Orientador: Telma Teresinha Berchielli / Resumo: Objetivou-se a caracterização da comunidade bacteriana ruminal em novilhos Nelore alimentados com diferentes teores e fontes proteicas em dietas de alto concentrado, e a identificação de possíveis associações entre o perfil microbiano ruminal e as variações na eficiência de utilização de nitrogênio animal. Foram utilizados seis novilhos Nelore, castrados, canulados no rúmen e duodeno, distribuídos em um modelo de blocos incompletos, com seis dietas e quatro períodos experimentais. O volumoso usado foi à cana de açúcar e os concentrados possuíam xdois teores de inclusão de proteína bruta 10 e 13 % e três fontes proteicas: farelo de soja+ureia (FS), glúten de milho 60 (GLU) e grãos secos por destilação oriundo do processamento do milho (DDG). A fonte proteica DDG foi significativa na avalição dos índices de diversidade Shannon Wiener e Simpson (P<0,010). Avaliou-se a riqueza pelo índice Chao1 e os resultados demonstram um ambiente ruminal mais rico com o teor de 10% (P<0,010) e a fonte FS (P<0,010). Animais alimentados com 13% de PB apresentaram maior abundância dos filos Elusimicrobia e Spirochaetes (P>0,01) e menor abundância de Bacteriodetes e Synergistetes (P>0,01). A retenção de nitrogênio não foi influenciada pelo teor e a fonte utilizada, assim, os dados de retenção de nitrogênio foram distribuídos em três clusters: alta, média e baixa utilizando o NbClust package versão 2.0. Endomicrobium_Other_other (P =0,043) e Eubacterium (P=0,023) estiveram associados com a alta ret... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The objective of this study was to characterize the ruminal bacterial community in Nellore steers fed different levels and protein sources in high concentrate diets and to identify possible associations between the ruminal microbial profile and the variations in the efficiency of animal nitrogen utilization. Six Nellore steers were used, cannulated in the rumen and duodenum, distributed in a model of incomplete blocks, with six diets and four experimental periods. The soybean meal + urea (FS), corn gluten 60 (GLU) and dry grains were obtained by distillation from the sugar cane and the concentrates had two inclusion levels of crude protein 10 and 13% and three protein sources: of corn processing (DDG). The DDG protein source was significant in the evaluation of diversity indexes Shannon Wiener and Simpson (P <0.010). The richness was evaluated by the Chao1 index and the results showed a richer ruminal environment with 10% content (P <0.010) and FS source (P <0.010). Animals fed with 13% CP showed greater abundance of Elusimicrobia and Spirochaetes (P> 0.01) and lower abundance of Bacteriodetes and Synergistetes (P> 0.01). Nitrogen retention was not influenced by the content and the source used, so the nitrogen retention data were distributed in three clusters: high, medium and low using the NbClust package version 2.0. The low N retention was associated with Prevotella (P = 0.029), Weissella (P = 0.024), and Mogibacterium (P = .089) and Eubacterium. (P = 0.043). When we corre... