Fourrages pour vaches en période de transition

Fourrages pour vaches
en période de transition
Gaëtan Tremblay
Gilles Bélanger
Sophie Pelletier
Edith Charbonneau
Masahito Oba
Doris Pellerin
et Guy Allard
No. Cat. A52-107/2008F-PDF
ISBN 978-0-662-04247-1
AAC No. 10657F
Agriculture et Agroalimentaire Canada
© Sa Majesté la Reine du Chef du Canada, 2008
Also available in English entitled:
" Forage for Cows in the Transition Period ".
SCPS (G. Lessard)
Fourrages pour vaches
en période de transition
Gaëtan Tremblay1, Ph. D.
Valeur nutritive des aliments pour ruminants
Gilles Bélanger1, D. Sc.
Écophysiologie et agronomie
Sophie Pelletier1, Ph. D.
Plantes fourragères
Stagiaire postdoctorale
Edith Charbonneau2, M. Sc.
Production laitière
Étudiante au doctorat et professeure suppléante
Masahito Oba4, Ph. D.
Nutrition des bovins laitiers
Professeur adjoint
Doris Pellerin2, Ph.D.
Production laitière et bovine
Directeur du département des sciences animales
Guy Allard3, Ph.D.
Physiologie des plantes fourragères
Vice-doyen aux études
1-
Centre de recherche et de développement sur les sols et les grandes cultures
Agriculture et Agroalimentaire Canada
2560, boul. Hochelaga
Québec (Québec) CANADA G1V 2J3
23-
Département des sciences animales
Département de phytologie
Faculté des sciences de l’agriculture et de l’alimentation
Université Laval
Québec (Québec) CANADA G1K 7P4
4-
Faculty of Agricultural, Life & Environmental Sciences
Department of Agricultural, Food & Nutritional Science
University of Alberta
Edmonton (Alberta) CANADA T6G 2P5
Collaboration et financement
Les travaux rapportés ici ont aussi été réalisés en collaboration avec Hélène Brassard,
Yvan Chouinard, Raynald Drapeau, Daniel Lefebvre, Alain Fournier, Réal Michaud
et Philippe Seguin.
Ces recherches ont été financées en partie dans le cadre de l’action concertée du Fonds
québécois sur la nature et les technologies (FQRNT), de Novalait inc., du ministère de
l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec (MAPAQ) en collaboration avec
Agriculture et Agroalimentaire Canada.
Table des matières
La fièvre de lait, c’est quoi? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Une solution : fourrage à faible DACA! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Quel champ choisir? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
Quelle espèce choisir? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
Quel cultivar? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
Quelle fertilisation? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
Quelle coupe? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
Quel stade? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
Qu’en pensent les vaches? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Produire un fourrage à faible DACA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Recherches canadiennes récentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Conserver les vieux champs de foin pour
donner aux vaches taries, c’était bon mais…
il faut faire plus si on veut enrayer les problèmes de fièvre de lait. On parle maintenant d’ajouter des sels anioniques dans la
ration des vaches en période de transition,
soit trois semaines avant le vêlage. Et si on
produisait plutôt du foin adapté aux besoins
des vaches en période de transition?
La fièvre de lait, c’est quoi?
Rappelons d’abord ce qu’est la fièvre de lait.
Aussi appelée fièvre vitulaire, ce désordre
métabolique est caractérisé par une paralysie qui se produit surtout chez la vache multipare haute productrice quelques heures
après le vêlage, soit lorsque la demande en
calcium (Ca) quadruple dû à la lactation qui
s’amorce. Cette demande en Ca est si élevée et si soudaine que la vache mal préparée
ne peut y répondre. Le niveau de Ca dans le
sang devient trop bas et lorsqu’il y a hypocalcémie clinique, il faut injecter des doses
importantes de Ca pour rétablir la vache.
Lorsqu’on doit intervenir de cette façon, les
dommages sont malheureusement faits : la
prise alimentaire et la production laitière sont
diminuées, et le développement de problèmes métaboliques secondaires est favorisé.
Au Québec, la perte économique associée à la fièvre de lait est estimée à environ
9 000 000 $/an. Pour éviter ces problèmes,
il faut préparer la vache avant le vêlage.
Une solution :
fourrage à faible DACA!
Préparer la vache au vêlage, c’est lui permettre de pouvoir mobiliser le Ca de ses os,
et de favoriser l’absorption du Ca au niveau
de l’intestin de même que sa réabsorption
au niveau des reins en début de lactation
lorsque la demande en Ca est très importante. Cette préparation peut se faire en
diminuant la teneur en cations, surtout le
potassium (K+) et le sodium (Na+), et/ou en
augmentant la teneur en anions, surtout le
chlore (Cl-) et le soufre (S-2), de la ration des
vaches en période de transition. On calcule
alors la différence alimentaire cations anions
(DACA) comme ceci : DACA = (Na+ + K+) (Cl- + S-2).
