copyrightDickhoefer, UtaVelasco Gutierez, Elizabeth2025-11-202025-11-202024https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/1817110.60848/13101A steadily growing world population and its rising standard of living are putting pressure on agricultural systems to provide food of good quality while minimizing environmental impacts. As a result, traditional practices such as grazing are becoming more popular in dairy systems. Permanent grasslands cover 34 % of the agricultural area in the European Union (EU). Semi-natural grasslands (SNG) are defined as permanent grasslands formerly used for mowing or grazing that have not been substantially modified by agricultural practices. The federal State of Baden-Wuerttemberg in Germany has a great proportion of SNG compared to other federal States in the country. The use of forage on SNG in grazing-based dairy cattle systems has the potential to produce milk sustainably, by respecting the environment, closing nutrient cycles, and promoting animal welfare, while ensuring high-quality forage production. However, there is limited data on the performance and practical use of SNG in grazing-based dairy cattle systems. This doctoral thesis aims at characterizing, evaluating, and quantifying the forage on SNG in grazing-based dairy cattle systems in Southwest Germany focusing on (1) forage availability, (2) feed energy self-sufficiency, and (3) feed supplementation in on-farm approach To characterize grazing-based dairy cattle systems and evaluate the potential of SNG for grazing and milk production, semi-quantitative interviews were conducted on 27 farms in the summer of 2018. Above-ground forage biomass from pastures was harvested and analyzed for nutrient composition. Farms differed regarding land endowment and use, dairy herd size, and thus stocking rates. Farmers implemented rotational (n = 12), short-grass (n = 10), continuous (n = 3), or strip (n = 2) grazing systems with < 8 h (n = 4), 8-12 h (n = 14), and > 12 h (n = 9) of daily pasture access during the grazing season. During the summer of 2018, available pasture forage (kg dry matter (DM)/ha) ranged from only 122 to 1,208. Crude protein (CP) and metabolizable energy (ME) concentrations varied greatly with 85 to 282 g and 7.9 to 11.0 MJ/kg DM, respectively. Diet digestibility estimated from fecal CP content ranged from 59.2 to 72.2 g/100 g organic matter (OM). Some farms succeeded in maintaining milk yields constant despite the lack of rainfall in that year. To quantify the forage availability of SNG as well as the feed energy self-sufficiency in seven commercial organic dairy cattle farms in Southwest Germany during the grazing season of 2019 and 2020, exclusion cages were set up in dairy cattle paddocks. Pasture samples were collected inside and outside the exclusion cages every 30 to 65 d, and analyzed by near-infrared reflectance spectroscopy for DM, CP, neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF), apparent total tract digestibility organic matter (dOM), and ME. The results showed that SNG have the potential to produce a forage biomass up to 10,959 kg DM/ha and a with concentrations of CP, NDF, ADF up to 232 g/kg DM, 395 g/kg DM, and 214 g/kg DM, respectively. The concentrations of dOM and ME were up to 771 g/kg OM and 10.7 MJ/kg DM, respectively. The potential of grazing on SNG for dairy milk production was not fully exploited, although on some farms and at some times during the grazing season, grazing on SNG provided 100 % of the energy requirements of lactating dairy cattle, while on other farms, grazing on SNG provided only 2.8 % of the energy requirements. The differences in milk production from grazing SNG observed between farms were mainly due to management factors such as stocking rate and feed supplementation, while environmental factors played a minor role. To evaluate the effects of feed supplementation in grazing-based dairy cattle systems, three feeding experiments were conducted to compare feed supplementation under grazing conditions