Kupfer- und Zink-Einträge durch Rindvieh- und Schweinefutter in landwirtschaftliche Systeme

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Kupfer- und Zink-Einträge durch Rindvieh- und Schweinefutter in landwirtschaftliche Systeme

Berechnungen mit Fütterungsszenarien

Technik Semesterarbeit

Studiengang Umweltnaturwissenschaften Eidgenössische Technische Hochschule Judith Reutimann

Januar 2006 Betreuung:

Dr. Armin Keller

Agroscope FAL Reckenholz Prof. Dr. Rainer Schulin

Institut für terrestrische Ökologie, ETH

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Zusammenfassung

Die Schwermetalle Kupfer (Cu) und Zink (Zn) sind für Menschen und Tiere essentielle Spurenelemente und werden deshalb bei der Rindvieh- und Schweine- fütterung in Form von Futtermittelzusatzstoffen dem Tierfutter zugegeben. Für die Cu- und Zn-Konzentrationen im Futter bestehen in der Schweiz Höchstgehalte (FMVO 1999), die nicht überschritten werden dürfen, sowie Empfehlungen (ALP 2004, RAP 1999). In zu hohen Konzentrationen wirken Cu und Zn toxisch für Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen. Da für landwirtschaftlich genutzte Böden die Gefahr einer Netto- akkumulation dieser Schwermetalle besteht, hat sich die Schwermetallproblematik seit den 80er Jahren zu einem Dauerthema in agrarökologischen und umweltpolitischen Diskussionen entwickelt. Schwermetallkonzentrationen in Landwirtschaftsböden werden von der Nationalen Bodenbeobachtung Schweiz (NABO) überwacht, denn im Sinne der Nachhaltigkeit soll die Bodenfruchtbarkeit langfristig erhalten bleiben. Ein grosser Anteil des Cu- und Zn-Eintrages in landwirtschaftliche Nutzflächen (LN) wird durch das Ausbringen von Hofdünger verursacht.

In dieser Semesterarbeit wurde dem Eintrag von Cu und Zn über das Rindvieh- und Schweinefutter in den Hofdünger und in Landwirtschaftsböden nachgegangen. Mittels verschiedener Szenarien der Fütterung wurden die Cu- und Zn-Einträge anhand von sechs Landwirtschaftsbetrieben berechnet. Die Szenarien decken einen weiten Bereich von möglichen Cu- und Zn-Einträgen ab. Das Ziel der Arbeit war ein Vergleich von Messwerten mit den Szenarien.

Durch die verschiedenen Szenarien wurden sehr unterschiedliche Flüsse und Fluxe von Cu und Zn berechnet. Es wurde festgestellt, dass die Cu- und Zn-Konzentrationen im Rindvieh- und Schweinefutter in der Praxis, wie erwartet, in den meisten Fällen zwischen den Empfehlungen und den Höchstgehalten liegen. Durch einhalten der Empfehlungen für Cu- und Zn-haltige Futtermittelzusätze auf NABO-Betrieben könnten die Cu- und Zn-Flüsse mit dem Hofdünger und somit die Einträge in landwirtschaftliche Nutzflächen also verringert werden. Bei der Schweinefütterung könnte auch ein Herabsetzen der Höchstgehalte die Cu- und Zn-Einträge teilweise reduzieren, da bei einigen Betrieben mit Schweinehaltung die Höchstgehalte wahrscheinlich überschritten werden. Der Vergleich der Szenarien mit Bilanzierungen von einzelnen NABO-Parzellen machte deutlich, dass einzelne Parzellen nicht immer repräsentativ für die gesamte Betriebsfläche sind. Für eine genauere Bilanzierung einzelner Betriebe müssten die Fluxe aller Parzellen berechnet werden. Es wird empfohlen, weitere Studien durchzuführen, um die Szenarien zu verbessern und die Resultate zu festigen.

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Inhalt

1 Einleitung ... 1

2 Grundlagen ...3

2.1 Wirkung von Cu und Zn ... 3

2.1.1 Funktion von Cu und Zn im Körper ... 3

2.1.2 Absorption und Exkretion von Cu und Zn ... 3

2.2 Systemdefinition ... 4

2.2.1 Eintragswege von Schwermetallen in landwirtschaftliche Nutzflächen .. 4

2.2.2 Eintragswege von Cu und Zn in den Hofdünger ... 5

2.2.3 Betriebstypen ... 6

2.2.4 Tierbesatz ...6

2.2.5 Betriebsdaten ... 8

3 Methode und Berechnungen ...11

3.1 Messdaten der Betriebe ... 12

3.2 Berechnungen mit Durchschnittswerten ... 12

3.3 Fütterungsszenarien ... 13

3.3.1 Szenario Höchstgehalte ... 14

3.3.2 Szenarien Fütterungsempfehlungen ... 15

3.3.3 Szenarien Futtermischung und Null ... 17

3.4 Unsicherheiten und Variationen ... 24

4 Resultate und Diskussion ... 29

4.1 Cu/P- und Zn/P-Verhältnisse im Hofdünger ... 29

4.1.1 Cu/P ... 29

4.1.2 Zn/P ...32

4.1.3 Vergleich der Düngertypen ... 34

4.2 Cu- und Zn-Flüsse mit Hofdünger ... 35

4.3 Cu- und Zn-Fluxe von landwirtschaftlichen Nutzflächen ... 37

5 Schlussfolgerungen und Ausblick ... 41

Literatur ... 43

Dank ...45

Abkürzungen ...47 Anhang ... I

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1 Einleitung

Schwermetalle - Metalle mit einer Dichte grösser oder gleich 5 g/cm³ - werden durch verschiedene Transportwege in Agrarökosysteme eingetragen. Wegen ihrer poten- tiellen Toxizität für Mikroorganismen, Tiere und Pflanzen haben sie sich zu einem Dauerthema in agrarökologischen und umweltpolitischen Diskussionen entwickelt.

Anders als die unerwünschten Schwermetalle Cadmium, Blei und Quecksilber sind die Schwermetalle Kupfer (Cu) und Zink (Zn) für Menschen, Tiere und Pflanzen Bestand- teil vieler Enzyme und deshalb essentielle Spurenelemente. Als Spurenelemente werden anorganische Bestandteile in Futtermitteln und im Tierkörper bezeichnet, deren Konzentration meist bei weniger als 100 mg/kg Tier liegt (KTBL 2002). Da sie im Körper weder synthetisiert noch gespeichert werden können, müssen sie regel- mässig zugeführt werden. Dies geschieht in der Rindvieh- und Schweinehaltung mittels Futterzusätzen, welche dem Tierfutter beigemischt werden. Da dem Cu eine wachstums- und fruchtbarkeitsfördernde Wirkung zugesprochen wird, werden insbesondere in der Schweinezucht zum Teil erhebliche Mengen an Cu eingesetzt. Ein grosser Anteil dieser Cu- und Zn-Mengen werden durch die Ausbringung von Hofdünger in die Böden eingetragen. Für landwirtschaftlich genutzte Böden besteht deshalb langfristig die Gefahr einer Cu- und Zn-Anreicherung. Im Sinne der Nachhaltigkeit soll die Bodenfruchtbarkeit langfristig erhalten bleiben – Schwer- metallkonzentrationen in Landwirtschaftsböden werden deshalb von der Nationalen Bodenbeobachtung Schweiz (NABO) überwacht.

Die Schwermetallproblematik in Böden ist kein neues Thema. Schon in den 80er Jahren berichteten Richner und Moos (1989), dass unabhängig vom Tierbesatz ein hohes Potential zur Reduktion der landwirtschaftlichen Elementüberschüsse in der Schweiz besteht. Sie empfahlen deshalb, die Elementgehalte der Schweinefuttermittel an die Empfehlungen der Eidgenössischen Forschung für Viehwirtschaft anzupassen.

Damit können bei Betrieben mit Schweinehaltung die Cu-Überschüsse um 40-50 % und P-Überschüsse um 20-40 % gesenkt werden (Richner und Moos 1989). Sie empfahlen auch die Einführung einer Deklarationspflicht der Cu- Zn- und P-Gehalte im Futter und die Einführung von Grenzwerten. Erst 1995 wurden schliesslich verbindliche Höchstgehalte eingeführt. Bis zu diesem Zeitpunkt gab es Bemühungen zur Schwermetallreduktion über freiwillige Massnahmen. In einer Studie von Menzi et. al. (1994) wurde festgestellt, dass sich im Allgemeinen die Cu- und Zn- Rationen in der Schweinehaltung dem empfohlenen Angebot angleichen.

