Can grazing management mitigate enteric CH4 from pastoral ecosystems, improve nutritional-welfare indicators of sheep and create a low-CH4 in vitro rumen environment?

Abstract

Scientific literature shows that improper grazing management results in low intake of herbage with low nutritive value, low animal outputs and increased CH4 emissions from pastoral ecosystems. This grazing conditions could cause nutritional imbalance and impair animal welfare (Chapter I). This thesis approaches two pillars of sustainable livestock production systems; enteric CH4 mitigation and promotion of appropriate animal nourishment and welfare, through grazing management. The first trial (Chapter II) demonstrated the diversity of bites that animals perform to cope with contrasting sward structures and compound their diet, even in homogeneous Lolium multiflorum pastures. It was proved that a grazing management offering animals the opportunity to maximize the short-term intake rate at any time while grazing (Rotatinuous stocking; RN), results in preferential leaf lamina biting behavior, thus in a diet with 14, 12 and 13% higher CP, total soluble sugars and crude fat, respectively, and 24 and 40% lower ADF and ADL, contrary to the diet of animals that are forced to deplete most of the herbage in offer (a traditional rotational stocking; RT). As well, the higher intake (+18%) of a diet with higher nutritive value boosted the daily intake of soluble nutrients (+25%), with this directly affecting animals’ blood composition; 17.5, 18 and 6.1% higher glucose, plasma urea nitrogen and albumin, respectively, and 19% lower neutrophil-to-lymphocyte ratio, this latter an indicator of a lower stressful response. In a second trial (Chapter III) it was demonstrated that the fermentation of carbohydrates of the RN diet does not result in a low-CH4 in vitro rumen environment, but that the production of N-NH3, valeric acid and BCFA, from the CP fermentation are increased in 13, 17 and 23% respectively. In Chapter IV, through a regression analysis with data from the Grazing Ecology Research Group (GPEP) and published literature, it is suggested that when grazing animals reach around 43 to 57% of the growth usually observed in feedlot, this is, around 0.7 and 0.14 kg LW gain for cattle and sheep, respectively, the CH4 emission intensity of pastoral ecosystem is as low as from animals of more intense feding systems; around 0.2 kg CH4/kg LW gain. It is also suggested that for this to happen, sound grazing managements need to be adopted, and that those considering animal behavioral responses (short-term intake rate), as a function of sward structural attributes (e.g. sward height), have proven to be efficient in mitigating emissions, as they promote high levels of intake on individual animal basis. This thesis provide evidences that pasture-based systems can reduce their enteric CH4 emission intensity to levels of intense-fed animals and boost some nutritional and welfare indicators of animals, but not create a low-CH4 in vitro rumen environment. Further research opportunities are provided (Chapter V).

A literatura científica mostra que o manejo inadequado do pastoreio resulta em baixo consumo de pasto com baixo valor nutritivo, reduz o desempenho animal e incrementa as emissões de CH4 dos ecossistemas pastoris. Essas condições de pastejo podem causar imbalancos nutricionais e comprometer o bem-estar animal (Capítulo I). Essa tese aborda dois pilares da produção animal sustentável; mitigação do CH4 entérico e promoção de uma adequada nutrição e bem-estar animal, através do manejo do pastoreio. O primeiro experimento (Capítulo II) demonstra a diversidade de bocados que os animais fazem para lidar com estruturas de pasto contrastantes e compor a sua dieta, mesmo em pastagens homogêneas de Azevém anual. Foi provado que um manejo que oferece pros animais a oportunidade de maximizar a taxa de ingestão a qualquer momento durante o pastoreio (pastoreio Rotatínuo; RN), acarreta em consumo preferencial de lâmina foliar, resultando em uma dieta com 14, 12 e 13% maior teor de PC, carboidratos solúveis totais e lipídios totais, respectivamente, e 24 e 40% menor teor de FDA e LAD, contrário à dieta de animais que são forçados a rebaixar a maior parte da forragem ofertada (pastoreio rotativo tradicional; RT). De igual forma, o maior consumo (+18%) de uma dieta com maior valor nutritivo impulsionou o consumo diário de nutrientes solúveis (+25%), sendo isso diretamente relacionado à composição do sangue; 17.5, 18 e 6.1% maior glicose, nitrogênio ureico no plasma e albumina, respectivamente, e 19% menor relação neutrófilo-linfócito, sendo esse último um indicador de uma menor resposta estressante. No segundo experimento (Capítulo III) foi demonstrado que a fermentação dos carboidratos da dieta RN não criou um ambiente ruminal de baixo CH4, mas que a produção de N-NH3, ácido valérico e ácidos graxos de cadeia ramificada são incrementados em 13, 17 e 23%, respectivamente. No Capítulo IV, através de uma análise de regressão com data do GPEP e literatura publicada, é sugerido que quando os animais em pastejo atingem ao redor de 43 a 57% do crescimento observado em fedelhos, entorno de 0.7 e 0.14 kg/GMD para bovino e ovino, respectivamente, a intensidade de emissão de CH4 é tão baixo quando as observadas nos animais em sistemas de alimentação mais intensivos; entorno de 0.2 kg CH4/kg GMD. Sugere-se que para isso acontecer, bom manejo do pastoreio precisa ser adotado, e que considerar respostas comportamentais dos animais (e.g. taxa de ingestão), em função da estrutura do pasto (e.g. altura), tem provado eficiência na mitigação de CH4, por promoverem altos níveis de consumo por animal. Essa tese provê evidencias de que os sistemas pastoris podem reduzir as emissões de CH4 entérico ao mesmo nível de animais confinados e melhorar alguns indicadores relacionados ao status nutricional e estrese dos animais, mas não criar um ambiente ruminal in vitro de baixo CH4. Futuras oportunidades de pesquisa são provisionadas (Capítulo V).