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Beiträge zum Thema Stallklima in der
Tierhaltung 2020
Arbeitsgruppe „Stallklima und Emissionen“
der Koordinierungsgruppe Tierhaltung

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
IMPRESSUM
Titel
Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
Verantwortlich für die Redaktion
Christiane Hansen, Olaf Tober, Dr. Peter Sanftleben
Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern
Institut für Tierproduktion
Wilhelm-Stahl-Allee 2
18196 Dummerstorf
Telefon: 038208/630-320
Fax: 038208/630-111
c.hansen@lfa.mvnet.de
www.lfamv.de
ISBN 978-3-00-064640-9
Titelfoto
Christiane Hansen
Dummerstorf, 07.07.2020

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
INHALTSVERZEICHNIS
1 Vorwort ...................................................................................................................... 3
2 Entwicklung der Stallklimadaten in einem freigelüfteten Milchviehstall……….…4
Christiane Hansen, Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei MV,
Institut für Tierproduktion
3 Abhängigkeit der Vormagentemperatur von der Stalltemperatur bei
laktierenden Kühen in einem frei gelüfteten Stall.…………………………………..11
Olaf Tober, Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei MV, Institut für
Tierproduktion
4 Atemfrequenz als Hitzestress-Parameter bei Milchkühen und dessen
automatische Erfassung durch einen neuen Atemsensor…………………………21
Gundula Hoffmann, Saskia Strutzke, Severino Pinto, Julia Heinicke, Sabrina Hempel,
Thomas Amon, Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) Potsdam
5 Diagnostizierte und prognostizierte tierspezifische Hitzestressbelastungen
bei steigenden Temperaturen und erhöhter Klimavariabilität………………….....27
Sabrina Hempel, Gundula Hoffmann, Theresa Müschner-Siemens, Julia Heinicke,
Severino Pinto, Thomas Amon, Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V.
(ATB) Potsdam
6 Technische Maßnahmen zur Reduzierung von Hitzestress in Rinderställen.....37
Johannes Zahner, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft
7 Monitoring und Gestaltung von Stallklimabedingungen in Thüringen unter
besonderer Beachtung des Tierwohls……………….………………………………..42
Erhard Gernand, Thüringer Landesamt für Landwirtschaft und Ländlichen Raum,
Sven König, Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Tierzucht und Haustiergenetik
8 Untersuchungen zum Temperaturgeschehen in Kälberiglus im Freien und
unter Dach…………………………………………………………………………………..50
Christiane Hansen, Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei MV,
Institut für Tierproduktion
9 Untersuchung von ausgewählten Verhaltensweisen bei Milchkühen in
Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur……………………………………….57
Olaf Tober, Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei MV, Institut für
Tierproduktion
10 Modellierung der Emissionen von Treibhausgasen und Ammoniak bei der
Schweinefleischerzeugung in Thüringen unter Berücksichtigung der
gesamten Produktionskette……………………………………………………………..70
Ulrich Dämmgen, Johann Heinrich von Thünen-Institut (TI); Wilfried Brade, Tierärztliche
Hochschule Hannover (TiHo); Heinrich Kleine Klausing, EW Nutrition GmbH; Andreas
Berk, Friedrich-Loeffler-Institut (FLI); Hans-Dieter Haenel, TI; Jürgen Müller, Thüringer
Landesamt für Landwirtschaft (TLL); Simone Müller, TLL;
Claus Rösemann, TI
11 Emissionen aus diffusen Quellen der Rinderhaltung……………………………..76
Jennifer Deichmann, Thomas Heidenreich, Jens Lippmann, Horst-Günter Kath, Marc
Fröhlich, Frank Rothe, Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
3
1
Vorwort
Die Auswirkungen des Klimawandels stellen die Landwirtschaft vor große Herausforderungen.
Gekennzeichnet durch steigende Temperaturen und langanhaltende Wärmeperioden in den
vergangenen Jahren verändern sich die Umgebungsbedingungen für die Tiere deutlich. Auf der
anderen Seite konnte durch Zuchtfortschritt und ein stetig verbessertes Management eine
bessere Ausschöpfung des Leistungspotentials der Tiere erreicht werden. Hohe Leistungen und
hohe Temperaturen erfordern hinsichtlich Stallklima neue Strategien für eine nachhaltige
Nutztierhaltung. Zudem bestimmen Themen wie Tierwohl, Ressourcenschonung und
Digitalisierung den Alltag eines jeden Landwirtes.
Die Arbeitsgruppe „Stallklima und Emissionen“, hervorgegangen aus einer länderübergreifenden
Kooperationsvereinbarung zwischen den Landeseinrichtungen für Landwirtschaft und der daraus
resultierenden Koordinierungsgruppe Tierproduktion, beschäftigt sich forschungsseitig mit
aktuellen Themen der Tierproduktion. Durch eine Bündelung der fachlichen Kompetenzen der
Landeseinrichtungen von Mecklenburg-Vorpommern, Brandenburg, Thüringen, Sachsen,
Sachsen-Anhalt und Bayern sowie dem Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB)
im Fachgebiet Stallklima und Emissionen werden Vernetzungsstrukturen und Synergien genutzt.
Bereits im Jahr 2015 wurde durch diese Arbeitsgruppe eine Broschüre „Beiträge zum Thema
Stallklima in der Tierhaltung“ erstellt. Die Notwendigkeit der Anpassung der Tierproduktion an
neue Anforderungen und Gegebenheiten des Klimawandels ist von besonderer Relevanz. Mit der
nun vorgelegten Broschüre „Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020“ werden
einige akute Fragen aufgegriffen und mit neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen untersetzt.
Angefangen bei einem Überblick und einer Trendabzeichnung von Stalltemperaturen in einem
freigelüfteten Milchviehstall werden tierspezifische Hitzestressbelastungen der Milchrinder bei
hohen Temperaturen sowie deren Reaktion in Form von physiologischen Parametern wie der
Vormagentemperatur und der Herzfrequenz bis hin zu temperaturabhängigen Verhaltensweisen
der Tiere in den Beiträgen analysiert.
Neben dem Aufzeigen von technischen Maßnahmen zur Reduzierung von Hitzestress sowie
einem Monitoring und einer tierwohlgerechten Gestaltung von Stallklimabedingungen werden
auch die Unterschiede einer Igluhaltung von Kälbern unter verschiedenen Standortbedingungen
hinsichtlich Sonneneinstrahlung dargestellt. In einem weiteren Problemfeld werden die
Emissionen von Treibhausgasen und Ammoniak bei der Schweinefleischerzeugung sowie
Emissionen aus diffusen Quellen der Rinderhaltung untersucht.
Die Vielfalt der von der Arbeitsgruppe bearbeiteten Themen gibt einen Überblick über die
Arbeitsbereiche der Landeseinrichtungen. Angewandte Forschung erfolgt immer mit der
Zielstellung, Tierhalter in ihrer Arbeit zu unterstützen und auf künftige Herausforderungen
einzustellen.

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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Entwicklung der Stallklimadaten in einem freigelüfteten
Milchviehstall
Christiane Hansen, Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei MV, Institut für
Tierproduktion
Einleitung
Das Klima wird als Summe von Wetter und Witterung beschrieben und ist somit etwas Variables
(DWD, 2018). Schwankungen um mittlere klimatische Zustände auf unterschiedlichen Zeitskalen
werden als Klimavariabilität bezeichnet. Diese Schwankungen können sowohl kurzfristig (Tages-
und Jahresschwankungen) als auch über längere Perioden auftreten (DWD, 2017). Ein
Klimatrend hingegen beinhaltet verstärkte Veränderungen von z. B. Temperaturabweichungen,
die zwar unterbrochen sein können, aber über einen längeren Zeitraum die gleichen
Änderungsrichtungen aufweisen (DWD, 2018).
Das Erkennen solcher Trends ist wichtig, um daraus Handlungskonzepte für die Zukunft ableiten
und entwickeln zu können. Dies trifft auch auf die Tierhaltung zu. Sich verändernde
Gegebenheiten haben zum Teil einen erheblichen Einfluss auf das Tierwohl und die damit
verbundenen Leistungen.
Material und Methode
Die Daten, die die Grundlage für diese Auswertungen liefern, wurden in einem freigelüfteten
Laufstall mit 380 Milchkühen ermittelt. Der Beginn der Datenaufzeichnung erfolgte im Jahr 2003.
Im Jahr 2005 wurden in den Stall drei Deckenventilatoren installiert. Die Lüftungsanlage wurde
2012 durch einen vierten Deckenventilator ergänzt. Im Zuge dieser Erweiterungsmaßnahmen
wurde auch die Steuerung von manueller auf automatisch temperaturabhängige umgestellt. Im
Jahr 2019 erfolgten umfangreiche Umbauten im Stall. Auf den Laufgängen wurde der
planbefestigte Gussasphalt durch einen neuartigen emissionsarmen Fußboden ausgetauscht. In
diesem Zusammenhang wurden außerdem aufwendige Vorbereitungen für die Nutzung von
sechs Melkrobotern getroffen, die im Jahr 2020 in Betrieb genommen werden.
Die Seitenwände des Stalles sind mit Vogelschutznetzen versehen. Außerdem befinden sich dort
Jalousien, die bei extremen Wetterlagen manuell geschlossen werden. In gleicher Weise wird mit
den Toren an den jeweiligen Giebelseiten verfahren.
Der untersuchte Milchviehstall befindet sich im Nordosten Deutschlands und liegt somit im
Übergangsbereich zwischen maritimem und kontinentalem Klima und steht mit seiner Entfernung
von ca. 20 km zur Küste vermehrt unter deren maritimem Einfluss (DWD, 2018).
In den Jahren 2003 bis 2012 wurden die Temperaturdaten im Stall mittels Temperaturdatenlogger
(Tinytalk/Tinytag) ermittelt Die Daten wurden in einem 1-Stundenintervall gespeichert. Im
Zusammenhang mit der Erweiterung der Lüftungsanlage im Stall wurde zusätzlich ein
Temperatursensor
installiert und das Messintervall auf Grund der zeitlichen Zuordnung für andere
Versuchsanstellungen auf ein 1-Minutenintervall eingestellt. Um für die vorliegende Auswertung
einheitlich Stundenwerte zur Verfügung zu haben, wurden die 1-Minuten-Messwerte einer Stunde
jeweils gemittelt und weiterverarbeitet. Die Messpunkte befanden sich in der Stallmitte in einer
Höhe von ca. 2,7 m außerhalb der Reichweite der Tiere.
Das ausgewertete Datenmaterial bezieht sich auf die Jahre 2003 bis 2019 und dort jeweils auf
die Monate Mai bis September. Das sind vorrangig die Monate, in denen die Temperaturen
vermehrt zu einer thermischen Belastung für die Milchrinder führen können.

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
5
Optimaler Temperaturbereich für Milchrinder
Milchrinder sind relativ kälteresistent und Temperaturen im Minusbereich werden kaum als
störend empfunden. Hingegen reagieren sie bei höheren Temperaturen recht empfindlich. Grund
für diese Wärmeempfindlichkeit der Milchrinder ist die enorme Wärmeproduktion, die als Folge
einer sehr hohen Stoffwechselaktivität auftritt. Dabei erhöht sich mit steigender Milchleistung die
Körperwärmeproduktion. Gelingt es den Tieren nicht, diese Wärme in ausreichendem Maße an
die Umgebung abzugeben und somit ihre Körpertemperatur zu regulieren, geraten sie in
Hitzestress. Neben der Temperatur und der Luftfeuchte spielen aber auch die
Windgeschwindigkeit und die Wärmeeinstrahlung eine entscheidende Rolle. Dabei stellen hohe
Temperaturen gekoppelt mit einer hohen Luftfeuchte, einer geringen Windgeschwindigkeit und
einer hohen Wärmeeinstrahlung für das Tier den ungünstigsten Fall dar.
Welches ist aber der optimale Temperaturbereich, in dem die Milchrinder sich am wohlsten fühlen
und damit die Grundlage für eine Ausschöpfung ihres Leistungspotentials gegeben ist? Nach
neuesten Untersuchungen (TOBER und HANSEN, 2019) gibt es diesen einen Temperaturbereich
nicht. In Abhängigkeit von ihrer Milchleistung variiert die Temperatur, bei der die Tiere den
thermischen Wohlfühlbereich verlassen. So liegt der optimale Bereich der Umgebungstemperatur
z. B. für eine laktierende 25 l-Kuh bei 0 bis 12 °C. Mit steigender Milchleistung verändert sich
dieser Bereich der Umgebungstemperatur nach unten und wird z. B. bei einer hochleistenden
50 l-Kuh mit -10 bis 2 °C veranschlagt
.
(Beitrag Tober S. 17) Auch dies sind Richtwerte, die von
einigen tierindividuellen Faktoren beeinflusst werden. So führen zwar das jeweilige
Laktationsstadium einer Kuh und die damit verbundene Milchleistung zu einer unterschiedlichen
Wärmeproduktion resultierend aus der Stoffwechselaktivität, aber auch die Rasse, der
Gesundheitsstatus, das Alter, die Futteraufnahme bis hin zur Fellbeschaffenheit haben Einfluss
auf den Optimalbereich.
Temperaturgeschehen im freigelüfteten Milchviehstall
Im Folgenden werden die im Stall gemessenen Temperaturen in Zusammenhang mit den Daten
der empfohlenen Optimalbereiche für laktierende Milchrinder betrachtet. Ziel ist es, kritische
Situationen
für
die
Tiere
aufzudecken
und
damit
Anhaltspunkte
für
notwendige
Handlungskonzepte zu schaffen.
Für die Auswertungen wurde in einigen Fällen eine Stalltemperatur von 12 °C exemplarisch als
eine obere Grenze für den Behaglichkeitsbereich zu Grunde gelegt, wohlwissend, dass diese
Zahl vorrangig für Milchrinder mit einer Milchleistung von 25 l zutrifft. Hintergrund ist das
Aufzeigen von Problembereichen bereits bei Milchrindern mit einer relativ niedrigen Leistung. Es
soll die Notwendigkeit des Handelns bei höherleistenden laktierenden Kühen unterstreichen.
So konnte in den untersuchten Jahren 2003 bis 2019 festgestellt werden, dass sich zwischen 79
und 95 % der Temperaturen (Stundenmittelwerte) oberhalb von den genannten 12 °C befanden
und damit außerhalb des Wohlfühlbereiches laktierender 25 l-Kühe (Abb. 1). Mit steigender
Milchleistung sinkt diese Temperaturgrenze weiter nach unten und somit reduzieren sich die
Anteile von Temperaturen innerhalb des Behaglichkeitsbereiches höherleistender Tiere
ebenfalls. Die Regressionsgerade zeigt einen ansteigenden Trend für die ausgewerteten Jahre.
Im Verlauf der ausgewerteten Zeitschiene kann außerdem festgestellt werden, dass es wärmere
und kühlere Jahre gibt. Bei genauerer Betrachtung fällt auf, dass die wärmeren Jahre immer
wärmer werden und auch bei den kühleren Jahren ist diese Tendenz zu beobachten. Der
Mittelwert des Anteils der Stalltemperaturen > 12 °C über die ausgewerteten Jahre liegt bei 89 %
und insbesondere in den letzten Jahren lagen die meisten Anteile über dem Durchschnitt und
unterstreichen den Aufwärtstrend.

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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Abbildung 1:
Anteil der Stunden mit Temperaturen oberhalb von 12 °C in den Monaten Mai bis
September in den Jahren 2003 bis 2019
Überschreiten bzw. erreichen die gemessenen Temperaturen die Werte 25 °C bzw. 30 °C, so
werden diese Tage als Sommer- bzw. Hitzetage bezeichnet (DWD, 2020). Bedenklich aus Sicht
der Tiere sind die Zunahmen solcher für die Tiere extremen Tage (Abb. 2). Die Anzahl der
Hitzetage schwankte im Untersuchungszeitraum zwischen 0 und 13, wobei die höchsten Werte
in den letzten beiden Jahren ermittelt wurden. Für den ausgewerteten Zeitraum 01.05. - 30.09.
konnten 16 bis 53 Sommertage im Stall erfasst werden. Das entspricht z. B. für den bisherigen
Rekordsommer 2018 einem Anteil von 36 %.
Abbildung 2:
Anzahl Hitzetage (
30°C) und Sommertage (
25°C) in den Jahren 2003 bis 2019

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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Hohe Tagestemperaturen im Stall sind die eine Seite, aber wie sieht es mit der Möglichkeit einer
Abkühlung in der Nacht aus? Sogenannte Tropennächte, wie sie in der Klimaforschung mit
Minimaltemperaturen in der Nacht
20 °C beschrieben werden (DWD, 2020), traten im
genannten Zeitraum in acht Jahren maximal neun Mal auf und stellen damit die Ausnahme dar.
Kritischer ist dagegen die Anzahl Tage zu sehen, an denen die Minimaltemperatur nicht unter
12 °C fiel, d. h. sich gar nicht in der Temperaturkomfortzone befand und die Tiere kaum die
Möglichkeit hatten, sich von den hohen Tagestemperaturen zu erholen. Abbildung 3 verdeutlicht
dies eindrucksvoll. Werte zwischen 77 (50 %) und 128 (84 %) Tage besagen, dass es z. B. in den
Jahren 2016, 2017 und 2018 jeweils insgesamt 128, 123 bzw. 126 Tage gab, an denen die
Temperatur im Stall zu keiner Stunde unter 12 °C lag. Dies ist im Sommer nicht ungewöhnlich,
aber die steigende Anzahl solcher Tage und die in den vergangenen Jahren erheblich
angestiegene Milchleistung der Tiere und ihre damit verschobene Wohlfühltemperatur nach unten
sind konträr und stellen ein zunehmendes Problem dar. Treten solche Tage vermehrt
hintereinander auf, ist die Belastung für die Tiere noch größer und Leistungsdepressionen sind
nicht auszuschließen. Im Durchschnitt gab es an fast 70 % der Tage (106 Tage) in den Monaten
Mai bis einschließlich September in den untersuchten Jahren keine Stalltemperaturen unter
12 °C.
Abbildung 3:
Anzahl Tage mit minimalen Stalltemperaturen > 12 °C in den Monaten Mai bis
September in den Jahren 2003 bis 2019
Exemplarisch wird in Abbildung 4 für das Jahr 2016 der Zeitraum 01.05. - 30.09. veranschaulicht,
wobei für jeden Tag die Anzahl Stunden in den einzelnen Temperaturbereichen summiert wurde.
Die blauen Bereiche zeigen den Anteil Temperaturen an, der im Wohlfühlbereich liegt und den
Tieren keine Probleme bereitet. Die gelben und roten Bereiche befinden sich oberhalb dieser
optimalen Temperaturzone, wobei in den roten Bereichen bereits mit Leistungseinbußen durch
einen Rückgang der Futteraufnahme zu rechnen ist. Unverkennbar wird das Verhältnis von
kühleren und wärmeren Temperaturbereichen aufgezeigt, wobei die warmen Temperaturen ganz
eindeutig überwiegen. Gut erkennbar sind auch die einzelnen Wärmeperioden (≥22 °C) von bis
zu 13 Tagen am Stück. Dies zeigt einmal mehr, unter welchem „Druck“ hochleistende Milchrinder
stehen.

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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Abbildung 4:
Temperaturverteilung Sommer 2016
Eine weitere Möglichkeit der Einschätzung eines Temperaturgeschehens ist die Bildung von
Temperatursummen. Ursprünglich wird dieser Paramater in der Agrarmeteorologie verwendet
und kennzeichnet die Wärmesumme über einen definierten Zeitraum, um Aussagen über den
Vegetationsbeginn bzw. über phänologische Phasen oder Vorhersagen zu erhalten (DWD, 2020).
Temperatursummen sind statistische Kenngrößen und dienen zur thermischen Charakterisierung
einer Station oder eines Raumes (ANONYM, 2020).
Die Anwendung der Temperatursumme zur Beurteilung des Temperaturgeschehens im Stall
wurde vom Autor ausgewählt, da durch die Summierung der Temperaturstundenwerte eines
Tages oder längerer Zeiträume Aussagen über die „Wärmemengen“ möglich sind, die über einen
definierten Zeitraum auf den Organismus Milchrind einwirken.
Für die vorliegende Auswertung wurden die Temperatursummen der Stundenwerte für einen
Zeitraum von drei Tagen gebildet (3-Tagestemperatursumme), ursächlich, um den Einfluss der
Temperaturen auf die Milchleistung zu generieren. Diese Temperatursumme vereint das Niveau
der Temperaturen und deren Dauer, so dass konkrete Angaben zur Intensität der
Wärmebelastung von Milchrindern über einen Zeitraum von drei Tagen möglich sind
.
So zeigen
3-Tagestemperatursummen von 1.000 °C, dass über einen Zeitraum von drei Tagen im
Durchschnitt 13,9 °C im Stall herrschten. Mit dieser „Wärmemenge“ würde sich eine laktierende
25
l-Kuh
theoretisch
schon
am
Rande
ihres
Behaglichkeitsbereiches
befinden.
Tagesschwankungen können mit diesem Parameter zwar nicht abgebildet werden, aber ein
Vergleich der 3-Tagestemperatursummen in den einzelnen Jahren kann Aussagen zu
Veränderungen hinsichtlich Höhe und Dauer von diesen thermischen Ereignissen beschreiben.
In den Jahren 2003 bis 2019 konnten Anteile der 3-Tagestemperatursummen im Bereich bis
1.000 °C (x
̅
13,9 °C) von 5 bis 29 % ermittelt werden (Abb. 5). Im Umkehrschluss kann festgestellt
werden, dass im Durchschnitt 84 % (71…95 %) der 3-Tagestemperatursummen höher als
1.000 °C lagen. In diesen Zeiträumen ist die Intensität der Wärmebelastung z. B. für eine 25 l-
Kuh zu hoch, da sie ihre überschüssige Wärme nur sehr schwer an die Umgebung im Stall
abgeben kann. Die Trendlinie für die Variante 3-Tagestemperatursumme > 1.000 °C zeigt trotz

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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Schwankungen über die ausgewerteten Jahre mit einem R
2
von 0,3189 eine Zunahme dieser
hohen Temperatursummen. Hohe „Wärmemengen“ über mehrere Tage stellen insbesondere für
hochleistende Milchrinder eine thermische Belastung dar, die sie allein mit ihren Mechanismen
der Thermoregulation nicht mehr bewältigen können.
Abbildung 5:
Anteil 3-Tagestemperatursumme
1.000 °C und > 1.000 °C für den Zeitraum
01.05. - 30.09. für die Jahre 2003 bis 2019
Fazit
Der Trend aller ausgewerteten Temperaturparameter ist vergleichbar. Auch wenn es
Schwankungen zwischen den einzelnen Jahren gibt, so sind doch die Abweichungen vom
langjährigen Mittelwert meist oberhalb des Mittelwertes und zeigen damit in den zurückliegenden
Jahren einen klaren Aufwärtstrend der Temperaturen. Das sind Fakten, auf die reagiert werden
muss, zumal sich der ausgewertete Stall in einer vergleichsweise günstigen küstennahen Lage
befand. Vielerorts gestalten sich die Temperaturverhältnisse in den Ställen noch drastischer. Die
meisten Auswertungen bezogen sich auf Tiere mit einer täglichen Milchleistung von ca. 25 l. Für
höher leistende Milchkühe gestalten sich viele Bedingungen als schwieriger und diese gilt es
durch geeignete Maßnahmen zu verbessern.
Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, um die Tiere bei ihrer Thermoregulation zu unterstützen
und somit mit den meist unvermeidlichen Temperaturgeschehen im Stall fertig zu werden.
Angefangen bei baulichen Lösungen bis hin zu technischen Möglichkeiten mittels Ventilatoren
und Wasserkühlung kann aber auch über das Management Einfluss auf die bestehenden
Bedingungen der Haltungsumwelt der Tiere genommen werden. Die Unterschiede in den
Leistungen der Tiere bedingen z. B. unterschiedlich klimatisierte Bereiche.
Sowohl aus tierschutzrelevanten als auch aus wirtschaftlichen Gründen sollte alles getan werden,
um Hitzestress für die Tiere zu minimieren, das Wohlbefinden zu steigern und damit letztendlich
einen Leistungsrückgang zu vermeiden.

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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Literatur
Anonym (2020):
https://www.spektrum.de/lexikon/geographie/temperatursumme/7999
DWD (2017): Klimavorhersagen und Klimaprojektionen; Deutscher Wetterdienst, Offenbach am
Main
DWD (2018): Klimareport MV 2018; Deutscher Wetterdienst, Offenbach am Main
DWD (2020):
https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html?lv2=102248&lv3=102522
Tober, O.; Hansen, C. (2019): Untersuchungen zur Abhängigkeit der Vormagentemperatur von
der Stalltemperatur bei laktierenden Kühen in einem frei gelüfteten Stall, 14. Tagung Bau,
Technik und Umwelt in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung, Bonn

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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Abhängigkeit der Vormagentemperatur von der
Stalltemperatur bei laktierenden Kühen in einem frei
gelüfteten Stall
Olaf Tober, Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei MV, Institut für
Tierproduktion
Einleitung und Zielstellung
Moderne Milchviehrassen geraten aufgrund ihres hohen Stoffumsatzes auch unter einheimischen
Klimabedingungen immer häufiger unter Wärmebelastung. Als Optimalbereich für Milchkühe
werden von verschiedenen Autoren unterschiedliche Angaben gemacht. BIANCA (1968 und
1971) gibt hier Temperaturen zwischen 0 °C und 16 °C an. In der hiesigen Beratung wird am
häufigsten der Bereich von 4 °C bis 16 °C laut DLG-Merkblatt 336 (2005) angegeben. Allerdings
gehen diese Werte auf KOLLER und SÜSS (1984) zurück. Bei diesen Temperaturen sollen sich
die Tiere wohl fühlen und nahezu keine zusätzliche metabolische Energie aufwenden müssen,
um ihre Körpertemperatur stabil zu halten.
Die zugrundeliegenden Quellen dieser Angaben zum Optimal- oder Komfortbereich der
Umgebungstemperatur für Milchkühe sind also schon mindestens 35 Jahre alt. Der Bereich der
optimalen Umgebungstemperatur wird aber von vielen Faktoren beeinflusst, von denen die
Milchleistung nur einer, aber ein sehr wesentlicher ist. Wird die jährliche Milcherzeugung im
Durchschnitt der Bundesrepublik betrachtet, so ist diese zwischen 1980 und 2018 von 4.553
kg/Kuh (nur alte Bundesländer; MEYN, 2005) auf 8.843 kg/Kuh (DLQ, 2018) gestiegen. Das
entspricht in etwa einer Steigerung der durchschnittlichen Tagesleistung von 15 kg/Kuh auf 29
kg/Kuh. Allein diese Leistungssteigerung in den vergangenen 38 Jahren lässt daran zweifeln,
dass der o.g. thermische Optimalbereich für Milchkühe in dieser Form heute noch seine Gültigkeit
besitzt.
Rinder und hier insbesondere Milchrinder sind sehr kältetolerant, aber nur relativ wenig durch
Wärme belastbar. Es ist auch allgemein bekannt, dass unsere modernen Milchviehrassen unter
einheimischen Klimabedingungen unter eine solche Wärmebelastung geraten. Aber warum ist
das so und warum scheint dieses Problem in den letzten Jahren sehr an Bedeutung zu gewinnen?
Zum einen hat dies mit der Klimaerwärmung und der Zunahme von Wetterextremen wie z. B.
Hitzeperioden zu tun. Zum anderen hängt es aber hauptsächlich mit der rasanten
Leistungsentwicklung der Milchrinder in den vergangenen Jahren und Jahrzehnten zusammen.
Frühere Untersuchungen zur Aktivität und zum Liegen von Milchkühen zeigen, dass die Tiere mit
deutlichen Verhaltensänderungen auf unterschiedliche Temperaturen reagieren. Allerdings gibt
es kaum Anhaltspunkte, nach denen aus der Intensität der Verhaltensanpassung auf die
Intensität der Belastung geschlossen werden könnte (TOBER et al., 2012; TOBER und LOEBSIN,
2013). Die durchgeführten Untersuchungen zur Vormagen- respektive Körpertemperatur sollen
Antworten auf diese Frage geben und ab welchen Stallklimabedingungen der Tierhalter seine
Kühe durch geeignete Maßnahmen in der Thermoregulation unterstützen sollte.
Literaturbetrachtung
In der Literatur werden keine einheitlichen Angaben gemacht, ab wann Kühe Hitze als Stress
empfinden. Das hat seine Ursache vor allem darin, dass diese Temperaturgrenze von vielen
Faktoren abhängt und die in der Vergangenheit durchgeführten Untersuchungen unterschiedliche
Parameter nutzten, um den Beginn von Hitzestress zu definieren. Ältere Untersuchungen von
BERMAN et al. (1985) verwendeten hierfür neben anderen Merkmalen die Rektaltemperatur.
Umgebungstemperaturen zwischen 10 °C und 24 °C beeinflussten dabei die Körpertemperatur
nicht. Gleichzeitig hatte die Milchleistung bei Kühen mit hoher Leistung einen signifikanten

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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Einfluss auf die Körpertemperatur. Ab Umgebungstemperaturen von 26 °C stieg die
Körpertemperatur bei allen Kühen abhängig von der Umgebungstemperatur, wobei höhere
Milchleistung zu einem größeren Anstieg führte. Eine verstärkte Belüftung bremste den Anstieg
der Körpertemperatur.
Grundsätzliche Prinzipien der Thermoregulation bei homoiothermen Tieren (Abb. 1) wurden
zuerst von BIANCA (1968) in einem Thermoneutralzonenkonzept beschrieben, welches später
von SILANIKOVE (2000) erweitert bzw. präzisiert wurde. Die thermoneutrale Zone wird durch die
obere und untere kritische Temperatur begrenzt. Innerhalb dieser Zone müssen homoiotherme
Organismen im Allgemeinen und Rinder im Speziellen keine zusätzliche Energie aufwenden, um
die Körpertemperatur konstant zu halten. Wärmeproduktion und -abgabe befinden sich im
annähernden Gleichgewicht. Einzige physiologische Reaktionen in Richtung der unteren
kritischen Temperatur bestehen in der Verengung der hautnahen Blutgefäße (Vasokonstriktion)
und im Auftreten der sogenannten Gänsehaut (Piloerektion), um die Wärmeabgabe zu verringern.
In Richtung der oberen kritischen Temperatur kommt es zur Erweiterung der Blutgefäße
(Vasodilatation), um die Wärmeabgabe zu beschleunigen. Das sind Prozesse, für die kaum
Energie aufgewendet werden muss. Innerhalb der thermoneutralen Zone liegt die Optimal- oder
Komfortzone. Das ist der Bereich, in dem weder Kälte noch Wärme empfunden wird, weshalb er
auch häufig als Wohlfühlbereich bezeichnet wird.
Abbildung 1:
Zonen und Temperaturen bei der Thermoregulation
(Thermoneutralzonenkonzept)
Quelle: BIANCA, 1968; SILANIKOVE, 2000 (geändert)
Wird die untere kritische Temperatur unterschritten, beginnt das Tier zusätzliche metabolische
Energie für die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur aufzuwenden. Es kommt zum
Kältezittern, um durch Muskelarbeit Wärme zu erzeugen. Bei Überschreiten der oberen kritischen
Temperatur steht den Kühen eine ganze Reihe Anpassungsmechanismen zur Verfügung. Das
reicht von der Verringerung der Futteraufnahme, um die körpereigene Wärmeproduktion zu
reduzieren, dem Erhöhen der Wasseraufnahme, dem Schwitzen und dem Ansteigen der
Atemfrequenz bis hin zum Hecheln. Schwitzen und Atemfrequenzerhöhung dienen dabei der
aktiven evaporativen Kühlung. Dies können die Tiere noch durch das Aufsuchen kühlerer
Stallbereiche unterstützen oder durch vermehrtes Stehen, um die maximale Körperfläche für die
Verdunstungskühlung nutzen zu können.

