Bedeutung der Struktur

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1 Bewertung von Futtermitteln & Milchviehrationen anhand von NDF, ADF und NFC Josef Menge Deutsche Vilomix Tierernährung GmbH 1. Einleitung Um das Leistungsvermögen der Milchkühe als Folge des Zuchtfortschritts unter Berücksichtigung einer wiederkäuergerechten Fütterung nutzen zu können, ist die genaue Kenntnis der Abläufe im Verdauungssystem des Wiederkäuers und der daraus resultierenden Anforderungen unerlässlich. Der Stellenwert einer objektiven Bewertung von Futtermitteln und Milchviehrationen soll hier anhand der Bedeutung der Strukturbewertung von Futtermitteln und Milchviehrationen mittels NDF, ADF und NFC aufgezeigt werden. Die Bereitstellung einer angemessenen Strukturversorgung in Milchviehrationen durch angepasste Komponentenwahl wird durch den Einfluss der Strukturversorgung auf die Gesundheit und Leistungsfähigkeit des Pansens und folglich der Milchkühe unterstrichen. Abbildung 1 zeigt die wichtigsten Einflussbereiche der Strukturversorgung auf. Abb. 1 Bedeutung der Struktur Entscheidend für die Gesundheit und Leistungsfähigkeit des Pansens und folglich der Kühe Pansenazidose (subakute [SARA] oder akute) Futteraufnahme & -verwertung Lahmheiten/ Klauenerkrankungen Milchleistung & -zusammensetzung Körperverluste & unerklärte Durchfälle COPYRIGHT DEUTSCHE VILOMIX TIERERNÄHRUNG GMBH SEITE 1 VON 13

2 2. Hintergrund Vormagensystem Wiederkäuer KASKE (2000) schreibt, dass sich Wiederkäuer im Laufe der Evolution zu Spezialisten für die Verwertung von minderwertigem Futter entwickelt haben und sich ihre Verdauungsstrategie im Laufe der Evolution als sehr erfolgreich erwiesen hat. Dies spiegele sich vor allem darin wider, dass Wiederkäuer nahezu alle Klimazonen der Erde besiedeln. Wiederkäuer sind in der Lage, Gräser als Futtergrundlage besonders effizient zu nutzen. Dies ist insofern eine beachtenswerte Leistung, da Gräser aufgrund ihres hohen Anteils an Gerüstsubstanzen (u. a. Cellulose, Hemicellulose und Lignin) und häufig geringen Proteingehalten ein minderwertiges Futter darstellen (KASKE 2000). Das Vormagensystem der Wiederkäuer, insbesondere der Pansen, führt zu wesentlichen Besonderheiten im Hinblick auf deren Verdauungsphysiologie. Die aufgenommene und wiedergekaute Nahrung gelangt zunächst in den Pansen und unterliegt dort erheblichen mikrobiellen Ab- und Umbauprozessen (PÜSCHER & SIMON 1998; VAN SOEST 1994). Das mikrobielle Ökosystem im Pansen und der Wiederkäuer stellen eine Symbiose dar. Beide Partner sind auf die Leistungen des Anderen angewiesen. Das Wirtstier, der Wiederkäuer, sichert den Mikroorganismen eine konstante Körpertemperatur, die Substratbereitstellung aus aufgenommener Nahrung sowie die Aufrechterhaltung des Fließgleichgewichtes durch Speichelsekretion, Flüssigkeits- sowie Partikelumsatz. Im Gegenzug werden dem Wiederkäuer, als Wirtstier, durch die Mikroorganismen und deren Fermentations- und Syntheseleistungen hochwertige Nährstoffe zur Verfügung gestellt (BREVES & LEONHARD-MAREK 2000). Bei den im Pansen stattfindenden Um- und Abbauprozessen fallen eine Reihe von verschiedenen Produkten an. Hierbei handelt es sich vor allem um die kurzkettigen Fettsäuren, Acetat, Propionat und Butyrat sowie um die Gärgase Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) und Methan (CH 4 ), welche durch Erruktion ausgeschieden werden können (ENGELHARDT & BREVES 2000). COPYRIGHT DEUTSCHE VILOMIX TIERERNÄHRUNG GMBH SEITE 2 VON 13

