Möglichkeiten zur Reduktion der Ammoniakemissionen durch Fütterungsmassnahmen bei Schweinen

Möglichkeiten zur Reduktion der Ammoniakemissionen durch Fütterungsmassnahmen bei Schweinen

Bericht der Vorstudie

Annelies Bracher und Peter Spring

SHL Zollikofen

Agroscope Liebefeld-Posieux Februar 2010

Verdankungen

Dem Bundesamt für Landwirtschaft gebührt unser Dank, das die vorliegende Studie teilfinanziert und mitgetragen hat.

Zur Bestandesaufnahme der aktuellen Fütterungspraxis in der Schweinehaltung waren wir auf die Einsicht vertraulicher Datenquellen angewiesen. Bei den beteiligten Futtermühlen und dem VSF möchten wir uns für ihre wohlwollende Bereitschaft, die Studie zu unterstützen, herzlich bedanken.

Die konstruktiven Gespräche und die zur Verfügung gestellten Angaben über Mischfuttergehalte und Mengen haben sehr wertvolle Informationen geliefert. Dem Landwirtschaftsamt Luzern zusammen mit der Qualinova AG danken wir für die angenehme, unkomplizierte Zusammenarbeit und die Überlassung der Import/Exportbilanzen, deren Auswertung eine Knacknuss war, die aber in ihrem Informationsgehalt als einmalig bezeichnet werden kann. Bei der Erfassung der IMPEX-Daten konnten wir auf die tatkräftige und sehr zuverlässige Unterstützung der Bachelorstudentin Edith Sollberger zählen. Die dazu nötige Access-Datenbank wurde in Zusammenarbeit mit dem Wirtschaftinformatikstudent Simon Enkerli programmiert, der bei kniffligen SQL-Abfragen jederzeit aus der Patsche half. Durch die Teileinsicht in Daten der amtlichen Futtermittelkontrolle (Agroscope Liebefeld-Posieux) konnte die Aussagekraft der erhobenen Daten noch breiter abgestützt werden.

Nicht zuletzt ein herzliches Dankeschön an alle Kollegen der SHL und Agroscope, insbesondere Thomas Kupper, Harald Menzi, Patrick Schlegel und Peter Stoll, für ihre Berechnungen, Anregungen und Feedback.

Annelies Bracher und Peter Spring

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung ... 5

1.1. Ammoniak als Teil des globalen Stickstoffkreislaufes ... 5

1.2. Ammoniakemissionen Schweiz und agrarökologische Ziele... 9

1.3. Ammoniakprojekt der SHL ... 15

2. Physiologische Grundlagen und Fütterungspraxis Schweiz ... 16

2.1. Physiologische Grundlagen... 16

2.1.1. N-Fluss Schwein und Strategie einer emissionsarmen Fütterung ... 16

2.1.2. Ganzkörperzusammensetzung und N-Ansatz ... 20

2.2. Emissionsmindernde Fütterungsmassnahmen... 25

2.2.1. Proteinreduzierte Fütterung, N-Output, N-Effizienz, Harnanteil... 25

2.2.2. NSP-haltige Rohkomponenten, pH Gülle ... 33

2.2.3. pH-senkende Säuren, phytogene Zusätze, Ureaseinhibitoren ... 34

2.3. Fütterungspraxis Schweiz ... 38

2.3.1. Erhebung bei Futtermühlen ... 38

2.3.1.1. Mastschweinefutter ... 39

2.3.1.2. Sauen- und Ferkelfutter ... 44

2.3.2. Auswertung Import/Exportbilanzen Kanton Luzern... 49

2.3.2.1. Methodik ... 50

2.3.2.2. Eingesetzte Futtermengen und Rationengestaltung ... 53

2.3.2.3. Rationszusammensetzung und Fütterungsstrategien nach Betriebstyp... 58

2.3.2.4. N-output und N-Effizienz nach Betriebstyp... 63

2.3.3. Amtliche Futtermittelkontrolle... 68

2.4. Schlussfolgerungen Fütterungspraxis ... 70

3. Abschätzung der Reduktionspotenziale ... 73

3.1. NH₃-Emissionen in Modellbetrieben berechnet mit Agrammon ... 74

3.2. N-Input und N-Output ... 78

3.2.1. Mastschweine ... 78

3.2.2. Galtsauen ... 83

3.3. Kosten einer RP-Absenkung im Futter ... 84

3.4. Schlussfolgerungen Reduktionspotenziale... 87

4. Handlungsempfehlungen... 88

4.1. Handlungsempfehlungen für Ressourcenprogramme und Praxis ... 88

4.2. Forschungsbedarf ... 90

5. Literaturverzeichnis... 92

Abkürzungsverzeichnis

AF Alleinfutter

AFP arbeitsteilige Ferkelproduktion

Agrammon Simulationsmodell zur Berechnung der Ammoniakemissionen (2009) als Nachfolgemodell von DYNAMO

BAFU Bundesamt für Umwelt

BLW Bundesamt für Landwirtschaft

DM Durchmastfutter

EF Ergänzungsfutter

EKL Eidgenössische Kommission für Lufthygiene

FVW Futterverwertung

gem gemischt

GVE Grossvieheinheit

IMPEX Import/Exportbilanzen

KOLAS Konferenz der Landwirtschaftsämter der Schweiz

KON Kontrolle

LG Lebendgewicht

LK Leerkörper

LKG Leerkörpergewicht

LwG Landwirtschaftsgesetz

Lys Lysin

m männliche Schweine, Eber

MFA Magerfleischanteil

mk männlich kastrierte Schweine, Kastraten MPH Multiphasenfütterung

MSP Mastschweineplatz

N Stickstoff

NH3-N Ammoniak-Stickstoff NH4+

-N Ammonium-Stickstoff

NP Nebenprodukte

NPr N- und P-reduziert

NSP Nicht-Stärke-Polysaccharide 2-PH 2-Phasenfütterung

3-PH 3-Phasenfütterung

P Phosphor

RP Rohprotein

Reg Regression

TAN Total Ammonical Nitrogen (NH4+

+ NH3)

TS Trockensubstanz

TZW Tageszuwachs

VES verdauliche Energie Schwein in MJ

VM Vormastfutter

VSF Verein schweizerischer Futtermittelfabrikanten

w weibliche Schweine, Weibchen

Ammoniak (NH₃) ist ein farbloses, stechend riechendes Reizgas. Es ist in Wasser sehr gut löslich. Ammoniak- Luftgemische sind im Bereich über 15.5 Volumen-%

explosionsfähig. Mit Säuren verbindet sich Ammoniak zu Ammoniumsalzen. Die Verweilzeit von gasförmigem NH₃ in der Atmosphäre ist kurz mit hoher Depositionsgeschwindigkeit, dagegen die sekundär gebildeten Aerosole werden weiträumig verfrachtet.

In reiner, konzentrierter Form wirkt Ammoniak auf feuchten Körperoberflächen ätzend, insbesondere feuchte Haut, Schleimhäute, Lungen und Augen sind gefährdet. Im Zellstoffwechsel ist Ammoniak als Zellgift zu werten. Ein Ammoniakgehalt der Luft von 0.5% (5000 ppm) wirkt nach 30-60 Minuten tödlich (http://www-vetpharm.uzh.ch). In den Stallklimanormen wird eine Maximalkonzentration von 10 ppm festgelegt (7.6 mg m^-3, BVET 2009). Der von der UNECE definierte Critical Level für die direkte Wirkung von Ammoniak auf empfindliche Pflanzengesellschaften liegt bei 8 µg m^-3 im Jahresmittel.