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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SILANIKOVE (2000) beschreibt in seinem Konzept, dass ein Rind bei Wärmebelastung am
oberen Ende der thermoneutralen Zone im von ihm als Stadium 3 bezeichneten Bereich versucht,
seine endogene Wärmeproduktion durch Verringerung der Aktivität und der Futteraufnahme
einzuschränken, denn ab hier kann es die entstehende Eigenwärme nicht mehr dauerhaft und in
vollem Umfang abführen. Ist eine vollständige Adaptation durch Verhaltensanpassungen nicht
mehr möglich, so folgt daraus ein Anstieg der Körperkerntemperatur. Aus diesen Feststellungen
lassen sich mehrere Schlussfolgerungen ableiten. Beginnt die Körpertemperatur aufgrund zu
hoher Umgebungstemperatur anzusteigen, ist die obere kritische Temperatur überschritten.
Dabei muss davon ausgegangen werden, dass das ethologische und physiologische
Adaptationsvermögen der Tiere an seine Grenzen stößt. Des Weiteren kommt es dabei zu einer
verringerten Futteraufnahme und damit zu verminderter Leistungsbereitschaft. Letztendlich dürfte
die Gesamtsituation dazu führen, dass das Wohlbefinden der Tiere beeinträchtigt ist, der
Komfortbereich der thermischen Umgebungsbedingungen also verlassen wurde. ARMSTRONG
et al. (1993) stellen fest, dass, wenn die effektive Umgebungstemperatur die thermoneutrale Zone
überschreitet, die Kühe Wärmebelastung erfahren (zit. bei ZIMBELMAN und COLLIER, 2011).
Die thermoneutrale Zone eines jeden Individuums wird von vielen Faktoren beeinflusst, von
denen die Leistung nur einer, aber ein sehr wesentlicher ist. Es wurde berechnet, dass sich die
untere kritische Temperatur einer Milchkuh je 10 kg erzeugte Milch pro Tag um 8 Kelvin verändert.
So beträgt sie für eine Kuh, die 20 kg Milch pro Tag erzeugt, -16 °C und für eine Kuh, die 40 kg
Milch pro Tag erzeugt, -32 °C (KRAMER et al., 1999), was die hohe Kältetoleranz der Milchrinder
unterstreicht. BERMAN und MELTZER (1973) berechneten, dass sich die obere kritische
Temperatur einer Milchkuh je 10 kg erzeugte Milch pro Tag um etwa 4 Kelvin verändert. Bei einer
Leistung von 20 kg/d liegt demnach die obere kritische Temperatur bei 16 °C und bei 40 kg/d nur
noch bei 8 °C.
Tabelle 1:
Hitzestress bei Milchrindern in Abhängigkeit des THI
Quelle: ZIMBELMAN und COLLIER, 2011 (geändert)
Um Hitzestress bei Milchrindern zu beschreiben, wird häufig auf die Werte aus Tab.1 zurück-
gegriffen. Dabei stellt der THI (Temperature-Humidity-Index) eine Möglichkeit dar, die Wirkung
der Luftfeuchte beim thermischen Empfinden einer bestimmten Lufttemperatur mit zu
berücksichtigen. Die Zuordnung der THI-Klassen zu den verschiedenen Stressniveaus für
Milchrinder (Tab.1) wurde letztmalig vor etwa 10 Jahren aktualisiert (ZIMBELMAN et al., 2009;
ZIMBELMAN und COLLIER, 2011). Dabei wird die Verwendung der THI-Werte für Rinder
verschiedentlich kritisch betrachtet (COLLIER und ZIMBELMAN, 2007; GEISCHEDER, 2017),
weil der ursprünglich für den humanen Bereich entwickelte Index (THOM, 1958) von BERRY et
al. (1964) für Milchvieh adaptiert wurde. Die Datengrundlage beruhte dabei auf einer
retrospektiven Analyse von Studien, die an der Universität von Missouri in den 1950er und frühen
1960er Jahren an insgesamt 56 Kühen durchgeführt wurden. Die Durchschnittsleistung der dabei
THI
Stressniveau
entspricht einer Lufttemperatur bei einer
rel. Luftfeuchte von
40 %
70 %
<68
kein Hitzestress
<23 °C
<22 °C
68 - 71
milder Hitzestress
23 °C - 25 °C
22 °C - 23 °C
72 - 79
mäßiger Hitzestress
26 °C - 32 °C
24°C - 28 °C
80 - 89
starker Hitzestress
33 °C - 40 °C
29 °C - 35 °C
≥90
Lebensgefahr
>40 °C
>35 °C

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
14
involvierten Tiere betrug 15,5 kg/Tag (2,7 bis 31,8 kg/Tag). Dagegen liegt die durchschnittliche
Leistung heutiger Kühe bei 30 bis 40 kg/Tag, wobei viele Kühe zu Spitzenlaktationszeiten über
50 kg Milch pro Tag produzieren. Eine Steigerung der Milchleistung erhöht die Empfindlichkeit
von Rindern gegenüber thermischem Stress und senkt die Temperaturschwelle, bei der
Hitzestress und Milchverluste auftreten (BERMAN, 2005). Die Aussage von COLLIER und
ZIMBELMAN (2007), dass die THI-Vorhersagen zu Umweltauswirkungen auf die Milchleistung
das Ausmaß der thermischen Belastung für (damals) aktuelle Holstein-Rinder unterschätzen,
kann bei der Leistungsentwicklung der vergangenen Jahre durchaus erneuert getroffen werden.
ZIMBELMAN und COLLIER (2011) ermittelten bei Kühen, die über jeweils 24 Stunden einem
bestimmten durchschnittlichen THI ausgesetzt waren, den Einfluss auf deren Milchleistung. Ein
THI von 68 verringerte dabei die Milchleistung um 0,283 kg/Stunde, ein THI von 71 um 0,303
kg/Stunde und ein THI von 72 um 0,322 kg/Stunde. Außerdem wurde gezeigt, dass die
Milchausbeute linear abnimmt, wenn THI, Rektaltemperatur und Verdunstungswärmeabgabe
zunehmen.
Ein gutes Werkzeug für die Bestimmung thermischer Belastung stellt die Möglichkeit der
kontinuierlichen Erfassung der Körpertemperatur dar. Bei Rindern besitzen in diesem
Zusammenhang telemetrische Systeme, die mit Hilfe von Boli die Vormagentemperatur
aufzeichnen, ein großes Potential für ein nichtinvasives Monitoring der Körpertemperatur (SMALL
et al., 2008), wenngleich die Vormagen- und Körperkerntemperatur nicht identisch sind. Aufgrund
der wärmeproduzierenden Aktivität der Mikroorganismen im Pansen liegt die dort oder im
Vormagen gemessene Temperatur generell etwa 0,5 K über der Körperkerntemperatur (BITMAN
et al., 1984; HICKS et al., 2001; PRENDIVILLE et al., 2002). Es wurden aber starke (r=0,50;
BURNS et al., 2002 und r=0,56…0,73; BEWLEY et al., 2008) bis sehr starke Korrelationen
(r=0,92; SIEVERS et al., 2004) zwischen Vormagen- und Rektaltemperaturen gefunden.
Einem sehr starken Störeinfluss sind die Messwerte im Vormagen vor allem durch die
Wasseraufnahme ausgesetzt. Nahezu alle Autoren, die sich mit derartigen Messreihen
befassten, verwendeten verschiedene Grenzwerte für den Ausschluss solcher Messdaten, um
den thermischen Einfluss der Wasseraufnahme zu eliminieren:
Ausschluss aller Messdaten
< 37,2 °C (WADSWORTH, 2014)
37,7 °C (BOEHMER et al., 2009)
< 38,3 °C (LIANG et al., 2013)
< 37,8 °C (ROSE-DYE et al., 2011)
37,0 °C (VOß, 2016)
wenn zwischen zwei aufeinander folgenden Messwerten im Abstand von 15 min die
Temperaturdifferenz
T > 0,75 K ist bis zum Zeitpunkt, wenn der Ausgangswert –0,75 K
wieder erreicht ist, aber maximal 2,5 h. (GASTEINER et al., 2015)
Material und Methode
Die Untersuchungen fanden in der Milchviehherde eines Praxisbetriebes in Mecklenburg-
Vorpommern statt. Der Betrieb verfügte über eine Herde von etwa 480 Kühen der Rasse
Deutsche Holstein bei einer Jahresmilchleistung von rund 11.000 kg Milch/Tier. Die Tiere wurden
in einem frei gelüfteten Liegeboxen-Laufstall (Außenklimabedingungen) gehalten. Mithilfe von
Datenloggern wurden die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchte in Form von
Stundenmittelwerten erfasst.
Für die Erfassung der Vormagentemperaturen wurde das Messsystem Bella Ag (Bella Ag LLC,
300 East 16th Street Suite 305, Greeley, CO, 80631, United States) verwendet. Dabei handelte

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
15
es sich um ein Managementhilfsmittel aus der Rinderhaltung, welches aus folgenden
Komponenten bestand:
den Boli, die mit Hilfe eines handelsüblichen Eingebers im Vormagen (Retikulum) der Tiere
abgelegt wurden und die dortige Temperatur erfassen und zwischenspeichern,
einem Reader, der über dem Vorwartehof angebracht war und während jedes Melkvorganges
telemetrisch die Werte aus den Boli übernahm,
einem sogenannten Gateway, welches telemetrisch die Daten vom Reader übernahm und
per USB an den angeschlossenen PC übertrug,
einer Software, die eine Verarbeitung und Behandlung der Daten ermöglicht.
Die Messfrequenz war wählbar und wurde auf 15 Minuten eingestellt. Insgesamt wurden zwei
Durchgänge durchgeführt. Zunächst sind im August 2016 25 Milchkühe mit Boli ausgestattet
worden und nachdem sich gezeigt hatte, dass die gewünschten Messungen realisiert werden
konnten, wurden im August 2017 erneut 40 Tiere mit Boli bestückt.
Die gewonnenen Daten wurden regelmäßig aus der Bella AG-Software im csv-Format exportiert
und zur weiteren Verarbeitung in Microsoft Excel 2013 importiert. Es musste im ersten Durchgang
festgestellt werden, dass etwa 6 % der Daten einen Messabstand von weniger als 15 min
aufwiesen. Dabei waren jeweils zwei benachbarte Temperaturwerte immer identisch und die
Summe der beiden zugehörigen Messabstände ergab jeweils immer 15 min (z. B. 10 min und 5
min oder 12 min und 3 min, siehe Tab.2). Es handelte sich also um Doppelwerte, die durch einen
unbekannten Systemfehler entstanden. Diese Tatsache und dass die Vormagentemperatur als
Indikator für die Körpertemperatur verwendet werden sollte, machten die Entwicklung einer
Korrekturroutine der Rohdaten notwendig, bevor diese Messreihen einer weiteren Auswertung
unterzogen werden konnten. Dabei wurde wie folgt vorgegangen:
Entfernen der doppelten (Fehler-) Messwerte,
Entfernen aller Werte, die durch Wasser- oder Futteraufnahme beeinflusst waren nach
folgendem Algorithmus (in Anlehnung an Gasteiner et al., 2015): War die Differenz zweier
aufeinanderfolgender Messwerte >0,75 K, so wurden alle nachfolgenden Messwerte solange
entfernt, bis die Ausgangstemperatur ±0,75 K wieder erreicht war, maximal jedoch für drei
Stunden
Tabelle 2:
Beispielhafter Ausschnitt aus der Rohdatendatei mit Doppelwerten
Die so verbliebenen korrigierten Messdaten wurden zu Stundenmittelwerten zusammengefasst,
um sie den jeweiligen Stalltemperaturen (klassifiziert, in Einerschritten auf volle Zahlen gerundet)
gegenüberstellen zu können. In die Auswertungen wurden nur Tiere involviert, die gesund waren,
nicht trocken standen und pro Stalltemperaturklasse mindestens vier Messwerte der
Vormagentemperatur aufwiesen. Nach diesen Prämissen verblieben 31 auswertbare Tiere (7 aus
dem ersten Durchgang, 24 aus dem zweiten Durchgang) und die Stalltemperaturklassen von -
1 °C bis 26 °C. Diese Tiere wiesen folgende charakterisierende Merkmale auf (Spannweite in
Klammern):
Ear Tag
BolusID
Read Date
Read Time
Temp (°F)
Temp (°C)
157
12508541
10.09.2016
02:14:01
102,09
38,94
157
12508541
10.09.2016
02:26:01
102,09
38,94
157
12508541
10.09.2016
02:29:01
101,98
38,88
157
12508541
10.09.2016
02:41:01
101,98
38,88

image
Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
16
Messtage pro Tier:
x
̅
= 135 (62 … 239)
Messpunkte pro Tier:
x
̅
= 2.713 (1.238 … 4.896)
Milch/Tier und Tag (kg): x
̅
= 41,1 (7,5 … 66,4)
Laktation:
x
̅
= 3,2 (2 … 5)
Laktationstag:
x
̅
= 187 (4 … 415)
Aus den bereinigten Messdaten wurden mit einem gemischten Modell (proc. Mix, SAS 9.4) die
Schätzwerte (least squares means = LSM) der Vormagentemperatur in Abhängigkeit von den
Stalltemperaturklassen berechnet. In das Modell gingen die Effekte Stalltemperatur, Tageszeit
(Stunde), Saison, Haltungsgruppe, Laktation, Laktationstag und Milchleistung pro Tag ein.
Anschließend ist mit den so erhaltenen Daten mithilfe des Programms SegReg
(https://www.waterlog.info/segreg.htm)
eine segmentierte lineare Regression (Broken-Stick-Test)
berechnet worden, um so einen eventuell vorhandenen Strukturbruch identifizieren zu können.
Ergebnisse
In Abbildung 2 sind die LSM der korrigierten Vormagentemperaturen in Abhängigkeit von der
Stalltemperatur dargestellt. Bei Betrachtung der Wertekurve wird deutlich, dass die
Vormagentemperatur im Bereich von -1 °C bis etwa 7 °C Stalltemperatur verglichen mit dem
Bereich ab ca. 8 °C Stalltemperatur nahezu keinen Anstieg zeigt und damit keine Abhängigkeit
der beiden Parameter voneinander vermuten lässt. Ab etwa 8 °C Stalltemperatur ist aber ein
Anstieg der Vormagentemperatur mit zunehmender Stalltemperatur deutlich zu erkennen. Um
festzustellen, ob es in der vorliegenden Messreihe einen Bereich der Stalltemperatur gibt, ab dem
die Vormagentemperatur beginnt anzusteigen, wurde die Datenreihe mit der segmentierten
linearen Regression auf einen Strukturbruch untersucht. Dieser ließ sich zwischen 7 °C und 8 °C
Stalltemperatur nachweisen (Abb. 2).
Abbildung 2:
Mittlere korrigierte Vormagentemperaturen (LSM) in Abhängigkeit von der
Stalltemperatur

image
Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
17
Das bedeutet, ab hier begann eine Erhöhung der Vormagentemperatur infolge steigender
Umgebungstemperaturen. Die Regressionsgleichungen der Werte der Vormagentemperaturen
(y) für die beiden Bereiche der Stalltemperaturen (x) unterstreichen diese Feststellung und lauten
wie folgt:
Stalltemperatur von -1 °C bis 7 °C: y=0,001x+38,97 (R²=0,08)
Stalltemperatur von 8 °C bis 26 °C: y=0,019x+38,80 (R²=0,96)
Für den Zusammenhang zwischen Vormagentemperatur und Körpertemperatur sind starke
(BEWLEY et al., 2008) bis sehr starke Korrelationen (SIEVERS et al., 2004) nachgewiesen. Damit
kann davon ausgegangen werden, dass ein Monitoring der Vormagentemperatur nach
Bereinigung der Daten um Einflüsse durch Futter- und Wasseraufnahme als Basis zur
Beurteilung des Verlaufes der Körpertemperatur geeignet ist (SMALL et al., 2008).
Folgt man dem Thermoneutralzonenkonzept von SILANIKOVE (2000), so überschreitet ein Tier
die obere kritische Temperatur und verlässt damit die thermoneutrale Zone, wenn es nicht mehr
in der Lage ist, die endogene Wärme vollständig abzuführen und es dadurch zum Anstieg der
Körpertemperatur kommt. Dies ist in den vorgestellten Ergebnissen (Abb. 2) bereits ab 8 °C
Stalltemperatur der Fall.
Die direkt an den Tieren gewonnenen Ergebnisse bestätigen sehr gut die obere kritische
Temperatur von 8 °C für Milchkühe mit einer Leistung von 40 kg Milch pro Tag, wie sie von
BERMAN und MELTZER (1973) berechnet wurde. Diese Bestätigung und weitere Berechnungen
von BERMAN und MELTZER (1973), dass sich die obere kritische Temperatur bei Milchkühen
um jeweils 4 K je 10 kg tägliche Milchleistung verschiebt, lassen die Ableitung von
Optimalbereichen der Umgebungstemperatur für Milchkühe bei verschiedenen Leistungsniveaus
zu (Abb. 3). Ausgehend vom Alter der Quelle des Optimalbereiches von 4 °C bis 16 °C (DLG-
Merkblatt, 2005; KOLLER und SÜSS, 1984) ist dies für Kühe mit einer in den1980er Jahren
üblichen durchschnittlichen Leistung um etwa 15 kg Milch pro Tag zutreffend. Mit den gefundenen
Ergebnissen und den Literaturerkenntnissen lassen sich die in Abbildung 3 dargestellten
Optimalbereiche in Abhängigkeit von der Leistung ableiten. Dabei wird deutlich, dass es nur einen
Optimalbereich für eine ganze Herde nicht geben kann. Deshalb wäre es ideal, verschiedene
Leistungsgruppen in unterschiedlichen Stallarealen unterzubringen, die auch kühlungstechnisch
weitgehend unabhängig voneinander gemanagt werden können. Generell erscheinen bei dem
heutigen Leistungsniveau der Tiere Kühlungsmöglichkeiten in unseren Kuhställen als zwingend
erforderlich.
Abbildung 3:
Optimaler Temperaturbereich von Milchkühen in Abhängigkeit von deren
Leistung
Quelle: eigene Darstellung nach BERMAN und MELTZER, 1973 und DLG-Merkblatt, 2005 (geändert)

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
18
Für hochleistende Tiere sollte ab etwa 5 °C und für sonstige laktierende ab etwa 10 °C begonnen
werden, technische Kühlanlagen mit Teilleistung laufen zu lassen. Aber auch dort, wo (noch)
keine technischen Anlagen zur Kühlung der Tiere vorhanden sind, können die Kühe unterstützt
werden, indem in den Ställen ab etwa 5 °C (Frostfreiheit) die Jalousien der Seitenwände geöffnet
werden. Spätestens ab 10 °C sollte der Stall maximal geöffnet sein, wenn möglich auch ohne
Windbrechnetze.
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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
21
4
Atemfrequenz als Hitzestress-Parameter bei Milchkühen
und dessen automatische Erfassung durch einen neuen
Atemsensor
Gundula Hoffmann, Saskia Strutzke, Severino Pinto, Julia Heinicke, Sabrina Hempel,
Thomas Amon, Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) Potsdam
Einleitung
Untersuchungen der vergangenen Jahre haben bereits gezeigt, dass die Reaktionen der Tiere
auf klimatische Veränderungen von verschiedenen tierindividuellen Faktoren abhängig sind (z. B.
Milchleistung, Alter, Laktationsnummer der Tiere). Es wurde dabei deutlich, dass ihre
Individualität für die Einschätzung der Belastung von großer Bedeutung ist und dass
Verhaltensparameter (Liege- und Stehzeiten, Aktivität, Wiederkauen) sowie physiologische
Parameter (Atemfrequenz, Körpertemperatur) für die Beurteilung von Hitzestressbelastungen
herangezogen werden sollten. Die alleinige Analyse des Stallklimas mittels Temperatur-Feuchte-
Index (engl. temperature-humidity index, THI) ist hingegen nicht zielführend.
Der Klimawandel und hohe Milchleistungen lassen Kühe anfälliger für Hitzestress werden.
Hitzestress wiederum beeinflusst das Tierwohl, die Milchleistung und die Erkrankungsrate, was
zu ökonomischen Verlusten (z. B. Amerikanische Milchindustrie: durchschnittlich 897 Millionen $/
Jahr) führt (ST-PIERRE et al., 2003; FERRAZZA et al., 2017). Daher wurden in den letzten Jahren
zahlreiche Untersuchungen durchgeführt, um zu verstehen, wie sich Hitzestress physiologisch
und ethologisch bei Kühen äußert und welche Parameter am besten geeignet sind, diesen
frühzeitig und individuell zu erkennen. Folgende Parameter zeigten demnach Abweichungen
unter Hitzestress: Erhöhung der Körpertemperatur (sowohl rektal, vaginal als auch im Pansen),
der Atemfrequenz, Herzfrequenz, Wasseraufnahme sowie eine Reduktion der Futteraufnahme
und Wiederkautätigkeit (BURFEIND et al., 2012; LIANG et al., 2013; SORIANI et al., 2013;
AMMER et al., 2016; REJEB et al., 2016; GARNER et al., 2017; PINTO et al., 2019a; PINTO et
al., 2019b; MÜSCHNER-SIEMENS et al., 2020). Die tägliche Liegedauer der Kühe nimmt bei
steigendem THI signifikant ab, dementsprechend erhöht sich die durchschnittliche Stehzeit pro
Tag (COOK et al., 2007; HEINICKE et al., 2018; HEINICKE et al., 2019). Die Leistungsmerkmale
der Milchkühe werden ebenfalls erheblich durch die Wärmebelastung beeinflusst. Es kommt zu
einer Reduktion der Milchmenge (ca. 2,4 kg weniger Milch pro Tier und zusätzlichem Tag mit
moderatem Hitzestress) und Beeinflussung der Milchinhaltsstoffe (CINCOVIĆ et al., 2011;
BRÜGEMANN et al., 2012; REJEB et al., 2016; GARNER et al., 2017; HEMPEL et al., 2019)
sowie zu einer verminderten Reproduktionsleistung (SCHÜLLER et al., 2014; GERNAND et al.,
2019).
Eigene Untersuchungen (PINTO et al., 2019a; PINTO et al., 2019b; PINTO et al., 2020) und
Literaturrecherchen (HERBUT et al., 2019; HOFFMANN et al., 2019) haben gezeigt, dass vor
allem die Atemfrequenz bei Milchkühen ein sehr sensitiver Parameter zur frühzeitigen Erkennung
von Hitzestress ist. Die gängige Methode zur Bestimmung der Atemfrequenz von Rindern ist
dabei das visuelle Zählen der Flankenbewegungen pro Zeiteinheit (Atemzüge pro Minute).
Allerdings ist die visuelle Erfassung der Atemfrequenz sehr zeit- und arbeitsintensiv und führt
durch die notwendige Anwesenheit einer Person möglicherweise zu einer Beeinträchtigung der
Tiere und ihrer Atemfrequenz. Bereits bestehende Systeme zur Messung der Atemfrequenz
erwiesen sich bisher nicht als ausreichend zuverlässig, um die wissenschaftlichen
Fragestellungen zu beantworten. Beispielsweise wurde von EIGENBERG et al. (2000) ein Sensor
(Respiratory Effort Transducer, BIOPAC Systems Inc., Goleta, USA) an Kühen getestet, der
ursprünglich für Menschen entwickelt wurde. Dieser Sensor wird an einem Gurt um den Brustkorb
der Kühe angebracht und misst die Bewegungen von Brust- und Bauchwand. Der Nachteil dieser
Methode ist jedoch das mögliche Verrutschen des Gurts sowie die potentielle Zerstörbarkeit

image
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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
22
durch andere Tiere. Eine berührungslose Methode mittels Laser-Distanzmesser, die von
PASTELL et al. (2007) entwickelt wurde, wäre somit von Vorteil, kann aber nur an bestimmten
Orten (beispielsweise Melkroboter) installiert werden, sodass keine kontinuierliche Messung der
Atemfrequenzmessung möglich ist. Daher wurde am Leibniz-Institut für Agrartechnik und
Bioökonomie e.V. (ATB) in Potsdam ein Sensor zur automatischen und kontinuierlichen
Erfassung der Atemfrequenz für Kühe entwickelt und validiert (STRUTZKE et al., 2019).
Atemfrequenzsensor für Rinder
Der Sensor zur kontinuierlichen Aufzeichnung der Atemfrequenz besteht aus einem
Druckdifferenzsensor, einem Mikrocontroller und einer Software zur Datenanalyse. Der
Atemfrequenzsensor wird an einem Halfter befestigt und ein flexibler Silikonschlauch verbindet
einen Anschluss des Drucksensors mit dem Nasenloch auf der gegenüberliegenden Seite
(Abb. 1).
Der Silikonschlauch ragt ca. 10 cm in die
Nasenhöhle hinein. Der zweite Anschluss
des Sensors bleibt offen und ist daher dem
Umgebungsdruck ausgesetzt. Über einen
flexiblen Silikonschlauch wird der nasale
Ausatmungsdruck an den Drucksensor über-
tragen und der Mikrocontroller wandelt das
vom
Drucksensor
eingehende
analoge
Signal in ein digitales Signal um. Die Druck-
differenz nimmt mit der Strömungsge-
schwindigkeit zu; somit steigt der Druck
(mbar) während der Ausatmung an, was
durch einen Anstieg in der Atemkurve
gekennzeichnet ist. Zu Beginn der Einatmung nimmt der Druck am Sensor ab, was zu einem
Abfall der Atemkurve führt (Abb. 2). Die Übertragung der Daten zu einem Server erfolgt über ein
Wireless Local Area Network (WLAN). Der Atemfrequenzsensor hat ein Gesamtgewicht von 45 g
und erhält seine Energie durch eine Power Bank (Kapazität 2600 mAh) mit einem Gewicht von
60 g. Die Abmessungen des Sensors mit dem Mikrocontroller betragen 46 × 15 × 25 mm (l × b × h).
Abbildung 2:
Mittels Atemsensor gemessene Druckdifferenz. Der durch die Ausatmung auf
den Sensor ausgelöste Druck führt zu einem Anstieg der Datenkurve und der
durch die Einatmung ausgelöste Unterdruck führt zu einem Abfall der Kurve.
Die Validierung des Sensors erfolgte an zwei Tagen im Januar 2018 mit sechs laktierenden
Deutsche Holstein Kühen der Lehr- und Versuchsanstalt für Tierzucht und Tierhaltung e.V.
(LVAT) in Groß Kreutz (Brandenburg). Das Landesamt für Arbeitsschutz, Verbraucherschutz und
Gesundheit (LAVG Brandenburg) hat dieser experimentellen Studie (Nr. 2340-1-2018) zuvor
zugestimmt. Bei 5 Kühen wurde die Atemfrequenz über einen Zeitraum von 10 Stunden (8:00 bis
18:00 Uhr) aufgezeichnet und bei einer Kuh über 24 Stunden (8:00 bis 8:00 Uhr des Folgetages).
Abbildung 1:
Kuh mit einem Atemfrequenzsensor

image
Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
23
Die Kühe wurden in einem freigelüfteten Liegeboxen-Laufstall mit überwiegend planbefestigten
Laufflächen und 51 Liegeboxen gehalten. Die sechs ausgewählten Kühe unterschieden sich in
Alter, Milchleistung und Laktationsnummer (drei Tiere in zweiter Laktation und jeweils ein Tier in
erster, vierter und fünfter Laktation). Dadurch wurde zugleich untersucht, ob der Atemsensor für
unterschiedlich große Tiere geeignet ist. Während der Versuche konnten sich die Kühe frei im
Stall bewegen und hatten Wasser und Futter (Totale Mischration) frei zugänglich. Lediglich zur
Anbringung der Halfter und der Sensortechnik sowie zum Austausch der Power Banks nach
jeweils sechs Stunden fand eine Fixierung (ca. 10-30 Minuten, Selbstfangfressgitter) der Tiere
statt. Alle Tiere hatten sich schnell an den angebrachten Sensor gewöhnt und das Tragen eines
Halfters war ihnen bereits vertraut. Die Atemfrequenz wurde über den gesamten
Versuchszeitraum von 10 bzw. 24 Stunden kontinuierlich aufgezeichnet, wobei lediglich der
Wechsel der Power Banks zu kurzen Unterbrechungen (< 1 Minute) führte.
Zur Validierung des Atemsensors wurden von den Kühen Videoaufzeichnungen (Samsung
Galaxy Note 10.1, Seoul, Südkorea) gemacht, auf denen die Flankenbewegungen zu sehen
waren. Es wurde darauf geachtet, dass sich die Kühe während der Aufzeichnung ruhig verhielten
und ungestört waren. Folgende Verhaltensweisen wurden dabei von jedem Tier, jeweils zwei- bis
dreimal für ca. 5 Minuten gefilmt: Liegen (in einer Liegebox, Kuh beobachtet aktiv die Umgebung,
mit und ohne Wiederkauen), Dösen (in einer Liegebox, liegende Position, dösend mit halb
geschlossenen Augen, ohne Wiederkauen), Stehen (im Gang oder in der Liegebox, mit oder ohne
Wiederkauen). Eine rote LED-Lampe am Sensor zeigte dabei jeweils den Beginn einer Minute
an, wobei zeitgleich ein Marker in der Aufzeichnung der Atemfrequenz erzeugt wurde.
Anschließend wurde die Atemfrequenz, unabhängig voneinander, auf den Videos und den
zeitgleich erzeugten Sensoraufzeichnungen für den Zeitraum einer Minute visuell ausgezählt.
Der Vergleich der zwei Methoden (Zählung der Flankenbewegung und der sensorisch erfassten
Atmungspeaks) erfolgte durch Bland-Altman Plots (BLAND und ALTMAN, 1999). Sie zeigen die
Differenz zwischen den beiden gepaarten Messungen (y-Achse) und den Mittelwert der
Sensordaten und der visuellen Zähldaten (x-Achse) (Abb. 3). Die horizontale Linie
veranschaulicht die mittlere Differenz mit dem darüber liegenden 95 %-Vertrauensintervall
(gepunktete Linie).
Abbildung 3:
Differenz zwischen der Atemfrequenz während des Liegens (a), des Dösens (b)
und des Stehens (c), gezählt durch den Atemsensor und die visuelle
Beobachtung im Vergleich zum Mittelwert beider Methoden. Die Daten (jeweils
in Atemfrequenz/min.) repräsentieren Aufnahmen von jeweils 1 Minute (95 %
Konfidenzintervall von a: -1,35 bis 0,95; b: -1,39 bis 1,86; c: -2,01 bis -0,78;
mittlere Differenz von a: -0,2; von b: 0,23: von c: -1,4).
Die Ergebnisse zeigen eine homogene und normale Verteilung der Differenzen während des
Liegens und Dösens (Abb. 3a, b). Die mittlere Differenz von -0,2 im Liegen zeigte, dass der

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
24
Sensor 0,2 Atemzüge pro Minute mehr zählte als die visuelle Zählung. Das Konfidenzintervall (KI,
95 %) der mittleren Differenz betrug -1,35 und 0,95 Atemzüge pro Minute (P=0,71). Die mittlere
Differenz von 0,2 während des Dösens zeigte, dass der Sensor 0,2 Atemzüge pro Minute weniger
zählte als die visuelle Zählung. Das KI der mittleren Differenz betrug -1,39 und 1,86 Atemzüge
pro Minute (P=0,76). Die Auswertung für das Liegen und Dösen zeigte somit keinen signifikanten
Unterschied zwischen der automatischen und der visuellen Zählmethode. Beim Stehen (Abb. 3c)
waren die Differenzen hingegen nicht homogen und nicht normalverteilt. Die Unterschiede stellen
eine starke einseitige Verschiebung dar. Die mittlere Differenz von -1,4 im Stehen zeigte, dass
der Sensor 1,4 Atemzüge mehr pro Minute zählte als die visuelle Zählung. Das KI der mittleren
Differenz betrug -2,01 und -0,79 Atemzüge pro Minute (P < 0,0001). Die Ergebnisse im Stehen
zeigten einen signifikanten Unterschied zwischen der automatischen und der visuellen Zählung.
Hierbei ist jedoch die einseitige Verschiebung der Unterschiede zu berücksichtigen. Dies liegt
wahrscheinlich an der flachen Atmung oder an der schwierigen Zählbarkeit aufgrund kurzfristiger
Bewegungen der Tiere, was zu einer Verringerung der gezählten Atemzüge geführt haben
könnte. Bei wiederholter Analyse der Videoaufnahmen oder direkter Beobachtung neben den
Tieren konnten diese fehlenden Atemzüge identifiziert werden. Daher scheint der Sensor im
Vergleich zur visuellen Zählung die zuverlässigere Methode zu sein, da der Sensor in der
Nasenhöhle positioniert wird, wo der Drucksensor tatsächlich die Ein- und Ausatmung der Luft
misst. Fehlinterpretationen bei der Zählung der Atemfrequenz, z. B. durch Bewegungen oder sehr
flache Atmung, können vermieden und Fehlerquellen, z. B. durch ungeschulte Beobachter,
reduziert werden. Dies ist ein Vorteil im Gegensatz zu früheren Studien, bei denen zur Erfassung
der Atemfrequenz die Bauchbewegung per Brustgurt (EIGENBERG et al., 2000) oder Laser
(PASTELL et al., 2007) gemessen wurde. Weitere Untersuchungen sind jedoch notwendig, um
einerseits den Sensor noch zu verbessern (Laufzeit der Batterien, Befestigung des Sensors am
Tier) und andererseits, um die Beziehung zwischen der Stressbelastung und der Atemfrequenz
zu untersuchen. Geplant sind insbesondere Studien zu Hitzestress, da frühere Untersuchungen
bereits darauf hingewiesen haben, dass die Atemfrequenz bei hitzebelasteten Kühen zunimmt,
aber bisher nicht bekannt ist, ab welcher Atemfrequenz tatsächlich Hitzestress vorliegt.
Beeinflussung der Atemfrequenz durch klimatische Parameter
Bereits vor der Entwicklung des Atemsensors fanden am ATB eigene Untersuchungen zum
Einfluss des Stallklimas auf die Atemfrequenz der Tiere statt. Die Versuche dazu fanden ebenfalls
an der LVAT in Groß Kreutz (Brandenburg) statt. Die Kühe der Versuchsgruppe
(Hochleistungskühe, Milchleistung mind. 30 kg / Tag) wurden in einem freigelüfteten Liegeboxen-
Laufstall gehalten und durch ein automatisches Melksystem (Lely Astronaut A4, Maassluis,
Niederlande) gemolken. Die durchschnittliche Herdengröße lag bei 50 Milchkühen, denen
insgesamt eine Fläche von 686 m² (13,7 m² pro Kuh) zur Verfügung stand. Die
Umgebungstemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit der Luft wurden alle 5 Minuten mit acht
Datenloggern (EasyLog USB 2+, Lascar Electronics Inc., Whiteparish, UK), die 3,4 m über dem
Boden im Stall positioniert waren, aufgezeichnet. Basierend auf diesen Werten wurde der THI
nach NRC (1971) wie folgt berechnet:
= 1,8 ∗
+ 32 − 0,55 − 0,0055 ∗
∗ 1,8 ∗
−26
,
wobei T die Lufttemperatur (in °C) und RH die relative Luftfeuchtigkeit (in %) ist.
Der THI wurde in folgende Kategorien eingeteilt: THI < 68 kein Hitzestress; 68
THI < 72 als
Stressschwelle (Übergang zum Hitzestress); 72
THI < 80 als leichter Hitzestress; 80
THI < 90
als mäßiger Stress und THI
90 als schwerer Stress (ARMSTRONG, 1994; ZIMBELMAN et al.,
2011). Die Atemfrequenz der Milchkühe wurde visuell erfasst. Dazu wurde die Anzahl der
Atemzüge für 30 Sekunden gezählt und anschließend verdoppelt, um die Atemfrequenz in der
gängigen Einheit Atemzüge pro Minute zu erfassen. Diese Zählungen wurden stündlich von 7 bis