3 Abbildung 2 zeigt schematisch den Aufbau des Vormagensystems des Wiederkäuers. Bereits hier wird die Komplexität des Verdauungsapparates der Wiederkäuer deutlich. Abb. 2 Magensystem Speiseröhre Futter Pansen gasförmige Phase Dünndarm Netzmagen Blättermagen flüssige Phase Pansen Labmagen modifiziert nach ANONYMUS (2008) COPYRIGHT DEUTSCHE VILOMIX TIERERNÄHRUNG GMBH SEITE 3 VON 13

4 3. Stoffwechselleistungen Wiederkäuer Unter Berücksichtigung der Stoffwechselleistungen, welche täglich von einer Milchkuh vollbracht werden, wird schnell deutlich, dass die Fütterung neben einem artgerechten Haltungssystem wohl der wichtigste Mosaikstein der Milchkuhhaltung ist. Diese enorme Leistung wird am ehesten durch die Betrachtung der Blutmengen deutlich, welche täglich durch das Euter fließen müssen, um die gewünschte Milchmenge produzieren zu können. Um ein kg Milch zu produzieren müssen etwa 400 l Blut durch das Eutergewebe strömen. Bei einer Milchmenge von ca. 40 kg pro Tag entspricht dies l Blut. Dieser Zusammenhang wird in Abbildung 3 graphisch verdeutlicht. Abb. 3 Stoffwechselleistung der Wiederkäuer Durch das Eutergewebe fließen täglich ca.... Ltr. Blut für die Produktion von... kg Milch TIERERNÄHRUNG GmbH TIERERNÄHRUNG GmbH TIERERNÄHRUNG GmbH 25 N. B.: Ltr. Blut im Tierkörper; ca. 400 Ltr. Blut je kg Milch COPYRIGHT DEUTSCHE VILOMIX TIERERNÄHRUNG GMBH SEITE 4 VON 13

5 4. Einflussfaktoren auf die Strukturversorgung Zu Beginn einer Laktation finden eine Reihe von schnell ablaufenden Veränderungen für die Milchkuh statt. Die Futteraufnahme geht vor dem Abkalben auf bis zu 30% des maximalen Trockenmasseaufnahmevermögens zurück. Um den Bedarf mit Nährstoffen sicherzustellen, muss die Nährstoffkonzentration in der Ration erhöht werden. Dies geht ab einem gewissen Punkt nur auf Kosten der Strukturversorgung. Hierdurch steigt die Gefahr einer Strukturunterversorgung stark an. Dieses Risiko bleibt über den Laktationsverlauf in Abhängigkeit vom Leistungsniveau mehr oder weniger lange bestehen. Bei hohen Leistungen länger als bei geringeren Leistungen, abhängig von der Rationsgestaltung. Abbildung 4 gibt einen Überblick über diese Wechselbeziehungen. Abb. 4 Bedeutung der Struktur Energie MJ NEL/ Tag TM-Aufnahme kg/tag Steingaß, STEINGAß, Zebeli, ZEBELI 2008 (2008) COPYRIGHT DEUTSCHE VILOMIX TIERERNÄHRUNG GMBH SEITE 5 VON 13

6 5. Definition Struktur Der Begriff der Struktur wurde bereits mehrfach benutzt ohne hierauf näher einzugehen. Unter Struktur, besser Futterstruktur, versteht man allgemein eine mechanisch wirksame Eigenschaft eines Futtermittels. Diese Eigenschaft beruht auf der Partikellänge sowie der Partikelhärte, beeinflusst durch natürliche und Erntetechnik abhängige Faktoren des Futtermittels. Diese mechanische Eigenschaft unterstützt die Pansenmotorik und regt die Wiederkauaktivität der Milchkuh und folglich die Speichelproduktion an. Der entstehende Speichel puffert die im Pansen gebildeten Säuren in einem gewissen Rahmen ab. Dieser Abpufferung sind jedoch Grenzen gesetzt (vgl. Abbildung 5). Eine unzureichende Bereitstellung an strukturiertem Futter und somit eine ungenügende Aufnahme hat die Absenkung des ruminalen ph-wertes unter den physiologischen Bereich zur Folge. Als Folge hieraus kommt es zu einem Rückgang des Milchfettgehaltes, der Futteraufnahme sowie der Leistung. Als Begleiterkrankungen können Labmagenerkrankungen, Leberschäden, Klauenerkrankungen und Eutererkrankungen auftreten. Abb. 5 Säure- und Pufferproduktion meq/tag Säure Produktion Puffer Produktion RFOM: Pansen fermentierbare organische Substanz (kg/tag) Shaver, Universitat Wisconsin, Madison (USA) COPYRIGHT DEUTSCHE VILOMIX TIERERNÄHRUNG GMBH SEITE 6 VON 13

