Efficient cow: Analyse und Optimierung der Produktionseffizienz und der Umweltwirkung in der österreichischen Rinderwirtschaft

Im Rahmen des Projektes Efficient Cow wurden auf Basis von Daten aus 167 Milchviehbetrieben mit ca. 5.400 Milchkühen der Rassen Fleckvieh, Braunvieh und Holstein Friesian aus Österreich und Daten aus Forschungsinstituten verschiedene Fragen zur Analyse und Optimierung der züchterischen Möglichkeiten einer verbesserten Produktionseffizienz und der Umweltwirkung der österreichischen Milchwirtschaft analysiert. Im ersten Schritt wurden im Kalenderjahr 2014 sehr umfangreiche tier- und betriebsspezifische Daten erhoben. In den weiteren Schritten wurden Fragen zur Hochrechnung der Lebendmasse, Lebendmasse und Nährstoffeffizienz, Definition und Analyse von züchterischen Möglichkeiten dieser neuen Effizienzmerkmalen, genetische Zusammenhänge zwischen Effizienz und Gesundheit als auch die Potentiale zur Verbesserung der Umweltwirkung durch „effizientere“ Kühe analysiert. Datenerfassung Um die umfangreiche Datenerfassung in diesem Projekt zu organisieren, wurde sie als eigenes Arbeitspaket definiert. Es wurden insgesamt 167 Betriebe mit über 5.400 Kühen der Rassen Fleckvieh, Braunvieh und Holstein gewonnen, an diesem Projekt mitzuarbeiten. Nach der Gestaltung der Erfassungsformulare und Einschulung der LKV-Mitarbeiter konnte die Erfassung im Kalenderjahr 2014 durchgeführt werden. Es wurden neben den in der Routine der Milchleistungsprüfung erhobenen Daten zusätzlich von allen Betrieben zumindest ein Jahr vor dem Projektstart bis zum Ende der Datenerfassung (Kalenderjahre 2012-2014) auch alle aufgelaufenen tierärztlichen Diagnosen zur Abbildung des Gesundheitsstatus und als Datengrundlage für die Auswertung erfasst. Durch den Landwirt waren zudem Ketosetests (7 und 14 Tage nach der Abkalbung) durchzuführen und Dokumentationen aller Klauenpflegemaßnahmen, tierbezogener Beobachtungen, von Weide und Grünfutter sowie die Zu- und Abgänge an Futtermitteln zu erfassen. Über das gesondert eingeschulte LKV-Personal wurden zeitnah zu jedem Termin der Milchleistungskontrolle Gewicht, Brustumfang, Bauchumfang, Bemuskelungsnote, Körperkondition und Lahmheitsnote von allen Kühen erhoben. Am Tag des Probemelkens wurden die verfütterte Ration, die tierindividuellen Kraftfuttermengen sowie der Hygienestatus des Grundfutters festgehalten. Zur Abbildung der Grundfuttersituation wurden von jedem Betrieb acht Grundfutterproben gezogen und analysiert. Ergänzt wurde diese Information durch die Inventur des Futtermittellagers zu Beginn und am Ende der Projektperiode und mit einer genauen Beschreibung der Betriebsstruktur und der Haltungsbedingungen. Die Mitarbeiter der Zuchtverbände erfassten die rassenspezifische linearen Merkmale aller Kühe sowie in der Projektperiode 3malig die Stockmaße Kreuzhöhe, Mittelhandlänge, Beckenlänge, Rumpftiefe, Beckenbreite vorne und hinten sowie die hintere Körperbreite und führten die Gewebeprobensammlung für die Genotypisierung durch der Fleckvieh und Braunviehtiere im Projekt Gene2Farm durch. Begleitet wurde die Datenerfassung durch ein umfassendes Monitoring. Damit wurde die Vollständigkeit und Plausibilität der Daten abgesichert. Diese umfangreichen Daten wurden teilweise EDV technisch und wo nötig auf Papier festgehalten und laufend in die Datenbank über im Projekt entwickelte Erfassungsmasken für die Massenerfassung eingegeben, damit sie für alle weiteren Projektschritte zur Verfügung standen. Zusätzlich wurden für die teilnehmenden