Características morfológicas e produtivas do capim mombaça submetido a doses de farinha de osso bovina como fonte de adubação de estabelecimento

Revista Agrária Acadêmica

Agrarian Academic Journal

Volume 4 – Número 1 – Jan/Fev (2021)

doi: 10.32406/v4n12021/34-46/agrariacad

 

Características morfológicas e produtivas do capim mombaça submetido a doses de farinha de osso bovina como fonte de adubação de estabelecimento. Morphological and productive characteristics of mombaça grass submitted to doses of bovine bone meal as a source of fertilization in the establishment.

 

Danilo Ferreira da Silva1*, José Iterno Mendonça Filho2, Nayara Martins Alencar3

 

1*- Engenheiro Agrônomo, Instituto Educacional de Santa Catarina – Faculdade Guaraí (IESC-FAG). Guaraí, TO. Brasil.

Rua c4, qd. 44, n° 07, setor cruzeiro, CEP: 73840-000, Campos Belos, GO. Brasil. E-mail: daniloagro.f@gmail.com.

2- Engenheiro Agrônomo, Instituto Educacional de Santa Catarina – Faculdade Guaraí (IESC-FAG). Guaraí, TO. Brasil.         

3- Zootecnista. Dra. em Ciência Animal Tropical. Profa. Titular, Instituto Educacional de Santa Catarina – Faculdade Guaraí (IESC-FAG). Guaraí, TO. Brasil.

 

Resumo

 

O objetivo deste trabalho foi de avaliar o efeito de doses de farinha de osso bovina nas características produtivas e morfológicas do capim Panicum maximum cv. Mombaça em dois cortes (60 e 90 dias após semeadura) à altura de 10 cm. Na qual se pode concluir com base na massa seca da parte aérea, que a dose de farinha de osso bovina que proporcionou máxima produtividade no capim Mombaça foi para satisfazer 160 mg/dm³ de P2O5, e seu  emprego em doses inferiores a 80 mg/dm³ de P2O5 não favoreceram o incremento da massa seca da raiz do capim Mombaça.

Palavras-chave: Adubação alternativa. Cálcio. Fósforo. Resíduo frigorífico.

 

 

Abstract

 

The objective of this work was to evaluate the effect of doses of bovine bone meal on the productive and morphological characteristics of Panicum maximum cv. Mombasa in two cuts (60 and 90 days after seeding) at a height of 10 cm. At which one can conclude based on the dry mass of the aerial part, there the dose of bovine bone flour that provided maximum productivity in grass Mombaça was for satisfy 160 mg/dm³ of P2O5. And its use in of doses below 80 mg/dm³ of P2O5 did not favored the increase of dry mass of root at the grass Mombaça. 

Keywords: Alternative fertilization. Calcium. Phosphorus. Refrigerated residue.

 

 

Introdução

 

 

As forrageiras são evidentemente o meio mais prático e econômico de manter a alimentação de ruminantes, e além de constituírem frequentemente a principal fonte de nutrientes para os bovinos, às vezes é o único alimento oferecido. De todas as contribuições nutricionais necessários para mantença, crescimento e produção de ruminantes, a energia constitui a principal contribuição das gramíneas forrageiras (FIGUEREDO, 2012, p. 6).  A maior parte das pastagens cultivadas no Brasil é representada por gramíneas do gênero Brachiaria, no entanto, esta vem sendo substituídas por capins do gênero Panicum, um exemplo é o capim Mombaça desde seu lançamento em 1993 até os últimos anos, por este apresentar grande vantagem em produção de forragem (COSTA, 2019, p. 10).

O Panicum maximum cv. Mombaça é uma das forrageiras mais importantes para pecuária brasileira, pois pode chegar a produzir em condições favoráveis de 28-30 t//ha/ano de matéria seca, possui teores de 12-16% de proteína bruta (VILELA, 2009, p. 01). Por outro lado, por possuir alta produtividade, também possui alta exigência quanto à nutrição, podendo assim ser mais vulnerável a degradação em suas pastagens quando manejado de forma inadequada (HERLING et al., 2000, p. 32).

Os principais motivos para a queda de produção de forragem é a falta de adubação, e isso acontece porque a maioria dos solos brasileiros não fornecem nutrientes nas quantidades adequadas para os níveis de extração exigidos pelo capim Mombaça principalmente no momento de sua formação (KICHEL et al., 2006, p. 202). Sendo assim, a adubação se torna necessária para assegurar uma boa produção de forragem e sustentabilidade do sistema produtivo (ROCHA, 2007, p. 06). Uma técnica que atende bem nesse sentido seria a adubação com subprodutos oriundos de outras atividades agropecuárias, pois é de extrema importância na busca de uma maior sustentabilidade dos sistemas produtivos, reduzindo a dependência de insumos externos à propriedade e contribuindo para uma utilização racional dos recursos naturais esgotáveis (GLIESSMAN, 2001, p. 653).

A farinha de osso bovina é um subproduto da indústria frigorífica cuja sua obtenção se dá pela incineração e moagem do resíduo de esqueleto bovino, seus parâmetros físicos e químicos, de acordo Mattar et al. (2014, p. 67), às propriedades químicas do material apresenta pH médio de 9,94, teor médio de cálcio de 33,07% , teor médio de fósforo total de 15,64% e teor médio de fósforo solúvel em ácido cítrico de 10,44%, com relação a propriedade física apresenta densidade média de 0,89 g cm-3. Considerando as quantidades mínimas de nutrientes exigidas para comercialização de fertilizantes minerais pela Instrução Normativa nº 46, à farinha de osso bovina pode ser comercializada e classificada como fertilizante orgânico mineral, pois a soma da porcentagem dos nutrientes binários fósforo e cálcio presentes ultrapassam os 15%, assim podendo ser utilizada em qualquer cultivo como fertilizante alternativo (BRASIL, 2016, p. 04).

Além de poder ser empregada como fonte de nutriente para as culturas, a farinha de osso bovina pode contribuir para a sustentabilidade do sistema produtivo, onde promoverá um ciclo ecológico de maneira em que parte do que o animal consome da forrageira poderá retornar a ela, reciclando os nutrientes transformados na cadeia, e pensando no âmbito econômico a indústria frigorífica poderá possuir uma nova fonte de receita com o aproveitamento do resíduo, e também em proporção maior o país poderá reduzir a dependência na importação de fertilizantes (PIMENTEL et. al., 2002, p. 638).

