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Auswirkungen von Hitzestress auf Milchkühe der Rasse Fleckvieh unter bayerischen Klimabedingungen und Einfluss einer Unterstützungslüftung durch Ventilatoren
Auswirkungen von Hitzestress auf Milchkühe der Rasse Fleckvieh unter bayerischen Klimabedingungen und Einfluss einer Unterstützungslüftung durch Ventilatoren
Vor dem Hintergrund der Klimaerwärmung und der von den Experten prognostizierten Zunahme der Häufigkeit von Sommertagen mit Maximal-temperaturen über 25 °C und heißen Tage mit mehr als 30 °C bis zum Jahr 2050, galt es die Hitzestressproblematik bei Rindern näher zu be-trachten. Ziel der Arbeit war es, die Auswirkungen von Hitzestress auf Milchkühe der Rasse Fleckvieh unter bayerischen Klimabedingungen zu untersuchen und den Effekt einer Unterstützungslüftung durch Ventilatoren darzustellen. Während der Sommermonate 2014 und 2015 wurden in je drei Untersu-chungsphasen physiologische, Leistungs- und Verhaltensparameter von jeweils 24 Fokuskühen der Rasse Fleckvieh erfasst. Die Untersuchungs-phasen untergliederten sich in eine Phase unter Thermoneutralen Bedingungen als Kontrolle und zwei Phasen unter Hitzestressbedingungen, davon einmal ohne zusätzliche technische Kühlmaßnahmen und einmal mit dem Einsatz von Ventilatoren. Die Untersuchungen fanden in einem offenen Laufstall mit automatischem Melksystem und Axialventilatoren über den Liegeboxenreihen statt. Die untersuchten physiologischen Parameter umfassten die Atemfrequenz, die Körpertemperatur, die Herzfrequenz und die Bestimmung der Kortisolmetaboliten im Kot. Als Leistungsparameter wurden die Milchleistung und die Grundfutteraufnahme näher betrachtet. Die Erfassung der täglichen Liegezeit der Fokuskühe diente als Verhal-tensparameter. Des Weiteren wurden die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit im Stall und im Außenbereich gemessen und daraus der Temperature-Humidity Index (THI) berechnet. Zusätzlich wurden die Luft-strömung im Stall und die Globalstrahlung im Außenbereich aufgezeich-net. Die Ergebnisse wurden zusammengeführt und anschließend statis-tisch ausgewertet. Die Klimaparameter Lufttemperatur und THI im Stall korrelierten stark po-sitiv miteinander. Bei den physiologischen Parametern konnten signifikante Unterschiede zwischen den einzelnen Phasen gefunden werden. So zeigten die Tiere während der Hitzestressphasen höhere Atemfrequenzen, eine höhere Körpertemperatur, eine erhöhte Herzfrequenz und eine höhere Konzentration an fäkalen Kortisolmetaboliten als während der Thermoneutralen Phase. Auch während der Hitzestressphase ohne technische Kühlmaßnahmen waren die Werte der Atemfrequenz, der Körpertemperatur und der Herzfrequenz höher als während der Hitzestressphase mit Ventilatoren. Die physiologischen Parameter korrelierten dabei positiv mit der Lufttemperatur bzw. dem THI im Stall. Bei der Milchleistung konnte eine signifikante, geringfügig höhere tägliche Milchmenge der Kühe während der Thermoneutralen Phase im Gegensatz zu den Hitzestressphasen gefunden werden. Die tägliche Grundfutteraufnahme sowie die tägliche Liegezeit der Fokuskühe zeigten keine signifikanten Unterschiede zwi-schen den einzelnen Untersuchungsphasen. Aufgrund der signifikanten Unterschiede bei den physiologischen Parametern zwischen der Thermoneutralen Phase und den Hitzestressphasen lässt sich folgern, dass die Tiere während der Hitzestressphasen, bei den gegebenen klimatischen Bedingungen, unter Hitzestress litten. Die fehlenden eindeutigen Ergebnisse bei den Leistungs- und Verhaltensparametern waren vermutlich der nicht ausreichend hohen Hitzestressbelastung sowie zu kurzen Untersuchungsphasen geschuldet. Die signifikanten Unterschiede der Atemfrequenz, der Körpertemperatur und der Herzfrequenz zwischen den beiden Hitzestressphasen mit und ohne Ventilatoreinsatz zeigten, dass durch eine geeignete und rechtzeitige Unterstützungslüftung in Form von Ventilatoren eine Reduzierung der Hitzestressbelastung zu erreichen ist. Des Weiteren zeigte die enge Korrelation von Lufttemperatur und THI im Stall, dass der alleinige Einsatz der Lufttemperatur unter Praxisbedingungen zur Beurteilung der Hitzestressbelastung ausreichend scheint., Due to climate warming and the predicted increase in frequency of ‘summer days’ with maximum temperature above 25 °C and ‘hot days’ with maximum temperature above 30 °C until 2050, the problem of heat stress in cattle must be taken into account. The aim of the present research was to analyse the effects of heat stress on Simmental dairy cows and to show the influences of an improved cooling with fans. During the summer months in 2014 and 2015 physiological, performance and behavioural parameters were collected during three sample periods each with 24 Simmental dairy cows. These sample periods were divided into one period with thermoneutral conditions for verification purposes and two periods with heat stress conditions. The two heat stress periods were further divided into one period without technical cooling facilities and one period with the additional use of fans. The experiments took place in an open free-stall barn equipped with an automatic