Effect of grazing intensity on feed intake and productivity of sheep in the Inner Mongolian steppe | Einfluss der Beweidungsintensität auf Futteraufnahme und Leistung von Schafen der Steppe der Inneren Mongolei

The present dissertation was conducted within the Sino-German research collaboration “Matter fluxes of grasslands in Inner Mongolia as influenced by stocking rate” (MAGIM), founded by the German research foundation (DFG). The objective of this research unit is the examination of different grazing management systems of sheep in the Inner Mongolian steppe to contribute to the reduce of the severe ecological problems of this region mainly caused by overgrazing. Therefore, a grazing experiment was conducted in the grazing season of 2005 in the Xilin River Basin. To assure accurate measurements of herbage intake of sheep, which is a crucial information for evaluating different grazing managements, the inert marker TiO2 was evaluated for the estimation of fecal output in sheep grazing at the Inner Mongolian steppe. The determination of fecal output is used together with the digestibility of herbage ingested for the prediction of herbage intake, since a direct measurement is not practical. For the evaluation of the inert marker TiO2 administered to sheep orally by daily gelatine capsules for estimating fecal output by marker concentration of fecal grab samples indoor feeding experiments and grazing experiments were conducted to determine fecal recovery, time to reach equilibrium in intake and excretion of TiO2 after initial dosing, diurnal variation in fecal marker concentration, and to validate fecal output estimation with TiO2. Furthermore, frequency of TiO2 administration and grab sampling was examined. In the indoor feeding experiments, fecal recovery of TiO2 was lower (P < 0.001) in hay+concentrate diets than in hay diets with 98.9% and 108.0%, respectively. Furthermore, fecal recovery was higher (P = 0.014) in grazing intensity 5.0 sheep per ha compared to 2.0 sheep per ha with 107.0% and 100.4%, respectively. The significantly higher than 100% fecal recoveries of the hay diets and the high grazing recoveries could be caused by increased ingestion of soil, which contains 2.2 mg/g DM of TiO2. However, the difference in fecal crude ash content between the grazing intensities was small, and therefore did not explain the higher fecal recovery in the high grazing intensity. The equilibrium in intake and excretion of TiO2 was reached five days after initial TiO2 dosing, which is therefore the minimum preliminary period before fecal sample collection. Diurnal variation in fecal TiO2 concentrations was found in a grazing experiment, when fecal grab samples were collected on three different times of the day. The variation in fecal TiO2 concentration was smaller with two times dosing compared with one time dosing of TiO2 per day. This result was confirmed by the comparison of measured fecal output with estimated fecal output by TiO2 concentration in fecal grab samples in an indoor feeding experiment. The estimation of fecal output was more accurate with two time dosing than one time dosing per day. Furthermore, the increase in frequency of grab sampling from one to two per day, improved the accuracy of fecal output estimation. In conclusion, these experiments showed that TiO2 is a reliable marker for estimation of fecal output in grazing sheep. A grazing experiment with six different grazing intensities of sheep (1.5, 3.0, 4.5, 6.0, 7.5, and 9.0 sheep per ha) was conducted in the grazing season of 2005 in the Xilin River Basin. The objectives were to determine the effects of grazing intensity on herbage mass, forage quality, live weight gain, and herbage intake, and to derive an optimal grazing intensity, which realizes a high animal performance in a sustainable ecosystem. The ADG per sheep decreased with increasing grazing intensity (P = 0.018), whereas intake of organic matter and digestible organic matter per sheep tended to decrease (P = 0.090 and P = 0.065, respectively). The assumption that not only DOMI per sheep is responsible for the increasing ADG per sheep with decreasing grazing intensity but also increasing energy requirement for physical activity with increasing grazing intensity caused by low herbage allowance was confirmed by calculations of energy requirements of the sheep. The digestibility of organic matter ingested and offered were not found as influenced by grazing intensity (P = 0.116 and P = 0.471, respectively). Herbage mass decreased from 1500kg DM/ha in grazing intensity 1.5 sheep per ha to 600kg in grazing intensity 9.0 sheep per ha (P = 0.035). The herbage composition was not affected by grazing intensity, except the ADL content (P = 0.039) which increased with grazing intensity. Significant relationships between ADL and digestibility of organic matter ingested as well as herbage intake indicate the high meaning of lignification of the fibre rich herbage (NDF = 726g/kg DM ± 7.1 SE). Herbage intake per ha increased with grazing intensity (P < 0.001), whereas live weight gain per ha was lowest at grazing intensity 1.5 sheep per ha and no differences were found among the other grazing intensities (P = 0.049). Therefore, it can be concluded that short term heavy grazing does not lead to a reduced animal performance per ha, but is even able to feed more animals per ha. However, long term heavy grazing is expected to reduce productivity of the grassland and consequently may reduce animal performance. Since in our one year study long term effects of grazing intensity could not be determined and grassland productivity varies greatly with precipitation in the Inner Mongolian steppe, no reliable recommendation for an optimal grazing intensity could be derived.