Heute liegen die erlaubten Höchstgehalte der Schweizer Futtermittelverordnung (FMVO 1999) um ein Vielfaches über den Versorgungsempfehlungen der Eidgenös- sischen Forschungsanstalt für Nutztiere (ALP 1994, RAP 1999). Schwermetallgehalte in der Praxis liegen häufig unterhalb der Höchstgehalte, jedoch deutlich über den Versorgungsempfehlungen (Menzi et. al. 1993, Menzi et. al. 1999, KTBL 2002).

Empfehlungen und Höchstgehalte der Schweiz unterscheiden sich nur gering von den in der EU gültigen. In der EU sind die zur Diskussion stehenden neuen Höchstgehalte ein brisantes Thema, da diese eine drastische Reduktion der erlaubten Cu- und Zn-

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1 Einleitung 2

Gehalte im Futter zur Folge hätten (für Zn fast eine Halbierung). Nutritive Effekte und pharmakologische Wirkung müssen also gegen eine Minimierung der Belastung von Böden und die dadurch verursachte Verschmutzung von Ernteprodukten abgewogen werden (KTBL 2002). Das Ziel ist eine Rückführung der zulässigen Ergänzungen auf eine bedarfsgerechte Versorgung und ein Verzicht auf Sonderwirkungen. Diese neuen Regelungen könnten auch Folgewirkungen für die Schweiz haben, da sie auf neusten Erkenntnissen beruhen, die in der Schweiz kaum anders sind, als in EU-Nachbar- ländern.

In dieser Semesterarbeit wurde dem Eintrag von Cu und Zn über das Rindvieh- und Schweinefutter in den Hofdünger und in Landwirtschaftsböden nachgegangen. Dies im Gegensatz zu Studien, bei denen entweder der Eintrag in den Hofdünger über das Tier- futter und die Futtermittelzusätze (Menzi et. al. 1999) oder der Eintrag in landwirtschaftliche Nutzflächen durch die Düngung betrachtet wurde (Keller et. al. 2005).

Anhand von sechs Landwirtschaftsbetrieben wurden die Cu- und Zn-Einträge exemplarisch, mittels verschiedener Szenarien der Fütterung berechnet. Durch die Szenarien wird ein weiter Bereich von möglichen Cu- und Zn-Einträgen abgedeckt.

Dieser reicht vom Eintrag durch betriebseigenes Futter ohne Zusätze, über den Eintrag durch den Einsatz von Cu- und Zn-Mengen laut Empfehlungen, bis hin zum Eintrag durch Futter mit den erlaubten Höchstgehalten an Cu und Zn. Das Ziel der Arbeit war ein Vergleich von Messwerten mit den Szenarien. Dadurch konnte abgeschätzt werden, in welcher Beziehung die in der Praxis gemessenen Cu- und Zn-Einträge zu den Empfehlungen bzw. Höchstgehalten stehen. Ein theoretisches Verminderungs- potential von Cu und Zn über den Eintragspfad „Futter“ in landwirtschaftliche Systeme wurde somit ermittelt. Weiter wurden auch die Fluxe der Szenarien der Betriebe mit Bilanzen von einzelnen NABO-Parzellen verglichen.

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2 Grundlagen

2.1 Wirkung von Cu und Zn

2.1.1 Funktion von Cu und Zn im Körper

Cu und Zn sind Bestandteile und Aktivatoren verschiedener Enzyme und deshalb lebenswichtige Spurenelemente. Zink nimmt im Körper Schlüsselrollen im Zucker-, Fett- und Eiweißstoffwechsel ein und ist beteiligt am Aufbau der Erbsubstanz und beim Zellwachstum. Sowohl das Immunsystem als auch viele Hormone benötigen Zink für ihre Funktion (Wikipedia 2005a, 2005b).

Da sich Zn und Cu an sehr vielfältigen Aufgaben im Stoffwechsel eines Organismus beteiligen, führt ein Mangel dieser Elemente zu unspezifischen Mangelerscheinungen wie z.B. erhöhte Krankheitsanfälligkeit oder verminderte Futteraufnahme. In hohen Dosierungen können alle Spurenelemente zu toxischen Erscheinungen bei Mensch und Tier führen. Wegen antagonistischer Wirkungen können hohe Zink-Dosierungen z.B.

zu Cu- oder Fe-Mangelsyndromen führen. Die toxische Wirkung variiert bei verschiedenen Elementen und Tierarten ganz erheblich. Die 3-fache Bedarfsmenge an Cu kann bei Schafen, die 10-fache bei Rindern Störungen auslösen. Beim Schwein wirkt dagegen die 30-fache Bedarfsmenge als leistungssteigernd (ergotroper Effekt). Bei Cu und Zn ist wegen ihrer Essentialität ein Mangel wahrscheinlicher als ein Überschuss (KTBL 2002).

Durch Behandlungen mit Arzneimitteln kann neben dem normalen Bedarf eine zusätzliche Elementzufuhr erfolgen. In der Schweine- sowie in der Rinderzucht werden zinkhaltige Medikamente zur Unterstützung der Wundheilung eingesetzt (Wilcke und Döhler 1995). Zink wurde als Arzneimittel verwendet, um bei Schweinen nach oraler Gabe Erbrechen auszulösen. Verbreitet ist noch die lokale Anwendung als Hautsalbe (Zinkoxid) und als Zinksulfat im Klauenbad bei Schafen (KTBL 2002).

Mehrere Antibiotika-Zubereitungen, die zur Herstellung von Medizinalfutter verwendet werden, enthalten Zinkoxid (KTBL 2002). Kupfer wurde auch als Arzneimittel (z.B. Kupfervitriol) zur lokalen Behandlung von infizierten Wunden oder als Klauenbad verwendet. Vergiftungen waren bei dieser Art der Anwendung bei Schafen jedoch nicht selten (KTBL 2002).

Dieser zusätzlich mögliche Eintrag von Cu und Zn durch Arzneimittel in landwirtschaftliche Systeme, wurde in dieser Arbeit nicht berücksichtigt.

2.1.2 Absorption und Exkretion von Cu und Zn

Die grössten Anteile an mit dem Futter aufgenommenem Cu und Zn werden in den Tierkörpern nicht absorbiert und wieder ausgeschieden. Unter Absorption versteht man die Verfügbarmachung der Spurenelemente für den Organismus. Cu und Zn werden vor allem im Dünndarm und Magen absorbiert. Der Oxidationszustand, die Art der Verbindung und die Höhe der Dosierung haben einen wesentlichen Einfluss auf die Stärke der Absorption, aber auch der physiologische Zustand des Tieres (Tierart,

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2 Grundlagen 4

Alter, Gesundheitszustand, Trächtigkeitsstadium etc.) und das Futter (Futter- zusammensetzung und -behandlung, Antagonisten) spielen eine Rolle (KTBL 2002).

In Mo-reichem Futter (Futter aus Moorböden, Überschwemmungsböden) beispielsweise wird die Cu-Verwertung verringert und damit der Cu-Bedarf erhöht (ALP 2004). Organo-Spurenelemente (z.B. Chelate, Cu-Proteinat) weisen bei gleicher Versorgung deutlich höhere Absorptionsraten auf als Spurenelemente aus anorgani- schen Verbindungen. Organische Verbindungen könnten deshalb in viehreichen Gebieten als Futtermittelzusatzstoffe an Bedeutung gewinnen: dank höherer Absorp- tion ist weniger für die Bedarfsdeckung notwendig und es wird deshalb auch weniger ausgeschieden.

Weil die Absorptionsrate unter verschiedenen Umständen sehr stark variieren kann, stellt sie oft eine grosse Unsicherheitsquelle dar. Die verschiedenen Einflussfaktoren erschweren die Ableitung von Bruttobedarfswerten und Sicherheitszuschläge sind bei der Fütterung erforderlich.

In einer Studie des KTBL (2002) wird für Nutztiere eine Absorptionsrate von 5-80 % für Zn und 1-30 % für Cu genannt. In dieser Semesterarbeit wurde von einer eher niedrigen Absorption (hohen Ausscheidungsrate) von Cu und Zn ausgegangen, da die meisten gefundenen Literaturwerte in diesem Bereich lagen. Die Werte von Kessler (1993) und von Schultheiss et. al. (2003) wurden verwendet. Laut Kessler (1993) liegt die Ausscheidungsrate von Zn bei 70-80 % und von Cu bei 90 %. Schultheiss et. al.