On recherche une ration avec une DACA
légèrement négative (-20 à 0 milliéquivalent
par kg de matière sèche, mÉq/kg MS).
La faible DACA de la ration provoque une
légère acidose métabolique compensatoire
chez l’animal, ce qui augmente la sensibilité
des tissus à l’hormone qui contrôle le niveau
de Ca sanguin. Pour réduire la DACA d’une
ration, on peut y ajouter des sels anioniques.
Ces derniers réduisent par contre la sapidité
de la ration et si la DACA de la ration de
base est supérieure à 250 mÉq/kg MS, il est
difficile d’ajouter assez de sels anioniques
pour abaisser la DACA au niveau recommandé sans diminuer la prise alimentaire
de l’animal. Les fourrages, qui représentent le principal aliment servi aux vaches en
période de transition, devraient donc avoir
une DACA inférieure à 250 mÉq/kg MS mais
préférablement aussi prêt que possible de
zéro, afin de réduire au minimum la quantité
de sels anioniques à ajouter. Les résultats
des analyses en chimie humide plutôt que
la prédiction par spectroscopie infrarouge
des concentrations minérales devraient être
utilisés pour calculer la DACA des fourrages. Des fourrages à faible DACA peuvent
remplacer les sels anioniques dans la ration
et améliorer le métabolisme du Ca chez les
vaches en période de transition, et ce, sans
affecter la prise alimentaire. Voici en quelques points la façon de produire des fourrages adaptés aux besoins spécifiques de la
vache en période de transition.
Quel champ choisir?
Tel que rapporté dans l’équation précédente,
la DACA comporte quatre éléments. Les deux
éléments qui ont toutefois le plus d’influence
sont le K+, un cation qui fait augmenter la
DACA, et le Cl-, un anion qui la fait diminuer.
La teneur en K+ des plantes fourragères étant
6 à 8 fois plus élevée que la teneur en Cl-,
les variations de la teneur en K+ auront un
impact important sur la DACA. La première
étape pour réduire la DACA des fourrages
est donc de les produire sur des sols faibles
en K, soit ayant entre 50 et 150 kg K/ha.
En effet, comme la DACA d’un fourrage est
liée de près à sa teneur en K, qui est en
partie reliée à la teneur en K disponible du
sol, les fourrages produits sur des sols à faible teneur en K ont généralement une faible DACA. Les résultats de nos expériences
confirment que la fléole produite sur des
sols faibles en K possède une faible DACA.
Quelle espèce choisir?
La DACA varie entre les espèces. En 2002
et 2003, plusieurs espèces de graminées
cultivées au Québec ont été étudiées à
trois sites (Montréal, Québec et Lac-SaintJean). Parmi les graminées étudiées, la fléole
des prés (le mil) avait la plus faible DACA
(figure 1). En effet, la DACA d’un foin de
fléole est pratiquement la moitié de celle
d’un foin de dactyle (384 et 332 mÉq/
kg MS pour la fléole de 1ère et 2e coupe,
AAC-Gaëtan Tremblay
2
Figure 1. Différence alimentaire cations anions (DACA) de cinq graminées fourragères
récoltées en première et deuxième coupe à trois sites québécois pendant deux ans.
comparé à 656 et 633 mÉq/kg MS pour du
dactyle de 1ère et 2e coupe, respectivement).
Pour du fourrage adapté aux besoins de la
vache en période de transition, la fléole est
à donc privilégier!
La fléole a des teneurs en K+ (2,4 et
2,3 % MS en 1ère et 2e coupe) beaucoup
plus faibles que le dactyle (3,8 et 3,6 % MS
en 1ère et 2e coupe), c’est ce qui explique en
bonne partie la différence importante entre
la DACA de ces deux espèces. Les autres
espèces fourragères cultivées au Québec
(brome des prés, brome inerme et fétuque
élevée) ont des concentrations en K+ et des
DACA intermédiaires entre celles de la fléole
et du dactyle.
3
Dans une autre étude où
nous comparions les espèces, la DACA au stade floraison variait entre 70 et 320
chez les graminées, entre
210 et 720 chez les légumineuses, et entre 720 et 990
mÉq/kg MS chez certaines
mauvaises herbes dicotylédones. La valeur moyenne
de DACA pour les cinq légumineuses étudiées était de
500 mÉq/kg MS, soit 2,5 fois
plus que la valeur moyenne
de 200 mÉq/kg MS des neuf
graminées étudiées.