Die vorliegende Dissertation wurde innerhalb der chinesisch-deutschen Forschergruppe der DFG “Matter fluxes of grasslands in Inner Mongolia as influenced by stocking rate” (MAGIM) angefertigt. Das Ziel dieser Forschergruppe ist es, verschiedene Beweidungsstrategien von Schafen in der Steppe der Inneren Mongolei, China zu untersuchen, um einen Beitrag zur Lösung der schweren ökologischen Probleme dieser Region beizutragen, welche hauptsächlich durch Überbeweidung verursacht werden. Aus diesem Grund wurde ein Weideexperiment in der Vegetationsperiode 2005 im Xilin River Basin durchgeführt. Um eine genaue Messung der Futteraufnahme von weidenden Tieren zu gewährleisten, welche eine wichtige Information zur Bewertung von Beweidungsstrategien liefert, wurde die Eignung des inerten Markers TiO2 zur Schätzung der Kotausscheidung untersucht. Die Schätzung der Kotabgabe wird zusammen mit der Verdaulichkeit der Ration genutzt, um die Futteraufnahme auf der Weide indirekt zu schätzen, da die direkte Schätzung kaum möglich ist. Zur Evaluation der Schätzung der Kotausscheidung über die fäkale Konzentration des inerten Markers TiO2, welcher den Schafen täglich oral in Gelatinekapseln verabreicht wurde, wurden Fütterungs- und Weideversuche durchgeführt, mit dem Ziel die fäkale Wiederfindung, die Zeit bis zum Eintreten des Gleichgewichts in Aufnahme und Ausscheidung nach erster TiO2-Gabe, die Variation der Kotkonzentration des Markers im Tagesverlauf und die Genauigkeit der Schätzung der Kotauscheidung zu bestimmen. Ferner wurden die Effekte der Frequenz der Sammlung von Kotproben und der TiO2-Verabreichung untersucht. In den Stallfütterungsversuchen war die Wiederfindung in den mit Kraftfutter supplementierten Heurationen niedriger mit 98.9% als in den reinen Heurationen mit 108% (P < 0.001). Im Weideversuch wurde mit 107.0% eine höhere Wiederfindung in Schafen der Beweidungsintensität 5.0 Schafe pro ha gefunden als in den Schafen der Beweidungsintensität 2.0 Schafe pro ha (P = 0.014). Die signifikant höheren Wiederfindungen als 100% könnten durch die erhöhte Aufnahme von Erde, welche auf der Versuchsfläche im Mittel 2.2g TiO2/kg Trockensubstanz enthielt. Der Rohaschegehalt im Kot der untersuchten Tiere, welcher mit erhöhter Erdaufnahme ansteigen müsste, unterstützt diese Theorie allerdings nicht. Das Gleichgewicht in Aufnahme und Ausscheidung des TiO2 wurde nach fünf Tagen nach erster TiO2-Gabe erreicht. Daraus resultiert eine notwendige Länge einer Vorperiode vor dem Beginn der Kotsammlung von mindestens fünf Tagen. Es wurde eine Variation der Markerkonzentration im Tagesverlauf bei weidenden Tieren festgestellt, denen an drei - 112 - Zeitpunkten des Tages Kotproben aus dem Rektum entnommen wurden. Diese war allerdings geringer und nicht mehr signifikant, wenn den Tieren zweimal am Tag statt einmal TiO2 verabreicht wurde. Dieses Ergebnis wurde bestätigt durch den Vergleich zwischen der direkt gemessenen und der über das TiO2 geschätzten Kotausscheidung in einem Stallversuch, in dem die Verabreichung von zwei statt einer TiO2-Gabe pro Tag die Schätzgenauigkeit