Estudos realizados por Oliveira et al. (2012a, p. 08 ) mostraram que a farinha de ossos é uma fonte alternativa para adubação fosfatada na substituição de fontes de fosfato químico no estabelecimento, tanto para a Brachiaria brizantha cv. Piatã e o Panicum maximum cv. Mombaça, com sua utilização os benefícios observados ocorreram já aos 30 dias após a aplicação, onde a produção de matéria seca e massa verde da parte aérea se equiparou a de fontes convencionais como o superfosfato simples.

Embora existam alguns estudos evidenciando a utilização da farinha de osso no meio agropecuário, surge ainda a seguinte problemática: Os estudos existentes são suficientes para orientações quantitativas na utilização desse material como fertilizante com relação a formação de pastagens?  Assim, ocorre a necessidade de novos estudos que busquem maiores informações quanto à utilização deste resíduo no sentido de quantificar seu fornecimento como fertilizante nas pastagens buscando maior eficiência.

O objetivo foi avaliar o efeito de doses de farinha de osso bovina como fonte de adubação de estabelecimento nas características produtivas e morfológicas do capim Panicum maximum cv. Mombaça. Apresentando os seguintes objetivos específicos: massa seca de parte aérea, número de perfilhos, altura da planta, diâmetro do colmo, número de folhas vivas e massa seca da raiz.

 

 Materiais e métodos

 

O experimento foi executado durante o período de agosto a dezembro de 2018, em casa de vegetação do Instituto Educacional Santa Catarina, Faculdade Guaraí (IESC FAG), na cidade de Guaraí, no estado do Tocantins.

Foi realizada a coleta de solo na profundidade de 0 a 20 cm, realizada em pontos diferentes e de forma aleatória. Após a coleta o solo foi homogeneizado, peneirado e destorroado, formando uma amostra composta que foi destinada à análise em laboratório para definição de suas características física e química, que se encontram na Tabela 1. O solo utilizado é classificado como Neossolo Quartzarênico (SNLSC EMBRAPA, 1988, p. 32).

 

Tabela 1 – Composição química e física de Neossolo Quartzarênico coletado no município de Guaraí – TO, 2018.

Profun. (cm)       Ca Mg Al H+Al K SB CTC P (Mehlich1) pH V Areia Silte Argila
cmolcdm-3   mg dm-3 H20 % g kg-1
0-20 0,1 0,05 0,22 3,6 0,03 0,18 3,78 0,3 5,12 4,76 865 68 67

 

O experimento foi conduzido em vasos de polietileno com capacidade para 5 litros, e cada um foi preenchido com volume de 4 dm³ de solo, através das características químicas do solo realizou-se a calagem para elevar a saturação de bases para 50% seguindo a recomendação para espécies forrageiras muito exigentes de (VILELA et. al., 2004a, p. 368). A dose aplicada foi de 1,8 t/ha de calcário calcítico filler com 42% de CaO e 4% MgO considerando 96% de PRNT, correspondendo para cada vaso 3,56g do calcário. Tal procedimento foi realizado no dia 10/07/2018 onde permaneceu incubado por 30 dias, recebendo uma rega a cada 15 dias até atingir a capacidade de campo, para de garantir a umidade e reação do corretivo no solo.

A semeadura foi realizada no dia 13/09/2018, com 0,05g de sementes peletizadas do capim Panicum maximum cv. Mombaça por vaso, na profundidade média de 1cm sendo distribuídas por toda área do vaso. Ao quarto dia após a semeadura (DAS) apresentavam-se a completa emergência das plantas, após a emergência foram feitos desbastes deixando por final 5 plantas p/vaso. 

As doses testadas de farinha de osso bovina foram obtidas levando em consideração o nutriente de maior benefício presente em sua composição, assim foram calculadas para fornecerem as doses de 0; 40; 80; 120; 160 e 200 mg/dm³ de P2O5, essas doses de P2O5 foram obtidas conforme o recomendado por Vilela et al. (2004b, p. 372), adaptado de acordo com a análise de solo. Com isso as doses de farinha de osso bovina corresponderam a 0; 0,7; 1,4; 2,1; 2,79; 3,49 gramas por vaso. Na qual suas características estão descritas na Tabela 2.

 

Tabela 2 – Composição química e física da farinha de osso bovina utilizada no experimento.

P   Ca P solúvel em ácido cítrico 2% P2O5 P2O5 solúvel em ácido cítrico 2%
15%   33% 10% 34,35%** 22,90%**  
     
  Retenção na peneira de 1mm Retenção na peneira de 2mm Material
  Mineral Orgânico  
  10% 0%   96% 4%  

Fonte: Empresa fornecedora (Revendedora Nordeste, Anápolis-GO).

** valores obtidos considerando o valor de conversão de 2,29 descrito por (MALAVOLTA, 1989, p. 92).

P- Fósforo. Ca- Cálcio. P2O5– Fosfato.

 

Na adubação de plantio foram fornecidas unicamente as doses de farinha de osso bovina em satisfazer as doses de P2O5, aplicadas no mesmo dia da semeadura. As adubações de coberturas foram realizadas aos 25 dias após a semeadura (DAE), e no dia posterior ao primeiro corte, em satisfazer o nitrogênio, na dose de 300 mg/dm³ de N, e potássio na dose de 200 mg/dm³ de K2O, as fontes utilizadas foram o sulfato de amônio e cloreto de potássio. O percentual de P2O5 da fonte utilizado para calcular as doses, foi o solúvel em ácido cítrico 2%, que é o recomendado para fontes de baixa reatividade (BRAGA, 2009, p. 01).

Os vasos foram distribuídos em sorteio segundo o delineamento inteiramente casualizado (DIC) no esquema (6 doses x 4 repetições), com acréscimo do dobro de vasos para avaliação destrutiva da raiz no primeiro corte, totalizando 48 vasos, sendo um vaso constituindo cada unidade experimental. A irrigação foi realizada adotando-se uma frequência de rega com intervalos de dois dias, onde se aplicou 600 ml de água por vaso, que foi suficiente para deixar o solo saturado.  Os dados de umidade relativa do ar e temperatura média durante o período de realização do experimento se encontra na Figura 1.

