Food particle breakdown in herbivores : Influence of food intake level on energy yield

Abstract

The quantitative relation between food intake level, comminution of the diet with teeth and the size of food particles in the gastro-intestinal tract (GIT), and the size of resulting effects on further digestive variables and therefore on food energy content for herbivores have been discussed controversially in the past. It can be assumed that at increasing intake level the rate of comminution of a diet and its retention time in the gastro-intestinal tract and in consequence its digestibility decrease. Results of this study confirm this and try to define this effect more precisely in a quantitative way. To date, studies on the correlation of faecal mean particle size (MPS) and food intake level have been conducted on domestic ruminants basically. They conveyed first reference points on the size of the change of chewing effectiveness per unit food intake level. For wildlife such an assertion is hard to make since data on the amount of diet ingested are rare. In the present study, this gap was approached in a literature review; a factor calculated from yield and energy content of milk allowed an estimation of the size of the difference between energy requirements during maintenance and during lactation. This factor was used to estimate the increase of faecal MPS during lactation, which is apparently influenced by body weight (BW) (between 8.5% for over 250 kg BW and 15.5% for under 100 kg BW).. In own studies, this effect was investigated in more detail for a small ruminant (goat). A maximum variation in food intake level was achieved by taking samples at different lactation stages. An increase of intake by one unit of maintenance intake caused an increase of MPS by 6 pecentage units while digestibility decreased by 4 percentage units and mean retention time of particles (MRTparticle) by 22 percentage units. Because comparable data for hindgut fermenters is absent, a trial was done with a small hindgut (caecum) fermenter (rabbit). Here no effect of doubling the intake level on faecal MPS could be noted while MRTparticle decreased by 39%. Using samples of different parts of the GIT (stomach, colon) the proportion of chewing on total food comminution in rabbits was estimated to be as high as ~98%. Der quantitative Zusammenhang zwischen Futteraufnahmemenge, Zerkleinerung des Futters mit den Zähnen und Partikelgröße der Nahrung im Verdauungstrakt und die Größenordnung resultierender Effekte auf weitere Verdauungsvariablen und den Energiegehalt des Futters von Pflanzenfressern wurden in der Vergangenheit kontrovers diskutiert. Es kann als gegeben angesehen werden, dass bei steigender Futteraufnahme die Zerkleinerungsrate der Ration und ihre Retentionszeit im Verdauungstrakt sinkt, und in der Folge davon auch die Verdaulichkeit des Futters. Zu diesem Ergebnis kommt auch die vorliegende Studie, deren Ansatz es ist, diesen Effekt quantitativ genauer zu beschreiben. Studien, die die Partikelgröße im Kot in Abhängigkeit von der Futteraufnahme untersucht haben, wurden in der Vergangenheit bei domestizierten Wiederkäuern durchgeführt und haben erste Anhaltspunkte geliefert, um welche Größenordnung sich die Kaueffektivität pro Einheit gestiegenem Futteraufnahmeniveau ändert. Für Wildtiere ist es kompliziert solche Aussagen zu treffen, da nur selten genaue Angaben zur aufgenommenen Futtermenge vorliegen. In einer Literaturstudie der vorliegenden Arbeit wurde diese Lücke ausgeglichen über einen Faktor, der aus Milchleistung und Energiegehalt der Milch berechnet wurde und abschätzt, um wie viel der Energiebedarf laktierender Tiere über dem Erhaltungsbedarf liegt. Mit Hilfe dieses Faktors wurde der Anstieg der Kotpartikelgröße während der Laktation abgeschätzt, der je nach Körpermasse (KM) zwischen 8,5 (über 250 kg KM) und 15,5% (unter 100 kg KM) liegt. Dieser Effekt wurde außerdem bei kleinen Wiederkäuern (Ziegen) dargestellt. Durch Beprobung der Tiere in verschiedenen Laktationsstadien konnte eine maximale Variation der Futteraufnahmemenge erreicht werden; pro Einheit Futteraufnahmeniveau ergab sich für die Partikelgröße ein Anstieg von 6 Prozentpunkten, für die Verdaulichkeit ein Abfall von 4 Prozentpunkten und für die Passagezeit der Partikelphase ein Abfall von 22 Prozentpunkten. Vergleichbare Daten zu Dickdarmfermentierern liegen bisher nicht vor; in einem fast identischen Versuchsaufbau wurde ein kleiner Dickdarmfermentierer (Kaninchen) beprobt. Hier wurde bei Verdopplung der Futteraufnahmemenge kein Effekt auf die Kotpartikelgröße festgestellt, während die Retentionszeit der Partikelphase um 38% sank. Mit Proben aus Bereichen des Verdauungstrakts (Magen, Dickdarm) wurde der Anteil des Kauens an der Nahrungszerkleinerung bei Kaninchen als sehr hoch (~98%) eingeschätzt.