On comprend mieux maintenant pourquoi
les vieux champs sont bons pour produire
du foin pour vaches en période de transition.
Au Québec, les vieux champs sont souvent
remplis de fléole, soit parce que la légumineuse a disparu, ou parce que la fléole a
pris la place même si elle avait été semée en
mélange avec plusieurs autres espèces. La
fléole est très rustique et en autant qu’elle
reçoive un peu d’azote (fumier ou engrais) à
chaque année, elle survit bien.
Quel cultivar?
Lors de l’évaluation des diverses espèces,
nous avions trois cultivars de dactyle, deux
cultivars de bromes des prés, de fétuque et
AAC-Gaëtan Tremblay
de brome inerme, ainsi que quatre cultivars
de fléole (deux cultivars hâtifs, un intermédiaire et un tardif). Aucune différence significative n’a été observée entre les cultivars.
Le choix du cultivar n’a donc pas d’importance pour la DACA.
Quelle fertilisation?
La fléole de deuxième coupe a une DACA
d’environ 350 mÉq/kg MS, ce qui est encore
bien au-dessus de la valeur cible. Il faut donc
faire plus. Nos résultats de recherche confirment qu’une fertilisation en Cl entraîne une
augmentation de la teneur en Cl de la fléole et
ainsi une diminution de la DACA pouvant aller
jusqu’à 266 mÉq/kg MS. Nous avons fertilisé
les mêmes parcelles pendant deux années
consécutives à des taux annuels d’applica-
tion qui variaient entre 0 et 240 kg Cl/ha, soit
60% au printemps et 40% après la première
coupe, et nous n’avons pas observé d’effet
négatif important de cette fertilisation sur les
rendements et la valeur nutritive de la fléole.
La dose économiquement optimale de Cl
à appliquer au printemps varie entre 78 et
123 kg Cl/ha en fonction du contenu en K
et en Cl du sol sur lequel la fléole est cultivée, de même que du rendement escompté.
Des applications de 100 kg Cl/ha (160 kg
CaCl2/ha) au printemps et/ou de 65 kg Cl/ha
(100 kg CaCl2/ha) après la première coupe
sont recommandées pour produire de la
fléole à faible DACA. De plus, que ce soit
sous forme de CaCl2 ou de NH4Cl, l’application de Cl a le même effet sur la DACA de
la fléole.
Le coût supplémentaire pour produire un
foin à faible DACA est donc surtout fonction du prix du fertilisant chloré. En 2005, en
simulant un prix de 750$/tonne de CaCl2,
nous avons estimé qu’un producteur devait
débourser environ 27$ de plus par tonne de
MS pour produire un fourrage à faible DACA
plutôt que du fourrage conventionnel. Pour
un troupeau de 50 vaches en production,
le producteur devra réserver environ 2,5 ha
d’un champ dont le sol est pauvre en K pour
produire les quelques 13 tonnes de MS de
fourrage à faible DACA nécessaires pour
nourrir ses vaches en période de transition.
4
Si le producteur décide d’acheter un foin à
faible DACA, le prix supplémentaire à payer
dépend du prix des sels anioniques qu’on
cherche à remplacer; si le prix du BioChlor®
est de 0,75$/kg, par exemple, il serait raisonnable de payer jusqu’à 59$ de plus par
tonne de MS pour du fourrage à faible DACA
par rapport à du fourrage conventionnel.
La fertilisation azotée a peu d’effet sur la
DACA de la fléole lorsqu’elle est cultivée
sur un sol pauvre en K et qu’elle est récoltée au stade épiaison. Elle peut par contre
causer une augmentation de la DACA lorsque la fléole est cultivée sur un sol riche en
K et récoltée plus jeune. Cultiver la fléole
sur un sol moyen à pauvre en K, avec une
fertilisation en N adéquate pour assurer un
bon rendement, et la récolter entre le stade
début et fin épiaison représente une option
intéressante pour produire un fourrage ayant
une DACA < 250 mÉq/kg MS.
Quelle coupe?
Comparativement à l’effet de l’espèce, l’effet
de la coupe sur la valeur de DACA du fourrage est beaucoup moins important. Chez
la fléole, par exemple, la valeur moyenne de
la DACA du fourrage de deuxième coupe
était inférieure de 52 à 85 mÉq/kg MS
à celle observée en première coupe. La
deuxième coupe serait un peu plus avantageuse pour produire du fourrage pour
vaches en période de transition mais lorsqu’on considère le plus faible rendement
généralement observé à la coupe d’été, la
première coupe de fléole demeure un choix
très intéressant.
Quel stade?