 

Figura 1 – Temperatura média e umidade relativa do ar de agosto a dezembro de 2018. Fonte: INMET- Estação meteorológica de Pedro Afonso -TO.

 

As avaliações foram realizadas em dois cortes do capim, onde o primeiro foi efetuado 60 dias após a semeadura (DAS), e o segundo aos 90 dias após a semeadura (DAS). As características avaliadas foram:

 

  • Altura da planta (AP): A medida foi realizada com auxílio de uma fita métrica, onde foi considerada a planta que apresentou maior altura sendo medida da base do solo do vaso até curvatura da folha com maior altura.
  • Número de folhas vivas (NF): foi quantificado manualmente o total de folhas contidas em cada vaso, onde critério para consideração de folha viva foi de no mínimo 50% da folha com massa verde.
  • Número de perfilhos (NPERF): foi contabilizado manualmente o total de perfilho presente em cada vaso.
  • Diâmetro do colmo (DC): foram medidos com auxílio de um paquímetro digital, onde foi coletada a medida de três colmos que representaram o diâmetro padrão de cada vaso, e por final foi gerada uma média aritmética.
  • Massa seca da parte aérea (MSPA): nessa característica foi realizado o corte com auxílio de uma tesoura de poda, do total de plantas em cada vaso na altura de 10 cm. Os materiais obtidos do corte foram acondicionados em sacos de papel e colocados em estufa com circulação de ar a 55°C por 72 horas, e após a secagem foram pesadas com balança de precisão para determinação da MSPA.
  • Massa seca da raiz (MSR):precedeu-se a extração da raiz total por vaso com a retirada do solo por meio de lavagem contida na peneira de 2 mm. Todos os materiais obtidos foram acondicionados em sacos de papel e colocados em estufa com circulação de ar a 55°C por 72 horas, e após a secagem foram pesadas com balança de precisão para determinação da MSR.

 

Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância pelo software estatístico SAS e as médias dos tratamentos foram comparadas pelo teste t ao nível de 5% de significância.

 

Resultados e discussão

 

A adubação com as doses de farinha de osso bovina correspondente às doses de P2O5 influenciaram de forma significativa nas características morfológicas e produtivas do Panicum maximum cv. Mombaça. Houve resposta significativa para a altura da planta, número de perfilhos, número de folhas vivas, massa seca da parte aérea e massa seca da raiz em ambos os cortes. Não havendo, portanto, resposta significativa apenas para o diâmetro do colmo nos resultados avaliados dos cortes.

Para massa seca da parte aérea (Figura 2), em ambos os cortes os maiores resultados foram obtidos na dose de 160 mg/dm³ de P2O5, sendo os valores de 7,12 g/vaso em primeiro corte e 14,54 g/vaso em segundo corte.

Estudos realizados por Carneiro et al. (2017, p. 20) em avaliação de massa seca da parte aérea do capim Mombaça sob diferentes fontes e doses de fósforo, resultaram que para a fonte de farinha de carne e osso, o maior resultado expressado foi na dose 280 kg/ha P2O5, que corresponde à 140 mg/dm³ de P2O5. Com isso pode ser observado que para as fontes de farinha de carne e osso e farinha de osso bovina, ocorre uma tendência de maior produção de massa seca da parte aérea, serem expressas em dose igual ou próxima de 160 mg/dm³ de P2O5, pois essas fontes apresentam composições semelhantes.

Avaliando o efeito da adubação com fósforo no capim Mombaça em solos com textura arenosa, Oliveira et al. (2012b, p. 398), concluíram que para massa seca das folhas do capim Mombaça houve resposta quadrática em doses crescente de 0, 300, 600 e 900 mg P/kg de solo, na qual a dose de 600 mg de P/kg de solo apresentou maior produção de massa seca, resultado este como na figura 2, a segunda maior dose dentre as avaliadas foram as que apresentaram maior resultado. Em nutrição de plantas deve-se levar em conta que a resposta das culturas não depende apenas do fornecimento do nutriente, mas também do fornecimento de forma equilibrada com relação a outros nutrientes, pois há uma sinergia estabelecida pelo metabolismo da planta respondendo as condições e ao meio em que se encontra (GRANT et al., 2001, p. 01). Sendo assim não é regra que maiores doses de um determinado nutriente, apresentarem maior incremento na produção de forragem.

Para a característica do número de perfilhos (Figura 3), em primeiro corte os resultados apresentaram os seguintes valores 4,55, 4,39, 5,98, 6,31, 6,38, 6,19 perfilhos por vaso, respectivamente, para as doses de 0, 40, 80, 120, 160, 200 mg/dm³ de P2O5, sendo maior resultado correspondido para dose de 160 mg/dm³ de P2O5. No segundo corte a resposta do capim Mombaça em quantidade de perfilhos foi crescente com relação as doses, sendo 5,01, 6,19, 7,37, 8,55, 9,73, 10,91 perfilhos por vaso.

Em experimento avaliando fontes de fósforo no estabelecimento e produtividade de forrageiras, Oliveira et al. (2012a, p. 07) concluíram que para o número de perfilhos do capim Mombaça, avaliado aos 15, 30 e 60 dias após a emergência em fonte de farinha de ossos, os resultados foram crescentes, com aumento do número de perfilhos aos 60 dias após a emergência. Esse resultado demonstra que a farinha de ossos contribui com o aumento no número de perfilhos para o capim Mombaça a partir dos 60 dias após a emergência, resultado semelhante ao obtido neste estudo, já que o segundo corte (Figura 3), correspondeu aos 90 dias após a semeadura.

 

Figura 2 – Massa seca da parte aérea (MSPA) de Panicum maximum cv. Mombaça em função das doses de P2O5, utilizando como fonte farinha de osso bovina.

 

O baixo suprimento de fósforo afeta negativamente o perfilhamento das plantas forrageiras, portanto o desenvolvimento desta parte morfológica depende do nível de disponibilidade deste nutriente e seu equilíbrio com outros no solo, porém para fósforo geralmente as respostas são crescentes até em doses superiores a 250 kg/ha de P2O5 (FONSECA et al., 2000, p. 1927). O que já é uma quantidade 2 vezes superior ao recomendado para forrageiras em situações de máxima necessidade do nutriente, como em solos muito argilosos,  de baixa disponibilidade de fósforo e em sistema de alto nível tecnológico (CANTARUTTI et al., 1999, p. 299).