milking system and axial fans above the cubicles. The analysed physiological parameters were the respiratory rate, the body temperature, the heart rate and the faecal cortisol metabolites. In terms of performance parameters milk yield and forage intake were considered. The daily lying time was recorded as a behavioural parameter. Furthermore the air temperature and the relative humidity in and outside the barn, representing climate parameters, were measured and the temperature-humidity index (THI) derived. In addition, the airflow in the barn and the outside global solar radiation were recorded. The various data sources were triangulated and then statistically evaluated. The climate parameters air temperature and THI in the barn were highly correlated. Significant differences between the three sample periods were found for the physiological parameters. For example, the cattle showed higher respiratory rates, higher body temperatures, higher heart rates and higher concentrations of faecal cortisol metabolites during the periods of heat stress compared to the thermoneutral period. Also the results for res-piratory rate, body temperature and heart rate were higher during the heat stress period without technical cooling facilities compared to the heat stress period with the additional use of fans. All physiological parameters were positively correlated to air temperature and THI in the barn. For the milk yield a small but significantly higher daily milk yield was found during the thermoneutral period compared to the periods of heat stress. The daily forage intake and the daily lying time showed no significant differences between the three sample periods. Due to the significant differences between the thermoneutral period and the heat stress periods for the physiological parameters it could be con-cluded that the animals suffer from heat stress during the periods of heat stress under the prevailing climatic circumstances. The lack of distinct results of the performance and behavioural parameters were due to an only slight load of heat stress and too short periods of the experiments. The significant difference of respiratory rate, body temperature and heart rate between the two different periods of heat stress with and without cooling facilities showed that a reduction of heat stress can be achieved by a proper and timely cooling with fans. Furthermore the high correlation between air temperature and THI in the barn showed that in practice the exclusive use of the air temperature seems to be enough for the evaluation of heat stress.
Hitzestress, Milchkühe, Unterstützungslüftung, Ventilatoren, Fleckvieh
Geischeder, Stephanie
2017
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Geischeder, Stephanie (2017): Auswirkungen von Hitzestress auf Milchkühe der Rasse Fleckvieh unter bayerischen Klimabedingungen und Einfluss einer Unterstützungslüftung durch Ventilatoren. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

Vor dem Hintergrund der Klimaerwärmung und der von den Experten prognostizierten Zunahme der Häufigkeit von Sommertagen mit Maximal-temperaturen über 25 °C und heißen Tage mit mehr als 30 °C bis zum Jahr 2050, galt es die Hitzestressproblematik bei Rindern näher zu be-trachten. Ziel der Arbeit war es, die Auswirkungen von Hitzestress auf Milchkühe der Rasse Fleckvieh unter bayerischen Klimabedingungen zu untersuchen und den Effekt einer Unterstützungslüftung durch Ventilatoren darzustellen. Während der Sommermonate 2014 und 2015 wurden in je drei Untersu-chungsphasen physiologische, Leistungs- und Verhaltensparameter von jeweils 24 Fokuskühen der Rasse Fleckvieh erfasst. Die Untersuchungs-phasen untergliederten sich in eine Phase unter Thermoneutralen Bedingungen als Kontrolle und zwei Phasen unter Hitzestressbedingungen, davon einmal ohne zusätzliche technische Kühlmaßnahmen und einmal mit dem Einsatz von Ventilatoren. Die Untersuchungen fanden in einem offenen Laufstall mit automatischem Melksystem und Axialventilatoren über den Liegeboxenreihen statt. Die untersuchten physiologischen Parameter umfassten die Atemfrequenz, die Körpertemperatur, die Herzfrequenz und die Bestimmung der Kortisolmetaboliten im Kot. Als Leistungsparameter wurden die Milchleistung und die Grundfutteraufnahme näher betrachtet. Die Erfassung der täglichen Liegezeit der Fokuskühe diente als Verhal-tensparameter. Des Weiteren wurden die Lufttemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit im Stall und im Außenbereich gemessen und daraus der Temperature-Humidity Index (THI) berechnet. Zusätzlich wurden die Luft-strömung im Stall und die Globalstrahlung im Außenbereich aufgezeich-net. Die Ergebnisse wurden zusammengeführt und anschließend statis-tisch ausgewertet. Die Klimaparameter Lufttemperatur und THI im Stall korrelierten stark po-sitiv miteinander. Bei den physiologischen Parametern konnten signifikante Unterschiede zwischen den einzelnen Phasen gefunden werden. So zeigten die Tiere während der Hitzestressphasen höhere Atemfrequenzen, eine höhere Körpertemperatur, eine erhöhte Herzfrequenz und eine höhere Konzentration an fäkalen Kortisolmetaboliten als während der Thermoneutralen Phase. Auch