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Grünland spielt eine große Rolle in der Landnutzung und nimmt ein Drittel der landwirtschaftlich genutzten Fläche von Europa ein. Als Konsequenz der Intensivierung landwirtschaftlicher Bewirtschaftungsmaßnahmen der letzten 60 Jahre nahm die Produktivität des Grünlands zu während die Diversität dieser Systeme abnahm. In Grünland-Ökosystemen spielt Stickstoff (N) eine Schlüsselrolle – N bedingt die Primärproduktion und beeinflusst die Biodiversität. Zudem kann eine steigende N-Verfügbarkeit gasförmige Emissionen, wie z.B. Distickstoffoxid (N2O) und Stickstoffmonoxid (NO) fördern, die eine große Rolle in der Atmosphäre spielen und zur globalen Erwärmung beitragen. Eine höhere Nitratauswaschung (NO3-) aus Böden kann eine Gefahr für die Grundwasserqualität sein. N-Verluste durch Ausgasung von N2O und NO sowie NO3--Auswaschung sind dabei die Folgen der mikrobiellen Prozesse Denitrifikation und Nitrifikation. In dieser Studie haben wir den Effekt von unterschiedlichen Bewirtschaftungsintensitäten und funktioneller Pflanzendiversität auf die N-Verluste und Ökosystemfunktionen untersucht. Die Studie ist Teil des Excellenzclusters „Funktionelle Biodiversitätsforschung“ der Georg-August-Universität Göttingen und wurde durch das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur finanziert. Die Studie wurde im Rahmen von zwei interdisziplinären Projekten (BIOMIX & GRASSMAN) von 2008 bis 2010 im Solling, Niedersachsen, Deutschland durchgeführt. Wir untersuchten von Rindern und Schafen beweidetes Grünland (BIOMIX) und gemähtes Grünland mit unterschiedlichen Bewirtschaftungsintensitäten (GRASSMAN). In beiden Projekten wurde die funktionelle Pflanzendiversität durch Herbizide eingestellt. Der Fokus unserer Arbeit lag auf den N-Verlusten (N2O and NO Emissionen, NO3--Auswaschung) und der N Dynamik (Netto und Brutto Mineralisation). In GRASSMAN berechneten wir zusätzlich die N-Nutzungseffizienz und die N-Rückhalteeffizienz auf Ökosystemebene. Dabei ist die N-Nutzungseffizienz das Produkt der Aufnahmeeffizienz (definiert als N-Aufnahme der Pflanze pro verfügbares N) und der N-Nutzungseffizienz auf Pflanzenebene (definiert als Produktivität pro N-Aufnahme der Pflanze). Darüber hinaus berechnen wir N-Rückhalteeffizienz in Böden als einen Index, der das Verhältnis von N-Verlusten zu dem im Grünland verbleibenden N beschreibt. In BIOMIX haben wir die Auswirkung von Beweidung und Pflanzenarten-zusammensetzung auf N2O and NO Emissionen untersucht. Die mit einem Herbizid gegen Dikotyle vorbehandelten Weiden wurden mit Rindern oder Schafen Rotationsweise beweidet. Mittlere N2O Emissionen lagen bei 38.7 µg N2O-N m-2 h-1, mittlere NO Emissionen betrugen 2.4 µg NO-N m-2 h-1. Kumulative NO-N Emissionen waren höher auf den von Schafen beweideten Flächen als auf den von Rindern beweideten Flächen. In einem kontrollierten Applikations-Experiment führte die Behandlung mit Rinderurin zu höheren N2O Emissionen als die Behandlung mit Schafurin. Die Emissionshöchstwerte von 1921 µg N2O-N m-2 h-1 bei Behandlung mit Rinderurin im Vergleich zu 556 µg N2O-N m-2 h-1 bei Schafurin standen im Zusammenhang mit unterschiedlichen N-Einträgen pro Ausscheidung der Tiere. Die Emissionshöchstwerte der mit Dung behandelten Flächen waren im Vergleich mit den jeweiligen Urinbehandlungen viel geringer. Die N2O Emissionsfaktoren betrugen 0.4% für Rinderurin, 0.5% für Schafurin, 0.05% für Rinderdung und 0.09% für Schafdung. Sowohl das Beweidungs-Experiment, als auch das kontrollierte Applikations-Experiment zeigten, dass die Pflanzenartenzusammensetzung auf N-Emissionen im Vergleich zum Einfluss der Weidetierart auf N-Emissionen unbedeutend war. Trotz höherer N-Einträge auf Rinderweiden waren die N-Emissionen aus der Schafbeweidung höher. Wir führten dies auf die gleichmäßigere Verteilung von Schafs-Exkrementen im Vergleich zu Rindern-Exkrementen zurück. In GRASSMAN untersuchten wir die Auswirkungen von unterschiedlichen Bewirtschaftungsregimen (Düngung und Schnittintensität) und Pflanzenarten-zusammensetzung auf die N-Verluste (N2O Emissionen, NO3- Auswaschung) und die N-Dynamik (Netto und