Betriebe Berichte über die Datenerfassung generiert und der Abschlussbericht zur Datenerfassung in landesweiten Veranstaltungen den Landwirten erklärt und übergeben. Gerade diese Zwischeninformation trug wesentlich zur Motivation der Betriebe bei. Lebendmasseschätzung Ziel des AP 2 war es, eine Schätzformel für die Lebendmasse mittels Körpermaßen oder BCS sowie unter Berücksichtigung von Rasse, Laktationszahl und Laktationsstadium zu entwickeln. In den Einzelmodellen erwies sich der Brustumfang als einflussreichstes Körpermaß mit dem niedrigsten Schätzfehler (39,0 kg), gefolgt von Bauchumfang (39,3 kg) und vorderer Beckenbreite (49,9 kg). Alle anderen Körpermaße und auch der BCS erbrachten keine höhere Schätzgenauigkeit als ca. 50,0 kg. Das Modell BU BA reduzierte den Schätzfehler weiter auf 32,5 kg und das Zufügen der vorderen Beckenbreite auf 30,4 kg. Die Validierung ergab, dass durchschnittlich 99,6 % der Varianz zwischen geschätzten und beobachteten Werten auf Zufall beruhen. Dies bedeutet, dass die Modelle die Lebendmasse valide und ohne unerwünschte systematische Schätzfehler vorhersagen. Allerdings ist eine Schätzung ohne Brust- und Bauchumfang nicht genau genug möglich, weswegen für eine Anwendung in der Praxis diese zwei Merkmale zusätzlich erfasst werden müssen. Optimale Lebendmasse für höchste Nährstoffeffizienz Ziel des AP 3 war es, die wichtigsten Einflussfaktoren auf Lebendmasse- und Nährstoff-Effizienz zu untersuchen, und die optimale Lebendmasse für die höchste Nährstoff-Effizienz abzuleiten. Die Auswertungen zur optimalen Lebendmasse basieren auf dem EC-Datenmaterial und jenem der 10 Forschungsinstitute der Studie Gruber et al. (2004). Für die Verbindung der tierindividuellen Fütterungsinformation von den Praxisbetrieben hin zur Futteraufnahmeschätzung wurden ein neuartiges Codierungssystem und spezielle Anpassungen des Schätzmodelles entwickelt. Damit war es möglich, die Futteraufnahme in der Praxis unter Berücksichtigung von unterschiedlichen Fütterungssystemen und Rations-gestaltungen zu schätzen. Die Fütterung der EC-Betriebe zeigt die hohe Bedeutung des Dauergrünlandes in Form von Grassilage und von konservierten Rationskomponenten, aber auch das hohe Produktions-niveau. Sie füttern das Kraftfutter leistungsangepasst. 44,3 % aller Datensätze betreffen Rationen mit reiner Abruffütterung, 42,3 % betreffen AGR und 12,0 % TMR. Das Grundfutter der Rationstypen GET, AGR und TMR besteht aus durchschnittlich über 50 % Grassilage. AGR und TMR besitzen den höchsten Maissilage-Anteil von ca. 30 % am Grundfutter. Weidehaltung und reine Grundfutterrationen hatten kaum Bedeutung. Die Ergebnisse der Auswertung zu Nährstoff- und Effizienzparametern zeigen, dass Milchleistung, Futter- und Nährstoffaufnahme und Effizienz mit steigender Milchbetonung von Fleckvieh (FV) über FV-Gruppen mit steigendem Red Holstein-Anteil bis Holstein-Friesian (HF) steigen. HF gibt die meiste Milch (29,5 kg ECM/d), während Brown Swiss (BS) und FV mit 26,7 und 26,6 kg ECM/d auf ähnlichem Niveau liegen. HF produziert 1,395 kg ECM/kg TM, FV und BS 1,325 kg ECM/kg TM. Der BCS und die Lebendmasse sinken hingegen mit steigender Milchbetonung von FV zu HF (FV 727 kg, 3,41 Pkt.; BS 655 kg, 2,94 Pkt.; HF 657 kg 2,63 Pkt.). Im Laktationsverlauf wird ersichtlich, dass besonders die milchbetonten und effizientesten Gruppen HF und FV_RH5075 an Körperkondition und Lebendmasse verlieren, dies jedoch auch wegen eines höheren KF-Anteiles an der Ration wieder wettmachen. Der Zusammenhang