(2003) rechnet mit 95 % Ausscheidung für beide Elemente. Ein möglicher Einfluss der Futterzusammensetzung auf die Güte der Absorption wurde nicht berücksichtigt.

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5 2 Grundlagen

2.2 Systemdefinition

2.2.1 Eintragswege von Schwermetallen in landwirtschaftliche Nutzflächen

Hofdünger wurde häufig als der wichtigste Eintragspfad von Cu und Zn in landwirtschaftliche Nutzflächen identifiziert, wie Schwermetallbilanzen von Landwirtschafts- parzellen der Nationalen Bodenbeobachtung (NABO) zeigen (Keller et. al., 2005).

Neben dem Hofdünger gibt es noch andere mögliche Eintragswege von Schwermetal- len in Agrarökosysteme. Dazu gehören die atmosphärische Deposition und Einträge durch Mineraldünger und schwermetallhaltige Pflanzenschutzmittel (Abbildung 1).

Interessant für die Schwermetallproblematik ist Hofdünger nicht nur wegen seinem grossen Anteil am Gesamteintrag, sondern auch deshalb, weil durch die Fütterung relativ einfach Einfluss auf dessen Zusammensetzung genommen werden kann. Beim Eintrag von Schwermetallen durch die atmosphärische Deposition zum Beispiel dürfte dies schwieriger sein, da Ursache und Wirkung weiter auseinander liegen.

2.2.2 Eintragswege von Cu und Zn in den Hofdünger

Cu und Zn gelangen hauptsächlich durch das Futter in den Hofdünger, doch auch andere Eintragspfade wie Klauenbäder oder Stalleinrichtung sind von Bedeutung (KTBL 2002). Im Rahmen dieser Semesterarbeit wurde der Eintrag über Futtermittel behandelt. Futtermittelzusätze spielen beim Schwermetalleintrag durch die Fütterung eine grosse Rolle.

Abbildung 1: Eintragswege von Schwermetalle in landwirtschaftliche Nutzflächen

1 Verzinkte Stalleinrichtung kann z.B. bei Abnutzung zu Zn-Einträgen führen.

2 Erosion führt auch zu gleichzeitigem Austrag von Bodenmaterial und deshalb nicht zwingend zu einer Veränderung der Schermetallgehalte im Boden.

Landw irtschaftliche Nutzfläche Landw irtschaftliche

Nutzfläche

Handel

Vieh Verlagerung und Erosion^2,

Sickerwasser Atmosphäre

Hof dünger Mineral dünger Futtermittelzusätze

Stallabnutzung¹

Pf lanzenschutzmittel, Pestizide Tierf leisch

Futter Futter

Ernte

Hydrosphäre

Handel Luf tverschmutzung durch Emissionen

Tiermedikamente

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2 Grundlagen 6

Das untersuchte System ist in Abbildung 2 dargestellt. Der eigentliche Eintrag geschieht durch das Futter, welches im Stall den Tieren verfüttert wird. Der anfallende Dünger wird in Silos gelagert und schliesslich für die Düngung auf landwirtschaftlichen Nutzflächen verwendet, wodurch Cu und Zn in den Boden eingetragen werden.

Durch die Ernte wird ein Teil davon wieder ausgetragen. Einige Ernteprodukte werden als Futtermittel verwendet. Dies wurde in den Szenarien Futtermischung und Null (in Abbildung 2 als Szenario vier und fünf bezeichnet) direkt berücksichtigt.

2.2.3 Betriebstypen

Bilanziert wurden sechs Schweizer Landwirtschaftsbetriebe im NABO-Messnetz. Sie können den Betriebstypen „Kombiniert Veredlung“ und „Kombiniert Verkehrsmilch- Ackerbau“ und „Verkehrsmilch“ zugeordnet werden (Tabelle 1). Die Klassifikation erfolgte in gleicher Weise wie in Studien des Nationalen Bodenbeobachtungsnetzes (NABO), gemäss der Betriebstypologie FAT99 (FAT2000).

Kombinierte Veredlungsbetriebe sind vor allem auf die Rinder- und Schweinehaltung spezialisierte Mastbetriebe. Für diese Betriebe sind bei übermässiger Verwendung von Futtermittelzusatzstoffen erhöhte Cu- und Zn-Einträge in den Hofdünger zu erwarten (Keller et. al. 2005).

Kombinierte Verkehrsmilch-Ackerbaubetriebe weisen einen Anteil von über 40 % offener Ackerfläche (OA) an der landwirtschaftlichen Nutzfläche und einen Rinder- anteil von mehr als 75 % an den gesamten DGVE (Dünger Grossvieh Einheiten) auf.

Dieser Betriebstyp umfasst somit vor allem gemischt produzierende Betriebe mit Milchvieh und Ackerbau. Verkehrsmilchbetriebe sind dagegen meist reine Milchvieh- betriebe mit einem Anteil von weniger als 25 % offener Ackerfläche (Keller et. al.

2005).

Abbildung 2: Untersuchtes System des Eintrages von Cu und Zn durch das Tierfutter in den Dünger und in landwirtschaftliche Nutzflächen eines Betriebes. Kursiv in blauer Schrift sind die Einheiten von Cu und Zn für die Berechnungen angegeben.

Stall: Anzahl Tiere

Silo mit Rindv iehdünger

Silo mit Schweinedünger

Landwirt- schaf tliche Nutzf läche

Szenario 1

Szenario 2

Szenario 4 Szenario 3

Szenario 2

Szenario 5 Ausgeschi edene

Menge SM (%) Kraf tf utter

Grundf utter

Futtermittelzusätze Schweine

•Mastschweine

•Zuchtschweine

[g/(ha*Jahr)]

[mg/(Tier*J ahr)]

[mg/k gP]

[mg/kgTS]

Tierv erkauf

Tier zukauf Ernte

Rindvieh

•Auf zuchtrinder

•Milchkühe

•Mastkälber

•Auf zuchtrinder

•Vormastkälber

•Rindv iehmast

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7 2 Grundlagen

2.2.4 Tierbesatz

In der Schweiz wurde zum Schutz der landwirtschaftlichen Nutzflächen eine Beschränkung von 3 DGVE pro ha Land eingeführt. Mit einem durchschnittlichen Bestand von 1,5 DGVE pro ha liegt die Schweiz im Vergleich mit andern Europä- ischen Ländern im mittleren Bereich. Der Tierbesatz verschiedener Schweizer Betriebe variiert jedoch beträchtlich und regionale Unterschiede in der Landwirtschaft sind gross. Während im Wallis, in Graubünden und im Jura extensive Landwirtschaft betrieben wird, ist die intensive Schweine- und Mastrinderzucht traditionellerweise im Mittelland und Thurgau angesiedelt. Schwermetallakkumulationen in Landwirtschafts- böden sind deshalb in der Schweiz vor allem in den intensiv bewirtschafteten Regionen ein wachsendes Problem.

In dieser Arbeit wurden Betriebe mit einem Tierbesatz zwischen 0.7 und 2.8 DGVE untersucht, was einem mittleren bis hohen Tierbesatz entspricht. Die untersuchten Betriebe befinden sich alle gut verteilt im Mittelland (Abbildung 3).

In den Berechnungen wurde der Jahresdurchschnitt der Tierzahlen von 1996-2003 verwendet. Da Tiere der Gattungen Rindvieh und Schweine den Hauptteil des Viehbe- standes dieser Betriebe ausmachen, wurden die übrigen Tierkategorien nicht berücksichtigt. Diese Vereinfachung wurde vorgenommen, um den Aufwand der Datenbeschaffung etwas kleiner zu halten. Gülle und Mist, welcher durch die andern Tiere anfällt, wurde nicht in die Berechnungen miteinbezogen. Es wurde jedoch angenommen, dass sich die Cu/P- und Zn/P-Verhältnisse in der Rinder-Schweine- Mischgülle nicht wesentlich von den Verhältnissen im gesamten Dünger (unter Berücksichtigung der übrigen Tierkategorien) unterscheidet.

