Impacts of diets with reduced nitrogen and phosphorus concentrations on nutrient digestibility, balance, retention, and the chemical body composition of contemporary barrows | Auswirkungen einer Stickstoff- und Phosphor-reduzierten Fütterung auf die Nährstoffverdaulichkeit, -bilanz, -retention und chemische Körperzusammensetzung von modernen Börgen

English. The release of large quantities of nitrogen (N) and phosphorus (P) as part of agricultural fertilisation leads to severe environmental problems (e.g. eutrophication of surface waters, contamination of groundwater, soil acidification, greenhouse gas emissions). Thus, N- and P-reduced feeding of fattening pigs represents one strategy to reduce N and P excretions relative to intake. Basic idea is to feed pigs as close as possible to their nutrient requirements in order to minimise nutrient surpluses that are released into the environment via manure. The effects of N- and P-reduced feeding on nutrient digestibility, balance and retention and on chemical body composition of contemporary barrows were investigated by conducting a balance trial including a subsequent full body analysis of their carcasses. For the balance trial, eight barrows of a high-yielding fattening genetic (BHZP db. Viktoria x Piétrain) with a mean live weight (LW) of 20.4 ± 1.9 kg were individually housed and after a 4-week adaptation phase, they were surgically fitted with a simple T-cannula at the terminal ileum. After a 3.5-week convalescence phase, pigs (LW 61.5 ± 2.1 kg) were allotted to one of two feeding groups and fed in a 3-phased feeding regimen (3 weeks/phase). Pigs received the control diet (CON, n = 4) based on common recommendations for the nutrient supply of fattening pigs published by the Society of Nutrition Physiology or the diet with reduced N and P concentrations (NPred, n = 4), which was derived from the recommendations of the German Agricultural Society. All diets were based on barley, wheat and soybean meal, were supplemented with crystalline amino acids (lysine, threonine, methionine, tryptophan), minerals and vitamins and contained chromium oxide (Cr2O3) as an indigestible marker. No exogenous enzymes were added to the diets. Pigs were given ad libitum access to feed and water during the entire experiment. Performance parameters (feed intake and LW) were recorded per pig during the entire trial. In the last week of each phase, pigs were housed in so-called flatdeck units in order to separately collect faeces, urine (quantitatively) and ileal digesta (qualitatively). Collected samples (feed, faeces, urine and ileal digesta) were then analysed for their nutrient concentrations. Nutrient balance (= nutrient intake, excretions and retention) was calculated for each pig and phase. Furthermore, digestibility coefficients (precaecal, post-ileal and total) were calculated using the marker method. Immediately after the balance trial, pigs were slaughtered with an average LW of 123.3 ± 7.5 kg. Carcasses were analysed in order to determine chemical body composition. Assuming that composition of both carcass halves was similar, the right carcass half of each pig was manually dissected into the following four fractions: 1. blood and organs, 2. skeletal muscles, 3. bones and 4. skin, fat and hooves. Fractions were weighed individually and a representative sample of each fraction was analysed for nutrient concentration. Nutrient concentrations in the empty body (= LW without content of the gastrointestinal tract, urinary bladder and gall bladder) was calculated. N and P retention was calculated using the full body method. A blood sample was taken for the determination of clinical-chemical parameters and organs were weighed individually. No differences in performance (daily feed intake, daily live weight gain, feed-to-gain ratio) were observed between NPred- and CON-fed pigs. N and P excretion was significantly reduced by N- and P-reduced feeding (pdiet = 0.028, 0.012). N and P retention (calculated using balance method) did not differ between the feeding groups (pdiet = 0.764, 0.557). Apparent post-ileal digestibility quotient (DCpost-ileal) and apparent total digestibility quotient (DCtotal) of crude protein were increased in NPred-fed pigs (pdiet < 0.001, 0.012), but apparent precaecal digestibility quotient (DCpc) did not differ between NPred- and CON-fed pigs (pdiet = 0.638). DCpc, DCpost-ileal and DCtotal of P did not differ between the feeding groups. DCpc and DCtotal for organic matter, N-free extractives and starch was significantly higher in NPred- than CON-fed pigs. In addition, DCpc of calcium was higher in the NPred-fed pigs. Chemical body composition showed no significant differences between NPred- and CON-fed pigs. Although N concentration was lower in NPred- than in CON-fed pigs (NPred: 23.3 ± 0.3, CON: 24.5 ± 1.0 g/kg EBW), difference was only observed as a statistical trend (p = 0.073). Concentration of P was 5.2 ± 0.1 and 5.5 ± 0.4 g/kg empty body weight (EBW), respectively (p = 0.164). N and P retention calculated using full body method showed no differences between the feeding groups (p = 0.641, 0.240), as already observed using balance method. Retention values revealed a methodological discrepancy with the balance method yielding two to three times higher values for N and P retention than full body method, as previously described in literature. Concentrations of urea and albumin in blood serum was reduced in NPred-fed pigs (p = 0.013, 0.025). Clinical-chemical parameters related to liver integrity and energy metabolism as well as electrolytes did not differ between the feeding groups. Relative organ weights did not differ significantly, but relative liver weight of NPred-fed pigs was elevated (p = 0.061). Results of the present trial confirm that N- and P-reduced feeding of fattening pigs leads to significantly reduced N and P excretions relative to intake. N and P efficiency was elevated in NPred-fed pigs (N: 68.4 vs 60.6 %, P: 54.2 vs 49.3 %, pdiet = 0.031, 0.014). The present study provides updated data on chemical body composition of contemporary barrows which is of high importance for the factorial estimation of nutrient requirements as well as the preparation of legally mandatory farmgate balances. Further experiments with a larger number of animals are necessary to update and expand knowledge on chemical body composition of contemporary fattening pigs.