of (1) grass hay versus fresh grass-clover mixtures, (2) grass hay before or after grazing, and (3) timing of concentrate supplementation on two organic commercial dairy cattle farms in Southwest Germany in two periods in 2019 and 2020. Experiment 1 showed that the dairy cattle supplemented with fresh grass-clover mixtures had lower fecal nitrogen (N) excretion compared to the dairy cattle supplemented with grass hay. Experiment 2 demonstrated that grass hay supplementation before grazing led to a decrease in pasture organic matter intake (OMI), while grass hay supplementation in the morning (i.e., hay AM) decreased fecal N excretion in dairy cattle. Experiment 3 showed that offering less concentrate to dairy cattle before grazing resulted in higher pasture OMI in period 1, but also higher N intake and, lower fecal N excretion. The results of the feeding experiments demonstrate that simple management practices, such as the timing of feed supplementation can influence individual N utilization. The results of this doctoral thesis demonstrated that forage of SNG has the potential to produce forage biomass, adequate nutrient content, and energy concentration even under dry conditions. To maximize the use of SNG for grazing, the dynamics between forage biomass and supplemented feed should be considered, to maximize the use of SNG. Grazing management decisions play an important role in the use of forage of SNG for grazing in dairy cattle systems. The present thesis provides insights into grazing-based dairy cattle systems and valuable information on on-farm conditions in Central Europe. Future studies should be carried out in other countries and regions to obtain a more comprehensive panorama of the potential of the forage on SNG for milk production.In den letzten Jahren ist der Druck auf landwirtschaftliche Systeme gestiegen, um die Produktivität bei gleichzeitiger Reduktion von Umweltauswirkungen zu steigern. Dies hat dazu geführt, dass traditionelle Praktiken wie die Weidehaltung in der Milchviehhaltung populärer werden. Dauergrünland macht 34 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche der Europäischen Union aus. Naturnahes Grünland (SNG) ist definiert als Dauergrünland, das beweidet oder gemäht wird und durch landwirtschaftliche Praktiken nicht wesentlich verändert wurde. Das Bundesland Baden-Württemberg hat im Vergleich zu anderen Bundesländern einen hohen Anteil an SNG. Die Nutzung des Futters aus dem SNG in weidebasierten Milchviehsystemen hat das Potenzial, Milch auf nachhaltige Weise zu erzeugen, denn in SNG wird die Umwelt geschont, Nährstoffkreisläufe geschlossen, Tierwohl gefördert und gleichzeitig die Produktion qualitativ hochwertiger Futtermittel sichergestellt. Allerdings sind nur wenige Daten zur Leistung und zum praktischen Einsatz von Futter aus dem SNG in weidebasierten Milchviehsystemen verfügbar. Das Ziel dieser Dissertation ist die Charakterisierung, Quantifizierung und Evaluierung von Futter aus dem SNG in weidebasierten Milchviehsystemen im Südwesten Deutschlands in einem „on-farm“-Ansatz unter Berücksichtigung von (1) Futterverfügbarkeit, (2) Deckung des eigenes Bedarf an Energie und (3) Zufütterung. Um weidebasierte Milchviehsysteme zu charakterisieren und das Potenzial des Futters aus dem SNG für die Weidehaltung und Milchproduktion abzuschätzen, wurden im Sommer 2018 auf 27 ökologisch wirtschaftenden Milchviehbetrieben semiquantitative Befragungen durchgeführt. Die oberirdische Futterbiomasse der Weiden wurde beprobt und auf ihre Nährstoffzusammensetzung analysiert. Die Betriebe unterscheiden sich stark in ihrer Flächenausstattung und -nutzung, der Größe der Milchviehherde und somit auch in der Besatzdichte. Die Landwirte setzen Umtriebs- (n = 12), Kurzrasen- (n = 10), Stand- (n = 3) oder Portionsweidesysteme (n = 2) mit < 8 Stunden (n = 4), 8-12 Stunden (n = 14) und > 12 Stunden (n = 9) täglichem Weidegang während der Weidesaison ein. Im Sommer 2018 lag die verfügbare Weidefuttermenge (kg Trockenmasse (TM)/ha) zwischen 122 to 