Untersuchung von Indikatoren zur Einschätzung des Risikos einer Subakuten Pansenazidose bei Milchkühen auf Praxisbetrieben
Investigation of on-farm indicators to identify dairy cows at risk of subacute ruminal acidosis
by Marleen Zschiesche née Zschiesche
Date of Examination:2024-05-07
Date of issue:2025-04-23
Advisor:Prof. Dr. Jürgen Hummel
Referee:Prof. Dr. Jürgen Hummel
Referee:Prof. Dr. Jens Tetens
Referee:Dr. Ahmad Reza Sharifi
Sponsor:Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft, Grant: 2817905815
Persistent Address:
http://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/15961
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Abstract
English
Feeding of high-yielding dairy cows in the beginning of lactation is a major challenge due to high energy requirements and reduced dry matter intake at the same time. This leads to diets with a high level of rapidly fermentable carbohydrates, such as starch, and simultaneously a lack of structure-effective fiber that favors a reduction in ruminal pH. A reduction in ruminal pH increases the risk of developing subacute ruminal acidosis (SARA). The definition of SARA is based on the ruminal pH. However, ruminal pH cannot be routinely measured in all dairy cows. Therefore, indicators are desirable that are related to the ruminal pH and thus to SARA and easy to be collected. In consequence, the aim of this dissertation was to examine possible on-farm indicators for SARA. Firstly, the relationship between ruminal pH-parameters and the fat-to-protein ratio (FPR) was investigated in a meta-analysis. The data used in the meta-analytical approach were based on 189 treatment groups from 47 studies. A highly significant correlation was found between the milk FPR and ruminal pH-parameters. As an indicator itself, the FPR explained up to 30 % of the variance in the ruminal pH. Further indicators were investigated concerning their reliability on the prediction of ruminal pH-parameters. By extending the estimated models with the indicators milk yield, rumination time, starch content and physically effective fiber of the diet, the coefficient of determination increased to 46 and 58 % for the daily pH mean and the daily time with pH < 5.8, respectively. Secondly, the relationship between reticular pH parameters and indicators was examined on-farm. For this study data were collected on ten commercial dairy farms in Lower-Saxony. Each farm was visited for three weeks. A total of 100 early lactating dairy cows, ten per farm, were included. Reticular pH was measured continuously using wireless boluses. A total of 18 indicators from milk, blood, urine, faeces, and chewing behavior were studied using correlation analysis and linear mixed models. The milk fat content, FPR, rumination time, feed intake time, rumination frequency, rumination time, as well as the lying time and the faeces-pH showed significant relations to reticular pH parameters. The milk fat content and the rumination frequency showed the highest correlation to reticular pH. By combining milk fat content and rumination frequency, the predictive power was increased to 20 %. In the individual indicators a maximum of 5 % of the variance in the pH-parameters could be explained. In the third part of the studies, milk fatty acid composition was investigated for its prediction of reticular pH parameters in early lactating dairy cows. Again, data of the 100 dairy cows from the ten farms were used. Linear mixed models were used to analyze the relationship between animal-individual milk fatty acids and groups of milk fatty acids to reticular pH. A relationship between reticular pH and odd- and branched chain fatty acids (OBCFAs) was confirmed. The coefficient of determination is limited to 5 %. A higher coefficient of determination (12 %) was observed, considering milk fatty acids as indicators exclusively in SARA-risk animals. In general, changes in some of the examined indicators can be stated to follow changes in the ruminal pH parameters. Differences in the relationship between ruminal pH parameters and indicators at group or individual cow level have been revealed. Moreover, a combination of indicators improves predictions. However, correlation thresholds of a reliability sufficient for SARA prediction on commercial farms have not been reached. The analyzed indicators could not replace the measurement of the ruminal pH for assessing the animal individual SARA-risk. In view of the great importance of SARA in dairy cows, further research for on-farm indicators is recommended.