German. Der Eintrag großer Mengen an Stickstoff (N) und Phosphor (P) im Rahmen der Düngung in der Landwirtschaft führt zu schwerwiegenden Umweltproblemen (z. B. Eutrophierung oberflächlicher Gewässer, Kontamination des Grundwassers, Bodenversauerung, Treibhausgasemissionen). Die N- und P-reduzierte Fütterung von Mastschweinen stellt eine Strategie dar, die N- und P-Exkretionen relativ zur Aufnahme zu senken. Grundgedanke dabei ist es, die Schweine möglichst nah an ihrem Nährstoffbedarf zu füttern, um Nährstoffüberschüsse, die mit der Gülle in die Umwelt gelangen, zu minimieren. Um die Effekte einer N- und P-reduzierten Fütterung auf die Nährstoffverdaulichkeit, -bilanz und -retention sowie die chemische Körperzusammensetzung von modernen Börgen zu untersuchen, wurde ein Bilanzversuch inklusive anschließender Ganzkörperanalyse der Tierkörper durchgeführt. Dafür wurden acht Börgen einer hochleistenden Mastgenetik (BHZP db. Viktoria x Piétrain) mit einer mittleren Lebendmasse (LM) von 20,4 ± 1,9 kg einzeln aufgestallt und nach einer 4-wöchigen Adaptationsphase chirurgisch mit einer simplen T-Kanüle am terminalen Ileum versehen. Nach einer 3,5-wöchigen Rekonvaleszenzphase wurden die Schweine einer von zwei Futtergruppen zugeteilt (LM 61,5 ± 2,1 kg) und in einer dreiphasigen Mast gefüttert (3 Wochen/Phase). Die Schweine erhielten entweder die Kontrolldiät (CON, n = 4) orientiert an den gängigen Empfehlungen zur Nährstoffversorgung vom Mastschweinen veröffentlicht von der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie oder die N- und P-reduzierte Diät (NPred, n = 4), welche sich an den Empfehlungen der Deutschen Landwirtschafts-Gesellschaft orientierte. Alle Diäten basierten auf Gerste, Weizen und Sojaschrot, wurden mit kristallinen Aminosäuren (Lysin, Threonin, Methionin, Tryptophan), Mineralstoffen und Vitaminen ergänzt und enthielten den unverdaulichen Marker Chromoxid (Cr2O3). Dem Futter wurden keine exogenen Enzyme zugesetzt. Die Schweine erhielten ad libitum Zugang zu Futter und Wasser während des gesamten Versuchs. Über den gesamten Versuchszeitraum hinweg wurden die tierindividuelle Futteraufnahme und Lebendmasse der Schweine erfasst. In der letzten Woche jeder Mastphase wurden die Schweine in sogenannte Flatdeck-Einheiten eingestallt, welche die getrennte Sammlung von Kot, Harn (quantitativ) und Chymus (qualitativ) ermöglichten. Die gesammelten Proben (Futter, Kot, Harn und Chymus) wurden anschließend der Nährstoffanalyse zugeführt. Die Nährstoffbilanz (Nährstoffaufnahme, -ausscheidung und -retention) wurde pro Schwein und Phase berechnet. Des Weiteren wurden die Verdaulichkeitskoeffizienten (präzäkal, post-ileal und total) mittels Markermethode kalkuliert. Unmittelbar nach dem Bilanzversuch wurden die Schweine mit einer mittleren LM von 123,3 ± 7,5 kg geschlachtet. Die Tierkörper wurden dann der Ganzkörperanalyse zugeführt um die chemische Körperzusammensetzung zu bestimmen. Unter Berücksichtigung der Annahme, dass beide Schlachtkörperhälften identisch zusammengesetzt waren, wurde pro Schwein die rechte Schlachtkörperhälfte manuell in folgende vier Fraktionen zerlegt: 1. Blut und Organe, 2. Skelettmuskulatur, 3. Knochen und 4. Haut, Fett und Klauen. Die Fraktionen wurden einzeln gewogen und anschließend wurde eine repräsentative Teilprobe jeder Fraktion der Nährstoffanalyse zugeführt. Die Nährstoffkonzentrationen im Leerkörper (= LM ohne Inhalt von Gastrointestinaltrakt, Harn- und Gallenblase) wurden berechnet. Außerdem konnten die N- und P-Retention mittels Ganzkörpermethode