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Doctoral Thesis
2023
Modellanalyse zu Tierwohl und Wirtschaftlichkeit in der Milchviehhaltung: Bewertung verfahrenstechnischer Maßnahmen und deren ökonomische Auswirkungen
Modellanalyse zu Tierwohl und Wirtschaftlichkeit in der Milchviehhaltung: Bewertung verfahrenstechnischer Maßnahmen und deren ökonomische Auswirkungen
Abstract (English)
The welfare of dairy cows is ethically (the animal as an individual) and economically (the animal as a production factor) of high relevance. At the same time, society's growing expectations about good husbandry conditions for dairy cows are increasingly encountering the requirements and framework conditions of modern dairy farming. In the study on animal welfare and economic efficiency, this discrepancy was taken up and examined in more detail based on 28 farms with 46 free-stall barns in north-eastern Germany.
The farms were divided into four classes: I < 300 animals, II 300 – 599 animals, III 600 – 900 animals, IV > 900 animals. The status quo on animal welfare was recorded, in the event of deficiencies in the housing conditions, short-term normative measures (additional cubicle care, replacement of the cubicle mat, conversion of the cubicle brackets, etc.) as well as medium-term normative measures (conversion of the lying and walking areas) were derived and the additional costs for improving animal welfare were calculated. In addition, the annual expenses for year-round grazing were calculated.
To describe the framework conditions in dairy farming, the development of the husbandry conditions of dairy cows in Germany since 1950 was outlined including essential technical and structural innovations with increasing of bedding-free husbandry methods and year-round barn husbandry from the seventies to today's modern free-stall barn husbandry. Based on this, the current status quo for the animal welfare of highly lactating dairy cows of the Holstein breed in the 46 barns was evaluated and factors influencing the housing environment in the barn on the characteristics of technopathies, contamination (data set D1; 2,082 animals) and lying times (subsample D2; 632 animals) on individual animals were evaluated with the help of statistical tests in two multi-level models (linear mixed model, generalized estimation equations) and decision trees.
Regarding technopathies, an assessment was made in five damage classes (0 without special findings, 1 hairless area, 2 skinless area, 3 circumferential increase covered, 4 circumferential increases open). In the survey, technopathies were found in all body regions examined. On average, the following ratings were given carpal joints (0.20), tarsal joints (0.60), knee joints (0.10), and withers (0.30). For the spine, a mean value of 1.20 was recorded. A total of 25.70 % or 535 animals were documented as unharmed (no technopathies) in the study. The aim would be to achieve a proportion of 100 % animals without injuries. Regarding contamination, the assessment was carried out in the score from 1 clean to 6 strong clod formation. The body regions udder, abdomen, tail, tail tassel, hindquarters, cross, ischium and lower leg were rated on average with 2 (isolated, slightly discolored splotches).
Deviations from the reference values were recorded for the expression of the lying behavior. On average, the total lying time was 11.60 hours per day (norm 12 to 14 hours), with a lying bout duration of 74.90 minutes (norm 50 to 120 min) and an average number of 10 lying bouts per day (norm 11 to 12). The requirements for the duration of the stay (total lying time, number of lying bouts) were not met on average in the study.
Overall, deficiencies can be found in the three areas relevant to welfare of dairy cows (technopathies, cleanliness, lying times).
Furthermore, it was investigated to what extent the identified deficits in animal welfare are caused by weaknesses in the barns. For this purpose, the dimensions and condition of the lying, walking, and feeding areas were surveyed. In the barns, 58.70 % of the lying areas were found to be too short (< 182.50 cm); 93.50 % of the lying areas are recorded as too narrow (< 117.50 cm) and in 30.40 % of the deep boxes the fecal level is recorded as too low (< 20 cm). The stall and feeding corridors were documented as too narrow in 45.80 % (< 2.50 m) and 47.80 % (< 3.50 m) of the barns and were also rated as unsafe in 12 out of 46 barns. Furthermore, in 38 out of 45 barns, too low an upper demarcation in the feeding area (< 149 cm) was documented. In the lying area, 22 barns were equipped with high boxes and 26 with deep boxes. In these, deficiencies in the state of care were found. In 54.90 % of the high boxes, less than 50 % of the lying area was covered with bedding. In addition, 68.80 % of the deep boxes showed strong trough formation in the lying surface. In the area of animal comfort, 26 out of 46 barns were equipped with brushes and 25 out of 28 barns with foot baths. The housing conditions in the lying, walking, and feeding areas often show deviations from the reference values with an impact on animal welfare.
