Möglichkeiten zur Reduktion der Ammoniakemissionen durch ...Verzehrsmodell (gemäss Grünes Buch),...

Eidgenössisches Volkswirtschaftsdepartement EVD

Forschungsanstalt Agroscope Liebefeld-Posieux ALP

ALP gehört zur Einheit ALP-Haras

Möglichkeiten zur Reduktion der Ammoniakemissionen durch

Fütterungsmassnahmen bei der Milchkuh

Annelies Bracher

ALP-Tagung 2011, Posieux, 29.09.2011

2

79 % 15 % 3 % 3 %

89 % 11 %

Schweiz: Landwirtschaftliche NH3-Emissionen 2007 (Ammoniakinventar, Kupper 2009)

1. Kontext Göteborg Protokoll Emissionsgrenzen für Schadstoffe, auch NH3

ALP-Tagung 2011 / ALP + Agridea, Posieux 29.09.2011

Annelies.Bracher / www.agroscope.ch

Harnstoff (Harn) Urease (Kot) Ammoniak (Gülle)

Harnstoff ist wichtigster Vorläufer

direkter Bezug zum N-Fluss

hoher Beitrag der Tierhaltung

davon 65 % von Milchkühen

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c0/Urea.png

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/81/Ammonia_structure.svg

3

2. Ammoniakstudie



Co-Autoren:

Patrick Schlegel, Andreas Münger, Walter

Stoll, Harald Menzi

Auslöser: Umsetzung von Reduktions-

massnahmen im Rahmen von kantonalen

Ressourcenprogrammen (BLW)

Projektziele:

Wissensstand, Indikatoren

Literatur

Evaluierung Milchharnstoff

N-Bilanzversuche CH

Metaanalyse, Regressionen

Quantifizierung N-Ausscheidung

Modellierung

Quantifizierung NH3-Emissionen

Modellierung

Empfehlungen zu Massnahmen

Leber

Pansen

N als NPN

N als Protein

Futterprotein (N*6.25) Futterenergie (Sta, Zu, NDF, Pec)

Niere

NH3

Emission Gülle N Harn-Harnstoff + Urease

Milchdrüse

Harn-N Harnstoff Allantoin Kreatinin

Harnstoff

Milch N (Protein,

Harnstoff)

AA, Harnst

Endogener N

Kot N - unverdautes Futter-RP - mikrobialles RP - endogener N

AA

AA absorbierte Aminosäuren

Mikrobielles Protein

Urease

Protein

Peptide

AA

NH3 Harnstoff

NH4+

NPN

Energie (FOS)

Blut

AA

NH3

Harnstoff

Harnstoff via Speichel

Gluconeogenese

Dickdarm NH4

+

Harnstoff

3. Proteinstoffwechsel beim Wiederkäuer

5 ALP-Tagung 2011 / ALP + Agridea, Posieux 29.09.2011


Proteinstoffwechsel: Harnstoff minimieren!

Besonderheiten:

ruminaler Proteinabbau = f(aRP)

Energieabhängige mikrobielle Proteinsynthese Interaktion FOS, RP

Diffusion von "überschüssigem„ NH4+/NH3 ins Blut

Entgiftung des Blutammoniak zu Harnstoff in der Leber

Harnstoffrezyklierung

Harnstoff ist Hauptfraktion des Harn-N

hohe Korrelation zwischen Pansen-NH3 und Blut-, Harn- und Milchharnstoff

Kot-N variiert unabhängig vom Harnstoff-Turnover

Harnstoff in Gülle direkter Vorläufer von Ammoniak

Ursachen hoher Harnstoffausscheidungen

metabolische Verluste weitgehend unvermeidbar

Energie-Protein-Imbalanz im Pansen (Menge, Timing)

postruminale Proteinüberversorgung Fütterungseinfluss

vermeidbare Harnstoffquellen minimieren



Vermeidbare NH3 - und

Harnstoffquellen futterabhängige Indikatoren

= f(Futterbewertungssystem)

Ruminale Proteinbilanz

Protein-Energiebilanz Kuh

PMN-PME, g/kg TS, g/Tag

PMN g/kg TS = RP*[1- {1.11*(1- aRP/100)}]