Abbildung 3: Landwirtschaftliche Betriebe im NABO-Messnetz, die im Jahr 2006 auf ihre Hofdüngerqualität untersucht wurden. Die sechs Betriebe dieser Arbeit sind rot hervorgehoben.

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2 Grundlagen 8

Die über die Jahre 1996-2003 gemittelten Tierzahlen der einzelnen Betriebe sind im Anhang 2 verfügbar.

Tabelle 1: Durchschnittliche Anzahl Tiere pro Kategorie der ausgewählten Betriebe, im Durch- schnitt der Jahre 1996-2003. Nicht berücksichtigte Tierkategorien in grauer Schrift.

Tierkategorie Summe der Tiere aller Betriebe

(Jahresdurchschnitt)

Mastschweine 25 - 100 kg LG 514.9

Milchkühe, Ø Milchmenge = 6000 kg 105.7

Mutterschafe (inkl. Jungtiere) 80.3

Zuchtschweine inkl. Ferkel (platz) 33.1

Aufzuchtrinder, 0 bis 1-jährig 24.2

Vormastkälber (50-125 kg) 20.1

Rindviehmast: 125 - 500 kg (platz) 18.7

Reit- und Zugpferde über 4-jährig 14.5

Mastkälber (50-175 kg) (platz) 3.8

Zuchtstute mit Fohlen 1.9

Fohlen 2- bis 3-jährig 0.9

Milchziegen (inkl. Jungtiere) 0.8

Zuchteber 0.5

Fohlen 1- bis 2-jährig 0.3

Lege- und Zuchthennen, Zuchthähne 0.2

Mutter- bzw. Ammenkühe 0.0

Mutterkuhkälber (bis 10 Monate) 0.0

2.2.5 Betriebsdaten

Im NABO-Messnetz wurden seit 1996 die Bewirtschaftungsdaten von etwa 50 Betrieben jährlich erfasst. Als Grundlage für die Berechnungen dienten Daten für sechs ausgewählte Betriebe im NABO-Messnetz.

Table 1: Daten der NABO für die sechs ausgewählten Betriebe.

Betriebs-Nr. 25 33 36 38 48 54

Gemeinde Schleitheim Mollis Hochdorf Koppigen Oberriet Zuzwil

Höhe (M.ü.M) 545 431 500 478 409 557

Typ KombMiAck¹ KombVer² VeMilch³ KombVer² KombMiAck¹ KombVer²

Tierkategorien Ri RiSch RiSch RiSch RiSch Schw

LN (ha) 33.2 18.3 44 22.4 37.9 27.8

OA (ha) 17.7 0 7.5 12.8 17.7 26.3

Anteil OA 0.53 0 0.17 0.57 0.47 0.95

DGVE/ha 2001 1.0 2.3 1.7 1.5 1.0 1.9

Anz. Kühe 2003 41 36 40 14 44 0

Anz. Rinder 2003 20 10 0 29 10 0

Anz. Schweine 2003 0 110 0 140 50 233

1 Kombiniert Verkehrsmilch-Ackerbau

2 Kombiniert Veredlung

3 Verkehrsmilch

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9 2 Grundlagen

Für folgende Kategorien wurden die betriebsspezifischen Daten der FAL Reckenholz verwendet:

— Betriebstyp

— Tierzahlen

— gesamte landwirtschaftliche Nutzfläche (LN)

— Anteil offene Ackerfläche (OA) und Wiese- und Weidefläche

— Anbaukulturen

— DGVE/ha

— Cu- und Zn-Akkumulation im Oberboden

— Cu- und Zn-Gehalt im Hofdünger (Messdaten von 1992) Die Rohdaten sind im Anhang verfügbar.

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3 Methode und Berechnungen

Die Cu- und Zn-Flüsse im Hofdünger der Betriebe wurden mit drei Bilanzierungs- ansätzen berechnet.

1. Anhand der 1992 gemessenen P-, Cu- und Zn-Konzentrationen im Hofdünger der sechs ausgewählten Betriebe und in Kenntnis der Tierzahlen wurden die Schwer- metallmengen und -Verhältnisse berechnet (Kapitel 3.1).

2. Anhand von Messwerten des Phosphor-Schwermetall-Verhältnisses aus verschiedenen Betrieben, die in Untersuchungen von Menzi et. al. (1993, 1999) in der Schweiz und Reiner et. al. (1996) in Österreich durchgeführt wurden, wurde eine für die Schweiz bzw. Österreich repräsentative Cu- und Zn-Menge im Hofdünger berechnet (Kapitel 3.2).

3. Kupfer und Zink im Hofdünger wurden berechnet, indem von verschiedenen Szenarien der Tierfütterung und somit von verschiedenen Cu- und Zn-Konzentra- tionen im Tierfutter ausgegangen wurde (Kapitel 3.3).

Alle Berechnungen wurden jeweils für Cu und Zn in gleicher Art und Weise durch- geführt. In dieser Semesterarbeit sind die Berechnungsformeln der Einfachheit halber jeweils nur am Beispiel des Kupfers beschrieben. Die Ergebnisse dieser drei Berech- nungswege wurden miteinander verglichen und interpretiert (Kapitel 4).

Für alle Szenarien und für die Berechnungen, mit Ausnahme der Messdaten von 1992, wurde vom gleichen Phosphor-Anfall durch die Tiere ausgegangen. Der totale P- Anfall im Hofdünger wurde mit Hilfe der Tierzahlen der Betriebe und der Standardwerte für den P2O5 (Phosphat)-Anfall pro Tiereinheit und Jahr aus dem Jahr 2001 (GRUDAF 2001) berechnet. Die P2O5-Gehalte der GRUDAF (2001) basieren auf Berechnungen mittels normierten Fütterungsplänen. Die Nährstoffgehalte der Futtermittel wurden laut GRUDAF (2001) den Fütterungsnormen der Forschungs- anstalt Liebefeld-Posieux (RAP) entnommen. Aus den durchschnittlichen Phosphat- Gehalten wurde der gesamte P-Anfall (Ptot) des Rinder- und Schweinedüngers berechnet:

P_tot[ kg

Jahr]=

∑

^^P^Tierkat.^[_{Tier Jahr}^kg ^]∗^Anz.Tiere^Tierkat.^^mit^P^[^g^]=^P²2.29^O⁵^[^g^]

P Tierkat. ist der P-Anfall der durch ein Tier bzw. eine Tiereinheit (Platz) einer Tier- kategorie in einem Jahr anfällt.

Anz. Tiere Tierkat. ist die Anzahl der Tiere der betrachteten Tierkategorie im Durch- schnitt der Jahre 1996 bis 2003.

Absolute Cu- und Zn-Konzentrationen im Dünger wurden nicht direkt für Vergleiche verwendet, weil diese mit der unterschiedlichen Verdünnung des Düngers stark variieren können. Für die Düngung ist die P-Konzentration in der Gülle relevant. Die Cu/P- und Zn/P-Verhältnisse sind für Vergleiche deshalb geeignet. Sie variieren auch

11

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3 Methode und Berechnungen 12

weniger stark und sind unabhängig von der Verdünnung des Düngers. Zudem sind sie auch unabhängig von der Grösse der Betriebe und der Anzahl Tiere. Die Anzahl der Tiere einer Tierkategorie, relativ zur gesamten Tierzahl des betrachteten Betriebes, spielt jedoch eine Rolle.

Nach der Berechnung der Cu- und Zn-Flüsse mit dem Hofdünger, wurden in einem weiteren Schritt die durchschnittlichen Fluxe (g/ha Jahr) von Cu und Zn mit Hilfe der landwirtschaftlichen Nutzfläche jedes Betriebes berechnet. Die berechneten Fluxe der Betriebe wurden mit den Cu- und Zn-Akkumulationen im Oberboden von ausge- wählten Landwirtschaftsparzellen verglichen (Keller et. al. 2005) (Kapitel 4).

3.1 Messdaten der Betriebe

Bei allen der sechs ausgewählten Betriebe wurden 1992 verschiedene Elementgehalte im Dünger gemessen, unter anderem Cu, Zn und P2O5. Die Messungen wurden entweder für Rindervollgülle oder Schweinegülle oder beides durchgeführt, je nach Betrieb. Daraus kann geschlossen werden, dass in den meisten Fällen Rinder- und Schweinegülle separat abgefangen und aufbewahrt wird. Es macht also Sinn, die Cu- und Zn-Konzentrationen dieser zwei Düngertypen getrennt zu berechnen. Für die Betriebe 33 und 38 existieren keine Messdaten von 1992 für Schweinedünger. Es ist möglich, dass diese Betriebe 1992 noch keine Schweine besassen oder dass die Schweinegülle einfach nicht untersucht wurde.