1. Einleitung

1.1. Ammoniak als Teil des globalen Stickstoffkreislaufes

Als N-haltige Verbindung ist Ammoniak (NH3) eng mit dem N-Umsatz im Stoffwechsel von Organismen und dem globalen N-Kreislauf verflochten. Stickstoffverbindungen spielen im Stoffwechsel aller lebenden Organismen eine zentrale Rolle. Pflanzliche und tierische Gewebe enthalten den Hauptteil des Stickstoffs (N) in organischer Form als Aminosäuren, die als Bausteine der Proteine verwendet werden.

Proteine sind neben weiteren Funktionen an allen Wachstumsvorgängen beteiligt. Eine limitierte Verfügbarkeit von Stickstoff in der

landwirtschaftlichen Produktion wirkt daher leistungs- und ertragsbegrenzend.

Die an biologische Systeme gebundene Ammoniakbildung erfolgt im N-Kreislauf mehrstufig unter Mitbeteiligung mikrobieller Prozesse:

• Fixierung von elementarem Luftstickstoff (Bodenbakterien)

• Mineralisation von organischem Material (Bodenbakterien)

• Mikrobieller Abbau von Proteinen unter anaeroben Bedingungen im Pansen, Dickdarm, Silagen, Gülle, Lebensmittel (z.B. Käse)

• Oxidative Desaminierung von Aminosäuren zur unspezifischen, energetischen Nutzung im Intermediärstoffwechsel von Säugetieren und Vögeln. Da Ammoniak ein Zellgift ist, wird dieser über den Harnstoffzyklus der Leber in Harnstoff umgewandelt (bei Vögeln Harnsäure) und im Harn ausgeschieden. In Kontakt mit Kot und der darin enthaltenen mikrobiellen Urease wird der Harnstoff erneut in Ammoniak und CO2 gespalten (Abb.1).

Unter dem Gesichtspunkt der Ammoniakemissionen sind die tierischen Exkremente mengenmässig das wichtigste Ausgangssubstrat der Ammoniakbildung.

Abb. 1. Ammoniakbildung aus Harnstoffspaltung im Kot-Harngemisch

In der flüssigen Phase des Kot-Harngemisches besteht ein Dissoziationsgleichgewicht zwischen Ammonium (NH4+

) und gelöstem Ammoniak (NH3). Dabei verschieben hohe Temperatur und hoher pH das Gleichgewicht zu Gunsten des Ammoniaks, der dadurch vermehrt freigesetzt werden kann.

Ab pH-Werten von 7 beginnt der NH3 – Anteil überproportional anzusteigen.

NH

+ OH

H

O + NH

f(T,pH)

Der eigentliche Übergang in die Luft wird durch physikalisch-chemische Faktoren beeinflusst.

Partialdruckdifferenz, emittierende Oberfläche, Temperatur und Luftbewegung fördern die Verflüchtigung (Hartung 2001, Le 2006).

Zu erwähnen ist, dass Ammoniak in erheblichem Umfang auch grosstechnisch hergestellt wird und als Düngemittel und in der Industrie eingesetzt wird.

Im globalen N-Kreislaufes finden vielschichtige Umwandlungsprozesse zwischen inerten und reaktiven, organischen und anorganischen, wasserlöslichen, salzförmigen und gasförmigen Stickstoffformen in der Hydrosphäre, Pedosphäre, Anthroposphäre und Atmosphäre statt (Abb. 2).

Als Konsequenz davon ist die Problematik von N-Austrägen immer unter dem Aspekt der Bio-Logik des Gesamtsystems anzupacken.

+ H

O + CO

Harnstoff (Harn)

Ammoniak (Kot-Harngemisch) Urease (Kot)

f (Temp, pH, Zeit)

Abb.2. Der globale Stickstoffkreislauf (ergänzt nach Vogel, BLW, 2009)

Tierische Organismen können einen Teil der Aminosäuren selber synthetisieren, die essentiellen Aminosäuren müssen aber mit der Nahrung bzw. Futter aufgenommen werden. Pflanzen dagegen sind autark. Sie stellen alle Aminosäuren selber her, solange genügend pflanzenverfügbarer N in Form von Ammonium und Nitrat vorhanden ist. Quellen von pflanzenverfügbarem N sind tierische Exkremente, die Mineralisation von organischem Material, die mikrobielle N2-Fixierung und Mineraldünger. Dieser an sich geschlossene Nährstoffkreislauf gerät mit der Intensivierung, Spezialisierung und Konzentration der tierischen Produktion aus dem Gleichgewicht oder wird sogar unterbrochen. Das Missverhältnis zwischen Tierdichte und Bodenfläche entsteht auf Betriebsstufe oder regionaler Ebene vor allem über Futterzukäufe, die den N-Fluss insgesamt erhöhen und mehr Hofdünger generieren. Entlang der ganzen Produktionskette werden dadurch vermehrt N- Emissionen, hauptsächlich Ammoniak, verursacht. Obwohl die N-Formen aus der Landwirtschaft auf natürlichen Prozessen beruhen, belasten sie in zu hoher räumlicher und zeitlicher Konzentration Boden, Wasser, Luft und Ökosysteme (Abb. 3). Mit den N-Emissionen gehen der Landwirtschaft

aber auch wertvolle Nährstoffe verloren. Gemäss einer Schätzung von Peter (2006) trägt Ammoniak 42 % zum gesamten N-Verlustpotenzial bei.

Abb. 3. Vernetzung der Stickstoffwirkungen auf die Umwelt (Agrarbericht BLW 2005)

Von den reaktiven, N-haltigen Luftschadstoffemissionen (ohne Lachgas) macht Ammoniak bezogen auf 2002 – 2006 rund 65 % (Achermann 2009) und bei den Depositionen (NH₃ + NH₄⁺) rund 75 % aus (EKL 2005). Rund die Hälfte des emittierten Ammoniakgases wird aufgrund der kurzen Verweildauer in der Atmosphäre im Umkreis von wenigen Kilometern der Quelle innerhalb von Stunden deponiert. Anders sieht es mit Reaktionsprodukten aus. Ein Teil des emittierten Ammoniak wird nach Umwandlungsprozessen mit andern Luftschadstoffen wie Stickoxiden und Schwefeldioxid (Abb. 4) wegen der höheren Verweildauer der gebildeten Aerosole in der Luft verfrachtet und vom Entstehungsort weit entfernt wieder deponiert. Oberhalb des Critical Loads schädigt dieser N-Eintrag Struktur und Funktion empfindlicher Ökosysteme (Wald, Moore, Magerwiesen). Zudem trägt

Ammoniak zur Bodenversauerung und Eutrophierung bei und ist an der gesundheitsschädlichen Feinstaubbildung (lungengängige Aerosole) beteiligt (EKL 2005).

Abb. 4. Bedeutung des Ammoniaks bei der Salzbildung in Aerosolen (sekundärer Feinstaub)

.

Bei der Salzbildung in Aerosolen nimmt Ammoniak eine Schlüsselrolle ein. NH3 sichert die Absorption von Schwefeldioxid (SO2) und dessen Oxidation zu Sulfat.

Auch bei der Einbindung von Salpetersäure (HNO3) ist NH3 beteiligt. Die gebildeten Salze, Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat

und deren Mehrfachsalze

(NH4NO3•(NH4)2SO4) verändern Beladung, Eigenschaften und Masse der Aerosole.

