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Pflanzenbauliche Ansätze zur Selen-Versorgung von Mutterkühen und Fleischrindern in Weidesystemen

Agronomical Procedures to Provide Grazing Suckler Cows and Beef Cattle with Selenium

Laser, Harald


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Freie Schlagwörter (Deutsch): Selen , Schwefel , extensive Weiden , Silierzusätze , Selen-Applikation
Freie Schlagwörter (Englisch): selenium , sulphur , low-input pastures , silage additives , repair seeding, selenium application
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung II
Fachgebiet: Agrarwissenschaften und Umweltmanagement
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Habilitation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 05.01.2005
Erstellungsjahr: 2004
Publikationsdatum: 24.02.2005
Kurzfassung auf Deutsch: Zur Bewertung des Einflusses der Umweltbedingungen und des Pflanzenbestandes auf die Se-Konzentrationen im Futter bei extensiver Bewirtschaftung wurden Se- und ergänzend S- Konzentrationen von im Mai geernteten Primäraufwüchsen zweier Jahre von je 20 Arrhenatherion elatioris-, Festuco-Cynosuretum-, Bromion racemosi- und Lolio-Cynosuretum- sowie drei Polygono-Trisetion-Beständen mit unterschiedlichen Standorteigenschaften ermittelt; darüber hinaus wurde die jahreszeitliche Dynamik untersucht. Um die Effizienz abgestufter Se-Gaben unter variierenden Bedingungen zu bewerten, wurden an drei unterschiedlichen Standorten Freilandexperimente mit den Faktoren Se-Applikation (= 0, 4, 12 g Se ha-1 als Na2SeO4-Lösung), Ca-Gabe (= 0, 40 dt CaO ha-1 als CaCO3), N-Düngung (= 0, 80 kg N ha-1 als Kalk-ammonsalpeter) und Aufwuchs (= Primär-, Folgeaufwuchs) durchgeführt. Als systemadäquate Applikationswege für extensiv organisierte Weidesysteme wurden Se-Gaben im Zusammenhang mit Nachsaaten und der Gärfutterbereitung untersucht. Die Eignung von Se-Zusätzen zum Saatgut wurde in Experimenten mit den Faktoren Se-Gabe (= 0, 4, 12, 36 g Se ha-1, bezogen auf 20 kg Saatgut ha-1), Wasserspannung (= pF 0, pF 3,0, pF 3,6) und Licht (= Grünfilter, Dunkelheit) getestet und die Resultate durch einen Gefäßversuch abgesichert. Um die mögliche Beeinträchtigung der Epiphyten - gemessen an ihren Stoffwechselprodukten - und Veränderungen der Se-Form infolge anaerober Umweltbedingungen zu erfassen, wurden in einem mehrfaktoriellen Ansatz Laborsilagen mit den Varianten Na2SeO4-Zusatz (= 0, 75, 150, 300, 1200 µg Se kg-1 TS), Vorwelkegrade (= 30, 40 % TS) und Hauptbestandsbildner (= Festuca arundinacea, Lolium perenne) getestet. Se wurde mit der AAS-Hydrid-Technik nach mikrowellenunterstütztem Hochdruckaufschluss, S und C über die Elementaranalyse nach Hochtemperaturverbrennung bestimmt. Die Ergebnisse werden wie folgt zusammengefasst:

1. Der Se-Status der Aufwüchse war zu 99 % als defizitär zu bezeichnen. Lolio-Cynosuretum-Aufwüchse wiesen überdurchschnittlich häufig Konzentrationen
< 50 µg Se kg-1 TS auf. Auf staunässe- bzw. grundwasserbeeinflussten Böden lagen mehrfach Konzentrationen > 50 µg Se kg-1 TS vor. Die Se-Gehalte im Boden waren positiv mit dem Gehalt organischer Substanz korreliert. Durch das generell niedrige Niveau der Se-Konzentrationen im Pflanzenmaterial waren Beziehungen zu den Merkmalen pH-Wert, Se-, C- oder S-Gehalt der Böden nicht zu belegen. Die S-Konzentrationen sowie N/S-Quotienten zeigten, dass S-Gaben bezogen auf Pflanzenbestand und Weidetier unter den Bedingungen in der Regel nicht notwendig sind.

2. Im Zeitreihenexperiment konnten zunehmende Se-Konzentrationen mit fortschreitender Vegetationsperiode nachgewiesen werden. Die niedrigsten Se-Konzentrationen ergaben sich im futterbaulich wichtigen Monat Mai.

3. Durch Na2SeO4-Applikation auf Grünlandbestände wurden bereits mit 4 g Se ha-1 stets Konzentrationen > 100 µg Se kg-1 TS erreicht. Die Ca-Gabe führte trotz Anhebung des pH-Wertes von pH 5,0 auf pH 6,0 bzw. von pH 5,5 auf pH 6,5 nur in wenigen Fällen zu einer erhöhten Se-Aufnahme. Ca- und N-Gaben wirkten sich nur in Beständen mit Se-Applikation auf die Se-Konzentration aus. Zwischen den Standorten bestanden Unterschiede in der Effizienz der Se-Gaben; auf dem Standort mit dem höchsten Gehalt an organischer Substanz wurden die geringsten Steigerungen der Se-Konzentration festgestellt. Gemessen an den jeweils zum Primäraufwuchs und Folgeaufwuchs applizierten Se-Mengen wurden 1 - 23 % bzw. 5 -13 % im Erntegut nachgewiesen.