 

Figura 3 – Número de perfilhos (NPERF) de Panicum maximum cv. Mombaça em função das doses de P2O5, utilizando como fonte farinha de osso bovina.

 

As maiores alturas estimadas das plantas (Figura 4) do capim Mombaça foram de 61,58 cm em primeiro corte e de 92,75 cm no segundo corte, ambos na dose de 120 mg/dm³ de P2O5. Avaliando a altura do capim Mombaça sob as doses de 0, 40, 80, 120 e 240 kg/ha de P2O5, Mesquita  et al. (2010, p. 300) observaram a maior média de altura na dose de 240 kg/ha de P2O5, o que corresponde à 120 mg/dm³ de P2O5, concordado com resultado obtido no segundo corte (Figura 4).

Para a característica altura pode-se observar que a dose intermediária dentre as avaliadas, proporcionaram as maiores alturas das plantas, uma possível explicação para tal comportamento seria pelo aproveitamento do nutriente que pode se tornar variável, já que o fósforo possui maior contribuição no crescimento inicial das plantas forrageiras e com isso a planta pode passar a investir suas energias em outras partes morfológicas (DUARTE et al., 2015, p. 315). Vale também ressaltar que há pouca interação entre a presença de fósforo e o crescimento das forrageiras, segundo Patês et al. (2007, p. 1740) o crescimento vertical está diretamente relacionado à aplicação de fertilizantes nitrogenados ou presença de nitrogênio atmosférico fixado por organismos.

 

Figura 4 – Altura da planta (AP) de Panicum maximum cv. Mombaça em função das doses de P2O5, utilizando como fonte farinha de osso bovina.

 

O número de folhas vivas (Figura 5) das plantas de capim Mombaça contabilizadas em primeiro corte apresentaram maiores quantidades na dose de 200 mg/dm³ de P2O5, correspondendo à quantidade de 32,13 folhas por vaso, já em segundo corte o maior resultado foi de 38,71 correspondente à dose de 160 mg/dm³ de P2O5. Ao avaliar em milho verde o efeito da farinha de carne e osso nas doses de 70, 85 e 100 kg/ha de P2O5, Venagas (2009, p. 71) verificou que para o número de folhas vivas os maiores resultados foram obtidos nas doses de 85 e 100 kg/ha de P2O5. O que segue o mesmo sentido do resultado apresentado na (Figura 5), pois as maiores quantidades de folhas vivas em ambos os cortes corresponderam as maiores doses avaliadas. Sobre as quantidades de folhas serem maiores em segundo corte se dá pelo fato do ciclo de desfolha da forrageira decair a partir da primeira rebrota, como concluído por Macedo et al. (2010, p. 944).

Outro fator que pode ser observado é que a dose 160 mg/dm³ de P2O5 que resultou em maior produtividade de massa seca da parte aérea (Figura 2), também proporcionou maior quantidade de folhas (Figura 5) e perfilhos (Figura 3), o que comprova seu favorecimento para produção, pois existe uma relação entre essas características morfológicas e a quantidade de massa seca da parte aérea produzida (COSTA et al., 2004, p. 11).

 

Figura 5 – Número de folhas vivas (NF) de Panicum maximum cv. Mombaça em função das doses de P2O5, utilizando como fonte farinha de osso bovina.

 

Para matéria seca do sistema radicular (Figura 6), em ambos os cortes os maiores resultados foram obtidos na dose de 200 mg/dm³ de P2O5, na qual pode ser observado  efeito linear em primeiro corte e ascendente em segundo corte em resposta ao acréscimo das doses, onde no segundo corte destaca-se uma discrepância entre os dois maiores resultados, nas doses de 160 mg/dm³ e 200 mg/dm³ de P2O5, sendo os valores respectivamente 14,91 e 23,74 g/vaso, uma diferença de 37,09% de incremento de matéria seca para dose de 200 mg/dm³ em relação a 160 mg/dm³ de P2O5.  Este resultado pode ser explicado pelo efeito residual da fonte que possui liberação gradual de nutrientes, sendo suas quantidades disponibilizadas acrescidas enquanto maior for a dose, em determinada faixa de tempo (ALCARDE et al.,1975, p. 710). E pelo fósforo disponibilizado pela farinha de osso bovina, pois este é responsável por promover a atividade meristemática contribuindo para o desenvolvimento radicular (DIAS et al., 2012, p. 02).

Em estudos sobre capim Tanzânia, Zanini et al. (2009, p. 02) observaram efeito linear na matéria seca da raiz sob crescentes doses de fósforo, sendo o maior resultado apresentado com a dose de 168 mg de P/kg de solo. Em outro estudo analisando doses de fósforo e crescimento radicular de cultivares de arroz de terras altas, Crusciol et al. (2005, p. 643) concluíram que a produção de massa seca da raiz também apresenta incremento crescente com o aumento nas doses de fósforo, resultados semelhantes ao obtido neste estudo (Figura 6), mostrando que o mesmo não atingiu seu máximo efeito sobre as plantas, podendo apresentar resultados positivos em doses superiores as utilizadas. Com isso evidencia-se o indicativo da contribuição do acréscimo nas doses de P2O5 para o desenvolvimento radicular da forrageira, pois plantas com sistema radicular bem desenvolvido são menos susceptíveis ao estresse hídrico e de serem arrancadas no pastejo dos animais (SALTON; TOMAZI, 2014, p. 02).

 

Figura 6 – Matéria seca da raiz (MSR) de Panicum maximum cv. Mombaça em função das doses de P2O5, utilizando como fonte farinha de osso bovina.