Nach Abdampfen der Wasserphase bleiben Feinpartikel im Grössenbereich unter 5 – 10 µm zurück. Diese Feinpartikel bleiben länger in der Luft suspendiert und werden dadurch viel weiträumiger verfrachtet als die reaktiven Quellengase (EKL 2005).

1.2. Ammoniakemissionen Schweiz und agrarökologische Ziele

Die Critical Loads von 10-20 kg N ha^-1a^-1 werden in der Schweiz bei 90 % der Waldfläche überschritten (EKL 2005). Sollen die Critical Loads nicht überschritten und die gesundheitsschädliche Feinstaubbelastung reduziert werden, müssten in der Schweiz die Ammoniakemissionen auf 20–30 kt NH3-N pro Jahr gesenkt werden (KOLAS 2006). Da die Landwirtschaft mit 48 kt NH3-N (2007, gemäss Neuberechnung mit Agrammon) 94 % der Ammoniakemissionen generiert und davon 89 % aus der Tierproduktion stammen (Abb. 5), ist die Landwirtschaftspolitik und im speziellen die Nutztierhaltung gefordert. Als langfristiges Umweltziel des Bundes sind die Emissionen aus der Landwirtschaft auf 25 kt NH3-N pro Jahr festgelegt worden (Burkhard 2009). Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, ist dieses Ziel hoch gesteckt und muss etappiert werden. Aufgrund der Neuberechnung der Ammoniakemissionen sind die agrarökologischen Basiswerte und Sollzwischenwerte neu zu definieren (Tab. 1) und im Rahmen von nationalen und internationalen Verpflichtungen umzusetzen.

Mit der Unterzeichnung und Inkrafttreten des Göteborgprotokolls (Konvention über weiträumige, grenzüberschreitende Luftverunreinigung der UNECE) am 13.12.05, das für jedes Land Reduktionsziele von vier Luftschadstoffen festlegt, hat sich die Schweiz verpflichtet, die

Ammoniakemissionen bis 2010 um 13 % gegenüber 1990 zu senken (Medienmitteilung des Bundesamtes für Umwelt BAFU vom 12.12.05). Dies soll mit dem Vollzug der Luftreinhalteverordnung (LRV) und agrarpolitischen Programmen erreicht werden. Der Vollzug der LRV obliegt den Kantonen.

Tab. 1. Agrarökologische Ziele Stickstoff (Agrarbericht 2008)

Tab. 2. Ammoniakemissionen aus Nichtlandwirtschaft und Gesamtlandwirtschaft berechnet mit Agrammon (Tagungsband Ammoniakemissionen in der Schweiz: Neuberechnung 1990-2007,

Achermann et al 2009)

kt NH₃-N/a 1990 1995 2002 2007

Nichtlandwirtschaft 2.5 2.7 2.85 2.8

Gesamtlandwirtschaft 56.3 52.4 47.5 48

Tierproduktion 49 46 42 42.9

Reduktion in % 1990 1995 2002 2007

Gesamtlandwirtschaft -7 -16 -15

Tierproduktion -6 -14 -12

Abb. 5. Aufschlüsselung der gesamtschweizerischen Ammoniakemissionen 2007 (Kupper 2009)

79 % 15 % 3 % 3 %

Abb. 6. Entwicklung der Emissionsstufen in der Nutztierhaltung (Kupper 2009)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Ausbringung Mist Ausbringung Gülle Lager Mist Lager Gülle Stall/Laufhof Weide

Punktquellen:

Zunahme von 38 % auf 50 % der Emissionen

Die Luftreinhalteverordnung verpflichtet die Kantone, bei Nichteinhaltung der Critical Loads Massnahmenpläne zur Luftreinhaltung zu erarbeiten. Seit 2008 kann der Bund Massnahmen zur Senkung von Ammoniak-Emissionen in den Kantonen in Form von befristeten

Σ 48.0 kt NH3-N (94 %) Σ 2.8 kt NH3-N (5 %) kt NH3-N

Natürliche Emissionen: 0.5 kt NH3-N (1 %)

ktNH3-N

Anschubfinanzierungen unterstützen (Ressourcenprogramm, Art. 77a und 77b LwG). Ziel dieses Programms ist die nachhaltige Ressourcennutzung durch Effizienzverbesserung anstelle von Extensivierung (Burkhard 2009). ÖLN bleibt dabei Grundvoraussetzung für alle Direktzahlungen.

Aus der räumlichen Verteilung der Ammoniakemissionen (Abb. 7) und Stickstoffdeposition (Abb. 8) wird ersichtlich, welche Regionen bzw. Kantone am meisten Handlungsbedarf haben.

Abb. 7. Räumliche Verteilung der Ammoniakemissionen und des Nutztierbestandes (Kupper 2009, Vogel 2009)

a) Ammoniak kg N ha^-1 a^-1 2007 b) GVE ha^-1 2007

Abb. 8. Stickstoffdeposition als Summe der NO_x-N und NH_y-N (www.bafu.admin.ch/luft/luftbelastung/schadstoffkarten/, 2009)

In Regionen mit hoher Tierdichte wird am meisten Ammoniak emittiert. Die gleichen Regionen haben auch eine hohe N-Deposition. Wegen den Luftverfrachtungen ist das Muster nicht völlig deckungsgleich. Dies ist besonders auffällig für den Kanton Tessin, der Luftschadstoffe aus der Poebene ˝erbt˝. Anderseits exportiert die Schweiz auch Luftschadstoffe. Emissions- und Immissionsminderungsmassnahmen sind nur überregional nachhaltig lösbar.

Im Vergleich zu einer ackerbaulich geprägten Region verursacht die viehwirtschaftliche Ausrichtung bei höherem Jahresmittelwert extremere Ausschläge bei den Ammoniak-Immissionen (Abb. 9). In beiden Beispielen ist der typische Jahresgang mit Sommermaxima erkennbar, was die Temperaturabhängigkeit nochmals aufzeigt.

Abb. 9. Einfluss der Betriebsausrichtung (Standorte Schüpfheim und Payerne) und Jahreszeit auf die Ammoniak-Immmisionen (Thöni und Seitler 2009)

In den kantonalen Massnahmeplänen sieht man das grösste Reduktionspotential in der verlustarmen Hofdüngerlagerung und Ausbringung (KOlAS 2006). Finanzielle Anreize zum Einsatz von Schleppschlauchverfahren überwiegen (Künzler 2009). Wie aus Abbildung 6 hervorgeht, ist gemäss Agrammon die Hofdüngerausbringung noch die wichtigste Emissionsstufe. Allerdings haben mit der Zunahme der Labelställe und Laufhöfe (Agrarbericht BLW 2008) die Stallemissionen in den letzten Jahren zugenommen. Mit einer verbesserten Ausbringtechnik lassen sich die Ammoniakimmissionswerte bzw. –verluste messbar vermindern (Abb. 10). Wenn die verbesserte Düngerwirkung in der betrieblichen Düngungsplanung entsprechend verrechnet wird, kann beim Mineraldüngereinsatz gespart und die N-Effizienz gesteigert werden. Andernfalls verlagern sich die N-Verluste in Richtung Nitratauswaschung, Lachgas oder elementarem Stickstoff. Das Schleppschlauchverfahren ist topografisch nicht überall anwendbar. Der Ausbringzeitpunkt (Tageszeit und Saison) lässt sich aber unabhängig von Kultur und Topografie optimieren.