zwischen Milchleistung und Lebendmasse ist nicht linear. Besonders schwere Tiere geben weniger Milch als Tiere mittlerer Lebendmasse. Die Milchleistung von FV steigt degressiv bis 800 kg an, jene von HF und BS bis 750 kg. Danach fällt die Milchleistung besonders von HF und BS deutlich ab. Die Untersuchungen zur optimalen Lebendmasse zeigen daher, dass es tatsächlich ein Optimum für die höchste Nährstoff-Effizienz gibt. Der optimale Bereich der Nährstoff-Effizienz liegt für BS und HF von 550 bis 700 kg. Der optimale Bereich für FV liegt zwischen 500 und 750 kg. Die Lebendmasse beeinflusst die Effizienz milchbetonter Rassen stärker. FV ist also in einem größeren Lebendmassebereich als HF und BS ähnlich effizient. FV wiegt durchschnittlich 728 kg, HF 657 kg und BS 655 kg. Damit liegen BS und HF durchschnittlich genau im Optimum der Nährstoff-Effizienz. FV liegt zwar im Optimalbereich, jedoch bereits an dessen Ende nahe 750 kg und daher am absteigenden Ast der Nährstoff-Effizienz. Ein weiteres Steigern der Lebendmasse wird daher bei allen Rassen bezüglich Nährstoff-Effizienz nicht empfohlen, besonders hinsichtlich der damit verbundenen nötigen Steigerung von Milchleistung und Kraftfuttereinsatz. Die Berücksichtigung von Lebendmasseveränderung (LMV) oder Energiebilanz (Datenmaterial Forschungsinstitute) zeigt, dass die Effizienz von FV besonders in den leichten Lebendmasseklassen vor dem Optimum steigt, während HF im optimalen Bereich an Effizienz einbüßt und die Rassenunterschiede damit zurückgehen. Dies verdeutlicht, dass die Effizienz besonders von HF im optimalen Bereich vermehrt auf der Mobilisation von Körperreserven basiert. Das Optimum selbst wird durch die Berücksichtigung von LMV und Energiebilanz nicht beeinflusst. Die optimalen Tiere bleiben also mit und ohne Berücksichtigung von Ab- und Aufbau von Körpersubstanz dieselben. Genetische Parameter für Effizienzmerkmale und deren genetischer Zusammenhang zu Merkmalen im Gesamtzuchtwert Ziel dieses Arbeitspaketes war die Schätzung von genetischen Parametern für die Lebendmasse und weitere ausgewählte (im Zuge des Efficient Cow Projektes erhobene) Effizienzmerkmale für die Rassen Fleckvieh, Braunvieh und Holstein. Eine wichtige Fragestellung war weiters, ob mit den im Projekt erhobenen Daten für Lebendmasse in Kombination mit vorliegenden Maßen aus der routinemäßigen linearen Exterieurbeschreibung eine Routine-Zuchtwertschätzung entwickelt werden kann. Dazu wurden die genetischen Parameter für die zur Verfügung stehenden Merkmale geschätzt und erste ZWS-Testläufe durchgeführt. Als Effizienzparameter wurden neben energiekorrigierter Milch (ECM), Lebendmasse (LM), Trockenmasseaufnahme (DMI) und Energieaufnahme (INEL) die Effizienzparameter ECM_LM0,75, DMI_LM0,75, ECM_DMI, und LE_INEL (mit der Milch abgegebene Energie MJ LE/ gesamte Energieaufnahme MJ INEL) berücksichtigt. Beim Fleckvieh lagen die Heritabilitäten der Effizienzmerkmale zwischen 0,11 für LE_INEL und 0,43 für die Lebendmasse, ähnliche Ergebnisse wurden für Braunvieh und Holstein gefunden. Schwach negative genetische Korrelationen von -0,15 bis -0,27 wurden zwischen der Milchleistung (ECM) und der Lebendmasse, mittlere bis starke genetische Korrelationen zwischen der Milchleistung und den anderen Effizienzmerkmalen geschätzt. DMI und INEL stellen mit einer genetischen Korrelation von nahezu 1 mehr oder weniger dasselbe Merkmal dar. Die drei Effizienzmerkmale ECM_LM0,75, ECM_DMI und LE_INEL waren ebenfalls stark korreliert mit Schätzwerten über 0,90. Die