La DACA de la fléole des prés diminue avec
le stade de développement, passant de
326 au stade gonflement à 196 mÉq/kg MS
Parce que la fertilisation azotée est importante pour assurer un bon rendement et
que les lisiers ou les fumiers sont généralement riches en K, il faut favoriser l’utilisation
des engrais minéraux (34-0-0 ou 27,5-0-0).
Le lisier de porc traité avec un coagulant à
base de CaCl2 peut par contre représenter
une option intéressante puisqu’il est relativement riche en Cl.
U. Laval-Guy Allard
5
au stade début floraison. Un délai d’une
semaine dans la récolte de la fléole après le
stade fin épiaison cause une diminution de
17% dans la valeur de DACA, mais il cause
aussi une augmentation de 5% dans la
concentration en fibres NDF, une diminution
de 7% de la digestibilité de la MS, de même
qu’une diminution de 10% de la digestibilité
des fibres NDF.
Qu’en pensent les vaches?
faible DACA pour diminuer les risques de
fièvre vitulaire. Une deuxième expérience
a montré que de l’ensilage de fléole à faible DACA peut aussi être utilisé en période
de transition.
Lors d’une troisième expérience réalisée
avec 41 vaches laitières gestantes et taries,
nous avons montré qu’un foin de fléole des
prés à faible DACA, servi en période de transition, cause une diminution du pH urinaire
(figure 2) et de la concentration sanguine
en bicarbonate; deux symptômes d’une
légère acidose métabolique compensatoire. Cette dernière acidose était associée
à une augmentation de la concentration
sanguine en Ca+ au vêlage; la prise alimentaire des vaches nourries de fléole à faible
DACA n’était pas affectée et elles avaient
une meilleure capacité d’autorégulation de
la calcémie au vêlage.
Qu’arrive-t-il lorsque nous alimentons des
vaches laitières avec du foin à faible DACA?
Dans une première expérience réalisée
avec six vaches taries et non gestantes,
nous avons simulé une hypocalcémie en
leur perfusant un agent qui chélate le Ca.
Cet agent chélateur était perfusé jusqu’à
ce que la concentration sanguine en Ca+2
baisse de moitié. Après l’arrêt de cette perfusion, les vaches ont
pris deux fois moins
de temps à rétablir
leur concentration
sanguine en Ca +2
lorsqu’elles étaient
nourries d’un foin de
fléole à faible DACA
plutôt que de fléole à
DACA élevée, ce qui
démontre bien l’effica- Figure 2. Évolution du pH urinaire en période de transition chez 41 vaches laitières nourries
d’une ration à base d’un foin de fléole des prés à DACA élevée (217 mÉq/kg MS) ou faible
cité du foin de fléole à (14 mÉq/kg MS).
6
Produire un fourrage à faible
DACA
Que faire avec ce que nous connaissons
aujourd’hui? D’abord il semble clair que pour
produire un foin pour vaches en période
de transition, la fléole des prés devrait être
privilégiée, et ce, peu importe le cultivar. Le
choix d’un champ où la teneur en K disponible du sol est faible (50 – 150 kg K/ha)
demeure le premier élément de réussite
pour cultiver de la fléole à faible DACA. La
fertilisation chlorée peut aussi être envisagée; une application printanière de 100 kg
Cl/ha représente un taux économiquement
optimal. Si on veut produire de la fléole à faible DACA en deuxième coupe, une applica-
tion de 65 kg Cl/ha après la première coupe
devrait être effectuée. Des recherches sont
présentement en cours pour évaluer l’effet de la fertilisation en Cl sur la DACA de
d’autres espèces fourragères. Bien que le
foin de deuxième coupe ait une DACA légèrement plus faible que celui de première
coupe, les foins de fléole de première et
deuxième coupes feront tout aussi bien
l’affaire. Produire un foin à faible DACA sur
votre ferme pour le servir aux vaches pendant deux à trois semaines avant le vêlage
peut s’avérer rentable. Cette pratique peut
remplacer l’utilisation de sels anioniques et
améliorer la capacité de l’animal à maintenir
un niveau normal de Ca sanguin, et ce, sans
effet négatif sur la prise alimentaire.
AAC-Johanne Tremblay
7
Recherches canadiennes récentes
1.
Allard, G., D. Pellerin, G. Bélanger, R. Michaud, G. Tremblay, R. Drapeau, A. Brégard, E. Charbonneau, Y. Chouinard, S. Pelletier,
H. Brassard, A. Fournier, D. Lefebvre et P. Seguin. 2005. Foin pour vaches taries, une solution québécoise! Symposium sur les
bovins laitiers, 25 octobre, p. 25-47.
http://www.agrireseau.qc.ca/bovinslaitiers/documents/Conferences%20des%20symposiums%202007.pdf
2.