während der Hitzestressphase ohne technische Kühlmaßnahmen waren die Werte der Atemfrequenz, der Körpertemperatur und der Herzfrequenz höher als während der Hitzestressphase mit Ventilatoren. Die physiologischen Parameter korrelierten dabei positiv mit der Lufttemperatur bzw. dem THI im Stall. Bei der Milchleistung konnte eine signifikante, geringfügig höhere tägliche Milchmenge der Kühe während der Thermoneutralen Phase im Gegensatz zu den Hitzestressphasen gefunden werden. Die tägliche Grundfutteraufnahme sowie die tägliche Liegezeit der Fokuskühe zeigten keine signifikanten Unterschiede zwi-schen den einzelnen Untersuchungsphasen. Aufgrund der signifikanten Unterschiede bei den physiologischen Parametern zwischen der Thermoneutralen Phase und den Hitzestressphasen lässt sich folgern, dass die Tiere während der Hitzestressphasen, bei den gegebenen klimatischen Bedingungen, unter Hitzestress litten. Die fehlenden eindeutigen Ergebnisse bei den Leistungs- und Verhaltensparametern waren vermutlich der nicht ausreichend hohen Hitzestressbelastung sowie zu kurzen Untersuchungsphasen geschuldet. Die signifikanten Unterschiede der Atemfrequenz, der Körpertemperatur und der Herzfrequenz zwischen den beiden Hitzestressphasen mit und ohne Ventilatoreinsatz zeigten, dass durch eine geeignete und rechtzeitige Unterstützungslüftung in Form von Ventilatoren eine Reduzierung der Hitzestressbelastung zu erreichen ist. Des Weiteren zeigte die enge Korrelation von Lufttemperatur und THI im Stall, dass der alleinige Einsatz der Lufttemperatur unter Praxisbedingungen zur Beurteilung der Hitzestressbelastung ausreichend scheint.

Abstract

Due to climate warming and the predicted increase in frequency of ‘summer days’ with maximum temperature above 25 °C and ‘hot days’ with maximum temperature above 30 °C until 2050, the problem of heat stress in cattle must be taken into account. The aim of the present research was to analyse the effects of heat stress on Simmental dairy cows and to show the influences of an improved cooling with fans. During the summer months in 2014 and 2015 physiological, performance and behavioural parameters were collected during three sample periods each with 24 Simmental dairy cows. These sample periods were divided into one period with thermoneutral conditions for verification purposes and two periods with heat stress conditions. The two heat stress periods were further divided into one period without technical cooling facilities and one period with the additional use of fans. The experiments took place in an open free-stall barn equipped with an automatic milking system and axial fans above the cubicles. The analysed physiological parameters were the respiratory rate, the body temperature, the heart rate and the faecal cortisol metabolites. In terms of performance parameters milk yield and forage intake were considered. The daily lying time was recorded as a behavioural parameter. Furthermore the air temperature and the relative humidity in and outside the barn, representing climate parameters, were measured and the temperature-humidity index (THI) derived. In addition, the airflow in the barn and the outside global solar radiation were recorded. The various data sources were triangulated and then statistically evaluated. The climate parameters air temperature and THI in the barn were highly correlated. Significant differences between the three sample periods were found for the physiological parameters. For example, the cattle showed higher respiratory rates, higher body temperatures, higher heart rates and higher concentrations of faecal cortisol metabolites during the periods of heat stress compared to the thermoneutral period. Also the results for res-piratory rate, body temperature and heart rate were higher during the heat stress period without technical cooling facilities compared to the heat stress period with the additional use of fans. All physiological parameters were positively correlated to air temperature and THI in the barn. For the milk yield a small but significantly higher daily milk yield was found during the thermoneutral period compared to the periods of heat stress. The daily forage intake and the daily lying time showed no significant differences between the three sample periods. Due to the significant differences between the thermoneutral period and the heat stress periods for the physiological parameters it could be con-cluded that the animals suffer from heat stress during the periods of heat stress under the prevailing climatic circumstances. The lack of distinct results of the performance and behavioural parameters were due to an only slight load of heat stress and too short periods of the experiments. The significant difference of respiratory rate, body temperature and heart rate between the two different periods of heat stress with and without cooling facilities showed that a reduction of heat stress can be achieved by a proper and timely cooling with fans. Furthermore the high correlation between air temperature and THI in the barn showed that in practice the exclusive use of the air temperature seems to be enough for the evaluation of heat stress.