Ergebnisse zeigen, dass DMI, INEL und die Lebendmasse für Monitoringzwecke wertvolle zusätzliche Informationen liefern können. Eine Selektion nach Verhältnismerkmalen wie ECM_DMI und LE_INEL ist aber mit Vorsicht zu betrachten. Da die Lebendmasse in der Regel nicht routinemäßig vorliegt, sollten weiters genetische Beziehungen zwischen Lebendmasse und Körpermaßen geschätzt werden. Die höchsten genetischen Korrelationen zur Lebendmasse zeigen die Merkmale Brust- und Bauchumfang, aber auch die weiteren Körpermaße zeigen deutliche positive genetische Zusammenhänge. Bei der Rasse Holstein weist das Merkmal Milchcharakter, bei dem die Schärfe im Widerrist bewertet wird, erwartungsgemäß einen negativen Zusammenhang auf. In darauf aufbauenden ZWS-Testläufen für die Lebendmasse konnte für Fleckvieh und Braunvieh ein stabiler genetischer Trend beobachtet werden. Durch die relativ hohen Heritabilitäten und die hohen genetischen Korrelationen der Körpermaße zur Lebendmasse sind überwiegend hohe Sicherheiten zu erzielen. Durch die zusätzliche Verwendung der Versteigerungsdaten konnten die Sicherheiten im Schnitt um 1,8% gesteigert werden. Um zu überprüfen, wie wichtig direkte Gewichtsdaten der Kühe sind, um zuverlässige Lebendmasse-Zuchtwerte zu schätzen, wurden mehrere Testläufe mit unterschiedlichen Daten durchgeführt. Bei ausschließlicher Verwendung der Körpermaße ist die durchschnittliche Sicherheit der KB-Stiere um ca. 11 (Fleckvieh) bzw. 15% (Braunvieh) niedriger als mit dem vollständigen Datensatz inklusive der Lebendgewichte. Wenn man die Bemuskelung dazu nimmt, ist der Sicherheitsverlust nur mehr etwa 8%, bei zusätzlicher Verwendung des Brustumfangs nur mehr maximal 4 Prozentpunkte. Die ZW-Korrelationen zeigen, dass man mit den routinemäßig vorliegenden Maßen aus der linearen Beschreibung und der Bemuskelung zumindest mit einer Korrelation deutlich über 0,80 rechnen kann. Während Daten der linearen Beschreibung wertvolle Hilfsmerkmale in einer ZWS Lebendmasse darstellen, sind sie jedoch zur Schätzung der Lebendmasse für Managementzwecke nicht ausreichend. Die ZW-Korrelationen zeigen, dass Lebendmasse und Gesamtzuchtwert (GZW) praktisch unkorreliert sind. Bei Selektion nach dem aktuellen GZW sind daher keine nennenswerten Veränderungen der Lebendgewichte zu erwarten. Der Zusammenhang zu den Milchmerkmalen ist nahe Null mit negativer Tendenz zu den Mengenmerkmalen beim Fleckvieh. Erwartungsgemäß merklich positiv ist der Zusammenhang zu Nettozunahme und Handelsklasse. Zur Fitness besteht tendenziell ein negativer Zusammenhang, speziell zur Nutzungsdauer, zum paternalen Kalbeverlauf, aber auch zu Persistenz und Vitalität. Zusammenhang Effizienz und Gesundheit Im vorliegenden Arbeitspaket wurden die züchterischen Möglichkeiten zur Verbesserung von Neuen für die Effizienz relevanten Gesundheitsmerkmale analysiert. Ein wesentlicher Bereich ist der Stoffwechsel, der in der Praxis oftmals unterschätzt wird. Hohe Milchleistungen gehen oftmals mit einer negativen Energiebilanz zu Beginn der Laktation einher. In dieser Phase mit hoher Mobilisierung treten dann verschiedene Stoffwechselerkrankungen häufiger auf. Daher ist bei Verbesserung der Effizienz wichtig, dass nicht Tiere gezüchtet werden, die zwar viel Output (Milch, Fleisch) pro Input (Futter) herausholen, aber diese Effizienz durch verstärkte Mobilisierung in Verbindung mit höheren Erkrankungsraten erzielen. Negative Energiebilanzen äußern sich teilweise auch in Klauenerkrankungen. Daher war auch der Bereich