verbesserte. Ferner wirkte sich auch die Sammlung von zwei statt einer Kotprobe pro Tag, welche gepoolt wurden, positiv auf die Schätzgenauigkeit aus. In der Schlussfolgerung wurde das TiO2 als ein geeigneter inerter Marker zur Schätzung der Kotausscheidung von weidenden Schafen befunden. In der Vegetationsperiode 2005 wurde ein Weideexperiment mit sechs Beweidungsintensitäten (1.5, 3.0, 4.5, 6.0, 7.5 und 9.0 Schafen pro ha) durchgeführt. Die Ziele waren die Bestimmung der Effekte der Beweidungsintensität auf Futterangebot (HM), Futterqualität (IVDOM + DOM), Lebendgewichtszunahme (ADG) und Futteraufnahme (OMI + DOMI) sowie die Ableitung einer optimalen Beweidungsintensität, welche eine hohe Tierleistung gewährleistet unter nachhaltigen ökologischen Bedingungen. ADG pro Schaf sank mit steigender Beweidungsintensität (P = 0.018), während OMI und DOMI eine Tendenz zur Abnahme zeigten (P = 0.090 bzw. P = 0.065). Die Annahme, dass nicht nur eine geringere DOMI für die Abnahme der ADG mit steigender Beweidungsintensität verantwortlich ist, sondern auch ein steigender Energiebedarf für Weideaktivität durch sich verschlechternden Futterzugang wurde durch Bedarfskalkulationen bestärkt. Für DOM und IVDOM wurde kein Einfluss der Beweidungsintensität beobachtet (P = 0.116 bzw. P = 0.471) und mögliche Gründe diskutiert. Das Angebot grüner Biomasse sank von ca. 1500kg in Beweidungsintensität 1.5 Schafe pro ha auf ca. 600kg Trockensubstanz pro ha in Beweidungsintensität 9.0 Schafe pro ha (P = 0.035). Zwischen der Beweidungsintensität und der chemischen Zusammensetzung des angebotenen Futters konnten keine Beziehungen gefunden werden mit Ausnahme des ADL-Gehaltes, welcher mit steigender Beweidungsintensität stieg (P = 0.039). Gefundene signifikante negative Einflüsse des ADL-Gehaltes auf DOM und OMI unterstreichen die hohe Bedeutung der Lignifizierung dieses faserreichen Futters (NDF = 726g/kg TS ± 7.1 SE). Die Futteraufnahme pro ha (OMI, DOMI) stieg mit der Beweidungsintensität (P < 0.001), während ADG pro ha geringer war in der Beweidungsintensität mit 1.5 Schafen pro ha als in den höheren Beweidungsintensitäten (P = 0.049), welche untereinander keine signifikanten Unterschiede zeigten. Aus diesem Ergebnis kann gefolgert werden, dass kurzeitige starke Beweidung die Tierleistung pro ha nicht reduziert und sogar das Futterangebot der Fläche besser nutzt durch Ernährung einer erhöhten Anzahl Tiere. Dies könnte eine Hauptursache der auftretenden Überbeweidung in der Steppe der Inneren Mongolei sein, da die Bauern kein langfristiges Interesse am Land zeigen aufgrund der unsicheren und ständig wechselnden Besitzverhältnisse. Allerdings ist zu erwarten, dass langfristige Überbeweidung die Produktivität des Weidelandes verringert. Da in unserer Studie keine langfristigen Effekte der Beweidungsintensität, z.B. auf Bodenparameter und Artenzusammensetzung des Grünlandes, berücksichtigt werden können, und die Weideerträge zwischen den Jahren mit den Niederschlagsmengen stark variieren, ist es nicht möglich, aus unseren Daten eine allgemeingültige optimale Beweidungsintensität abzuleiten.