Abb. 10. Einfluss der Gülleausbringtechnik auf die Ammoniakimmissionen am Standort Bachtel (Thöni und Seitler 2009)

Sollen die betrieblichen N-Bilanzen ausgeglichen und regionale Ammoniakbelastungen insgesamt reduziert werden, müssen Massnahmen auf allen Emissionsstufen und insbesondere auf der Inputseite ansetzen. Dabei wirkt eine N-optimierte Fütterung aller Nutztiere als Begin-of-Pipe Massnahme entlang des ganzen N-Flusses. Dies ist der Ausgangspunkt des Ammoniakprojektes der Schweizerischen Hochschule für Landwirtschaft (SHL).

1.3. Ammoniakprojekt der SHL

Unter dem Ammoniakprojekt der SHL im Sinne dieses Berichtes ist die Vorstudie mit dem Titel Möglichkeiten zur Reduktion der Ammoniakemissionen durch Fütterungsmassnahmen bei Schweinen zu verstehen.

Bei der Erarbeitung des Pilotprojekts des Ressourcenprogramms gemäss Art. 77a und 77b LwG „N- Effizienz der Hofdünger steigern durch Reduktion der Ammoniakverluste im Kanton Thurgau“

wurde festgestellt, dass die Optimierung des Gehalts an Stickstoff (N) im Schweinefutter zu einer deutlichen Reduktion der N-Emissionen aus der Schweinehaltung führen könnte. Die Initianten des Projekts kamen aber auch zum Schluss, dass nicht alle emissionsrelevanten Aspekte, insbesondere unter schweizerischen Verhältnissen, wissenschaftlich genügend belegt sind, woraufhin ein Forschungsprojekt über N-optimierte Fütterung beim BLW eingereicht wurde.

In der Suisse-Bilanz können die sogenannten NPr-Futter als Korrekturfaktor bei den Standard-N- Ausscheidungen angerechnet werden. Wo die Untergrenze der N-Reduktion liegt und wie sich besondere Futterkomponenten und Zusätze auf die Gesamtemissionen auswirken sind offene Fragen.

Ausländische Untersuchungen lassen sich dabei nur beschränkt übertragen. Um das Reduktionspotentials von Ammoniakemissionen durch Fütterungsmassnahmen abschätzen zu können, braucht es eine Bestandesaufnahme der aktuellen Fütterungspraxis in der Schweinehaltung.

Dies ist ein zentraler Aspekt der Vorstudie, der durch die Aufarbeitung der Fachliteratur über emissionsmindernde Fütterungsmassnahmen ergänzt wurde. Die Vorstudie umfasst folgende Arbeitsschritte und Vorgehensweisen:

Bestandesaufnahme der Fütterungspraxis anhand einer Erhebung bei Futtermühlen, Auswertung von einzelbetrieblichen Import/Exportbilanzen, Vergleich mit der amtlichen Futtermittelkontrolle

Literaturrecherche über emissionsmindernde Fütterungsmassnahmen

Wirtschaftliche Überlegungen bei der Umsetzung, Kosteneinfluss von proteinreduziertem Mischfutter

Abschätzung des Reduktionspotentials auf Stufe N-input (Futter), N-output (Ausscheidungen) und Ammoniakemissionen

Erfassung von Wissenslücken und Forschungsbedarf, Formulierung Folgeprojekt

2. Physiologische Grundlagen und Fütterungspraxis Schweiz 2.1. Physiologische Grundlagen

2.1.1. N-Fluss Schwein und Strategie einer emissionsarmen Fütterung

Der Zweck der Schweinehaltung ist die Fleischproduktion. Die Umwandlung von Futterprotein in Fleisch- bzw. Körpergewebeprotein ist mit Verwertungsverlusten verbunden. Beim wachsenden Schwein wird der mit dem Futter aufgenommene N zu 30 – 40 % retiniert (Abb. 11), der Rest wird ausgeschieden (Ferket et al 2002, Dourmad et al 2007, Aarnink et al 2007). Die N-Retention ist mit dem N-Ansatz bzw. Proteinansatz nicht völlig identisch, da ein Teil der retinierten Aminosäuren für Erhaltungsaufgaben genutzt werden (Moughan 2003, Wesseling 2003). Alle Proteine des tierischen Organismus unterliegen einem permanenten Turnover (Eder 2006). Im Wachstum überwiegt die Proteinsynthese im Vergleich zum Proteinabbau. Das Proteinansatzvermögen ist alters-, geschlechts- und genotypabhängig, dessen Ausschöpfung durch die Nährstoffverfügbarkeit und Stressfaktoren eingeschränkt werden kann.

Abb. 11. N-Fluss Mastschwein und Ammoniakbildung

Der Kot-N (15–25 % des Futter-N) setzt sich vorwiegend aus unverdautem Futterprotein, endogenem N (aus Zellen, Mucus und Verdauungssäften) und Bakterienprotein zusammen. Da der

Harn-N

Kot-N

•

•

•

•

15-25 %

30-40 %

45-55 %

•

•

• NSP

Gülle-N

Urease [NH3/NH4

+] org. N

NH

Anteil Bakterien-N am Kot-N 70-85 % ausmacht, ist der Kot-N hauptsächlich organisch gebunden (Pfeiffer 1993, Hansen et al 2007). Der organisch gebundene N ist gegenüber Abbauvorgängen resistenter. Erst nach monatelanger Güllenlagerung wird er zu Ammoniak/Ammonium abgebaut (Aarnink et al 2007). Der Kot-N hat deshalb in Bezug auf Ammoniakemissionen eine untergeordnete Bedeutung. Hingegen wird die Kotzusammensetzung durch mikrobielle Abbauvorgänge im Dickdarm beeinflusst. Flüchtige Fettsäuren aus der Dickdarmfermentation von NSP (Nicht-Stärke- Polysaccharide) sind für den Kot-pH verantwortlich (Canh 1998). Im sauren Bereich wird die Ammoniakverflüchtigung gehemmt. Die durch NSP gleichzeitig geförderte mikrobielle N-Fixierung bewirkt eine Verschiebung des N vom Harn zum Kot.

Das verdaute aber nicht retinierte Futterprotein erscheint nach Desaminierung der Aminosäuren als Harnstoff im Harn (45-55% des Futter-N). Der Harn-N besteht zu über 80 % aus Harnstoff (Pfeiffer 1993).

Da Harnstoff der Vorläufer von Ammoniak ist (siehe Kap. 1.1), bestimmt der relative Harnanteil am Kot-Harngemisch und die initiale Harnstoffkonzentration massgeblich die Ammoniak/Ammoniummenge, die potentiell und pH-abhängig emittiert werden kann.

Die Harnstoffausscheidung und der Harnanteil können durch die Fütterung verändert werden. Eine über dem Bedarf liegende Proteinzufuhr führt dazu, dass die Aminosäuren über die oxidative Desaminierung unspezifisch zur Energienutzung verwertet werden. Der abgespaltene N wird als Harnstoff ausgeschieden. Im Fall von Aminosäurenimbalanzen wird vermehrt Harnstoff ausgeschieden, wenn ein Mangel einer essentiellen Aminosäure limitierend für die Proteinsynthese von Körpergewebe wird. Ebenso kann ein Energiemangel den Proteinansatz einschränken.

Stressfaktoren wie Infektionsdruck, Gruppengrösse und Stallklima wirken leistungsmindernd und fördern den Körperproteinabbau, so dass das Proteinansatzvermögen nicht ausgeschöpft wird und der N-output zunimmt.

Die Strategie einer emissionsarmen Fütterung muss folglich auf zwei Ebenen ansetzen (Ferket et al 2002, Dourmad et al 2007, Aarnink et al 2007):

1. Reduktion der N-Ausscheidungen 2. Reduktion des flüchtigen N

Das Emissionsgeschehen von ausgeschiedenem Kot und Harn wird massgeblich von stallbaulichen und physikalischen Gegebenheiten beeinflusst wird, welche die Fütterungsmassnahmen überlagern.

