LoKUS: Lenkung des Kot- und Urinabsatzes bei Schweinen

LoKUS -_Lenkung des Kot- und Urinabsatzes bei

Schweinen in Gruppenhaltung mittels operanterKonditionierung: Ein Ansatz für tiergerechte und

umweltschonende Haltungssysteme

Forschungsantrag

Tönnies Forschung

Antragsteller: Prof. Dr. Nicole KemperDr. Michaele FelsInstitut für Tierhygiene, Tierschutz undNutztierethologie (ITTN)Stiftung Tierärztliche Hochschule HannoverBischofsholer Damm 1530175 Hannover

in Kooperation mit

ISN-Projekt GmbHDr. Karl-Heinz Tolle

Educatieboerderij Walnoot & WilgDr. Kees Scheepens

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LoKUS: Lenkung des Kot- und Urinabsatzes bei Schweinen

Thematischer Hintergrund

Schweine sind natürlicherweise bestrebt, ihre Umgebung in sogenannte

Funktionsbereiche zu unterteilen. Insbesondere Elimination (Kot- und Urinabsatz)

und Liegeplätze werden hierbei strikt voneinander getrennt (Geers, 2007). Durch

bauliche Strukturierung der Bucht kann die Trennung derartiger Funktionsbereiche

unterstützt werden, insbesondere kann die Lokalisation von Bereichen für Kot- und

Urinabsatz beeinflusst werden (Vermeer et al., 2015). Schweine bevorzugen kühle

und geschützte Orte, um Eliminationsverhalten auszuführen. So kann der Ort des

Kot- und Urinabsatzes beispielsweise durch das Vorhandensein kühlerer Bereiche

(Olsen et al., 2001), wie eines Außenbereiches, gesteuert werden. Zudem werden

Ecken und Wände zum Kot- und Urinabsatz bevorzugt, ebenso wie feuchte Bereiche

in der Umgebung von Tränken (Olsen et al., 2001). Die Auswahl des Ortes, an dem

Eliminationsverhalten ausgeführt wird, kann auch von der Lokalisation anderer

Funktionsbereiche in der Bucht beeinflusst werden. Kot- und Urinabsatz schließen

sich meist zeitlich an die Futter- und Wasseraufnahme an, und insbesondere der

Urinabsatz folgt oft unmittelbar auf die Wasseraufnahme (Vermeer et al., 2015),

Somit kann gerade die räumliche Anordnung von Tränken den Ort für Harn- und/oder

Kotabsatz bestimmen. Zudem kann die Beleuchtungsstärke den von Schweinen

gewählten Ort zur Elimination beeinflussen. So wurde beobachtet, dass Schweine für

ihr Eliminationsverhalten Bereiche mit höherer Lichtintensität dunkleren Bereichen

vorzogen (Olsen et al., 2001; Taylor et al., 2006). Die Lokalisation eines Ortes für

Elimination kann demnach durch die Haltungsumgebung beeinflusst werden.

Die (bauliche) Unterstützung des Anlegens verschiedener Funktionsbereiche

ermöglicht hierbei nicht nur die Ausübung natürlicher Verhaltensweisen, wie die

Trennung von Kot- und Liegeplatz, sie bietet auch aus Sicht der Tierhygiene Vorteile

(McGIone & Pond, 1955). Das Vorhandensein eines eigenen Bereiches für

Elimination verhindert die Verschmutzung der übrigen Buchtenbereiche,

insbesondere der Futter- und Liegeplätze und senkt den Infektionsdruck. Weiterhin

kann der Ammoniakgehalt der Stallluft reduziert werden, wenn der flächenmäßige

Anteil der Kot- und Harnverschmutzung in der Bucht gesenkt wird. Dies spielt

insbesondere bei Teilspaltenböden eine Rolle (Franke, 2003). Ist die durch Kot

verschmutzte Fläche je Tier gering, ist auch die Ammoniakabgabe aufgrund einer

kleineren emittierenden Fläche vermindert (Hesse, 2002). Wäre es zudem möglich,

den Kot- vom Urinplatz zu trennen, könnten Ammoniakgehalte in der Stallluft weiter

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gesenkt werden, denn gerade das Zusammenwirken von Kot und Urin fördert die

Ammoniakbildung (Dai & Karring, 2014).

Hier setzt die im Rahmen dieses Projektes geplante Untersuchung an. Wie oben

ausgeführt, sind Schweine natürlicherweise bestrebt, feste Orte für Elimination

anzulegen. Es handelt sich hierbei um ein intrinsisch motiviertes Verhalten und

demnach nicht um eine erlernte Verhaltensreaktion, die konditioniert werden müsste.

