Silierung von Körnermaisstroh im Labor und der Praxis

Häckseln von Maisstroh auf dem Feld
Am Institut für Tierernährung und Futterwirtschaft in Grub hat die LfL im Rahmen des Verbundprojekts "Biogas aus Körnermaisstroh" die Silierbarkeit von Maisstroh unter standardisierten Laborbedingungen untersucht. Die Ergebnisse sollen Erkenntnisse über die Konservierungseigenschaften und aerobe Stabilität des Substrats aufzeigen, um daraus weitere Empfehlungen für die Praxis ableiten zu können.
Im Rahmen eines Monitorings wurden zusätzlich mehrere Praxissilagen auf ihre Silagequalität und Verdichtung untersucht.

Silierversuche im Labor

Material und Methoden

Ausgangsmaterial

Als Ausgangsmaterial wurde das Maisstroh der Versuchsstation Grub verwendet. Das Material stammte aus dem Jahr 2017 und besaß im Mittel einen Trockenmassegehalt von 45,2 %. Die Einschätzung der Silierbarkeit ist in Tabelle 1 dargestellt. Der Vergärbarkeitskoeffizient von 55 (Zielwert ≥45) zeigte, dass eine weitestgehend stabile Gärung zu erwarten war. Der Gehalt an Milchsäurebakterien ist als niedrig zu bewerten.
Kenngrößen zur Einschätzung der Silierbarkeit
TM-Gehalt (%)
Zucker
(WLK1) ; g/kg TM)
Pufferkapazität 2)
(g/kg TM)
Vergärbarkeits-
koeffizient 3)
NO3
(mg/kg TM)
Milchsäurebakterien
(log KBE/g)
45,2 56,5 48 55 773 5,7
1) Wasserlösliche Kohlenhydrate
2) Pufferkapazität (PK) in g Milchsäure/kg Trockenmasse bis zum Erreichen von pH4
3)Vergärbarkeitskoeffizient (VK): TM (in %) + 8 * WLK/PK

Varianten

Der angelegte Silierversuch umfasste fünf Varianten und wurde nach den Vorgaben der aktuellen DLG-Richtlinien (2017) zur Prüfung von Siliermitteln durchgeführt.
  • Variante 1 war eine reine Maisstroh Mono-Silage und stellte die unbehandelte Kontrolle dar.
  • Als Variante 2 wurde eine Co-Silierung mit Zuckerrüben angesetzt. Hierzu wurden im Laborsilo zum Maisstroh gestückelte Zuckerrüben als Deckschicht hinzugegeben.
  • Um die Auswirkungen der Pilzzugabe auf die Silierung feststellen zu können, wurde bei Variante 3 das Maisstroh mit anaeroben aktiven Pansenpilzen besprüht.
  • Bei Variante 4 wurde das Maisstroh mit inaktivierten anaeroben Pansenpilzen besprüht.
  • In Variante 5 wurde das Maisstroh mit einem biologischen Siliermittel (heterofermentative Milchsäurebakterien, DLG-Gütezeichen in Wirkungsrichtung (WR) 2 (aerobe Stabilität) und WR 6 (Erhöhung Biogaswert)) nach Herstellerangaben beaufschlagt.

Versuchsablauf

2 Gläser mit einsiliertem MaisstrohZoombild vorhanden

Maisstroh einsiliert in Laborsilos nach drei Tagen

Als Versuchssilos dienten Einmachgläser der Volumina 1,0 l und 1,75 l. Für jede Variante wurden jeweils neun Laborsilos als Wiederholung angelegt. Bei den Silagen wurde zum einen die pH-Wert Absenkung nach 3 Tagen, die aerobe Stabilität nach 49 Tagen und die Gärqualität nach 90 Tagen untersucht. Die Laborsilos zur Überprüfung der aeroben Stabilität besitzen zwei verschließbare Bohrungen, die nach 28 und 42 Tagen Silierdauer für 24 Stunden geöffnet wurden.
Glas mit einsiliertem Maisstroh und Deckschicht ZuckerrübeZoombild vorhanden