bestimmt werden. Für die Bestimmung klinisch-chemischer Parameter wurde eine Blutprobe entnommen. Außerdem wurden die Organe einzeln gewogen. Es zeigten sich keine Unterschiede in der Leistung (tägliche Futteraufnahme, tägliche Lebendmassezunahme, Futteraufwand) zwischen den Futtergruppen NPred und CON. Die N- und P-Exkretion wurde durch die N- und P-reduzierte Fütterung signifikant vermindert (pFutter = 0,028, pFutter = 0,012). N- und P-Retention zeigten keinen Unterschied zwischen den Futtergruppen (pFutter = 0,764, pFutter = 0,557). Der scheinbare post-ileale Verdaulichkeitsquotient (VQpost-ileal) sowie der scheinbare totale Verdaulichkeitsquotient (VQtotal) von Rohprotein war in der Gruppe NPred erhöht (pFutter < 0,001, pFutter = 0,012), allerdings zeigte sich bezogen auf den scheinbaren präzäkalen Verdaulichkeitsquotienten (VQpräzäkal) kein Unterschied zwischen NPred und CON (pFutter = 0,638). VQpräzäkal, VQpost-ileal und VQtotal von P unterschieden sich nicht zwischen den Futtergruppen. Die N- und P-reduziert gefütterten Schweine zeigten einen signifikant höheren VQpräzäkal und VQtotal für organische Masse, N-freie Extraktstoffe und Stärke als die Kontrolltiere. Zudem war der VQpräzäkal von Calcium in der NPred-Gruppe höher. Die chemische Körperzusammensetzung unterschied sich nicht signifikant zwischen den Futtergruppen. Die N-Konzentration in den N- und P-reduziert gefütterten Schweinen war zwar geringer als in den Schweinen, die das Kontrollfutter erhielten (NPred: 23,3 ± 0,3, CON: 24,5 ± 1,0 g/kg Leerkörpermasse), jedoch zeigte sich der Unterschied lediglich als statistischer Trend (p = 0,073). Die P-Konzentration betrug in der Gruppe NPred 5,2 ± 0,1 und in der Gruppe CON 5,5 ± 0,4 g/kg Leerkörpermasse (p = 0,164). Die mittels Ganzkörpermethode berechnete N- und P-Retention zeigte, wie schon die Kalkulation mittels Bilanzmethode, keinen Unterschied zwischen den Futtergruppen (p = 0,641, p = 0,240). Es zeigte sich eine deutliche methodische Diskrepanz zwischen Bilanz- und Ganzkörpermethode, wobei die N- und P-Retentionswerte bei Berechnung mittels Bilanzmethode zwei- bis dreifach höher lagen. Die Konzentrationen von Harnstoff und Albumin im Blutserum waren bei den N- und P-reduziert gefütterten Schweinen signifikant vermindert (p = 0,013, p = 0,025). Klinisch-chemische Parameter der Leberintegrität und des Energiestoffwechsels unterschieden sich nicht zwischen den Futtergruppen, genauso wie die Elektrolytkonzentrationen im Blutserum. Die relativen Organgewichte unterschieden sich nicht signifikant zwischen den Futtergruppen, jedoch war das relative Lebergewicht bei den N- und P-reduziert gefütterten Schweinen erhöht (p = 0,061). Die Ergebnisse des vorliegenden Versuchs bestätigen, dass eine N- und P-reduzierte Fütterung von Mastschweinen zu einer signifikant verminderten N- und P-Ausscheidung relativ zur Aufnahme führt. Daher zeigten die N- und P-reduziert gefütterten Schweine eine höhere N- und P-Effizienz als die Kontrolltiere (N: 68,4 vs 60,6 %, P: 54,2 vs 49,3 %, pFutter = 0,031, pFutter = 0,014). Die vorliegende Untersuchung liefert aktualisierte Daten zur chemischen Körperzusammensetzung von modernen Börgen, welche von hoher Bedeutung sowohl für die faktorielle Ableitung des Nährstoffbedarfs von Schweinen als auch die gesetzlich verpflichtende Erstellung von Stoffstrombilanzen sind. Weitere Untersuchungen mit einer größeren Tierzahl sind notwendig um die Datengrundlage zur chemischen Körperzusammensetzung von modernen Mastschweinen zu aktualisieren und zu erweitern.