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
25
15 Uhr durchgeführt. Gleichzeitig wurde dokumentiert, ob sich das Tier während der Messung in
einer liegenden oder stehenden Körperhaltung befand.
Die Ergebnisse der Untersuchungen haben gezeigt, dass die Interaktion zwischen der THI-
Kategorie und der Körperhaltung einen signifikanten Einfluss auf die Atemfrequenz hatte. Die
Atemfrequenz von liegenden Kühen betrug jeweils 37, 46 bzw. 53 Atemzüge pro Minute in den
THI-Kategorien < 68, 68
THI < 72 und 72
THI < 80 und waren somit höher als die von
stehenden Kühen (30, 38 bzw. 45 Atemzüge pro Minute) in denselben THI-Kategorien. Mit
zunehmendem THI-Wert stieg die Atemfrequenz signifikant an. Die eigenen Untersuchungen
bestätigten Erkenntnisse früherer Untersuchungen, die besagen, dass neben dem THI
verschiedene Faktoren die Anfälligkeit von Milchkühen für Hitzestress beeinflussen können, wie
z. B. die Körperhaltung und die Milchproduktion (GAUGHAN et al., 2000; BERMAN, 2005).
Schlussfolgerungen
Die Untersuchungen zur Validierung des Atemsensors haben gezeigt, dass die Messung der
Atemfrequenz durch einen Druckdifferenzsensor zuverlässige Daten liefert. Kontinuierliche
Messungen sind möglich und können die visuellen Beobachtungen ersetzen. Insgesamt wurde
festgestellt, dass das Verhalten der Tiere während der Studie durch den Atemsensor nicht gestört
und ihre Gesundheit nicht beeinträchtigt wurde. Abnormales Verhalten, wie etwa eine heftige
Abwehrreaktion oder Unruhe, konnte nicht festgestellt werden. Weitere Tests und Entwicklungen
sind mit der Software und dem Sensorgerät geplant. Für weitere wissenschaftliche
Fragestellungen wird der Sensor wertvolle Informationen bringen. Insbesondere als Hitzestress-
Indikator ist die Atemfrequenz gut geeignet, da sie sehr sensibel und zeitnah eine Stressreaktion
anzeigt und individuell messbar ist. Die Beobachtung der Atmung zeigte zudem, dass sich die
Atemfrequenz bei zunehmendem THI erhöht und dass liegende Kühe ihre Atemfrequenz unter
Hitzestress deutlich stärker erhöhen als stehende Tiere.
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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
27
5
Diagnostizierte und prognostizierte tierspezifische
Hitzestressbelastungen bei steigenden Temperaturen
und erhöhter Klimavariabilität
Sabrina Hempel, Gundula Hoffmann, Theresa Müschner-Siemens, Julia Heinicke,
Severino Pinto, Thomas Amon, Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V.
(ATB) Potsdam
Einleitung
In den vergangenen Jahrzehnten wurde ein starker globaler Erwärmungstrend mit teils
gravierenden Auswirkungen auf das regionale Klima beobachtet (IPCC AR 4, 2007; IPCC AR 5,
2013; WMO, 2018; KJELLSTRÖM et al., 2018). Veränderungen in den Feuchte- und
Windverhältnissen verstärken die Auswirkungen dieses globalen Temperaturanstiegs auf die
Nutztierhaltung (NARDONE et al., 2010). Zu den direkten Folgen gehört das verstärkte Auftreten
von klimabedingten Stresssituationen (insbesondere Hitzestress). Ungünstige klimatische
Bedingungen können dabei durch verschiedene Kombinationen von Luftbewegung, Temperatur,
Luftfeuchte und Strahlungswärme hervorgerufen werden (MADER et a., 2006).
Milchkühe, die vorwiegend in offenen, freibelüfteten Ställen gehalten werden, sind sowohl
aufgrund der Haltungsform als auch aus physiologischen Gründen besonders vom Klimawandel
betroffen. Der aus überschüssiger Wärme resultierende Stress führt zu physiologischen und
ethologischen Veränderungen. Unter anderem kann dies die Menge und Qualität der Milch, die
Reproduktionsleistung, den Stoffwechsel- und Gesundheitszustand sowie die Immunantwort der
Tiere beeinträchtigen (NARDONE et al., 2010; GALAN et al., 2018). Quantitative Analysen zu
den Folgen des Klimawandels für das Tierwohl und damit assoziierte ökonomische und
ökologische Faktoren sind jedoch bisher in der Literatur kaum zu finden.
Von 2014 bis 2017 verknüpfte daher das am ATB koordinierte, transnationale und
interdisziplinäre Projekt OptiBarn (Optimized animal specific barn climatization facing
temperature rise and increase climate variability) Forschung zu tierindividuellem Stress und
Stallklima mit Klimamodellierung und Klimafolgenforschung (HEMPEL et al., 2016). OptiBarn
wurde im Rahmen der FACCE ERA-NET Plus Initiative „Climate Smart Agriculture“ des 7.
Forschungsrahmenplans (FP7) der Europäischen Kommission gefördert und adressierte im
weiten Sinne Strategien und Maßnahmen zur Anpassung der Europäischen Landwirtschaft an
den Klimawandel. Die Interdisziplinarität des Forscherteams (u. a. Agrarwissenschaftler,
Tiermediziner,
Meteorologen,
Ingenieurwissenschaftler
und
Physiker)
befähigte
die
Arbeitsgruppen zu weitgefächerten Untersuchungsansätzen, um eine Verbindung zwischen den
Bereichen der Klimaprognose, Auswirkungen auf das Stallinnenklima und Empfehlungen für den
Stallbau bzw. eine angepasste Bewirtschaftung der Gebäude herzustellen.
Im Rahmen des OptiBarn-Projekts wurden umfangreiche mikroklimatische, tierphysiologische
und verhaltensbezogene Daten in 4 Milchviehställen in Mitteleuropa und der mediterranen Region
erhoben. Der Datensatz wurde ergänzt durch Experimente im Grenzschichtwindkanal und
numerische Simulationen. Im Folgenden werden exemplarisch die Ergebnisse zu Stallklima und
Tierreaktion für einen Milchviehstall in Ostdeutschland vorgestellt.
Messungen und Simulationen
Der Stall
Der umfangreichste und homogenste Datensatz im OptiBarn Projekt wurde in einem kleinen,
freibelüfteten Milchviehstall (Grundfläche ca. 39 m x 18 m, vgl. Abb. 1) in Brandenburg, mit
gemäßigtem, kontinentalen Klima, erhoben (HEMPEL et al., 2019; PINTO et al., 2019; HEINICKE

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
28
et al., 2018; SIEMENS et al., 2017). Der Stall ist am First ca. 6 m und an den Seitenwänden ca.
3
m hoch. Er hat 51 Liegeboxen und ein automatisches Melksystem (Lely Astronaut A3).
Abbildung 1:
Ansichten des Stalls. Die linke Abbildung zeigt oben eine Außenansicht des Stalls
und dessen Lage auf dem Betrieb (Quelle: Google Luftbild und Foto ATB), sowie
unten einen Grundriss des Stalls mit der Verteilung der Sensoren (G, J, I, O, E,
Z, U und R) für die Erfassung von Temperatur, Luftfeuchte und Wind in etwa 3 m
Höhe über dem Stallboden. An den Sensorpositionen I, O und E wurden
Temperatur und Luftfeuchte jeweils zusätzlich in 4 Höhen zwischen 4 m und 6 m
erfasst. In der rechten Abbildung ist eine Aufnahme des Stallinneren zu sehen.
Während des Messzeitraums zwischen Sommer 2015 und Sommer 2017 umfasste die Herde
Milchkühe von der ersten bis zur achten Laktation (Rasse Deutsche Holstein) mit einem
Durchschnittsgewicht von etwa 645 kg. Die Gruppe hatte während der gesamten
Untersuchungsphase einen dynamischen Charakter (neue Tiere kamen in die Gruppe, andere
verließen sie). Die Fütterung der Tiere erfolgte zweimal am Tag gegen 05:30Uhr und gegen 10:30
Uhr mit einer totalen Mischration. Um etwa 15:30 Uhr und 20:00 Uhr wurde für die Tiere nicht
erreichbares Futter wieder an das Fressgitter herangeschoben. Die Kühe kamen zwei- bis
dreimal täglich zum automatischen Melksystem. Das durchschnittliche Tagesgemelk lag bei etwa
40 kg pro Kuh. Verschiedene Lüfter wurden manuell durch den Herdenmanager gesteuert.
Mikroklimatische Betrachtung
Temperatur, Luftfeuchte und Windgeschwindigkeit wurden im Messzeitraum kontinuierlich
(mindestens 5-min-Auflösung) an 8 Positionen im Stall in einer Höhe von etwa 3 m über dem
Stallboden erfasst (Abb. 1). Zusätzlich wurden an drei der Sensorpositionen entlang der
Mittelachse des Stalls vertikale Temperatur- und Feuchteprofile aufgenommen (d. h., vier
zusätzliche Sensoren zwischen 4 m und 6 m Höhe).
Aus der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchte wurde zu jedem Zeitpunkt der Temperatur-
Luftfeuchte-Index (temperature humidity index, THI) nach der Formel des NRC (1971) berechnet:
THI = (1.8 × T+32) − (0.55 − 0.0055 × RH) × (1.8 × T−26),
wobei T die Trockentemperatur in °C und RH die relative Luftfeuchte in % ist (NRC, 1971).
Zusätzlich wurde der Equivalenztemperatur-Index für Kühe (equivalent temperature index for
cattle, ETIC) nach WANG (2018) vergleichend dazu betrachtet:
ETIC = T
− 0.0038 · T ·(100 − RH) − 0.1173 · |v|
0.707
.(39.20
− T) + 1.86 · 10
−4
. T . Q ,
wobei T die Trockentemperatur in °C, RH die relative Luftfeuchte in %, v die Luftgeschwindigkeit
in m
s
−1
und Q die solare Einstrahlung in W
m
−2
ist (WANG et al., 2018). Die Isolierung und Höhe
des Daches wurde dabei als hinreichend angenommen, um den Einfluss der solaren Einstrahlung
zu vernachlässigen (d. h., für die Untersuchungen wurde Q = 0 W m
-2
angenommen).

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
29
Zukunftsprognosen
Um das zukünftige Hitzestressrisiko unter dem Einfluss des Klimawandels abschätzen zu
können, wurde unter Verwendung von Daten des Deutschen Wetterdienstes (Messstation
Potsdam) ein empirisches Modell abgeleitet, das Prognosen für die mittleren klimatischen
Bedingungen im Stall (Temperatur, Luftfeuchte, zonaler und meridionaler Wind) bei gegebenen
Außenbedingungen ermöglicht. Dazu wurde ein künstliches neuronales Netzwerk (artificial
neuronal network, ANN) mit zwei verdeckten Schichten mit 90 bzw. 74 Knoten trainiert (Abb. 2).
Als Eingangsknoten des Modells wurden die Außenwerte für Temperatur, relative Luftfeuchte,
zonale und meridionale Windkomponente, Luftdruck (normiert auf Meeresspiegelniveau) und
Globalstrahlung
berücksichtigt.
Das
Modell
berücksichtigt
implizit
die
komplexen
Zusammenhänge zwischen den klimatischen Bedingungen außen und innen, die von Bauform,
Baumaterialen, Gebäudeorientierung und umgebender Landschaft / Bebauung abhängen.
Das Modell wurde anschließend mit einem Ensemble von regionalen Klimaprojektionen mit drei
verschiedenen
Treibhausgaskonzentrationsszenarien
angetrieben
(den
„representative
concentration pathways“ RCP 2.6, RCP 4.5 und RCP 8.5 des IPPC AR5 (IPCC, 2013)). Zur
Bewertung des Hitzestressrisikos wurden die Anzahl und die Dauer von Hitzestressereignissen
ausgewertet, wobei ein Hitzestressereignis als THI
72 bzw. ETIC
20 auf Stundenbasis
definiert wurde.
Physiologische/ethologische Abschätzungen
Statistische Modelle mit gemischten Effekten wurden entwickelt, um das tierindividuelle
Stresslevel bei gegebenen physiologischen Parametern (z. B. Laktationsstatus) und variierenden
stallklimatischen Bedingungen abzuschätzen. Dazu wurden tierbezogene Parameter wie
Aktivität, Wiederkauzeit und Atemfrequenz erfasst.
Das Aktivitätsverhalten der Kühe wurde mit Hilfe von Pedometern (IceTag3D™ activity sensor,
IceRobotics, Edinburgh, UK) an einem der Hinterbeine durch 3D-Beschleunigungssensoren
erfasst. Die zeitliche Auflösung lag bei einer Sekunde. Der Datenabruf erfolgte regelmäßig
manuell per USB-Schnittstelle, wobei der Sensor kurzzeitig vom Bein entfernt werden musste.
Die permanenten Fluktuationen in der Herdenzusammensetzung führten zu einer Gesamtzahl
von 196 verschiedenen Kühen, die im Messzeitraum hinsichtlich ihres Aktivitätsverhaltens erfasst
wurden. Verhaltensmuster wie Gesamtliegezeit, Anzahl und Dauer der Liegeereignisse sowie
Gesamtstehzeit, Anzahl und Dauer der Stehzeiten und Anzahl der Schritte wurden ausgewertet.
Abbildung 2:
Schema eines künstlichen
neuronalen Netzwerkes zur Prognose
der mikroklimatischen Bedingungen
im Stall. Als Eingabegrößen (d. h. die
unabhängige Variablen) dienen
Daten einer Wetterstation ca. 20km
entfernt vom Stall bzw. regionale
Klimasimulationen. Die
Ausgabewerte (d. h. die abhängigen
Variablen) beschreiben die
Umweltbedingungen im Stallinneren.
Dabei ist T die Lufttemperatur, H die
Luftfeuchte, U die zonale
Windkomponente, V die meridionale
Windkomponente, P der Luftdruck
auf Meeresspiegelniveau und Q die
Globalstrahlung.

image
Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
30
Für die Erfassung der tierindividuellen Wiederkauzeit war jede Milchkuh im Stall mit einem
mikrofonbasierten Sensor (Lely Qwes HR System, Lely, Maassluis, Niederlande) am Halsband
ausgestattet. Dieser zeichnete, ausgelöst durch das spezifische Geräusch des Hochwürgens, die
Wiederkaudauer als Gesamtzeit pro 2-Stunden-Phase und relativ zur Echtzeit auf. Die Daten
wurden über eine Antenne während der Melkzeiten ausgelesen. Im Messzeitraum wurden
318.949 einzelne 2h-Datensätze von 183 Versuchskühen erhoben.
Die Atemfrequenz der Milchkühe wurde visuell erfasst. Dazu wurde die Anzahl der rechten
thorakoabdominal Bewegungen pro 30
Sekunden gezählt und auf Atemzüge/Minute extrapoliert.
Der Abstand zwischen Tier und Beobachter betrug etwa 15 m. Es gab zwei Messkampagnen. In
der ersten Messkampagne wurden zweimal täglich (zwischen 7 und 10 Uhr und zwischen 11 und
14Uhr) Daten von 30 mehrfach gekalbten Kühen pro Tag erhoben. In der zweiten Messkampagne
wurden stündlich von 7 bis 15 Uhr Atemfrequenzmessungen an 15 erstkalbenden und mehrfach
gekalbten Kühen durchgeführt. Während eines Messtages wurden immer die gleichen Kühe
erfasst, wobei die Tiere am Anfang des Erfassungszeitraumes zufällig aus der Herde ausgewählt
wurden. Zwischen den Messtagen wurden einzelne Kühe aufgrund des Herdenmanagements
durch neue ersetzt. Insgesamt wurde bei 84 Kühen die Atemfrequenz erfasst, bei 13 davon in
beiden Messkampagnen. Gleichzeitig wurde dokumentiert, ob sich ein Tier während der Messung
in einer liegenden oder stehenden Körperhaltung befand.
Ergebnisse
Hitzestressprojektionen
Unsere Simulationen zeigten einen deutlichen Trend zu mehr und längeren Hitze-
stressereignissen in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts (HEMPEL et al., 2019). Die Stärke des
Anstiegs
variierte
abhängig
vom
Klimamodell
und
der
angenommenen
Treibhausgaskonzentration. In den Berechnungen unter Verwendung von ETIC ohne Wind ist
eine leicht höhere Zunahme des Hitzestressrisikos als in den Berechnungen mit THI und ETIC
mit Wind erkennbar, obwohl der THI den Wind nicht berücksichtigt (Abb. 3).
Abbildung 3:
Projektionen der Änderung des Hitzestressrisikos im untersuchten Stall unter 3 ver-
schiedenen Szenarien der Entwicklung der globalen Treibhausgasemissionen (grün
entspricht RCP 2.6, blau RCP 4.5 und rot RCP 8.5 aus dem IPCC AR5). Die Anzahl
von Hitzestressereignissen (HSE) und deren Dauer (HSED) wurden jeweils mit Hilfe
des THI (links), des ETIC mit Windeinfluss (Mitte) und des ETIC ohne Windeinfluss
(rechts) geschätzt. Grundlage der Schätzung ist ein Schwellwert von THI=72 bzw.
ETIC=20.

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
31
Der Vergleich von ETIC ohne und mit Wind bestätigt andererseits die abmildernde Wirkung durch
eine zeitgleich zur Temperaturerhöhung prognostizierte leichte Zunahme der mittleren
Windgeschwindigkeiten am Standort.
Insgesamt implizieren diese Ergebnisse gravierende Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit
(direkt durch Reduktion der Menge und Qualität der Milch sowie indirekt durch erforderliche
Umwelt- und Tierschutzmaßnahmen bzw. Behandlungskosten) und die dringende Notwendigkeit,
mittelfristige Anpassungsmaßnahmen zu planen.
Unsicherheitsfaktor Mikroklimatische Variabilität
Unsere Studien zeigen, dass die turbulenten Strömungsbedingungen im Stall in Verbindung mit
der ungleichmäßigen Verteilung von Wärme-, Feuchte- und Gasquellen zu einer sehr ungleichen
Verteilung von Windgeschwindigkeit, Temperatur, Feuchte und Schadgaskonzentration im
Stallinneren führen (HEMPEL et al., 2018). Alterungseffekte der Messgeräte sowie die Wahl der
Messstrategie und der Analysemethode tragen zur Messunsicherheit bei, welche sich in die
Folgenforschung fortpflanzt. Eine zunehmende Verzerrung der Messdaten bei der
Langzeiterfassung im Stall wurde insbesondere im Fall von Feuchtedaten als wesentlicher
Unsicherheitsfaktor identifiziert. Hier zeigten die Sensoren bereits nach einigen Monaten
deutliche Verschiebungen hin zu höherer relativer Luftfeuchtigkeit (Abb. 4 links).
Abbildung 4:
Links:
Bias in Langzeitmessungen. Die Sensoren wurden, nach unterschiedlich
langem Einsatz im Stall, gemeinsam über zwei Tage in einer Kühlzelle
untersucht. Alle Sensoren zeigten nahezu die gleiche Temperatur (obere
Abbildung). Die Sensoren, die etwa ein dreiviertel Jahr im Stall hingen (untere
Abbildung in grau) zeigten eine deutlich höhere relative Luftfeuchte als die
Sensoren, die nur einen Monat im Stall hingen (untere Abbildung Schwarz).
Rechts:
Zeitreihen der Abweichungen in Temperatur und relativer Feuchte an
den verschiedenen Sensorpositionen in 3 m Höhe (Abb. 1). Referenzwert ist der
Mittelwert der Sensorwerte zum jeweiligen Zeitpunkt.
Dies zeigt die Notwendigkeit, die Geräte regelmäßig zu rekalibrieren oder zu erneuern. Wenn
dies nicht möglich ist, können, so lange die Verschiebung noch nicht zu dauerhaften
Saturierungseffekten führt, alternativ Algorithmen zur Biaskorrektur vor der weiteren Nutzung der
Feuchtedaten angewandt werden.

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
32
Größere Unsicherheiten bestehen zudem auch bei der Erfassung der Windgeschwindigkeit.
Diese kann aufgrund der turbulenten Prozesse in freibelüfteten Ställen lokal sehr unterschiedlich
sein und wesentlich von den Windstärken abweichen, die außerhalb des Stalls gemessen
werden.
Die charakteristischen Strömungsmuster, die in numerischen Strömungssimulationen und
Windkanalexperimenten identifiziert wurden, deuten darauf hin, dass Messungen in einer Höhe
von etwa 3 m die mikroklimatischen Bedingungen im Tierbereich in guter Näherung abbilden
können, wobei jedoch die ungleichmäßige Verteilung der mikroklimatischen Bedingungen
innerhalb dieses Querschnitts als Unsicherheit zu berücksichtigen bleibt (Abb. 4 rechts). Diese
Unsicherheit kann insbesondere bei der lokalen Windgeschwindigkeit und der Luftfeuchte
erheblich sein.
Je nachdem, welche meteorologischen Variablen einbezogen werden, unterscheiden sich
umweltbezogene Stressindizes bezüglich ihrer Vorhersage, ob Hitzestress auftritt. Dabei wiesen
unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Unsicherheit durch die Wahl der Kombination von Index
(z. B. THI) und zugehörigem Schwellwert etwa in der gleichen Größenordnung liegt wie der Effekt
der Strömung (HEMPEL et al., 2019).
Unsicherheitsfaktor tierindividuelle Stressreaktion
Bezüglich des kritischen Schwellwertes stellt die tierindividuelle Reaktion einen erheblichen
zusätzlichen
Unsicherheitsfaktor
bei
der
Beurteilung
von
Hitzestressrisiko
und
Anpassungsmaßnahmen dar. In unseren Untersuchungen nahm mit steigender Temperatur bzw.
steigendem THI die Liegedauer pro Tag ab und die Stehzeit stieg an, während die
Bewegungsdauer annähernd konstant blieb (HEINICKE et al., 2017). Die Reduktion der Liegezeit
mit steigendem THI war bereits bei niedrigen THI-Werten (kleiner 50) zu beobachten. Oberhalb
eines Schwellwerts von 67 THI-Einheiten wurde die Reduktion der Liegezeit jedoch deutlich
Abbildung 5:
Wärmelastdauer definierter THI-Level mit dem dazugehörigen Tages-THI und
der Liegedauer im Verlauf des Monats August 2016.

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
33
ausgeprägter und die tägliche Liegezeit nahm im Mittel um etwa 10-20
Minuten pro THI-Einheit
ab. Die individuelle tägliche Liegezeit variierte dabei in Abhängigkeit von der Tageszeit und von
Tier zu Tier (z. T. mehr als 12 Stunden) unter anderem in Abhängigkeit von der Leistungsklasse
(HEINICKE et al., 2019). Die Kühe mit den höchsten Milchleistungen reduzierten ihre Liegezeiten
bei steigendem THI am stärksten. Auch die Dauer der Wärmebelastung hatte einen signifikanten
Einfluss auf die beobachtete Veränderung der Liegedauer (Abb. 5) (HEINICKE et al., 2018).
Die Analyse der Atmung der Kühe zeigt zudem, dass liegende Kühe ihre Atemfrequenz unter
Hitzestress deutlich stärker erhöhen als stehende Kühe (Abb. 6). Die Atemfrequenz kann sich
dabei gegenüber dem ungestressten Zustand etwa verdoppeln (PINTO et al., 2019).
Abbildung 6:
Tierindividuelle Atemfrequenz in Abhängigkeit von der Aktivität (Liegen versus
Stehen) und dem mittleren THI des Stalls zum Messzeitpunkt
Aufstehen kann in diesem Sinne als eine frühe Anpassungsmaßnahme der Tiere verstanden
werden, um überschüssige Wärme besser abzutransportieren. Die Atemfrequenz ist ein
besonders nützlicher Indikator für Hitzestress, da sie nahezu ohne Zeitverzögerung reagiert.
Um
dieses Potential für die Stresserfassung von Kühen besser nutzbar zu machen, wurde parallel
zur hier beschriebenen Analyse der visuell erfassten Atemfrequenz ein neuartiger Sensor zur
automatisierten Erfassung der Atemfrequenz entwickelt, welcher sich derzeit in der Erprobung
befindet (STRUTZKE et al., 2019).
Die Verschiebungen im Steh- und Liegeverhalten spiegeln sich darüber hinaus, wie in
Abbildung 7 gezeigt, auch im Wiederkauverhalten wider. Während der Ruhephase in der Nacht
von 22 bis 4 Uhr und bei niedrigen THI-Werten verbrachten die Tiere in unserer Studie etwa 10
Minuten mehr Zeit mit dem Wiederkauen als unter Hitzestress (SIEMENS et al., 2017). Im
Tagesverlauf fiel bei steigendem THI die Dauer des Wiederkauens ab. Besonders ausgeprägt
war dieser Abfall in den Nachmittagsstunden (etwa 12:00-20:00 Uhr). Darüber hinaus
beobachtete verkürzte Wiederkauzeiten in den frühen Morgenstunden (04:00-06:00
Uhr) sind
vermutlich fütterungsbedingt.

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
34
Abbildung 7:
Durchschnittliche Wiederkauzeit laktierender Deutsche Holstein Kühe in Minuten
zu verschiedenen Tageszeiten in Abhängigkeit von der Milchleistung und dem
Hitzestresslevel. Die Tageszeiten sind klassifiziert als Morgen (04:00 Uhr - 10:00
Uhr), Nachmittag (10:00 Uhr - 16:00 Uhr), Abend (16:00 Uhr - 22:00 Uhr) und
Nacht (22:00 Uhr - 04:00 Uhr). Es werden die Milchleistungsklassen L
(Tagesgemelk
28,8 kg), M (28,8 kg < Tagesgemelk
38,4 kg) und H
(Tagesgemelk > 38,4 kg) unterschieden. Betrachtete Hitzestresslevel sind
stressfrei (THI < 68), milder Stress (68
THI < 72), mäßiger Stress (72
THI <
80) und schwerer Stress (THI
80).
Schlussfolgerungen
Das Hitzestressrisiko steigt für alle betrachteten Klimawandelszenarien an. Die Stärke des
prognostizierten Anstiegs hängt neben den regional-spezifischen Randbedingungen wesentlich
vom Treibhausgasemissionsszenario und Klimamodell ab. Als zusätzliche Unsicherheitsfaktoren
sind mikroklimatische Inhomogenitäten und tierindividuelle Stressanfälligkeit zu berücksichtigen.
Bei rein umweltbezogenen Indizes, wie THI oder ETIC, beeinflusst die Positionierung,
insbesondere bei Feuchte- und Windmessungen, das Ergebnis wesentlich. Bei der relativen
Feuchte
wurde
zudem
die
Kalibrierung
bei
Langzeitmessungen
als
wesentlicher
Unsicherheitsfaktor ermittelt. Einen eindeutigen rein umweltbezogenen Hitzestressschwellwert
anzugeben, ist zudem aufgrund der vielfältigen tierindividuellen Einflussfaktoren mit großen
Unsicherheiten verbunden. Bei der Interpretation der Hitzestressprojektionen müssen daher
immer auch die tierindividuellen Unterschiede und die frühzeitigen physiologisch-ethologischen
Anpassungsmaßnahmen der Tiere berücksichtigt werden. Tierindividuelle Reaktionen im
Wiederkau- und Atemverhalten sind dabei eng verknüpft mit der Aktivität der Tiere (d. h. Stehen
versus Liegen).
Weitere detaillierte Studien zu den direkten Stressauswirkungen unter Berücksichtigung
tierindividueller Faktoren sowie zur Bewertung von Anpassungsmöglichkeiten bei verschiedenen

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
35
Stressleveln sind dringend erforderlich. Zudem implizieren die indirekten Auswirkungen von
Hitzestressbedingungen
(z.
B.
steigende
Treibhausgas-
und
Ammoniakemissionen,
Milchleistungsabfall, erhöhte Krankheitsanfälligkeit) Rückkopplungsmechanismen im Erdsystem,
die gegenwärtig noch kaum erforscht sind.
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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
37
6
Technische Maßnahmen zur Reduzierung von Hitzestress
in Rinderställen
Johannes Zahner, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft
Einleitung
Durch die in den letzten Jahren und auch in Zukunft stetig steigende Milchleistung von Milchkühen
geraten diese immer stärker und immer schneller in eine Hitzestress-Situation, da sich die
thermoneutrale Zone der Tiere durch die infolge der höheren Stoffwechselleistung steigende
Wärmeproduktion nach unten verschiebt (TOBER und HANSEN, 2019). Durch die gleichzeitig
steigenden Temperaturen während der Sommermonate nimmt die Anzahl an Hitzestressstunden
zu. Die für die Tiere dadurch entstehende Belastung führt zu physiologischen und
verhaltensbedingten Anpassungen, die wiederum eine Verringerung der Milchleistung und der
Futtereffizienz nach sich ziehen. Bei beiden sind wirtschaftliche Einbußen die Folge. Aus Sicht
des Tieres führt bereits leichter Hitzestress zu einer Beeinträchtigung des Wohlbefindens und mit
zunehmender Stärke zu Leiden.
Neben baulichen Möglichkeiten zur Reduzierung von Hitzestress stehen auch technische
Lösungsansätze zur Verfügung. Insbesondere beim Einsatz von Ventilatoren ist aber eine
differenzierte Betrachtung des gewünschten Effekts unbedingt sinnvoll.
Mechanische Lüftung
Zur Reduktion der relativen Luftfeuchtigkeit und Schadgasbelastung im Stall kann neben den
klassischen natürlichen Lüftungskonzepten (HAIDN und MAČUHOVÁ, 2008) zusätzlich auf
Ventilatoren zurückgegriffen werden. Hier kann von einer klassischen Zwangslüftung gesprochen
werden. In der DIN 18910 werden Luftwechselraten für den Milchviehbereich angegeben
(Tab. 1). Diese Werte sind für geschlossene und wärmegedämmte Gebäudehüllen festgelegt und
können nicht für Außenklimaställe angewendet werden. Da in der Regel aber im Stall höhere
Luftfeuchtigkeiten als außen vorherrschen, ist es trotzdem sinnvoll, zusätzlich „frische“ Luft mit
geringerer relativer Feuchte in den Stall einzubringen, um die Hitzebelastung zu reduzieren.
Neben der Zuluftführung muss auch die Abluftführung gewährleistet sein. Bei vorhandenem
Gegendruck durch z. B. Wind an der Abluftöffnung kann das Lüftungskonzept zum Erliegen
kommen.
Nach DIN 18910 werden die zur Abfuhr der Wärme notwendigen Sommerluftraten je Tier bei
einer Außentemperatur von 30 °C errechnet. Die zulässige Stalltemperatur darf dabei 34 °C nicht
überschreiten. Bei diesen Temperaturen tritt aber bereits erheblicher Hitzestress auf. Um auch
bei Umgebungstemperaturen von etwa 20 °C einen ausreichenden Luftwechsel ohne
wesentlichen Anstieg der Stalltemperaturen zu erreichen, sind weitaus höhere Luftraten zu
fordern.
Bei der Berechnung der Wärmeproduktion nach neuen Erkenntnissen wird neben der
Milchleistung auch der Trächtigkeitsstatus berücksichtigt. Daraus ergeben sich die höheren
Werte besonders während dem dritten Laktationsdrittel und der Trockenstehphase.