7 6. Strukturbewertungssysteme Die Fülle an verschiedenen Systemen (Abbildung 6) zeigt, dass der Strukturbewertung eine zentrale Rolle in der wiederkäuergerechten Fütterung von Milchkühen zukommt. Sie zeigt aber auch, dass bisher noch nicht DAS System gefunden werden konnte. Die GfE stellt 2001 in ihren Empfehlungen fest, dass gegenwärtig kein ausgereiftes System der Bewertung der Strukturwirksamkeit der Futtermittel vorliegt und die Richtwerte derzeit nur zur Orientierung herangezogen werden können. Dieses wurde 2008 durch STEINGASS und ZEBELI bestätigt. STEINGASS und ZEBELI (2008) stellten fest, dass z. B. im System der strukturwirksamen Rohfaser (HOFFMANN, 1990) keine verbindlichen Werte für verschiedene Futtermittel festgelegt zu sein scheinen, so dass es schwer falle, einheitliche Zahlen anzugeben. Dies wird mit Beispielen belegt. Nach LOBSIGER (2008) stellt Südekum fest, dass es auch, wenn man nach bestem Wissen und Gewissen arbeite und die aktuellsten Methoden anwende, nach wie vor erhebliche Unsicherheiten betreffend der Empfehlungen für eine optimale Fütterungsplanung gebe und dass der Weg zu einer neuen, standardisierten und amtlich anerkannten Methode in der Futtermittelbewertung noch weit sei. Jedes System hat sicherlich eine Reihe von Vorteilen aber auch Nachteile, welche je nach Rationstyp mehr oder weniger zum Tragen kommen. Hier sind verschiedene Faktoren wie z. B. das Leistungsniveau der Herde, die zur Verfügung stehenden Rationskomponenten, die mechanische Bearbeitung der Rationskomponenten oder die Rationszusammenstellung, um nur einige zu nennen, von Bedeutung. Eines ist aber allen Systemen gemein. Alle haben das selbe Ziel: möglichst exakte (dynamische) Simulation der Vorgänge im Tier. Abb. 6 COPYRIGHT DEUTSCHE VILOMIX TIERERNÄHRUNG GMBH SEITE 7 VON 13

8 Abb. 6 Strukturbewertungssysteme Rohfasergehalt (1860) NDF, ADF (NRC 2001) Kohlenhydrate (XZ, XS, bxs, NDF, ADF, NFC) Kau- und Wiederkauzeiten (Piatkowski, 1977) Kauindex (Noregaard, 1988) strukturwirksame Rohfaser (Hoffmann, 1990) physikalisch effektive NDF (Mertens, 1997) Strukturwert (De Brabander, 1999) Jedes System hat seine Berechtigung unter den Bedingungen, für die es entwickelt wurde. FLACHOWSKY et al. stellten 2004 in einer Untersuchung fest, dass Rationen beurteilt nach dem Strukturwert kritisch zu sehen waren. Unter Berücksichtigung der strukturwirksamen Rohfaser lagen hierfür allerdings noch keine Anzeichen vor. Diese Beobachtung ist auf die Ausgangssituationen zurückzuführen, unter denen die jeweiligen Systeme entstanden sind. Der Strukturwert nach DE BRABANDER (1999) wurde für maislastige Rationen entwickelt. Das System der strukturwirksamen Rohfaser (HOFFMANN, 1990) basiert eher auf einer grassilagebetonten Fütterung. Die Verwendung der pendf ist für TMR-Rationen mit hohem Konzentratfutteranteil ausgelegt. Aus diesen unterschiedlichen Ausgangssituationen heraus ergeben sich bei paralleler Anwendung der verschiedenen Systeme auf eine Ration unterschiedlichen Ergebnisse. Abbildung 7 stellt verschiedene Systeme der Futtermittelanalytik nebeneinander. Je jünger das System, um so feingliedriger ist es aufgebaut. Dies kann helfen, Rationen unter schwierigen Bedingungen wiederkäuergerecht zu gestalten. Je schärfer eine Ration gestaltet wird, umso wichtiger ist die genaue Kenntnis der Zusammensetzung der jeweiligen Rationskomponenten. Abb. 7 COPYRIGHT DEUTSCHE VILOMIX TIERERNÄHRUNG GMBH SEITE 8 VON 13