Maisstroh mit einer Deckschicht Zuckerrübe kurz vor dem Verschließen des Glases

Am 49. Tag wurden diese Gläser geöffnet und in einen Becher mit Temperaturfühler umgefüllt. Als aerob instabil gelten Silagen, welche innerhalb von drei Tagen nach der Auslagerung einen Temperaturanstieg um mehr als 3 °C gegenüber der Umgebungstemperatur (20 C +/- 1 °C) verzeichnen. Alle Versuchssilos wurden über den gesamten Versuchszeitraum lichtgeschützt in Konstant-Temperaturräumen bei 25°C (+/-1 °C) gelagert. Die Gläser zur Bestimmung der Gärparamter wurden nach 90 Tagen ausgelagert und nasschemisch mittels Weender-Analyse untersucht.
Ergebnisse

Gärqualität

Das Gärsäurenmuster der fünf Varianten ist in der nachstehenden Tabelle 3 ersichtlich. Bei den pH-Werten nach drei Tagen ist festzustellen, dass der Silierprozess schnell in Gang gekommen ist. Die Ergebnisse nach 90 Tagen zeigten, dass bei allen Varianten eine Milchsäuregärung und pH-Wert Absenkung unter anaeroben Bedingungen stattfand. Die Varianten 1 bis 4 unterschieden sich in ihrem Milch- und Essigsäuregehalt nur minimal. Bei Variante 5 wurden die geringsten Milchsäure- (46 g/kg TM) und höchsten Essigsäuregehalte (22 g/kg TM) festgestellt. Dies ist dadurch zu erklären, dass die im Siliermittel enthaltenen heterofermentativen Milchsäurebakterien vermehrt Essigsäure und weniger Milchsäure bilden. Ebenso konnte nur bei dieser Variante Propionsäure in Höhe von 2,0 g/kg TM nachgewiesen werden.
Mittlere pH-Wert-Absenkung nach 3 bzw. 90 Tagen, mittlere aerobe Stabilität nach 49 Tagen und Mittelwerte für die analysierten Gärsäuren der verschiedenen Maisstrohsilagen nach 90 Tagen ( in Klammern: Standardabweichung)
VarianteTM
g/kg
pH- Wert
Tag 3
pH- Wert
Tag 90
Milchsäure
g/kg TM
Essigsäure
g/kg TM
Propionsäure
g/kg TM
Buttersäure
g/kg TM
Ethanol
g/kg TM
TMV
%
ASTA
Tage
1-Kontrolle437,0 (0,7)4,3 (0,1)4,1 (0,0)55,0 (3,0) 13,0 (0,6)0,0 (0,0)0,0 (0,0)4,4 (0,6)3,4 (1,0) 11,8 (3,4)
2-Co-Silierung ZR423,0 (0,2)4,3 (0,1)4,1 (0,0)57,0 (0,6)13,0 (0,2)0,0 (0,0)0,0 (0,0)19,2 (2,1)6,8 (0,2) 11,7 (3,1)
3-Anaerobe.Pilze aktiv442,0 (0,7) 4,4 (0,0)4,1 (0,0)56,0 (1,8)14,0 (0,6)0,0 (0,0)0,0 (0,0)3,7 (0,6)4,0 (0,1) 9,2 (4,3)
4-Anaerobe. Pilze inaktiv436,0 (0,3) 4,4 (0,0)4,1 (0,0)55,0 (4,5)14,0 (0,9)0,0 (0,0)0,0 (0,0)3,8 (0,3)4,2 (0,3) 11,7 (3,9)
5-Siliermittel WR 2 und 6449,0 (0,3) 4,4 (0,0)4,2 (0,0)46,0 (3,9)22,0 (1,5)2,0 (0,2)0,0 (0,0)6,1 (0,8)4,4 (0,2) 14,2 (0,0)
TM= Trockenmasse, TMV= Trockenmasseverluste, ASTA= Aerobe Stabilität, WR= Wirkungsrichtung
Anhand der gebildeten Milch- und Essigsäuregehalte ist zu erkennen, dass für die Milchsäurebakterien im Substrat Maisstroh genügend „Futter“ in Form von löslichen Kohlenhydraten (Zucker) zur Verfügung stand. Buttersäure, der Indikator für einen nicht optimalen Silierverlauf, konnte bei keiner Variante festgestellt werden. Gemäß dem DLG-Schlüssel zur Beurteilung von Gärqualitäten konnte für alle fünf Varianten die Beurteilung „sehr gut“ erfolgen. Anhand des Gärsäuremusters der Variante 3 und 4 sind keine negativen Effekte durch die Zugabe des Nährmediums mit anaeroben Pilzen auf den Silierprozess festzustellen.