Aus den Messdaten berechnet sich das Cu/P-Verhältnis wie folgt:

Um korrekte Vergleiche der Messdaten mit den aus Szenarien berechneten Schwer- metallgehalten im Hofdünger vornehmen zu können, wären neuere Daten notwendig.

Denn für die Szenarien wurden durchschnittliche Tierzahlen der Jahre 1996 bis 2003 verwendet, die Messdaten stammen jedoch von 1992. Es wurde deshalb angenommen, dass die Tierzahlen sich von 1992 bis 1996 nicht wesentlich veränderten.

3.2 Berechnungen mit Durchschnittswerten

Reiner et. al. (1996) und Menzi et. al. (1993) erhoben im Rahmen verschiedener Untersuchungen zwischen 1993 und 1999 Messdaten von Cu und Zn in Düngern verschiedener Tiergruppen. Anhand dieser Messdaten und des P-Anfalls wurden die Cu- und Zn-Mengen im Hofdünger der sechs Betriebe berechnet.

Der gesamte Cu-Gehalt des Rinder- und Schweinedüngers gemischt (Cu tot), berechnet sich aus der Summe des Cu-Anfalls durch alle den Gattungen Rindvieh und Schweine zugehörigen Tierkategorien wie folgt,

wobei Cu/P Tierkat.. das Cu/P -Verhältnis einer Tierkategorie ist.

Cu_tot[ g

Jahr]=

∑

^^Cu_P

Tierkat.[ g

kg]∗P_Tierkat.[ kg

Tier Jahr]∗Anz. Tiere_Tierkat. Cu[g/kg TS]

P[g/kg TS]=Cu P [g/kg]

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13 3 Methode und Berechnungen

Durch dividieren von Cu tot durch die Summe des P-Anfalls aller Tiere, resultiert das Cu/P-Verhältnis des gesamten Hofdüngers (Cu/P gesamt):

Für die getrennte Berechnung der Cu-Mengen und Cu/P-Verhältnisse für Rinder- und Schweinedünger, wurde in gleicher Weise vorgegangen.

Die Messdaten von Reiner et. al. (1996) und Menzi et. al. (1993) umfassen meist grössere Tiergruppen als die hier verwendeten Tierkategorien. Messungen für Milch- vieh zum Beispiel wurden für die Kategorien Milchkühen, Aufzuchtrinder 0-1 jährig, Aufzuchtrinder 1-2 jährig und Aufzuchtrinder 2-3 jährig verwendet. Datenlücken welche zu einem verfälschten Ergebnis führen würden, wurden vermieden, indem Messdaten von anderen, verwandte Tierkategorien eingesetzt wurden (für Mast- und Vormastkälber die Messdaten von Muni-Intensivmast). Es wurden minimale, maximal, mittlere Messwerte und der Median für die Berechnungen verwendet. In den Fällen bei denen keine minimalen und maximalen Werte existierten (Mast- und Vormastkälber) wurde ein Schätzwert von + 40% des Mittelwertes verwendet. Die Schätzung basierte auf den Messdaten mit vorhandenen Minimal- und Maximalwerten. Bei fehlendem Median wurde angenommen, dass dieser gleich dem Mittelwert ist. Zwei Datenreihen wurden aufgestellt, die erste (Daten von Menzi et. al. (1993)) mit dem Mittelwert, Minimal- und Maximalwert, die zweite (Daten von Reiner et. al. (1996)) mit dem Median, Minimal- und Maximalwert.

3.3 Fütterungsszenarien

Zur Art der Tierfütterung in Landwirtschaftsbetrieben mit Tierhaltung existieren nur wenige, lückenhafte Daten. Um dennoch die Cu- und Zn-Konzentrationen im Tierfut- ter abschätzen zu können, wurden verschiedene Fütterungsszenarien angewendet. Die Szenarien basieren auf unterschiedlichen Fütterungsempfehlungen und Annahmen. Es wurde deshalb erwartet, dass durch die unterschiedlichen Ansätze der Szenarien sehr unterschiedliche Ergebnisse resultieren würden. Das Szenario Futtermischung sollte eine möglichst praxisnahe Fütterung simulieren, während die Szenarien Höchstgehalte, Empfehlungen Schweiz und Deutschland zum Ziel hatten, durch vergleichen mit den Messdaten ein Verminderungspotential des Cu- und Zn- Eintrages in landwirtschaftliche Nutzflächen aufzuzeigen. Szenario Null simuliert die betriebs- internen Cu- und Zn-Flüsse durch den Hofdünger, da es von einer Futterversorgung durch ausschliesslich betriebseigener Produktion ausgeht. Das Szenario Null sollte demnach die tiefsten Werte hervorbringen, Szenario Höchstgehalte die höchsten. Für die Messdaten von 1992 wurde erwartet, dass sie über den Berechnungen aus dem Szenario Empfehlungen Schweiz liegen, jedoch unterhalb derer von Szenario Höchst- gehalte. Durchschnittliche Messdaten von Reiner et. al. (1996) und Menzi et. al.

(1993) sowie die Berechnungen durch Szenario Futtermischung sollten sich ähnlich verhalten. Dies, weil davon ausgegangen wurde, dass ein guter Bauer bemüht ist, seine Tiere richtig zu füttern und sich grundsätzlich nach den Empfehlungen richtet, jedoch lieber etwas zu viel Futterzusatzstoffe in den Futtertrog gibt also zu wenig.

Für alle Szenarien wurde vorausgesetzt, dass der Energie- und Nährstoffbedarf der Cu

P _gesamt[ g

kg]=

∑

^^Cu_P

Tierkat.

[ g

kg]∗P_Tierkat.[ kg

Tier Jahr]∗Anz. Tiere_Tierkat. P_tot[ kg

Jahr]

(20)

Tiere mit den Standard-Futterverzehrmengen (GRUDAF 2001) gedeckt ist. Dieser wurde jedoch nicht berechnet, da er für die Berechnung der Schwermetalle Cu und Zn im Futter weniger von Bedeutung ist. Ein möglicher Einfluss der Futterzusam- mensetzung auf die Güte der Absorption von Cu und Zn in den Tierkörpern wurde nicht berücksichtigt.

Die Futtermittelzusatzstoffe Kupfer und Zink (EG-Nummern E4 und E6) können laut Anhang der Schweizerischen Futtermittelverordnung (FMVO 1999) in unterschiedli- cher Form zugegeben werden. In jedem Fall liegt Kupfer als Cu (II) vor. In den Szenarien wird nicht weiter spezifiziert, welcher Futterzusatz dem Futter beigemischt wird, sondern es wurde mit den absoluten Cu- und Zn-Mengen in den Zusätzen gerechnet. Mineralfuttermittel gehören auch zu den Futterzusätzen. Sie dienen insbesondere der Deckung des Mineralstoffbedarfes der Tiere, der nicht berücksichtigt wurde.

3.3.1 Szenario Höchstgehalte

Dieses Szenario berücksichtigt jene Cu- und Zn-Flüsse, die mit den Höchstgehalten der Schweizer Futtermittelverordnung (FMVO 1999) an Cu und Zn im Alleinfutter- mittel resultieren. Die Höchstgehalte beziehen sich auf das Gesamtfutter inklusive Futterzusatzstoffe. Die Art des Grundfutters musste deshalb nicht festgelegt werden.

Durch dieses Szenario wird abgeschätzt, welche Cu- und Zn-Konzentrationen im Hof- dünger bei strikter Einhaltung der verordneten Höchstgehalte resultieren würden.

Tabelle 2: Höchstgehalte an Cu und Zn (in mg/kg des Alleinfuttermittels), Schweizer Futter- mittelverordnung (FMVO 1999, Anhang 2).

Cu mg/kg Zn mg/kg

Schweine 170 / 25 (</> 12 wo.)

Rinder 15 / 35 (vor dem

Wiederkäuer/sonstige) Kälber ( Milchaustauschfuttermittel und

sonstige Alleinfuttermittel für Rinder vor dem

Wiederkäueralter) 15 200

(Milchaustauscher)

Schafe 10

andere Nutztiere/sonstige Tierarten (CH) 25 150

Die Cu-Menge im gesamten Hofdünger wurden aus den Höchstgehalten berechnet:

C Cu Höchstwert ist die Cu-Konzentration im Futter, falls die Höchstgehalte genau eingehalten werden.