Klauengesundheit von Interesse. Die Ergebnisse aus dem Projekt zeigen, dass verschiedene Managementtools wie zB der Ketotest, Körperkondition- oder auch Lahmheitsbeurteilung auch züchterisch wertvolle Merkmale sind. Generell wird zur Verbesserung der Stoffwechselstabilität und der Klauengesundheit ein Index empfohlen, wo verfügbare direkte und indirekte Merkmale kombiniert sind. Phänotypische Zusammenhänge zwischen BCS, Ketotest und Erkrankungen zeigen, dass BCS-Verluste zu Beginn der Laktation das Risiko von Stoffwechselerkrankungen erhöhen bzw. das subklinische Ketosen das Risiko von weiteren Erkrankungen erhöhen. Bei den genetischen Analysen ist ein Trend zu erkennen, wonach Tiere mit höherer Milchleistung und höherer Energieaufnahme auch ein höheres Risiko für Erkrankungen aufweisen. Empfehlung von züchterischen Maßnahmen für Umsetzung in die Routine Aufbauend auf der Züchterumfrage (Steininger, 2013), Auswertungen zur optimalen Lebendmasse und Nährstoffeffizienz als auch auf Ergebnissen zu genetischen Trends und genetischen Zusammenhängen zwischen Lebendmasse, Effizienz und den Merkmalen aktuell im Zuchtziel (GZW) wurden Empfehlungen für die praktische Umsetzung ausgearbeitet. Die Ergebnisse, die auf Daten von 167 Praxisbetrieben in Österreich und umfangreichen Daten von Versuchsbetrieben beruhen, zeigen, dass der Zusammenhang zwischen Lebendmasse und Milchleistung (ECM) nicht linear ist und es sowohl bei der Lebendmasse- als auch bei der Nährstoffeffizienz Optimalbereiche gibt. Kühe mit mittlerer Lebendmasse sind im Durchschnitt die effizienteren Tiere. Diese nichtlinearen Zusammenhänge dürften auch die Ursache für die phänotypischen und genetischen Korrelationen um null für ECM und Lebendmasse sein. Die Ergebnisse zeigen auch, dass bei der aktuellen Zusammensetzung des Gesamtzuchtwertes eine leichte Verringerung der Lebensmasse zu erwarten ist. Ergebnisse aus Versteigerungsdaten über die letzten 15 Jahre bestätigen diesen Trend. Um die Futtereffizienz in Relation von Input zu Output berücksichtigen zu können, sind Merkmale zur Lebendmasse, Milchleistung, Futter- und Nährstoffaufnahme, aber auch zur Mobilisierung und dem Gesundheitsstatus wichtig. Da unter aktuellen Praxisbedingungen tierindividuelle Futteraufnahmedaten nicht verfügbar sind, wurde bei der Empfehlung zur Umsetzung in die Praxis der Schwerpunkt auf kurz- bis mittelfristige umsetzbare Maßnahmen gelegt. Die Analysen zeigen, dass die Lebendmasse in Kombination mit der Milchleistung bereits einen wesentlichen Teil der Futtereffizienz beschreibt. Für die Umsetzung in die Praxis wird ein Zuchtwert Lebendmasse und ein Monitoring der Lebendmasseentwicklung empfohlen. Entscheidend für die Futtereffizienz ist auch die Mobilisierung. Es wird empfohlen, bereits verfügbare Daten aus dem Stoffwechselbereich für die Berechnung eines Stoffwechselindex zu nutzen und Maßnahmen zu setzen, um in Zukunft auch Parameter zu subklinischen Erkrankungen züchterisch nutzen zu können. Die Ergebnisse aus Efficient Cow zeigen auch die Bedeutung der züchterischen Verbesserung der Klauengesundheit. Im ersten Schritt wird die Bereitstellung eines Klauengesundheits-Zuchtwerts basierend auf tierärztlichen Diagnosen und Daten aus der linearen Nachzuchtbeschreibung empfohlen. Ein wichtiger weiterer Schritt ist die Einbeziehung von Daten aus der Klauenpflege. Die Ergebnisse aus dem Projekt zeigen auch, dass Daten aus Managementwerkzeugen wie Lahmheits- oder Körperkonditionsbeurteilung züchterisch wertvoll sind. Damit in Zukunft auch