Alkoholbildung

Die Alkoholgehalte zeigen, dass bei allen Varianten alkoholische Gärung stattgefunden hat. Für die Alkoholbildung in der Silage sind hauptsächlich Hefen verantwortlich. Bei der mikrobiologischen Untersuchung des Ausgangsmaterials konnte ein hoher Hefebesatz festgestellt werden. Es ist sehr wahrscheinlich, dass dieses für das Material Maisstroh typisch sind. Besonders hoch waren die gebildeten Alkoholgehalte bei der Co-Silierung, da hier den Hefen durch den austretenden Zuckerrübensaft zusätzliches Substrat als „Nahrung“ zur Verfügung stand. Die Folgen der vermehrten Alkoholbildung sind zusätzliche hohe gasförmige Verluste (TMV= Trockenmasseverluste). Diese sind, bedingt durch den hohen Alkoholanteil, bei der Co-Silierungsvariante am größten. Aus Sicht der Silierung ist eine Co-Silierung mit Zuckerrübe nicht zu empfehlen, da gegenüber der Kontrolle keine positiven Effekte festzustellen waren.

Aerobe Stabilität

Bei der Betrachtung der aeroben Stabilität ist deutlich zu erkennen, dass alle Proben, auch die Kontrolle, mehr als acht Tage stabil waren (Tab. 3). Die kürzeste Stabilität lag bei Variante 3 vor (9,2 Tage) Die längste Lagerstabilität konnte bei Variante 5 (14,2 Tage) festgestellt werden. Durch die hohe aerobe Stabilität der Kontrolle, kann derzeit keine direkte Aussage über die Verbesserung der Stabilität durch Siliermittelzugabe getroffen werden. Die Auswirkungen des Siliermittels (WR6) zur Erhöhung der Biogasausbeute werden entsprechend im „Batch-Verfahren“ am Institut für Landtechnik (ILT) untersucht.

Zusammenfassung

An der LfL Bayern in Grub wurden Untersuchungen zu Silierbarkeit und aeroben Stabilität bei Maisstroh durchgeführt. Im Jahr 2017 wurde ein Versuch mit fünf Varianten (Kontrolle, Co-Silierung Zuckerrübe, Zugabe anaerober Pilze aktiv/ inaktiv, biolog. SM) nach den Vorgaben der aktuellen Prüfrichtlinie (2017) der DLG zur Siliermittelprüfung angelegt. Dabei konnte folgendes festgestellt werden:
  • Bei allen Varianten wurden pH-Absenkungen und gute Gärqualitäten nach 90 Tagen anaerober Lagerung erzielt.
  • Maisstroh verfügt daher über ausreichend Substrat zur Milchsäuregärung.
  • Die Silagen zeichneten sich besonders positiv durch die hohe aerobe Stabilität (> 8 Tage) aus.
  • Trockenmasseverluste, die durch die alkoholische Gärung entstehen, sind nicht zu vernachlässigen, besonders bei der Co-Silierung mit Zuckerrüben.
  • Aktuelle Ergebnisse bestätigen die Erkenntnisse aus den vorangegangenen Versuchen aus den Erntejahren 2012-2015 (Ostertag und Fleschhut, 2016).

