Dry Matter Intake and Manure Production for Dry Matter Intake and ...

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Understanding Nutrient & Sediment Loss at Breneman Farms ‐ 7

Dry Matter Intake and Manure Production for  Dry Matter Intake and Manure Production for Management Intensively Grazed Dairy Cattle  Kevan Klingberg and Dennis Frame – UW Extension/Discovery Farms Dennis Cosgrove – UW‐River Falls

Breneman Farms • On‐farm research was conducted on the Breneman farm to  investigate environmental challenges and opportunities for  g grass‐based dairies on the Wisconsin landscape, 2002‐2007. p , • While cooperating with the UW‐Discovery Farms Program,  pasture and dairy herd management information from this pasture and dairy herd management information from this  farm was compiled within a larger pool of statewide farm  information through a USDA Sustainable Agriculture Research  and Education (SARE) project. and Education (SARE) project. – The Breneman farm was one of seven farms utilized for on‐farm  research associated with a SARE project titled: “Nutrient research associated with a SARE project titled:  Nutrient  Management Planning for Dairy Farms Practicing Management  Intensive Rotational Grazing.”   

Breneman Farms

Grazing‐based dairy. 42 paddocks. 80 crossbred dairy  cows + young stock cows + young stock.   (1.6 acres / AU) Coarse textured soil Out‐winter cows and  older heifers Columbia County, WI 

Grazing‐based Dairy • Grass‐based dairies have existed in Wisconsin since we  began milking cows. • While many dairies have moved cattle into  confinement facilities, the Wisconsin dairy industry  includes an important and ever‐growing group of  l d d f producers who practice Management Intensive Grazing  (MIG). • In the past several years the interest in MIG has been  increasing as demonstrated in the 2004 Agricultural increasing, as demonstrated in the 2004 Agricultural  Statistics, which indicates that about 14 percent of the  state’s dairy operations were utilizing some version of  managed grazing managed grazing.  

Grazing‐based Dairy • Grazing systems allow producers to begin or continue  dairying with minimal investment in equipment on  farms where their daily activities center on managing  y g g grass and dairy animals. • As As with any farming system, there are many variations  with any farming system there are many variations within rotational grazing, which include choices in the  frequency of moving cattle, the types of facilities to  h house and milk cattle, and the method to produce milk ‐ d ilk ttl d th th d t d ilk either conventionally or organically. • The use of MIG farming systems can be done with dairy  cattle, beef, sheep or any other form of livestock  capable of utilizing forage‐based capable of utilizing forage based systems.   systems.

Grazing‐based Dairy • Grass‐based dairy systems simultaneously  y y y combine grazing animals, actively growing  pasture forage, paddock fences, watering  facilities travel lanes and generally some type of facilities, travel lanes, and generally some type of  low‐cost housing facilities. • These systems greatly minimize the need for  mechanical forage harvesting equipment, feed  storage and handling and intensive housing storage and handling and intensive housing  facilities, as well as manure storage, handling and  hauling.

Grazing‐based Dairy • Dairies practicing MIG report increased profitability as a result  of lower feed, energy, equipment, and labor costs, as well as  improved animal health and lower veterinary costs. • Although Wisconsin studies have shown that when managed  correctly, both grazing and non‐grazing correctly, both grazing and non grazing dairy systems can be  dairy systems can be profitable, a University of Wisconsin ‐ Center for Dairy  Profitability study shows that the nine year average (1999‐ 2007) total basic costs on grazing dairies were $650 less per  cow, compared to confinement dairies. • Similarly, Similarly, grazing dairies earned $230 more net farm income  grazing dairies earned $230 more net farm income per cow compared to confinement operations over the same  time period.

Grazing‐based Dairy • At the heart of this farming system is a focus on  h h f h f f ruminant livestock harvesting high quality forage  via grazing and spreading their own manure in via grazing and spreading their own manure in  the process.

Grazing‐based Dairy •



Pastures are (usually) – delineated by permanent  perimeter fences – further subdivided by temporary  fencing – connected by travel lanes – watering systems in common areas Cattle are systematically moved into  and out of paddocks – eating good quality fresh pasture  eating good quality fresh pasture forage – ffollowed by a rest period that  ll db t i d th t allows adequate time for the  perennial grass and legume plants  to re‐grow before the next grazing to re‐grow before the next grazing  cycle. 