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
38
Tabelle 1:
Luftwechselraten für Hochleistungskühe mit 700 kg LM in geschlossenen,
wärmegedämmten Stallanlagen nach DIN 18910 (2017)
Verbesserung der Wärmeabgabe durch Ventilatoren
Ventilatoren können auch eingesetzt werden, um die Tiere aktiv zu kühlen. Dabei wird
grundsätzlich auf das Prinzip des sogenannten Wind-Chill-Effekts zurückgegriffen. Durch
Luftbewegung auf den Tieren wird die konvektive Wärmeabgabe der Tiere unterstützt, wodurch
sich die gefühlte Temperatur verringert. Dabei ist zu beachten, dass auf dem Tier eine
Luftgeschwindigkeit von mindestens 2 m/s erreicht werden muss, um überhaupt einen
Abkühlungseffekt zu erhalten. Bei weiterer Erhöhung der Luftgeschwindigkeit kann die
Wärmeabgabe weiter verbessert werden.
Vertikalventilatoren
werden in der Praxis gerne auf Grund ihrer geringen Leistungsaufnahme
(W/m³ umgewälzte Luft) und ihres geringen Schalldruckpegels eingesetzt. Eine Untersuchung
zur Luftströmung (TOBER et al., 2011) hat ergeben, dass eine kühlende Wirkung durch ihre
Luftbewegung allerdings stark variiert und oftmals die Mindestluftgeschwindigkeit von 2 m/s auf
dem Tier nicht erreicht wird. Die durchschnittliche Luftgeschwindigkeit wurde hier mit 0,92 m/s
angegeben. Des Weiteren wurde festgestellt, dass in freigelüfteten Ställen oftmals der Winddruck
erheblichen Einfluss auf die Wirksamkeit hat. Durch eine falsche Anordnung der Ventilatoren
steigt zusätzlich das Risiko, dass das vorgelegte Futter und auch die Laufgänge schneller
abtrocknen. Die Vorteile dieses Ventilatorentyps werden eher in kleineren, geschlossenen
Räumen, wie z. B. im Vorwartebereich gesehen.
Horizontalventilatoren
werden auf Grund ihres hohen Wirkungsgrades zur Ventilierung von
Kühen im Milchviehstall eingesetzt. Durch sie können die nötigen Windgeschwindigkeiten auf
dem Tier erzeugt werden, weshalb sie als Stand der Technik anerkannt werden. Bei der Auswahl
des Ventilators sollte neben den Anschaffungskosten, dem tatsächlichen Stromverbrauch und
der erreichbaren Luftgeschwindigkeit auch die Lautstärkeentwicklung berücksichtigt werden.
Um einen bestmöglichen Abkühlungseffekt zu erzielen, werden die Ventilatoren in Abhängigkeit
des spezifischen Leistungsspektrums des jeweiligen Ventilators über den Liegeboxenreihen in
einem Abstand von max. 15 m eingebaut. Sie werden dabei mit einem Winkel von 15 – 25 ° nach
vorne geneigt, um die nötige Luftgeschwindigkeit in den Tierbereich zu leiten. Wenn der Ventilator
mit der Unterkante seines Rahmens auf 2,70 m über den Liegeflächen angebracht wird, kann aus
Sicht der Berufsgenossenschaft auf ein Schutzgitter verzichtet werden, was die notwendigen

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
39
Reinigungs- und Wartungsarbeiten deutlich vereinfacht (Abb. 1). Der erste Ventilator sollte direkt
in die Giebelwand oder 1,50 m von der Giebelwand entfernt eingebaut werden, um den
Gegendruck („Ansaugwiderstand“) möglichst gering zu halten. Wenn die Möglichkeit besteht, die
erste Ventilatorenreihe bereits in die Giebelwand einzubauen, kann zusätzlich von außen
Frischluft in den Stall eingebracht werden. Hier muss der Ventilator dann gegen Niederschlag
geschützt werden (Abb. 2).
Abbildung 1:
Einbauempfehlung für Ventilatoren in Längsrichtung
Abbildung 2:
Anordnung von Ventilatoren in Längsausrichtung
Eine dritte Möglichkeit, die Ventilatoren im Stall zu platzieren, ist die Queranordnung (Abb. 3).
Durch diese Anordnung kann eine Kühlung mit einer Unterstützung der Querlüftung kombiniert
werden. Hier sind im Vergleich zur Längsausrichtung mehr Ventilatoren nötig, um eine möglichst
gleichmäßige Durchströmung des Gebäudes zu erreichen. Ein weiterer Nachteil ist, dass die
Laufflächen ebenfalls stark bewirkt werden und somit eine höhere Ammoniakemission und eine
schnelle Abtrocknung der Flächen erfolgt, was wiederum Nachteile beim Reinigen der Flächen
hervorruft.
Abbildung 3:
Anordnung von Ventilatoren in Querausrichtung

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
40
Nicht nur neu gebaute Ställe können mit Ventilationsanlagen zur Kühlung ausgestattet werden.
Auch ältere Ställe können durch den gezielten Einsatz von Ventilatoren deutlich aufgewertet und
dadurch den Ansprüchen der Tiere gerechter werden.
Wie bei regulierbaren Wandöffnungen sollte auch bei Ventilationsanlagen eine automatische
Steuerung vorgesehen werden, die die Ventilatoren nach den Temperaturansprüchen der Tiere
steuert und den Landwirt von der täglichen Entscheidung entbindet. Auf dem Markt sind bereits
mehrere Steuerungen verfügbar, die hierzu herangezogen werden können.
Nachdem Ventilationsanlagen betriebsindividuell angepasst werden sollten, um die optimale
Wirkung zu erzielen, empfiehlt es sich, professionelle Unterstützung bei der Auswahl und
Platzierung der Ventilatoren in Anspruch zu nehmen.
Kühlung durch Verdunstung von Wasser
Zur Kühlung durch Verdunstung stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung, die auf dem gleichen
physikalischen Prinzip beruhen. Durch gezieltes Verdunsten von Wasser wird Wärme entzogen.
Dies kann direkt auf dem Rücken der Kuh unter der Verwendung von Kuhduschen stattfinden
oder durch Hochdruckvernebelungsanlagen, die die Luft im Stall herunterkühlen. Der
begrenzende Faktor ist bei beiden Systemen die vorherrschende Luftfeuchtigkeit im Stall, die
beim Einsatz von Verdunstungskühlungen weiter erhöht wird, was wiederum die Wärmeabgabe
der Kühe einschränkt.
Über ein Thermostat gesteuert sollte die Verdunstungsanlage nur bei Temperaturen von über
24 °C eingeschaltet werden. Ab einer relativen Luftfeuchtigkeit größer 70 % ist der Wirkungsgrad
nur noch sehr gering, so dass die Anlagen abgeschaltet werden sollten. Eine Steuerung nach
Temperatur und Luftfeuchtigkeit ist deshalb sehr sinnvoll. Grundsätzlich ist auf eine ausreichende
Lüftung zu achten, um die Luftfeuchtigkeit möglichst gering zu halten, denn ein Anheben der
Luftfeuchtigkeit kann durchaus ein Problem mit der Stallhygiene nach sich ziehen.
Hochdrucksystem
Das Wasser wird sehr feintropfig versprüht bzw. vernebelt. Die Wassertröpfchen verdunsten
bereits vollständig in der Luft. Beim Wechsel des Aggregatzustandes (Verdunstung) wird Energie
aufgenommen. Die dafür benötigte Energie stammt aus der Umgebungsluft, was zu einer
Abkühlung führt. Im Temperaturbereich >25 °C ist davon auszugehen, dass die Wasseraufnahme
dazu führt, die relative Luftfeuchtigkeit je Grad der Abkühlung um ca. 5 % ansteigen zu lassen.
Eine nennenswerte Abkühlung von z. B. 5 Kelvin erhöht die Luftfeuchtigkeit von z. B. 50 % auf
mehr als 75 %. Dies bedeutet ein Absenken des THI (Temperature-Humidity-Index) um 5 Punkte.
Weiterhin sind die Ansprüche an die Technik, die feintropfige Verneblung sicherzustellen, sehr
hoch. Durch die sehr feinen Wasserdüsen (vorgefiltertes und gereinigtes Wasser, Verkalkung)
und den hohen Wasserdruck (>18 bar) ist ein höherer Wartungs- und Energieaufwand
erforderlich, der Wasserverbrauch ist hingegen geringer als bei Niederdrucksystemen.
Niederdrucksystem
Als zweite Variante wird Wasser großtropfig auf die Kühe verregnet, um das Fell bis zur Haut zu
durchnässen, die Euter sollten dabei nicht nass werden. Bei diesem System wird Wärme direkt
aus dem Tierkörper genutzt, um das Wasser zu verdunsten. Findet keine vollständige
Durchnässung statt, bildet sich zwischen Haut und Wasser eine Dämmschicht, die die
Wärmeabgabe zusätzlich erschwert. In Kombination mit einer Ventilationsanlage wird eine
beachtliche Abkühlungswirkung erzielt. Die Beregnungstechnik muss so installiert werden, dass
weder Liegeboxen noch das Futter benässt werden. Beim Einsatz einer Kuhdusche ist ein
Anbringen in einem Auslauf die beste Alternative. Dies hat auch den positiven Nebeneffekt, dass

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
41
der Auslauf für die Tiere attraktiver gestaltet wird. Falls keine Freiflächen zur Verfügung stehen,
sollten Kuhduschen im Stall so positioniert werden, dass die Tiere sich seitlich in den
Beregnungsbereich bewegen können, da es die Tiere vermeiden, dass ihre Ohren nass werden.
Bei einer schlechten Standortwahl kann es durchaus vorkommen, dass z. B. Durchgänge
komplett blockiert werden und dadurch der Tierverkehr eingeschränkt wird. Neben der richtigen
Wahl des Standorts haben die Wassertropfengröße und -geschwindigkeit einen wesentlichen
Einfluss auf die Akzeptanz von Kuhduschen. Es haben sich 15-Minuten-Intervalle bewährt, wobei
über eine Zeitschaltuhr gesteuert, etwa 3 Minuten lang Wasser versprüht wird und 12 Minuten
Verdunstungszeit angeschlossen werden.
Literatur
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Vorpommern

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
42
7
Monitoring und Gestaltung von Stallklimabedingungen in
Thüringen unter besonderer Beachtung des Tierwohls
Erhard Gernand, Thüringer Landesamt für Landwirtschaft und Ländlichen Raum (TLLLR),
Sven König, Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Tierzucht und Haustiergenetik
Einleitung
Weltweit wird die globale Erwärmung zunehmend zum Diskussionsgegenstand. Während in
ariden Regionen dabei die Temperatursteigerungen im Mittelpunkt stehen, werden in gemäßigten
Zonen mit hohem Stallhaltungsanteil das Mikroklima im Stall, dessen Wirkung auf das Rind neben
der Temperatur auch von der Luftfeuchte und der Luftgeschwindigkeit bestimmt wird, in den
Mittelpunkt der Betrachtungen gerückt.
Es soll der Frage nachgegangen werden, in welchem Maße in Thüringen Milchkühe und ihre
Leistungen unter Stallklimaextremen leiden, wie häufig diese Leidenssituationen auftreten und
welche Auswirkungen auf Gesundheit und Leistung zu beobachten sind.
Material und Methoden
Merkmale
Die Daten für die Merkmalskategorien
Produktion, weibliche Fruchtbarkeit und Gesundheit
umfassten 22.212 Deutsche Holsteins mit 38.107 Laktationen aus 15 Betrieben Thüringens. Die
Datenerfassung erstreckte sich über einen Zeitraum von Mai 2013 bis November 2015.
Hier vorgestellt werden die Ergebnisse für Milch- (MM) und Eiweißmenge (EM) am Testtag, den
Eiweißgehalt (E%) und den Milchharnstoff (MH). Es gingen die Daten aus den Laktationen 1 bis
5 und die Laktationstage von 6 bis 360 in die Untersuchungen ein. Ausgeschlossen wurden
Milchleistungsprüfergebnisse mit einer täglichen Milchleistung von weniger als 2 kg oder mehr
als 70 kg und E% von weniger als 2 % oder mehr als 5,5 %. Der Datensatz beinhaltet 191.911
Milchkontrollen.
Als
Fruchtbarkeitsmerkmale
wurden Besamungserfolg (BE) und die Besamungsintensität (BI)
betrachtet. Die BI bezieht sich auf alle nicht tragenden Herdenzeitgenossen nach dem 40.
Laktationstag. Daher repräsentiert sie die Östrusaktivität auf Herdenebene. Die BI wird in
erheblichem Maß vom Fortpflanzungsmanagement in den Herden beeinflusst. Um hier
Verzerrungen durch Maßnahmen der Brunstsynchronisation zu vermeiden, wurden die Daten in
a) Kühe ohne Östrussynchronisation bis zu diesem Zeitpunkt und
b) Kühe mit Östrussynchronisation geteilt.
Eine Insemination wurde als erfolgreich angesehen, wenn eine Trächtigkeitsuntersuchung mit
positivem Ergebnis protokolliert war, und/oder eine zur Besamung passende Kalbung beobachtet
wurde. Insgesamt wurden 1.099.426 Besamungstage (27.487 Inseminationen) ohne vorherige
Östrussynchronisation in dieser Laktation und 32.533 (11.057 Inseminationen) nach mindestens
einer Östrussynchronisation in dieser Laktation berücksichtigt.
Bei den hier vorgestellten
Gesundheitsmerkmalen
handelt es sich um klinische Mastitis (MAST)
der Frischabkalber, Nachgeburtsverhaltungen (NGV) von Tag 0 bis 10 nach der Geburt und die
Klauenerkrankungen Panaritium (PA), Dermatitis digitalis (DD) von Tag 0 bis 360 nach der
Geburt. Die Daten basieren auf dem ICAR-Diagnoseschlüssel (ICAR, 2012). Für die
Gesundheitsmerkmale aus der kurzen Frühlaktationsperiode (MAST, NGV) erhielt eine Kuh in
der 10-tägigen Zeitspanne für mindestens einen Krankheitseintrag für die jeweilige Krankheit die
Note 1 = krank; ansonsten wurde die Note 0 = gesund vergeben. Die durchschnittlichen
Krankheitsinzidenzen innerhalb des 10-tägigen Intervalls lagen bei 6,69 % für MAST und 10,80 %
für NGV. Für die während der Laktation aufgezeichneten Klauenkrankheiten PA und DD wurden

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
43
die Krankheitsfälle auf Tagesbasis berechnet, d. h. die Anzahl der neu erkrankten Kühe im
Verhältnis zur Anzahl der gesunden Kühe pro Tag. In diesem Zusammenhang haben wir
4.159.595 Melktage für wiederholte Messanalysen berücksichtigt. Die durchschnittliche tägliche
Inzidenz von Krankheiten, die alle 360 Tage nach der Geburt berücksichtigten, betrug 0,06 % für
PA, 0,11 % für DD.
Produktions- und Fruchtbarkeitsmerkmale wurden in Abhängigkeit vom durchschnittlichen
Temperatur-Humidity-Index (THI)
des Testtages/Besamungstages analysiert.
Für
die
Gesundheitsmerkmale in der frühen Laktation (MAST, NGV) haben wir den durchschnittlichen
THI vom Tag 0 bis 5 nach der Geburt berücksichtigt. Die Klauenerkrankungen (PA, DD) bezogen
sich auf den durchschnittlichen THI der Vorwoche.
Statistische Modelle
Gemischte lineare Modelle mit generalisierten Schätzgleichungen (GEE) (LIANG und ZEGER,
1986) wurden verwendet, um THI-Effekte auf normalverteilte Produktionsmerkmale zu schätzen.
Wir haben die gleichen grundlegenden fixen Effekte wie in genetischen Modellen für
Produktionsmerkmale und meteorologische Daten von offiziellen Wetterstationen berücksichtigt
(BRÜGEMANN et al., 2013). Für binäre Merkmale wurden generalisierte gemischte lineare
Modelle (GLMM) (McCULLAGH und NELDER, 1989) mit einer Logit-Link-Funktion verwendet.
Für Produktionsmerkmale wurde das GEE-Modell (1) definiert:
y
iklmo
=
μ
+ Lact
i
+ HerdSeas
k
+ DIM
l
+ THILegP
m
+ cow
o
+ DIMKp (THILegP
m
) + e
iklmop
[1]
Für den binären BI war das GEE-Modell (2) mit einer Logit-Link-Funktion:
logit (
π
) = log [
π
ijklno
/(1−
π
ijklno
)] =
μ
+ Lact
i
+ Insem
j
+ HerdSeas
k
+ DIM
l
+ THILinearR
n
+ cow
o
+e
ijklno
[2]
Für den binären BE war das GEE-Modell (3) mit einer Logit-Link-Funktion:
logit (
π
) = log [
π
ijklmo
/(1−
π
ijklmo
)] =
μ
+ Lact
i
+ Insem
j
+ HerdSeas
k
+ DIM
l
+ THILegP
m
+ cow
o
+ e
ijklmo
[3]
Für binäre Gesundheitsmerkmale, die nur innerhalb des frühen Laktationsintervalls (MAST, NGV)
aufgezeichnet wurden, wurde GLMM (4) mit einer Logit-Link-Funktion verwendet:
logit (
π
) = log [
π
ikn
/(1−
π
ikn
)] =
μ
+ Lact
i
+ HerdSeas
k
+ THILinearR
n
+ e
ikn
[4]
Bei Gesundheitsmerkmalen, die über die gesamte Laktation zu betrachten waren (PA, DD),
wurde das GEE-Modell (5) mit einer Logit-Link-Funktion verwendet:
logit (
π
) = log [
π
iklno
/(1−
π
iklno
)] =
μ
+ Lact
i
+ HerdSeas
k
+ DIM
l
+ THILinearR
n
+ cow
o
+ e
iklno
[5]
Die Erklärungen der in den Modellen 1 bis 5 berücksichtigten Effekte sind wie folgt:
y
iklmo
=
Beobachtungen für die Gaußschen Produktionsmerkmale
π
ijklno
=
Wahrscheinlichkeit
für
die
binäre
weibliche
Fruchtbarkeit
und
Gesundheitsmerkmale
μ
=
Gesamtmittel
Lact
i
=
fester Effekt der i-ten Laktationszahl (i = 1, 2, 3, 4, 5)
Insem
j
=
fester Effekt der j-ten Besamungszahl (j = 1, 2, 3, > 3)
HerdSeas
k
=
fester Effekt des k-ten Herdensaison-Effekts (k=1, 2)

image
image
image
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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
44
(Saison 1: vom 1. Februar bis 31. Juli; Saison 2: vom 1. August bis 31.
Januar; Alle Klimabereiche in beiden Halbjahren)
DIM
l
=
feste Regression für den Laktationsverlauf
(nach GUO und SWALVE, 1995)
THILegP
m
=
Legendre-Polynome der Ordnung 4 zur Modellierung des kontinuierlichen
THI-Effekts
THILinearR
n
=
lineare Regression zur Modellierung des kontinuierlichen THI-Effekts
cow
o
=
zufällige permanente Umweltwirkung der Kuh
(aufgrund wiederholter Messungen innerhalb der Laktation)
DIMK
p
(THILegP
m
)
= THI genestet in DIM-Klassen,
(um Wechselwirkungen zwischen THI und Laktationsstufe zu untersuchen;
drei DIM-Klassen wurden berücksichtigt: 6 bis 100 DIM; 101 bis 240 DIM;
> 240 DIM).
e
ijklmnpo
=
zufälliger Resteffekt
Der kontinuierliche THI-Effekt wurde in statistische Modelle als lineare Regression (THILinearR)
oder als Regression auf Legendre-Polynome der Ordnung 4 (THILegP) einbezogen.
Potentielle THI-Schwellenwerte wurden visuell anhand der Kurvenverläufe eingegrenzt. Zur
Validierung der Modellierung von Fruchtbarkeit und Gesundheitsmerkmalen wurden zusätzlich
THI-Klasseneffekte modelliert. Die THI-Klassen wurden mit 5 % Perzentilen erstellt.
Ergebnisse
Leistung
Abbildung 1:
Abhängigkeit ausgewählter Parameter der Milchleistungsprüfung
(± Standardfehler) von den Klimadaten des Tages
Die Ergebnisse zur MM und EM (Abb. 1) bestätigen, dass ab einem THI-Grenzwert von etwa 70-
72 ein deutlicher Leistungsabfall auftritt. Davon sind etwa 10 % der Melktage betroffen. Dabei

image
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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
45
sind erwartungsgemäß die Kühe in der Früh- und Hochlaktation stärker beeinträchtigt als die
späteren Laktationsabschnitte. Es kann vermutet werden, dass in diesem Bereich reduzierte
Futteraufnahme und erste Stoffwechselentgleisungen einsetzen, wie u.a. von RHOADS et al.
(2013) beschrieben, obwohl in nahezu allen beteiligten Betrieben versucht wird, dem mit erhöhter
Luftbewegung entgegen zu wirken.
Auch für den Bereich sehr niedriger Temperaturen kann dann eine allgemeine Leistungsreduktion
beobachtet werden, die für die Hochleistungsgruppe am niedrigsten ausfällt, weil hier die meiste
‚Abwärme‘ aus den Stoffwechselprozessen anfällt.
Die strikte und durchgängige Abhängigkeit des E% von den Temperaturen in allen
Laktationsabschnitten, also unabhängig von der Energie- und Eiweißbilanz der Tiere, hat
überrascht. Damit stellt die Temperatur den wichtigsten und vom Management nur begrenzt
beeinflussbaren Faktor für den E% der Herdenmilch dar. Der negative Einfluss von Hitzestress
(HS) auf den Proteinstoffwechsel ist bekannt (WHEELOCK et al., 2010; COWLEY et al., 2015).
Dass auch innerhalb des mittleren oder kalten Bereichs die Abhängigkeit erhalten bleibt, kann
aber nicht mit Stresssituationen begründet werden.
Der MH scheint im Bereich zwischen 0 und 20 °C bzw. einem THI von 40 - 70 kaum beeinflusst.
Werden diese Bereiche überschritten, setzt unmittelbar eine deutliche Steigerung der
Harnstoffwerte ein. Die Hintergründe dieses Phänomens sehen RHOADS et al. (2013) eher als
eine Verschiebung des Stoffwechsels, KOCH et al. (2016) in einer reduzierten
Nierendurchblutung.
Fruchtbarkeit
Abbildung 2:
Abhängigkeit von Fruchtbarkeitsparametern (± Standardfehler) von den THI des
Tages
Dass bei hohen Temperaturen die Follikelreifung leidet, ist an vielen Stellen beschrieben (ROTH
et al., 2000; BADINGA et al., 1993 und WILSON et al., 1998). Entsprechend überrascht es nicht,
dass der Anteil Besamungen, der sich auf die besamungsfähigen Tiere bezieht, mit steigender
Temperatur zurückgeht, weil weniger Tiere als brünstig erkannt werden (Abb. 2). Neben der
reduzierten Fruchtbarkeit können aber auch andere Faktoren wirken. So ist bekannt, dass bei
zunehmenden Temperaturen der Anteil stehender Tiere in der Herde steigt (IGONO et al., 1987;
ANDERSON et al., 2013; SMITH et al., 2016), was das Erkennen brünstiger Tiere anhand ihres
geänderten Verhaltens erschwert. Die Schätzwerte der Percentilgruppen zeigen dabei aber, dass
der lineare Ansatz die Problematik deutlich unterschätzt. Während im Bereich bis etwa 15 °C
bzw. einem THI von 60 sich eher eine Zunahme der Besamungshäufigkeit zeigt, setzt bei darüber
hinaus gehenden Temperaturen ein dramatischer Abfall ein. Damit scheint der Effekt schon mit
beginnender
leichter
Hitzebelastung
in
einem
Bereich
einzusetzen,
in
dem
die
Milchmengenleistungen noch aufrechterhalten werden. In der Stoffwechselregulation scheint die

image
image
Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
46
Ernährung des bereits geborenen Kalbes, in das das Muttertier bereits einen hohen Aufwand
investiert hat, Priorität zu genießen.
Tiere, bei denen mit Medikamenten in das Zyklusgeschehen eingegriffen wurde, reagieren
ähnlich sensibel auf Hitzebelastung. Es ist davon auszugehen, dass diese Tiere im fraglichen
Zeitraum intensiv beobachtet werden. Wenn dennoch keine Besamung erfolgt, sind ausbleibende
Brunstsymptome für die bei Hitze reduzierte Besamungsintensität wahrscheinlich. Noch
gravierender werden die Wirkungen des Hitzestresses (HS) auf den Besamungserfolg.
Dies ist in der Literatur vielfach bestätigt (CHEBEL et al., 2004; Al-KATANANI et al., 1999;
AMUNDSON et al., 2006; ROTH et al., 2000; HUANG et al., 2008; PSZCZOLA et al., 2009;
RAVAGNOLO und MISZTAL, 2002). Zum einen ist es möglich, dass in Zeiten insgesamt
schwacher Brunstsymptome die Differenzierung zwischen brünstig und nichtbrünstig schlechter
wird oder die Brunst häufiger zu spät erkannt wird, weil Brunstsymptome schwächer werden,
sodass der exakte Besamungszeitpunkt schlechter zu bestimmen ist und in der Folge auch Tiere
vermehrt zum nicht optimalen Zeitpunkt besamt werden. Andererseits ist aus der Literatur
bekannt, dass unter HS die Qualität der Oozyten leidet (FERREIRA et al., 2011) oder HS
behindert das Einnisten der Blastozysten (EALY et al., 1993).
Gesundheit
Abbildung 3:
Abhängigkeit ausgewählter Krankheitsrisiken (± Standardfehler) vom THI im
Zeitraum nach der Kalbung
Im peripartalen Zeitraum ist die Kuh besonderen Risiken ausgesetzt. So wird Immunkompetenz
herabgesetzt, um den Fetus zu schonen (DETILLEUX et al., 1995; FRANKLIN et al., 2005),
Gleichzeitig nehmen inflammatorische Prozesse zu (BERTONI et al., 2008; BRADFORD et al.,
2015) und die Tiere stehen vor den Herausforderungen einer schnellen Stoffwechselumstellung.
Darüber hinaus berichteten DO AMARAL et al. (2011) über eine zusätzliche Beeinträchtigung
des Immunsystems unter HS-Bedingungen. So stimmt das hier gefundene Ergebnis, wonach die
Nachgeburtsverhaltung mit der Hitze zunimmt (Abb. 3), mit dem von GREGORY et al. (1996)
überein, die von einer Zunahme der Nachgeburtsverhaltungen im Sommer berichten. Noch
gravierender scheint aber die Zunahme der Frischabkalbermastitis zu sein. Für den Ausbruch
einer Krankheit bei möglicherweise bereits a.p. infiziertem Euter scheint zusätzliche
Hitzebelastung eine wesentliche Rolle zu spielen.

image
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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
47
Abbildung 4:
Abhängigkeit der Risiken (± Standardfehler) ausgewählter Klauenkrankheiten
vom THI
Für PA sind plötzlich auftretende Lahmheiten und Schwellungen typisch. Der infektionsbedingte,
oft akute Verlauf lässt am ehesten eine Verbindung mit den aktuellen Umgebungsbedingungen
erwarten. Tatsächlich scheint die Temperatur der Vorwoche eine Bedeutung für das Auftreten
oder den Verlauf der Krankheit zu haben. Mit steigendem THI lässt sich ein deutlich
zunehmendes Risiko erkennen (Abb. 4).
In Dänemark gaben ALBAN et al. (1995) an, dass die meisten PA-Fälle in den warmen Monaten
zwischen Juni und September behandelt wurden. Im Gegensatz dazu berichteten BLOWEY et
al. (2004) in Großbritannien über mehr Fälle von PA im Winter, fanden aber auch einen
zusätzlichen Krankheitsgipfel im August. Eine mögliche Erklärung für höhere PA-Inzidenzen unter
HS-Bedingungen ist das intensive Wachstum von Fusobacterium necrophorum und weiteren
potenziell pathogenen Bakterien (ALBAN et al., 1995).
Die Häufigkeit von DD nahm mit zunehmendem THI der Vorwoche ab. In britischen
Milchviehbeständen beobachteten MURRAY et al. (1996) und LAVEN und LAWRENCE (2006)
ebenfalls mehr DD-Fälle im Winter als im Sommer und vermuten einen positiven Effekt der Weide
im Sommer. Die Kühe in der hier vorliegenden Studie hatten jedoch weder im Sommer noch im
Winter Zugang zur Weide. In Übereinstimmung mit unserer Studie fanden auch LAVEN und
LAWRENCE (2006) einen deutlichen Unterschied in den saisonalen Auswirkungen auf DD und
PA. Dementsprechend ging auch in ihrer Studie die Inzidenz für DD unter HS-Bedingungen
zurück, stieg aber für PA an. In der Folge vermuteten LAVEN und LAWRENCE (2006)
verschiedene Risikofaktoren für diese beiden Arten von Klauenerkrankungen. DD scheint eine
spezifische Klauenerkrankung zu sein, die ein spezifisches Reaktionsmuster aufweist.
Zusammenfassung
Vor allem in der Frühlaktation waren schädliche Auswirkungen auf Leistung, Tagesproduktion
und die weiblichen Fruchtbarkeitsmerkmale festzustellen. Die Auswirkungen der Erhöhung von
THI auf das Krankheitsgeschehen waren meist ungünstig, je nach Krankheitspathogenese. Die
identifizierten HS-Schwellenwerte für die Leistungsmerkmale lagen im engen Bereich zwischen
THI 68 und THI 70. Im Vergleich zu Produktionsmerkmalen reagierten die weiblichen
Fertilitätsmerkmale empfindlicher auf HS, mit identifizierten HS-Schwellen von THI 60 bzw. THI
65. Die Assoziationen zwischen THI und Krankheitsfällen waren fast linear. Somit wurden keine
eindeutigen
HS-Schwellenwerte
identifiziert.
Im
Gegensatz
zu
den
übrigen
Gesundheitsmerkmalen nahmen die DD-Inzidenzen mit zunehmendem THI ab.

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
50
8
Untersuchungen zum Temperaturgeschehen in
Kälberiglus im Freien und unter Dach
Christiane Hansen, Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei MV, Institut für
Tierproduktion
Problemstellung
Damit Kälber gesund und vital aufwachsen können, benötigen sie frische Luft, ausreichend Licht
und Umweltreize. All diese Faktoren können durch eine Haltung der Tiere in Iglus erreicht werden.
Die Einzelhaltung in Iglus in den ersten 14 Lebenstagen kommt dem natürlichen Verhalten der
Kälber entgegen. Von Kälbern in Mutterkuhherden ist bekannt, dass sie sich nach der Geburt
getrennt von der Herde in hohem Bewuchs aufhalten (EILERS, 2008). Die gute Luftqualität und
der dadurch geringe Keimdruck bei diesem Haltungssystem sind neben einer angepassten
Kolostralmilchversorgung wichtige Voraussetzungen für eine gute Immunabwehr der Kälber. Aus
tierphysiologischer Sicht werden für die ersten zehn Lebenstage Temperaturen von 10 bis 20 °C
in der Literatur als optimaler Bereich beschrieben (RUCKEBUSCH, 1990). Verfügen sie über
einen gut eingestreuten, trockenen und windgeschützten Liegebereich, kommen die relativ kälte-
toleranten Tiere selbst im Winter mit frostigen Temperaturen zurecht. Im Sommer hingegen kön-
nen hohe Temperaturen verbunden mit einer intensiven Sonneneinstrahlung für die Kälber
durchaus problematisch werden. KUNZ und MONTANDON (1985) konnten durch Körpertempe-
raturmessungen nachweisen, dass tiefe Wintertemperaturen weniger Stress bei Kälbern
erzeugen als hohe Sommertemperaturen. Bei Temperaturen über 25 °C wird die Wärmeabgabe
der Tiere vermindert, sie beginnen zu schwitzen und zu hecheln (KÖHLER, 2011). Gestresste
Tiere fressen weniger und sind anfälliger für Krankheiten. Letztendlich kann die Entwicklung des
Kalbes durch Hitzestress negativ beeinflusst werden (BROUCEK et al., 2008).
Material und Methode
In Untersuchungen der Landesforschungsanstalt MV zu verschiedenen Aufstallungsformen der
Iglus wurde der Schwerpunkt auf das Temperaturverhalten dieses Haltungssystems gelegt. Ge-
genüber gestellt wurden dabei Iglus, die zum einen im Freien am Melkhaus teilweise beschattet
durch Bäume bzw. zwischen anderen Gebäuden aufgestellt waren (Abb.1) und zum anderen
Iglus, die sich in einem Leichtbaustall mit Wänden aus Trapezlochblech und einem ungedämmten
Dach aus Faserzementplatten befanden (Abb. 2).
Bei den im Freien stehenden Iglus handelte es sich um Iglus aus UV-stabilisiertem HD-
Polyethylen, während die im Stall befindlichen Iglus aus glasfaserverstärktem Kunststoff
hergestellt waren. Der Einfluss der unterschiedlichen Materialien wurde bei der folgenden
Auswertung nicht berücksichtigt. Die Iglus befanden sich an zwei unterschiedlichen Standorten
in Mecklenburg-Vorpommern. Die Temperaturen in den Iglus und im Außenbereich wurden
mittels Datenlogger erfasst. Das Messintervall betrug eine Stunde. Des Weiteren wurden die
Werte der Globalstrahlung von den jeweils in der Nähe befindlichen Wetterstationen für die
Auswertung genutzt, die ebenfalls im 1-Stundenintervall vorlagen. Bei der Variante Iglus im
Freien konnten Daten einer eigenen Wetterstation vom Typ Dalos (F&C, Gülzow) verwendet
werden. Für die Variante Iglus unter Dach musste hingegen auf Daten des Wetterdienstes
Kachelmannwetter (https://:kachelmannwetter.com/de/messwerte/deutschland/globalstrahlung)
zurückgegriffen werden. Der Einfluss des Verhaltens der Kälber hinsichtlich Nutzung des
Igluinnenraumes wurde bei beiden Varianten nicht mitbetrachtet. Bei der Variante Iglus im
Leichtbaustall wurden allerdings nur die Zeiträume ausgewertet, in denen sich die Iglus mit
Kälbern im Stall befanden. Waren die Iglus zwecks Reinigung und Desinfektion bzw. Lagerung
außerhalb des Stalles, so wurden diese Zeiträume von der Auswertung ausgeschlossen.