 

Em relação às eventuais contribuições que o cálcio presente na farinha de osso poderiam ter influenciado nas variáveis analisadas, nessa condição de estudo as quantidades de cálcio disponibilizadas pela calagem de 1,35 cmol/dm³ somada à quantidade que o solo já possuía que era de 0,1cmol/dm³ totalizando 1,45 cmol/dm³, foi suficiente para elevar o nível de presença no solo para alto (ALMEIDA et al., 1988, p. 07). De acordo com Silveira et al. (2007, p. 340), ao avaliarem a produção de biomassa do capim Tanzânia adubado com a combinação de nitrogênio e cálcio em doses crescentes em solução nutritiva, chegaram ao resultado que além de não interagir com o nitrogênio para maximização da produção, doses de cálcio que disponibilizaram quantidades superiores ao equivalente no solo de 1,2 cmol/dm³, não apresentaram resposta significativa para produção de biomassa do capim. Com base no exposto, a adição do cálcio com a farinha de osso bovina mesmo em doses crescentes pode não ter alterado os resultados, pois quantidades desse nutriente acima do nível crítico não contribui para incremento de biomassa do capim.

 

Conclusão

 

Com base na massa seca da parte aérea a dose de farinha de osso bovina que proporcionou máxima produtividade no capim Mombaça foi para satisfazer 160 mg/dm³ de P2O5, e seu  emprego em doses inferiores a 80 mg/dm³ de P2O5 não favoreceram o  incremento da massa seca da raiz do capim Mombaça.

Como a dose recomendada de 160 mg/dm³ de P2Opara máxima produtividade é relativamente alta, pois considerando a farinha utilizada no experimento, demandaria uma quantidade de 1.400 kg/ha do produto, gera-se dúvidas sobre a viabilidade econômica da sua utilização, sendo um tema que deve ser abordado e esclarecido em estudos futuros. 

 

Contribuição dos autores

 

Danilo Ferreira da Silva, autor elaborador do tema e projeto do trabalho, executor do experimento e escrita do trabalho. José Iterno Mendonça Filho, autor contribuinte com execução do experimento e parte escrita. Nayara Martins Alencar, autora contribuinte como orientadora revisando a coerência do trabalho, e fornecendo sugestões e correções.

 

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Recebido em 13 de novembro de 2020

Retornado para ajustes em 21 de dezembro de 2020

Recebido com ajustes em 22 de dezembro de 2020

Aceito em 14 de fevereiro de 2021

Effect of protected niacin and chromium-rich yeast in dairy cows under thermal stress – milk production and metabolic parameters

Revista Agrária Acadêmica

Agrarian Academic Journal

Volume 4 – Número 1 – Jan/Fev (2021)

doi: 10.32406/v4n12021/24-33/agrariacad

 

Effect of protected niacin and chromium-rich yeast in dairy cows under thermal stress – milk production and metabolic parameters. Efeito da niacina protegida e da levedura rica em cromo em vacas leiteiras sob estresse térmico – produção de leite e parâmetros metabólicos.

 

Marta Lizandra do Rego Leal1*, Adelina Rodrigues Aires2, Silvana Giacomini Collet3, Cláudia Medeiros Rodrigues1, Marceli Pazini Milani4, Diego Zeni5, Thirssa Helena Grando4, Carlos Bondan6, José Laerte Nörnberg1, Maiara Garcia Blagitz7

 

1*- Department of Large Animal Clinic, Federal University of Santa Maria (UFSM), 97105-900, Santa Maria, RS, Brazil. E-mail: martalizandra@gmail.com

2- University of Santa Cruz do Sul (UNISC), Santa Cruz do Sul, RS, Brazil.

3- University of Western Santa Catarina (UNOESC), Xanxerê, SC, Brazil.

4- Federal Institute Farroupilha (IFFar), Frederico Westphalen, RS, Brazil.

5- Federal Institute Farroupilha (IFFar), Alegrete, RS, Brazil.

6- University of Passo Fundo (UPF), Passo Fundo, RS, Brasil.

7- Federal University of Southern Border (UFFS), Realeza, PR, Brazil.

 

Abstract

 

The purpose of this study was to evaluate the effect of protected niacin and yeast rich in chromium on the productive and metabolic performance of dairy cows under thermal stress. 46 lactating Holstein cows were divided into four treatments: protected niacin (GN), yeast rich in chromium (GCr), niacin+chromium (GNCr) and control (GC). Were measured: milk production, SCC, MUN, NEFA, BHB, glucose, cholesterol, insulin, cortisol, T4 and T3. There was an 8% increase in milk production in the GNCr. The use of these elements is an alternative for producers who need to maintain production during periods of thermal stress.

Keywords: Cattle. High temperatures. High humidity. Supplementation. Production.

 

Resumo

 

O objetivo desse trabalho foi avaliar o efeito da niacina protegida e levedura rica em cromo sobre a produção e perfil metabólico de vacas leiteiras em estresse térmico. 46 vacas Holandesas foram distribuídas nos tratamentos: niacina protegida (GN), levedura rica em cromo (GCr), niacina + cromo (GNCr) e controle (GC). Foram mensurados: produção de leite, CCS, NUL, AGNE, BHB, glicose, colesterol, insulina, cortisol, T4 e T3. Houve um incremento de 8% na produção de leite no GNCr. O uso desses elementos é alternativa para os produtores que precisam manter a produção durante os períodos de estresse térmico.

Palavras-chave: Bovinos. Temperaturas elevadas. Alta umidade. Suplementação. Produção.

 

 

Introduction

 

High temperatures combined with high air humidity are factors that interfere with productivity and welfare of dairy cows (Polsky and Von Keyserlingk, 2017). One of the main effects of the stress caused by the climatic conditions is the reduction of milk production. In mild climate, the milk production can decrease up 8.3% (Ominski et al., 2002) while in more severe conditions this decrease can achieve 35% (St Pierre et al., 2003). The decrease observed in milk production in cows under thermal stress occurs because of the direct and indirect effects of the high temperature in thermal regulation, in the balance and the energy distribution, and in endocrine functions (West, 2003).

Niacin is an essential part of the coenzymes nicotinamide adenine dinucleotide and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (Niehoff et al., 2009), and these are involved in oxidation and reduction in many metabolic reactions of electron transfer. These coenzymes have the function to conserve free energy produced by oxidation of substrates, acting directly on the metabolism of carbohydrates, lipids and amino acids (NRC, 2001). Hence, the niacin supplementation in mild climate conditions reduces the levels non-esterified fatty acids (NEFA) (Karkoodi and Tamizrad, 2009) and increases milk production, mainly in early lactation (Yanxia et al., 2008). In addition, niacin has been related to the superficial vasodilatation and increased peripheral heat loss in animals (Di Costanzo et al., 1997), through higher production of prostaglandin D by epidermal langerhans cells (Benyo et al., 2006).

