Beziehung zwischen Partikelzahl und Keimgehalt in der Luft

Die Abbildung 24 zeigt graphisch die Beziehungen in Form der linearen Regression zwischen den punktuell (über 30 min) ermittelten Keimgehalten in der Luft des Broi-lerstalles und denjenigen Partikelfraktionen, mit denen die höchsten Bestimmtheits-maße mit den Mikroorganismen-Konzentrationen (n=8) an den fünf Messtagen im Broilerstall erhalten worden sind. Die dargestellten Regressionsgeraden zeigen Be-stimmtheitsmaße (R²) für die Partikelfraktion 0,3 bis 0,4 µm von 0,78 in der ersten Mastwoche, von 0,58 in der zweiten Mastwoche, von 0,94 in der dritten Mastwoche, von 0,93 für die Partikelfraktion 1,0 bis 1,6 µm in der vierten Mastwoche und von 0,94 für die Fraktion 0,3 bis 0,4 µm in der fünften Mastwoche.

Die Befunde zeigen, dass offenbar eine hohe Assoziation zwischen hohen Keimzah-len mit bestimmten Partikelfraktionen besteht, sich aber im Laufe der Mastperiode verändert. Am Ende der ersten Mastwoche wird mit der Partikelfraktion 0,3 bis 0,4 µm eine hohe Korrelation zur GKZ (R² = 0,78) erreicht. In der zweiten Woche fällt diese auf wenig befriedigende 0,58 ab, um in der dritten Woche wieder eine hohe Übereinstimmung zu erreichen. In der vierten Woche scheint sich die Partikelgrößen-verteilung erneut so zu verändern, dass eine befriedigende Korrelation in der Parti-kelgrößenklasse 1,0 bis 1,6 zu erreichen ist. Dennoch scheint insgesamt eine hohe Abhängigkeit zwischen dem Keimgehalt der Luft (GKZ) und bestimmten Partikelfrak-tionen zu bestehen.

Abb. 24: Lineare Regression zwischen GKZ und Staubpartikelzahl bestimmter Größenklassen in der Luft eines Broilerstalles. 8 Keimmessungen pro Messtag (n=8) an fünf Messtagen bei kontinuierlicher Partikelmessung. A bis E: 1. bis 5.

Mastwoche.

34000 36000 38000 40000 42000

Partikelzahl/L

Abbildung 25 zeigt die lineare Regression zwischen GKZ und Staubpartikelzahl be-stimmter Größe (0,3-0,4) an fünf Messtagen im Broilerstall. Dabei handelt es sich um die Mittelwerte der GKZ und der Partikel dieser Fraktion, die über den jeweiligen Tag gemessen worden sind. Die Mittelwerte der GKZ und die der Staubpartikelzahlen wurden arithmetisch gebildet, da die Daten Normalverteilung aufwiesen. Die enge Korrelation mit einem Bestimmtheitsmaß von R² = 0,9375 zeigt, dass die GKZ paral-lel zur Summe der Partikelzahlen ansteigt. Dies steht offensichtlich in enger Bezie-hung zu Tieralter und Tiergewicht.

PG =0,3-0,4 µm

y = 432,37x - 4E+07 R² = 0,9375

0 10000000 20000000 30000000 40000000 50000000 60000000 70000000 80000000

0 50000 100000 150000 200000 250000 300000

Partikelzahl/m³

GKZ (KBE/m³)

Abb. 25: Lineare Regression zwischen GKZ und Gesamtpartikelzahl (Fraktion 0,3 – 0,4 µm) an fünf Messtagen im Broilerstall. Arithmetische Mittelwerte aus 8 Messungen an jedem der 5 Messtage.