1.208. Die Gehalte an Rohprotein (CP) und Umsetzbarer Energie (ME) schwankten zwischen 85 und 282 g bzw. 7,9 und 11,0 MJ/kg TM. Die Verdaulichkeit der organischen Masse (dOM) des Futters geschätzt aus CP-Gehalt im Kot, lag zwischen 59,2 und 72,2 g/100 g organische Masse (OM). Die Milchleistungsdaten zeigten, dass die Milchleistung trotz fehlender Niederschläge in einigen Betrieben im Jahr 2018 konstant blieb. Um das Futterangebot, die Verfügbarkeit von SNG und die Deckung des Energiebedarfs von Milchkühen in sieben ökologisch wirtschaftenden Milchviehbetrieben während der Weidesaison 2019 und 2020 zu quantifizieren, wurden Weidekäfige auf Milchviehweiden aufgestellt und alle 30 bis 65 Tage beprobt. Weideproben wurden innerhalb und außerhalb der Weidekäfige genommen und mittels Nahinfrarot-Reflexionsspektroskopie auf TM, CP, neutrale Detergenzienfasern (NDF), saure Detergenzienfasern (ADF), dOM und ME untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass das Futter aus dem SNG das Potenzial hatten, einen Ertrag von bis zu 10.959 kg TM/ha und Konzentrationen von CP, NDF und ADF von bis zu 232 g/kg TM, 395 g/kg TM bzw. 214 g/kg TM zu erzeugen. Außerdem wurden dOM- und ME-Konzentrationen von bis zu 771 g/kg OM bzw. 10,7 MJ/kg TM erreicht. Das Potenzial von SNG für die Futter- und Milchproduktion wurde nicht voll ausgeschöpft, obwohl in einigen Betrieben und zu bestimmten Zeiten während der Weidesaison die Weidehaltung auf SNG 100 % des Energiebedarfs der laktierenden Milchkühe deckte, während in anderen Betrieben die Weidehaltung auf SNG nur 2,8 % des Energiebedarfs deckte. Unterschiede in der Milchleistung aus dem Futter von SNG zwischen den Betrieben waren nicht nur auf Umweltfaktoren, sondern vor allem auf Managementfaktoren wie die Besatzrate und Zufütterung zurückzuführen. Um die Auswirkungen der Zufütterung in weidebasierten Milchviehsystemen zu evaluieren, wurden drei Fütterungsversuche mit den Behandlungen Menge, Typ und Zeitpunkt der Zufütterung unter Weidebedingungen durchgeführt: (1) Grasheu im Vergleich zu frischen Gras-Klee-Mischungen, (2) Grasheu vor oder nach Weidegang und (3) Zeitpunkt des Konzentratfutters auf zwei ökologisch wirtschaftenden Milchviehbetrieben in zwei Perioden in den Jahren 2019 und 2020. Versuch 1 zeigte, dass Milchkühe, die frische Gras-Klee-Mischungen erhielten, geringere fäkale Stickstoff (N)-Ausscheidungen hatten als Milchkühe, die Grasheu erhielten. Versuch 2 zeigte, dass die Fütterung von Grasheu vor dem Weidegang zu einer geringeren OM-Aufnahme von der Weide führte, während die Fütterung von Grasheu am Morgen (d.h. Heu AM) die fäkale N-Ausscheidung bei Milchkühen verringerte. Versuch 3 zeigte, dass die Gabe von weniger Konzentratfutter vor dem Weidegang zu einer höheren OM-Aufnahme von der Weide in Periode 1 führte, aber auch zu einer höheren N-Aufnahme und geringeren N-Ausscheidung im Kot. Die Ergebnisse der Fütterungsversuche zeigen, dass einfache Managementmaßnahmen, wie z.B. der Zeitpunkt der Zufütterung, die individuelle N-Verwertung beeinflussen können. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen, dass das Futter aus dem SNG das Potenzial hat, selbst in einem trockenen Jahr ausreichende Mengen an Futterbiomasse, Nährstoffqualität und Energiekonzentration zu produzieren. Um das Potenzial des Futters von SNG als Futterquelle optimal auszuschöpfen, sollte die Dynamik zwischen der Futterbiomasse von der Weide und der Zufütterung berücksichtigt werden. Weidemanagement-Entscheidungen spielen eine wichtige Rolle bei der Nutzung von SNG für die Weidehaltung in Milchviehbetrieben. Diese Arbeit bietet einen Einblick in weidebasierte Milchviehsysteme und wertvolle Informationen über die Bedingungen auf den Betrieben in Mitteleuropa. Zukünftige Studien sollten in anderen Ländern und Regionen durchgeführt werden, um einen umfassenderen Überblick über das Potenzial von Weidefutter für die Milchproduktion zu erhalten.engDairy cattleGrazing systemsForage useFeed supplementationSemi-natural grasslands630DoctoralThesis1941722741