Keywords: SARA; subacute ruminal acidosis; dairy cows; reticular pH; indicators; on farm; ruminal pH; early lactation
German
In der praktischen Milchviehfütterung von Hochleistungstieren ist es eine große Herausforderung den hohen Energiebedarf mit einsetzender Milchleistung zum Laktationsbeginn bei reduzierter Trockenmasseaufnahme (TM-Aufnahme)-Kapazität zu decken. Daraus resultieren hohe Anteile an schnell fermentierbaren Kohlenhydraten, wie bspw. Stärke, mit einhergehendem Strukturmangel in der Ration. Dies begünstigt eine Senkung des Pansen-pH-Wertes, was das Risiko erhöht, an einer subakuten Pansenazidose (SARA) zu erkranken. Die Definition der SARA basiert auf dem Pansen-pH-Wert. Dieser kann auf Praxisbetrieben nicht routinemäßig bei allen Tieren erhoben werden. Daher sind Indikatoren, die in Beziehung zum pH-Wert im Pansen und damit zur SARA stehen und die leicht zu erheben sind, wünschenswert. Das Ziel der vorliegenden Dissertation war es daher, praxisrelevante Indikatoren für die SARA bei Milchkühen zu untersuchen. Dafür wurde zunächst in einer Metaanalyse der Zusammenhang zwischen Pansen-pH-Parametern und dem Fett-Eiweiß-Quotienten der Milch (FEQ) untersucht. Datengrundlage bildeten 189 Behandlungsgruppen aus 47 Studien. Es konnte ein hochsignifikanter Zusammenhang zwischen FEQ und den Pansen-pH-Parametern nachgewiesen werden. Als alleiniger Indikator erklärte der FEQ bis zu 30 % der Varianz in den Pansen-pH-Parametern. Weitere Indikatoren wurden anschließend schrittweise auf Korrelation untersucht und überprüft, ob die Vorhersage der Pansen-pH-Parameter verbessert werden kann. Durch die Erweiterung der Schätzmodelle mit den Indikatoren Milchmenge, Wiederkauzeit sowie Stärkegehalt und Strukturwirksamkeit der Ration stieg das Bestimmtheitsmaß auf 46 % für den tagesmittleren pH-Wert (pH) und 58 % für die tägliche Zeit mit einem Pansen-pH-Wert (TpH < 5.8). Im zweiten Teil der Studie wurde der Zusammenhang zwischen Pansen-pH-Parametern und Indikatoren auf Praxisbetrieben geprüft. Datengrundlage dieser Untersuchung bildeten 100 Milchkühe in der Frühlaktation. Auf zehn niedersächsischen Betrieben wurden dafür Proben von jeweils zehn Tieren für drei Wochen erhoben. Der pH-Wert im Netzmagen (retikulärer pH-Wert) wurde mittels Pansenboli kontinuierlich gemessen. Insgesamt wurden 18 Indikatoren aus Milch, Blut, Urin, Kot und dem Kauverhalten einbezogen. Die Auswertung erfolgte auf Einzeltierebene mittels Korrelationsanalyse und linear gemischten Modellen. Die Indikatoren Milchfettgehalt, FEQ, Wiederkauzeit, Fresszeit, Wiederkaufrequenz, Wiederkauboli, Liegezeit und pH-Wert des Kotes zeigten signifikante Zusammenhänge zum retikulären pH-Wert. Der Milchfettgehalt und die Wiederkaufrequenz mit der höchsten Korrelation zum Pansen-pH-Wert wurden daraufhin kombiniert, um die Vorhersagekraft zu verbessern. Die Vorhersagekraft der einzelnen Indikatoren lag bei maximal 5 %. Durch die Kombination des Milchfettgehaltes und der Wiederkaufrequenz konnte die Vorhersagekraft auf 20 % gesteigert werden. In der dritten Untersuchung wurde geprüft, ob das Fettsäuremuster der Milch als Indikator zur Vorhersage des Pansen-pH-Wertes in der Frühlaktation dienen kann. Dafür wurden wiederum die Daten der 100 Milchkühe aus den zehn Betrieben verwendet. In linear gemischten Modellen wurde die Beziehung von einzelnen Milchfettsäuren sowie Milchfettsäure-Gruppen zum Pansen-pH-Wert untersucht. Der Zusammenhang zum Pansen-pH-Wert von ungeraden und verzweigtkettigen Fettsäuren (OBCFAs) konnte bestätigt werden. Die Vorhersagekraft lag jedoch bei nur 5 %. Anschließend wurden die Milchfettsäuren als Indikatoren ausschließlich in SARA-Risiko-Tieren geprüft. In SARA-Risiko-Tieren konnte ein engerer Zusammenhang (12 %) zwischen den Pansen-pH-Parametern und Milchfettsäure-Indikatoren beobachtet werden. Im Allgemeinen lässt sich festhalten, dass Änderungen in den untersuchten Pansen-pH-Parametern im Zusammenhang mit Änderungen in einigen der untersuchten Indikatoren stehen und die Kombination von Indikatoren zu einer Verbesserung der Vorhersagekraft führen kann. Darüber hinaus lagen Unterschiede im Zusammenhang zwischen Pansen-pH-Parametern und Indikatoren auf Gruppen- oder Einzeltierebene vor. Für den Einsatz in Praxisbetrieben zur Identifikation von SARA-Risiko-Tieren in der Frühlaktation war der Zusammenhang jedoch zu schwach. Die untersuchten Indikatoren können die Messung des Pansen-pH-Wertes zur Einschätzung des SARA-Risikos im Einzeltier nicht ersetzen. Im Hinblick auf die große Bedeutung der SARA im Milchviehbereich besteht weiterer Forschungsbedarf an praxisnahen Indikatoren auf Einzeltierbasis.
Schlagwörter: SARA; subakute Pansenazidose; Milchkühe; Frühlaktation; Netzmagen-pH; Indikatoren; Pansen-pH
