Examinați articolele

  • Articol complet
  • Cifre și date
  • Referințe
  • Citații
  • Valori
  • Licențierea
  • Reimprimări și permisiuni
  • PDF

ABSTRACT

Introducere

Soluțiile viitoare pentru reducerea impactului asupra mediului al agriculturii vor fi probabil multiple, cu restricții privind intrările în ferma N și/sau strategiile de schimbare a utilizării terenurilor necesare pentru a reduce semnificativ pierderile de lixiviere în capturile sensibile la N. Recenzii anterioare au evidențiat o serie de strategii pentru a reduce pierderile de N din sistemele pastorale pășunite, vizând diferite părți ale ciclului de N prin componente animale-plante-sol (Di și Cameron 2002; Barrett și colab. 2007; Hoekstra și colab. 2007; Cameron și colab. 2013; Dijkstra și colab. 2013; Beukes și colab. 2014; Beeckman și colab. 2018; Hartinger și colab. 2018). Mai recent, a existat un interes crescut pentru utilizarea furajelor alternative (de exemplu, pătlagină; Plantago lanceolata) și utilizarea creșterii plantelor pentru a viza trăsături specifice asociate cu o absorbție mai mare a N de plante sau diluare de urină N (Nicols și Crush 2007; Judson și colab. 2018) ca strategie de atenuare a pierderilor de N de pe pășunile pășunute. Cu toate acestea, trecerea de la binecunoscutele sisteme de pășuni de lână-trifoi la pășuni alternative cu mai multe specii va trebui abordată cu precauție pentru a asigura implementarea cu succes la fermă pentru a oferi beneficii de mediu, îndeplinind în același timp obiectivele de rentabilitate sau că nu există alte consecințe adverse.

articolul

Această revizuire raportează variația atributelor furajere care pot reduce riscul de lixiviere a N din sistemele de fermă prin intermediul strategiilor de manipulare a dietei animale. Mai precis, revizuirea va lua în considerare rolul atributelor cheie pentru furaje pentru utilizarea viitoare în sistemele de lactate temperate, deoarece această industrie reprezintă cele mai mari îmbunătățiri necesare pentru reducerea impactului asupra calității apei dulci. În cele din urmă, modelarea va fi utilizată pentru a demonstra potențialul atributelor furajere pentru a reduce levigarea nitraților la scara padocului în sistemele de ferme lactate.

Concentrație redusă de N de ierburi

Necesarul de proteine ​​al animalelor variază de-a lungul sezonului, în funcție de starea lor fiziologică și de necesarul de proteine ​​pentru creștere, lactație și reproducere. Standardele de hrănire a animalelor pentru necesitățile de energie și proteine ​​din NZ se bazează pe sistemele de energie metabolizabilă (ME) și proteine ​​metabolizabile (MP) folosind ecuații derivate în Marea Britanie și Australia (SCA 1990; AFRC 1993). Aprovizionarea cu MP este dictată de degradabilitatea proteinelor din rumen, sinteza proteinelor microbiene din rumen (MPS) și digestibilitatea proteinelor microbiene și rumen nedegradate. Deoarece degradabilitatea N nu este o măsură obișnuită de laborator, nutriționiștii fac presupuneri cu privire la caracteristicile de degradabilitate a furajelor atunci când se determină conținutul minim de proteine ​​brute dietetice (CP). În sistemele de rație mixte totale (RMN) sau parțiale (PMR), este mai ușor să echilibrați dieta CP și ME pentru a satisface cerințele animalelor, dar în sistemele de pășuni pășunate în aer liber este mult mai dificil să faceți acest lucru din cauza provocărilor inerente în controlul plantei N concentrare menținând în același timp rate de creștere ridicate și o calitate ridicată a furajelor.

Pentru a demonstra surplusul de N întâlnit în mod obișnuit în sistemele lactate pastorale, cerințele privind concentrația de proteine ​​brute din ierburi (CP%) pentru o vacă de lapte din Insulele de Nord și de Sud care produc respectiv 340 sau 400 kg MS/an a fost reprezentată în raport cu procentul mediu CP de pășune înregistrat pentru aceștia zone (Figura 1). Spre sfârșitul lactației există un excedent mare de CP consumat în dietă. Această schimbare fiziologică coincide cu condițiile reduse de creștere a plantelor (și, prin urmare, cu absorbția de N), creșterea drenajului de iarnă și, ulterior, creșterea riscului de levigare a nitraților. În această perioadă există probabil cea mai mare oportunitate de a identifica furaje și strategii de gestionare care pot reduce cantitatea de N golită în urină.

Publicat online:

Figura 1. Fluctuație sezonieră în surplusul alimentar de N al pășunilor bazate pe triunghiul din Insula de Nord și Insula de Sud. Linia solidă arată conținutul mediu de proteine ​​brute (% din DM) din pășuni (din Litherland și Lambert 2007), în timp ce linia punctată reprezintă conținutul minim de proteine ​​brute (% din DM) cerut de o vacă de lapte din partea de sus a Insulei de Nord care produce 340. kg de lapte solid pe an sau în Insula de Sud producând 400 kg de lapte solid pe an (LIC și DairyNZ 2018). Cerințele minime de proteine ​​din dietă au fost determinate în conformitate cu standardele de hrănire a proteinelor metabolizabile (SCA 1990).