Brutto Mineralisation) und kalkulierten die N-Nutzungseffizienz und die N-Rückhalteeffizienz. Ein dreifaktorielles Design mit folgenden Faktoren wurde über einen Zeitraum von zwei Jahren etabliert: Düngung (180 – 30 – 100 kg NPK ha-1 yr-1 und keine Düngung), Schnittintensität (ein- und dreimal pro Jahr) und Pflanzenartenzusammensetzung (eine unbehandelte Kontrolle, eine Dikotyl-erhöhte und eine Monokotyl-erhöhte Grasnarbe). In 2009 wurden die N2O Emissionen erheblich von beiden Bewirtschaftungsfaktoren (Düngung und Schnittintensität) beeinflusst, während in 2010 nur die Düngung die N2O Emissionen beeinflusste. In 2009 wurden NO3- Auswaschungsverluste durch Düngung und in 2010 von beiden Bewirtschaftungsfaktoren (Düngung und Schnittintensität) beeinflusst. Die Netto N-Mineralisation Raten wurden in 2009 nur von der Düngung beeinflusst. In 2010, zeigte nicht nur die Düngung, sondern auch die Schnittintensität einen Einfluss auf die Netto N-Mineralisation Raten. Weder die Bewirtschaftung (Düngung) noch die Pflanzenartenzusammensetzung hatte einen Einfluss auf die Brutto N-Mineralisation. Die N-Nutzungseffizienz wurde vor allem durch die Düngung und als weiterer Faktor durch die Schnittintensität in 2009 beeinflusst, welche 41% bzw. 3% der Varianz erklärten. In 2010 hatte die Düngung mit 24% der erklärten Varianz einen geringeren Effekt auf die N-Nutzungseffizienz, während die Auswirkungen der Schnittintensität (12%) und die Pflanzenartenzusammensetzung (6%) stärker ausgeprägt waren. Die N-Nutzungseffizienz war auf ungedüngten Flächen größer als auf gedüngten, in den dreimal geschnittenen Flächen höher als in den einmal geschnittenen, und in der unbehandelten Kontrolle höher als in der Monokotyl-erhöhte oder Dikotyl-erhöhte Grasnarbe. Düngung verringert die N-Nutzungseffizienz durch die Abnahme in der N-Aufnahmeeffizienz und der N-Nutzungseffizienz auf Pflanzenebene, während die Schnittintensität und die Pflanzenartenzusammensetzung nur durch die N-Aufnahmeeffizienz beeinflusst werden. Die N-Rückhalteeffizienz wurde nur für 2010 berechnet und wurde durch die Düngung und die Pflanzenartenzusammensetzung mit 22% und 17% der erklärten Varianz beeinflusst. N-Rückhalteeffizienz nahm in der Reihenfolge unbehandelte Kontrolle > Dikotyl-erhöhte > Monokotyl-erhöhte Grasnarbe mit einem signifikanten Unterschied zwischen der unbehandelten Kontrolle und der Monokotyl-erhöhten Grasnarbe ab. Die N-Rückhalteeffizienz ist mit dem mikrobiellen Ammonium (NH4+) und der mikrobiellen Biomasse hoch und mit der N-Aufnahme der Pflanzen nur gering korreliert, was die Bedeutung der mikrobiellen N Retention im System Boden-Pflanze unterstreicht. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Bewirtschaftung der wichtigste und bestimmende Faktor der Ökosystemfunktionen eines Grünlands ist. Düngung, Schnittintensität und Beweidung beeinflussen die N-Nutzungseffizienz, die N-Rückhalteeffizienz und die N-Verluste. Die Zusammensetzung der botanischen Grasnarbe hat einen geringen Einfluss auf den N Kreislauf oder die N-Nutzungs- und die N-Rückhalteeffizienz. Wobei die Pflanzenartenzusammensetzung der unbehandelten Kontrolle (~70% Monokotyle und ~30% Dikotyle), die sich unter der extensiven Langzeit-Bewirtschaftung eingestellt hatte, die höchsten Effizienzen zeigte - sowohl eine Erhöhung der Monokotyledonen als auch eine Erhöhung der Dikotyledonen führte zu einer Verringerung der Effizienzen. Darüber hinaus sind N-Nutzungs- und N-Rückhalteeffizienz geeignete Werkzeuge, die sich zur Evaluierung ökologischer Nachhaltigkeit von Pflanzenartenzusammensetzungen und Management-Praktiken im Grünland eignen.

