Agronomic Productivity and In Vitro Fermentation Kinetics of Maize-Sorghum Replacement Intercropping

Technisches Resümee: Agronomische Produktivität und In-vitro-Fermentationskinetik von Mais-Sorghum-Austausch-Intercropping

Problemstellung
Der Klimawandel und die zunehmende Wasserknappheit in ariden und semiariden Regionen bedrohen die landwirtschaftliche Nachhaltigkeit, insbesondere die Produktion von Raufutter für Wiederkäuer. Während Futtermais (Zea mays) eine überlegene Nährstoffqualität für Hochleistungsmilchrinder bietet, ist er wasserintensiv und anfällig für Ertragseinbußen unter Trockenstress. Im Gegensatz dazu weist Futterhirse (Sorghum bicolor) eine bemerkenswerte Trockenresistenz und Wassernutzungseffizienz auf, weist jedoch oft suboptimalen ernährungsphysiologischen Charakteristika auf, wie etwa einen niedrigeren Rohproteingehalt (RP) und einen höheren Neutral-Detergent-Fasergehalt (NDF), wenn sie als Monokultur angebaut wird. Obwohl Intercropping als eine ökologisch sinnvolle Strategie zur Verbesserung der Ressourcenausnutzung anerkannt ist, bestehen erhebliche Wissenslücken hinsichtlich der Frage, wie spezifische Ersatzreihenmuster (räumliche Anordnungen) morphophysiologische Merkmale, die Biomasseverteilung und die daraus resultierenden kaskadierenden Effekte auf die chemische Zusammensetzung des Futters sowie die Pansenfermentationskinetik unter authentischen, großflächigen Feldbedingungen beeinflussen.

Methodik
Diese Studie verwendete einen großflächigen, nicht-replizierten Streifenversuch, der während der Sommerwachstumsperiode in zwei verschiedenen landwirtschaftlichen Regionen der Provinz Golestan, Iran (Gorgan und Ali-abad), durchgeführt wurde. Das Versuchsdesign verglich drei Anbaumuster:

1. Reiner Mais (1M): Reine Bestände von Futtermais.
2. Intercropping 1M:1S: Eine Reihe Mais abwechselnd mit einer Reihe Futterhirse.
3. Intercropping 1M:2S: Eine Reihe Mais abwechselnd mit zwei Reihen Futterhirse.

Jeder Behandlungsstreifen umfasste 2.100 m² (40 Reihen, 75 m Länge). Das agronomische Management folgte kommerziellen Standards, einschließlich mechanischer Aussaat, Düngung und Ernte im Teig-/Hartkornstadium.

Datenerhebung erfolgte durch:

• Morphophysiologische Merkmale: Pflanzenhöhe, Stengeldurchmesser, Bestockungszahl, Blattanzahl und Blatt-Stängel-Verhältnis.
• Ertragskomponenten: Aufteilung der Frisch- und Trockenbiomasse (Stängel und Blatt) sowie Gesamtfuttermenge.
• Ökologische Effizienz: Berechnung des Land Equivalent Ratio (LER).
• Chemische Analyse: Bestimmung von Trockenmasse (TM), Asche, Rohprotein (RP), Rohfaser (CF) und Neutral-Detergent-Faser (NDF).
• In-vitro-Fermentation: Die Gasproduktionskinetik wurde nach dem Protokoll von Menke und Steingass (1988) mit Pansenflüssigkeit aus Fistulierten Schafen bewertet. Die Parameter umfassten die Gasproduktion nach 24 h und 48 h, kinetische Fraktionen ($a$, $b$, $c$), die In-vitro-Trockenmasseverdaulichkeit (IVDMD), die Metabolisierbare Energie (ME) und die gesamten kurzkettigen Fettsäuren (SCFA).

Die statistische Analyse nutzte ein vollständig randomisiertes Design (CRD) mit 30 zufälligen Teilproben pro Behandlung unter Verwendung von ANOVA mit den Post-hoc-Tests nach Duncan und Tukey.