9 Abb. 7 Strukturbewertung Rohasche Rohasche Rohasche Kohlenhydrate Rohprotein Rohfett Rohprotein Rohfett organischer Rest Hemicellulose* Hemicellulose* Cellulose* Rohfaser ADL * durch Differenz errechnet NFC Rohprotein Rohfett Stärke Zucker org. Rest N-freie Extraktstoffe* Cellulose* ADL modifiziert nach nach Kirchgeßner, KIRCHGEßNER 2008 (2008) Die Erfahrungen der vergangenen Jahre haben gezeigt, dass die Streuung der jeweiligen Nährstoffgehalte bei den in unseren Breitengraden eingesetzten Grundfuttermitteln sehr groß ist. Diese Streuung ist dem Vegetationsstadium, den klimatischen Rahmenbedingungen während der Ernte, dem Ernte-, Konservierungsverfahren sowie weiteren Einflussfaktoren zuzuschreiben. Eine Rationsberechnung auf Basis von Durchschnittswerten aus Tabellen ist nur eine grobe Orientierung in der wiederkäuergerechten Fütterung von Milchkühen. Empfehlenswert ist die Untersuchung der eingesetzten Grundfuttermittel, um sich vor unerwarteten Überraschungen zu schützen. Bis zu 80 % der organischen Masse eines pflanzlichen Futtermittels bestehen aus Kohlenhydraten. In der 1860 in Weende bei Göttingen von Henneberg und Stohmann entwickelten Weender-Analyse werden die Kohlenhydrate in Rohfasern und stickstofffreie-extraktstoffe (NfE) unterteilt. Diese Aufteilung erlaubt allerdings keine detaillierte Aufschlüsselung der unterschiedlichen Kohlenhydrate. Diese Grenzen haben Henneberg und Stohmann bereits aufgezeigt. Die Rohfaseranalyse bestimmt nicht nur die Cellulose, sondern auch einen faserigen Rückstand, der je nach Pflanzenart Hemicellulose, Lignin und pektinartige Substanzen in unterschiedlichen Anteilen enthält. Daher stammt auch der Begriff Rohfaser. Auch wenn dieses Verfahren die Zellwandbestandteile nur grob umschreibt, ist diese Methode dennoch in der Tierernährung für die Nährwert-Bestimmung COPYRIGHT DEUTSCHE VILOMIX TIERERNÄHRUNG GMBH SEITE 9 VON 13