Charbonneau, E., P. Y. Chouinard, G. F. Tremblay, G. Allard et D. Pellerin. 2008. Hay to reduce dietary cation-anion difference for
dry dairy cows. J. Dairy Sci. 91: 1585-1596.
3.
Charbonneau, E., P. Y. Chouinard, G. F. Tremblay, G. Allard et D. Pellerin. 2008. Timothy silage with low Dietary Cation-Anion
Difference fed to dry cows during transition period. J. Dairy Sci. (soumis pour publication).
4.
Charbonneau, E., D. Pellerin et G. R. Oetzel. 2006. Impact of lowering dietary cation-anion difference in nonlactating dairy cows:
A Meta-Analysis. J. Dairy Sci. 89: 537-548.
5.
Heron, V. S., G. F. Tremblay et M. Oba. 2008. Timothy hays differing in dietary cation-anion difference affect the capability of dairy
cows to maintain their calcium homeostasis. J. Dairy Sci. (soumis pour publication JDS-08-1357).
6.
Pelletier, S., G. Bélanger, G. F. Tremblay, A. Brégard et G. Allard. 2006. Dietary cation-anion difference of timothy as affected by
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7.
Pelletier, S., G. Bélanger, G. F. Tremblay, M. H. Chantigny et G. Allard. 2008. Dietary cation-anion difference and tetany index of
timothy forage fertilized with liquid swine manure. Agron. J. 100: 213-220.
8.
Pelletier, S., G. Bélanger, G. F. Tremblay, P. Seguin, R. Drapeau et G. Allard. 2007. Dietary cation-anion difference of timothy
(Phleum pratense L.) as influenced by chloride and nitrogen fertilizer. Grass Forage Sci. 62: 66-77.
9.
Pelletier, S., G. Bélanger, G. F. Tremblay, P. Virkajärvi et G. Allard. 2008. Timothy mineral concentration and derived indices
related to cattle metabolic disorders. Can. J. Plant Sci. 88: (sous presse).
10.
Pelletier, S., R. J. Simpson, P. Randall, G. Bélanger, G. F. Tremblay, P. Seguin, R. Drapeau et G. Allard. 2007. Dietary cation-anion
difference and cadmium concentration in grasses fertilized with chloride. Grass Forage Sci. 62: 416-428.
11.
Pelletier, S., R. J. Simpson, R. A. Culvenor, G. Bélanger, G. F. Tremblay, G. Allard, J. Braschkat et P. J. Randall. 2008. Dietary
cation-anion differences in some pasture species, changes during the season and effects of soil acidity and lime amendment.
Australian Journal of Experimental Agriculture 48: 1143-1153.
12.
Pelletier, S., G. F. Tremblay, G. Bélanger, M. H. Chantigny, P. Seguin, R. Drapeau et G. Allard. 2008. Nutritive value of timothy
fertilized with Cl or Cl-containing liquid swine manure. J. Dairy Sci. 91: 713-721.
13.
Pelletier, S., G. F. Tremblay, G. Bélanger, P. Seguin, R. Drapeau et G. Allard. 2008. Delayed harvest affects mineral and NDF
concentrations, and digestibility of timothy. Can. J. Anim. Sci. 88: 325-329.
14.
Penner, G. B., G. F. Tremblay, T. Dow et M. Oba. 2008. Timothy hay with a low dietary cation-anion difference improves calcium
homeostasis in periparturient Holstein cows. J. Dairy Sci. 91: 1959-1968.
15.
Tremblay, G. F., H. Brassard, G. Bélanger, P. Seguin, R. Drapeau, A. Brégard, R. Michaud et G. Allard. 2006. Dietary cation anion
difference (DCAD) of five cool-season grasses. Agron. J. 98: 339-348.
Forage for Cows
in the Transition Period
Gaëtan Tremblay
Gilles Bélanger
Sophie Pelletier
Edith Charbonneau
Masahito Oba
Doris Pellerin
and Guy Allard
Cat. No. A52-107/2008E-PDF
ISBN 978-0-662-48997-9
AAFC No. 10657E
Agriculture and Agri-Food Canada
© Her Majesty the Queen in Right of Canada, 2008
Aussi disponible en français sous le titre :
« Fourrages pour vaches en période de transition »
SPCS (G. Lessard)
Forage for Cows
in the Transition Period
Gaëtan Tremblay1, Ph. D.
Nutritive value of Feedstuffs
Gilles Bélanger1, D. Sc.
Ecophysiology and Agronomy
Sophie Pelletier1, Ph. D.
Forage Crops
Postdoctoral Fellow
Edith Charbonneau2, M. Sc.
