Simulation of nutrient dynamics in the rumen of sheep and cattle considering the feed composition, level of feed intake and feeding frequency

Abstract

A mathematical model of rumen fermentation processes was validated with 65 sheep experiments and 45 cattle experiments, respectively. Further, it was shown how the modell reacts when the feed composition, the level of feed intake and the feeding frequency was changed. The model predictions were satisfactory for the digestibility of organic matter and neutral detergent fibre (NDF) in rumen, the production of volatile fatty acids and the non‐ammonia‐N (NAN) flow to duodenum. The partition of NAN in microbial and feed N was estimated with lower reliability. The effects of variation of feeding level, feeding frequency and roughage quality (crude protein, lignin) on digestion processes have been simulated correctly. On the other hand, the effects of the proportion of roughage to concentrate have not been reproduced sufficiently with the mechanismes included in the model. To make correct predictions in this area too, it is necessary to integrate the rumen pH and its effects on rumen processes into the model. A mechanistic approach for estimation of the velocity constants for passage of substances out of the rumen would improve the model.

Ein mathematisches Modell, das die Fermentationsprozesse im Pansen simuliert, wurde mit 65 Experimenten an Schafen und 45 Experimenten an Rindern validiert. Darüberhinaus wurde an einzelnen Experimenten gezeigt, wie das Modell reagiert, wenn die Futterzusammensetzung, das Fütterungsniveau und die Fütterungsfrequenz verändert wird. Die Modellvorhersagen waren zufriedenstellend für die Verdaulichkeit der organischen Substanz und der Neutral‐Detergenz‐Faser (NDF) im Pansen, die Produktion von freien flüchtigen Fettsäuren sowie den Nicht‐Ammoniak‐N (NAN)‐Fluß ins Duodenum. Die Unterteilung des NAN in Mikroben‐N und Futter‐N wurde dagegen mit einer geringeren Zuverlässigkeit geschätzt. Die Effekte der Veränderung des Fütterungsniveaus, der Fütterungsfrequenz und der Rauhfutterqualität (Lignin, Rohprotein) auf die Verdauungsvorgänge konnten richtig simuliert werden. Dagegen konnten die Effekte des Verhältnisses von Grundfutter zu Kraftfutter mit den im Modell enthaltenen Mechanismen nicht ausreichend reproduziert werden. Um auch in diesem Bereich richtige Vorhersagen treffen zu können sollte der pH‐Wert im Pansen und seine Auswirkungen auf die Pansenvorgänge in das Modell integriert werden. Ein mechanistischer Ansatz zur Schätzung der Geschwindigkeitskonstanten für die Passage der Substanzen aus dem Pansen würde weitere Verbesserungen des Modelies bringen.

Key words:

• Computer simulation
• Ruminants
• Rumen microbes