Silage maize variety and heat stress – effects on nutritive value of maize silage and on digestion events and performance of ruminants

Gorniak, Tobias

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Silage maize variety and heat stress – effects on nutritive value of maize silage and on digestion events and performance of ruminants

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The present thesis addresses two topics; brown-midrib (Bm) silage maize and heat stress in ruminants. The first part of this thesis focused on an experimental Bm silage maize hybrid with regard to dry matter (DM) intake (DMI), performance and digestibility in comparison to a commercial (Con) non-Bm hybrid. For the trials, 64 intact and 6 ruminally and duodenally cannulated German Holstein cows were used. They were fed rations based on silage of the Con or the Bm hybrid. The Bm maize silage-based diets had a lower DMI when fed as total mixed ration but no differences between Con and Bm were observed when silages were fed for ad libitum intake with restricted concentrate feeding. However, utilisation of energy was higher in animals fed Bm maize silage-based diets. Feeding Bm maize silage, furthermore, lowered milk fat content. Ruminal fermentation patterns, especially short chain fatty acid proportions, were not altered. Ruminal, as well as total tract apparent digestibility did not differ between Con and Bm, ruminal particle passage rate, however, was higher for the Bm diet. Microbial crude protein (MCP) synthesis and its efficiency were higher for Bm-fed animals. In part two of the thesis, the Bm and Con silages were tested in digestibility and nitrogen (N) balance trials with sheep. Trials were conducted at 15, 25 and 35°C ambient temperature. Ambient temperature did not affect nutrient digestibility but an interaction of temperature and silage maize variety was found. Results on N utilisation were inconsistent. In animals fed Con urinary N excretion was higher at 15°C compared to 25 and 35°C, whilst urinary N excretion was lower at 25°C compared to 15 and 35°C in animals fed Bm. Finally, the impact of summer temperatures in Lower Saxony, Germany on DMI and performance of mid-lactation dairy cows was evaluated. Feeding trials conducted at the experimental station of the Friedrich-Loeffler-Institute in Braunschweig, Germany between January 2010 and July 2012 were evaluated. Temperature-humidity indices (THI) were calculated for each day and a generalised linear mixed model was used to calculate the impact of THI on DMI, milk yield and milk composition. When THI increased above 60 DMI of the same day was decreased, whereat a decrease in milk yield was observed one day later. With a critical view on the literature on feeding strategies for heat-stressed dairy cows and in consideration of the present results, it can be concluded that Bm maize might reduce negative effects of heat stress. The higher efficiency of nutrient utilisation and the higher rate of ruminal passage of particles of Bm silage might help to maintain DMI during periods of heat stress. Increased efficiency of MCP synthesis may balance protein deficiency due to reduced DMI without the negative effects of increasing dietary crude protein concentration. Further research to characterise the interaction of heat stress and Bm feeding, however, is necessary, both under controlled and field conditions.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit zwei Themen; Brown-Midrib (Bm) Silomais in der Wiederkäuerfütterung und Hitzestress bei Wiederkäuern. Im ersten Teil der Arbeit wurde eine Bm-Experimentalhybride im Hinblick auf Trockenmasseaufnahme (DMI), Leistung und Verdaulichkeit näher untersucht. Für die Versuche wurden 64 intakte Kühe sowie 6 am dorsalen Pansensack und am proximalen Duodenum fistulierte Kühe (Deutsche Holstein) mit einer Silage aus Bm-Mais oder einer Silage aus einer Kontrollvariante (Kon) gefüttert. Es zeigte sich, dass Bm-Mais nicht zu einer Steigerung der DMI, jedoch zu einer Verbesserung der Energieverwertung führte. Des Weiteren hat der Bm-Mais zu einer Reduzierung des Milchfettgehaltes geführt, wohingegen die Fermentation im Pansen, die scheinbare ruminale sowie die Gesamttrakt-Verdaulichkeit nicht beeinflusst wurden. Allerdings hatte die Silage aus Bm-Mais eine schnellere Partikelpassage durch den Pansen. Darüber hinaus waren die Menge an gebildetem mikrobiellem Rohprotein (CP) sowie die Effizienz der mikrobiellen CPSynthese gesteigert, wenn Bm-Mais gefüttert wurde. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die Bm- und Kon-Silagen im Verdaulichkeits- und Stickstoff (N) -Bilanzversuch an Hammeln getestet. Hierbei wurden mit jeder Silage Versuchsdurchgänge bei 15, 25 und 35 °C durchgeführt. Ein Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Rohnährstoffverdaulichkeit konnte nicht nachgewiesen werden, allerdings wurden Interaktionen zwischen den Silagen und den Umgebungstemperaturen festgestellt. Die Ergebnisse der Untersuchung der N Verwertung waren uneinheitlich. Die N-Ausscheidung mit dem Harn war bei Tieren, die mit Kon-Silage gefüttert wurden, bei 15 °C höher als bei 25 und 35 °C, wohingegen die Ausscheidung von N mit dem Harn bei 25 °C niedriger war als bei 15 und 35 °C, wenn Bm-Silage gefüttert wurde. Schließlich wurden die Auswirkungen von Sommertemperaturen in Niedersachsen auf DMI und Milchleistung von Milchkühen im mittleren Laktationsdrittel untersucht. Zu diesem Zweck wurden Fütterungsversuche, die zwischen Januar 2010 und Juli 2012 auf der Versuchsstation des Friedrich-Loeffler-Institutes in Braunschweig durchgeführt wurden, ausgewertet. Ein Temperatur-Luftfeuchte-Index (THI) wurde für jeden Tag berechnet und mit einem generalisierten additiven gemischten Modell die Auswirkungen auf DMI, Milchleistung und Milchzusammensetzung untersucht. Die DMI verringerte sich wenn der THI über 60 stieg noch am selben Tag wohingegen eine verringerte Milchleistung mit einer Verzögerung von 24 h festgestellt wurde. Bei kritischer Betrachtung der Literatur zu Fütterungsstrategien für hitzegestresste Milchkühe und den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit kann gefolgert werden, dass Bm-Mais das Potential hat, negative Auswirkungen von Hitzestress zum Teil aufzuwiegen. Die höhere Effizienz der Nährstoffverwertung und höhere ruminale Passageraten könnten einer Verringerung der DMI entgegenwirken. Die höhere Effizienz der mikrobiellen Proteinsynthese könnte darüber hinaus die geringere CP-Aufnahme durch verringerte DMI ausgleichen und gleichzeitig negative Effekte einer erhöhten CP-Konzentration vermeiden. Allerdings sind weitere Untersuchungen sowohl unter Labor- als auch unter Produktionsbedingungen nötig.