Die rechnerischen Beziehungen aus der Abbildung 24 werden benutzt, um aus dem Verlauf der Partikelzahlen den Verlauf der Keimzahlen über den jeweiligen Messzeit-raum nachzubilden. Grundlage der Berechnung ist die Steigungsgleichung der jewei-ligen Regressionsgeraden in Abb. 24, aus der der Konzentrationsverlauf der GKZ errechnet wird. In Abbildung 26 sind diese Verläufe der Keimkonzentrationen, auch als Prognosewerte bezeichnet (MISSEL 1999), an den fünf Messtagen gezeigt. Je niedriger das Bestimmtheitsmaß, desto weiter die Entfernung vom mittleren Verlauf.

Diese Schwankungsbreite in der Kurve wird durch die obere (OG) und untere (UG) Grenze gekennzeichnet. Zu Beginn der Mast (Abb. 26, A) liegen die Keimzahlen et-wa um den Faktor 1000 über dem üblichen Keimgehalt der Außenluft im ländlichen Raum (BOVALLIUS et al. 1978). In der zweiten Woche (Abb. 26, B) verdoppelt sich die GKZ. Die Verhältnisse scheinen jedoch instabil zu sein, so dass keine hohe

Kor-relation entsteht. In der dritten Woche nehmen die Keimzahlen weiter zu und lassen in der vierten Woche Keimkonzentrationen zwischen 100.000 und 400.000 KBE/l Luft erkennen. Während die Probenahmen A bis D in der Zeit von etwa 10.00 Uhr bis et-wa 16.00 Uhr erfolgten, wurde in der fünften Woche von 8.30 bis 12.00 Uhr gemes-sen. Insgesamt nehmen die GKZ in der Luft, vermutlich wegen der nachlassenden Aktivität der nun schon recht schweren Tiere, wieder leicht ab. Die Kurvenverläufe lassen recht deutlich die Aktivitäts- und Ruhephasen der Tiere erkennen. Allerdings wird besonders in der fünften Woche, wenn die Tiere schon sehr dicht nebeneinan-der sitzen, nebeneinan-der Einfluss durch die Messungen sichtbar. Wenn die Filter in den Sam-melgeräten im Stall gewechselt werden, kommt es zur Störung der Tiere und damit zu erhöhter Aktivität und Staubentwicklung. Der im Stall arbeitende Mensch sollte daher besonders umsichtig und ruhig sich im Stall bewegen, um die Tiere möglichst wenig zu stören und unnötige Staubentwicklung zu vermeiden. Gegebenenfalls sollte er, um besonders hoher Luftbelastung zu entgehen, zu kritischen Zeitpunkten die Lüftung erhöhen, wenn dies die Ausstattung des Stalles erlaubt.

0

10:13 10:51 11:29 12:08 12:46 13:24 14:02 14:40 Uhrzeit

12:04 12:33 13:02 13:31 14:00 14:31 15:00 16:02 Uhrzeit

11:29 11:59 12:28 12:55 13:23 13:52 14:21 Uhrzeit

11:39 12:07 12:35 13:05 13:32 14:00 14:28 Uhrzeit

8:33 9:08 9:45 10:20 10:54 11:28 12:17 Uhrzeit

Abb. 26: Aus den Partikelzahlen errechnete Keimkonzentrationsverläufe der GKZ (Prognosewerte) über fünf Mastwochen (A bis E = 1. bis 5. Woche) im Broilerstall. OG = obere, UG = untere Schwankungsgrenze.

Um das Verfahren zu überprüfen, wurden die Mittelwerte der Keimkonzentrationen des errechneten Konzentrationsverlaufs in exakt den gleichen Zeitintervallen der acht tatsächlich durchgeführten und für die lineare Regression verwendeten Keimmes-sungen verglichen. Tabelle 21 zeigt die prognostizierten und über Kultivierung be-stimmten Keimzahlen. Die Werte zeigen große Übereinstimmung, insbesondere wenn man die Ungenauigkeiten der Nachweisverfahren für Mikroorganismen be-denkt. Negative Prognosewerte wurden als 0 bezeichnet.

Tab. 21: Vergleich der aus dem Keimkonzentrationsverlauf (Abb. 4-3) errechne-ten Keimkonzentrationen (Prognosewerte KBE/l) mit den über Kultivierung be-stimmten GKZ (kumulierte Werte KBE/l).