Hauptergebnisse

• Morphologie und Biomasse: Das 1M:2S-Muster veränderte die Kronenarchitektur signifikant und produzierte die höchste Anzahl an Bestockungen (2,85) und Blättern (19,60), führte jedoch aufgrund interspezifischer Konkurrenz zur kürzesten Pflanzenhöhe (131,7 cm) und dem kleinsten Stengeldurchmesser (9,56 mm). Reiner Mais behielt den größten Stengeldurchmesser (17,47 mm) und das höchste Blatt-Stängel-Verhältnis (0,47) bei.
• Ertrag und Effizienz: Die 1M:2S-Behandlung erzielte den höchsten Trockenmasseertrag (7,77 t/ha), was eine Steigerung von 18,55 % gegenüber dem reinen Mais (6,54 t/ha) darstellt. Dieses Muster erreichte ein Land Equivalent Ratio (LER) von 1,18, was einen biologischen Vorteil von 18 % gegenüber der Monokultur anzeigt. Das 1M:1S-Muster übertraf den reinen Mais ebenfalls mit einem LER von 1,12.
• Nährstoffzusammensetzung: Das 1M:2S-Muster führte zu einer erheblichen Steigerung des Rohproteingehalts (9,75 %) um 49 % im Vergleich zu reinem Mais (6,55 %). Dieses Muster wies jedoch auch den höchsten NDF-Gehalt (61,59 %) auf, während das 1M:1S-Muster den niedrigsten NDF-Gehalt (55,36 %) zeigte.
• Fermentationskinetik: Es wurde eine deutliche Divergenz zwischen Ertrag/Qualität und Verdaulichkeit beobachtet. Das 1M:1S-Muster zeigte eine überlegene In-vitro-Trockenmasseverdaulichkeit (IVDMD = 78,8 %) und metabolisierbare Energie (10,52 MJ/kg TM). Im Gegensatz dazu zeigte das 1M:2S-Muster trotz seines höheren Proteingehalts und Ertrags eine geringere IVDMD (69,2 %) und ME, was auf seinen höheren Fasergehalt und eine stärker lignifizierte Struktur zurückzuführen ist, wenngleich es die höchste fraktionale Gasproduktionsrate ($c = 0,068 \text{ h}^{-1}$) aufwies.

Bedeutung und Ansprüche
Das Paper behauptet, dass Mais-Sorghum-Austausch-Intercropping einen lebensfähigen agroökologischen Rahmen für eine nachhaltige Futterproduktion in wasserarmen Gebieten darstellt. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass unterschiedliche Pflanzverhältnisse es ermöglichen, die Futtercharakteristika auf spezifische Bedürfnisse von Wiederkäuern zuzuschneiden:

• Das 1M:2S-Muster wird als die optimale Strategie identifiziert, um den Trockenmasseertrag und den Rohproteingehalt zu maximieren, was es zu einem ertragreichen, gesundheitsfördernden Basisfutter macht, das geeignet ist für trockenende Kühe und Ersatzstiere, bei denen hohe NDF-Werte helfen können, den Körperkonditionszustand zu steuern und Stoffwechselstörungen zu verhindern.
• Das 1M:1S-Muster wird als ein Angebot präsentiert, das eine synchronisierte Nährstoffbalance mit überlegener Verdaulichkeit und Energiedichte bietet, was es zu einer idealen Futterquelle für hochleistungsschwerende Milchkühe macht, bei denen die Energieaufnahme der primäre Engpass ist.

Durch die Integration von trockenresistentem Sorghum in Mais-basierte Systeme behaupten die Autoren, dass Produzenten die klimabedingten Ertragsrisiken mindern und gleichzeitig hochwertige Nährstoffe sichern können, was die wirtschaftliche Rentabilität und Nachhaltigkeit von Milchviehbetrieben in ariden und semiariden Regionen unterstützt.