Chromium (Cr) is an essential micro mineral that play a role in the absorption of glucose across cellular membrane, since optimizes the action of insulin to facilitate its binding to membrane receptors and amplify their intracellular signal (Chen et al., 2006). Neto et al. (2009) observed the positive effect of chromium supplementation on productive parameters in beef cattle.

The combination of niacin and chromium has been studied in experimental models for the treatment of hyperlipidemia and for the prevention of damage caused by this condition (Inceli et al., 2007; Niu et al., 2009) for humans, showing excellent results. However, there is still no consensus on the mechanisms responsible for the effects of chromium and niacin together on energy metabolism. In rats, the supplementation of these two substances was able to reduce the levels of cholesterol and triglycerides, allowing recovery of hepatocytes damaged by a hyper lipemic diet (Bolkent et al. 2004). Niacin and Cr supplementation used separately in thermal stress situations in dairy cows has generated positive results in some studies (Di Costanzo et al. 1997; Zimbelman et al. 2010). However, there are no studies about the effect of protected niacin and chromium-rich yeast on the productive and metabolic performance of dairy cows under thermal stress, being these the objectives of this study.

 

Material and methods

 

Animals studied

 

The experiment was conducted in the northwest of the state of Rio Grande do Sul, southern Brazil, during the summer (february and march). We used 46 Holstein cows, with an average of 207 days in lactation and an average production of 23.4 liters of milk/day. The cows were housed in a free-stall system. The animals received 41kg of dry matter/cow/day of a diet based on corn silage, Tifton hay, soybean meal, corn bran, barley and oats grain, and mineral mixture (Table 1).

 

Table 1 – Composition and percentages of inclusion of ingredients and dietary minerals*.

Item %
Ingredients  
Corn silage 61
Corn bran 16
Soybean meal 8
Barley grain 6
Tifton hay 4
Oat grain 4
Mineral mixture 1
Chemical composition of total diet  
Dry Matter 48,6
Crude protein (% dry matter) 15,5
NDF 34,9
ADF 15,65
EE§ 3,42
Calcium 0,81
Phosphorus 0,35

* Based on a diet of total mixture composed of 41 Kg of dry matter

NDF: Neutral detergent fiber, ADF: Acid detergent fiber. § EE: Ether extract.

 

The Ethics Committee on Use of Animals at the Federal University of Santa Maria (64/2010) approved the experimental protocol. The animals were divided into four groups by sampling of random block, related to the days in lactation, in different treatments: niacin (GN, n=12), 12g of protected niacin (BALCHEM, New Hampton, New York); chromium (GCr, n=11), 20g of yeast for each animal (Saccharomyces cerevisiae chromium-rich 0.5mg of chromium/Kg DM) (ALLTECH, Brazil); niacin + chromium (GNCr, n=12), 12g of protected niacin + 20g of yeast; and control (GC, n=11) without treatment. The treatments were provided daily for 35 days, mixed to 100g of soybean meal, individually, after the morning milking. The control group received only the soybean meal.

 

Analysis

 

The environmental data: dry bulb (DBT) and wet bulb temperatures (WBT) were obtained using black globe thermometer (TGD-200 model, INSTRUTHERM). The measurement was done daily, at 7am, 10am, 13pm, 16pm and 19pm. The index of temperature and humidity (THI) was calculated in accordance with Thom (1959): THI= DBT + 0.36 WBT + 41.2.

Samples of blood (20 ml) were collected by coccygeal vein puncture on days zero (Period 1), 12 (Period 2), 26 (Period 3) and 35 (Period 4) of treatment. We centrifuged the blood for 10 minutes at 5000 x g and serum that we stored at -20ºC until the moment of the analysis. The analyses of NEFA (NEFA, FA 115, RANDOX, England), beta-hydroxybutyrate (BHB) (RANBUT – RB 1007, RANDOX, England), cholesterol (COLESTEROL LIQUIFORM – LABTEST, Brazil) and glucose (GLICOSE PAP LIQUIFORM – LABTEST, Brazil) were performed using commercial kits. Insulin, cortisol, triiodothyronine (T3) and tetraiodothyronine (T4) were determined by radioimmunoassay. The cows were milked three times a day (at 4am, 10am and 5pm) and milk production was measured daily. Samples of milk were collected during 1, 2 and 3 for somatic cell counted (SCC) by flow cytometry and analyzed for milk urea nitrogen (MUN) by infrared technique.

 

Statistical analysis

 

The experimental period was divided into four separate periods for performing the statistical analysis, according the average periods of THI (Figure 1). The periods 1 and 2 were defined as times in which the THI have higher average and periods 3 and 4 as the times in which the THI was mild or stayed for more days below 74 (Figure 1). 

 

Figure 1 – Temperature and humidity index (THI) of the experimental period and distribution of experimental times. The periods 1 and 2 were defined as the intervals with more days with high THI, above 74, considered the periods with more severe heat stress. The periods 3 and 4 have been determined as the periods with lower peaks of THI or with more days with THI below 74, considered the periods with moderate heat stress.

 

The effects of different treatments on blood and hormonal parameters, MUN and SCC were analyzed by ANOVA (one-way). The data of SCC, insulin and cortisol have undergone the logarithmic transformations prior (log (10)). The comparison between the averages was performed by Tukey test (5% significance) by statistical program (version 8.02, program SAS, SAS Institute Inc., Cary, NC, EUA).

 

Results

 

The thermal stress occurred during the experiment was of moderate to intense, according to the classification of ITU. The index of average temperature and humidity obtained during the periods 1, 2, 3 and 4 was 74.2 ± 1.8, 74.0 ± 1.8, 72.2 ± 1.4 and 73.0 ± 1.4, respectively (Figure 1).

Highest values in milk production were observed in periods 2 and 3 in the group of animals treated with the association of niacin and chromium in contrast to those that received these compounds isolated. The milk production on period 4 in the group that received niacin + chromium was higher in relation to the other groups (P<0.05) (Table 2).

 

Table 2 – Effect of treatments with niacin, chromium, and niacin + chromium on milk production, biochemical variables, somatic cell counted and milk urea nitrogen of dairy cows under thermal stress (media ± standard error).