PME g/kg TS = 0.145*FOS

FOS g/kg TS = VOS-RP*(1-aRP/100)-RL-ST*(1-aST/100)-FP/2

N/VOS, N/FOS, g/kg

RP/NEL, g/MJ; MPPNEL- MPPAPD

Protein(über)versorgung RP Verzehr, RP g/kg TS

APD Versorgung – APD Bedarf

metabolische Indikatoren: Milch-Harnstoff (MUC) mg/dl

Blut-Harnstoff

Harn-Harnstoff g/l

Indikatoren mit Bezug zur Harnstoffausscheidung

PME = mikrobielles Protein, das aus fermentierbarer Energie aufgebaut werden kann

PMN = mikrobielles Protein, das aus dem abbaubaren Rohprotein aufgebaut werden kann



4. Milchharnstoff (MUC, mg/dl)

MUC positiv korreliert MUC negativ korreliert

RPRation g/kg TS, g/Tag

PMN-PME g/kg TS, g/Tag

APD-Bilanz

RP:NEL

N:VOS

aRP

NH3 Pansen

Blutharnstoff

Harnstoffkonz im Harn (UUN) g/l

Harn-N g/Tag

TAN Gülle g/l

NH3-Emissionen

NFC Ration g/kg TS

Stärke Ration g/kg TS

WSC Ration g/kg TS

WSC:RPGrünfutter

Tannin

LG

NEL-Bilanz

N-Effizienz

C:N Gülle

Milchharnstoff wiederspiegelt den Harnstoff-Turnover und ist mit den gleichen Futter-, Stoffwechsel-

und Güllemerkmalen positiv korreliert wie die potentiellen Ammoniakemissionen. Er eignet sich als

Indikator, allerdings mit Einschränkungen und offenen Fragen.



Ruminale Bilanz, MUC und NH3-Stallemissionen

(van Duinkerken et al 2005)

ruminale Bilanz und MUC

verlaufen parallel

Temperatur und MUC erklären

76 % der Varianz der NH3-

Stallemissionen



10.0

26.7

43.3

60.0

Talgebiet Bergzone_1 Bergzone_2 Bergzone_3_4

MIL

CH

HA

RN

ST

OF

F m

g/d

l

(Betriebsdurchschnitte

Braunvieh 2009/10)

Milchharnstoff Ø 25.14 mg/dl

hohe MUC-Gehalte während

Grünfütterung, va Sommer/Herbst

Talgebiet > Bergegbiet

grosse Betriebsstreuung

Reduktionspotenzial vorhanden

Schweiz: saisonale, regionale Effekte auf MUC

(http://homepage.braunvieh.ch 2011)

10

Milchharnstoff: Problembereiche

Sprunghaftigkeit bei variabler

Futterqualität, ausgeprägt bei

Grünfütterung

Analysenhäufigkeit?

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

Woche

mg

/ 1

00 m

l

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

mg

/ l

Milchharnstoff - fix

Milchharnstoff - var

Milchaceton - fix

Milchaceton - var

Routineanalyse Qualitätsmängel

schlechte Vergleichbarkeit

zwischen Methoden

Einzeltierinterpretation?

Milchkühe auf Vollweide mit Ergänzungsfütterung (Münger 2009)