4. Die Na2SeO4-Zugabe zu Saatgut in einer Dosierung entsprechend 4 g Se ha-1 beeinträchtigte die Keimung von Lolium perenne nicht. Die Keimfähigkeit blieb
überwiegend auch noch bei der 16fachen Dosis unverändert hoch. Die Se-Behandlung von Saatgut führte zu keinen Ertragseinbußen.

5. Durch Anreicherung des Siliergutes mit Na2SeO4 wurden ausreichende Se-Konzentrationen in den Konserven sichergestellt. Gasförmige Se-Verluste während der Fermentation traten offenbar nur begrenzt auf. Selenat wird während des Fermentationsprozesses anscheinend vollständig in höhermolekulare Verbindungen, vermutlich organischer Art, überführt. Auch bei hohen Se-Gaben wurden gärbiologisch einwandfreie Silagen erzeugt.


Da die Se-Konzentrationen in Grünlandaufwüchsen nahezu flächendeckend inadäquat sind, müssen systemkompatible Methoden der Supplementierung zur Anwendung kommen. In Verbindung mit regelmäßiger Nachsaat eignet sich Saatgut als Transportmedium für Se-Gaben. Da die Gärfutterbereitung extensiver Grünlandsysteme Additive zur Hemmung von Clostridien erfordert, bietet sich hier die Kombination mit Se-Zusätzen an.
Kurzfassung auf Englisch: For the assessment of possible effects of environmental conditions and botanical characteristics on the selenium concentrations in herbage from low-input grassland systems, the Se content in varied primary growths was analysed. Additionally, the S concentration was determined. Herbage of Arrhenatherion elatioris, Festuco-Cynosuretum, Bromion racemosi, and Lolio-Cynosuretum communities from 20 locations each and of three Polygono-Trisetion communities was harvested mid Mai during two subsequent years. In addition, the seasonal dynamics of Se concentrations were analysed. Field experiments were established on three different sites to assess the efficiency of different levels of Se application under varying conditions. The factors of this experiment were: amount of Se (= 0, 4, 12 g Se ha-1, by application of Na2SeO4 solution), liming (= 0, 4 t CaO ha-1 by CaCO3), application of N (= 0, 80 kg N ha-1 by calcium ammonium nitrate), and growth (= primary growth, secondary growth). Suitable pathways for Se application in low-input systems associated with repair seeding and silage making were tested. The suitability of Se enrichment of seeds was assessed varying the amount of Se (= 0, 4, 12, 36 g Se ha-1, related to 20 kg seeds ha-1), water tension (= pF 0, pF 3,0, pF 3,6), and light (= green filter, darkness). The results were supported by additional pot trials. To examine possible negative effects on epiphytical micro organisms and changes in Se forms as a result of aerobic conditions, silages were produced in laboratory scale in a multi-factorial experiment with following factors: addition of Na2SeO4 (= 0, 75, 150, 300, 1200 µg Se kg-1 DM), pre-wilting (= 30, 40 % DM) and dominant plant species (= Festuca arundinacea, Lolium perenne). Se was determined by hydride generation AAS with microwave sample preparation in high-pressure vessels. S and C concentrations were measured by CNS analysis after high-temperature combustion. The results are summarised as follows:


1. The Se status in herbage was deficient in 99 % of the samples. Concentrations of < 50 µg Se kg-1 were more frequent in growths of Lolio-Cynosuretum than in others. Frequently, herbage grown on soils with changeable hydrological conditions showed concentrations > 50 µg Se kg-1. The Se content of soil was positively correlated with content of organic matter. The generally low Se level in herbage prevented a verification of correlations between Se concentrations in plants and soil characteristics, such as pH, Se, C, or S content of the soil. S concentrations and N/S ratio do not indicate a requirement for supplemental S for plant or ruminant under outlined conditions.

2. The determination of temporal changes of Se in herbage showed increasing
values in the course of the vegetation period. The concentrations were the lowest in May, which is probably the most important month for forage production.

3. Application of Na2SeO4 to grassland swards resulted steadily in concentrations > 100 µg Se kg-1 DM already after application of 4 g Se ha-1. Generally, liming had a negligible effect on the uptake of Se, although pH increased from pH 5,0 to pH 6,0 or from pH 5,5 to pH 6,5, respectively. Effects of liming and N-fertilization were only significant when Se was applied. Differences in efficiency of Se application were found among different locations. The increase of Se concentrations by Se application was diminished on the location with the highest content of organic matter in soil. In relation to Se applied, 1 - 23 % (= primary growth) and 5 - 13 % (=secondary growth) of Se was detected in herbage.

4. The addition of Na2SeO4 to seeds of Lolium perenne corresponding to the application rate of 4 g Se ha-1 does not affect germination. Even at 16-fold higher dosage, germination rates remained constantly high. The Se-treatment of seeds had no negative effect on dry matter yield.

5. Enrichment of herbage with Na2SeO4 before ensiling enabled sufficient concentrations of Se in preserves. Apparently, volatilisation of Se during fermentation was negligible. In the fermentation process, selenate was apparently completely transformed to undefined compounds of high molecular weight, probably of organic origin. Not even on high levels of Se addition, interferences on the composition of the fermentation products were noticed.


On account of the nearly ubiquitous Se deficiency of herbage, compatible methods of Se supplementation for grazing ruminants are needed. Using seeds as a carrier for Se is suitable in systems with periodical repair seeding. The integration of Se application within the process of silage making is practical, because silage making in low-input systems requires the application of silage additives anyway.