Die Möglichkeiten zur Verminderung der Ammoniakemissionen durch die Fütterung und Produktionstechnik gehen aus folgender Uebersicht hervor:

Ziel

Reduktion der Harnstoffmenge Reduktion des Harnanteiles Reduktion der N-Ausscheidung Reduktion des Güllen-pH (Kot, Harn) Ausschöpfung des Proteinansatzver-

mögens

Verbesserung der N-Effizienz (N-Ret/N-input)

Massnahmen Genaue Bedarfsableitung

Kenntnis der Futterzusammensetzung und – bewertung

optimierte Sicherheitsmargen

bedarfsgerechte Fütterung in allen Produktionsphasen Phasenfütterung Proteinreduzierte Rationen mit optimier- ten Aminosäurenprofilen (synth. Amin.) hohe Verdaulichkeit, Verfügbarkeit der

Aminosäuren

im Dickdarm fermentierbare NSP pH-senkende Futterzusätze Ammoniakbindende Zusätze Ureaseinhibitoren

optimierte Fütterungstechnik optimierte Produktionstechnik Reduktion der Tierzahl

Neben den Fütterungsmassnahmen im engeren Sinn kommen fütterungstechnische und produktionstechnische Aspekte zum tragen. Trogdesign, Futterform (Mehl, Pellets, flüssig) und Rationierung (rationiert, ad libitum) beeinflussen die Höhe von Futterverlusten. Eine ungenügende Dosiergenauigkeit führt zu Unter- und Ueberversorgung von Einzeltieren oder Gruppen. Es ist davon auszugehen, dass unter günstigen Bedingungen bis 5 % des Futterangebotes ungenutzt in der Gülle landet. Die Futterverluste können aber bei schlechter Fütterungstechnik bis 20 % betragen (Ferket et al. 2002). Der Futterverbrauch und die tatsächlich gefressene Futtermenge sind nicht identisch.

Mit einer gezielten Gruppierung der Tiere nach Gewicht und Geschlecht wird die Ausgeglichenheit von Tiergruppen erhöht und die Fütterung kann gezielter angepasst werden. Da das Proteinansatzvermögen und somit der Aminosäurenbedarf geschlechtsabhängig sind, bringt die geschlechtsgetrennte Mast Vorteile in Bezug auf Leistung und Emissionen.

Im Bereich der Haltung besteht Optimierungspotential hinsichtlich Hygiene, Platzangebot, Gruppengrösse und Gesundheitsstatus (Tab. 3). Die Haltungsfaktoren sind alle leistungsrelevant und beeinflussen den Nährstoffbedarf sowie letztlich die N-Effizienz. In den Versuchen von Williams et al. (1997) bewirkte chronischer Stress durch mangelnde Hygiene und erhöhtem Keimdruck Leistungseinbussen von 10 – 25 % und einen verringerten Muskelanteil bzw. N-Ansatz.

Mastauswertungen aus dem süddeutschen Raum belegen den Einfluss der Produktionstechnik auf die

in Praxisbetrieben erzielten Leistungen (Tab. 3). Leider fehlen entsprechende, öffentlich zugängliche Auswertungen von schweizerischen Praxisbetrieben. Die beobachteten Tendenzen und Ansatzpunkte zur Optimierung dürften auch auf unsere Verhältnisse zutreffen. Bei der Grössenordnung der Futterverwertung ist zu berücksichtigen, dass in Deutschland auf ein Mastendgewicht von 120 kg gemästet wird.

Tabelle 3. Einfluss der Produktionstechnik auf die Mastleistung in Praxisbetrieben (Mauer, Bildungs- und Wissenszentrum Boxberg, 2009)

2005-2008 Verluste % TZW g FVW kg/kg

Futterzuteilung

rationiert ad libitum Weibchen ad lib

Kastraten rat

3.7 3.9 3.3

719 728 754

2.94 2.95 2.89 Phasen-

fütterung

einphasig 2-phasig 3-phasig multiphasig

4.2 2.9 3.7 3.6

719 728 735 740

2.96 2.94 2.93 2.93 Stallraum

m³/Schwein

2.5 3.0 3.5 4.0

4.8 2.9 1.9 0.5

622 654 732 758

3.45 3.23 3.02 2.88 Gruppengrösse 1-12

13-20 21-35

2.5 2.8 4.1

708 702 651

k. A.

Aufstallung geschlechtsgetrennt gemischt

3.5 3.9

740 727

2.93 2.95

Heizen ganze Mast

ohne Heizung

3.6 4.2

740 693

2.94 3.01

Bei der Mischfutterherstellung ist die Futterzusammensetzung über eine Eingangs- und Ausgangskontrolle zu überwachen. Die Handhabung von Sicherheitsmargen und gewählten Restriktionen in den Optimierungsprogrammen lässt einen gewissen Spielraum zu. Aufgrund der Variabilität der Futterrohkomponenten, der Tiergenetik und Betriebsverhältnisse sind Sicherheitsmargen eine Ermessensfrage. Die Futteroptimierung auf Stufe ilealer Verdaulichkeit der Aminosäuren auf der Grundlage des Idealproteinkonzeptes kommt dem Aminosäurenbedarf am nächsten (ALP 2004, GfE 2006). Da noch nicht alle Rohkomponenten durch Verdaulichkeitsversuche abgestützt sind, werden die Lücken mit Schätzungen gefüllt oder es wird nach Bruttogehalt gerechnet. In Spezialfällen kann es zu Fehleinschätzungen kommen. Lysin reagiert besonders empfindlich auf Hitzeschädigung von thermisch behandeltem Futter. Durch die Maillard-

Reaktion (Verbindung mit Zucker) wird die Lysinverfügbarkeit für die Proteinsynthese drastisch eingeschränkt (Moughan et al. 2000). Auswirkungen auf die Leistung sind zu erwarten.

Die bedarfsgerechte Proteinversorgung in allen Produktionsphasen ist eine emissionsmindernde Massnahme mit grosser Wirkung. In der Praxis werden häufig Kompromisse gemacht, welche zum Teil technische und logistische Ursachen haben. Ein Teil dieser Kompromisse liesse sich vermeiden und dadurch können die Totalemissionen der Branche reduziert werden.

2.1.2. Ganzkörperzusammensetzung und N-Ansatz

Die vergleichende Ganzkörperanalyse wird als Methode benutzt, um den Protein- bzw.

Aminosäurenansatz während Wachstumsphasen zu messen. Davon ausgehend wird der Aminosäurenbedarf abgeleitet. Mit den gleichen Daten lässt sich der N-output (die N- Ausscheidungen) einer definierten Zeitspanne indirekt als Differenz zwischen Futter-N und N- Ansatz im Leerkörper berechnen. Als Alternative werden N-Bilanzversuche mit Haltung der Schweine in Stoffwechselkästen (bei sehr eingeschränkter Bewegungsfreiheit) angewendet. Mit der quantitativen Sammlung von Kot und Harn und der Messung der Proteinaufnahme lässt sich die N- Retention berechnen und differenzierte Aussagen über das Kot-Harnverhältnis und Zusammensetzung des Kot-Harngemisches sind möglich. Beide Methoden haben Vor- und Nachteile (GfE 2006). Es besteht aber Konsens darüber, dass N-Bilanzversuche messtechnisch bedingt im Vergleich zur Ganzkörperanalyse den N-Ansatz systematisch überschätzen bzw. die N- Ausscheidungen unterschätzen. Die Grössenordnung der Abweichung bewegt sich in einem Bereich zwischen 5 und 15 % (Quiniou et al 1995, Haude 2003). In der Diskussion um Reduktionspotentiale von N-Ausscheidungen ist es nicht unerheblich, auf welche Methode sich die Aussagen stützen. Bei den in den folgenden Abschnitten zusammengestellten Angaben zum N-output, N-Ansatz und N- Effizienz wird der Ganzkörperanalyse wenn immer möglich Priorität gegeben. Da die vergleichende Ganzkörperanalyse mit grossem Aufwand verbunden ist, wurden Schätzgleichungen aus Schlachtkörperzerlegungsdaten zur Schätzung der chemischen Zusammensetzung des Ganzkörpers abgeleitet. Diese haben aber nur für den jeweils benutzten Genotyp Gültigkeit.

