Integrated approaches to dairy cow performance: nutrition, reproduction, and production systems

Abstract

Dairy cow performance in tropical production systems results from complex interactions among nutritional efficiency, postpartum health, reproductive management, and housing environment. Advancing sustainable dairy production therefore requires an integrated understanding of how these biological and management components influence productivity, resilience, and environmental outcomes. This thesis investigated key determinants of dairy system performance through four complementary studies combining controlled experimentation, large- scale retrospective analyses, and on-farm environmental assessment. The first study evaluated supplementation with the live yeast Saccharomyces cerevisiae CNCM I- 1077 and demonstrated improvements in rumen degradability of fibrous feeds, enhanced nutrient utilization, and greater feed efficiency. These findings indicate that optimizing rumen kinetics can improve metabolic efficiency and help mitigate environmental stress without necessarily altering microbial diversity. The second study analyzed retained placenta in commercial dairy herds under tropical conditions using a large retrospective dataset. Retained placenta was associated with cows’ breed, parity, and calving characteristics, and consistently resulted in reduced pregnancy per insemination, increased pregnancy loss, and greater risk of culling. These results confirm that postpartum disorders exert persistent effects on reproductive outcomes and herd longevity, highlighting the importance of preventive health strategies. The third study examined herd-level reproductive performance and showed that management intensity and housing system are major determinants of reproductive efficiency. More frequent reproductive monitoring was primarily associated with improved service rate and shorter intervals between inseminations, whereas compost barn and free stall systems had superior reproductive outcomes compared with dry lot systems. These findings emphasize that reproductive success in commercial herds is strongly related to management rather than fertility itself. The fourth study evaluated manure excretion dynamics in compost barn systems and demonstrated that the concentration of feces and urine within the bedding promotes composting and substantially reduces nitrogen requiring external treatment. This redistribution of nutrient flows enhances recycling efficiency and illustrates how housing design can simultaneously support environmental sustainability and animal welfare. Together, these studies demonstrate that improving dairy production in tropical environments requires a system-level approach integrating digestive efficiency, postpartum health, reproductive management, and production system design. Collectively, these findings highlight how nutrition, reproduction, management, and production system design shape productivity and sustainability in modern dairy systems. Keywords: dairy systems; herd management; reproductive efficiency; rumen function; sustainability; tropical production.

O desempenho de vacas leiteiras em sistemas de produção tropicais resulta de interações complexas entre eficiência nutricional, saúde pós-parto, manejo reprodutivo e sistema de produção. Assim, avanços na sustentabilidade e produtividade da pecuária leiteira dependem de uma compreensão integrada de como esses componentes biológicos e gerenciais influenciam simultaneamente a eficiência produtiva, a resiliência dos animais e impactos ambientais. Esta tese investigou temas-chave do desempenho de sistemas leiteiros por meio de quatro estudos complementares que combinaram experimentação controlada, análises epidemiológicas em larga escala e avaliações ambientais em nível de fazenda. O primeiro estudo avaliou a suplementação com a levedura viva Saccharomyces cerevisiae CNCM I-1077 e demonstrou aumento da degradabilidade ruminal de fibras, maior eficiência alimentar e melhor aproveitamento de nutrientes. Esses resultados indicam que a otimização da cinética ruminal pode aumentar a eficiência metabólica e atenuar efeitos ambientais adversos sem necessariamente alterar a diversidade microbiana. O segundo estudo analisou a retenção de placenta em rebanhos leiteiros comerciais sob condições tropicais utilizando banco de dados retrospectivo. A retenção de placenta foi associada a fatores de raça, paridade e características do parto, e apresentou efeitos consistentes na redução da prenhez por inseminação, aumento da perda gestacional e maior risco de descarte. Esses achados confirmam que distúrbios pós-parto exercem impactos persistentes sobre o desempenho reprodutivo e a longevidade produtiva das vacas, ressaltando a importância de estratégias preventivas de saúde. O terceiro estudo avaliou o desempenho reprodutivo retrospectivo em nível de rebanho e demonstrou que a intensidade do manejo e o sistema de produção são determinantes da eficiência reprodutiva. Maior frequência de monitoramento reprodutivo esteve associada principalmente ao aumento da taxa de serviço e à redução do intervalo entre inseminações, enquanto sistemas compost barn e free stall apresentaram melhores resultados reprodutivos quando comparados a sistemas de produção a céu aberto (dry lot). Esses resultados indicam que o sucesso reprodutivo em rebanhos comerciais é relacionado ao manejo, e não apenas pela fertilidade individual. O quarto estudo avaliou a dinâmica de excreção de nutrientes em sistemas compost barn e demonstrou que a compostagem reduz o nitrogênio que necessita de tratamento externo. Essa redistribuição do fluxo de nutrientes aumenta a eficiência de reciclagem e evidencia o papel do sistema de produção na promoção simultânea da sustentabilidade ambiental e do bem-estar animal. Em conjunto, os resultados demonstram que a melhoria do desempenho de sistemas leiteiros tropicais requer uma abordagem sistêmica que integre eficiência digestiva, saúde pós-parto, intensidade de manejo reprodutivo e sistema de produção. A integração entre nutrição, saúde, manejo reprodutivo e dinâmica ambiental evidenciada nesta tese reforça que a eficiência produtiva e a sustentabilidade dos sistemas leiteiros dependem de abordagens que considerem o sistema como um todo. Palavras-chave: eficiência reprodutiva; função ruminal; manejo de rebanho; produção tropical; sistemas de produção de leite; sustentabilidade.