The first part of the dissertation describes a meta-analytic study in order to quantify the influence of fiber on endogenous losses of nitrogen (N) and amino acids (AA), and identify ways of expression of fiber that better explain the effect of this component on these losses. The second part covers two digestibility experiments designed to determine whether fibrous feedstuffs may contribute to the N balance of pigs. About the meta-analysis, from the regression analysis of total endogenous N (NENDTOTAL) (mg/kg dry matter intake (DMI)) and the concentrations of total dietary fiber (TDF) and neutral detergent fiber (NDF), resulted the equations: y= 1504 + 160.8 * TDF (r2= 0,73) and y= 1773 + 161.0 * NDF (r2= 0,69). The slopes of the regression between NENDTOTAL and TDF or NDF indicated that by every percentage point increase in dietary fiber the NENDTOTAL is increased by 160 mg/kg DMI. The specific endogenous losses of N (NENDSPEC) was used as dependent variable in relation with TDF and NDF. The result was described by the equations: y= 124 + 154.9 * TDF (r2= 0,69) and y= 210 + 146.9 * NDF (r2= 0,60). We can observe by the slope of regression between NENDSPEC and TDF or NDF is an increase of 150 mg/kg DMI in NENDSPEC by each percentage point increase in dietary fiber. About AA, it was observed that the fiber influences more intensively the specific endogenous losses of threonine and valine than other AA. We conclude that it is possible to assume that the endogenous losses of N and AA are directly proportional to the fiber intake and the TDF and NDF were the variables that better describe this relation. For the digestibility experiment, 24 pigs were divided in experimental two groups: a) CT1 control diet, and b) WB diet with inclusion of 15% wheat bran, in the trial 1 and, c) CT2 control diet, and d) SH diet with inclusion of 6% of soybean hulls, in the trial 2. The NRET was higher (15%) in the pigs ingesting WB diet, although the proportion of NRET expressed relative to ingested N (NING) (50%) or absorbed N (NABS) (55.5%) was similar (P>0.05) between treatments. The inclusion of SH had no effect (P>0.05) in NRET when the result was expressed in absolute (g/d) or proportional terms. On average, the NRET represented 48 and 55.5% of NING and NABS for CT2 and SH diets, respectively. Looking all data, we can observe that the WB increased NRET and that increase it was proportional to NABS. On the other hand, the amount of N incorporated with the SH was totally recovered in the feces, indicating a low digestibility of this ingredient. The NABS utilization efficiency was not affected by the inclusion of fibrous feedstuffs, which indicates that in the studied levels, adding WB or SH, does not significantly impacts in the post-absorptive metabolism of N, counteracting our initial hypothesis. / A primeira parte da dissertação descreve um estudo meta-analítico realizado com o objetivo de quantificar a influência da fibra nas perdas endógenas de nitrogênio (N) e aminoácidos (AA), e identificar formas de expressão da fibra que melhor expliquem o efeito desse componente nas perdas endógenas de N e AA. A segunda parte aborda dois experimentos de digestibilidade planejados para verificar se alimentos fibrosos contribuem com o balanço de N de suínos. Quanto a meta-análise, a regressão entre o nitrogênio endógeno total (NENDTOTAL) (mg/kg matéria seca ingerida (MSI)) e as concentrações de fibra dietética total (FDT) e fibra em detergente neutro (FDN) resultou nas equações: y= 1504 + 160,8 * FDT (r2= 0,73) e y = 1773 + 161,0 * FDN (r2= 0,69). Os coeficientes angulares das regressões entre NENDTOTAL e FDT ou FDN indicaram que a cada ponto percentual de aumento na concentração de fibra dietética ocorre incremento de 160 mg/kg MSI no NENDTOTAL. O N endógeno específico (NENDESPC) também foi utilizado como variável dependente na relação com FDT e FDN e o resultado foi descrito pelas equações y = 124 + 154,9 * FDT (r2= 0,69) e y = 210 + 146,9 * FDN (r2= 0,60). Verifica-se pelo coeficiente angular da regressão linear entre NENDESPEC e FDT ou FDN que ocorre incremento de 150 mg/kg MSI nas perdas endógenas de N por ponto percentual de aumento na fibra dietética. No que tange aos AA, a fibra influencia as perdas endógenas específicas de treonina e valina mais intensamente que os demais AA. Concluímos que as perdas endógenas de N e AA são diretamente proporcionais ao consumo de fibra e a FDT e FDN foram as variáveis que melhor descreveram essa relação. Para o experimento de digestibilidade, foram utilizados 24 suínos divididos em dois grupos experimentais: a) CT1 dieta controle, e b) FT dieta com 15% farelo de trigo, no primeiro experimento e, c) CT2 dieta controle, e d) CS dieta com 6% casca de soja, no segundo experimento. Percebeu-se que o nitrogênio retido (NRET) foi maior (15%) nos suínos ingerindo a dieta FT, embora a proporção de NRET expressa em relação ao N ingerido (NING) (50%) ou NABS (55,5%) foi semelhante (P>0,05) entre os tratamentos. A inclusão de CS não teve efeito (P>0,05) no NRET quando esse foi expresso em termos absolutos (g/d) ou proporcionais. Em média, o NRET representou 48 e 55,5% do NING e N absorvido (NABS), respectivamente. Analisando os dados conjuntamente, percebe-se que o FT promoveu aumento no NRET e que esse aumento foi proporcional ao NABS. Por outro lado, o N incorporado com a CS foi totalmente recuperado nas fezes, indicando baixa digestibilidade desse ingrediente. A eficiência de utilização do NABS não foi alterada com a inclusão dos alimentos fibrosos, o que indica que nos níveis estudados a inclusão de FT ou CS não impactou significativamente o metabolismo pós-absortivo do N, contrariando nossa hipótese inicial.