The effects of rumen nitrogen balance on nutrient digestion, protein metabolism, and performance of dairy cows as influenced by diet composition

Abstract

Feeding excess dietary crude protein (CP) beyond the requirements of dairy cattle and microbes in the rumen increases production costs for farmers, excretion of nitrogen (N) to the environment, and has negative effects on the cows’ health and reproductive performance. Researchers have been interested in exploring the effects that diets with negative rumen nitrogen balance (RNB) may have on the dairy cattle and their rumen function. Results so far have been inconsistent may be due to the performance level of the animal with high-yielding dairy cows being more sensitive than low performing ones. Moreover, it may be supposed that variable responses to negative RNB in different studies may at least partly be related to varying ingredient composition and the type of main carbohydrate or N sources in the animals’ diets. The overall objective of the thesis was to generate a comprehensive understanding on the effects of interactions between the RNB levels and carbohydrate and N sources in cattle diets on rumen fermentation, the efficiency of microbial CP synthesis, and on N use efficiency in vitro and in vivo. The results of the present thesis indicate that the effects of negative RNB levels may vary with dietary composition in dairy cows. Therefore, outlining a single minimum RNB balance threshold for dairy cattle diets may not be appropriate when optimizing N utilization in dairy cows, because several animal and dietary factors modify the requirements of rumen microbes.

Die Fütterung von Rohprotein (XP) über den Bedarf von Milchrindern und deren Pansenmikroben hinaus führt zu steigenden Produktionskosten und Stickstoff (N)- Ausscheidungen und belasten somit die Gesundheit und Leistung der Milchkühe sowie die Umwelt. Zahlreiche Studien untersuchten bereits die Effekte negativer ruminale Stickstoffbilanz (RNB) in Rationen von Milchkühen. Deren Ergebnisse waren jedoch widersprüchlich, mit keinen oder negativen Effekte bei negativen RNB auf die Futteraufnahme, Nährstoffverdaulichkeit und Milchproduktion. Neben Unterschieden in der absoluten RNB und dem Leistungsniveau der Tiere, könnte ein Grund für die uneindeutigen Ergebnisse die verschiedenen Kohlenhydrat- und N-Quellen in den Rationen der Tiere sein. Das Ziel dieser Arbeit war, die Effekte der Interaktionen zwischen unterschiedlichen ruminale Stickstoffbilanz (RNB) und Kohlenhydrat- oder Stickstoff (N) Quellen in den Rationen von Milchrindern auf die Pansenfermentation, die Effizienz der mikrobiellen Proteinsynthese und die N-Nutzungseffizienz in vitro and in vivo zu erlangen. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit zeigen, dass die Effekte einer negativen RNB auf Milchkühe mit der Zusammensetzung der Ration variieren können. Der Bedarf der Pansenmikroben wird durch unterschiedliche Tier- und FutterungsFaktoren beeinflusst. Daher ist die Definition eines einzigen Schwellenwert für die RNB in den Rationen von Milchrindern ungeeignet, insbesondere wenn die N-Nutzung der Tiere erhöht werden sollte.