genomische Zuchtwerte für neue Merkmale aus dem Bereich Lebendmasse, Stoffwechsel, Klauengesundheit, Gesundheit allgemein als auch hinsichtlich Effizienzmerkmale entwickelt und bereitgestellt und dadurch der Zuchtfortschritt in diesen Merkmalen beschleunigt werden kann, ist es wichtig, dass solche Daten wenn möglich in der Breite, aber auf jeden Fall in Kuhlernstichproben in Kombination mit den Genotypen der Kühe erfasst werden. Modellierung von Effekten einer unterschiedlichen Effizienz auf Ebene Einzeltier auf Umweltwirkung Werden die Ökobilanzergebnisse auf die funktionale Einheit „1 kg Milch“ mit Berücksichtigung von Umweltwirkungen auf das Koppelprodukt Fleisch (von Altkuh und Kälbern) bezogen, stellen sich effizientere Kühe, d.h. die besten 20 % Kühe hinsichtlich der Futterverwertung je kg Milch am 100. Laktationstag gegenüber ihren Herdendurchschnitten als günstiger dar. Die effizienteren Kühe zeigen die größten Vorteile in den Indikatoren Konzentratfutter-Ackerflächenbedarf mit einer Reduktion von 8,3 % im Mittel der 18 analysierten Produktionssysteme gegenüber den Herdendurchschnitten, gefolgt vom Verbrauch an nicht erneuerbarer Primärenergie mit -7,4 %. Das Treibhauspotenzial, das Eutrophierungs- und das Versauerungspotenzial weisen dagegen mit -4,3 %, -4,2 % und -2,0 % im Durchschnitt deutlich geringere produktbezogene Einsparungen der effizienteren Kühe auf. Bei der Betrachtung je Hektar bewirtschafteten Landes sind für manche Produktionssysteme bei einigen Umweltwirkungen Nachteile für die effizienteren 20 %-Kühe zu finden. Dies gilt v.a. für die drei Indikatoren Treibhauspotenzial, Eutrophierungs- und Versauerungspotenzial. Der Grund für geringeres Minderungspotenzial bei diesen Indikatoren liegt einerseits in der Überlagerung durch unvermeidliche bzw. relativ konstante Hintergrundemissionen, die sich nicht direkt proportional zum Futterbedarf oder zur Leistungsveränderung verhalten. Andererseits werden bei günstigerer Futterverwertung infolge höherer Leistung höhere Nährstoffmengen aufgenommen bzw. ausgeschieden und deren Emissionen verteilen sich bei effizienteren Tieren oft auf geringere Flächen, die durch energiedichtere Rationen bedingt sind. Bio-Produktionssysteme weisen laut vorliegenden Berechnungen – mit wenigen Ausnahmen wie z.B. des Heumilch-Produktionssystems beim Treibhauspotenzial – insgesamt eher günstige Umweltwirkungen auf. Je geringer die Umweltwirkungen für den Herdendurchschnitt (beispielsweise im Vergleich zum Österreich-Durchschnitt) bereits liegen, desto schwieriger wird es, noch geringere Umweltwirkungen durch effizientere Kühe zu erreichen. Im nationalen und internationalen Vergleich liegen die Ergebnisse für die betrachteten Herdendurchschnitte und die effizienteren Kühe gut, soweit dies aus anderen Studien (mit teilweise anderen Berechnungsmethoden und Systemgrenzen) abgeleitet werden kann. Aus der statistischen Auswertung resultiert als wichtigster Einflussfaktor auf die Effizienz der Milcherzeugung eine günstige Futterverwertung, die vor allem mit der Laktationsleistung (bzw. Lebensleistung), mit der Rationsgestaltung (Anteile Silomais und Kraftfutter) sowie, untergeordnet, auch mit der Lebendmasse der Kühe in Verbindung stehen. Die Ökobilanz wird günstiger, wenn Laktations- und Lebensleistungen überdurchschnittlich ausfallen, d.h. ein geringerer Futterbedarf je kg ECM über den Lebenszyklus vorherrscht, wenn die Lebendmasse bei ähnlicher Leistung geringer ist und wenn Emissionen der Futterbereitstellung geringer sind.