Futter Tierkat. ist das gesamte Futter das ein Tier einer Tierkateogorie pro Jahr verzehrt.

a ist der Ausscheidungskoeffizient. Er beschreibt den Anteil der aufgenommen Cu- Menge der wieder ausgeschieden wird. Ein a für Cu von 0.95 beispielsweise bedeutet, dass 95 % des durch das Futter aufgenommenen Kupfers in den Dünger

Cu_tot[ g

Jahr]=

∑

^CCu Höchstwert[mg

kg]∗FutterTierkat.[ kg

Tier Jahr]∗a∗Anz.TiereTierkat.

1000

(21)

gelangt, also nur 5 % des Kupfers von den Tieren aufgenommen wird.

Durch teilen der Cu-Menge durch den gesamten P-Anfall pro Jahr ergibt sich das Cu/P-Verhältnis:

Cu- und Zn-Mengen bzw. Cu/P- und Zn/P-Verhältnisse in ungemischter Rinder- oder Schweinegülle wurden in gleicher Weise berechnet, jedoch nur mit den entsprechenden Tierkategorien (d.h. entweder nur mit den Tierkategorien der Gattung Schweine oder mit denjenigen der Gattung Rindvieh).

3.3.2 Szenarien Fütterungsempfehlungen

Die Szenarien Fütterungsempfehlungen Deutschland und Schweiz basieren auf dem gleichen Prinzip wie das Szenario Höchstgehalte. Es wird jedoch angenommen, dass die empfohlenen Werte für die Cu- und Zn-Versorgung anstelle der erlaubten Höchstgehalte genau eingehalten werden. Die Berechnungen erfolgten wie im Kapitel 3.3.1 Szenario Höchstgehalte beschrieben. Empfehlungen für Cu- und Zn-Gehalte im Futter aus der Schweiz und aus Deutschland wurden verwendet. Schweizer und Deutsche Empfehlungen unterscheiden sich in ihrer Grössenordnung nicht wesentlich.

Die Schweizer Fütterungsempfehlungen stammen von der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Nutztiere und Milchwirtschaft Agroscope Liebefeld-Posieux (ALP, 2004) und der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Nutztiere (RAP 1999).

Sie sind unterteilt in Empfehlungen für Rindvieh und andere Wiederkäuer (Tabelle 3) und Empfehlungen für Schweine (Tabelle 4). Bei den Fütterungsempfehlungen für Schweine ist jeweils der Gehalt im Grundfutter nicht miteinbezogen, diese Empfehlungen beziehen sich also ausschliesslich auf die Zusätze. Für das Grundfutter ist ein durchschnittlicher Wert von 2 mg/kg (88 %TS (Trockensubstanz)) angegeben (ALP 2004). Alle Werte für Schweinefutter werden für 88 %TS angegeben, Werte für Rinderfutter hingegen sind auf 100 % TS bezogen.

Die Deutschen Fütterungsempfehlungen für landwirtschaftliche Nutztiere werden von der Versorgungsgesellschaft für Ernährungsphysiologie (GFE 2001) und vom National Research Councils (NRC 2001) festgelegt (Tabelle 5). Diese Empfehlungen umfassen auch bei den Schweinen das gesamte Futter. In der folgenden Berechnung kann also der Grundfuttergehalt gleich Null gesetzt werden.

Cu_tot[ g Jahr] P_tot =Cu

P gesamt[ g kg]

(22)

Tabelle 3: Fütterungsempfehlungen und Nährwerttabellen für Wiederkäuer, Eidgenössische Forschungsanstalt für Nutztiere, Posieux (RAP, 1999).

Empfohlenes Angebot an Spurenelementen im Futter Cu mg/kg Futter TS Zn mg/kg Futter TS

Aufzuchtkalb 6 40

Aufzuchtrind 8 40

Milchkuh 10 50

Mastkalb 6 40

Muni-, Ochsen- und Rindermast 8 40

Schaf 5 50

Ziegen 8 50

Tabelle 4: Fütterungsempfehlungen und Nährwerttabellen für Schweine, Eidgenössische Forschungsanstalt für Nutztiere und Milchwirtschaft, Agroscope Liebefeld-Posieux (ALP 2004).

1 Menge im Grundfutter (88 %TS): Cu= 2 mg/kg, Zn= 25 mg/kg

Empfohlene Zulagen¹ an Spurenelementen im Futter Cu mg/kgFutter (88 %TS) Zn mg/kg Futter (88 %TS)

Ferkel¹ 6 75

Mastschweine¹ 4 55

Zuchtsauen¹ 7 55

Tabelle 5: Empfehlungen zur Spurenelementversorgung landwirtschaflicher Nutztiere, zusammengestellt nach GFE und NRC (aus KTBL 2005).

Cu mg/kg TS Zn mg/kg TS

Wiederkäuer 4-16 20-65

Pferd 10 50

Schwein 4-10 40-100

Ergotroper Effekt 150-250

Geflügel 6-8 30-70

Cu und Zn in der Schweinegülle berechnet sich aus der Summe des durch das Futter aufgenommenen und wieder ausgeschiedenen Kupfers der Tierkategorien Mast- schweine und Zuchtschweine mit Ferkel (Gattung Schweine).

C Cu Grundfutter ist die im Grundfutter vorhandene Konzentration an Cu.

C Cu Empfehlung ist die empfohlene Konzentration im Futter.

Futter Tierkat. ist das gesamte Futter das eine Tierkategorie in einem Betrieb pro Jahr frisst.

Ähnlich berechnet sich auch die Cu-Menge in der Rindviehgülle. Beim Rindvieh wird jedoch angenommen, dass die Menge an Cu im Grundfutter nicht berücksichtigt wird, die Empfehlungen also das gesamte Futter umfassen. Für die Berechnung bedeutet dies, dass C Cu Grundfutter gleich Null gesetzt wird.

Cutot Schweine[ g

Jahr]=

∑

Schweine

CCu Grundf.[mg

kg]CCu Empfehlung[mg

kg]Futter_Tierkat.[ kg

Tier Jahr]∗a∗Anz. Tiere 1000

(23)

Die Summe der Cu-Mengen im Rindvieh- und im Schweinedünger ergibt den mittleren Cu-Anfall in Rinder-Schweine-Mischgülle eines Betriebes. Das mittlere Cu/P- Verhältnis ergibt sich wie folgt:

3.3.3 Szenarien Futtermischung und Null

Szenario Futtermischung betrachtet eine Fütterung, die hofeigenes Grundfutter (Rauhfutter und Silofutter), Kraftfutter, sowie zugekaufte Futtermittelzusätze verwendet. Durch Futtermittelzusatzstoffe (Mineralsalze) wird Cu und Zn hoch konzentriert dem Futter zugegeben. Futtermittelzusätze werden in diesem Szenario so bemessen, dass sie den gesamten Bedarf an Cu und Zn decken. Bedarfsdeckend sind die empfohlenen Konzentrationen der RAP (1999) und der ALP (2004) (Tabellen 3 und 4). Auch das Grund- und Kraftfutter enthält Cu und Zn, und somit wird insgesamt mehr als der bedarfsdeckende Gehalt verfüttert. Dies deshalb, weil angenommen wird, dass von den Bauern wegen mangelnder Kenntnisse und Information der Cu- und Zn- Gehalt im Grundfutter auch nicht berücksichtigt werden kann.

Für jeden Betrieb wird von einer durchschnittlichen Bewirtschaftung der Jahre 1996- 2003 ausgegangen. Diese Vereinfachung ist deshalb sinnvoll, weil auch bei den Tierzahlen Durchschnittswerte der Jahre 1996-2003 verwendet werden. Die Zusam- mensetzung des Grund- und Kraftfutters in diesem Szenario hängt vom Bewirtschaf- tungstyp ab und ist für die Betriebe 33 und 54 leicht anders als für die andern Betriebe.

Bei Betrieb 33 müssen zusätzlich auch zugekaufte Futtermittel eingesetzt werden.