Im Verlaufe des Wachstums nimmt der Fettgehalt im Ganzkörper zu, während der Proteingehalt bei insgesamt kleinerer Streuung auf relativ konstantem Niveau von 13 – 17 % RP bleibt (Abb. 12). Eine Ausnahme bilden neugeborene Ferkel, die bei einem Fettgehalt von <2 % mit sehr wenig Fettreserven geboren werden. Durch den Zuchtfortschritt hat sich in den letzten 25 Jahren die Körperzusammensetzung von Mastschweinen verändert. Bei MLP-Prüftieren erhöhte sich der Anteil wertvoller Fleischstücke im Mittel von 52 % (1980) auf 58 % (2005) und der Anteil Fettgewebe sank

von 16 % auf 12 % ab (SUISAG, 2008). Ein höherer Muskelanteil heisst auch mehr N im Ganzkörper. Die Körperzusammensetzung von Sauen schwankt über die Reproduktionszyklen, in denen sich Mobilisierungs- mit Regenerierungsphasen abwechseln.

Abb. 12. Rohprotein- und Fettgehalt im Leerkörper (ohne Darminhalt) von Schweinen im Gewichtsbereich 1.3 kg bis 180 kg (Zeitbereich: 1980-2008; GfE 2004, Bee 1993, Berk und Schulze 2001, Beyer et al 1994, Bracher-Jakob 1990a+b, Dourmad et al 1998, Etienne 2005, Gill 2006, Haude 2003, Martinez-Ramirez et al 2008, Wagner et al 1999, Wesseling 2003, Weis et al 2004 )

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Leerkörpergewicht kg

% RP, % Fett im LK

% RP % Fett Jungsauen bis 1. Absetzen

Die retinierte N-Menge nimmt mit dem Gewicht der Schweine linear zu. Die Fettmenge hat einen exponentialen Verlauf, da der prozentuale Körperfettgehalt im Verlaufe der Mast steigt. Zudem ist die Entwicklung der Fettmenge stärker geschlechtsabhängig (Abb. 13, gleiche Datengrundlage wie Abb. 12). Kastraten setzen am meisten Fett an. Die letzten Schweizer Daten aus den Jahren 1990/93 (Bracher-Jakob 1990, Bee 1993) zeigen im Mittel mehrerer Versuchsreihen für Kastraten eine N- Menge von 2.183 kg bei 102 kg LG (Leerkörpergewicht von rund 97 kg). Eine Extrapolation auf heutige Verhältnisse lässt vermuten, dass dieser Wert im Bereich von 2.40 kg N anzusiedeln ist und für Mastsauen und Eber 100 rep. 200 g N höher liegt. Die ausländischen Angaben basieren auf anderer Genetik und der Regressionswert aus Abb. 13 kann nicht 1:1 übernommen werden. Die Datenlücke aus schweizerischer Sicht lässt sich nur über gezielte Ganzkörperanalysen von aktuellen Genotypen ergänzen. Die Schliessung dieser Lücke ist wichtig, da durch die Retention der Bedarf

beeinflusst wird und nur bei korrekter Schätzung des Bedarfs eine emissionsarme Fütterung anvisiert werden kann. Im Weiteren führen Ungenauigkeiten (Unterschätzung) bei der Schätzung der Retention zu Fehlern (Überschätzung) der berechneten Ausscheidungen.

Abb. 13. N- und Fettmenge im Leerkörper von Schweinen im Gewichtsbereich 1.3 kg bis 120 kg (gleiche Daten wie Abb. 12)

N-Menge im Leerkörper 1980-2008 Fettmenge im Leerkörper 1980-2008

y = 0.0242x + 0.0246 R² = 0.9806 y = 0.0261x + 0.0149

R² = 0.9824

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Leerkörpergewicht kg

kg

N mk N w+m Kastraten Weibchen, Eber

CH Daten

y = 0.0439x^{1.372 9} R² = 0.9686

y = 0.04x^{1.35 68} R² = 0.9346

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Leerkörpergewicht kg

kg

Fett mk Fett w+m Kastraten Weibchen, Eber

N-Menge im Leerkörper >1999 Fettmenge im Leerkörper >1999

y = 0.0256x + 0.0034 R² = 0.9921 y = 0.0269x - 0.0018

R² = 0.9918

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Leerkörpergewicht kg

kg

N mk N w+m Kastraten Weibchen, Eber

y = 0.0505x^1.3409 R² = 0.977

y = 0.0443x^1.3156 R² = 0.9572 0.0

5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Leerkörpergewicht kg

kg

Fett mk Fett w+m Kastraten Weibchen, Eber

kg N bei 100 kg LK CH Daten 1990/93 <1998 Reg₁₀₀ >1999 Reg₁₀₀

Kastraten 2.183 kg N 2.34 kg N 2.56 kg N

Weibchen, Eber 2.59 kg N 2.67 kg N

Die im Ganzkörper retinierte N-Menge findet Eingang in den Import/Exportbilanzen als Richtgrösse für den N-Export von Tierverkäufen oder Abgängen. Die verwendete Richtgrösse von 22.2 g N/kg LG bei über 60 kg schweren Schweinen ist einer kritischen Prüfung zu unterziehen (Abb. 14). Bei Mastsauen und im Fall von Ebermast ist dieser Wert zu tief angesetzt. Wie weit der Wert grundsätzlich nach oben korrigiert werden sollte, kann nur mit aktuellen Ganzkörperanalysen von Schweinen schweizerischer Herkunft schlüssig belegt werden. Bei Muttersauen ist grundsätzlich mit

einer grossen Streubreite von 21 bis 26 g N/kg LG zu rechnen (gemäss Schätzgleichungen von Dourmad et al 2008), da die Fett- und Proteinmenge im Verlaufe der Trächtigkeit und Laktation angesetzt und wieder mobilisiert wird. Der untere Wert gilt für fette, trächtige Sauen und der obere Werte für stark abgesäugte Sauen, was allerdings mit Schweizer Genetik noch bestätigt werden müsste.

Abb. 14. Retinierter N im Ganzkörper von Schweinen in g N/ kg LG in Abhängigkeit des Lebendgewichtes (Daten wie Abb. 12)

14 16 18 20 22 24 26 28 30

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

LG kg

g / k g

mk, gem w, m

IMPEX Kennzahl

Wie aus Abbildung 13 ersichtlich ist, nimmt im Verlauf des Wachstums der relative Anteil des Fettansatzes am Gesamtansatz zu. Als Folge davon sinkt der Protein- bzw. Aminosäurenbedarf pro MJ Futterenergie (Abb. 15, Stoll et al 2004). Unterhalb des maximalen Proteinansatzvermögens ist der Proteinansatz linear von der Energieaufnahme abhängig. (Quiniou et al 1996). Die Fütterungsnormen wurden 2004 das letzte Mal aktualisiert und decken auch fleischbetonte Genotypen ab. In einer künftigen Revision wäre es sinnvoll, den Bedarf analog den deutschen Empfehlungen nach Geschlecht differenziert anzugeben und die Genotypgruppen (gemäss MFA) zu kennzeichnen. Die Unterschiede von Nachkommen aus Vater- bzw. Mutterlinien werden zunehmen.

