassilagen mitentwickelt worden, vornämlich Grassilagen auch aus dem Vereinigten Königreich, weniger aus Deutschland. Aber ich denke, dass ein sehr enger Bezug zu den Dingen ist, die wir hier vorgestellt haben. Dr. Schröder Ich habe eine Frage an Herrn Spiekers. Wie sehen sie die Möglichkeiten, dass unser deutsches System gerade hinsichtlich der Ernährungsniveaus mal angepasst wird. Dr. Spiekers Diese Dinge, meine ich, muss man sehr wohl diskutieren. Wir sind ja auch in Diskussion mit den Wissenschaftlern dazu. Da ist der Ausschuss für Bedarfsnormen nicht zuletzt gefragt. Herr Flachowsky als Vorsitzender vom Ausschuss für Bedarfsnormen ist vor zwei Jahren, als wir in Köln Auweiler zum Symposium waren, mal auf diese Dinge eingegangen und hat dazu auch ein entsprechendes Papier erstellt. Die konkrete Frage ist eben, wie viel Differenzierung haben wir zwischen den Rationen. Wo ist die große praktische Relevanz. Aber ich denke, die Dinge, die Herr Robinson dargestellt hat, sollten sicherlich Anlass sein, auch mit diesem System mal unsere Dinge zu kalkulieren und zu sehen wie unter unseren Bedingungen sich dann andere Entscheidungen ergeben. Für mich, als Vertreter der Beratung, ist entscheidend, wenn wir hier erhebliche Differenzen haben und andere Entscheidungen treffen würden, im Pflanzenbau als auch in der konkreten Rationsgestaltung, dann sollten wir auf einer Beratung darauf drängen, dass man so etwas dann auch einführt. Ich denke, das sollte man als Basis dieser Dinge jetzt ein bisschen kalkulieren um zu sehen wo ist da die Notwendigkeit. Da möchte ich alle, die da mithelfen können auch dazu einladen, das zu tun. 194