Figura 1. Fluctuație sezonieră în surplusul alimentar de N al pășunilor bazate pe triunghiul din Insula de Nord și Insula de Sud. Linia solidă arată conținutul mediu de proteine ​​brute (% din DM) din pășuni (din Litherland și Lambert 2007) în timp ce linia punctată reprezintă conținutul minim de proteine ​​brute (% din DM) cerut de o vacă de lapte din partea de sus a Insulei de Nord, producând 340. kg de lapte solid pe an sau în Insula de Sud producând 400 kg de lapte solid pe an (LIC și DairyNZ 2018). Cerințele minime de proteine ​​dietetice au fost determinate în conformitate cu standardele de hrănire pentru proteine ​​metabolizabile (SCA 1990).

Studii recente de cercetare în regiunile calde (Waikato) și reci (Canterbury) din Noua Zeelandă au fost stabilite pentru a identifica care furaje și practicile de gestionare au dus la scăderea concentrației de N (sau a concentrației de proteine ​​brute, care se presupune a fi 16% N). Rezultatele privind valoarea nutritivă și răspunsurile de gestionare au fost publicate pentru regiunile reci (Box și colab. 2017a; Martin și colab. 2017a; Martin și colab. 2017b) și calde (Dodd și colab. 2017). În regiunea mai rece, cu o temperatură medie pe termen lung a aerului diferind de ~ 4 grade C în comparație cu regiunea caldă, ierburile au avut cea mai scăzută concentrație de ierburi N (medie de 2,7% pentru raigranul peren, raigras italian, păiușul înalt, cocos și iarba de prerie ) urmată de ierburi (medie de 3,1% pentru cicoare și patlagină). Dintre ierburi, ierbura italiană și iarba de prerie au avut cea mai mică concentrație de N de ierburi, datorită randamentului ridicat de DM. În regiunea caldă, ierburile au avut o concentrație mai mică de N (2,6% N) în comparație cu ierburile (3,0% N), în timp ce leguminoasele au avut cea mai mare concentrație de N (> 4,0% N). Ierburile au fost cele mai sensibile la îngrășământul cu azot, iar atât ierburile, cât și plantele au crescut producția de DM, cu un efect redus asupra concentrației de ierburi de N până la rate de aplicare de 200 kg N/ha/an la locul rece (Martin și colab. 2017b).

Echilibrarea carbohidraților solubili și a proteinelor

Îmbunătățirea captării microbiene și a utilizării amoniacului în rumen este influențată de cantitatea și solubilitatea atât a surselor de proteine, cât și a celor de carbohidrați. În dietele cu concentrație adecvată de proteine ​​brute, creșterea solubilității proteinelor s-a dovedit a crește pierderile urinare de N (Wohlt și colab. 1976; Giger-Reverdin și colab. 2015). O trecere în revistă a raia bogată în zahăr de Edwards și colab. (2007) au dezvăluit că creșterea echilibrului între WSC și CP în raigrasul peren a fost asociată cu o reducere a excreției urinare-N. În consecință, speciile de plante sau factorii de gestionare care reduc solubilitatea proteinelor și îmbunătățesc cantitatea și disponibilitatea unei surse de energie pot oferi oportunități de reducere a pierderilor urinare de N.

Solubilitate proteică redusă

Majoritatea proteinelor din plante este degradabilă în galben și următoarea ingestie este transformată în galben în polipeptide, aminoacizi (AA) și amoniac (McDonald și colab. 2002). Microbii din rumen utilizează aceste surse de N împreună cu sursele de energie, în principal din produsele de descompunere a carbohidraților, pentru a sintetiza propriul țesut celular. Împreună cu orice proteină nedigerată, acești microbi sunt anulați din rumen, unde 85% din proteina microbiană este ulterior digerată și absorbită din intestinul subțire. Eficiența utilizării proteinelor digerate în rumen este mai mică decât proteina digerată în intestinul subțire (Negru 1971), astfel încât mutarea locului digestiei în intestinul subțire este adesea recomandată pentru a îmbunătăți eficiența utilizării animalelor N.

Pierderile de N pot apărea în rumen atunci când viteza și gradul de degradare a proteinelor alimentare duce la fermentarea rapidă în amoniac. Amoniacul este absorbit prin peretele galben prin difuzie pasivă pe un gradient de concentrație și apoi transformat în uree în ficat. Ureea care circulă în sânge este fie reciclată înapoi în rumen, fie eliminată în urină prin rinichi. În consecință, reducerea sursei de proteine ​​dietetice degradabile poate crește proporția de aminoacizi absorbabili care intră în intestinul subțire, scăzând în cele din urmă fermentația N la amoniac și sinteza ureei.