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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Abbildung 1:
Iglus im Freien an bzw. zwischen Gebäuden
Abbildung 2:
Leichtbaustall mit innenliegenden Iglus
Die Untersuchungen erstreckten sich über einen Zeitraum von Juli 2016 bis Dezember 2019, so
dass alle Jahreszeiten mehrfach und für beide Varianten in gleicher Weise miteinbezogen werden
konnten.
Um den Einfluss der Außenbedingungen auf das Temperaturgeschehen im Iglu anschaulich
darzustellen, wurden die Differenzen zwischen Iglu- und Außentemperatur gebildet. Dazu wurden
deren Mittelwerte den Außentemperaturbedingungen und der Globalstrahlung gegenübergestellt.
Zur Vereinfachung wurden die Außentemperaturen in insgesamt zehn Klassen beginnend bei < -
10 °C in 5 °C-Schritten bis zur Klasse > 30 °C eingeteilt. In gleicher Weise wurde mit der
Globalstrahlung verfahren. Die zehn gebildeten Globalstrahlungsklassen hatten ein Intervall von
100 und begannen bei der Klasse 1 - 99 W/m
2
und endeten bei der Klasse 900 – 1.000 W/m
2
.
Einfluss der Außentemperatur
Der Vorteil der Igluhaltung ist eine permanente Zufuhr von frischer Außenluft sowohl im Freien
als auch wie in unserem Beispiel in einem Leichtbaustall. Demzufolge ist der Einfluss der
Außentemperatur auf die Temperatur im Igluinnenraum groß.
Die Mittelwerte der Differenzen von Iglu- und Außentemperatur wurden unterschiedlichen
Außentemperaturbereichen gegenübergestellt (Abb. 3). Positive Werte bedeuten eine höhere
Temperatur im Iglu als außen und negative Werte dementsprechend eine niedrigere Temperatur
im Iglu.
Für die Iglus, die im Freien standen, konnten durchgängig positive Differenzen nachgewiesen
werden. Die Iglutemperaturen lagen im Durchschnitt zwischen 0,6 und 2,9 K über den jeweiligen
Außentemperaturen. Bei sehr niedrigen und sehr hohen Außentemperaturen waren die
Unterschiede zwischen innen und außen am höchsten. Insbesondere an kalten Tagen im Winter

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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halten sich die Tiere bei schlechtem Wetter vermehrt im Inneren des Iglus auf. Ist reichlich und
trockene Einstreu verfügbar, können sich die Kälber auf Grund der guten Wärmedämm-
eigenschaft des trockenen Strohs einen wärmenden Platz schaffen. Mit einem so entstehenden
angenehmen Mikroklima im Iglu überstehen die meisten Kälber auch frostige Temperaturen
unbeschadet.
Iglu im Freien
Iglu unter Dach
Abbildung 3:
Mittelwert der Temperaturdifferenz zwischen Außen- und Iglutemperatur in
Abhängigkeit von den einzelnen Außentemperaturbereichen
Einfluss der Sonneneinstrahlung
Wie hoch der Einfluss der Sonneneinstrahlung auf die Iglutemperatur ist, zeigen die folgenden
Auswertungen. Die eingangs bereits genutzten Temperaturdifferenzen werden dafür in gleicher
Weise der Globalstrahlung gegenübergestellt. Die Globalstrahlung setzt sich aus der Summe der
Strahlungseinflüsse aus der direkten Sonneneinstrahlung und der diffusen Himmelsstrahlung
zusammen (ANONYM, 2012). Auf Grund des unterschiedlichen Einfallwinkels der Sonne im
Sommer und im Winter sowie mittags und morgens bzw. abends kann die Globalstrahlung sehr
differieren. Es gibt eine enge Korrelation zwischen Globalstrahlung und Sonnenscheinintensität,
so dass an dieser Stelle die Globalstrahlung als Hilfsmittel für die Sonneneinstrahlung
Verwendung findet. Im Sommer wird ab einer Globalstrahlung von 300-600 W/m
2
und im Winter
bereits ab 150-300 W/m
2
von Sonnenschein bei leichter bis mittlerer Bewölkung gesprochen. In
der Literatur wird auch ein Wert von 120 W/m
2
als Schwellenwert für Sonnenschein angegeben
(SONNTAG und BEHRENS, 1992). In der Abbildung 4 werden die Unterschiede zwischen den
beiden Haltungssystemen deutlich. Bei der Haltung von Kälbern, bei der die Iglus im Freien
ungeschützt der Sonne ausgesetzt sind, steigt die Differenz zwischen Iglu- und Außentemperatur
mit steigender Globalstrahlung sprich Sonneneinstrahlung an. Mit durchschnittlich 5,3 K werden
bei einer Globalstrahlung zwischen 800 und 899 W/m
2
, was einem Sommertag mit viel
Sonnenschein entspricht, die höchsten Werte erreicht, wobei Spitzenwerte von 15 K, d. h.
Iglutemperaturen von weit über 30 °C bis hin zu 40 °C keine Seltenheit sind. An warmen
Sommertagen können sich die Iglus ab mittags nach langer intensiver Sonneneinstrahlung derart
aufheizen.
Etwas anders sieht es hingegen in den Iglus des Leichtbaustalles aus. Mit steigender
Globalstrahlung verändert sich die Temperaturdifferenz zwischen Iglu und außen insofern, dass
es bei geringer Globalstrahlung (bis 300 W/m
2
) in den Iglus wärmer ist als außen. Bei höherer
Globalstrahlung (ab 400 W/m
2
) ändern sich die Verhältnisse derart, dass es in den Iglus dann
kühler ist als außen. Erst bei Globalstrahlungswerten ab 700 W/m
2
wird es in den Iglus wieder
etwas wärmer als außen, was auf eine längere Sonnenscheindauer hindeutet, die dann auf Grund
der damit verbundenen Lufterwärmung auch irgendwann im Leichtbaustall und somit in den Iglus
wirksam wird. Insgesamt sind die Differenzen aber deutlich geringer als bei den Iglus im Freien.

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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Durch die Sonneneinstrahlung erwärmt sich zwar auch das Stallinnere langsam, aber eine direkte
Sonneneinstrahlung auf die Iglus und somit deren Aufheizen findet nicht statt. Der Dämmeffekt
des Stalles wird wirksam und in den Iglus ist es nur wenig wärmer und über lange Strecken fast
gleich warm bzw. sogar kühler als außen. Die Temperaturen im Innern des Stalles und in den
Iglus verändern sich nur verzögert und in geringerem Umfang. Allerdings werden auch bei dieser
Haltungsform vereinzelt Maximaltemperaturen von deutlich über 30 °C erreicht. Die Kälber sind
aber nicht direkt der Sonne ausgesetzt und können sich im luftigen Auslaufbereich der Iglus
bewegen. Kälber im Freien hingegen suchen an heißen Tagen das wärmere Igluinnere auf, um
Schutz vor der Sonne zu finden. Schattenspendende Baulichkeiten wären an dieser Stelle sehr
hilfreich.
Iglu im Freien
Iglu unter Dach
Abbildung 4:
Mittelwerte der Temperaturdifferenz zwischen Außen- und Iglutemperatur in den
einzelnen Globalstrahlungsklassen
Ein Vergleich der Temperaturdifferenzen für beide Varianten gegliedert nach einer
Globalstrahlung < 600 W/m
2
und > 600 W/m
2
unterstreicht deutlich die Unterschiede zwischen
beiden Aufstallungsformen (Abb. 5). Bei den im Freien stehenden Iglus ist es in den Iglus
demzufolge ab Außentemperaturen von 5 °C bei einer Globalstrahlung > 600 W/m
2
um
durchschnittlich 5 K wärmer als außen. Im Gegensatz dazu bewegen sich die Temperatur-
unterschiede zwischen Igluinnenraum und außen bei der Variante im Stall auf einem eindeutig
niedrigeren Niveau. Mit Werten zwischen -1,2 K und 0,7 K werden nur geringe Abweichungen
von der Außentemperatur festgestellt. Auch dies ist ein Indiz dafür, dass die Sonneneinstrahlung
nicht direkt zu einer Temperaturerhöhung im Iglu führt. Das schließt allerdings eine allmähliche
Erwärmung mit der ansteigenden Außentemperatur im Tagesverlauf nicht aus.
Iglu im Freien
Iglu unter Dach
Abbildung 5:
Mittelwert der Temperaturdifferenzen für unterschiedliche Globalstrahlungswerte
in den einzelnen Temperaturbereichen

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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Wie sich die Intensität der Globalstrahlung (sprich Sonneneinstrahlung) und deren Dauer auf die
Igluinnentemperaturen auswirken, zeigt Abbildung 6. Es werden die Temperaturdifferenzen
zwischen Iglu- und Außentemperatur in Abhängigkeit ihrer Dauer und für die Global-
strahlungsbereiche > 120 W/m
2
und > 600 W/m
2
dargestellt. Bei den freistehenden Iglus kann
beobachtet werden, dass in jeder Globalstrahlungsklasse mit steigender Dauer eine Aufwärts-
tendenz der Temperaturdifferenzen erfolgt. Besonders drastisch sind sowohl der Anstieg als auch
die Höhe bei den Differenzen in der Globalstrahlungsklasse > 600 W/m
2
. Aber auch Ein-
wirkungszeiten von elf und mehr Stunden in den unteren Globalstrahlungsklassen führen zu einer
Erhöhung der Temperaturdifferenz von bis zu 2,9 K und somit zu höheren Temperaturen im Iglu
als außen. Auf einem deutlich niedrigeren Niveau bewegen sich die Temperaturdifferenzen bei
der Variante Iglus im Stall. Die Werte liegen durchgängig unter 1,5 K und verzeichnen kein
Ansteigen der Differenzen mit zunehmender Einwirkungsdauer. Im Gegenteil, es kann teilweise
eher eine leichte Abwärtstendenz bzw. ein Halten des Niveaus festgestellt werden. Das Material
des Iglus kann sich durch die fehlende indirekte Sonneneinstrahlung nicht so aufheizen und
demzufolge kann die Strahlungswärme des Iglus nicht so wirksam werden wie bei einem
ungeschützten Iglu.
Iglu im Freien
Iglu unter Dach
Abbildung 6:
Einfluss der Dauer der Globalstrahlung auf die Temperaturdifferenz zwischen
Iglu und außen für verschiedene Globalstrahlungsbereiche
Der relativ hohe Luftwechsel, der durch die Stallwände aus Trapezlochblech ermöglicht wird, führt
zu einer Angleichung der Igluinnentemperatur an die Außentemperatur. Diese Annäherung auf
der einen Seite und das Verhindern der direkten Sonneneinstrahlung auf der anderen Seite sind
als Ursache dafür zu sehen, dass die Temperaturdifferenzen bei hoher Globalstrahlung
(> 600 W/m
2
) trotzdem eher geringer sind als bei niedrigeren Werten. Das heißt aber nicht, dass
sich die Temperatur in den Iglus nicht erhöht. Mit steigender Globalstrahlung steigen die
Lufttemperatur der Außenluft und somit auch die Igluinnentemperatur. Eine zusätzliche Erhöhung
der Iglutemperatur kann aber minimiert werden.
In der Abbildung 7 wird für jede Aufstallungsvariante an einem Beispiel eindrucksvoll der Einfluss
der Globalstrahlung auf die Temperaturen in den Iglus gezeigt. Während die im Freien stehenden
Iglus an den Tagen mit einer hohen Globalstrahlung > 800 W/m
2
Temperaturspitzenwerte von
fast 40 °C erreichen, liegen die Iglutemperaturen bei der Variante Iglus unter Dach bei
vergleichbaren Wetterbedingungen unter den Außentemperaturen und erreichen keine 30 °C.

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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Iglu im Freien
Iglu unter Dach
Abbildung 7:
Temperaturverläufe und Globalstrahlung für Iglu im Freien und Iglu unter Dach
Empfehlungen zur Aufstellung von Iglus
Wie bereits erwähnt, sind Iglus eine gute Alternative, um Kälber nach der Geburt an frischer und
keimarmer Luft aufzuziehen. Um gute Aufzuchtergebnisse zu erzielen und die Vorteile dieses
Haltungssystems zu nutzen, sind allerdings einige Dinge zu beachten. Stress kann Tiere in ihrer
Entwicklung beeinträchtigen oder sogar krankmachen. Die Untersuchungsergebnisse haben
gezeigt, dass die Außentemperaturen und insbesondere die Globalstrahlung einen immensen
Einfluss auf das Temperaturgeschehen im Iglu haben. Durch die Aufstallung der Iglus in einem
Leichtbaustall sind die Iglus nicht direkt der Sonne ausgesetzt und ein Aufheizen der Iglus kann
deutlich reduziert werden. Ähnliche Effekte können auch durch eine einfache Überdachung
erreicht werden. Ebenso können auch die Schatten von Bäumen oder benachbarten Gebäuden
hilfreich sein (Abb. 8). Um zu den wärmsten Stunden des Tages die größte Schattenwirkung der
Gebäude zu erhalten, empfiehlt es sich daher, im Sommer die Nord- oder Ostseite von
Stallungen, Lagerräumen oder Melkhäusern zu nutzen. Die Aufstallung von Iglus unter Dach hat
außerdem den Vorteil, dass in Schlechtwetterphasen das Einstreumaterial nicht durchnässt.
Abbildung 8:
Wärmebild von Iglus in der Sonne und im Schatten
Bei der Platzierung der Iglus sollte im Sommer darauf geachtet werden, dass deren Öffnung nach
Nord bis Nordost zeigt, da in dieser Ausrichtung die direkte Sonneneinstrahlung in das Iglu am
geringsten ist. Im Winter hingegen sollten die Öffnungen nach Südost bzw. Ost gerichtet sein, um
die wärmende Sonne zu nutzen. Ein Aufstellen der Iglus mit der Öffnung zur Wetterseite hat zur
Folge, dass der Regen und der Wind vermehrt in das Iglu hineingeraten und zum Auskühlen und
Durchnässen der Einstreu und auch der Tiere führen können (HÄUSLER, 2009)
Um in besonders warmen Wetterperioden die Luftzirkulation im Iglu zu steigern, wird von einigen
Betreibern der hintere Teil der Iglus auf Ziegelsteine oder andere geeignete Materialien gestellt.
26,8…32,7 °C
21,2…25,6 °C

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
56
Neben einer Temperaturabsenkung im Iglu kann durch die bessere Durchlüftung auch eine
Reduzierung des Keimgehaltes erreicht werden. Allerdings sollten die Tiere vor Zugluft geschützt
werden. Der Standort der Iglus sollte insgesamt luftig, aber nicht zugig sein. Die Luft sollte
zirkulieren können und Sackgassen, in denen sich schlechte Luft und Wärme stauen können,
sollten vermieden werden. Trockene saubere Einstreu und ausreichend frisches Wasser sind
insbesondere bei warmem Wetter ein Muss.
Fazit
Iglus eigenen sich auf Grund einer permanenten Zufuhr von frischer Außenluft sehr gut für die
Haltung von Kälbern in den ersten beiden Lebenswochen. Somit ist es möglich, das
Infektionsrisiko zu reduzieren. Stress jeder Art macht die Tiere aber anfällig für Krankheiten. Um
dies zu verhindern, ist es u. a. notwendig, optimale Umgebungsbedingungen für die Kälber zu
schaffen. Durch das Aufstellen der Iglus an einem zugfreien überdachten Standort kann ein
Aufheizen der Iglus verhindert werden und die Tiere können geschützt sowohl bei hoher
Sonneneinstrahlung als auch bei Regen den Auslauf stressfrei nutzen.
Literatur
Anonym (2012): Städtebauliche Klimafibel 2012, Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und
Wohnungsbau Baden-Württemberg, Stuttgart
Broucek, J.; Kisac, P.; Uhrincat, M.; Hanus, A. and Benc, F. (2008): Effect of high temperature on
growth performance of calves maintained in outdoor hutches. Journal of Animal and Feed
Sciences 17, 139-146
Eilers,
U.
(2008):
Aktuelle
Anforderungen
und
Systeme
für
die
Kälberhaltung.
https://www.landwirtschaft-bw.info
; 25.03.2020; Bildungs- und Wissenszentrum
Aulendorf
Häusler, J. (2009): Erhebung tiergesundheitlicher Parameter von Kälbern in unterschiedlichen
Kälberiglus (Vergleichstest). Abschlussbericht, HBLFA Raumberg-Gumpenstein
Köhler, C.: Nicht ins Schwitzen kommen. dlz primus Rind, 7/2011
Kunz, P. und Montandon, G. (1985): Vergleichende Untersuchungen zur Haltung von Kälbern im
Warm- und Kaltstall während der ersten 100 Lebenstage. Schriftenreihe der
Eidgenössenschaftlichen Forschungsanstalt für Betriebswirtschaft und Landtechnik, FAT,
Tänikon
Ruckebusch, Y. (1990): Thermoregulation. In: Monet, P. and Espinase, J. (Hrsg.): Das Kalb:
Anatomie, Physiologie, Aufzucht, Ernährung, Produktion, Pathologie. Schober Verlags-
GmbH, Hengersberg, 96-101
Sonntag, D. und Behrens, K. (1992): Bericht des Deutschen Wetterdienstes 181: Ermittlung der
Sonnenscheindauer aus pyranometrisch gemessenen Bestrahlungsstärken der Global-
und Himmelsstrahlung. Selbstverlag des Deutschen Wetterdienstes, Offenbach

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
57
9
Untersuchung von ausgewählten Verhaltensweisen bei
Milchkühen in Abhängigkeit von der
Umgebungstemperatur
Olaf Tober, Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei MV, Institut für
Tierproduktion
Einleitung
Mit steigender Leistung erhöht sich auch stetig der Stoffwechsel unserer modernen Milchkühe,
was zu großen Mengen überschüssiger Wärme führt, die in ausreichendem Maße an die
Umgebung abgegeben werden muss. Aufgrund des Klimawandels kommt es zu steigenden
Temperaturen und zunehmenden Hitzeperioden (Beitrag Hansen ab S. 4). In solchen
Wetterperioden gelingt den Tieren die erforderliche Wärmeabgabe an die Umgebungsluft oft nur
unzureichend. Die Folge sind Wärmebelastungen oder Hitzestress. Dem können die Tiere mit
einer Reihe physiologischer Mechanismen begegnen, die der Thermoregulation dienen. Dies
kann zum einen durch einen Anstieg der Körpertemperatur in gewissen Grenzen erfolgen, wie im
Beitrag ab Seite 11 dargestellt, zum anderen stellen entsprechende Verhaltensanpassungen eine
weitere Möglichkeit für die Kühe dar, ihre Thermoregulation innerhalb physiologischer Grenzen
aufrecht zu erhalten.
Mit den vorliegenden Untersuchungen zum Verhalten von Milchkühen sollen Aussagen getroffen
werden, ob und in welcher Form die Tiere mit Adaptationen auf relativ moderate
Stalllufttemperaturen, wie sie im Jahresverlauf in einem freigelüfteten Laufstall auftreten,
reagieren.
Literaturbetrachtung
Aktivität und Ruhe
Das Verhalten von Rindern kann belastbare Aussagen zu Qualität und Tiergerechtheit der
Umgebungsbedingungen liefern. Dabei spielt die lokomotorische Aktivität eine eher
untergeordnete Rolle. Der Antrieb zum Laufen lässt beim Rind hauptsächlich eine Verbindung
zur Nahrungsaufnahmemotivation erkennen. Das Fehlen einer spezifischen Laufmotivation wird
dabei unterstellt (PORZIG et al., 1991).
Dem Ruhen und Liegen wird dagegen eine sehr viel größere Bedeutung im Hinblick auf die
Beurteilung von Tierwohl oder Belastungen zugesprochen. GRAUVOGL et al. (1997) zufolge
lässt sich die Tiergerechtheit eines Stalles am schnellsten und zuverlässigsten anhand von
Messungen des inaktiven Verhaltens beurteilen.
MAČUHOVÁ et al. (2008) stellten einen Einfluss sowohl des Temperature-Humidity-Index (THI)
als auch der Stalllufttemperatur allein auf die Belegungsintensität der Liegeboxen fest. Es wurden
Tag- und Nachtbeobachtungen in zwei Betrieben durchgeführt. Die beschriebenen Effekte waren
nicht immer einheitlich nachweisbar. THI und Boxenbelegungsintensität waren negativ korreliert.
Daraus wird geschlussfolgert, dass zur Belastung durch Hitze zusätzlich noch eine Belastung
durch verkürzte Liegezeiten auftreten kann. Die Autoren ermittelten eine Liegezeit zwischen 12,1
und 13,3 Stunden pro Kuh und Tag. Ein Einfluss der Belegungsintensität des Stalles auf das
Liegeverhalten wurde abgeleitet. Außerdem wurden noch viele weitere Faktoren wie das Tier-
Liegeplatzverhältnis, die Milchleistung, die Boxengestaltung, die Boxenposition im Stall und
andere genannt, die das Liegeverhalten beeinflussen können.
Bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen (THI zwischen 56,2 und 73,8) stellten COOK et
al. (2007) Veränderungen im Verhalten von Milchkühen fest. Im Vergleich der kühlsten zu den
wärmsten Bedingungen lagen die Tiere länger (10,9 zu 7,9 h je Tier und Tag), sie standen

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
58
weniger in den Gängen (2,6 zu 4,5 h je Tier und Tag) und sie verbrachten weniger Zeit mit Trinken
(0,3 zu 0,5 h je Tier und Tag). Es wurde aber gleichzeitig eine Vermischung der Effekte von Hitze
und Lahmheit (erhöhter locomotion score) in Bezug auf die Dauer des Stehens festgestellt. Die
Verhaltensänderungen waren ab einem THI um 68 zu registrieren, daher wird die Anwendung
effektiver Strategien zum Abbau von Hitzestress ab 21 °C empfohlen.
Von PORZIG et al. (1991) wurde das Ausruhen als physiologisch sehr wertvoll für das Tier
beschrieben, weil es dabei Zeit zum Wiederkauen hat und wenig Energie verbraucht. Außerdem
wird die hohe Bedeutung für das Tier am zeitlichen Umfang deutlich, der von HALEY et al. (2000)
mit etwa der Hälfte der verfügbaren Zeit angegeben wurde. Dabei ist die Motivation, diese
Zeitdauer aufrechtzuerhalten, sehr groß (JENSEN et al., 2005).
Die Liegedauer kann aber von vielen Umweltfaktoren beeinflusst werden (HOUPT, 1998). Des-
halb variieren die Angaben in der Literatur über die durchschnittliche tägliche Liegedauer von
Milchkühen zum Teil beträchtlich. Als Einflussfaktoren werden genannt: Rasse, Alter, Geschlecht,
Leistung, Aufstallung, Liegeflächenqualität und Klima (REITER et al., 2007). In einer Arbeit von
WECHSLER et al. (2000) wurde eine durchschnittliche Liegedauer von 11,6 Stunden pro Tag in
Liegeboxen mit Stroheinstreu als Unterlage gefunden, während die Tiere in Boxen mit
Komfortmatratzen in Abhängigkeit vom Matratzentyp 10,8 bis 11,4 Stunden pro Tag lagen.
Nach einer Literaturübersicht gaben TUCKER et al. (2004) die durchschnittlichen Liegezeiten von
Milchkühen zwischen 9,4 bis maximal 14,7 Stunden pro Tag an. Für die Anzahl Liegeperioden
pro Tag lagen die Werte in den gesichteten Studien zwischen 8,2 und 14,1 Perioden und die
durchschnittliche Dauer einer Liegeperiode wurde in verschiedenen Untersuchungen mit 0,9 bis
1,4 Stunden ermittelt. Die Autoren betonten, dass laktierende Kühe bei Angebot eines
komfortablen Liegeplatzes zu mindestens 12 Stunden Gesamtliegezeit pro Tag neigen.
Kühe lagen pro Tag bei Temperaturen um etwa 10 °C am längsten, während die Liegedauer mit
zunehmenden Temperaturen abnahm (TOBER und LOEBSIN, 2013). Dabei stieg die Anzahl der
Liegeperioden pro Tag an und die Dauer der Liegeperioden verringerte sich mit steigenden
Temperaturen. Die lokomotorische Aktivität war von der Temperatur unbeeinflusst.
Kühe ruhten und kauten zunehmend im Stehen wieder, je höher die Umgebungstemperaturen
waren. Dabei verhielt sich die Beziehung zwischen den genannten Aktivitäten im Stehen und der
Umgebungstemperatur linear. Außerdem stieg mit zunehmenden Temperaturen der Anteil Tiere,
die tranken bzw. sich im Bereich der Tränken aufhielten (SHULTZ, 1984).
Für IGONO et al. (1987) lag es nahe, dass Kühe bei hohen Temperaturen vermehrt in den
Stallgängen stehen, weil dieses Verhalten die evaporative Kühlung maximiert. Beim Liegen in der
Box neben anderen ebenfalls Wärme produzierenden Kühen wäre die Kühlung weniger effektiv.
Futteraufnahme und Wiederkäuen
Allgemein lässt sich feststellen, dass die Angaben zu Fresszeiten pro Tag erheblich im Schrifttum
variieren. Demnach fressen Hochleistungskühe zwischen knapp 3 und etwa 6,5 Stunden pro Tag
(Tab.1). Es kann häufig nicht nachvollzogen werden, worin die erheblichen Differenzen zwischen
den verschiedenen Studien begründet lagen.
In ihrer Übersicht beschrieben SCHRADER et al. (2006) für die Kaufrequenz während des
Fressens und Wiederkäuens durchschnittlich 65 bis 70 Kauschläge pro Minute, was von der
Qualität der Nahrung abhängig sei. Dabei würde eine Gesamtzahl von etwa 40.000 Kauschlägen
pro Tag ausgeführt. Im Vergleich zur Weidehaltung fiel die Nahrungsaufnahme bei Stallhaltung
mit 4 bis 7 Stunden pro Tag etwa 4 bis 5 Stunden geringer aus. Außerdem wurde ausgeführt,
dass das Wiederkäuen meist im Liegen stattfinde, am intensivsten während der ausgedehnten
Ruhephasen in den Nachtstunden gezeigt wird und insgesamt 5 bis 9 Stunden pro Tag in
Anspruch nimmt. Die Dauer des Wiederkauens sei in hohem Maße vom Rohfasergehalt, der

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
59
Trockenmasse und der Feuchte des Futters abhängig. Außerdem würde die Wiederkaudauer von
der Umwelt und den Tieren selbst beeinflusst (JILE, 2003).
Tabelle 1:
Ergebnisse aus Untersuchungen zur Fressdauer von Milchkühen verschiedener
Literaturquellen
Autoren
Ergebnisse zur Fressdauer
DADO und ALLEN, 1994
284 min/d (primipare Kühe),
314 min/d (pluripare Kühe)
FREGONESI und LEAVER,
2002
219-273 min/d (Milchleistung: 21,4 kg/d und 24,6 kg/d),
270-280 min/d (Milchleistung: 38,7 kg/d und 42,6 kg/d)
GRANT und ALBRIGHT,
2001
184 min/d (Primipare und Pluriparen gemischt gehalten),
205 min/d (Primipare separat gehalten)
PHILLIPS und RIND, 2001
334-359 min/d (tägliche Futtervorlage),
385-394 min/d (Futtervorlage alle 2 Tage)
DEVRIES et al., 2003
332 min/d
KAUFMANN et al., 2007
201 min/d
LINDGREN, 2009
160 min/21 h
1)
(Milchleistung: 44,7 kg/d)
1)
Während des Melkens (dreimal pro Tag je eine Stunde) war keine Beobachtung möglich.
Bei Untersuchungen von PAHL et al. (2016) an insgesamt sieben Kühen wurden folgende
Mittelwerte der aufgeführten Merkmale gefunden. Die Tiere verbrachten 270 (± 39) Minuten pro
Tier und Tag in den Wiegefuttertrögen und kauten 262 (± 48) Minuten pro Tier und Tag.
Außerdem wurden 9,7 Fressperioden pro Tier und Tag mit einer Länge von 27,8 (± 21,7) Minuten
pro Periode ermittelt. Die Wiederkauzeiten betrugen 534 (± 58) Minuten pro Tier und Tag.
Einige Faktoren, die Einfluss auf die tägliche Wiederkaudauer nehmen, wurden von HOY (2014)
identifiziert. So konnte nach retrospektiver Auswertung von Wiederkaudaten aus einem
automatischen Messsystem ermittelt werden, dass sowohl die Laktationsnummer als auch der
Laktationstag bzw. die -woche zu verschiedenen Ruminationsdauern bei den Tieren führten.
Erstkalbinnen hatten demnach mit 466 Minuten pro Tag die kürzeste Wiederkaudauer und Kühe
mit mehr als vier Laktationen kauten mit 544 Minuten pro Tag am längsten wieder. Dieser Einfluss
wurde damit erklärt, dass die Kühe mit zunehmendem Alter großrahmiger und schwerer werden.
Damit steigen das Fassungsvermögen des Magen-Darm-Traktes sowie die Futteraufnahme an
und ein Einfluss auf die tägliche Wiederkaudauer ist zu erwarten. In den gleichen Untersuchungen
wurde im Winter (Tagesmitteltemperaturen unter 0 °C) eine signifikant höhere Wiederkaudauer
(526 Minuten pro Tag) gefunden als im Sommer bei Tagesmitteltemperaturen über 20 °C (481
Minuten pro Tag). Zwischen täglicher Maximaltemperatur und Wiederkaudauer bestand mit r=-
0,55 ein signifikanter Zusammenhang. Ein Anstieg der maximalen Außentemperatur um 10 Kelvin
senkte demnach die tägliche Wiederkaudauer um 28 Minuten, was für den Juni 2013
exemplarisch nachgewiesen wurde.
Von WITTKOWSKY (2007) wurde eine tägliche Wiederkaudauer von 300 bis 420 Minuten je Tier
angegeben. SCHIMMEL et al. (2006) fanden Wiederkauzeiten von 416 bzw. 446 Minuten pro Tier
und Tag sowie Fresszeiten von lediglich 128 bzw. 125 Minuten pro Tier und Tag bei
unterschiedlichen Häcksellängen von Maissilage.
Dem Einfluss der Häufigkeit der Futtervorlage auf das Fress- und Wiederkauverhalten gingen
GROTHMANN et al. (2012) nach, indem sie Fütterungsfrequenzen von einmal, zehnmal und
zwölfmal täglich verglichen. Keine der untersuchten Verhaltensweisen (Fresszeit, Wiederkauzeit,
Fress- und Wiederkauschläge sowie Anzahl Wiederkauboli) wurde signifikant von der
Fütterungsfrequenz beeinflusst.
Der Frage, ob das Anlegen eines Halfters zum Zweck der Messung von Fress- und
Wiederkauaktivitäten die Futteraufnahme und damit das Fress- und Wiederkauverhalten der
Tiere beeinflusst, stellte sich BÜCHEL (2013). In ihren Untersuchungen wurden 12 Kühe mit

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
60
Halfter und 12 Kontrollkühe über vier Tage verglichen. Dabei wurde nachgewiesen, dass sich die
Futteraufnahme der Kühe mit Halfter nicht von der der Kontrollkühe ohne Halfter im
Vergleichszeitraum unterschied. Es wurde ebenfalls kein Unterschied gefunden, wenn die
Futteraufnahme der gehalfterten Kühe verglichen wurde mit der Zeit vor dem Anlegen der Halfter.
SILANIKOVE (2000) beschrieb in seinem Thermoneutralzonenkonzept, dass ein homoiothermes
Tier ab einer bestimmten Hitzebelastung versucht, seine endogene Wärmeproduktion durch
Verringerung der Aktivität und der Futteraufnahme einzuschränken, da es die entstehende
Eigenwärme nicht mehr dauerhaft und vollständig abführen kann.
Für subtropische, feuchte Gebiete im Südosten der USA schlussfolgerte WEST (2003), dass die
Milchleistungen der Kühe dort nur aufrechterhalten werden können, wenn es gelänge, effiziente
technische Kühlmöglichkeiten und Futterrationen mit höherer Energie- und Nährstoffdichte
bereitzustellen, um Probleme der naturgegebenen Wärmebelastung in Form verminderter
Futteraufnahmen zu kompensieren.
Validierung des Systems RumiWatch
Ein im europäischen Raum mehrfach eingesetztes System zur automatischen Erfassung
verschiedener Verhaltensweisen ist RumiWatch (RW). Um sowohl Merkmale des Liegens,
Stehens und Gehens als auch des Fress- und Wiederkauverhaltens erfassen zu können, sind ein
Pedometer und ein Halfter mit einem Nasenbandsensor zwei wesentliche Bestandteile des
Systems (Abb. 1 und 2). Auch wenn die Entwicklung von RW mit dem Anspruch stattfand, es
auch als Managementhilfe einzusetzen, ist sein häufigster Einsatzbereich bei wissenschaftlichen
Untersuchungen. Deshalb ist das Ziel verschiedener Arbeiten die Validierung des Systems
gewesen.
Nur wenige Arbeiten beschäftigten sich mit den RW-Pedometern. So stellten ALSAAOD et al.
(2015) in ihren Untersuchungen zur Früherkennung von Lahmheit mithilfe des RW-Pedometers
folgende Korrelationskoeffizienten (r) und mittlere relative Messfehler (RMF) fest:
Liegezeit:
r = 1,00 (RMF = 0,09 %)
Stehzeit:
r = 0,96 (RMF = 4,70 %)
Gehzeit:
r = 0,96 (RMF = 17,12 %)
Schritte:
r = 0,98 (RMF = 6,23 %)
Für die Parameter Anzahl Liege-, Steh-, Geh-, Aufsteh- und Liegeereignisse überstieg der Anteil
korrekt erfasster Ereignisse 99 %.
In einer Studie, die die Validierung von RW zur automatischen Erfassung des Verhaltens unter
den Bedingungen von weidebasierten Haltungssystemen zum Ziel hatte (WERNER et al., 2018),
wurden die vom RW-Pedometer ermittelten Daten mit denen aus visuellen Beobachtungen
verglichen. Dabei konnten Korrelationskoeffizienten von r = 0,99 für das Liegen, r = 0,97 für das
Stehen und r = 0,78 für das Gehen ermittelt werden. Die relativ schwache Korrelation beim Gehen
führen die Autoren darauf zurück, dass Liege- und Stehverhalten scheinbar leichter und damit
korrekter erkannt werden können als Gehen. Zusammenfassend wird geschlussfolgert, dass RW
eine zuverlässige Sensortechnologie zur Beobachtung der Kuhaktivität und des Fressverhaltens
ist und für Forschungszwecke verwendet werden kann.
Häufiger beschäftigten sich Arbeiten mit der Validierung des RW-Nasenbandsensors und dem
Vergleich mit anderen Systemen unter praktischen Bedingungen. Bereits vor einigen Jahren
validierten ZEHNER et al. (2017) eine frühe Entwicklung des RW-Nasenbandsensors und stellten
anhand von Video- und Direktbeobachtungen Übereinstimmungen bei der Quantifizierung
spezifischer Kieferbewegungen mit einem Bestimmtheitsmaß von R² = 0,79 für das Wiederkauen
und R² = 0,77 für das Fressen fest. Weiterer Entwicklungsbedarf wurde eingeräumt.