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Eight Texel x Polwarth crossbred wethers (31.1±3.8 kg BW), four with duodenal cannulae were used in a replicated 4x4 Latin square design to evaluate effects of canola meal (44.4% CP, 29.5% NDF and 3.2% EE; DM basis) on intake, whole-tract digestibility, microbial protein synthesis and nitrogen retention. The basal diet consisted of ad libitum access to sudangrass (10% refusals). Treatments were sudangrass only (control), or supplemented with 5, 10, or 15 g/kg BW of concentrate, offered twice daily at 0800 and 1700h. Concentrate was 90% canola meal and 10% finely ground corn. Wethers were adapted to diets for 10 d followed by a 5-d collection period. Forage DMI decreased linearly (P<0.001) as supplement intake increased, and was 26.1% lower in supplemented animals in relation to the control group. Total DMI, which included forage and supplement, increased 30.6% and digestible OM intake increased 41% with supplementation. Supplementation did not affect DM and OM digestibility, while depressed NDF digestibility and improves N digestibility. Microbial protein synthesis and microbial efficiency were not affected by supplementation. Nitrogen retention was markedly higher in supplemented animals (236% higher), and was due mainly to the higher duodenal flow of amino acids. Supplementation with canola meal improves total nutrient supply, however, exerted a negative effect on forage intake and fiber digestibility in wethers. / Este estudo foi conduzido com o objetivo de avaliar a inclusão de farelo de canola na dieta de ovinos e seus efeitos sobre o consumo de volumoso, digestibilidade, síntese protéica microbiana ruminal e retenção de nitrogênio. Oito ovinos machos cruzados Texel x Polwarth (31,1±3,8 kg PV), quatro destes implantados com cânula duodenal foram utilizados em um delineamento quadrado Latino 4x4 duplo com períodos de 15 dias, sendo 10 dias adaptação e cindo dias coleta de dados. A dieta experimental basal foi composta de capim Sudão (ad libitum, 10% de sobras) e os tratamentos foram: capim Sudão (controle), ou suplementado com 5, 10 ou 15 g/kg PV de concentrado, ofertados duas vezes ao dia às 08:00 e 17:00h. O concentrado foi 90% farelo de canola e 10% de milho moído. O consumo de MS da forragem decresceu linearmente (P<0,001) com o aumento no consumo de suplemento e foi em média 26,1% menor em relação ao grupo controle. O consumo total de MS que inclui forragem e suplemento aumentou 30,6% e o consumo de MOD aumentou 41% nos animais suplementados. Não houve efeito da suplementação sobre a digestibilidade da MS e da MO, todavia, houve redução na digestibilidade da FDN e aumento na digestibilidade do N. A síntese e a eficiência de síntese protéica microbiana ruminal não foram afetadas (P>0,05) pela adição do suplemento à dieta. A retenção de N foi substancialmente maior(P<0,001) nos animais recebendo o farelo de canola (236%), e foi devida principalmente à maior oferta de aminoácidos. A suplementação aumentou a oferta total de nutrientes e a retenção de nitrogênio em ovinos, todavia, exerceu um efeito negativo sobre o consumo de forragem e a digestibilidade da fibra.

Two experiments were conducted with caged layer waste. In the first experiment fresh waste was treated with: no additive, 2% formaldehyde, 3% sodium metabisulfite, 1% formaldehyde and 2% propionic acid, 3% formic and 2% propionic acids and stored in polyethylene lined 208 liter metal drums. In experiment II waste treated with 2% formaldehyde, 1 % formaldehyde and 2% prop ionic, 3 % formic and 2% propionic (w/w), stored for at least 42 d, used in a metabolism trial as N supplements to a basal diet fed to sheep. The formaldehyde, formaldehyde/propionic and formic/propionic treatments eliminated the bacterial decomposition of the waste and no undesirable fermentation was observed on the stored material. Waste treated with no additive or sodium metabisulfite underwent putrefaction. Nitrogen supplementation of a basal diet with treated caged layer wastes improved apparent digestibility of crude protein and N retention in sheep fed these diets. Supplementation of a basal diet with chemically treated caged layer waste improves the nutritional value of the diet which suggests that caged layer waste is efficiently utilized as a N source by ruminants when used as a protein supplement. / Master of Science

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