Creșterea carbohidraților solubili

Eliberare sincronizată de nutrienți

La animalele care pasc, interacțiunea dintre prezentarea fizică a plantelor în sine și animalul are potențialul de a influența comportamentul ingestiv și perturbarea celulelor vegetale și, astfel, disponibilitatea nutrienților în galben. Oportunitatea de a manipula eliberarea componentelor intercelulare în cadrul speciilor de raia a fost investigată de Boudon și Peyraud (2001), care au observat un efect redus al sezonului sau stadiului de maturitate asupra eliberării substanțelor nutritive după ingestie. Într-un studiu recent care a comparat reducerea dimensiunii particulelor ingestive de cicoare, lucernă și raigras peren, Minnee și colab. (2018) au raportat cea mai mică reducere a dimensiunii particulelor în cicoare și că aceasta a dus la o eliberare mai lentă de N din conținutul celular. Interesant este că în același studiu, eliberarea de carbohidrați nu pare să fie împiedicată în aceeași măsură ca azotul. Cantitativ, gama de concentrații a atributelor nutritive de bază este relativ mică între furajele cultivate în sisteme intensive de producție, totuși dispunerea spațială a acestor compuși în materialul vegetal proaspăt are potențialul de a modifica dinamica fermentației în rumen și disponibilitatea nutrienților absorbiți.

Proteină lent degradabilă

O descompunere mai lentă a particulelor poate duce la eliberarea mai lentă de amoniac sau la o creștere a ratei de scurgere a furajelor nedigerate dacă aporturile zilnice de DM sunt mari. Efectul modificării degradabilității proteinelor alimentare a fost demonstrat de Bohnert și colab. (1999) care au observat o retenție îmbunătățită de N și o excreție urinară mai scăzută a apelor care consumă diete cu degradabilitate mai mică a rumenului. Dovada conceptului pentru ipoteza că degradabilitatea redusă a rumenei va reduce excreția urinară de N a fost inconsistentă, în special în dietele care sunt deja bogate în N (Castillo și colab. 2000). Deoarece digestibilitatea proteinelor dietetice și microbiene este mare, transferul locului de digestie în intestinul subțire nu crește retenția de N dacă MP-ul acelui animal este deja îndeplinit. Aminoacizii absorbiți sunt de obicei dezaminați și excretați în urină, crescând astfel concentrația de N a urinei. Creșterea proporției de N total, care este indigest, crește totuși împărțirea N de la urină la balegă (Barry 2011).

Metaboliți secundari de plante

Saponinele, pe de altă parte, apar ca glicozide și se găsesc în plante precum lucerna (Clemensen și colab. 2018). Saponinele sunt, de asemenea, capabile să formeze complexe cu proteine ​​în rumen pentru a reduce degradabilitatea, deși mai multe studii au demonstrat că saponinele reduc protozoarele din rumen (Lu și Jorgensen 1987; Malik și Singhal 2008; Rajabi și colab. 2017; Arvind și colab. 2018). Reducerea numărului de protozoari și a activității acestora sunt implicate în concentrația mai mică de amoniac în rumen pe măsură ce populațiile microbiene cresc pentru a îmbunătăți captarea de N în absența protozoarelor (Lu și Jorgensen 1987). Concentrația mai mică de amoniac galben și retenția îmbunătățită de N au fost demonstrate de Rajabi și colab. (2017) la suplimentarea oilor cu coajă de rodie care conținea atât saponine, cât și taninuri condensate.

Polifenol oxidaza (PPO) este o enzimă prezentă în multe specii de pășuni (Lee și colab. 2006) și ajută la apărarea plantelor împotriva agenților patogeni și a fotodeteriorării (Lee 2014). PPO este implicat în reacții care dezactivează proteazele din plante și care a fost propus inițial pentru îmbunătățirea metabolismului N în rumen prin reducerea rumenului de amoniac și îmbunătățirea eficienței utilizării N (Pichard și colab. 2006; Hart și colab. 2016). Lee (2014) a susținut mai târziu că, datorită necesității de oxigen în reacțiile PPO, reducerile observate ale degradabilității proteinelor din rumen în dietele cu trifoi roșu au fost probabil atribuite altor factori asociați.

Diluarea urinei și distribuția sarcinii N

În timp ce compoziția furajelor joacă un rol important în determinarea consumului și utilizării azotului, furajele influențează și modul în care acești nutrienți sunt excretați. Levigarea nitraților din urină este influențată de concentrația de azot din urină și de zona pe care se depune urina (Li și colab. 2012), ambele putând fi modificate de volumul de urină. Deși toate mamiferele au ritmuri circadiene relativ fixe pentru excreția de urină (Noh și colab. 2011) există variații considerabile ale fluctuațiilor ciclurilor de urinare (Betteridge și colab. 2013; Shepherd și colab. 2017a; Gregorini și colab. 2018). Profitarea acestei variații poate reduce proporția de plasturi de urină cu risc ridicat de lixiviație a N.