Die Umsetzung der bedarfsgerechten Proteinversorgung bedingt eine stufenweise Anpassung der Futterzusammensetzung. Mit dieser sogenannten Phasenfütterung können die Perioden von Proteinmangel und Proteinüberschüssen minimiert werden. Da überschüssiges Protein vor allem über den Harn wieder ausgeschieden wird, ist dies emissionsrelevant.

Kurzporträt:

Bereich Sauen

Kurzporträt:

Abb. 15. Lysinbedarf (brutto) in Abhängigkeit des Lebendgewichtes (Stoll et al 2004)

0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95

5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 kg Lebendgewicht

Lys g/MJ VES

5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0

Lys g/kg Futter

Lys g/MJ VES Lys g/kg Futter 13.5 MJ Lys g/kg Futter 14 MJ

Wird die Phasenfütterung mit Protein reduziertem Futter kombiniert, dessen Aminosäurenprofil mit synthetischen Aminosäuren optimiert wurde, wird bei maximaler N-Effizienz das Reduktionspotenzial von der N-Inputseite her ausgeschöpft. Die N-Effizienz (N-Retention/N-Input) ist abhängig von der Tierkategorie und Produktionsphase (Abb. 16).

Abb.16. Variationsbreite der N-Efizienz nach Schweinekategorie (Daten aus Literaturverzeichnis)

87

65

55

45

30

64 82

45

30 25

5

45

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Saugferkel Absetzferkel Vormast Ausmast trächtigeSauen lakt. Sauen

%

Die N-Effizienz kann bei Galtsauen unter 10 % fallen (Beyer et al 1994a). Die N-Effizienz der Galtsauen liegt wesentlich tiefer als jene der säugenden Sauen oder der Mastschweine. Die Saugferkel verwerten den Futter-N am effizientesten. Rund 85 % werden angesetzt. Die

physiologischen Gegebenheiten setzten bezüglich der Optimierung Limiten. Den bestehenden Spielraum in der N-Effizienz gilt es über Fütterungsmassnahmen auszuschöpfen.

2.2. Emissionsmindernde Fütterungsmassnahmen

2.2.1. Proteinreduzierte Fütterung, N-Output, N-Effizienz, Harnanteil

Mit proteinreduzierten Rationen, die über Phasenfütterung, über optimierte Aminosäurenprofile oder beidem erreicht werden, werden quantitative und qualitative Effekte erzielt, wie sie schematisch in Abbildung 17 dargestellt sind.

Abb. 17. N-Bilanz, Güllenzusammensetzung und NH3-Emissionen während der Ausmast bei drei Proteinstufen (NH3-Messung bei Stallmast auf Teilspaltenboden, Canh, 1998).

a) N-Bilanz, NH₃-Emission b) Güllenzusammensetzung

29.3

23.2

16.2 8.61

8.59

8.31 23.6

22.6

21.96

0 10 20 30 40 50 60 70

16.5 % RP 14.5 % RP 12.5 % RP

g N/Tier, Tag

0 1 2 3 4 5 6 7 8

NH3-N g/Tier, Tag

Harn-N g Kot-N g Ret-N g NH3-N g Emiss

9.14 8.83 8.7 8.16

7.22 5.43

0 5 10 15 20

16.5 % RP 14.5 % RP 12.5 % RP

pH, TAN-N g/100 g TS

50 55 60 65 70 75 80 85

%

pH TAN-N g/100g TS Harn-N % TAN %

Zusammengefasst verändern sich folgende Merkmale:

1. N-output ↓, N-Effizienz ↑

2. Harnanteil in Gülle ↓, TAN-Anteil ↓, TAN-Menge ↓ 3. pH in Gülle ↓

4. Wasseraufnahme ↓, Harnmenge ↓ 5. Harnenergie ↓

6. Anteil Proteinträger im Mischfutter ↓, Anteil synthetischer Aminosäuren ↑

7. Falls die Proteinreduktion nicht mit einer Verbesserung der Proteinqualität (Aminosäurenprofil) einhergeht oder nur teilweise kompensiert wird, werden Mast- und Schlachtleistung vermindert: TZW ↓, MFA ↓, Organfraktion ↓, Fett im Schlachtkörper ↑, N- Effizienz ↓ wenn TZW stark eingeschränkt wird (Kerr et al, 1995, Ruusunen et al 2007).

NH3-Emission ↓

Die Emissionsminderung kommt vor allem über einen reduzierte N-Ausscheidung und einem verminderten Harnanteil zustande, die durch einen tieferen Güllen-pH noch unterstützt werden. Die Grössenordnung der Effekte einer Absenkung des Proteingehaltes in der Gesamtration (gewichteter Mittelwert der Gesamtmast) von Mastschweinen geht aus Abbildung 18 und 19 hervor. Es wurden Versuche berücksichtig, die sich über die ganze Mastperiode erstrecken und in denen die vergleichende Ganzkörperanalyse zur Erfassung der N-Retention angewendet wurde.

Durchmastfutter (abgekürzt DM, gleiche Futterzusammensetzung während der ganzen Mast) mit über 17 % RP verursachen N-Ausscheidungen von 4 – 4.6 kg pro Tier. Im optimalsten Fall unter Anwendung der Multiphasenfütterung kombiniert mit einer Proteinreduktion auf 11.8 % RP in der Gesamtration kann dieser Wert auf 1.83 kg N gedrückt werden (Bourdon et al 1995). Bei Tageszunahmen von über 800 g entspricht dies einer N-Effizienz von nahezu 50 %. Dies dürfte nahe an der physiologisch möglichen Limite und in dieser Form in der Praxis kaum umsetzbar sein.

Ein gleicher durchschnittlicher RP-Gehalt der Gesamtration kommt über verschiedene Strategien zustande. Es macht einen Unterschied, ob dahinter ein Durchmastfutter oder zwei bzw. mehrere Phasenfutter stehen. Vergleicht man das Durchmastfutter 12.5 % RP (Bee 1993) mit dem 2- Phasenfutter 11.8 % (Tuiteok et al 1997), weichen die Ergebnisse voneinander ab. Die N- Ausscheidungen sind im ersten Fall höher bei gleichzeitig reduziertem Tageszuwachs und schlechterer N-Effizienz. Die Strategie, ein Durchmastfutter auf einen sehr tiefen Proteingehalt zu reduzieren, wird der bedarfgerechten Proteinversorgung nicht gerecht. Die Versorgung mit allen essentiellen Aminosäuren ist nicht in allen Wachstumsphasen gewährleistet, was zu Leistungseinbussen führt, wie dies im Versuch von Bee (1993) beobachtet wurde. Der Versuch von Haude (2003) ist in Abbildung 18 mitgeführt, um die Auswirkung eines Mastendgewichtes von 120 kg auf die ausgeschiedene N-Menge zu zeigen.