Szenario Null basiert auf dem Szenario Futtermischung. Der Unterschied besteht darin, dass keine Futtermittelzusätze verwendet werden. Mit diesem Szenario kann abgeschätzt werden, wie tief die minimalen Cu- und Zn-Konzentrationen im Hofdünger etwa sein könnten. Das Tierfutter stammt ausschliesslich aus betriebseigener Produktion, ausser bei Betrieb 33, bei dem zusätzlich zugekaufte Futtermittel verwendet werden.

Mit der Annahme, dass der Nährstoff-, Mineral- und Spurenelement-Bedarf der Tiere ohne zugekaufte Futterzusatzstoffe gedeckt ist, wird von einer sehr exzessiven Futter- wirtschaft ausgegangen. Bei biologisch wirtschaftenden Betrieben ist eventuell ein ähnliches Fütterungsverfahren denkbar. Allerdings wird ein Bauer speziell auf eine ausgewogene, bedarfsdeckende Fütterung achten müssen. In diesem Szenario wird eine Unterversorgung der Tiere mit Cu und Zn nicht ausgeschlossen.

Die Fütterungspläne der Szenarien Null und Futtermischung sind in den Tabellen 6 und 7 aufgelistet.

Cu P _gesamt[ g

kg]=

Cutot Rindvieh[ g

Jahr]Cutot Schweine[ g Jahr] P_tot[ kg

Jahr]

(24)

Tabelle 6: Fütterungspläne für Schweine aller Betriebe der Szenarien Null (blau) und Futtermischung (rot).

Mastschweine (25-100 kg Lebendgewicht)

Zuchtschweine inkl. Ferkel Grund- und Kraftfutter

(kg TS/Tag)

Silomais (Betrieb 54: Körner- mais)

Gerste Weizen Rüben Kartoffeln Gras

Silomais (Betrieb 54: Körner- mais)

Gerste Weizen Kartoffeln Gras

Futterrüben (Betrieb 54:

Karotten)

CCu1 (mg/kg) 6.3 6.3

CZn1 (mg/kg) 26.8 26.8

x1 +x2 1.9 1.9

1Futterverzehr tot (x₁ +x₂) (kg TS/Tag)

1.9 5.6

1.4 kg + 0.42 kg pro Ferkel (insgesamt 20-24 Ferkel pro Jahr).

Bei 10 Ferkeln: 5.6kg Szenario Null: nativer Gehalt

des Futters ohne Zusätze

CCu nat (mg/kg TS) 6.3 6.3

C Zn nat (mg/kg TS) 26.8 26.8

Futterzusatz Empfehlung (tot)

CCu3 (mg/kg) 4 6.25

CZn3 (mg/kg) 55 70

Szenario Futtermischung:

Futter mit Zusätzen

CCu tot (mg/kg TS) 10.3 8.4

CZn tot (mg/kg TS) 81.8 79.1

1 Die Menge an Futterzusatzstoffen wird im Gesamtfutterverzehr vernachlässigt, um die Rechnung zu vereinfachen. Meistens handelt es sich um kleine Menge. Die Konzentrationen an Cu und Zn sind jedoch beträchtlich.

(25)

Tabelle 7: Fütterungspläne für das Rindvieh aller Betriebe der Szenarien Null (blau) und Futtermischung (rot).

Milchkühe ² Rindviehmast (Munimast)^2,3 Aufzuchtrinder (0 – 1-jährig, 1 – 2-jährig, 2 – 3-jährig)

Vormastkälber (50-125 kg) Mastkälber (50-175 kg) Grundfutter

(kg TS/Tag)

Heu: 2 kg

Mais-und Grassilage (2:1):

Maissilage: 3.3kg Grassilage: 6.7kg

Mais-und Grassilage (Verhältnis 2:1):

Maissilage: 2 kg Grassilage: 1kg

Milch (1/3) Heu (1/3) Maissilage (1/3)

Vollmilch

Milchergänzungsfutter

CCu1 (mg/kg) 6.7 5.3 4.1 1

CZn1(mg/kg) 31.5 30 33.2 31

x1 12 3 1.5, 4.3, 7 0.2

Kraftfutter (kg TS/Tag)

Kartoffeln, Rüben, Gerste, Weizen:

2.5 kg

Milchleistungsfutter: 0.5 kg

Gerste: 0.15 kg

Kartoffeln, Rüben, Weizen: 0.75 kg Aufzuchtfutter: 1.5-2 kg Annahme: Aufzuchtfutter hat gleichen Cu- und Zn-Gehalt wie Rindviehmast- Kraftfutter

Milchergänzungsfutter

CCu2 (mg/kg) 10.7 6.2 6.2 7.9

CZn2 (mg/kg) 50.4 25.4 25.4 70.9

x2 (kg) 3 0.9 1.5, 1.8, 2 0.2

1Futterverzehr tot (x₁ +x₂) (kg TS/Tag)

15 3.9 3, 6, 9 0.3

Szenario Null: nativer Gehalt des Futters ohne Zusätze

5.6 mg Cu/kg TS,

35 mg Zn /kg TS (Kessler et. al.)⁴

CCu nat (mg/kg TS) 7.6 5.5 5.2, 4.7, 4.5 4.5

C Zn nat (mg/kg TS) 35.2 28.9 29.2, 30.7, 33.3 51

Futterzusatz Empfehlung (tot)

(100-150g Futterzusatzstoffe)^1,4

CCu3 (mg/kg) 10 8 8 6

CZn3 (mg/kg) 50 40 40 40

Szenario Futtermischung:

Futter mit Zusätzen

14,5 mg/kg Cu und 91 mg Zn pro kg TS (Menzi et. al. 1999)⁴

CCu tot (mg/kg TS) 17.6 13.4 13.15, 12.7, 12.5 10.5

CZn tot (mg/kg TS) 85.2 68.9 69.2, 70.7, 73.3 91

1 Die Menge an Futterzusatzstoffen wird im Gesamtfutterverzehr vernachlässigt, um die Rechnung zu vereinfachen. Meistens handelt es sich um kleine Menge (Bsp. 100-150 Gramm bei Milchkühen). Die Konzentrationen an Cu und Zn sind jedoch beträchtlich!

2 Betrieb 33 ist bei der Fütterung ein Sonderfall, da nur Maissilage, Wiese und Weide angebaut wird. Für die Milchkuh- und Aufzuchtrinder-Fütterung wird deshalb zugekauftes Kraftfutter verwendet. Es wird angenommen, dass sich der Cu- und Zn-Gehalt im gesamten Futter dadurch nicht verändert.

3 Bei der Rindviehmast wurde hier pro Tierplatz gerechnet, weil auch die Tierzahlen der Betriebe pro Platz angegeben sind. Der Gesamtfutterverzehr eines Tieres betrüge 4.8 kg TS.

Die Cu- und Zn-Konzentrationen pro kg Futter bleiben dieselben.

4 Vergleichswerte aus der Literatur, nicht direkt verwendet für die Szenarien.

(26)

Cu- und Zn in den Futtermitteln

Als Grundlage für die Schwermetallkonzentrationen in den Futtermitteln der Szenarien Null und Futtermischung dienten Daten der ALP (2004) und des UBA (2004), welche auch in einer Deutschen Studie (KTBL 2005) verwendet wurden (Tabellen 8,9,10 und 11).

Tabelle 8: Cu- und Zn-Gehalte von Futtermitteln (ALP 2004).

Futtermittel Cu mg/kg TS Zn mg/kg TS

Maissilage (Maiskörnersilage) 4 30

Grassilage 8 30

Kartoffeln 7 18

Rüben (Zuckerrüben) 6 25

Gerste 9 24

Weizen 4 34

Gras (Weide/Wiese) 8 30

Körnermais 9 21

Karotten: Wert für Rüben angenommen

Tabelle 9: Cu- und Zn-Gehalte von wirtschaftseigenen Futtermitteln in der Rinderhaltung, (konventioneller und ökologischer Landbau). Durchschnittliche Werte, berechnet aus Angaben des KTBL (2005).

Gras 9.2 41.8

Heu 7.3 38.7

Grassilage 8 42.5

Maissilage 5 35.7

Kartoffeln 3.9 12.5

Tabelle 10: Cu- und Zn-Gehalte von zugekauften Einzel- und Mischfuttermitteln in der Rinderhaltung. Durchschnittliche Werte, berechnet aus Angaben des KTBL (2005).