10 unerlässlich. In vielen nicht englischsprachigen Ländern findet die Rohfaseranalyse sowohl in der täglichen Praxis als auch im Futtermittelrecht Anwendung. Um eine genauere Planung der Fütterung zu ermöglichen, wurden im Laufe der Zeit weitere Verfahren zur Analyse von Futtermitteln, im Hinblick auf die Kohlenhydratfraktionen, entwickelt. Etwa 100 Jahre nach der Entwicklung der Rohfaseranalyse beschrieben VAN SOEST et al in den USA eine Methode, welche eine Unterscheidung der Kohlenhydrate in drei Fraktionen erlaubt. Die Kohlenhydrate werden dabei dem Zellinhalt (Zucker, Stärke, organischer Rest, Pektine) sowie der Zellwand (Hemicellulose, Cellulose, Lignin) zugeteilt. Der analysierte Wert NDF (Neutral Detergent Fiber = in neutralen Detergentien unlösliche Fasern) beschreibt dabei die gesamten Zellwände. Der analysierte Wert ADF (Acid Detergent Fiber = in sauren Detergentien unlösliche Fasern) beschreibt den nur schwer verdaulichen Teil der Zellwände - Cellulose und Lignin. Die Differenz aus NDF minus ADF ergibt den besser verdaulichen Hemicelluloseanteil. Ist die Differenz zwischen NDF und ADF gering, ist das Futtermittel folglich schwer verdaulich. Die verbliebenen leicht löslichen Zellinhalts-Kohlenhydrate des Futtermittels werden wie bei der Weender- Analyse als Differenz berechnet und sind in diesem System als NFC (Non-Fiber Carbohydrates) bezeichnet. Sowohl bei der Rohfaseranalyse als auch bei der Analyse auf NDF und ADF summieren sich Analysen- und Methodenfehler in den NfE bzw. in den NFC. Mit weiteren zusätzlichen Analysemethoden können auch diese Bestandteile (Stärke, Zucker, organischer Rest, Pektine) der Differenzfraktionen (NfE bzw. NFC) bestimmt werden. Sowohl die in Deutschland gebräuchliche Rohfaser als auch die aus den USA stammende NDF/ ADF Bewertung von Futtermitteln stellt lediglich eine chemische Umschreibung der Futtermittel dar und sagt nichts über den Strukturwert aus. MAHLKOW-NERGE (1999) stellte fest, dass ein Austausch der bewährten Maßstäbe durch die NDF für die Rationsberechnung derzeit (1999) keine größere Genauigkeit zu bringen scheine. Dieser Auffassung kann auch heute, 10 Jahre später, noch gefolgt werden. Zwischen der Rohfaser und der NDF/ ADF besteht ein enger Zusammenhang (MAHLKOW-NERGE, 1999). Eine Weiterentwicklung der Bewertung von Futtermitteln und Milchviehrationen anhand von NDF/ ADF ist die physikalisch effektive NDF (pendf). Dieses System wurde durch MERTENS (1997, 2000) vorgestellt. In diesem System wird der chemisch analysierte NDF-Gehalt mit der Herkunft (Futtermittel) und der physikalischen Eigenschaft der Faser (der Partikellänge) des Futtermittels verknüpft. Ähnlich wie bei der strukturwirksamen Rohfaser von HOFFMANN, wird ein Effektivitätsfaktor berücksichtigt, der in erster Linie COPYRIGHT DEUTSCHE VILOMIX TIERERNÄHRUNG GMBH SEITE 10 VON 13

11 auf der Partikellänge beruht und aufgrund von Untersuchungen zur Kauaktivität unter Berücksichtigung des Milchfettgehaltes und des Pansen-pH-Wertes hergeleitet wurde. Ein Vorteil dieses Systems stellt der direkte Bezug zur NDF und die Berücksichtigung der Partikellänge dar. Diese wurde in den anderen Ansätzen nur z. T. berücksichtigt. Da das Ausmaß und die Geschwindigkeit der ruminalen Fermentierbarkeit der Futtermittel keinen Eingang fand, ist es umstritten, ob das System der pendf einen Fortschritt zu den anderen Systemen darstellt (DLG, 2001; NRC 2001). STEINGASS und ZEBELI (2008) führen aus, dass mit der zunächst dilletantisch erscheinenden Methode der Ermittlung der pendf mittels Schüttelbox, erstaunlich gut reproduzierbare Ergebnisse zu ermitteln seien. Hierbei wird die Siebfraktion > 1,18 mm bestimmt und mit dem NDF Gehalt des Futtermittels bzw. Ration verrechnet. Aus Abbildung 8 wird ersichtlich, welche weiteren Faktoren neben der Struktur den Pansen-pH beeinflussen und bei der Berechnung von Milchviehrationen berücksichtigt werden müssen, um eine wiederkäuergerechte Fütterung der Milchkühe sicherzustellen. Sowohl Stärke als auch Zucker sind für eine detaillierte Bewertung von Milchviehrationen unentbehrlich. Diese sind maßgeblich an der Gesamt-Säureproduktion im Pansen beteiligt. COPYRIGHT DEUTSCHE VILOMIX TIERERNÄHRUNG GMBH SEITE 11 VON 13