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
61
Bei ihren Untersuchungen zur Schätzung der Futteraufnahme stellten PAHL et al. (2016) zeitliche
Übereinstimmungen der von Wiegetrögen und Messhalftern mit MSR-ART-Drucksensoren
(entspricht RW) erfassten Daten zum Fressen von durchschnittlich 92,2 % fest bei einer
Spannweite von 89,6 % bis 94,1 %. Verwendet wurde hierbei ein Auswerteintervall von einer
Minute.
In der Arbeit von BÜCHEL (2013) wurden drei verschiedene automatische Systeme zur
Erfassung der Wiederkauaktivität miteinander verglichen: das DairyCheck verarbeitet und
analysiert elektromyographische Signale der Kaumuskulatur, RW verwendet einen Druckwandler
zur Erfassung der Kaubewegungen und Lely Qwes HR nutzt akustische biotelemetrische Signale.
Dabei zeigte sich in einem ersten Versuch, dass sich die ermittelten täglichen Wiederkauzeiten
mit dem DairyCheck deutlich von denen mit dem Lely Qwes HR unterschieden (530 ± 60 Minuten
respektive 399 ± 148 Minuten). Im zweiten Versuch wurden RW und Lely Qwes HR verglichen
und auch hier erhebliche Abweichungen gefunden (546 ± 54 Minuten respektive 413 ± 148
Minuten). Die Übereinstimmung zwischen DairyCheck und RW wurde als hoch und die ermittelten
Ergebnisse dieser Systeme als konsistent eingeschätzt.
Bei einem Vergleich des von RW (Version 2.23) erfassten Fress-, Wiederkau- und
Trinkverhaltens mit visuellen Beobachtungen der Tieraktivitäten wurden von SCHNEIDER et al.
(2016) die Rohdaten von RW mit der Software RW Converter (0.7.3.2) einmal mit der Option 1-
Minuten-Intervall und einmal mit der Option 10-Minuten-Intervall ausgewertet. Dabei ergaben sich
für das Wiederkauen Bestimmtheitsmaße von R² = 0,70 bzw. R² = 0,75 und für die
Futteraufnahme von R² = 0,78 und R² = 0,72 und für die Wasseraufnahme lediglich R² = 0,07
bzw. R² = 0,10. Außerdem entstand bei der Futteraufnahmedauer eine Differenz von etwa einer
Stunde pro Tier und Tag, wenn dieselben Rohdaten mit der 1-Minuten- oder der 10-Minuten-
Option konvertiert wurden. Die Autoren schlussfolgerten, dass die Wasseraufnahme mit dem
Nasenbandsensor nicht erfasst werden kann und die Genauigkeit des Systems bei der
Wiederkauaktivität ausreicht, um beim Herdenmanagement wirksame Unterstützung leisten zu
können. Für wissenschaftliche Untersuchungen wurde die Genauigkeit als nicht ausreichend
bezeichnet.
Eine Validierung des RW-Nasenbandsensors unter Laufstallbedingungen führten RUUSKA et al.
(2016) in Form eines Vergleiches der RW-Daten mit kontinuierlichen Videoaufzeichnungen und
den Besuchszeiten in einer automatischen Futterstation durch. In einer Untersuchung an sechs
Kühen über 72 Stunden zeigte sich eine hohe Übereinstimmung der RW-Daten mit den
videobasierten Daten beim Fressen und beim Wiederkauen. Die Bestimmtheitsmaße betrugen
R
2
= 0,94 bzw. R
2
= 0,93, was von einem geringen Zufallsfehler zeugt. Außerdem konnte
nachgewiesen werden, dass kein signifikanter systematischer Fehler vorhanden war. Allerdings
wurde eine Tendenz festgestellt, wonach RW das Fressen überschätzt. Diese Tendenz wurde
bei den weiteren Untersuchungen mit insgesamt 18 Kühen im Vergleich mit den Besuchszeiten
in der automatischen Futterstation bestätigt. Während hier vom RW-System 5,1 ± 2,7 Stunden
Fresszeit pro Tier und Tag ermittelt wurden, lagen die Besuchszeiten an der Futterstation lediglich
bei 3,2 ± 1,1 Stunden pro Tier und Tag. Das zugehörige R² betrug dabei 0,76. Dabei gab es für
die Tiere keine andere Möglichkeit Futter aufzunehmen als an der Futterstation. Die Beziehungen
der von RW registrierten Trinkzeit im Vergleich zu den Videoaufzeichnungen war mit R² = 0,20
schlecht. Es wurde festgestellt, dass die automatische Aufzeichnung von Trinken generell mit
großen Schwierigkeiten behaftet ist.
In 14 Schweizer Betrieben testeten ZEHNER et al. (2017) den RW-Nasenbandsensor unter
Praxisbedingungen im Vergleich zu Direktbeobachtungen. Die Gesamtstichprobe umfasste 60
Kühe, die jeweils eine Stunde lang beobachtet wurden. Mithilfe der Software RW-Converter
wurden die Sensorrohdaten anschließend sowohl mit der Softwareversion 0.7.2.0 als auch mit
der
Version
0.7.3.2
jeweils
im
Stundenintervall
konvertiert.
Im
Vergleich
von
Direktbeobachtungen und Sensordaten wurden für die Wiederkauzeit Korrelationen von r = 0,91
(0.7.2.0) und r = 0,96 (0.7.3.2) errechnet und für die Fresszeit r = 0,86 (0.7.2.0) und r = 0,96

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
62
(0.7.3.2). Die Autoren schlussfolgern aus den hohen bis sehr hohen Korrelationen, dass der RW-
Nasenbandsensor erfolgreich als wissenschaftliches Überwachungsgerät zur automatisierten
Messung von Wiederkau- und Fressaktivität bei im Stall gefütterten Kühen entwickelt und validiert
wurde.
Material und Methode
Die Untersuchungen zum Verhalten fanden in der Milchviehherde des gleichen Praxisbetriebes
in Mecklenburg-Vorpommern wie die Untersuchungen zur Vormagentemperatur statt (siehe
Beitrag ab Seite 11). Der Betrieb verfügte über etwa 480 Kühe der Rasse Deutsche Holstein bei
einer Jahresmilchleistung von rund 11.000 kg Milch/Tier, dabei wurden die Tiere in einem frei
gelüfteten Liegeboxen-Laufstall unter Außenklimabedingungen gehalten und täglich dreimal
gemolken. Mithilfe von Datenloggern wurden die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchte in
Form von Stundenwerten aufgezeichnet.
Für die Erfassung verschiedener Verhaltensparameter ist das Gerätesystem RW zum Einsatz
gekommen. Dabei handelte es sich um eine Schweizer Gemeinschaftsentwicklung von
AGROSCOPE, ITIN+HOCH und VETSUISSE BERN. Hersteller ist die Firma ITIN+HOCH. Das
System besteht aus einem Pedometer (Abb. 1) und einem Wiederkauhalfter (Abb. 2), welche
beide die Daten intern auf eine SD-Karte aufzeichneten. Am Ende des Untersuchungszeitraums
wurden die Geräte von den Tieren abgenommen und die gewonnenen Daten mittels USB-Kabel
auf einen PC übertragen. Die so erhaltenen Rohdaten mit einer Aufzeichnungsfrequenz von
10 Hz wurden anschließend mit der Systemsoftware RW-Converter (Version 7.4.13) verarbeitet,
um so aus den Rohdaten die verschiedenen Verhaltensparameter in Form von Tagessummen zu
generieren. Dabei haben die Pedometer verschiedene Parameter der Aktivitäten und des Ruhens
der Tiere sehr detailliert registriert (Tab. 2). Aufzeichnungen des Fress-, Wiederkau- sowie
Trinkverhaltens (Tab. 2) erfolgten mit dem Nasenbandsensor in Form eines Druckschlauches in
einem Messhalfter (Abb. 2).
Tabelle 2:
Vom System RW klassifizierte, verwendete und aufgezeichnete
Verhaltensweisen
Halfter
Futteraufnahme
Zeitdauer
Anzahl Fresskauschläge
Wiederkauen
Zeitdauer
Anzahl Wiederkauschläge
Anzahl rejizierter Boli
Trinken
Zeitdauer
Anzahl Trinkschlucke
Pedometer
Liegen
Zeitdauer
Anzahl Abliege- und Aufstehvorgänge
Anzahl abgebrochener Abliegevorgänge
Anzahl abgebrochener Aufstehvorgänge
Aktivität
Zeitdauer Gehen
Zeitdauer Stehen
Anzahl ausgeführter Schritte

image
image
Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
63
Abbildung 1: Am Tier angebrachtes
RW-Pedometer
(Quelle:ITNIN+HOCH)
Ziel der Untersuchungen war, Einflüsse unterschiedlicher Stalltemperaturen auf das Verhalten
der Tiere zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden zwei zeitlich so nah wie möglich
beieinanderliegende Beobachtungszeiträume mit 14 Kühen, die sich in der zweiten bis fünften
Laktation befanden (x
̅
= 3,6 Laktationen), realisiert. Die ersten Untersuchungen mit kühlen bis
mittleren Umgebungstemperaturen fanden vom 16. Februar bis 20. März 2018 statt und der
zweite Untersuchungszeitraum mit wärmeren Temperaturen vom 1. Juni bis 28. Juni 2018. Aus
diesen Gesamtzeiträumen wurden zum Vergleich der Verhaltensweisen bei unterschiedlichen
Temperaturen drei Bereiche von jeweils drei aufeinanderfolgenden Tagen ausgewählt, die sich
dadurch auszeichneten, dass innerhalb eines Dreitagebereiches annähernd gleiche
Tagesmitteltemperaturen und zwischen den Dreitagebereichen entsprechende Unterschiede
herrschten (Tab.3). Im Weiteren werden der erste Temperaturbereich (-1 °C bis 1 °C) mit 0 °C,
der zweite (8 °C bis 11 °C) mit 9 °C und der dritte Bereich (19 °C bis 20 °C) mit 19 °C bezeichnet.
Tabelle 3:
Stallklimatische Charakteristika der drei ausgewählten dreitägigen
Untersuchungszeiträume
Datum
Tagesmitteltemp
eratur (°C)
Stalllufttemperatur
(°C)
Relative Luftfeuchte
(%)
x
̅
Min
Max
x
̅
Min
Max
25.02.-27.02.18
-1… 1
0,2
-3,7
3,7
84,2
63,1
95,0
11.03.-13.03.18
8…11
9,5
4,2
16,2
94,8
77,2
100,0
03.06.-05.06.18
19…20
19,5
15,3
25,7
85,3
40,0
100,0
In die Auswertungen wurden ausschließlich gesunde laktierende Tiere einbezogen, die in den
Leistungsgruppen 1 und 4 gehalten wurden, welches beides Hochleistungsgruppen mit
identischer Fütterung waren. Außerdem sind die Aktivitätsdaten von jedem Tier auf Tage mit
ungewöhnlich hohen Aktivitäten untersucht worden. Wurden solche Tage identifiziert, wurden sie
von der Auswertung ausgeschlossen, weil davon auszugehen war, dass die betreffenden Tiere
an diesen Tagen brünstig waren. Ziel dieses Vorgehens war, möglichst nur normales, ungestörtes
Verhalten in die Untersuchungen einzubeziehen. Weiterhin kam es zu einigen Datenausfällen,
weil im Februar zwei der involvierten Tiere erkrankten und weil es zu technischen Ausfällen von
Geräten kam. Am Ende standen insgesamt acht auswertbare Tiere mit vollständigen Daten in
den drei dreitägigen Temperaturbereichen zur Verfügung (Tab.4).
Abbildung 2: Sitz des Druckschlauches auf
der Nase bei angelegtem RW-
Messhalfter (Quelle: ITIN+HOCH)

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
64
Tabelle 4:
Charakteristische Parameter der acht ausgewerteten Tiere
Datum
Milchleistung pro Tag (kg)
Laktationstag
x
̅
Min
Max
x
̅
Min
Max
25.02.-27.02.18
44,7
35,0
53,0
130,4
51
311
11.03.-13.03.18
44,4
34,7
52,6
144,4
65
325
03.06.-05.06.18
39,6
31,4
48,8
228,7
149
409
Statistik
Die statistische Verrechnung der aufbereiteten Daten erfolgte mit dem Programmpaket SAS 9.4
mit einem gemischten Modell (proc mix) mit Messwertwiederholung. Folgendes Modell wurde
hierfür in Ansatz gebracht:
Y
ijk
= TB
i
+ T
j
+ (T x ML)
jk
+ e
ijk
.
Dabei bedeutet:
Y
ijk
= Beobachtungswert des Merkmals
TB
i
= fixer Effekt des Temperaturbereichs / Messzeitpunkts in °C (i = 0, 9, 19)
T
j
= Tier mit Messwiederholung an den Messzeitpunkten (i = 5; 7; 121; 192; 280;
430; 440; 462)
ML
k
= Milchleistung in kg/d (k =
35,0; 35,1-40,0; 40,1-45,0; 45,1-50,0; >50,0)
(T x ML)
jk
= Wechselwirkung zwischen Tier und Milchleistung
e
ijk
= zufälliger Restfehler
Das Signifikanzniveau wurde auf p
0,05 festgelegt.
Ergebnisse und Diskussion
In der Tabelle 5 sind die Schätzwerte als least squares means (LSM) der untersuchten Verhal-
tensmerkmale an den verschiedenen Messzeitpunkten respektive in den Temperaturbereichen
aufgezeigt. Nur wenige Verhaltensweisen wiesen signifikante Unterschiede in Abhängigkeit von
den untersuchten Temperaturen auf.
Ein ungewöhnlicher Befund war, dass die Liegedauer pro Tag oberhalb von 9 °C tendenziell noch
weiter anstieg (p=0,09 zwischen 0 °C und 19 °C). Frühere eigene Untersuchungen ergaben bei
ähnlichen Temperaturbereichen ein Absinken der Liegedauer mit zunehmender Stalltemperatur
(TOBER und LOEBSIN, 2013), wobei von unter 0 °C bis 10 °C die Liegezeiten zunächst
anstiegen und danach wieder abfielen, was für das hier beobachtete Verhalten zwischen 0 °C
und 9 °C ebenfalls tendenziell zutraf. Auch COOK et al. (2007) und MAČUHOVÁ et al. (2008)
fanden kürzere Liegezeiten bei wärmeren Temperaturen im Vergleich zu kühleren. Auf die
Liegedauer können viele Faktoren einen Einfluss haben (HOUPT, 1998; REITER et al., 2007;
WECHSLER et al., 2000). Die Versuchsdurchführung lieferte für das beobachtete abweichende
Verhalten, dass die Liegedauer bei Temperaturen über 9 °C tendenziell weiter anstieg, keine
Erklärung.
Die Anzahl der beobachteten Liegeperioden lag in einem Bereich, wie er auch von TUCKER et
al. (2004) in ihrer Literaturstudie beschrieben wurde und wies mit dem Anstieg bei wärmeren
Temperaturen gegenüber 0 °C das gleiche Verhalten auf, wie in der Arbeit von TOBER und
LOEBSIN (2013). Allerdings waren die Liegeperiodendauern in den hier vorgestellten
Untersuchungen von der Umgebungstemperatur offenbar völlig unbeeinflusst, sie bewegten sich
durchschnittlich zwischen rund 75 Minuten und 83 Minuten pro Liegeperiode, was gut mit den

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
65
von TUCKER et al. (2004) in der Literatur gefundenen Werten korrespondiert. Die mittlere Dauer
einer Liegeperiode in den Untersuchungen von TOBER und LOEBSIN (2013) war um ca. 30 bis
45 Minuten länger, was aber einer abweichenden Definition einer Liegeperiode und damit deren
Berechnung geschuldet war. Hier war die Dauer der Liegeperiode eindeutig von den
Umgebungstemperaturen beeinflusst.
Das Stehen zeigte erwartungsgemäß eine umgekehrte Tendenz wie das Liegen und damit auch
ein ungewöhnliches Verhalten, welches sich einer Erklärung aus den vorliegenden
Untersuchungsbedingungen entzieht. Signifikante Abhängigkeiten von der Stalltemperatur waren
nicht vorhanden. Im Gegensatz dazu stellten COOK et al. (2007) ein Ansteigen des Stehens bei
zunehmenden Temperaturen fest und IGONO et al. (1987) postulierten, dass Kühe bei hohen
Temperaturen durch vermehrtes Stehen die evaporative Kühlung maximieren.
Die Dauer des Gehens und damit auch die Anzahl der Schritte nehmen bei Stallhaltung
naturgemäß nur einen relativ geringen Raum im Gesamtverhalten der Milchkühe ein. Die meisten
Schritte und die längste Gehdauer dürften im Zusammenhang mit dem Weg zum und vom Melken
zustande kommen, womit die deutliche Unabhängigkeit von der Umgebungstemperatur erklärt
werden kann. Gleiches stellten TOBER und LOEBSIN (2013) bei der Untersuchung der
lokomotorischen Aktivität in Abhängigkeit von der Stalltemperatur fest.
Tabelle 5:
LSM der untersuchten Verhaltensweisen in Abhängigkeit vom Temperaturbereich
(Unterschiedliche Buchstaben in einer Zeile bedeuten Signifikanz.)
Merkmal
ME
Temperaturbereich
0 °C
9 °C
19 °C
Liegen
min/d
645
700
748
Liegeperioden-Anzahl
n/d
8,7
a
10,1
b
10,0
a,b
Liegeperioden-Dauer
min/n
82,6
74,6
80,5
Stehen
min/d
751
699
650
Gehen
min/d
43,0
42,2
41,9
Schritte
n/d
1.125
1.103
1.091
Fressdauer
min/d
331
a
326
a
273
b
Fresskauschläge
n/d
23.823
a
22.739
a
18.002
b
Wiederkaudauer
min/d
555
540
564
Wiederkauperioden-Anzahl
n/d
15,0
15,7
16,0
Wiederkauperioden-Dauer
min/n
37,2
35,6
35,5
Wiederkauschläge
n/d
38.767
37.155
38.187
Wiederkauboli
n/d
595
568
571
Wiederkauschläge/Bolus
n/Bolus
63,8
a,b
63,3
a
66,7
b
sonstige Kieferbewegungen
n/d
2.322
2.740
2.607
Die erfassten Werte der Fressdauer lagen alle in einem Bereich, wie er in der Übersicht von
SCHRADER et al. (2006) mit vier bis sieben Stunden für Stallfütterung angegeben wurde. Auch
im Vergleich mit den berichteten Ergebnissen der Quellen, die in Tabelle 1 aufgelistet sind,
passen sich die gefundenen Werte gut bei den meisten Angaben ein.

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
66
Im Temperaturbereich von 19 °C reduzierten die Tiere die Dauer der Futteraufnahme um fast
eine Stunde gegenüber 0 °C und 9 °C, was einer Reduktion um 16 % bzw. 18 % entspricht.
Gleiche Verhältnisse finden sich folgerichtig auch bei der Anzahl der Fresskauschläge wieder.
Mit Ausnahme der Anzahl Wiederkauschläge pro Bolus zeigte kein Merkmal des
Wiederkauverhaltens eine Beeinflussung durch die unterschiedlichen Umgebungstemperaturen.
Die ermittelten LSM der Ruminationsdauer lagen in einem sehr ähnlichen Bereich wie bei HOY
(2014). Während aber von HOY (2014) eine Verkürzung der Wiederkaudauer bei zunehmenden
Temperaturen nachgewiesen wurde, war ein solcher Effekt in den eigenen Untersuchungen nicht
festzustellen.
Die verringerte Fressdauer bei 19 °C legt eine entsprechend reduzierte Aufnahme der
Futtermenge nah. JILE (2003) beschreibt, dass die Wiederkaudauer vom Individuum beeinflusst
wurde. Möglicherweise zeigten die Ergebnisse in den hier vorgestellten Untersuchungen ein
Bestreben der Tiere nach einer gewissen Konstanz des Wiederkauens. Die geringere
Futtermenge könnte dabei teilweise durch mehr Kauschläge pro Bolus kompensiert worden sein.
Die reduzierte Futteraufnahme war nur zum Teil aus der Verringerung der Milchleistung von 44 kg
bis 45 kg pro Tag bei 0 °C und 9 °C auf knapp 40 kg pro Tag bei 19 °C zu erklären, was nach
BRADE und BRADE (2016) im Mittel einen Rückgang der Futteraufnahme von 25,2 kg Trocken-
masse pro Tag auf 23,7 kg Trockenmasse pro Tag verursachte. Die gleiche Verzehrs-
geschwindigkeit vorausgesetzt, hätten die Kühe für die Aufnahme von 23,7 kg Trockenmasse bei
19 °C etwa 310 Minuten benötigen müssen. Die Effekte von Leistungsrückgang im fort-
geschrittenen Laktationsstadium und der höheren Umgebungstemperaturen konnten zwar nicht
vollständig voneinander getrennt werden, dennoch sind die hohen Temperaturen zum großen
Teil für die Reduzierung der Futteraufnahmedauer ursächlich, weil zum einen die Milchleistung
Bestandteil des statistischen Modells war und der Rückgang der Fressdauer war zu groß, um
vollständig mit der leistungsbedingten Futteraufnahmereduzierung erklärt werden zu können.
Die Anzahlen der sonstigen Kieferbewegungen wiesen erwartungsgemäß keine Unterschiede
zwischen den drei Temperaturbereichen auf. Sonstige Kieferbewegungen waren laut
Herstellerdefinition sämtliche Kieferbewegungen, die nicht als Wiederkau-, Fress- oder
Trinkaktivität klassifiziert wurden. Sie traten z. B. beim Lecken (gegenseitig oder sich selbst) auf
oder waren vom System nicht richtig klassifizierte Bewegungen, die eigentlich zu einer der drei
genannten Aktivitäten gehörten.
Das System RumiWatch bietet zwar die Auswertung des Trinkverhaltens an. Eigene
Überprüfungen anhand der Vormagentemperatur haben jedoch ergeben, dass die mit der
Wasseraufnahme in Verbindung stehenden ermittelten Verhaltensweisen nur sehr unzu-
verlässige Daten liefern. Deshalb wurde auf eine Verwendung dieser Merkmale verzichtet. Diese
Feststellungen stehen im Einklang mit den Ergebnissen und Aussagen von BÜCHEL (2013),
SCHNEIDER et al. (2016) und RUUSKA et al. (2016), die aufgrund von Verifizierungs-
untersuchungen berichteten, dass mit RumiWatch das Trinken nicht zuverlässig erfassbar war.
Fazit
Das Messsystem RumiWatch ist prinzipiell gut für die Erfassung der verschiedenen
Verhaltensweisen des Ruhe- und Aktivitätsverhaltens (Pedometer) und der Futteraufnahme
sowie des Wiederkauens (Halfter) geeignet. Aufgrund einer teilweise recht komplizierten und
komplexen Handhabung und des relativ hohen Preises kann es für einen Einsatz als
Managementhilfe in der praktischen Landwirtschaft jedoch nicht empfohlen werden. Zudem sind
vereinzelt Ausfälle in Form gerissener Halfterriemen zu verzeichnen gewesen, die auf
Materialschwächen im harten Praxiseinsatz hindeuten. Auch Scheuerstellen am Fell und an der
Haut der Tiere im Halfterbereich (Nase) und an den Pedometern im Fesselbereich sind
aufgetreten, obwohl die Geräte nur jeweils für vier bis fünf Wochen an den Tieren angebracht

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
67
waren. Insbesondere die Halfter müssen relativ stramm angelegt werden, um exakte Messwerte
liefern zu können. Ein dauerhaftes Tragen im Praxiseinsatz erfordert noch weitere
Entwicklungsarbeit bezüglich zuverlässiger und verletzungsfreier Materialien. Zur Erfassung des
Trinkverhaltens ist das System (noch?) nicht geeignet.
Die Milchkühe zeigten in den untersuchten Temperaturbereichen nur bei wenigen
Verhaltensmerkmalen eine Reaktion auf die untersuchten Umgebungstemperaturen. Signifikante
Unterschiede gab es nur bei der Liegeperiodenhäufigkeit, der Fressdauer und damit im
Zusammenhang bei der Anzahl Fresskauschläge. Die Veränderungen dürften jedoch auch bei
aufmerksamer Tierbeobachtung nicht so deutlich in Erscheinung treten, dass dies dem Tierhalter
bereits als Alarmzeichen auffallen würde. Allerdings ist eine Reduktion der Futteraufnahme um
16 % bis 18 % bei Tagesmitteltemperaturen um 19° C schon als erheblich und als deutliches
Zeichen einer Wärmebelastung zu werten. Um das Tierwohl und die Leistung zu sichern, muss
schon deutlich vor Tagesmitteltemperaturen um 19 °C mit technischer Unterstützung der
Thermoregulation der Tiere begonnen werden. Im Beitrag ab Seite 11 zu Untersuchungen der
Vormagentemperatur bei Milchkühen im Zusammenhang mit der Umgebungstemperatur wird
deutlich, dass leistungsabhängig bereits ab etwa 5 °C bis 10 °C Stalltemperatur unterstützende
Maßnahmen ergriffen werden sollten. Es muss dann zwar noch nicht von Hitzestress gesprochen
werden, aber das Verhalten und hier vor allem der Rückgang der Futteraufnahme weisen auf die
Adaptationsreaktionen der Tiere oberhalb von 9 °C hin. Dies zeigt einmal mehr, dass die
Zuschaltung unterstützender technischer Maßnahmen für die Thermoregulation der Milchkühe
wie z. B. Ventilatoren oder Lüfter nicht „nach Gefühl“ der Tierhalter erfolgen sollte, sondern am
besten mithilfe einer messwertgeführten Automatik. Außerdem sollten Milchviehhalter immer
wieder für diese Problematik sensibilisiert werden.
Literatur
Alsaaod, M.; Niederhauser, J. J.; Beer, G.; Zehner, N.; Schuepbach-Regula, G.; Steiner, A.
(2015): Development and validation of a novel pedometer algorithm to quantify extended
characteristics of the locomotor behavior of dairy cows. J. Dairy Sci. 98, 6236–6242
Brade, W. und Brade, E. (2016). Die Futteraufnahme von hochleistenden Milchkühen im ersten
Laktationsdrittel aus der Sicht der Züchtung und des Tierwohles. Berichte über
Landwirtschaft-Zeitschrift für Agrarpolitik und Landwirtschaft
(https://buel.bmel.de/index.php/buel/article/view/111/Brade_Futteraufnahme.html)
Büchel, S. (2013): Sensor-based Control of Chewing and Rumination Behavior of Dairy Cows.
Diss, Fachbereich Agrarwissenschaften der Universität Kassel
Cook, N. B.; Mentink, R. L.; Bennett, T. B.; Burgi, K. (2007): The effect of heat stress and
lameness on time budgets of lactating dairy cows. J. Dairy Sci. 90, 1674–1682
Dado, R. G.; Allen, M. S. (1994): Variation in and Relationships among Feeding, Chewing, and
Drinking Variables for Lactating Dairy Cows. J. Dairy Sci. Vol. 77, 132-144
DeVries, T. J.; von Keyserlingk, M. A. G.; Weary, D. M.; Beauchemin, K. A. (2003): Measuring
the feeding behavior of lactating dairy cows in early to peak lactation. J. Dairy Sci. 86,
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Fregonesi, J. A.; Leaver, J. D. (2002): Influence of space allowance and milk yield level on
behaviour, performance and health of dairy cows housed in strawyard and cubicle
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Grant, R. J.; Albright, J. L. (2001): Effect of Animal Grouping on Feeding Behavior and Intake of
Dairy Cattle. J. Dairy Sci. 84 (E. Suppl.), 156-163

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
70
10 Modellierung der Emissionen von Treibhausgasen und
Ammoniak bei der Schweinefleischerzeugung in
Thüringen unter Berücksichtigung der gesamten
Produktionskette
Ulrich Dämmgen, Johann Heinrich von Thünen-Institut (TI); Wilfried Brade, Tierärztliche
Hochschule Hannover (TiHo); Heinrich Kleine Klausing, EW Nutrition GmbH; Andreas Berk,
Friedrich-Loeffler-Institut (FLI); Hans-Dieter Haenel, TI; Jürgen Müller, Thüringer Landesamt für
Landwirtschaft (TLL); Simone Müller, TLL; Claus Rösemann, TI; (Projektnehmer)
Thomas Bauer (TLL); (Projektleiter)
Über dieses in den Jahren 2017 und 2018 durchgeführte Projekt der Thüringer Landesanstalt für
Landwirtschaft (TLL) informiert der folgende Kurzbericht:
Randbedingungen und Ziel der Arbeit
Angesichts einer menschlichen Lebensweise, die Umwelt und Klima in einem zum Teil
unerwünschten Maß beeinträchtigt, sind nationale und internationale Zielvorgaben formuliert
worden, die gewährleisten sollen, dass Belastungen zukünftig auf ein erträgliches Maß
zurückgeführt werden. Hierzu zählt auch die Verringerung der Emissionen von Treibhausgasen
und luftverschmutzenden Gasen.
Im Gegensatz zu manchen anderen Wirtschaftszweigen ist eine funktionierende Landwirtschaft
im Sinne des Wortes lebensnotwendig. Ihre Primärproduktion findet „unter freiem Himmel“ statt.
Sie ist deshalb von Klimawandel und Schadgasen betroffen, setzt aber gleichzeitig klima- und
umweltschädigende Gase frei, die sie zu einem bedeutenden Luftverschmutzer in Deutschland
machen. Hierbei kommt den Ammoniak-Emissionen eine besondere Rolle zu: Etwa 95 % der
deutschen Ammoniak-Emissionen stammen aus landwirtschaftlichen Quellen, insbesondere aus
der Nutztierhaltung. Will man Emissionen mindern, ohne die Produktion zurück zu fahren,
müssen in den zugehörigen Prozessen einzelne emissionsmindernde Maßnahmen identifiziert,
bewertet und eingesetzt werden.
Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung derjenigen möglichen Maßnahmen, die in der
Schweinefleischproduktion von der Betriebsleitung (Management) vorgenommen werden
können. Dabei wird nicht nur die Mast als Endglied der Produktionskette untersucht, sondern die
gesamten Glieder der Schweineproduktion (einschl. Ferkelerzeugung, Basis- und Reinzucht)
ebenso wie der Einfluss der Futter- und Mineraldüngerproduktion sowie die Bereitstellung von
Energie und Wasser.
Methoden
Das mehrstufige Betriebsmodell
Das Werkzeug ist eine umfassende Stoffflussanalyse eines fiktiven Modellbetriebes, in dem
möglichst viele Produktionsschritte der Thüringer Schweinefleischproduktion abgebildet werden
können. Dieses so genannte „Referenzunternehmen“ verfügt über 1.000 Mastplätze und die
notwendigen Sauen- und Ferkelaufzuchtplätze; einschließlich einer Basiszucht zur Erzeugung
notwendiger Zuchttiere (z. B. KB-Eber und deren Haltung). Es fördert seinen Bedarf an Erdgas
und Erdöl, deckt seinen eigenen Wasserbedarf, erzeugt seine eigene elektrische Energie und
den nötigen Mineraldünger, baut sein Futter an, hat sein eigenes Mischfutterwerk und eine kleine
Zuckerfabrik.
Die Analyse der Stoffflüsse umfasst dagegen nicht die Erstellung der notwendigen Bauten und
Maschinen und bildet den Transport von Gütern nur sehr unvollständig ab.