The clearest effects of the housing conditions on the severity of technopathies, contamination and lying times were recorded in the lying area. Significantly fewer animals without injuries were documented in barns with high boxes (14.70 % animals without technopathies) instead of barns with deep boxes (35.60 % animals without technopathies). In addition, animals in barns with high boxes were recorded with a higher value of contamination instead of barns with low boxes. In barns with narrow lying surfaces (< 117.50 cm), fewer animals without injuries (24.50 %) were found than in barns with wider lying areas (≥ 117.50 cm; 43.10 % without injuries). More animals with total lying times of < 12 hours per day (56 %) were recorded in barns with narrow lying areas than in barns with wider lying areas and a proportion of 27 % of animals with less than 12 hours of total lying time per day. Furthermore, increases in technopathies were observed in the tarsal joints and spine as the length of the lying surface decreased.
For the economic evaluation, the investment requirements, the additional labor requirements, as well as the additional costs of grazing were estimated and the average annual costs per animal, as well as the costs per kg of energy-corrected milk (ECM) were calculated.
The calculated annual costs for the elimination of deficiencies with an impact on technopathies, contamination and lying times are between EUR 181 and EUR 1,615 per animal p.a. or EUR 0.02 and EUR 0.17 per kg ECM for short- and medium-term normative measures, as well as grazing. The average annual cost of grazing (365 days p.a.) is between EUR 0.02 and EUR 0.08 per kg of ECM. Mostly, the farms incur additional expenses for the pasture in the amount of EUR 0.03 per kg ECM. On average, additional annual expenditure for the improvement of housing conditions of EUR 741 per animal per annum and EUR 0.07 per kg ECM was calculated. In most farms, a conversion of the barns would involve changes in the lying area (e.g., enlargement of the lying area, reduction of the number of cubicles) and a reduction in the number of animals. On average in the study, conversions in the lying area would be associated with a reduction in the number of animals by - 24% and the resulting annual loss of income of EUR 96,622 per farm.
The evaluation of the full costs showed that for 37 out of 44 barns, a new building would be associated with lower individual costs than a comprehensive conversion of the barns. The lowest individual costs were found on farms with more than 900 cows. In this study group, the conversion in 5 out of 13 barns or 38 % would be associated with lower individual costs than a new barn construction.
The study found that improvements in husbandry conditions are necessary for most of the analyzed farms and entail significant additional costs of EUR 0.07 per kg of milk on average. The high additional costs make it difficult to achieve the goals of animal welfare and economic efficiency in free-stall barns at the same time.
Abstract (German)
Das Tierwohl von Milchkühen ist ethisch (das Tier als Individuum) und ökonomisch (das Tier als Produktionsfaktor) von hoher Relevanz. Dabei stoßen wachsende Erwartungen der Gesellschaft in Bezug auf gute Haltungsbedingungen von Milchkühen zunehmend auf die Erfordernisse und Rahmenbedingungen einer modernen Milchviehhaltung. In der Untersuchung zu Tierwohl und Wirtschaftlichkeit wurde diese Diskrepanz aufgegriffen und anhand von 28 Betrieben mit 46 Stallungen in Nord-Ost-Deutschland näher betrachtet.
Die Betriebe wurden in vier Größenklassen eingeteilt: I < 300 Tiere, II 300 – 599 Tiere, III 600 – 900 Tiere, IV > 900 Tiere. Der Status quo zum Tierwohl wurde erfasst, bei Mängeln in den Haltungsbedingungen wurden kurzfristige normative Maßnahmen (zusätzliche Liegeboxenpflege, Austausch der Liegematte, Umbau der Liegeboxenbügel u.a.) sowie mittelfristige normative Maßnahmen (Umbau der Liege- und Laufbereiche) abgeleitet und die zusätzlichen Kosten zur Verbesserung des Tierwohls kalkuliert. Darüber hinaus wurden die jährlichen Aufwendungen für einen ganzjährigen Weidegang berechnet.