Grazing‐based Dairy • UW ‐ Extension publication A3529, “Pastures  for profit: a guide to rotational grazing” covers  for profit: a guide to rotational grazing covers the basics of setting up rotational grazing  (MIG) on your farm. (MIG) on your farm.  

Feed and Manure on Grazing Dairies • Nitrogen, phosphorus and other nutrients applied in an  agricultural system continuously cycle from the soil to  i lt l t ti l l f th il t crops to feed to livestock to manure, and back to the soil. • Dairies practicing MIG uniquely fit into this cycle as cattle  are deliberately moved through a series of paddocks,  eating forage plants and naturally depositing manure to  the paddocks along the way.

Feed and Manure on Grazing Dairies • Grazing cattle spread their own manure,  bypassing the need for on‐farm bypassing the need for on farm manure storage  manure storage and mechanical manure applications. • Similarly, grazing cattle harvest their own  forages bypassing the need for mechanical forages, bypassing the need for mechanical  harvesting and on‐farm feed storage.  

Feed and Manure on Grazing Dairies • Dairy herd managers must know how much feed their  y g cattle are consuming to properly balance rations. – Dry matter intake (DMI) is a standard term used for the  moisture‐free amount of feed an animal eats. – DMI is relatively easy to determine for animals that are offered  y y a known quantity of feed at the barn or from a feed bunk.

• Withi Within confinement operations, the total pounds of feed  fi t ti th t t l d ff d offered minus pounds of feed uneaten at the end of the  day equals daily DMI.

Feed and Manure on Grazing Dairies • Determining Determining DMI for rotationally grazed dairy  DMI for rotationally grazed dairy cattle becomes more challenging because  pasture condition and forage quality vary  seasonally.  • Also, the actual amount of forage eaten is a  function of pre‐grazing pasture condition and  plant material present minus post‐grazing  plant material remaining.

Feed and Manure on Grazing Dairies

Dairy cattle eating mixed feed  d li delivered in the barn. d i th b Dairy cow grazing on grass +  legume pasture.

Feed and Manure on Grazing Dairies • The nutrient content of manure and the amount of  manure generated by individual dairy cows is a function of  g y y their size, diet, feed utilization efficiency, and milk  production. • Similar to determining DMI for confinement dairy systems,  determining manure generated within confinement dairies  is relatively easy. l l • Confined Confined livestock manure production can, for the most  livestock manure production can for the most part, be measured since almost all manure is captured in  gutters, feedlots, or manure storage facilities.

Feed and Manure on Grazing Dairies • Again, determining manure generated by a grazing  animal is more challenging because the material is  deposited naturally within paddocks as cows eat  pasture forage.

Feed and Manure on Grazing Dairies

Dairy cows on MIG  Dairy cows on MIG pasture, eating forage and  naturally depositing  manure manure.

Liquid manure from a  confinement barn; stored,  pumped, transported and  applied to cropland applied to cropland.

Feed and Manure on Grazing Dairies • It is important for dairy producers who practice MIG to be able to  determine how much pasture forage the cows are eating each  day so that a large enough paddock is offered to the cows. y g g p • It is also important to have a good handle on the forage quality so  that a ration can be balanced by supplementing the correct that a ration can be balanced by supplementing the correct  amount of additional forages, concentrates, minerals and other  dietary materials, as needed. • Also, within grazing dairies, knowledge of manure volume  generated is a critical value necessary to make sure enough  pasture land is utilized for natural manure deposition and to pasture land is utilized for natural manure deposition and to  accurately credit manure nutrients toward pasture crop nutrient  needs.

SARE Study Design • A three year on‐farm research study was  conducted to improve nutrient management  planning and implementation on dairy farms that planning and implementation on dairy farms that  practice MIG, 2003‐2005. – Pasture growth and quality were measured and farm  information was collected from 7 WI dairy farms. • Evaluated the accuracy of four methods that MIG dairy  producers use to determine DMI of cows on pasture. • Refined current estimates for daily manure production from  grazing dairy cattle.