12 Fazit Man kann festhalten, dass NDF, ADF und NFC keine zwingend notwendigen Werte für die Beurteilung von Futtermitteln und Milchviehrationen darstellen. Gemessen an der Bedeutung, die eine ausreichende Strukturversorgung in der Fütterung von Milchkühen einnimmt, sind wie bereits bei den genannten Autoren beschrieben, die zur Verfügung stehenden, in der Praxis zurzeit angewandten Systeme nur bedingt aussagekräftig. Weder die Rohfaser (HENNEBERG, STOHMANN 1860), die NDF/ ADF (VAN SOEST, 1963, 1967, 1982, 1987; NRC, 2001), die strukturwirksame Rohfaser (HOFFMANN 1990), der Strukturwert (DE BRABANDER, 1999, 2002) noch die pendf (MERTENS, 1997, 2000) liefern Ergebnisse, die von ihrer Aussagekraft als optimal bezeichnet werden können. ZEBELI et al. (2008) sehen den ph-wert im Pansen als zentrale Größe einer sicheren Charakterisierung der Strukturversorgung für Wiederkäuer. Dies wurde durch STEINGASS und ZEBELI (2008) genutzt, um das System der pendf (MERTENS, 1997, 2000) zu bewerten, welches jedoch in der Praxis einer umfangreichen Überprüfung unterzogen werden muss. Unter Berücksichtigung der wiederkäuergerechten Versorgung der Milchkühe mit Stärke, beständiger Stärke, Zucker sowie einer korrekten Strukturbeurteilung, unabhängig vom angewandten System, können hervorragende Rationen zusammengestellt werden. Hierfür ist die Berücksichtigung und Einhaltung von den bekannten Eckwerten der jeweiligen Bewertungssysteme unerlässlich. Literaturangaben sind beim Autor erhältlich. Josef Menge Deutsche Vilomix Tierernährung GmbH; Bahnhofstr. 30; Neuenkirchen-Vörden Tel.: ; Fax: ; COPYRIGHT DEUTSCHE VILOMIX TIERERNÄHRUNG GMBH SEITE 12 VON 13

13 Auszug aus der anschließenden Diskussion mit dem Autor: Frage 1: Wenn man für eine Ration alle Strukturdaten/Bewertungssysteme anwendet, ist die Ration dann in allen Bewertungssystemen gleich gut? Antwort: Es gibt Ausreißer. Manche Bewertungssysteme sind mehr für grassilagelastige Rationen, andere mehr für maissilagelastige Rationen geeignet. Ein Berater muss sich auf ein Bewertungssystem festlegen. Frage 2: Kann eine Messung von Blutparametern und Speichel auch etwas über die Versorgung aussagen? Antwort: Blut, Harn und Milchdaten können weiterhelfen. Frage 3: Können elektrische Systeme, die die Wiederkauaktivität messen, hilfreich sein? Antwort: Diese Systeme sind noch in der Evaluierung. Im täglichen Gebrauch sind die Systeme überflüssig. Sie sind eher für Versuchsbetriebe geeignet. Frage 4: Inwiefern kann man vom Pansen ph Rückschlüsse auf Harn-pH und Milch-pH schließen? Antwort: Die genauen Zusammenhänge kenne ich nicht. Der Pansen ph ist ein Maß für die Gesundheit des Pansens, das unter Praxisbedingungen allerdings nicht anwendbar ist. Aus den USA gibt es Ansätze, aus der Ration den Pansen ph zu berechnen. Frage 5: Wie gut ist die Reproduzierbarkeit der Analyse von NDF, ADF? Antwort: Wir haben eine gute Standardisierung über unsere Labore. Bei NDF und ADF ist die Wiederholbarkeit der Analyse gegeben. Es sei denn, man gibt die Proben in die Niederlande oder die USA. Dort gibt es teilweise andere Vorgehensweisen. Eine wichtige Frage bei den Analysen ist, ob der Sandgehalt berücksichtigt wird. Dieser kann bei Grassilagen sehr stark schwanken. Bei der NIR muss die Kalibrierung ständig überprüft werden. Sie ist ein Schnellverfahren. Am genauesten sind die nass-chemischen Verfahren. COPYRIGHT DEUTSCHE VILOMIX TIERERNÄHRUNG GMBH SEITE 13 VON 13