Wärmebelastung für Milchkühe: Ab wann?

19.06.2019 – Olaf Tober, Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei M-V

Untersuchungen zur Vormagentemperatur bei laktierenden Milchkühen in Abhängigkeit von der Stalltemperatur

Moderne Milchviehrassen geraten aufgrund ihres hohen Stoffumsatzes auch unter einheimischen Klimabedingungen immer häufiger unter Wärmebelastung. Als optimale Stalltemperatur für Milchvieh wird häufig ein Bereich von 0 °C bis 16 °C (Bianca, 1968) oder 4 °C bis 16 °C (DLG-Merkblatt, 2005) angegeben. Allerdings gehen die Werte aus dem DLG-Merkblatt (2005) auf Koller und Süss (1984) zurück. Die zugrunde liegenden Quellen dieser Angaben zum Optimal- oder Komfortbereich der Umgebungstemperatur für Milchkühe sind also schon mindestens 35 Jahre alt. Dieser Temperaturbereich wird von vielen Faktoren beeinflusst, von denen die Milchleistung nur einer, aber ein sehr wesentlicher ist.

Die jährliche Milcherzeugung pro Kuh ist zwischen 1980 und 2018 im Durchschnitt der Bundesrepublik 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 heute noch seine Gültigkeit besitzt. Die hier vorgestellten Untersuchungen 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 finden sich unterschiedliche Angaben, 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 bei Kühen mit hoher Milchleistung die Milchmenge einen signifikanten Einfluss auf die Körpertemperatur. Ab Umgebungstemperaturen von 26 °C stieg die Körpertemperatur bei allen Kühen abhängig von der Umgebungstemperatur, wobei eine höhere Milchleistung zu einem größeren Anstieg führte. Eine verstärkte Belüftung bremste den Anstieg der Körpertemperatur.

Silanikove (2000) beschreibt in seinem Thermoneutralzonenkonzept, dass ein homoiothermes Tier bei Hitzebelastung im Stadium 3 versucht, seine endogene Wärmeproduktion durch Verringerung der Aktivität und der Futteraufnahme einzuschränken, denn ab hier kann es die entstehende Eigenwärme nicht mehr dauerhaft und vollständig abführen. Ist eine ausreichende Adaption durch Verhaltensanpassungen nicht mehr möglich, folgt daraus ein Anstieg der Körpertemperatur. Das heißt, der durch die Umgebungstemperatur verursachte Anstieg der Körpertemperatur kennzeichnet das Verlassen der thermoneutralen Zone. Das ist der Bereich der Umgebungstemperatur, in dem der Organismus keine zusätzliche Energie aufwenden muss, um seine Körpertemperatur konstant zu halten. Umgekehrt bedeutet das, dass ab hier zusätzliche metabolische Energie für die Thermoregulation aufgewendet werden muss, die nicht für Erhaltung und Leistung zur Verfügung steht.

Eine kontinuierliche Erfassung von Körpertemperatur und Umgebungstemperatur sollte daher eine gute Möglichkeit für die Bestimmung einer Wärmebelastung darstellen. Bei Wiederkäuern 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 Vormagentemperatur und die Körpertemperatur nicht identisch sind. Aufgrund der wärmeproduzierenden Aktivität der Mikroorganismen im Pansensystem liegt die im Vormagen gemessene Temperatur generell etwa 0,5 K über der Körperkerntemperatur (Hicks et al., 2001). Es wurden aber starke (Bewley et al., 2008) bis sehr starke (Sievers et al., 2004) Korrelationen zwischen Vormagen- und Rektaltemperaturen gefunden.

Einem starken Störeinfluss sind die Messwerte im Vormagen vor allem durch die Wasseraufnahme ausgesetzt. Autoren, die sich mit derartigen Messreihen befassten, legten häufig fixe Grenzwerte für den Ausschluss solcher Messdaten fest, um den thermischen Einfluss der Wasseraufnahme zu eliminieren. Gasteiner et al. (2015) verwendeten für Messreihen an Milchkühen mit einer Messfrequenz von 15 min keinen festen Grenzwert, sondern entfernten alle Daten, wenn zwischen zwei aufeinander folgenden Messpunkten die Temperaturdifferenz ∆T >0,75 K war bis zum Zeitpunkt, wenn der Ausgangswert abzüglich 0,75 K wieder erreicht war, aber maximal für einen Zeitraum von 2,5 Stunden.