Ausblick

Ein weiterer Silierversuch mit Körnermaisstroh unter standardisierten Laborbedingungen wurde 2018 durchgeführt. Ergebnisse hierzu werden Mitte 2019 erwartet.

Silocontrolling in der Praxis

Material und Methoden
Auf fünf Betrieben wurden Ernteverfahren, Erntetermin und Silagevarianten erfasst. Das Maisstroh wurde hauptsächlich mit einem Lader mit Greifschaufel oder einer Frontladerschaufel am Schlepper aus dem Silo entnommen. Alle Betriebe verwerteten das Substrat in der hofeigenen Biogasanlage. Bei allen Maisstrohsilagen wurde die Silagequalität (pH-Wert-Absenkung, Gärsäuremuster) und Verdichtung ermittelt.

Silierverfahren

Überblick über Ernte- und Silierverfahren auf 5 Praxisbetrieben
 Betrieb 1Betrieb 1Betrieb 2Betrieb 3Betrieb 4Betrieb 5
StandortNiederbayernNiederbayernMittelfranken Oberbayern Mittelfranken Oberbayern
Erntetermin 2017 01.10. - 02.11.04.11.26.10.17.10.21.10.15.10.
VarianteMonosilierung mit Grasdeckschicht Co-Silage mit Futter- und Zuckerrüben Co-Silage mit Zuckerrüben Monosilierung Monosilierung mit GrasdeckschichtMonosilierung
SiloartSiloplatte Siloplatte Traunsteiner Traunsteiner Flachsilo Behelfssilo
AbdeckungNein JaJaJaJaJa
EntnahmebeginnNovember FebruarDezemberJanuarMärzMärz

Controlling am Silo

Mit dem Controlling am Silo (CAS) wurden die Silagen auf Siliererfolg, Verdichtung und Fehlgärungen untersucht. Die Messungen erfolgten am geöffneten Silo. Das CAS wurde am frischen vollen Anschnitt, nicht am Keilstück, durchgeführt, um eine repräsentative Beurteilung des Silos zu erhalten.
In einem Silierprotokoll wurden die Temperaturmessungen an der Anschnittsfläche und die Dichtebestimmung am Siloanschnitt dokumentiert.

Controlling am Silo

Temperaturmessung

Grafik zu den Messpunkten zur Bestimmung der Temperatur des SilosZoombild vorhanden

Messpunkte zur Bestimmung der Temperatur des Silos

Die Messung der Temperatur erfolgte an sechs Messpunkten in zwei Messtiefen (40 cm und 100 cm). Folgende Werte deuten auf ein Nacherwärmungsgeschehen hin: Temperaturerhöhungen um mehr als 5° C gegenüber der Kerntemperatur (ausgekühltes Silo im Kern: 20° C) und Temperaturdifferenzen von über 3 °C zwischen den Messwerten in 40 und 100 cm Messtiefe bzw. zwischen den einzelnen Messpunkten.

Dichtemessung

Grafik zu Dichtemesspunkten am SiloanschnittZoombild vorhanden

Dichtemesspunkte am Siloanschnitt

Die Dichte wurde an mehreren Messpunkten am Siloanschnitt erfasst. Die Messbereiche untergliederten sich in die Punkte Oben, Mitte, Unten und Seite, wie in der Abbildung dargestellt. Der Zylinder wurde waagrecht in den Anschnitt des Silos gebohrt. Aus dem Innendurchmesser, der Bohrtiefe, dem Gewicht des Zylinderinhalts und dem TM-Gehalt des Materials wurde anschließend die Dichte bestimmt.

Futtermittelanalytik

Die gewonnenen Proben aus der Dichtebestimmung wurden anschließend auf die Trockenmasse, die Rohnährstoffe und die Gärparameter untersucht. Die Untersuchung der Rohnährstoffe erfolgte durch nasschemische Analyse (Weender-Rohnährstoffe). Die Analyse der Gärqualität umfasste die Parameter pH-Wert, NH3-Stickstoff, den Gehalt an Milch-, Essig-, Propion-, und Buttersäure sowie Alkoholen.