1 Woche 2 Woche 2 Woche 4 Woche 5 Woche

Prob. K. P. K. P. K. P. K. P. K. P.

1 160 790 585 133 38.728 31.241 24.762 14.700 73.333 65.999 2 193 761 1.192 2.117 36.912 30.818 58.728 56.812 65.000 62.134 3 1.683 2.161 3.901 2.588 61.819 60.170 86.000 87.562 60.250 42.540 4 933 1.376 1.593 2.665 54.364 43.594 62.712 74.420 28.387 46.116 5 288 750 3.338 2.521 37.018 35.083 59.649 70.020 52.174 50.477 6 1.160 1.255 4.135 2.396 37.018 33.364 138.305 126.630 39.615 39.243 7 972 814 2.649 1.990 28.410 32.183 71.693 71.691 49.000 60.491 8 140 659 135 0 321 0 24.762 14.700 3.451 4.212

K= Kultivierungswert, P= Prognosewert

Die vorstehenden Ausführungen betrafen die Partikelfraktion 0,3 bis 0,4 µm. Wie ist das Verhältnis zwischen GKZ und den anderen Partikelfraktionen einzuschätzen? In Tabelle 22 und Abb. 27 sind die erhaltenen Bestimmtheitsmaße bei der linearen Regression zwischen der GKZ und zwölf Partikelfraktionen einmal tabellarisch und zur besseren Anschauung graphisch zusammengefasst. Die Partikelfraktionen 10-15, 15-20 und >20 µm wurden wegen sehr niedriger Bestimmtheitsmaße hier nicht aufgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Bestimmtheitsmaße in den Partikelfrak-tionen zwischen 0,3-0,4, 0,4-0,5 und 0,5-0,7 in allen fünf Mastwochen im Durch-schnitt höher liegen als bei den anderen Partikelfraktionen. Eine Ausnahme bildet die vierte Mastwoche. Dort sind die Bestimmtheitsmaße mit den größeren Partikelfrakti-onen höher als mit den kleineren. Dies könnte mit der Beobachtung zusammenhän-gen, dass in dieser Mastwoche ein bereits hohes Tiergewicht mit einer noch immer hohen Tieraktivität zusammentrifft und so zu einer starken Staubentwicklung mit ei-nem hohen Anteil an gröberen Partikeln führt. Dennoch erscheint es vertretbar, wenn der Durchschnitt der Korrelationen über alle fünf Wochen betrachtet wird, die Gruppe der Fraktionen mit den Durchmessern zwischen 0,3 µm bis 0,7 µm als Leitfraktionen für den Broilerstall zu nehmen.

Tab. 22 und Abb. 27: Bestimmtheitsmaße (R²) der Beziehung zwischen der GKZ und 12 Partikel-Fraktionen an fünf Messtagen im Broilerstall mit der linearen Regression

Tabelle 23 zeigt die Mittelwerte des prozentualen Anteils der Gesamtpartikelzahl für die fünf Messtage im Broilerstall. Jeder Mittelwert repräsentiert 220 bis 250 einminü-tige Messungen. Es wird deutlich, dass der weitaus überwiegende Anteil der Partikel zu den Partikelfraktionen von 0,3 bis 0,7 µm gehört. Sie machen etwa 90% der Ge-samtpartikelzahl aus. Dies ist nicht überraschend, da die größeren Staubpartikel auf-grund ihrer höheren Masse rascher in Luft absinken und so in geringerem Umfang mit den verwendeten Messgeräten erfasst werden.

Tab. 23: Mittelwerte des prozentualen Anteils der Partikelzahlen (%) von 12 Fraktionen und ihrer Summe (0,3-10,0 µm) an der Gesamtpartikelzahl an den fünf Messtagen im Broilerstall. Jeder Mittelwert repräsentiert 220 bis 250 ein-minütige Messungen.