RECO 2= 0.8167x + 4.8939

R² = 0.4236

RECO 3 = 0.9238x + 2.6791

R² = 0.6388

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

5 15 25 35 45

MU

C m

g/d

l spektr

oskopis

ch

MUC mg/dl enzymatisch

Reco2

x=y

Reco3

Reco2

Reco3

Enzymatische vs spekroskopische Analyse





Sprunghaftigkeit

Analytik

Berechnungsmethode für Betriebsdurchschnitt

Einzeltierprobe oder Tankmilchprobe

Definition Zielbereich

MUC ist unspezifisch in Bezug auf Harnstoffquelle, mehrere

Ursachen gleichzeitig und gegenläufig möglich

MUC als Indikator nur bei laktierenden Tieren einsetzbar

Kombination mit weiteren Indikatoren

Milchharnstoff: offene Fragen



Gruppe n NEL

MJ/kg TS

RP

g/kg TS

N-

Verzehr

g/Tag

Kot-N

g/Tag

Harn-N

g/Tag

Harn-N /N-

Exkr %

Milk

kg ECM

MUC

mg/dl

Galtkühe 31 4.9 109 132.54 54.25 37.16 27.0 - -

lakt Kühe

Winterration 165 6.15 148.3 399.9 144.9 109.9 41.0 23.0 20.0

lakt Kühe

Sommerration 191 6.61 182.6 515.6 143.7 214.0 58.54 26.6 30.5

5. Analyse Schweizer N-Bilanzversuche

Datenquelle: Dissertationen, Fütterungsversuche ALP

Ziel: Überprüfung der Beziehung zwischen Futtermerkmalen und N-Umsatz

Datensätze decken eine breite Palette an Rationen und Leistungen ab

mehrheitlich Einzeltierdaten

spektroskopisch bestimmte Milchharnstoffdaten gestrichen

generell:

saisonaler Einfluss auf N-turnover

Harn-N viel variabler als Kot-N

Harn-N nimmt mit N-Verzehr quadratisch zu

Übersicht der Datensätze aufgeteilt nach Kuhgruppe und Rationstyp



Mü = 0.0002x2.6371

R² = 0.8097

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

50 100 150 200 250

Harn

-N g

/Tag

RP Ration g/kg TS

Guidon

van Dorland

Sutter

Kröber

Hindrichsen

EVWE

Wettstein

Sliwinsky

Brand

Scharenberg

Berry

Münger

Harn-N, RP-Gehalt der Ration und Milchharnstoff

Harn-N steigt mit zunehmendem RP-

Gehalt

Unterschiede zwischen Versuchen

Sommerrationen verursachen hohe

Harn-N-Ausscheidung

Milchharnstoff korreliert mit RPRation

(R2 = 0.74)

analog: RP/NEL, N/VOS, PMN-PME

So = 33.19e0.009x R² = 0.456

Wi = 0.0003x2.5341 R² = 0.7313

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

Har

n-N

g/T

ag

Sommer

Winter

So

Wi

RP Ration g/kg TS

Mü = 0.284x - 21.188 R² = 0.8732

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

50 100 150 200 250

Milc

hh

arn

sto

ff m

g/d

l

RP Ration g/kg TS

Guidon

Sutter

Kröber

Hindrichsen

EVWE

Wettstein

Sliwinsky

Brand

Scharenberg

Münger



6. Modellierung N-Ausscheidung Laktationskurve Bedarf

Verzehrsmodell (gemäss Grünes Buch), eingeplantes Energiedefizit (Protein) Kraftfutterbedarf

Kot-N g/Tag = Futter-N (g/Tag) * (1-vN)

Harn-N g/Tag = Futter-N (g/Tag) - Milch-N (g/Tag) - Kot-N (g/Tag); N-Bilanz = 0

Input: Rationskomponenten, Dauer Winter-/Sommerfütterung, Abkalbung, Leistung 12 Fütterungsstrategien

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 100 200 300 400

N g

/Tag

Laktationstag

N-Excr Grasland

Harn-N Grasland

N-Excr Mais TMR

Harn-N Mais TMR

Ʃ Laktation Grasland Mais

Kot-N kg 50.7 49.7

Harn-N kg 87.3 52.1

total N-Exkr kg 138.0 101.8

RP Ration % 18.1 14.2

N-Exkr/ECM 20.1 14.8 g/kg

N-eff % 19.9 25.1

Grasland basiert Mais betont

Leistungkg ECM 7000 7000

Abkalbung 20. Okt 20. Okt

Winterration Heu (50 %), GS (50 %) + Kf MS (40 %), GS,

Heu, Futterrüben+ Kf

Sommerration 100 % Gras, 21 % RP MS (40 %), Heu (20 %), Gras (40 %)



Abkalbung Oktober RP Sommer g/kg TS lakt

PMN-PME g/kg TS lakt

Harn-N

Sommer kg

% Diff

21 % RP Gras, kein Ef 210 59.7 58.4

17,6 % RP Gras, kein Ef

Grasqualität 176 28.3 44.2 -24.3

21 % RP Gras, +Dürrfutter (10%) 199 52.4 53.6 -8.2

21 % RP Gras, +Maiswürfel (10%) 196 50.9 53.0 -9.2

21 % RP Gras, +Rübenschnitzel (10%) 198 46.9 53.8 -7.9

Fütterungsmassnahmen Sommer

-50

-25

0

25

50

75

100

125

150

135 145 155 165 175 185 195 205

Dif

f %

kg

N/L

akta

tio

nsz

yklu

s

RP Jahresration g/kg TS

N-Exkr

Harn-N

% Harn-N

Kot-N

Modellierte Jahresausscheidung an Kot-N, Harn-N und N-Exkr (7000 kg ECM)