All-in/All-out Methode

Am Versuchsstandort Grub wurde ein Silo mithilfe der All-in/All-out Methode bilanziert, um Erkenntnisse über die Trockenmasseverluste bei der Silierung von Körnermaisstroh in der Praxis zu gewinnen. Dabei wurden die einsilierten und verfütterten Mengen über die hofeigene Fuhrwerkswaage erfasst. Bei der Einsilierung des Materials wurde der TM-Gehalt des Substrats ermittelt, ebenso bei der Entnahme. Anhand der Differenz zwischen einsilierter und ausgelagerter Menge konnten die Silierverluste abgeleitet werden.

Effiziente Futterwirtschaft und Nährstoffflüsse in Futterbaubetrieben

Ergebnisse

Temperaturmessung

Im Mittel lagen die Kerntemperaturen (1 m Tiefe) um den Zielwert von 20 °C. Nach außen hin zu den Silowänden sowie nach oben hin wurde bei allen Silagen eine erhöhte Temperatur erfasst. Bei Betrieb 4 konnte im Winter bei -8,0 °C, in der Mitte des Silostocks ein Maximalwert von 60 °C erfasst werden. Durch eine Silofolienbeschädigung konnte an dieser Stelle Sauerstoff in den Silostock eintreten, wodurch die Nacherwärmung begünstigt wurde. Ebenso konnte bei den Behelfssilos und den Silos auf der Siloplatte an den äußeren Messstellen hohe Temperaturen um rund 35 °C gemessen werden. Die Silagen auf den Praxisbetrieb ohne Abdeckung wiesen im Durchschnitt um 10 °C höhere Temperaturen auf.
Dies zeigt, dass wie erwartet eine Folienbeschädigung, fehlende Silowände oder eine fehlende Abdeckung negative Auswirkungen auf die aerobe Stabilität der Silage hat. Folglich lässt sich daraus ableiten, dass eine Abdeckung der Silage nach guter fachlicher Praxis unerlässlich ist.

Dichtemessung

Bei den Dichtebohrungen am Silo konnten mit einem Mittelwert von 125 kg TM/m3 (+/ 47 kg TM/m3) konnten nur mäßige Lagerungsdichten festgestellt werden. Jedoch variieren diese Werte stark.
Lagerungsdichten auf den Praxisbetrieben von 2017 (Dichte in kg TM/m3)
Silobereich Betrieb 1Betrieb 1Betrieb 2Betrieb 3Betrieb 4Betrieb 5
Oben 117 143 104 108 101 -
Mitte unten
171176 61 163 127-
Mitte-Mitte104---85-
Mitte Kern/oben173 257 164 92 8656
Unten140 836916514837
Seite178 150901437564
Bohrer zur Bestimmung der Verdichtung und TemperaturmessgerätZoombild vorhanden

Bohrer zur Bestimmung der Verdichtung und Temperaturmessgerät

Aus der Tabelle geht hervor, dass die Lagerungsdichten in der Mitte Kern und in der Mitte unten am höchsten waren. Im Mittel konnten über die Betriebe im Bereich Mitte Kern 138 kg TM/m3 und im Bereich Mitte unten 146 kg TM/m3 erreicht werden. Die Streuung ist allerdings auch hier sehr hoch. Deutlich zu erkennen ist, dass die Lagerungsdichte bei Betrieb 1 vergleichsweise hoch war. Die Verdichtung erfolgte hier mit einer Pistenraupe (Walzgewicht 8 t). Das Maisstroh ließ sich beim Einbringen in das Silo jedoch schwer schieben und verteilen. Mit einem Radlader (Walzgewicht 19 t) wurde das Substrat auf Betrieb 3 verteilt und verdichtet. Auch hier ist die Raumdichte an allen Entnahmestellen durchgängig höher als bei den Betrieben 2, 3 und 5.
Verschiedene Bohr- und Temperaturmesspunkte am SiloanschnittZoombild vorhanden