Insgesamt übersteigen die prozentualen Reduktionen im N-output die prozentualen Einsparungen beim Futter-N (Abb. 19). Von dieser Regel ausgenommen ist der Versuch von Bee (1993). Bei gleichem Proteingehalt von 165/162 g/kg wurde einzig von rationierter auf ad libitum Fütterung gewechselt. Obwohl die Mastdauer sich verkürzte und die Tageszunahmen stiegen, hat dies die N- Ausscheidungen nicht vermindert und die N-Effizienz nicht verbessert, sie ist numerisch sogar gesunken.. Dies zeigt, dass der N-output und die N-Effizienz Resultanten aus dem komplexen Zusammenspiel zwischen Proteinqualität und Proteinversorgung im Verhältnis zum Bedarf und der Produktionstechnik sind.

Abb. 18. N-input, N-output, NH3-Emissionen, N-Effizienz bei Phasen- und proteinreduzierter Fütterung von Mastschweinen

4.58 4.59

3.02 3.96

3.04 3.44

3.87

3.283.00

3.503.11 2.59

4.59

3.563.19 2.36

1.83 3.61 3.86

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0

DM 172 DM 185 DM 125 DM 174 2-PH 157 2-PH 145 2-PH 165 2-PH 162 2-PH 157 2-PH 158 2-PH 141 2-PH 151 2-PH 137 2-PH 118 3-PH 160 DM 167 MPH 157 MPH 135 MPH 118

RP g/kg Gesamtration

N kg

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

N-Effizienz %

Fut-N tot kg N-output kg NH3-N kg N-Effizienz

Zusatzangaben zu Abbildung 17

Quelle Bee 1993

Latimier et

al 1993 Bee 1993

Bracher- Jakob 1990a,b

Tuitoek et al 1997a,b

Haude

2003 Bourdon et al 1995

LG Start 24.3 32 21 22 28 28 21 30 25.6

LG Ende 104 102 101 101 102 102 120 100.8

Fütterung rat rat rat rat adl adl rat adl rat rat

Phasen DM DM DM 2PH 2PH 2PH 2PH 2PH 2PH 3PH DM Multiphasen

RP g PH1 178

162 180 180 201 201 166 150 130 180

RP g PH2 164

RP g PH3

172 185 125 174

155

135 150 150 141 140

114 142 130 110 140

167 178

↓ 145 139

148

↓ 125

Aminos. - red opt opt - - opt opt

red - opt

red opt opt opt red

Sex mk mk+w mk mk w mk+w mk+w

Dauer 99 99

110 90 99 85 81 86.7

90 93 91

92 109 89 88

89 91

TZW g 809 822

759 781 795

786 799 937 902 843

820 870 860

840 825 824 855

843 823

Bei der prozentualen Betrachtungsweise ist immer zu berücksichtigen, wo die Vergleichsbasis in ihrem absoluten Niveau einzuordnen ist und welches Leistungsniveau und welche Genetik die Schweine verkörpern. Global gesehen, ist die Aussage zulässig, dass beim Wechsel von einem Durchmastfutter 17-17.5 % RP auf 2-Phasenfutter (16 % RP in Gesamtration) sich die N- Ausscheidungen um 10 % verringern. Die Wirkung einer weiteren N-Reduktion im Futter auf das Ausmass des N-outputes hängt davon ab, ob mit der eingesetzten Proteinqualität die Leistung

gehalten werden kann. Unter Versuchsbedingungen sind verringerte N-Ausscheidungen bis 45 % möglich. Unter Praxisbedingungen bewegt sich dies in einer Grössenordnung von 20-25 %, da kein Risiko von Leistungsminderungen in Kauf genommen werden will.

Abb. 19. Veränderung des N-inputs, N-outputs und NH3-Emissionen bei proteinreduzierter Fütterung von Mastschweinen (Daten aus Abb. 17; Kontrolle = 0)

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20

185 125 174 157 145 165 162 158 141 151 137 118 167 157 135 118

F ut-N % K O N N-output % K O N NH3-N % K O N R P g/kg G es amtration

Das Reduktionspotential in den N-Ausscheidungen ist durch oben zitierte Versuche gut belegt und wird durch zahlreiche N-Bilanzversuche zusätzlich gestützt (Gatel et al 1992, Quiniou et al 1995, Canh 1998, Kreuzer et al 1998, Le Bellago et al 2001, 2002, Portejoie et al 2002, Zervas et al 2002).

Weniger gut dokumentiert ist die gleichzeitige, quantitative Erfassung der N-Ausscheidungen zusammen mit den Ammoniakemissionen integral über eine ganze Mastperiode und anschliessende Lagerung/Ausbringung, und dies noch in Abhängigkeit von Fütterungsvarianten. Die meisten Angaben beschränken sich auf die Stallemissionen. Latimier et al (1993, Abb. 18, 19) hat die Ammoniakemissionen als NH3-N indirekt als Differenz zwischen N-output und der in der Gülle analysierten N-Menge bei Versuchsende berechnet. Mit Durchmastfutter (174 g RP/kg Futter) gingen pro Schwein 1.105 kg N als Ammoniak verloren, während bei Phasenfütterung 0.97 (178/155 g RP/kg Futter) bzw. 0.83 kg N (161/135 g RP/kg Futter) sich verflüchtigten. Dies entspricht einer Emissionsminderung im Stall von 12 bzw. 25 %. Die Ammoniakverluste repräsentieren 27 – 27.9 % der N-Ausscheidungen. Pro Masttag und Schwein resultiert bei Vollspaltenboden und einer Mastdauer von 90 Tagen eine NH3–N-Emission von 12.3 g, 11.0 g bzw. 9.2 g. Die Genauigkeit dieser indirekten Erfassung der NH₃-Emissionen hängt von der Güte der Güllenanalysen ab.

Insbesondere bei der Probennahme muss sehr sorgfältig vorgegangen werden, um zu repräsentativen Güllenproben zu kommen. Die Grössenordnung der NH3-Emissionen im Versuch von Latimier et al (1993) reiht sich ein in Angaben von direkt gemessenen NH3–N-Emissionen (Abb. 20, Tab. 4). Bei einer nicht optimierten Proteinversorgung wurden unter schweizerischen Bedingungen 0.6 g bis 14.1 g NH3–N-Emissionen pro Tier und Tag gemessen, die im Sommer mit Auslauf auf über 30 g hochschnellen können (Berry et al 2005, Abb. 20). Leider wurde in diesem Versuch die Proteinversorgung nicht variiert, so dass keine Aussage über eine Emissionsminderung bei Protein optimierter Fütterung gemacht werden kann. Die Angaben ergeben aber eine wertvolle Vergleichsbasis, an der künftige Messungen bei variierten Fütterungsmassnahmen zu messen sind.

Abb. 20. Ammoniakemissionen im Stall in Abhängigkeit der N-Aufnahme im Mastverlauf (Durchmastfutter rund 18 % RP), der Saison und Aufstallung (adaptiert nach Berry et al 2005)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

NH3-N-Emissionen g/Tier, Tag

N-Aufnahme g/Tag

Sommer VS, TS Winter VS, TS Sommer+Auslauf Winter+Auslauf

Endmast

Wie aus Abbildung 20 und Tabelle 4 hervorgeht, ist die Höhe der NH₃-Emissionen neben der Proteinzufuhr, Saison und Aufstallung auch vom Wachstumsstadium bzw. dem Lebendgewicht der Tiere abhängig. Da die NH₃-Emissionen selten kontinuierlich und über den ganzen Mastbereich gemessen werden, sind Aufrechnungen der NH₃-Emissionen pro Umtrieb oder pro Mastplatz mit einer Schätzungenauigkeit behaftet. Messtechnisch ist noch Entwicklungsarbeit zu leisten. Eine