Inputvariablen für

NH3-Emissionsberechnung



Modellbetrieb: Laufstall, Vollgülle, Laufhof, nur Stallfütterung oder 6 h Weide (Teilweide) oder 20 h Weide (Vollweide) an 210

Tagen, abgedecktes Güllenlager, Prallteller, TAN-Flussmodell (http://agrammon.ch).

7. Modellierung NH3-Emissionen

y = 0.4675x + 6.2965 R² = 0.98

0

10

20

30

40

50

60

70

80

40 60 80 100 120

NH

3-E

mis

sio

ne

n k

g N

/Ku

h

Harn-N kg/Jahr

Teilweide

Vollweide Abk Feb

Vollstall Abk Feb

TeilweideMais betont

Grasland betont

Vollweide im Sommer immer die tiefsten

Emissionen

Teilweidestrategie:

pro kg ↓ Harn-N 0.47 kg weniger NH3-N

pro % ↓ Harn-N 1.3 kg weniger NH3-N

pro g ↓ RP Ration 0.44 kg weniger NH3-N

pro g/MJ ↓ CP/NEL 2.68 kg weniger NH3-N



Gesamtration (zu jedem Zeitpunkt der Laktation)

RP-Gehalt < 18 %

RP/NEL -Verhältnis < 25 g/MJ

N/VOS-Verhältnis < 40 g/kg

ruminale Proteinbilanz < 600 g/Tag, < 30 g/kg TS

(PMN-PME)

MPPNEL, MPPAPDE, MPPAPDN ausgewogen, bedarfsgerecht

Fütterungstechnik

mehr als 2x Kraftfutter/Tag über Automat oder Futtermischwagen

Sonderfall Weide: Ohne Ausgleichsfütterung und/oder abgestufte Grasqualität

für spätlaktierende Kühe ist der N-Anfall hoch und die N-Effizienz auf Kuh- und

Betriebsstufe reduziert. Wegen Bodenversickerung bleiben die NH3-Emissionen

tief.

Milchharnstoff

< 25 mg/dl

Korrekturfaktor bei Vollweide

8. Richtwerte für eine N-optimierte Fütterung

mit reduziertem NH3-Emissionspotenzial



-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

50 60 70 80 90

PM

N-P

ME

g/kg

TS

aRP %

Stroh

Grünfutter

Silage

Dürrfutter

künstl getrocknet

Ganzpflanzenmais

Richtwert

frühe Nutzungsstadien haben einen N-Ueberhang im Verhältnis zur Energie

Weidestadien

Grassilage mit generell hoher aRP

spätere Nutzungsstadien und Maisprodukte eignen sich als Ausgleichsfutter

Häufigkeitsverteilung in Praxis?

Abbaubarkeit des Rohproteins und ruminale Proteinbilanz von

Raufutter (schweiz. Futtermitteldatenbank 2011)

Dürrfutterenquête PMN-PME

Ø -7.4 (± 14.2) g/kg TS


Absender / www.agroscope.ch

Schlussfolgerungen

empfohlene Rationsmerkmale kombiniert anwenden,

in Fütterungsplänen als Kontrollgrösse einbauen

Problembereiche

Winter hohe Grassilageanteile ohne Mais oder Hackfrüchte

Sommer frühe Nutzungsstadien von Grünfutter,

Verzicht auf Ausgleichsfutter (Kraftfutter oder Raufutter),

Proteinüberversorgung spätlaktierende+galte Kühe

Graslandbasierte Milchproduktion hat Optimierungsbedarf in

Bezug auf N-Effizienz, bei Vollweide sind NH3-Emissionen tief

Umsetzungsvarianten im Vollzug: noch in Diskussion!

1. Produktionssystem ( z.B. Vollweide oder ganzjährig ausgewogene Ration)

2. Punktesystem

3. Milchharnstoff als Indikator

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