Parameters   Treatments*
    GN GCr GNCr GC
Milk production kg/d. Period 1     25.7 ± 6.48     23.2 ± 8.34     24.2 ± 7.77     24.9 ± 6.88
Period 2 22.9 ± 5.83ac 21.9 ± 5.90ac 25.0 ± 5.99b 24.0 ± 6.38ab
Period 3 22.0 ± 5.46ab 21.2 ± 5.95a 24.5 ± 6.50c 22.6 ± 6.73b
Period 4 22.8 ± 7.39a 23.2 ± 6.28a 25.8 ± 6.24b 24.2 ± 8.72ab
BHB µmol/L Period 1 860.1 ± 82.3 774.5 ± 93.3 872.0 ± 80.7           828.3 ± 77.1
Period 2 880.5 ± 57.4a 698.9 ± 91.2b  860.2 ± 144ab   865.3 ± 50.1ab
Period 3 627.6 ± 46.4 598.8 ± 30.6 659.0 ± 43.6 659.4 ± 35.5
Period 4 620.9 ± 64.3 574.5 ± 47.7 639.0 ± 43.7 654.3 ± 78.5
NEFA µmol/L. Period 1 101.6 ± 15.2ab 101.8 ± 9.4b 149.3 ± 26.9c 68.7 ± 8.0a
Period 2 67.3 ± 8.2 86.9 ± 32.7 78.3 ± 9.1 91.9 ± 17.0
Period 3 116.7 ± 10.1 102.0 ± 11.1 108.1 ± 10.1 124.9 ± 17.6
Period 4 138.2 ± 53.3a 152.1 ± 26.0ab 206.9 ± 18.3b 159.4 ± 20.1ab
Cholesterol mg/dL. Period 1 241 ± 23.7 218 ± 9.5 257 ± 33.4 241 ± 20.5
Period 2 272 ± 19.0 255 ± 14.1 299 ± 24.2 261 ± 14.1
Period 3 272 ± 19.4 229 ± 16.6 283 ± 24.5 240 ± 12.6
Period 4 327 ± 16.7a 209 ± 15.8b 307 ± 23.2a 298 ± 11.7a
Insulin ng/ml. Period 1 1.04 ± 0.59a 1.15 ± 0.43a 0.92 ± 0.53a 3.96 ± 0.88b
Period 2 1.62 ± 0.39 1.88 ± 0.36 2.36 ± 0.54 2.23 ± 0.53
Period 3 1.39 ± 0.18 1.83 ± 0.25 2.54 ± 0.24 3.08 ± 0.31
Period 4 2.77 ± 0.59 3.01 ± 0.43 2.76 ± 0.53 3.97 ± 0.33
T3. mg/dL. Period 1 101.6 ± 9.3b 142.2 ± 7.8a 149.3 ± 7.6a 145 ± 6.3a
Period 2 67.3 ± 7.6a 146.4 ± 8.1b 78.3 ± 12.1a 155± 6.4b
Period 3 116.7 ± 10.8bc 142.3 ± 8.1ac 108.1 ± 8.5b 152.8 ± 6.0a
Period 4 138.2 ± 6.3a 129.3 ± 8.7a 206.9 ± 9.4b 148.3 ± 4.7a
Cortisol. µg/dL. Period 1 0.65 ± 0.1 0.69 ± 0.1 0.52 ± 0.05 0.40 ± 0.06
Period 2 0.87 ± 0.07a 0.68 ± 0.11ab 0.93 ± 0.09a 0.45 ± 0.09b
Period 3 0.31 ± 0.18 0.56 ± 0.15 0.46 ± 0.20 0.31 ± 0.06
Period 4 0.44 ± 0.13 0.39 ± 0.11 0.28 ± 0.10 0.29 ± 0.16
SCC. x 103. Period 1 1720 ± 360 3478 ± 872 328 ± 189 2146 ± 995
Period 2 414 ± 206 1983 ± 627 394 ± 119 1474 ± 716
Period 3 1568 ± 246 2155 ± 646 1047 ± 354 1680 ± 627
MUN. mg/dL. Period 1 13.58 ± 0.98 13.88 ± 0.86 15.38 ± 1.12 12.58 ± 6.24
Period 2 13.65 ± 2.46ac 10.79 ± 2.32b 13.80 ± 2.05a 11.84 ± 1.46bc
Period 3 15.67 ± 2.11a 12.86 ± 1.92b 16.12 ± 3.54a 14.09      ± 2.99ab

a, b. c Difference between groups (P<0.05). *GN: treatment with niacin; GCr: treatment with chromium; GNCr: treatment with niacin + chromium; GC: untreated group. Milk production data were divided into four experimental periods according to the index of temperature and humidity (THI). Periods 1 and 2 presented higher THI’s while 3 and 4 periods showed lower values.

 

Related to the levels of MUN, the GNCr group exhibited higher values than the Cr (P=0.04) and GC (P=0.021) groups in the period 1. The GN group also showed higher levels of MUN when compared with the Cr group (P=0.009), in this period. On period 4 animals treated with niacin, in association or not with chromium, showed higher MUN values respect to the animals that received only chromium (Tab. 2). The SCC was lower in the group of animals treated with the association of niacin to chromium than in those that received only the chromium on period 1 (P=0.015).

On period 1, the average values of NEFA were greater in the GNCr when compared to those obtained in the other groups (P<0.05); and in the Cr compared to the GC group. On period 4, plasma NEFA concentration in the GNCr group were greater than those in the GN group (P=0.016) (Tab. 2). On periods 1, 3 and 4, no differences have been observed between the groups (P>0.05) for the levels of BHB. On period 2, the animals that received Cr presented less concentrations of plasma BHB compared to group N (P=0.021). Concerning cholesterol levels there was no difference in treatments on periods 1, 2 and 3. Animals treated with chromium showed, on period 4, less cholesterol values in comparison to other groups (P<0.05) (Tab. 2).

T3 levels were less in the niacin group compared to other groups on period 1. On period 2, the animals that received niacin or niacin + chromium showed less levels of T3 respect to other groups (P<0.05). On period 3, the animals that received niacin associated or not to chromium showed less T3 values comparing to the control group (Tab. 2). The Cr group presented greater T3 respect to NCr group (P=0.013), on the same day. On period 4, the GNCr presented the greater levels of T3 than the other treated groups (P<0.05).