Verschiedene Bohr- und Temperaturmesspunkte am Siloanschnitt

Die Silage auf Betrieb 5 welche mit Zuckerrübenschnitzeln co-siliert wurde (Deckschicht mit einer Höhe von 30 cm), wies über alle Messpunkte eine hohe Dichte auf. Durch die Beschwerung des Maisstrohs mit Zuckerrüben wurde das Material daher nachträglich nochmal zusammengedrückt. Der Silostock hat sich bei einer Anfangshöhe von 1,5 m somit noch ca. 30 cm gesetzt. Die geringe Dichte bei Betrieb 5 lässt sich durch vergleichsweise langfaseriges Material und geringe Walzkraft begründen. Aus den ersten Ergebnissen der beprobten Fahrsilos kann daher abgeleitet werden, dass deutlich mehr Siloraum vorgehalten werden muss als bei anderen Substraten. Vergleichbare Zielwerte wie bei Maissilage von 245 kg TM/m3 (TM-Gehalt: 32 %) können nach den bisherigen Erkenntnissen bei Körnermaisstroh auch im Fahrsilo nicht erreicht werden. Somit ist im Vergleich zu Silomais in etwa der doppelte Siloraum für Körnermaisstroh erforderlich.

Futtermittelanalytik

Die beprobten Silagen aus der Praxis konnten mit guten bzw. sehr guten Silagequalitäten überzeugen (85 100 DLG-Punkte). Insgesamt lag der pH-Wert bei den Silagen im Mittel bei pH 4,5. Lediglich die Monosilage von Betrieb 33 war als verbesserungsbedürftig einzustufen (55 DLG-Punkte). Dies kann allerdings auf die fehlende Abdeckung zurückgeführt werden, da ohne Sauerstoffabschluss keine Silierung stattfinden kann.

Silierverluste in der Praxis

In ein Fahrsilo des Versuchsbetriebs Grub wurde am 17. Oktober 2017 die Menge von 449 dt Frischmasse (FM) Maisstroh mit einem mittlerem TM-Gehalt von 54 % einsiliert. Daraus ergab sich eine einsilierte Trockenmasse (TM) von 243 dt. Mit der Entnahme der Maisstrohsilage wurde am 22.01.2018 begonnen, diese endete am 12.03.2018 Über die tägliche TM-Bestimmung und anschließende TM-Korrektur der Silagen auf flüchtige Stoffe (nach Weißbach et al., 1995) wurde die entnommene TM-Menge des Silos bestimmt. Es wurden 445 dt FM bzw. 227 dt TM Maisstroh entnommen. Somit konnte mit Hilfe der All-in/-All-out-Methode ein Trockenmasseverlust von 5,5 % ermittelt werden.
  • Kerntemperaturen lagen um den Zielwert von 20 °C (in 1 m Tiefe)
  • Im Durchschnitt 10 °C höhere Temperaturen bei Silagen ohne Abdeckung oder mit Silofolienbeschädigung, eine Abdeckung der Silage ist daher zwingend erforderlich
  • Mäßige Lagerungsdichten von durchschnittlich 121 kg TM/m3 (± 49 kg TM/m3)
  • Nach ersten Erkenntnissen positive Auswirkung auf die Verdichtung durch höhere Radlasten und Pistenraupen
  • Gute bis sehr gute Silagequalitäten (Ø 85 – 100 DLG-Punkte)
  • Milch- und Essigsäure waren im erwarteten Umfang vorhanden (tendenziell mehr Essigsäurebildung), pH-Wert Ø bei 4,5
  • Gute aerobe Stabilität der Praxissilagen, 2 m Vorschub pro Woche unter Stressbedingungen im Sommer werden empfohlen

Ausblick

Während der verbleibenden Projektlaufzeit bis 2020 wird das Monitoring von Praxissilos mit Maisstrohsilagen weiterfortgeführt.

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