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
71
Modellierung der Ausscheidungen und Emissionen
Die Rechnungen folgen den internationalen Regelwerken, die zur Inventarisierung von
Emissionen von Klimagasen und luftverschmutzenden Gasen im Rahmen der Berichterstattung
für die Klimakonvention (IPCC) bzw. dem Übereinkommen der Europäischen Union zur
Reduzierung der Luftschadstoffemissionen (Regelwerk der UNECE) eingesetzt werden. Dabei
mussten für die Beschreibung der zusätzlich erforderlichen Schweinekategorien (Jungsauen und
-eber sowie von Ebern zur Zucht) Methoden aus den in der Emissionsberichterstattung
verwendeten neu abgeleitet werden. So musste für die Beschreibung von Sauen in der
Ferkelproduktion ein detailliertes Verfahren erarbeitet werden, das die Leistungsunterschiede als
Funktion der Nutzungsdauer beschreibt.
Bei Mastschweinen sind die Ammoniak-Emissionen (neben Leistung und Futter) zusätzlich
abhängig von der Art des Stallbodens (Teilspalten, Vollspalten) und der Fläche, die je Tier zur
Verfügung steht. Die Regelwerke berücksichtigen diese Abhängigkeiten nicht. Eine
Literaturrecherche sollte die Lücke schließen. Sie war nur bedingt erfolgreich.
Eingangsdaten
Referenzjahr 2015
Für das Jahr 2015, für das viele statistische Daten vorliegen, wird eine detaillierte Berechnung
der Stoffströme durchgeführt, aus der ersichtlich wird, aus welchen Quellen wie viel emittiert wird.
Erkennbar
sind
die
Schwerpunkte
Wirtschaftsdünger-Management
und
Mineraldüngeranwendung als bestimmende Quellen für Ammoniak und die Lagerung von
Wirtschaftsdüngern bei den Treibhausgasen. Bei Letzteren wird jedoch deutlich, dass eine
Vielzahl von Quellen gleichzeitig betrachtet werden muss.
Systematische Variation von Eingangsdaten
In einem weiteren Schritt werden die Wirkungen der Maßnahmen untersucht, die die
Betriebsleitung in einem Mastbetrieb und der Ferkelerzeugung beeinflussen kann: tierische
Leistung, Tiergesundheit (Tierverluste), Fütterung, Stall, Lager und Ausbringung von
Wirtschaftsdüngern. Große Effekte sind bei der Umstellung von Standardfutter auf N-P-
reduziertes Futter bzw. Gesundfutter, durch Abluftreinigung und durch Biogasanlagen erzielbar.
Szenarien für 2020 und 2025
In
einem
Expertengremium
wurden
die
zu
erwartenden
Trends
bezüglich
der
Produktionsbedingungen für die Jahre 2020 und 2025 geschätzt. Als Folge dieser
Veränderungen weisen die Rechnungen eine mögliche Minderung der Emissionen um 7 % bzw.
20 % bei Ammoniak und um 3 bzw. 5 % bei Treibhausgasen für 2020 und 2025 im Vergleich zu
2015 aus, obwohl eine - wenn auch geringe - Steigerung der Produktion erwartet wird.
Expertenrunde
Die für die thüringische Schweineproduktion erhältlichen statistischen Daten sowie die
Veröffentlichungen von Forschungsergebnissen waren nicht hinreichend. Die Schließung von
Datenlücken sowie die Daten für die Szenarien für 2020 und 2025 wurden in einer
Expertengruppe erarbeitet (Dr. Thomas Bauer, TLL; Dr. Simone Müller, TLL; Dr. Jürgen Müller,
TLL; Dr. Michael Mußlick, Thüringer Ministerium für Infrastruktur und Landwirtschaft; Brigitte
Neues, Qnetics GmbH; Dr. Gerd Reinhold, TLL; Hubert Schröter, TLL; Dr. Wilfried Zorn, TLL).
Ergebnisse
Systematische Variationen
Untersucht wurden die Einflüsse von
tierischer Leistung
Tiergesundheit, Tierverlusten

image
Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
72
Futterzusammensetzung
Stall (Stalltyp, Stallboden, Abluftreinigung)
Lager (Abdeckung, Biogasanlage)
Ausbringung (Technik, Einarbeitungsart und -zeit)
Kombiniert man die bisher beschriebenen einzelnen Möglichkeiten zur Emissionsminderung, so
ergeben sich aus den zahlreichen (kleinen) Beiträgen für NH
3
und THG ansehnliche
Gesamtminderungen von etwa 26 % (relativ). Verminderter Protein-Einsatz im Futter und
zunehmende Abluftreinigung sind die wesentlichen Faktoren. Die entsprechenden Minderungen
bei THG betragen etwa 6 %. Die Ergebnisse sind in Abbildung 1 (Abb. 28 im Bericht)
zusammengefasst.
Abbildung 1:
Mögliche NH
3
- und THG-Emissionen bei der Schweinemast bei Kombination aller
zuvor aufgeführten Maßnahmen (Häufigkeitsverteilungen der variierten Größen
nach Angaben des Expertengremiums)
Ammoniak- und Treibhausgas-Emissionen für 2015
Die Ergebnisse der Rechnungen für jede einzelne Kombination von Ausgangsdaten sind
beispielhaft in Tabelle 1 (Tab. 46 im Bericht) zusammengefasst.
Die bei weitem bedeutendste NH
3
-Quelle ist der Stall (Tierhaltung im engeren Sinn), gefolgt von
Ausbringung und Lager. Vor der Ausbringung ist von der ursprünglichen Menge an Ammoniak-
Stickstoff (total ammoniacal nitrogen, TAN) nur noch ein Drittel vorhanden. Insgesamt wird fast
die Hälfte des ausgeschiedenen N emittiert.
Etwa je ein Drittel der THG entfällt auf N
2
O, CH
4
und CO
2
. Bei Festmist fällt N
2
O (sowie NO und
N
2
) aus dem Lager an. Die Mengen sind gering im Vergleich zu den Emissionen, die nach der
Düngung und beim Verrotten von Pflanzenresten auftreten.
Die Aufschlüsselung der Emissionen für eine Tierkategorie nach Quellen veranschaulicht
Tabelle 2 (im Bericht Tab. 29).

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
73
Tabelle 1:
Beispielhafte Zusammenstellung der Emissionen 2015 (gerundete Werte)
Emissionen von
NH
3
N
2
O
CH
4
CO
2
THG *
Summe
THG
Einheit
kg Herde
-1
a
-1
kg Herde
-1
a
-1
kg Herde
-1
a
-1
kg Herde
-1
a
-1
Mg Herde
-1
a
-1
CO
2
-eq
Mg Herde
-1
a
-1
CO
2
-eq
Mast
Mastschweine
6.157
338
3.813
34.317
45,5
275,4
Aufzuchtferkel
656
52
794
5.930
17,9
59,1
Zwischensumme
6.812
390
4.608
40.247
63,4
334,4
Ferkelproduktion
Zuchtsauen
977
141
680
3.668
32,9
95,6
Jungsauen zur Zucht
141
12
33
930
3,1
8,6
Jungsauen zur Mast
31
2
4
126
0,7
1,6
Börge zur Mast
131
6
77
681
3,3
7,6
Aufzuchtferkel
32
4
8
212
6,0
7,6
Zwischensumme
1.312
166
802
5.618
45,9
120,9
Bereitstellung von
KB-Ebern
KB-Eber
3
0
0
16
0,0
0,1
Sucheber
5
0
1
26
0,0
0,2
Jungeber
6
1
1
48
0,1
0,3
Sauen zur Mast
5
0
2
27
0,1
0,2
Aufzuchtferkel
1
0
0
5
0,0
0,1
Zwischensumme
19
1
4
121
0,2
0,9
Reinzucht
Aufzuchtferkel
42
10
7
179
4,2
7,5
Jungeber
14
2
2
129
0,1
0,7
Zuchteber
20
1
2
92
0,1
0,7
Börge zur Mast
84
4
58
516
0,3
3,4
Jungsauen
187
16
26
818
2,4
8,6
Zuchtsauen
64
10
148
816
5,8
13,2
Sauen zur Mast
24
1
6
53
0,0
0,6
Zwischensumme
434
43
250
2.603
12,9
34,7
* Diese Spalte enthält diejenigen Emissionen, die als THG berichtet werden, wohingegen die folgende Spalte die gewichteten
Summen der THG-Emissionen (aus CO
2
, CH
4
, N
2
O) enthält. Verwendet wurden die Wichtungsfaktoren (Global warming potentials,
GWP) für CO
2
: GWP 1 kg kg
-1
), CH
4
: 25 kg kg
-1
), N
2
O: 298 kg kg
-1
) and THG: 1 kg kg
-1
)

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
74
Tabelle 2:
Aufgliederung der Emissionen aus der Mastschweinehaltung 2015
Emission von
NH
3
N
2
O
CH
4
CO
2
THG
Summe
THG
Einheit
kg Herde
-1
a
-1
kg Herde
-1
a
-1
kg Herde
-1
a
-1
kg Herde
-1
a
-1
Mg Herde
-1
a
-1
CO
2
-eq
Mg Herde
-1
a
-1
CO
2
-eq
Verdauung
911
2.259
25,0
Wirtschaftsdüngermanagement
Stall
3.977
Lager
231
15
2.895
76,8
Ausbringung
1146
Management insgesamt
5.353
Pflanzenbau
N-Dünger
446
124
36,8
Kalk- und KAS-Anwendung
12.860
12,9
verrottende Pflanzenreste
118
35,1
Diesel im Pflanzenbau
7
7
19.091
21,4
Düngemittelherstellung
N-Dünger
358
18,0
18,0
P-Dünger und
Futterphosphat
6,4
6,4
Kalk insgesamt
0
0
108
0,1
Bereitstellung elektrische
Energie
Stallklima und -beleuchtung
14,6
14,6
Mischfutterwerk
1,8
1,8
Kalkbruch
1,3
1,3
Bereitstellung Wasser
0,9
0,9
Bereitstellung Diesel
2,6
2,6
Bereitstellung Erdgas
0,0
0,0
indirekte Emissionen
0,0
aus Landwirtschaft
69
20,7
aus Düngemittelherstellung
5
0,9
Summen
6.157
338
3.813
34.317
45,5
275,4
Stickstoff-Bilanz der thüringischen Schweinefleischerzeugung
Die Produktion von tierischem Eiweiß ist mit erheblichen Verlusten (gasförmige Emissionen von
N-Verbindungen: NH
3
, NO, N
2
O, N
2
; N-Austräge in Grund- und Oberflächenwasser) verbunden.
Nur wenig mehr als die Hälfte des ursprünglich eingesetzten N ist im Nahrungsmittel verfügbar
(Abb. 2, im Bericht Abb. 13).

image
Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
75
Abbildung 2:
N-Bilanz der Schweinefleischproduktion im Referenzunternehmen
Handlungsbedarf und -möglichkeiten
Die international eingegangenen Verpflichtungen zur Minderung der Emissionen von Ammoniak
und Treibhausgasen lassen sich nur erreichen, wenn alle Wirtschaftszweige ihren Beitrag leisten.
Nahezu die gesamten Ammoniak-Emissionen rühren aus landwirtschaftlichen Quellen her. Etwa
ein Viertel stammt aus der Schweinefleischproduktion.
Die Arbeit veranschaulicht, dass eine Vielzahl kleiner Minderungen im gesamten
Produktionsablauf möglich ist, die sich zu nennenswerten Minderungen summieren.
Die vorgelegte Arbeit berücksichtigt allerdings die wirtschaftlichen Konsequenzen nicht.
Der
Bericht zu Projekt Nr. 25.10
ist unter
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00039553
zu finden.

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
76
11 Emissionen aus diffusen Quellen der Rinderhaltung
Jennifer Deichmann, Thomas Heidenreich, Jens Lippmann, Horst-Günter Kath, Marc Fröhlich,
Frank Rothe, Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
Einleitung
Im Gegensatz zur Relevanz der Emissionen steht der wissenschaftliche Kenntnisstand speziell
zu den diffusen Quellen der Tierhaltung, wie Ausläufen, Festmistlagern, Güllelagern und
Rinderställen. Speziell die im Rahmen der Forderung nach mehr Tierwohl vermehrt geplanten
Ausläufe bereiten den Genehmigungsbehörden Schwierigkeiten in der Bewertung, da hierfür
keine bzw. keine validen Emissionsfaktoren für Geruch und Ammoniak zur Verfügung stehen.
Um die Datengrundlage zur Ableitung von Emissionsfaktoren zu verbessern, hat das Referat 74
des Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie das Projekt „Diffuse Quellen der
Rinderhaltung“ geschaffen. Es wurden von 07/2016 bis 11/2017 Messungen an einem
Milchviehstall, 2 Gärrestlagern sowie einem Auslauf durchgeführt und die Emissionsfaktoren für
Ammoniak, Methan, Lachgas, Staub und Geruch berechnet.
Material und Methoden
Messobjekte
Milchviehstall
Der Außenklimastall mit freier Lüftung ist als Liegeboxenlaufstall (94 m x 36 m) mit 300
Milchkuhplätzen ausgeführt und wurde während des Versuchszeitraums mit durchschnittlich 250
Milchkühen (laktierend + trockengestellt) mit einer durchschnittlichen Milchleistung von 31 l je
Kuh und Tag bewirtschaftet. Mehrere über den Liegeboxen angebrachte Ventilatoren
unterstützen bei Bedarf die Luftströmung entlang der Längsachse des Stalls. Für separierte und
abkalbende Kühe beträgt die Liege- und Lauffläche ca. 360 m² und ist mit Stroh eingestreut. Für
die laktierenden Kühe beträgt die Lauffläche ca. 1.350 m² (4,5 m²/TP bzw. 5,4 m²/Tier) und die
Liegefläche ca. 1.140 m².
Die Stallkonstruktion besteht aus Stahlständern. Die Giebelwände sind aus Blech mit jeweils 5
Toröffnungen. Die Stalllängsseiten und der First sind offen und können mit Curtains manuell
geschlossen werden. Die Entmistung der planbefestigten Laufgänge erfolgt stündlich durch
Faltschieber. Die Liegeboxen werden im Rhythmus von 3 bis 4 Wochen mit einem Kalk-Stroh-
Gemisch (ca. 16 kg/Kuhplatz) nachgestreut.
Das Melksystem besteht aus 4 Melkrobotern. Hierdurch ergibt sich eine Teilung der Herde in 4
Gruppen. Der Luftwechsel im Stall wird durch das Management von Toren und Curtains
individuell beeinflusst. Die Tore an den Giebeln sind geschlossen und werden nur bei hohen
Temperaturen geöffnet. Die Curtains sind im Winter zu und im Sommer geöffnet. Während der
Übergangsphasen (Herbst und Frühling) werden sie individuell nach Bedarf bedient. Die Curtains
an der Firstöffnung sind überwiegend geöffnet und werden bei Regen mit ungünstiger
Windrichtung (Vernässung des Futtertisches) individuell geschlossen.

image
image
image
Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
77
Abbildung 1:
Beschriftetes Luftbild vom Milchviehstall
Gärrestlager 1
Das Gärrestlagerbecken befindet sich auf dem Betriebsgelände des ebenfalls in diesem Projekt
untersuchten Milchviehstalls (Abb. 1). Es liegt nördlich der Stallanlage. Die Biogasanlage wird zu
100 % mit Gülle aus dem Stall beschickt. Die Verweildauer in der Biogasanlage beträgt ca. 40
Tage. Die Befüllung erfolgt oberhalb des Gärrestspiegels. Mit einem Durchmesser von 33 m und
einer Wandhöhe von 6 m (Lagerhöhe ca. 5,5 m) hat es ein Volumen von ca. 5.700 m³ und eine
Oberfläche von 855 m².
Gärrestlager 2
Das Gärrestlagerbecken befindet sich nordöstlich des dazugehörigen Milchviehstalls. Ein zweites
vergleichbares Becken schließt sich nördlich an. Die Becken werden wechselnd aus der
Biogasanlage befüllt. Die Verweildauer in der Biogasanlage beträgt ca. 40 Tage. Die Befüllung
erfolgt unterhalb des Gärrestspiegels. Die Wandhöhe beträgt 6 m, davon sind 4,50 m oberirdisch.
Der Durchmesser beträgt 28,00 m und die Oberfläche 616 m². Bei einer möglichen Füllhöhe von
5,50 m hat das Becken ein Fassungsvermögen von ca. 3.400 m³.
Auslauf
Der Auslauf befindet sich zwischen zwei Rinderställen und wird auf einer Seite von der Stallwand,
auf der anderen Seite von überdachten Hochliegeboxen begrenzt. Der Auslauf ist über 3 Zugänge
mit dem angrenzenden Stall verbunden und kann von den Tieren jederzeit genutzt werden. Die
Fläche ist 65 m lang und 5 m breit. Hiervon sind 2,5 m nicht überdachte Lauffläche und 2,5 m
überdachte Liegefläche. Die Lauffläche ist planbefestigt, besteht aus Beton und ist mit
Gummimatten belegt. Sie wird stündlich durch einen Faltschieber gereinigt.
Messaufbau und –ablauf
Die Messungen der Parameter Ammoniak, Kohlenstoffdioxid, Methan, Lachgas, Wasserdampf,
Meteorologie und Staub sowie die Messung zur Qualitätssicherung wurden von der staatlichen
Betriebsgesellschaft für Umwelt und Landwirtschaft Fachbereich 24 (BfUL) durchgeführt.
Die
Probenahme für
die
Geruchsanalyse,
die
Erfassung
der
betriebsspezifischen
Randbedingungen sowie die Berichterstattung wurden von Dr. Jens Lippmann vom Albrecht-
Daniel-Thaer-Institut für Agrar- und Veterinärwissenschaften e.V. Leipzig durchgeführt.
(Quelle:
www.google.de/maps)

image
Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
78
Stallmessungen
Gasmessung
Die Konzentrationen von Ammoniak (NH
3
), Kohlenstoffdioxid (CO
2
), Methan (CH
4
), Lachgas
(N
2
O) und Wasserdampf (H
2
O) wurden in der Stallluft sowie der Umgebungsluft gemessen.
Hierfür
wurde
jeweils
mindestens
eine
14-tägige
Messkampagne
innerhalb
der
Außentemperaturbereiche < 5 °C (Winter), 5-15 °C (Übergang) und > 15 °C (Sommer)
durchgeführt. Die Analyseluft wurde dabei im Stall über 2 Messleitungen, die über die gesamte
Stalllänge über den Liegeboxenreihen in einer Höhe von etwa 3 m angebracht wurden, zu den
Messgeräten geführt. Jede Messleitung verfügt über 4 Öffnungen gleichmäßig verteilt auf die
gesamte Länge der Leitung (Abb. 2). Diese 4 Lufteinlässe wurden mit kritischen Kapillaren
versehen, um einen gleichmäßigen Volumenstrom an jeder Öffnung zu gewährleisten. Um die
Verschmutzung der Analyseluft zu verhindern, war jede Öffnung mit einem Glasfaserfilter des
Typ K versehen. Für die Gaskonzentrationsmessungen wurden 3 Multigasmonitore (MGM)
eingesetzt. An jeder der beiden Messleitungen war ein MGM angeschlossen. Der dritte MGM
analysierte die Umgebungsluft des Außenmesspunkts.
Abbildung 2:
Schematische Darstellung des Messaufbaus der Stallmessungen
(rot= die Messleitungen mit den einzelnen Öffnungen, blau= die Standorte der Temperatur- und
Feuchtemessung, gelb= die Probenahmestellen für Staub und Geruch)
Staubmessung und Geruchsprobenahme
Die Staub- und Geruchsprobenahmen wurden je Messkampagne an zwei Tagen durchgeführt.
Die Stellen der Probenahme sind in der Abbildung 2 gelb markiert. Zur Bestimmung der
Staubkonzentration in der Stallluft wurden Luftproben über 24 Stunden mittels Impaktoren für die
Bestimmung von Gesamtstaub sowie für die Staubklassen PM10 und PM2.5 entnommen und die
Staubmasse im Labor gravimetrisch bestimmt. Der Sammelort befand sich stallmittig in ca. 4 m
Höhe. Die Entnahme von Geruchsproben erfolgte parallel zur Staubmessung über jeweils dreimal
eine Stunde in einer Höhe von 2,50 m. Die Geruchsproben wurden innerhalb von 6 Stunden im
Labor ERGO Umweltinstitut GmbH nach DIN EN 13725 2003-07 analysiert. Die Probenahmezeit
der Geruchsproben lag zwischen 8 und 12 Uhr.
Randbedingungen
Die Lufttemperatur und –feuchte wurden in den untersuchten Ställen kontinuierlich gemessen
(Messgerät: TinyTag Plus). Es wurden 4 Messstellen in ca. 3 m Höhe über dem Stallboden
eingerichtet.
Mittels einer Wetterstation im Umfeld des Emittenten (Abb. 1) wurden Lufttemperatur, relative
Luftfeuchte, Niederschlag, Windgeschwindigkeit und –richtung, Luftdruck sowie Globalstrahlung
erfasst.

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
79
Ausgewählte Kenndaten der Herde bzw. des Stalles wurden mehrmals innerhalb jeder
Messkampagne erhoben. Auf dieser Basis wurden mittlere Kenndaten für den untersuchten
Zeitraum berechnet. Es wurden die mittleren Kennwerte Laktationstag, tägliche Milchleistung je
Kuh sowie die Anzahl der Kühe im Stall und hiervon trockengestellte Kühe für den Datenpool
bereitgestellt. Zur Beurteilung des Verschmutzungsgrades der Flächen wurden repräsentative
Teilareale fotodokumentiert. Zu jedem Stallbesuch wurden die Stellungen der Curtains erfasst.
Gärrestlager- und Auslaufmessungen
Gasmessung
Der Messaufbau bestand aus einer Messhaube aus PVC mit einem Durchmesser von 295 mm
und einer Höhe von 110 mm, welche auf die emittierende Oberfläche aufgesetzt wurde. Die
Messhaube verfügte über zwei Öffnungen, über die die Luft mit einem Volumenstrom von 3 l/min
im Kreislauf geführt wurde (Abb. 2). Die dafür verwendeten Schläuche waren aus PTFE mit einem
Innendurchmesser von 2 mm und einer Länge von 25 m (beide zusammen 50 m). Der
Konzentrationsanstieg der Komponenten NH
3
, N
2
O, CO
2
, H
2
O und CH
4
der umlaufenden Luft
wurde mittels FTIR-Messgerät Ansyco DX4000 (Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer) in
einem Messzyklus von 10 Sekunden und einer Integrationszeit von 8 Sekunden analysiert.
Nach einer Messdauer von ca. 20-120 Sekunden wurde die Haube angehoben und mit
Umgebungsluft gespült, bis die Konzentrationen wieder ein konstant niedriges Niveau erreicht
hatten, bevor mit der neuen Messung begonnen wurde.
An einem Messtag wurden sowohl im Auslauf wie im Gärrestlager 3 Messpunkte mit je drei
Wiederholungen gemessen, sodass an einem Messtag in der Regel 9 Einzelmessungen
durchgeführt wurden. Im Auslauf wurden die 3 Messpunkte so ausgewählt, dass die
verschiedenen Zustände der Fläche wiedergespiegelt wurden.
Die Messpunkte der Gärrestbehälter befanden sich in folgenden Abständen zum Behälterrand:
MP1 = 1-3 m
MP2 = 3-7 m
MP3 = 8-20 m
Zur Beprobung der Messpunkte wurde eine Messtrasse aus Drahtseil mit Hilfe von 2 Seilwinden
quer über den Behälter gespannt. Die Messhaube wurde mit 2 Schwimmhilfen aus Styropor
versehen und mit den Seilwinden über den Behälter bewegt. Ein zusätzliches Seil wurde zum
Absenken und Heben der Messhaube verwendet.
Geruchsprobenahme
Es wurde für jeden der Messpunkte jeweils vor oder nach der Gasmessung eine Geruchsprobe
entnommen. Dafür wurde das Kreislaufverfahren unterbrochen. Die Luft in der Messhaube wurde
durch ein Probenahmegerät in einen 10 Liter Nalophanbeutel überführt. Die Probenahmedauer
betrug ca. 15 Minuten. Zudem wurde eine Geruchsprobe der Umgebungsluft etwa 5 m neben
dem Gärrestbehälter bzw. dem Auslauf über den gesamten Messzeitraum genommen. Die
Geruchsproben wurden innerhalb von 6 Stunden im Labor ERGO Umweltinstitut GmbH nach DIN
EN 13725 2003-07 analysiert.
Randbedingungen
Das Wetter wurde mit einer mobilen Wetterstation erfasst. Die Oberflächentemperatur des
Auslaufes sowie der Schwimmschicht wurden an einem repräsentativen Messpunkt mit einem
Infrarotthermometer gemessen. Die Gärresttemperatur wurde 1 m unterhalb der Schwimmschicht
an einem Punkt nahe dem Beckenrand mit einem Thermoelement Typ K gemessen.
Die Oberflächenbeschaffenheit der Messpunkte wurde mit folgenden Schlüsseln erfasst (Tab. 1
und Tab. 2):

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
80
Tabelle 1:
Schlüssel zur Erfassung der Oberflächenbeschaffenheit der Gärrestlager
A
- Zustand Schwimmschicht
B
- Stabilität der Schwimmschicht
C
- Feuchte der
Schwimmschicht
1
- keine (offene Gärrestoberfläche)
1
- stabil -
Messhaube hinterlässt kaum Spuren
1
- feucht
2
- undicht (Risse vorhanden)
2
- instabil -
Messhaube hinterlässt deutliche Spuren
2
- trocken
3
- geschlossen (keinerlei Risse)
3
- nass
Tabelle 2:
Schlüssel zur Erfassung der Oberflächenbeschaffenheit des Auslaufs
A
- Grad der Verschmutzung
B
- Art der Verschmutzung
C
- Feuchte der Messstelle
1
- leicht
1
- vorrangig Kot
1
- trocken
2
- mittel
2
- vorrangig Urin
2
- feucht
3
- stark
3
- Kot/Urin
3
- nass
Qualitätssicherung
Stallmessungen
Zur
Sicherung
der
Datenqualität
wurde
im
Anschluss
an
das
Projekt
eine
Qualitätssicherungsmessung durchgeführt, bei der im Stall über 7 Tage parallel zum
Multigasmonitor (MGM) ein FTIR-Gerät (Bruker Matrix MG5) betrieben wurde. Dabei wurden
Abweichungen der Messwerthöhe zwischen den Geräten festgestellt. Die Messwerte des MGM
lagen für NH
3
und CH
4
über denen des FTIR, wobei die Tagesprofile beinahe identisch verliefen.
Eine Regressionsanalyse der Werte ergab eine statistisch gesicherte Äquivalenz der beiden
Geräte für CO
2
(R²=0,995) und CH
4
(R²=0,991) mit einer relativen Unsicherheit von 1,3 % und 8
%. Für NH
3
konnte durch die relative Unsicherheit von 34 % trotz eines R² von 0,905 keine
Äquivalenz angenommen werden. Dies macht eine Korrektur der MGM-Werte für NH
3
nötig, die
mit Hilfe der Regressionsfunktion erfolgte. Da die Konstante der Funktion mit -0,016 zu
vernachlässigen ist, erfolgte die Umrechnung mithilfe des ermittelten Anstieges, welcher in einem
Konversionsfaktor von 0,73 für die NH
3
-Werte des MGM resultierte. Für N
2
O konnte keinerlei
Zusammenhang der MGM- und FTIR-Werte festgestellt werden. Damit war eine Auswertung der
N
2
O-Werte für die Stallmessungen nicht möglich.
Gärrest- und Auslaufmessungen
Da die Auswertung auf der subjektiven Festlegung des linearen Kurvenbereichs beruht, wurde
am Beispiel der NH
3
-Kurvenanstiege der Auslaufmessungen eine Wiederholbarkeitsanalyse
durchgeführt. Dafür wurde die Auswertung der Kurven zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten
wiederholt. Die längste Zeitspanne zwischen zwei Auswertungen betrug dabei ein halbes Jahr.
Anschließend wurden die Korrelationskoeffizienten nach Pearson zwischen allen Auswertungen
gebildet und gemittelt. Es ergab sich ein mittlerer Korrelationskoeffizient von 0,89 und damit ein
starker Zusammenhang und eine gute Wiederholbarkeit. Es ist jedoch zu bemerken, dass sich
die NH
3
-Kurven durch gleichmäßige Anstiege auszeichneten, was bei CH
4
nicht der Fall war.
Daher ist davon auszugehen, dass die Wiederholbarkeit für CH
4
deutlich geringer ausfällt.