Differences in the plasma cortisol concentrations was observed only on period 2, when the animals that received niacin, in association or not with chromium, showed the greatest values of this hormone than the control group (p<0.05) (Tab. 2). Serum insulin levels were greater in the control group compared to other groups on period 1. There were no differences between treatments in levels of T4 and glucose (P>0.05) (data not provided).

 

Discussion

 

The supplementation of niacin for dairy cows under thermal stress has been the subject of several studies, though its effect on performance of dairy with the goal of enhancing the response of animals to this substance, some authors evaluated the niacin together with other nutraceuticals with positive results. In a study by Xin-Jian et al. (2006) the use of chelated chromium together with non-protected niacin in cows under thermal stress resulted in a 12% increase in milk production. In the present study, the use of protected niacin together with organic chromium was associated with an 8% increase in milk production. A study with feedlot calves treated with chromium chloride and niacin, showed that this combination resulted in greater weight gain and better feed conversion than animals in the control group or those that received any of the supplements in an isolated form (Chang et al. 1995). Yuan et al. (2011), Zimbelman et al. (2010) and Rungruang et al. (2014) using only protected niacin, during the summer, observed no difference in milk production. In our study, increase of production was observed only in animals supplemented with niacin and chromium together, suggesting a possible synergistic action of these two substances.

Blood and milk urea nitrogen (BUN and MUN) are important tools for evaluation of the levels of nitrogen metabolized by the animal and for the balance between the protein use and intake. The use of chromium and niacin in beef cattle did not influence on levels of BUN (Chang et al. 1995). However, in dairy cows under thermal stress the use of niacin reduced the levels of BUN (Belibasakis and Tsirgogianni 1996). In our study, the greatest concentration of MUN occurred in the GNCr, coinciding with the largest milk production presented by the same group (Tab. 1). In this way, is possible that the MUN value found for the animals treated with niacin and chromium is a direct effect of greater production and greatest need for alternative energy sources. The lowest concentration of MUN occurred on period 1, one of the hottest periods of the experiment and these results agree with those found by Srikandakumar and Johnson (2004), who observed lower nitrogen levels in the blood of cows under thermal stress.

The action of niacin and chromium in SCC in cows is still controversial in the literature; and there are few studies about the effect of these elements at SCC. An-Qiang et al. (2009) did not observed an effect of chromium on the SCC of dairy cows under high temperatures. However, Zimbelman et al. (2010) detected a lower SCC in dairy cattle fed a protected niacin dietary supplement and undergoing a thermal stress. Treatment with niacin alone or in association with chromium did not influence on the somatic cells count of milk (Tab. 1).

As fat mobilization is a thermogenic process, cows under thermal stress use other sources to obtain energy with low heat production in these conditions (Wheelock et al. 2010), reducing the NEFA production. Under moderate thermal stress, the animals that received niacin + chromium, managed to mobilize more NEFA on period 4 than others, coinciding with the largest milk production in this group (Tab. 1). This finding indicates that the use of chromium + niacin may possibly contribute to the use of this source of energy even during periods of heat stress.

Dietary supplementation with Cr-methionine has been reported to reduce plasma concentrations of BHB in weaned calves during the summer (Yari et al., 2010). Yang et al. (1996) also detected lower concentrations of BHB in lactating cows fed a chromium-amino acid supplement. The plasma concentrations of BHB in animals treated with chromium were numerically lower those in other groups at all periods during the experiment (Tab. 2), indicating a beneficial effect this mineral in the reduction of ketone bodies in dairy cows under heat stress.

In a study carried out on cows in thermal stress, Al-Saiady et al. (2004) reported that dietary supplementation with Cr yeast increased plasma concentrations of cholesterol and dry matter intake (DMI). In the present study, the plasma cholesterol concentrations were lower in the group supplemented with chromium than in the control group, a result similar to that described by Pechová et al. (2002). Belibasakis and Tsirgogianni (1996) observed that feeding a dietary supplement of niacin to dairy cows under thermal stress, did not change their plasma concentrations of cholesterol.

The scientific literature is equivocal as to the effects of niacin and chromium on plasma glucose concentration. Belibasakis and Tsirgogianni (1996) observed no effects on plasma glucose concentrations in cows subjected to thermal stress and treated with niacin. However, cows in thermal stress that received greater amounts of non-protected niacin (14g) (Karkoodi and Tamizrad 2009), when compared to the dose used in this study (12g), exhibited an increase in plasma glucose. The chromium and niacin together did not alter the plasma glucose concentration in heifers subjected to thermal stress (Chang et al. 1995) and immune challenge (Kegley and Spears 1995).

An-Qiang et al. (2009), using chromium in cows in early lactation also did not detect changes in plasma insulin concentrations. In the study of Kegley and Spears (1995) the insulin was greater in animals treated with chromium + nicotinic acid for up to 30 min after being challenged with glucose. However, there was no difference in the levels of this hormone in animals not challenged with glucose.

The thyroid gland is sensitive to thermal stress, because your hormones act to the mechanism of thermogenesis (Magdub et al. 1982). There are no studies that describe the effects of niacin on the T3. However, we note that niacin in combination or not with chromium produced lower levels of T3 in the hottest periods of the experiment, indicating a possible direct action of niacin on the mechanisms of endogenous heat producers. It is important to note that the low levels of T3 in these groups did not influence the milk production. 

According to Chang et al. (1995) calves in food stress situations that receive dietary chromium present lower blood cortisol levels. Similar to the results obtained in this study (Tab. 2). Kegley and Spears (1995) observed no change in cortisol levels in animals subjected to stressful situations and treated with chromium in conjunction with niacin.

 

Conclusion

 

The use of niacin in combination with chromium was able to maintain and increase milk production in animals under moderate thermal stress, probably due to increased NEFA mobilization of fat reserves. The 8% increase in milk production during the experimental period, observed in the group supplemented with chromium and niacin, provides a significant increase in profitability of dairy farming.

 

References

 

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Recebido em 11 de novembro de 2020

Retornado para ajustes em 21 de dezembro de 2020

Recebido com ajustes em 23 de dezembro de 2020

Aceito em 13 de fevereiro de 2021