Eigene Untersuchungen

Die Untersuchungen fanden in der Milchviehherde eines Praxisbetriebes in Mecklenburg-Vorpommern statt. Der Betrieb verfügt 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 (Abbildung 1). Mithilfe von Datenloggern wurden die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchte in Form von Stundenmittelwerten erfasst.

Abb. 1: Stall, in dem die Untersuchungen stattfanden


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. Herzstück dieses Systems ist ein Temperaturmessbolus (Abbildung 2), welcher mit Hilfe eines handelsüblichen Eingebers im Vormagen (Retikulum) der Tiere abgelegt wurde. 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.

Abb. 2: Verwendeter Messbolus der Firma Bella AG

Da die Vormagentemperatur als Indikator für die Körpertemperatur verwendet werden sollte, mussten die Temperaturbeeinflussungen durch Wasser- und Futteraufnahme aus den Messreihen entfernt werden. Dies geschah in Anlehnung an Gasteiner et al. (2015) nach folgendem Algorithmus: 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. 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. Die Tiere wiesen folgende charakterisierende Merkmale auf (Spannweite in Klammern):


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 eine segmentierte lineare Regression berechnet worden, um so einen eventuell vorhandenen Strukturbruch identifizieren zu können.

Ergebnisse

In Abbildung 3 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 Hilfe der segmentierten linearen Regression auf einen Strukturbruch untersucht. Dieser ließ sich zwischen 7 °C und 8 °C Stalltemperatur nachweisen. Das bedeutet, ab hier begann eine Erhöhung der Vormagentemperatur infolge steigender Umgebungstemperaturen.

Abb. 3: Mittlere korrigierte Vormagentemperaturen (LSM) in Abhängigkeit von der Stalltemperatur


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 Ergebnisse (Abbildung 3) bereits ab 8 °C Stalltemperatur der Fall.

Berman und Meltzer (1973) haben berechnet, dass sich die obere kritische Temperatur bei Milchkühen um jeweils 4 K je 10 kg tägliche Milchleistung verschiebt. Es darf davon ausgegangen werden, dass sich der Bereich der thermischen Indifferenz, also der Optimalbereich für die Tiere identisch verhält und sich mit dem Leistungsniveau in gleicher Weise verschiebt. Aus dieser Kenntnis und den geschilderten Untersuchungsergebnissen lassen sich die optimalen Stalltemperaturbereiche für die verschiedenen Leistungsgruppen ableiten, wie sie in Abbildung 4 dargestellt sind. Es wird deutlich, den einen Optimalbereich für eine ganze Herde kann es nicht geben. 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.

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.

Abb. 4: Optimaler Temperaturbereich bei Milchkühen in Abhängigkeit von der Leistung


Das Überschreiten der oberen kritischen Temperatur der Kühe bedeutet zunächst, dass die Tiere hier anfangen, die physiologischen Anpassungsmechanismen zu einer erhöhten Wärmeabgabe zu aktivieren. Sie beginnen zu schwitzen, die Atemfrequenz und die Körpertemperatur zu erhöhen sowie die Aktivität und Futteraufnahme zu reduzieren. Man kann hier von einer leichten Belastung der Tiere sprechen, die sich im normalen physiologischen Adaptionsrahmen bewegt. Die Tierhalter müssen sich aber im Klaren sein, dass die Kühe mit dem Überschreiten der oberen kritischen Temperatur zusätzliche Energie für die Thermoregulation aufwenden müssen, die nicht für die Leistungserbringung zur Verfügung steht.

Wenn die Umgebungstemperaturen so stark steigen, dass die physiologischen Mechanismen nicht mehr ausreichen, einen Anstieg der Körpertemperatur auf mehr als 40 °C zu verhindern, wird die Wärmebelastung zu starkem Stress. Die Tiere weisen dann Atemfrequenzen von über 85 pro Minute auf (Collier et al., 2012). Bei einer Kuh mit einer Milchleistung von etwa 30 kg Milch pro Tag dürfte dieser Bereich je nach Luftfeuchte mit 28 °C bis 34 °C erreicht sein. Effektiv unterstützende technische Kühlung wird spätestens hier zum Muss.

DER DIREKTE DRAHT

Olaf Tober
Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei M-V
Institut für Tierproduktion
Wilhelm-Stahl-Allee 2
18196 Dummerstorf

E Mail: o.tober(at)lfa.mvnet.de
Stand: Juni 2019