SARE Study Design • Collect and analyze pasture forage samples for  quality before and after each grazing cycle. • Measure milk production during the time when  cows were in each sampled paddock. cows were in each sampled paddock. • Collect and analyze manure 5 times / farm to  y / define average nutrient content. • Gather information about amount and quality of  h f b d l f supplemental feed in ration.  

SARE Study Design • Determine pasture dry matter availability before and after each grazing cycle  using four different methods: – Clipping:  Clip, dry and weigh plant material from representative areas  l l h l lf within paddocks. – Plate: Plate:  Use pasture plate to partially compress fresh standing plant  Use pasture plate to partially compress fresh standing plant material from a small known area.  Measure plant height.  Multiply plant  height x farm‐specific calibration of pounds of dry matter per inch of plant  height.  See:  http://www.uwex.edu/ces/forage/wfc/COSGROVE.html – Height:  Measure plant height directly and multiply by a defined constant  for pounds of dry matter per inch of (uncompressed) plant height. – Energy:  Utilize a simple energy balance equation.  Identify daily quantities  and net energy of lactation for stored and supplemental feed eaten daily  p per cow.  Factor cow body weight, milk production and milk composition.   y g , p p Utilize energy balance equation, solving for remaining DMI necessary to  produce measured daily milk.

SARE Study Design • Estimate Estimate daily cow manure production using  daily cow manure production using feed amounts and quality, along with milk  production amounts and quality production amounts and quality. • IInformation on total feed intake levels of P  f i lf di k l l fP and N and total P and N excreted in milk was  used to estimate manure production required  d i d i i d to excrete the remaining ingested P and N.

Results: Estimating DMI • Dry matter intake was estimated each day for  lactating dairy cows being fed in a MIG forage system. • Four methods were used and compared to determine  the accuracy and variability in estimating DMI the accuracy and variability in estimating DMI. – – – –

clipping and weighing;  pasture plate;  pasture height; h i h energy balance

• Each of the methods could realistically be done on a  commercial dairy grazing farm.

Results: Estimating DMI Estimate of pasture forage dry matter intake by four different methods Estimate of pasture forage dry matter intake by four different methods ******************************************************** Method 2003 2004 2005 ……………………DMI (lbs / cow / day)……………………….. Clipping pp g

12.0    +/‐ 4.1

26.3    +/‐ 6.7

15.5    +/‐ 8.6

Plate

13.4    +/‐ 3.2

27.2    +/‐ 6.9

16.2   +/‐ 5.0

Height

33.3    +/‐ 8.8

59.0    +/‐ 10.3

40.9    +/‐ 19.4

Energy

20.9    +/‐ 3.1

20.5    +/‐ 2.4

20.0    +/‐ 2.8

******************************************************** Table from Estimating Dry Matter Intake of Grazing Dairy Cattle by Table from Estimating Dry Matter Intake of Grazing Dairy Cattle by Cosgrove and Cooper, UWEX

Results: Estimating DMI • Of the four ways used to estimate DMI, the least  reliable was measuring plant height and  multiplying by a constant for lbs dry matter / multiplying by a constant for lbs dry matter /  inch of growth. – This method generated the highest forage  production estimate each year, and the greatest level  of variation of variation. – Based on stocking rates and measured milk  production, this study determined that the height  d i hi d d i d h h h i h method overestimates forage production, thus  overestimating DMI.

Results: Estimating DMI • Two of the other methods, clipping and the  pasture plate, both generated similar DMI  estimates when compared to each other  i h d h h annually. – The annual difference in DMI prediction between  clipping and plate to be approximately one pound. – Yet, both clipping and plate DMI estimation methods  g g ( / 3 to 8 lbs  had a high enough level of variation (+/‐ per day) that accurate ration balancing was not  possible.

Results: Estimating DMI • The energy balance method had the most  consistent DMI estimates with minimal variability. • Even though the energy method requires more  information to use it also provides the most information to use, it also provides the most  accurate estimate of a grazing cow’s actual DMI. • A spread sheet was developed to estimate pasture  DMI using the energy balance method: Pasture DMI using the energy balance method:  Pasture  Forage Intake Calculator for Dairy Cows,  http://www.uwrf.edu/grazing/DMI.xls.