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
81
Berechnung der Emissionen
Stallmessungen
Die Daten aller Messgeräte sowie der Wetterstation wurden in Excel übertragen und zeitlich
synchronisiert sowie auf Stundenwerte gemittelt. Anschließend wurden alle Datensätze mit der
Windrichtung 50-230° für die Analyse ausgewählt. Es folgte die Berechnung des Mittelwertes der
Schadgaskonzentrationen aus beiden Messleitungen sowie für Stalltemperatur und –feuchte aus
allen Messpunkten. Anschließend wurde mit Hilfe der CO
2
-Bilanz der mittlere Volumenstrom
[m³/(hpu h)] (hpu = heat-production-unit) für jede Stunde berechnet (PEDERSEN et al. 2008).
Hierbei wurde eine CO
2
-Produktion von 0,2 m³/h*hpu (PEDERSEN et al. 2008) zugrunde gelegt,
die sowohl die CO
2
-Produktion der Tiere als auch die der Exkremente berücksichtigt.
Um den Volumenstrom des gesamten Stalles zu berechnen, wurde die durchschnittliche
Wärmeleistung der laktierenden sowie der trockenstehenden Kühe berechnet (CIGR 1984). Der
mittlere Trächtigkeitstag für laktierende Tiere wurde dabei mit 76, der von trockengestellten
Tieren mit 250 und das mittlere Tiergewicht mit 650 kg angenommen. Die Wärmeproduktion
wurde über einen Temperaturkorrekturfaktor (CIGR 1984) für die Umgebungsluft der Tiere
korrigiert. Addiert man nun die Wärmeleistung aller laktierenden und aller trockenstehenden
Tiere, erhält man die Gesamtwärmeleistung des Stalles, mit deren Hilfe sich der Volumenstrom
des gesamten Stalles berechnen lässt.
Mit Hilfe des Volumenstroms des gesamten Stalles und der Gaskonzentrationen wurde der
Emissionsmassenstrom der einzelnen Gase nach Formel (1) berechnet.
=
˘ˇ
∗ ˆ
˙˝˝˘˝
˛ ˆ
˚˜ß˘˝
!"
(1)
Dabei ist:
E
Emissionsmassenstrom[mg h
-1
TP
-1
]
V
ges
Volumenstrom des gesamten Stalles [m³ h
-1
]
K
innen
Gaskonzentration im Stall [mg m
-3
]
K
außen
Gaskonzentration am Außenmesspunkt Vorbelastung [mg m
-3
]
TP
Anzahl Tierplätze
Die Vorbelastung (K
außen
) wurde dabei für die ersten beiden Messkampagnen an beiden
Standorten durch Ersatzwerte ersetzt, da hier noch keine Erfassung aller Parameter am
Außenmesspunkt erfolgte. Für NH
3
erfolgte ein Ersatz der Außenluftwerte über alle
Messkampagnen, da in diesem niedrigen Konzentrationsbereich eine Korrektur der Messwerte
wie für die Innenkonzentration zu fehlerbehaftet wäre.
Der Jahresemissionsfaktor wurde anschließend berechnet, indem die Anzahl der Jahresstunden
der Klimabereiche „Sommer“, „Winter“ und „Übergang“ mit dem mittleren Emissionsmassenstrom
des jeweiligen Klimabereichs multipliziert und die erhaltenen Massenströme addiert und durch
die Tierplätze geteilt wurden. Dabei wurden für den Klimabereich Sommer 2.208 für den
Übergang 4.392 und für den Winter 2.160 Stunden angesetzt (HEIDENREICH et al. 2008).
Gärrestlager- und Auslaufmessungen
Für jede Messung wurde die Quellstärke berechnet, indem zuerst die Messwerte als
Liniendiagramm dargestellt und der lineare Bereich der Kurve bestimmt wurde. Start- und
Endpunkt dieses Bereiches wurden zur Berechnung der Quellstärke nach VDI 4285-1 (VDI, 2005)
verwendet. Da die angewendete Formel nur auf den linearen Kurvenbereich anzuwenden ist,
wurde die Linearität des ausgewählten Kurvenbereichs mit Hilfe des Bestimmtheitsmaßes
überprüft (R
2
=>0,9).
War kein Anstieg erkennbar, wurde der Wert 0 für die Quellstärke eingesetzt. War ein Anstieg
erkennbar, aber kein eindeutiger, linearer Bereich feststellbar, wurde die Messung als nicht

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
82
auswertbar gewertet. Dies betraf beim Auslauf 10 Messungen für CH
4
. Beim Gärrestlager betraf
dies für NH
3
24, für N
2
O 3 und für CH
4
einen Wert.
Zur Berechnung des Geruchsemissionsfaktors wurde zunächst die ermittelte Vorbelastung von
der Geruchskonzentration abgezogen. Anschließend wurde die Geruchskonzentration [GE/m³]
mit dem Volumenstrom unter der Haube [m³/s] multipliziert. Der gewonnene Wert [GE/s] bezieht
sich auf die von der Haube abgedeckte Fläche (0,068 m²) und wird auf einen Quadratmeter
bezogen, indem mit 1/0,068 multipliziert wird.
Ergebnisse
Stallmessungen
Gasmessungen
Es wurden fünf (2 Sommer, 2 Übergang, 1 Winter) Messkampagnen durchgeführt. Die über alle
Messkampagnen gemittelte Konzentration von NH
3
sowie von CH
4
betrug 1,30 mg NH
3
/m³ und
12,91 mg CH
4
/m³. Die jahreszeitliche Variation der Gaskonzentration ist in Tabelle 3 ersichtlich.
Die höchsten Konzentrationen werden im Winter erreicht, wobei für NH
3
etwa das Doppelte und
für CH
4
das Dreifache der Sommerkonzentration erreicht wird.
Tabelle 3:
Gaskonzentrationen im Stall aufgeschlüsselt nach Jahreszeiten
Standort Jahreszeit
NH
3
[mg/m³]
CH
4
[mg/m³]
CO
2
[mg/m³]
Stall
Sommer
N
701
701
701
Mittelwert
1,15
8,90
991,69
Standardabweichung
0,62
3,67
94,03
Übergang
N
1.009
1.009
1.009
Mittelwert
0,97
9,40
1.051,89
Standardabweichung
0,67
3,48
88,53
Winter
N
470
470
470
Mittelwert
2,22
26,41
1.487,86
Standardabweichung
1,28
15,74
397,33
Insgesamt
N
2.180
2.180
2.180
Mittelwert
1,30
12,91
1.126,53
Standardabweichung
0,96
10,65
277,55
Die Gaskonzentration von NH
3
und CH
4
unterscheidet sich signifikant zwischen den beiden
Messleitungen und damit zwischen den beiden Stallseiten. Dabei ist die Gaskonzentration in
Hauptwindrichtung bei der zuluftseitigen Messleitung deutlich geringer als die der abluftseitigen
Messleitung.
Nach dem Datenausschluss wurden insgesamt 1.488 Messstunden in die Berechnung der
Emissionsfaktoren einbezogen.

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
83
Tabelle 4:
Mittlere Wetterbedingungen der Stallmessungen
Standort
Windge-
schwindig-
keit
Luft-
temp.
rel. Luft-
feuchte
Luftdruck
Global-
strahlung
Stall-
temp.
Stallluft-
feuchte
[m/s]
[°C]
[%]
[hPa]
[W/m²]
[°C]
[%]
Stall N
1.069
1.069
1.061
1.069
1.069
1.109
1.109
Mittelwert
2,64
6,94
82,59
989,06
93,92
9,61
81,72
Standard-
abweichung
1,46
7,89
13,61
8,36
176,80
6,22
10,34
Im Mittel hatten laktierende Kühe eine Wärmeproduktion von rund 1.600 W und trockenstehende
Tiere von 1.100 W. Die mittleren Volumenströme je Klimabereich sind in Tabelle 5 ersichtlich.
Der Volumenstrom wird in erster Linie durch das Zusammenspiel von Windgeschwindigkeit und
Öffnungsgrad der Curtains beeinflusst. Es zeigt sich die typische Veränderung des
Volumenstroms mit den Jahreszeiten: Die höchsten Volumenströme werden im Sommer bei
offenen Curtains erzielt. Mit dem abnehmenden Öffnungsgrad der Curtains im Übergang und
Winter fallen auch die Volumenströme trotz höherer Windgeschwindigkeit ab.
Für den Stall wurden die in Tabelle 6 dargestellten Emissionsfaktoren berechnet. Unter der
Berücksichtigung
der
Stundenanteile
der
einzelnen
Jahreszeiten
ergeben
sich
Jahresemissionsfaktoren von 18,7 kg NH
3
/(TP a) und 133,0 kg CH
4
/(TP a).
Die Geruchsmessungen wurden an insgesamt 10 Messtagen durchgeführt mit je 3 Proben pro
Tag. Das geometrische Mittel der Geruchskonzentration lag bei 170 GE/m³. Nach Ausschluss
von Konzentrationswerten, für die aufgrund falscher Windrichtung kein gültiger Volumenstrom
berechnet werden konnte, blieben 17 Konzentrationsmesswerte übrig (Tabelle 7). Der
berechnete Emissionsfaktor für Geruch beträgt 87 GE/m³.
Tabelle 5:
Mittlere Volumenströme und Windgeschwindigkeit aufgeschlüsselt nach
Jahreszeit
Standort
Jahreszeit
Volumenstrom
[m³/(TP h)]
Windgeschwindigkeit
[m/s]
Stall
Sommer
N
247
213
Mittelwert
3.030,88
2,57
Standardabweichung
1.252,45
1,22
Übergang N
468
463
Mittelwert
2.328,81
2,80
Standardabweichung
974,68
1,36
Winter
N
394
393
Mittelwert
1.146,21
2,50
Standardabweichung
585,20
1,67
Insgesamt N
1109
1069
Mittelwert
2.065,03
2,64
Standardabweichung
1.186,46
1,46

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
84
Tabelle 6:
Emissionsfaktoren der Stallmessungen aufgeschlüsselt nach Jahreszeit
Standort
Jahreszeit
NH
3
[kg/(TP a)]
CH
4
[kg/(TP a)]
Stall
Sommer
N
247
247
Mittelwert
20,56
99,26
Standardabweichung
9,67
42,21
Übergang
N
468
468
Mittelwert
19,07
134,47
Standardabweichung
10,94
29,00
Winter
N
394
394
Mittelwert
16,08
164,57
Standardabweichung
5,85
36,49
Insgesamt
N
1.109
1.109
Mittelwert
18,34
137,32
Standardabweichung
9,30
42,57
Tabelle 7:
Mittlerer Geruchsemissionsfaktor der Stallmessungen aufgeschlüsselt nach
Jahreszeit
Standort
Jahreszeit
Geruchsemissionsfaktor
[GE/(GV s)]
Stall
Sommer
N
6
Mittelwert
113,60
Standardabweichung
70,50
Übergang
N
6
Mittelwert
105,53
Standardabweichung
51,08
Winter
N
5
Mittelwert
33,57
Standardabweichung
12,69
Insgesamt
N
17
Mittelwert
87,22
Standardabweichung
60,79

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
85
Staub
Die Staubkonzentration wurde an 10 Messtagen erfasst. Die mittleren Staubkonzentrationen sind
Tabelle 8 zu entnehmen.
Tabelle 8:
Mittlere Staubkonzentrationen der Stallmessungen
Konzentration [mg/m³]
Standort
Gesamtstaub
PM10
PM2,5
Stall
N
10
10
10
Mittelwert
0,18
0,03
0,02
Standardabweichung
0,09
0,02
0,02
Für Gesamtstaub, PM
10
-Staub und PM
2,5
-Staub ergaben sich folgende Jahresemissionsfaktoren:
2,5; 0,4 und 0,2 [kg/(TP a)].
Gärrestlagermessungen
Insgesamt wurden an den Gärrestbehältern an 11 Messtagen 102 Einzelmessungen (45 an
Gärrestlager 1, 57 an Gärrestlager 2) vorgenommen. Es wurden alle Klimabereiche (Winter,
Sommer, Übergang) mit je mindestens einem Messtag abgedeckt. Eine Übersicht zu den
durchschnittlich während der Messungen vorherrschenden Wetterbedingungen gibt Tabelle 9.
Tabelle 9: Durchschnittliche Wetterbedingungen während der Gärrestlagermessungen
Standort
Wind-
geschwin
digkeit
[m/s]
Luft-
temp.
[°C]
rel.
Feuchte
[%]
Luft-
druck
[hPa]
Global-
strah-
lung
[W/m²]
Gülle-
volumen
[m³]
Ober-
flächen-
temp.
[°C]
Gärrest-
temp.
1m
[°C]
Gärrest-
lager 1
N
5
5
5
5
5
5
5
5
Mittelwert
4,3
14,3
67,9
979,3
477,9
2172
16,0
17,1
STD
2,6
9,4
14,5
9,0
258,1
937
11,7
5,1
Minimum
1,7
1,8
48,3
968,0
187,9
1283
0,8
9,2
Maximum
8,1
23,5
84,5
991,8
847,3
3763
28,0
21,3
Gärrest-
lager 2
N
6
6
6
6
5
6
6
6
Mittelwert
2,1
10,8
74,7
987,7
224,3
1307
13,7
22,2
STD
1,9
6,7
16,2
5,9
209,3
736
8,1
3,8
Minimum
0,7
3,8
56,0
977,5
40,0
800
6,1
19,0
Maximum
5,7
20,8
95,4
994,1
559,4
2709
28,0
29,0
Die mittlere Windgeschwindigkeit an Gärrestlager 1 ist doppelt so hoch im Vergleich zu der an
Gärrestlager 2. Dies spielt für die Messungen allerdings eine untergeordnete Rolle, da durch das
Aufsetzen der Haube während der Messung der Einfluss des Windes auf die Messstelle
ausgeschlossen wird. Weiterhin sind die mittlere Lufttemperatur sowie die Globalstrahlung an
Gärrestlager 1 höher, da lediglich ein Wintermesstag in die Statistik eingegangen ist. Die
emissionsrelevanten Parameter Gärresttemperatur und Gärrestvolumen weisen ebenfalls
Unterschiede zwischen den beiden Standorten auf. An Gärrestlager 2 ist das Gärrestvolumen
deutlich geringer bei gleichzeitig höherer Durchschnittstemperatur.

image
Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
86
Es wurden zu gleichen Teilen Messungen auf geschlossener bzw. undichter/offener
Schwimmschicht (N= ca. 40) durchgeführt. Lediglich bei Gärrestlager 2 gelang es an einem Tag,
Messungen ohne Schwimmschicht durchzuführen, weshalb die Anzahl an Werten mit 9 hier sehr
gering ist. An beiden Standorten wurden etwa 70 % der Messungen auf feuchter und 30 % auf
trockener Schwimmschicht durchgeführt. An Gärrestlager 2 wurden öfter Stellen mit einer stabilen
Schwimmschicht gemessen, während das Verhältnis zwischen Messstellen mit stabiler und
instabiler Schwimmschicht an Gärrestlager 1 gleich war.
Betrachtet man die Geruchskonzentrationswerte der beiden Standorte in Abbildung 3 und
Abbildung 4, erkennt man in Gärrestlager 1 eine relativ gleichmäßige Geruchskonzentration des
Gärrestes über das Jahr hinweg, wobei in Gärrestlager 2 signifikante Unterschiede innerhalb des
Jahres auftreten. Die Geruchskonzentrationen im Sommer und Übergang unterscheiden sich hier
signifikant von denen im Winter (p<0,01). Die Entwicklung der Geruchskonzentrationshöhe in den
Jahreszeiten verläuft an den beiden Standorten genau gegensätzlich. Das geometrische Mittel
der Geruchskonzentration in Gärrestlager 1 liegt bei 73 GE/m³, das in Gärrestlager 2 bei 681
GE/m³.
Abbildung 3:
Boxplots der Geruchskonzentration der Jahreszeiten an Gärrestlager 1

image
image
Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
87
Abbildung 4: Boxplots der Geruchskonzentration der Jahreszeiten an Gärrestlager 2
Tabelle 10:
Mittlere Emissionsfaktoren der Gärrestlagermessungen
Standort
NH
3
[g/(m² d)]
CH
4
[g/(m² d)]
N
2
O
[g/(m² d)]
Geruch
[GE/(m² s)]
Gärrestlager 1 N
42
35
33
15
Mittelwert
0,83*
231,22
0,29*
0,05
Standardabweichung
0,94
213,14
0,41
0,05
Gärrestlager 2 N
35
56
55
17
Mittelwert
0,33*
205,11
0,08*
3,18
Standardabweichung
0,59
178,32
0,11
5,95
Insgesamt
N
77
91
88
32
Mittelwert
0,60
215,15
0,16
1,72
Standardabweichung
0,83
191,72
0,28
4,56
* markiert Werte, die sich innerhalb der Spalte signifikant unterscheiden (p<0,05)
Das Ergebnis der Emissionsfaktorenberechnung ist Tabelle 10 zu entnehmen.
Insgesamt wurde ein Emissionsfaktor für NH
3
von 0,60 g/(m² d), für CH
4
von 215,15 g/(m² d), für
N
2
O von 0,16 g/(m² d) sowie für Geruch von 1,72 GE/(m² s) ermittelt.
Die Korrelationsanalyse nach Spearman ergab positive Zusammenhänge zwischen der NH
3
- und
N
2
O-Emissionsrate und der Lufttemperatur von 0,37 bzw. 0,56.
Um Effekte der Oberflächenbeschaffenheit der Gärrestoberfläche zu untersuchen, wurde mit der
SPSS
®
Funktion ONEWAY ein Mittelwertvergleich der einzelnen Oberflächenkategorien (Tabelle

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
88
1) mit anschließendem Tukey-Test durchgeführt. Es zeigen sich signifikante Unterschiede der
CH
4
- und N
2
O-Emission innerhalb der Kategorie „Zustand der Schwimmschicht“. Dabei
unterscheiden sich die Emissionen der undichten und der geschlossenen Schwimmschicht
signifikant. Für N
2
O sind die Emissionen auf geschlossener Schwimmschicht signifikant höher als
auf undichter Schwimmschicht. Für CH
4
verhält es sich anders herum, hier sind die Emissionen
auf undichter Schwimmschicht höher als auf geschlossener Schwimmschicht (Abb. 5). Dies ist
dadurch zu erklären, dass Lachgas direkt in der Schwimmschicht entsteht, während Methan
unterhalb der Schwimmschicht im Gärrest entsteht.
Die Stabilität der Schwimmschicht hat lediglich auf die NH
3
-Emission einen signifikanten Einfluss.
Eine instabile Schwimmschicht geht dabei mit höheren Emissionen einher als eine stabile
Schwimmschicht.
Es traten keine signifikanten Effekte in Abhängigkeit zur Schwimmschichtfeuchte auf.
Abbildung 5:
Boxplots der Methanemissionen in Abhängigkeit des Schwimmschichtzustandes
Auslaufmessungen
Innerhalb von 10 Monaten wurden am Auslauf 1 an 6 Messtagen insgesamt 54 Gasmessungen
sowie 18 Geruchsmessungen durchgeführt. Es wurden alle Klimabereiche (Winter, Sommer,
Übergang) mit je 2 Messtagen abgedeckt. Eine Übersicht zu den durchschnittlich während der
Messungen vorherrschenden Wetterbedingungen gibt Tabelle 11.

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89
Tabelle 11: Durchschnittliche Wetterbedingungen während der Auslaufmessungen
Oberflächen-
temp.
[°C]
Windgesch-
windigkeit
[m/s]
Lufttemp.
[°C]
rel.
Luftfeuchte
[%]
Luftdruck
[hPa]
Global-
strahlung
[W/m²]
N
18
18
18
18
18
18
Mittelwert
13,7
2,0
12,1
68,1
1.007
354,0
Standard-
abweichung
6,5
0,6
7,3
15,9
12
299,2
Minimum
4,4
1,0
1,7
33,8
983
48,9
Maximum
22,1
2,8
22,7
87,0
1.021
873,6
Beim Verschmutzungsgrad wurden am häufigsten leicht und stark verschmutzte Flächen beprobt.
Bei der Verschmutzungsart wurden vor allem Messstellen, die sowohl mit Kot als auch Urin
beschmutzt sind, ausgewählt. Die Feuchte der Messstellen ist von trocken bis nass gleichmäßig
verteilt.
Das geometrische Mittel der Geruchskonzentration lag bei 1.000 GE/m³ (Tabelle 12). Die
Korrelationsanalyse nach Spearman ergab einen hoch signifikanten Zusammenhang der
Geruchskonzentration zur Oberflächentemperatur von 0,67. Die Geruchsemission lag im Mittel
bei 1,29 GE/(m² s).
Die ermittelten Emissionsfaktoren der Gase sowie für Geruch sind in Tabelle 13 abgebildet. Die
mittlere Quellstärke liegt für NH
3
bei 0,6 g/(m² d) und für CH
4
bei 0,11 g/(m² d). Es konnte keine
nennenswerte N
2
O-Emission des Auslaufes festgestellt werden. Die NH
3
- und CH
4
-Emissionen
weisen Korrelationskoeffizienten nach Spearman bezüglich der Oberflächentemperatur von 0,4
bzw. 0,5 auf. CH
4
weist zudem noch Korrelationen zur Lufttemperatur und zur Globalstrahlung
mit einem Korrelationskoeffizienten von 0,5 auf.
Tabelle 12:
Deskriptive Statistik der Geruchskonzentration der Auslaufmessungen
Geruchskonzentration [GE/m³]
Datum
N
Geometrisches Mittel*
Minimum
Maximum
23.5.2017
3
5.000
3.758
6.675
22.8.2017
3
1.700
870
2.686
26.9.2017
3
850
523
1.714
10.10.2017
3
680
372
1.224
19.12.2017
3
2.100
1.092
3.003
6.3.2018
3
130
62
237
Insgesamt
18
1.000
62
6.675
*dreistellige Zahlen: gerundet auf Zehnerstelle, vierstellige Zahlen: gerundet auf Hunderterstelle

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
90
Tabelle 13:
Emissionsfaktoren der Auslaufmessungen
NH
3
[g/(m² d)]
CH
4
[g/(m² d)]
N
2
O
[g/(m² d)]
Geruch
[GE/(m² s)]
N
54
42
54
18
Mittelwert
0,60
0,11
0,00
1,29
Standardabweichung
1,39
0,24
0,00
1,35
Um Effekte der Oberflächenbeschaffenheit des Auslaufs zu untersuchen, wurde mit der SPSS
®
Funktion ONEWAY ein Mittelwertvergleich der einzelnen Oberflächenkategorien (Tabelle 2) mit
anschließendem Tukey-Test durchgeführt. Für NH
3
besteht ein signifikanter Unterschied
innerhalb der Kategorie „Art der Verschmutzung“ (Abb. 6). Dabei unterscheiden sich alle
Kategorien signifikant voneinander. Es besteht zwischen den Kategorien „vorrangig Kot“ und
„vorrangig Urin“ ein hoch signifikanter Unterschied (p<0,01). Zu erwähnen ist, dass hinter der
Kategorie „vorrangig Urin“ nur eine Messung mit 3 Messwerten liegt.
Betrachtet man die Geruchskonzentration im Hinblick auf die Messstellenfeuchte in Abbildung 7,
scheint die Geruchskonzentration mit der Feuchte zuzunehmen. Dieser Effekt lässt sich jedoch
nicht statistisch sichern. Auch die Art der Verschmutzung sowie der Verschmutzungsgrad haben
keinen signifikanten Effekt auf die Geruchskonzentration.
Abbildung 6:
Boxplots der Ammoniakemission in Abhängigkeit der Art der Verschmutzung des
Auslaufs

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Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
91
Abbildung 7:
Geruchskonzentration in Abhängigkeit der Messstellenfeuchte
Diskussion
Stallmessungen
Der ermittelte Emissionsfaktor für NH
3
von 18,7 kg/(TP a) übersteigt den bestehenden Wert von
12,0 kg/(TP a) für Liegeboxenlaufställe mit Flüssigmistverfahren aus dem Nationalen
Bewertungsrahmen Tierhaltungsverfahren (KTBL). Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass durch
die Unsicherheit der Regression von 34 % ein Vertrauensbereich von 12,3 bis 25,1 kg NH
3
/(TP
a) besteht.
Der CH
4
-Emissionsfaktor von 133,0 kg/(TP a) befindet sich innerhalb der im Nationalen
Bewertungsrahmen aufgeführten Spanne von 87,6-170,8 kg/(TP a).
Der Konventionswert für den Geruchsemissionsfaktor für Milchviehhaltung der VDI 3894-1
beträgt 12 GE/(GV s). Der im Projekt ermittelte Wert beträgt 87 GE/(GV s) und liegt damit um den
Faktor 7 über dem Konventionswert. Da der Volumenstrom zu den Messtagen eher
unterdurchschnittlich war, ist die Ursache hierfür in den hohen Geruchskonzentrationen zu sehen.
Im Projekt „Quantifizierung von Emissionen in der Rinderhaltung“ (HEIDENREICH et al. 2008)
wurden bereits Geruchsanalysen durchgeführt, wobei Werte zwischen ca. 20 und 150 GE
ermittelt wurden. Hierbei ist zu bedenken, dass die Probenahme an den Stalllängsseiten am
Übergang zur Umgebungsluft durchgeführt wurde. In diesem Projekt wurden die Proben in der
Stallmitte jeweils an einem Übertrieb zwischen Futter- und Laufgang genommen. Die Übertriebe
werden maximal einmal am Tag gereinigt, sodass hier den ganzen Tag Kot und Urin vorhanden
sind. Zudem sind die Abwurfschächte der Schieber in der Nähe der Probenahmestellen, sodass
die Probenahme direkt am Ort der Geruchsentstehung durchgeführt wurde.
Im Vergleich mit dem Konventionswert von 0,6 kg/(TP a) liegt der hier ermittelte Emissionsfaktor
für Gesamtstaub mit 2,5 kg/(TP a) um das 4-fache darüber. Auch der Emissionsfaktor für PM
10
Staub von 0,4 kg/(TP a) liegt über dem Wert der VDI 3894-1 mit 0,18 kg/(TP a) (30 % des

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
92
Gesamtstaubwertes), hier allerdings nur um das 2-fache. Die Werte der VDI sind allerdings nicht
validiert und aus den Messungen zum LfULG-Projekt „Quantifizierung von Emissionen in der
Rinderhaltung“ (HEIDENREICH et al. 2008) entnommen. Die Werte beziehen sich auf einen Stall
mit Hochboxen. Für den Stall mit Fressliegeboxen mit Festmistverfahren wurde 1,3 kg/(TP a)
Gesamtstaub ermittelt. Dieser Wert ist eher mit dem in diesem Projekt ermittelten Wert von
2,5 kg/(TP a) vergleichbar.
Gärrestlagermessungen
Für den Vergleich der gewonnenen Werte stehen außer für Geruch keine validierten Daten zur
Verfügung. Dies spiegelt die allgemein schlechte Datenlage solcher Messungen wieder. Die
Vergleichbarkeit der vorhandenen Werte ist zudem schwierig, da vielfältige Messmethoden
(Probenahmeorte, Probenahmedauer, Messgerät usw.) zum Einsatz kommen und die
Rahmenbedingungen (Temperatur usw.) sehr unterschiedlich sein können. Es soll hier dennoch
versucht werden, die ermittelten Werte einzuordnen.
Der Emissionsfaktor für NH
3
der VDI 3894-1 liegt bei 6 g/(m² d) für eine offene Gülleoberfläche.
Man geht von einer Reduzierung der Emissionen durch die Bildung einer Schwimmschicht von
80 % aus, woraus ein Emissionsfaktor von 1,2 g/(m² d) resultiert. MINATO et al. (2013) fanden
geringe Werte von 0,46 – 0,73 g/(m² d). Der im Projekt ermittelte Emissionsfaktor von 0,6 g/(m² d)
passt sehr gut zu den Werten von MINATO et al. (2013), ist jedoch im Vergleich zur VDI recht
niedrig.
Für CH
4
konnte eine Untersuchung von KAHARABATA et al. (1998) gefunden werden, in der im
Mittel 202,7 g/(m² d) (49.000 m³/a bei 452 m² Behälteroberfläche) angegeben wird. Dieser Wert
korrespondiert gut mit dem hier gewonnenen Mittel von 215,15 g/(m² d). Jedoch ist die
Messmethodik eine ganz andere (Sammlung von Luftproben 1 m unter und 0,5 m über
Behälterrand, Analyse im Gaschromatograph). Die Werte von MINATO et al. (2013) von 34,3 –
54,8 g/(m² d) sind trotz der hohen Ähnlichkeit in der Messmethodik sehr viel niedriger. Auch
andere Autoren weisen niedrigere Emissionsfaktoren von 4,0 - 33,7 g/(m² d) für CH
4
aus
(JAYASUNDARA et al. 2016). In diesem Licht erscheint der Emissionsfaktor von 215,15 g/(m² d)
als deutlich zu hoch. Jedoch handelt es sich bei allen diesen Literaturwerten um reine Rindergülle,
die nicht vergoren wurde. Dabei ist zu bedenken, dass die CH
4
-Emissionen von vergorener Gülle
durch die Nachgärung deutlich höher ausfallen. Dies könnte eine Erklärung für die
vergleichsweise hohen Werte sein. Bei der Plausibilitätsprüfung der berechneten Quellstärken
der Gärrestlager fiel zudem auf, dass bei einigen Messstellen innerhalb der drei
Messwiederholungen stark abfallende Kurvenanstiege auftraten. Dabei ist der Anstieg der 1.
Messung deutlich höher als der der beiden darauf folgenden Messungen an der gleichen
Messstelle. Dies lässt darauf schließen, dass hier durch das Aufsetzen der Messhaube auf die
Gärrestoberfläche Gasblasen, die sich unter der Schwimmschicht angesammelt haben, auf
einmal freigesetzt wurden. Da diese durch die Messung hervorgerufene Beschleunigung der
Gasfreisetzung nicht dem natürlichen Emissionsverhalten des Gärrestlagers entspricht, wurden
diese Messwerte für die weitere Auswertung nicht berücksichtigt und nicht in den Emissionsfaktor
einberechnet. Dies betraf 2 Werte für N
2
O und 12 Werte für CH
4
. Trotz des Datenausschlusses
kann nicht ausgeschlossen werden, dass auch die verwendeten Messwerte durch die
Erschütterung der Schwimmschicht höher ausfallen als unter ungestörten Bedingungen.
Insgesamt ist der Emissionsfaktor für CH
4
als unsicher zu betrachten.
Der Emissionsfaktor für N
2
O von 0,16 g/(m² d) passt gut zu den Werten von MINATO et al. (2013)
(0 – 0,0682 g/(m² d)) oder JAYASUNDARA et al. (2016) (<0,1 g/(m² d)).
Für Geruch existiert ein Konventionswert von 3 GE/(m² s) bei offener Gülleoberfläche in der VDI
3984-1. Setzt man wieder eine 80%ige Minderung durch die Schwimmschicht voraus, ergibt das
einen Emissionsfaktor von 0,6 GE/(m² s). Der hier ermittelte Wert von 1,72 GE/(m² s) liegt deutlich
darüber, beinhaltet jedoch auch Messungen ohne Schwimmschicht.

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
93
Auslaufmessungen
Bei der Auswertung der Kurven fiel auf, dass die NH
3
-Konzentrationen sehr gleichmäßig und mit
wenig Rauschen anstiegen. Nach dem Aufsetzen der Haube dauerte es 30-40 Sekunden, bis ein
Anstieg der Gaskonzentrationen sichtbar war. Bei CH
4
war eine deutlich höhere
Schwankungsbreite innerhalb der Messungen, aber auch während der Spülung der Haube mit
Umgebungsluft zu erkennen. Oftmals stieg die CH
4
-Konzentration stark an, wenn die Haube von
der Fläche abgenommen oder aufgesetzt wurde. Hier scheint die Bewegung der Haube durch die
methanhaltige Umgebungsluft zu einem extremen Anstieg der Konzentration zu führen. Der
Anstieg vor dem Aufsetzen der Haube darf dabei nicht mit dem Anstieg unter der Haube
verwechselt werden, was zu einer Berechnung zu hoher Methanemissionen führen würde. Ein
Vergleich der in dieser Untersuchung ermittelten Quellstärke für NH
3
von 0,6 g/(m² d) mit
vorhandenen Werten aus der Literatur zeigt, dass der hier ermittelte Wert deutlich unter dem
Konventionswert von 8,0 g/(m² d) (VDI 2011) liegt. Dieser Wert ist jedoch aus der Literatur
abgeleitet und nicht validiert. Die Analyse der Oberflächenkategorien zeigte, dass leicht
verschmutzte Flächen über- und Urinstellen unterrepräsentiert sind. Dies könnte zu der geringen
NH
3
-Quellstärke beigetragen haben, kann aber nicht die alleinige Ursache sein. Die Architektur
der Haube mit kleinem Volumen und die Abschirmung der Messstelle von der Umwelt können
ebenfalls zu der geringen NH
3
-Quellstärke geführt haben. Bei einem Methodenvergleich fanden
SMITH et al. (2007) auf gedüngten Ackerflächen mit einer geschlossenen Haube und
Passivsammlung nur 1-5 % des NH
3
-Verlustes im Vergleich zur Messung mit Windtunnel.
Zurückgeführt wird dies auf eine geringere Diffusionsrate durch den Ausschluss des
Windeinflusses. Unter der Annahme, dass die ermittelten 0,6 g/(m² d) NH
3
lediglich 5 % der
Quellstärke entsprechen, ergäbe sich eine Quellstärke von insgesamt 12 g/(m² d), welche besser
zum bestehenden Konventionswert von 8 g/(m² d) passen würde.
Ein Vergleich der ermittelten CH
4
-Quellstärke von 0,11 g/(m² d) mit der von MISSELBROOK et
al. (2001) von 0,36 - 0,43 mg/(m² h) [entspricht 0,0086 – 0,01 g/(m² d)], die ebenfalls mit Hilfe
einer Haube gemessen wurde, zeigt den gegenteiligen Trend zu NH
3
. Hier liegt der ermittelte
Wert über dem Literaturwert.
Der ermittelte Wert für N
2
O von 0,0 g/(m² d) stimmt mit den Werten von MISSELBROOK et al.
(2001) und JAYASUNDARA et al. (2016) überein.
Für die Geruchsemission von Ausläufen gibt es bisher keinen VDI-Konventionswert. Allerdings
ist in der sächsischen Emissionsdatenbank ein berechneter Wert von 2,7 GE/(m² s) zu finden,
der in derselben Größenordnung liegt, wie der hier ermittelte Wert von 1,29 GE/(m² s).
Fazit
Stallmessungen
Der Multigasmonitor ist nur bedingt für Messungen im Rinderstall geeignet. Die Tagesprofile
der Gaskonzentration lassen sich damit gut darstellen, die absoluten Messwerte weichen
jedoch je nach Gas deutlich von den Werten des FTIR ab.
Die CO
2
-Bilanz liefert grundsätzlich plausible Volumenströme. Die Genauigkeit dieser
Volumenströme ist jedoch nur so gut wie die Qualität der eingehenden Berechnungsdaten.
Der Standort des Außenmesspunktes ist dabei von besonderer Bedeutung und sollte
sorgfältig ausgewählt werden. Beeinflussungen des Stalles oder anderer CO
2
-Quellen sind
dabei soweit wie möglich auszuschließen.
Es konnten Jahresemissionsfaktoren abgeleitet werden, die für Ammoniak 18,7 kg/(TP a),
Methan 133,0 kg/(TP a), Gesamtstaub 2,5 kg/(TP a), PM
10
-Staub 0,4 kg/(TP a), und PM
2,5
-
Staub 0,2 kg/(TP a) betragen. Die Emissionsfaktoren liegen damit teils über den bestehenden
Konventionswerten.

Beiträge zum Thema Stallklima in der Tierhaltung 2020
94
Die Geruchsemissionen waren mit rund 87 GE/(GV s) sehr hoch, was wahrscheinlich auf die
Probenahmestelle
mitten
im
Stall
zurückzuführen
ist.
Zukünftig
sollte
die
Geruchskonzentration an den Stallwänden am Übergangsbereich zur Außenluft wenn
möglich
abluftseitig
bestimmt