Zur Beschreibung der Rahmenbedingungen in der Milchviehhaltung wurde die Entwicklung der Haltungsbedingungen von Milchkühen in Deutschland seit 1950 skizziert und wesentliche technische und strukturelle Neuerungen wie die zunehmende Verbreitung einstreuloser Haltungsverfahren und die ganzjährige Stallhaltung ab den siebziger Jahren bis zur heutigen modernen Boxenlaufstallhaltung dargestellt. Davon ausgehend wurde der aktuelle Status quo zum Tierwohl von hochlaktierenden Milchkühen der Rasse Holstein-Schwarzbunt in den 46 Stallungen ausgewertet und Einflussfaktoren der Haltungsumwelt im Stall auf die Ausprägungen von Technopathien, Verschmutzungen (Datensatz D1, 2.082 Tiere) und Liegezeiten (Teilstichprobe D2, 632 Tiere) an Einzeltieren mit Hilfe statistischer Tests in zwei Mehr-Ebenen-Modellen (lineares gemischtes Modell, verallgemeinerte Schätzgleichungen) und Entscheidungsbäumen analysiert.
In Bezug auf Technopathien erfolgte eine Beurteilung in fünf Schadensklassen (Skl 0 ohne besonderen Befund, Skl 1 haarlose Stelle, Skl 2 hautlose Stelle, Skl 3 Umfangsvermehrung ge-deckt, Skl 4 Umfangsvermehrung offen). In der Erhebung wurden an allen untersuchten Körperregionen Technopathien festgestellt. Im Durchschnitt wurden folgende Bewertungen abgegeben: Karpalgelenke (Skl = 0,20), Tarsalgelenke (Skl = 0,60), Kniegelenke (Skl = 0,10), und Widerrist (Skl = 0,30). Für die Wirbelsäule wurde ein Mittelwert von Skl = 1,20 erfasst. Insgesamt wurden in der Untersuchung 25,70 % bzw. 535 Tiere als unverletzt (keine Technopathien) dokumentiert. Anzustreben wäre ein Anteil von 100 % unverletzter Tiere.
In Bezug auf Verschmutzungen erfolgte die Beurteilung in den Scorenoten von 1 sauber bis 6 starke Klutenbildung. Die Körperregionen Euter und Bauch, Schwanz, Schwanzquaste, Hinterhand, Kreuz, Sitzbein, Unterbein wurden im Durchschnitt mit 2 (leicht verfärbt / vereinzelte Spritzer) bewertet.
Zur Ausprägung der täglichen Liegezeiten wurden Abweichungen von den Referenzwerten erfasst. Im Durchschnitt der Erhebung betrug die Gesamtliegezeit 11,60 Stunden pro Tag (Norm 12 bis 14 Stunden) und die Länge einer Liegeperiode 74,90 Minuten (Norm 50 bis 120 min) bei einer mittleren Anzahl von 10 Liegeperioden täglich (Norm 11 bis 12). Die Anforderungen an die Dauer der Liegezeiten (Gesamtliegezeit, Anzahl der Liegeperioden pro Tag) wurden im Mittel der Untersuchung nicht erreicht. Insgesamt sind in den drei tierwohlrelevanten Bereichen (Technopathien, Verschmutzungen, Liegezeiten) Mängel festzustellen.
Des Weiteren wurde untersucht, inwieweit die festgestellten Defizite im Tierwohl durch Schwachstellen in der Haltung der Tiere im Stall verursacht werden. Hierzu wurden Abmessungen und Zustand der Liege-, Lauf- und Fressbereiche erhoben. In den Ställen wurden 58,70 % der Liegeflächen als zu kurz (< 182,50 cm); 93,50 % der Liegeflächen als zu schmal (< 117,50 cm) und bei 30,40 % der Tiefboxen die Kotstufe als zu niedrig (< 20 cm) erfasst. Die Boxen- und Fressgänge sind in 45,80 % (< 2,50 m) bzw. 47,80 % (< 3,50 m) der Stallungen als zu schmal dokumentiert worden und wurden darüber hinaus in 12 von 46 Stallungen als trittunsicher bewertet. Weiterhin wurden in 38 von 45 Stallungen eine zu niedrige obere Abgrenzung im Fressbereich (< 149 cm) dokumentiert. Im Liegebereich waren 22 Stallungen mit Hochboxen und 26 Stallungen mit Tiefboxen ausgestattet. In diesen wurden Mängel im Pflegezustand festgestellt. In 54,90 % der Hochboxen waren weniger als 50 % der Liegefläche mit Einstreu bedeckt. Darüber hinaus wiesen 68,80 % der Tiefboxen eine starke Muldenbildung in der Liegefläche auf. Im Bereich Tierkomfort waren 26 von 46 Stallungen mit Kuhputzbürsten und 25 von 28 Betrieben mit Klauenwannen ausgestattet. Die Haltungsbedingungen im Liege-, Lauf- und Fressbereich weisen vielfach Abweichungen von den Referenzwerten mit Auswirkungen auf das Tierwohl auf.