Ergänzungsfuttermittel Milchkühe

(Milchleistungsfutter) 31.4 176.1

Weizenschrot 4.8 45.6

Zuckerrüben-Pressschnitzel 10.3 41.4

Mineralfutter Rind 747 3480

Tabelle 11: Cu- und Zn-Gehalte von wirtschaftseigenen Futtermitteln in der Schweinehaltung, (konventioneller Landbau). Durchschnittliche Werte, berechnet aus Angaben des KTBL (2005).

Weizen 3.3 21.1

Gerste 4.3 26.6

Grundfutter besteht hauptsächlich aus Rauh- und Silofutter. Silofutter ist ein Gemisch aus Mais- und Grassilage, im Verhältnis 2:1. Rauhfutter besteht aus Gras und Heu.

Kraftfutter zeichnet sich durch einen grösseren Proteingehalt aus. Bei der Zusammen-

(27)

setzung des Grund- und Kraftfutters wurden zur Vereinfachung nur die Futtermittel Futterrüben, Gerste, Gras, Kartoffeln, Mais und Weizen verwendet.

Da Grund- und Kraftfutter aus mehreren Futtermitteln bestehen, wurden die Cu- und Zn-Konzentrationen entsprechend den Anteilen aufsummiert:

C Cu1 = Kupfergehalt des Grundfutters [mg/kg].

C Cu Heu, C Cu Grassilage und C Cu Maissilage: Konzentrationen der Futtermittel [mg/kg].

x Heu, x Grassilage und x Maissilage: Menge der Futtermittel [kg].

x1 : gesamte Menge an Grundfutter [kg].

In analoger Weise wird auch der Cu- und Zn-Gehalt des Gesamtfutters aus den Cu- und Zn- Mengen im Grundfutter, Kraftfutter und in den Futtermittelzusätzen berechnet.

Tabelle 12: Matrix für die Berechnungen der Fütterungsszenarien Futtermischung und Null.

Cu (mg/kg Futter) Zn (mg/kg Futter) Futtermenge (kg TS/Tag)

Grundfutter CCu1 CZn1 x1

Kraftfutter CCu2 CZn2 x2

Futtermittelzusätze CCu3 CZn3 x3

Die Variablen x1, x2 und x3 in Tabelle 12 sind die Mengen an Grundfutter, Kraftfutter und Futtermittelzusätzen in kgTS/Tag. x1, x2 und x3 sind für die verschiedenen Tierarten unterschiedlich und müssen so gewählt werden, dass der Nährstoffbedarf der Tiere gedeckt ist. CCu1 bis CCu3 und CZn1 bis CZn3 sind die Cu-und Zn-Konzentrationen im jeweiligen Futtertypen. Für das Szenario Null sind x3, Ccu3 und Czn3 gleich Null. Die entsprechenden Terme fallen somit in den Berechnungen weg.

Der Cu-Gehalt des Gesamtfutters berechnet sich wie folgt:

Informationen zur Tierfütterung

Um sinnvolle Fütterungsszenarien zusammenstellen zu können, braucht es praktische Kenntnisse oder Angaben aus der Literatur. Da die Zeit für eine Umfrage bei Bauern über die Fütterung nicht ausreichte, dienten Merkblätter der UFA und Studien, bei denen Fütterungspläne beschrieben sind, als Grundlage. Mengenangaben für die Fütterung von Schweinen waren schwierig zu finden, denn oft wird Grundfutter zur freien Verfügung gestellt. Auch über die Zusammensetzung des Futters wurde für einige Tierkategorien keine Information gefunden.

In den folgenden Abschnitten sind die hilfreichsten Informationen und Ergebnisse verschiedener Studien nach Tierart geordnet kurz zusammengefasst.

C_Cu1=C_{Cu Heu}x_HeuCCu Grassilagex_GrassilageCCu Maissilagex_Maissilage x₁

CCu Futtermischung[mg

kg ]=C_Cu1x₁C_Cu₂x₂C_Cu₃x₃ x₁x₂x₃

(28)

— Kälber

Laut Merkblättern der UFA sollte den Kälbern in den ersten Wochen kein Heu und ab der zweiten Woche Kraftfutter gefüttert werden. Wenn 1 kg Kraftfutter gefressen wird, sind auch Heu und Maissilage geeignet. Nach Absetzen der Milch 1,5 kg Auf- zuchtfutter pro Tag. Als Ergänzungsfutter ist zum Beispiel UFA 230 geeignet (Heim 2005).

— Rindviehmast

Daten für den Futterverzehr von Mastmunis stammten teilweise aus einer Studie von Kessler et. al. (2001), in der die Zn-Verwertung in der Munimast anhand eines prakti- schen Versuches untersucht wurde. 10 mg/kgTS Zink, in Form verschiedener Verbin- dungen, wurde den Tieren verabreicht, um den Einfluss auf den Tageszuwachs, die Futteraufnahme und weitere Faktoren zu bestimmen. Es konnten jedoch keine signifi- kanten Unterschiede zwischen den verschiedenen Verbindungen gefunden werden.

Der native Zink-Gehalt der Rationen bei der Munifütterung betrug in diesem Versuch 35 mg/kg. Der Zink-Gehalt, der aus Berechnungen im Szenario Futtermischung (Daten von ALP (2004) und KTBL (2005)) für Mastrinder resultierte, betrug 28.9 mg/kgTS.

Grundfutter wurde im Versuch von Kessler et. al. (2001) zur freien Verfügung gestellt.

Im Durchschnitt wurden pro Tag 5.7 kg Gras-Maissilage-Mischung aufgenommen.

Kraftfutter wurde in Abhängigkeit vom Lebendgewicht verfüttert. Im Gewichtsbereich 146-375 kg 0.68-1.37 kg pro Tier und Tag, ab 375 kg Lebendgewicht 0.68 kg (Kessler et. al. 2001). Im Durchschnitt entspricht dies ca. 0.9 kg Kraftfutter pro Tier und Tag.

Der totale TS-Verzehr der Mastrinder im Versuch von Kessler et. al. (2001) lag bei 6.7 kg pro Tier und Tag. Die Mastmunis der Studie verzehrten mehr Futter als ein durchschnittliches Mastrind gemäss GRUDAF (2001), sie hatten jedoch auch ein höheres durchschnittliches Gewicht, was diesen Unterschied möglicherweise erklärt.

Der Grundfutterverzehr in einer Erhebung von Menzi et. al. betrug 3 bis 6 kg pro Tag, mit einem Mittelwert von 4.8 kg (Menzi et. al. 1999). Dies entspricht genau den Durchschnittswerten der GRUDAF (2001). Menzi et. al (1999) untersuchte in dieser Studie, wie gut die Nährstoffversorgung von Rindern den Empfehlungen entsprach und suchte nach zuverlässigen Angaben über den Anfall und die Zusammensetzung von Gülle und Mist. Der Anteil an Maissilage in der Ration betrug 0-81 %. Meistens stammten über 50 % des Kupfers und Zinks der Ration aus dem Kraftfutter (max. 80- 90 %). Das empfohlene Cu- und Zn-Angebot von 10 bzw. 50 mg/kg war während der meisten Erhebungsperioden gedeckt. Der Durchschnitt aller Erhebungsperioden betrug für Cu 14,5 mg/kgTS und für Zn 91 mg/kgTS (Menzi et. al. 1999). Dies ist einiges mehr als im Szenario Futtermischung berechnet. In der Studie wurde herausgefunden, dass die Zusammensetzung der Ration und das Leistungsniveau (der mittlere Tageszu- wachs) der Tiere nur einen sehr geringen Einfluss auf die Nährstoffausscheidung pro Tierplatz und Jahr und auf den Anfall und die Zusammensetzung des Hofdüngers haben. Kurzfristige Schwankungen im Futtergehalt, Tierzustand und den Umwelt- bedingungen können zwar zu grossen Streuungen führen, diese würden sich jedoch im Laufe der Zeit ausgleichen (Menzi et. al. 1999). Für Schwermetalle wurde eine grössere Streuung festgestellt als für Hauptnährstoffe. Für Cu und Zn ist dies auf die Zugabe dieser Elemente im Futter zurückzuführen (Menzi et. al. 1999).

— Milchkühe

Die UFA empfiehlt den Milchkühen 100-150 g Mineralstoffe pro Tag zu verfüttern.

Damit sei der Bedarf an Vitamin A und E, Cu, Zn und Mangan gedeckt. Kraftfutter