Dairy Production
Ph. D. Student and Substitute Professor
Masahito Oba4, Ph. D.
Feed Utilization / Dairy Nutrition
Assistant Professor
Doris Pellerin2, Ph.D.
Beef and Dairy Production
Director, Département des sciences animales
Guy Allard3, Ph.D.
Physiology of Forage Crops
Assistant Dean
1-
Soils and Crops Research and Development Centre
Agriculture and Agri-Food Canada
2560 Hochelaga Blvd.
Québec (Québec) CANADA G1V 2J3
23-
Département des sciences animales
Département de phytologie
Faculté des sciences de l’agriculture et de l’alimentation
Université Laval
Québec (Québec) CANADA G1K 7P4
4-
Faculty of Agricultural, Life & Environmental Sciences
Department of Agricultural, Food & Nutritional Science
University of Alberta
Edmonton (Alberta) CANADA T6G 2P5
Collaboration and funding
The research projects reported on here were also carried out in collaboration with
Hélène Brassard, Yvan Chouinard, Raynald Drapeau, Daniel Lefebvre, Alain Fournier,
Réal Michaud, and Philippe Seguin.
This research was funded in part through Action concertée FQRNT – Novalait Inc. –
MAPAQ [a joint program of the Quebec fund for research on nature and technology, Novalait Inc., and the Quebec ministry of Agriculture, Fisheries and Food] in collaboration with
Agriculture and Agri-Food Canada.
Table of content
What is milk fever? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
A solution: low-DCAD forage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Choosing a field. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
Choosing a forage species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
Choosing a cultivar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
Choosing a fertilization regime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
Choosing the first or second cut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
Choosing the stage for harvesting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
What do the cows think? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Producing a low-DCAD forage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Recent Canadian Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
The traditional practice of setting aside old
fields of hay to feed cows during their dry
period was all well and good, but nowadays,
if we want to eliminate the problems of milk
fever, we must do more. There is the option,
for instance, of adding anionic salts to cows’
rations during the transition period (the three
weeks prior to calving). But, how about producing hay that was specifically suited to the
needs of cows in the transition period?
What is milk fever?
First, let’s think about what milk fever is
briefly. Milk fever is a metabolic disorder. It is
characterized by paralysis that occurs chiefly
in highly productive multiparous cows a few
hours after calving, when their demand for
calcium (Ca) quadruples because of the
start of lactation. Because the change in
Ca demand is so high and sudden, a cow
cannot meet the requirement unless she is
prepared for it. Her blood level of Ca drops
too low, and when there is clinical hypocalcaemia, large doses of Ca must be injected
to enable the cow to recover. But when this
kind of intervention becomes necessary,
the damage is unfortunately already done:
the cow’s feed intake and milk production are decreased, and secondary metabolic problems are more likely to develop.
In Quebec, the economic losses associated with milk fever are estimated at about
$9 million per year. In order to prevent these
problems, cows must be properly prepared
before calving.
A solution: low-DCAD forage
Cows need to be prepared to mobilize Ca
from their bones and promote the absorption of Ca from the intestines as well as the
resorption of Ca in the kidneys at the start
of lactation, when the Ca demand increases
suddenly. This preparation can be accomplished by reducing the level of cations, primarily potassium (K+) and sodium (Na+), in
the cows’ rations during the transition period, and/or by increasing the level of anions,
mainly chloride (Cl-) and sulphur (S2-). The
dietary cation-anion difference (DCAD) is calculated as: DCAD = (Na+ + K+) - (Cl- + S2-).
What we want is a ration with a slightly negative DCAD, of -20 to 0 milliequivalents per kg
of dry matter (meq/kg DM). This low DCAD
causes a mild compensated metabolic
acidosis in the cows, thus increasing the
sensitivity of their tissues to the hormone that
controls the level of Ca in their blood. In order
to lower the DCAD in a ration, anionic salts
can be added to it. But these salts reduce
the palatability of the ration, and if the DCAD
in the basal ration exceeds 250 meq/kg DM,
it is hard to add enough anionic salts to lower
the DCAD to the recommended level without reducing the cows’ feed intake. Forages,
which are the main feed offered to cows in
the transition period, should therefore have
a DCAD below 250 meq/kg DM, and preferably close to zero to minimize the amount of
anionic salts that have to be added. To calculate the DCAD of forage samples, the results
of wet-chemistry analyses should be used,
rather than mineral concentrations predicted
by near infrared spectroscopy. Low-DCAD
forages can replace anionic salt supplementations and improve Ca metabolism in
cows during the transition period without
affecting their feed intake. The following is a
brief explanation of how to produce forages
that meet the specific needs of cows during
the transition period.