Results: Estimating Manure Production • The solid feces portion of manure generated by  grazing dairy cattle was estimated to be 85 grazing dairy cattle was estimated to be 85  pounds per cow per day. – Mathematically determined using the seven MIG  dairy herds and three years of feed ration nutrient  analysis, and milk production nutrient analysis. – N and P budgets were developed such that total N  and P feed intake levels and total N and P output in and P feed intake levels and total N and P output in  milk was used to estimate manure production  required to excrete the remaining N and P. 

Results: Estimating Manure Production • When urine was accounted for, the total manure  production increased to 120 pounds per day. – similar to the value currently used in Wisconsin for  1,200‐pound dairy cows for nutrient management  planning l – USDA USDA‐NRCS Nutrient Management Standard ‐ NRCS N t i t M t St d d 590  590 and WI Conservation Planning Technical Note, 2005

Outreach • •



Information generated from this project has been incorporated into UW ‐ f i df hi j h b i di Extension Grazing Schools that train producers and agriculture professionals in  Wisconsin: http://www.uwex.edu/ces/regionalwaterquality/conservationtraining/grazing.cfm p g q y g g g

A fact sheet and associated spreadsheet has been developed by Dr. Dennis  C Cosgrove and Dr. Dennis Cooper, UW‐Extension Specialists, UW‐River Fall: dD D i C UW E t i S i li t UW Ri F ll – 1)  Estimating Dry Matter Intake of Grazing Dairy Cattle:  http://www.uwex.edu/ces/crops/uwforage/GN‐EstimatingDMintake.pdf; – Pasture Forage Intake Calculator for Dairy Cows:  http://www.uwrf.edu/grazing/DMI.xls.



Wisconsin nutrient management planning software SNAP Plus has been updated  to reflect the information generated from this study.  SNAP Plus can be  downloaded at http://www.snapplus.net/. downloaded at  http://www.snapplus.net/. 

Conclusions • Nitrogen and phosphorus cycle on livestock farms  from soil to crops to feed to livestock to manure,  p , and back to the soil. • Grazing cattle spread their own manure,  l d h minimizing the need for on‐farm manure storage  and mechanical manure applications. and mechanical manure applications. • Grazing cattle also harvest most of their own  g forages, reducing the need for mechanical  harvesting and on‐farm feed storage and handling.

Conclusions • This This project found that an energy balance method  project found that an energy balance method was the most accurate and reliable way for dairy  producers who practice MIG to determine how  much pasture forage the cows are eating each day much pasture forage the cows are eating each day  (DMI). • This project also confirmed that the estimated  amount of daily manure produced by a 1,200‐ pound lactating dairy cow (120 pounds per day) d l t ti d i (120 d d ) is  i in line with current nutrient management planning  g guides.

Conclusions • For For more information about SARE Project  more information about SARE Project LNC03‐237 contact: – Dr. Dennis Cosgrove, UW – D D i C UW River Falls, Department  Ri F ll D t t of Plant and Earth Science, 410 S 3rd St, River Falls,  WI 54022 715‐425‐3745 WI  54022.  715 425 3745.   [email protected]. – Project details can also be found at www.sare.org by searching for project number LNC03‐237. y g p j

Information Available • This presentation is the seventh in a series of  seven developed to provide the data and seven developed to provide the data and  information collected at Breneman Farms. • All of the presentations, factsheets and briefs  are available on the UW ‐ Discovery Farms  are available on the UW  Discovery Farms website. • http://www.uwdiscoveryfarms.org

Information Available • There are seven factsheets available for  Breneman Farms. • There are eight briefs available for Breneman  Farms (2 page summaries of the factsheets) Farms (2 page summaries of the factsheets). • There are seven presentations available for  Th t ti il bl f Breneman Farms. 

For Additional Information http //www uwdiscoveryfarms org http://www.uwdiscoveryfarms.org UW Discovery Farms UW Discovery Farms 40195 Winsand Drive PO Box 429 PO Box 429 Pigeon Falls, WI 54760 1 715 983 5668 1‐715‐983‐5668

jgoplin@wisc edu or [email protected] [email protected] or drframe@wisc edu