Die deutlichsten Effekte der Haltungsbedingungen auf die Ausprägung von Technopathien, Verschmutzungen und Liegezeiten wurden im Liegebereich erfasst. In Stallungen mit Hochboxen wurden signifikant weniger unverletzte Tiere dokumentiert (14,70 % Tiere ohne Technopathien) als in Stallungen mit Tiefboxen und 35,60 % unverletzte Tiere. Darüber hinaus waren Tiere in Stallungen mit Hochboxen insgesamt verschmutzter als Tiere in Ställen mit Tiefboxen. In Stallungen mit zu schmalen Liegeflächen (< 117,50 cm) wurden weiterhin weniger unverletzte Tiere (24,50 %) festgestellt als in Ställen mit breiteren Liegeflächen (≥ 117,50 cm) und einem Anteil von 43,10 % unverletzter Tiere. Zudem wurden in Ställen mit zu schmalen Liegeflächen mehr Tiere mit Gesamtliegezeiten von < 12 Stunden pro Tag (56 %) erfasst als in Stallungen mit breiteren Liegeflächen und einem Anteil von 27 % der Tiere mit weniger als 12 Stunden täglicher Gesamtliegezeit. Überdies wurden bei einer abnehmenden Länge der Liegefläche Zunahmen von Technopathien an den Tarsalgelenken und an der Wirbelsäule beobachtet.
Für die ökonomische Auswertung wurde der Investitionsbedarf, der zusätzliche Arbeitsbedarf sowie die zusätzlichen Kosten einer Beweidung abgeschätzt und die durchschnittlichen jährlichen Kosten pro Tier sowie die Kosten pro kg energiekorrigierte Milch (ECM) berechnet. Die kalkulierten jährlichen Kosten zur Beseitigung von Mängeln mit Auswirkungen auf Technopathien, Verschmutzungen und Liegezeiten betragen zwischen 181 EUR und 1.615 EUR pro Tier p.a. bzw. 0,02 EUR und 0,17 EUR pro kg ECM für kurz- und mittelfristige normative Maß-nahmen sowie Weidegang. Die durchschnittlichen jährlichen Kosten für den Weidegang (365 Tage p.a.) liegen zwischen 0,02 EUR und 0,08 EUR pro kg ECM. Im Mittel der Betriebe entstehen zusätzliche Aufwendungen für die Weide in Höhe von 0,03 EUR pro kg ECM. Im Durchschnitt der Untersuchung wurden zusätzliche jährliche Aufwendungen zur Verbesserung der Haltungsbedingungen von 741 EUR pro Tier p.a. bzw. 0,07 EUR pro kg ECM berechnet. Ein Umbau der Stallungen wäre in den meisten Betrieben mit Veränderungen im Liegebereich (z.B. Vergrößerung der Liegefläche, Verminderung der Liegeboxenanzahl) und einer Reduzierung der Tieranzahl verbunden. Im Durchschnitt der Untersuchung wären Umbauten im Liegebereich mit einer Verminderung der Tieranzahl um - 24 % und daraus folgenden jährlichen Einkommensverlusten in Höhe von 96.622 EUR pro Betrieb verbunden.
Die Auswertung der Vollkosten ergab, dass für 37 von 44 Stallungen ein Neubau mit geringeren Einzelkosten verbunden wäre als ein umfassender Umbau der Ställe. Die geringsten Einzelkosten wurden in Betrieben mit mehr als 900 Kühen festgestellt. In dieser Untersuchungsgruppe wäre der Umbau in 5 von 13 Stallungen bzw. 38 % mit geringeren Einzelkosten verbunden als ein Stallneubau.
Im Rahmen der Untersuchung konnte festgestellt werden, dass Verbesserungen in den Haltungsbedingungen für eine Mehrzahl der analysierten Betriebe notwendig sind und mit erheblichen zusätzlichen Kosten von durchschnittlich 0,07 EUR pro kg Milch einhergehen. Die oft hohen Zusatzkosten erschweren die gleichzeitige Zielerreichung von Tierwohl und Wirtschaftlichkeit in Boxenlaufställen.
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Faculty of Agricultural Sciences
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Institute of Farm Management
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2024-04-26
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German
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630 Agriculture
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Sustainable Development Goals
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