Choosing a field
As the preceding equation shows, the DCAD
has four elements. But the two elements
that have the greatest effect are K+, a
cation, which increases the DCAD, and Cl-,
an anion, which decreases it. Because the
concentrations of K+ in forage plants are 6 to
8 times higher than their Cl- concentrations,
variations in K+ concentrations will have the
major impact on their DCAD. The first step
in reducing the DCAD of forages is therefore
to grow them on soils with low K contents
(50 to 150 kg/ha). Because the DCAD of
forages is greatly affected by their K concentrations, which are partly affected by the
level of K available in the soil, forages grown
on soils with a low K content generally have
low DCAD values. The results of our experiments confirm that timothy grown on low-K
soils have low DCAD.
Choosing a forage species
The DCAD varies from one forage species
to another. In 2002 and 2003, several grass
species grown in Quebec were studied
in three sites (Montreal, Quebec City, and
Lac-Saint-Jean). Among the grasses evaluated in the study, timothy had the lowest
DCAD (Figure 1). Indeed, the DCAD of
timothy hay is virtually half that of orchardgrass hay (384 and 332 meq/kg DM for the
1st and 2nd cut timothy, compared with 656
and 633 meq/kg DM for the 1st and 2nd cut
orchardgrass, respectively). Thus, in order to
provide forages suited to cows’ needs during
the transition period, timothy is definitely the
preferred crop!
The K+ concentrations in timothy (2.4 for the
first and 2.3% DM for the second cut) are
far lower than those in orchardgrass (3.8 for
the first and 3.6% DM for the second cut),
which explains a large part of the difference
AAFC-G.Tremblay
2
Figure 1. Dietary cation-anion difference (DCAD) in the first and second cuts of five forage grasses grown at three sites in Quebec over two years.
in the DCAD between these two species.
The K+ concentrations and DCAD values of
the other forage species grown in Quebec
(meadow bromegrass, smooth bromegrass,
and tall fescue) were intermediate between
those of timothy and orchardgrass.
In another study comparing the DCAD
values of different forage species, the
DCAD at the flowering stage ranged from
70 to 320 meq/kg DM for the grasses, from
210 to 720 meq/kg DM for the legumes,
and from 720 to 990 meq/kg DM for certain dicotyledonous weeds. The average
DCAD for the five legumes studied was
500 meq/kg DM, which was 2.5 times higher
than the average for the nine grass species
studied (200 meq/kg DM).
3
We can now understand better why old fields produce
good hay for cows during the
transition period. In Quebec,
old fields are often filled with
timothy, either because the
legume has disappeared, or
because timothy has dominated although it was originally seeded with a mixture of
several species. Timothy is
very hardy, and survives well
as long as it receives a bit
of nitrogen every year (from
manure or inorganic fertilizer).
Choosing a cultivar
In evaluating the various species, we used
three cultivars of orchardgrass, two each
of meadow bromegrass, tall fescue and
smooth bromegrass, and four cultivars of
AAFC-G.Tremblay
timothy (two early, one intermediate, and
one late). We did not observe any significant
differences among the cultivars. Hence
the choice of cultivar has no importance
for the DCAD.
Choosing a fertilization regime
Second-cut timothy has a DCAD of approximately 350 meq/kg DM, which is still far
above the target value. Something more
must therefore be done. Our research
results confirm that Cl fertilization increases
the Cl concentration of timothy, and hence
decreases the DCAD by as much as 266 meq/
kg DM. We fertilized the same plots for two
consecutive years at annual application
rates ranging from 0 to 240 kg Cl/ha (60%
in spring and 40% after the first cut), and we
observed no substantial negative effects on
the yields or nutritive value of timothy. The
economically optimal rate of Cl application
in spring ranges from 78 to 123 kg Cl/ha,
depending on the K and Cl content of the
soil on which the timothy is being grown,
as well as the expected yield. Applications
of 100 kg Cl/ha (160 kg CaCl2/ha) in spring
and/or 65 kg Cl/ha (100 kg CaCl2/ha) after
the first cut are recommended to produce
timothy with a low DCAD. Also, Cl applications as CaCl2 or NH4Cl have similar effect
on timothy DCAD.
The additional cost of producing a low-DCAD
hay therefore depends mainly on the price
of chloride fertilizer. In 2005, assuming that
CaCl2 costs $750/tonne, we estimated that
a producer would have to spend about $27
more per tonne DM to produce a low-DCAD
forage rather than a conventional forage. For
a herd of 50 cows in production, the producer
will have to set aside about 2.5 ha of a field
whose soil is low in K in order to produce the
approximately 13 tonnes DM of low-DCAD
forage needed to feed these cows during
the transition period. If the producer decides
to buy a low-DCAD hay rather than grow it,
then the additional price that is worth paying depends on the price of the anionic salts
that will thereby be replaced; for example, if
BioChlor® costs $0.75/kg, then it would be
reasonable to pay up to $59 more per tonne
DM for a low-DCAD forage than for conventional forage.
Nitrogen fertilization has little effect on the
DCAD of timothy when it is grown on K-poor
soil and harvested at the heading stage. But
nitrogen fertilization can cause an increase in
DCAD when the timothy is grown on K-rich
soil and harvested at earlier maturity. To produce forage with a DCAD < 250 meq/kg DM,
a good approach would be to grow timothy
on soil with moderate to low levels of K, apply
enough N fertilizer to ensure a good yield,
and harvest the crop between the start and
end of the heading stage.
Because nitrogen fertilization is important
for ensuring a good yield, and because
4
liquid and solid manures are generally
rich in K, application of inorganic fertilizer
(34-0-0 or 27.5-0-0) is preferable. However,
pig manure treated with a CaCl2-based
coagulant can be a reasonable option
because it is relatively rich in Cl.
Choosing the first or second cut
Compared with the choice of forage species,
the choice of first or second cut has far less
effect on the DCAD of forages. In timothy,
for example, the average DCAD observed
for the second cut was 52 to 85 meq/kg DM
lower than for the first cut. Thus the second
(summer) cut of timothy would provide
slightly better forage for cows during the
transition period, but given that this cut
generally produces a lower yield, first-cut
timothy remains a very attractive option.
Choosing the stage for harvesting
The DCAD of timothy decreases as it
matures, from 326 meq/kg DM at the boot
stage to 196 meq/kg DM at the start of the
flowering stage. A delay of one week in harvesting timothy after the late heading stage
causes a 17% decrease in the DCAD, but it
also causes an increase of 5% in the concentration of neutral detergent fibre (NDF), a
7% decrease in DM digestibility, and a 10%
decrease in NDF digestibility.
U. Laval-G.Allard
5
What do the cows think?
So what happens if we feed dairy cows lowDCAD hays? In an initial experiment with
six dry, non-gestating cows, we simulated
hypocalcaemia by perfusing them with an
agent that binds Ca2+, until their blood Ca2+
concentrations were reduced by half. Once
perfusion was halted, the cows took half
as much time for their Ca2+ concentrations
to recover when they had been fed a lowDCAD timothy hay as when they had been
fed a high-DCAD timothy hay, which clearly
demonstrates the effectiveness of low-DCAD
timothy hays in reducing the risk of milk fever.
A second experiment showed that low-DCAD
timothy silage can also be used during the
transition period.
In the third experiment with 41 dry, gestating
dairy cows, we showed that a low-DCAD
timothy hay, fed to the cows during the transition period, causes reductions in urine pH
(Figure 2) and in blood concentration of
bicarbonate — two symptoms of mild compensated metabolic acidosis. This acidosis
was associated with an increase in the
blood concentration of Ca2+ at calving; the
feed intake of the cows fed on low-DCAD
timothy was not affected, and they had a
better ability to self-regulate calcium homeostasis at calving.
Figure 2. Changes in urine pH over the close-up period in 41 dairy cows fed a ration based on
high-DCAD timothy hay (217 meq/kg DM) or low-DCAD timothy hay (14 meq/kg DM)
6
Producing a low-DCAD forage
So what should we do with the knowledge
that we now have? First of all, it seems clear
that to produce hay for cows in the transition
period, any cultivar of timothy is better than
the alternative forage crops. The primary
requirement for growing low-DCAD timothy
successfully is to choose a field where the
level of K available in the soil is low (50-150
kg K/ha). Chloride fertilization may also be
considered; a spring application of 100 kg of
Cl per hectare represents an economically
optimal rate. If the farmer wishes to produce
low-DCAD second-cut timothy, then 65 kg
of Cl per hectare should be applied after the
first cut. Research is currently under way to
assess the effects of Cl fertilization on the
DCAD of other forage species. Though the
second-cut hay will have a slightly lower
DCAD than the first cut, either first-cut or
second-cut timothy hay will work as a low
DCAD forage. Producing a low-DCAD hay
on your own farm to feed your cows during the two to three weeks before calving
can be a profitable proposition. This practice can replace the use of anionic salts
and improve the capability of your cows to
maintain normal blood levels of Ca, without
negative effects on their feed intake.
AAFC-Johanne Tremblay
7
Recent Canadian Research
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2.
Charbonneau, E., P. Y. Chouinard, G. F. Tremblay, G. Allard, and D. Pellerin. 2008. Hay to reduce dietary cation-anion difference for
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