Der Ort, an dem dieses Verhalten ausgeübt wird, kann jedoch vom Tierhalter

beeinflusst werden, sei es baulich oder unter Umständen auch durch

Konditionierung. Schweine verfügen über außerordentliche kognitive Fähigkeiten, so

dass sie in der Lage sind, schnell neues Verhalten zu erlernen bzw. sich an ihre

Umwelt anzupassen (Gieling et al., 2011). Das Ziel dieses Projektes ist es daher,

Schweine über operante Konditionierung an die Lokalisation und insbesondere an

die räumliche Trennung von Kot- und Urinplätzen heranzuführen. Der Kotabsatz soll

hierbei an einem anderen Ort als der Urinabsatz erfolgen. Dadurch soll unter

Nutzung des natürlichen Verhaltens der Schweine und ihrer kognitiven Fähigkeiten

die Hygiene der Haltungsumgebung sowie der Stallluft (Ammoniak) verbessert

werden. Weiterhin kann die kognitive Forderung und Beschäftigung der Schweine

positive Auswirkungen auf das Tierwohl haben (Manteuffel et al., 2009).

Hinsichtlich des Einsatzes operanter Konditionierung bei Nutztieren zur

Beeinflussung des Ortes, an dem Eliminationsverhalten ausgeführt wird, liegen

bisher kaum wissenschaftliche Untersuchungen vor. Gerl (2011) zeigte, dass es

möglich ist, Pferde in Einzelhaltung durch ein automatisiertes Belohnungssystem

darauf zu konditionieren, an einer bestimmten Stelle der Box Kot und Urin

abzusetzen. Der Absatz von Kot und Urin wurde in diesem Fall über Infrarotsensoren

am Boden oder über ein Kamerasystem erkannt. Erfolgte er an der vorgesehenen

Stelle, erhielt das Pferd eine Belohnung aus einem Futterautomaten. Eine ähnliche

Untersuchung startet in Kürze mit Kälbern (Dirksen, 2018). Für Schweine fehlen

solche Studien bisher.

Dass Schweine vom Ferkelalter an in der Lage sind, bestimmte Verhaltensweisen

über operante Konditionierung auch unter landwirtschaftlichen Praxisbedingungen zu

erlernen, wurde bereits in einigen Studien gezeigt. So trainierten Sonoda et al.

(2013) Saug- und Absetzferkel auf ein akustisches Signal, dem eine Futtergabe

folgte. Auch Läuferschweine und Sauen wurden bereits erfolgreich auf akustische

Signale oder gar einen individuellen dreisilbigen Namen trainiert, der mit der

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Fütterung verknüpft wurde. So konnten Einzeltiere einer Gruppe gezielt zur Fütterung

gerufen werden (Ernst et al., 2005; Manteuffel et al., 2010; Zebunke et al. 2011). Die

ausgeprägten kognitiven Fähigkeiten der Schweine sollen auch für das geplante

Projekt genutzt werden, bei dem in Gruppen gehaltene Schweine unter

Praxisbedingungen zunächst manuell, dann automatisiert auf das Anlegen getrennter

Kot- und Urinplätze konditioniert werden sollen.

Eine Realisierung der Lenkung des Kot- und Urinabsatzes bietet völlig neue,

innovative Möglichkeiten für Haltungssysteme für Schweine, beginnend bei der

Gestaltung des Bodens mit einer Reduzierung des Spaltenanteils bis hin zur

Verwertung des getrennten Urins und Kots und durch die Verringerung von

Ammoniakemissionen zum Verzicht auf End of pipe'-Luftwäscher. Die Einrichtung

einer Schweinetoilette mit getrenntem Kot- und Urinbereich eröffnet sowohl für

niederländische, aber insbesondere auch für deutsche schweinehaltende Betriebe

ganz neue Lösungsansätze sowohl in der Tierwohl- als auch in der Nährstoffrage.

Ein funktionierendes Toilettensystem ermöglicht völlig neue Planungshorizonte

hinsichtlich der Boden- und Buchtengestaltung. Auch in der Frage der Emissionen

ergeben sich hierdurch substanzielle Verbesserungsansätze, die sich neben den

Umweltaspekten nicht zuletzt bis auf die Frage der Tiergesundheit durch eine

verbesserte Luftqualität im Stall auswirken. Das wiederum lässt deutliche Fortschritte

auf dem Weg zum Verzicht auf das Kupieren der Schwänze beim Schwein erhoffen.

Ein weiterer Aspekt kommt hinzu: Durch die Kot-und Harntrennung können auch in

der ebenso brennenden Nährstofffrage in den Veredlungsregionen neue Wege

beschriften werden. Durch eine getrennte „Weiterverarbeitung der Exkremente

können die Nährstoffe besser transportiert und deutlich gezielter in der

Pflanzendüngung eingesetzt werden. Dieses Projekt wird somit sehr wichtige

Beiträge zur aktuellen Diskussion um eine zukünftige, tier- und umweltgerechte

Schweinehaltung leisten.

Versuchsaufbau und Methoden

Erste Vorversuche zur Konditionierung von Einzeltieren auf getrennte Kot- und

Urinplätze mittels manueller Gabe von süßen „Zitronenbonbons wurden bereits

erfolgreich auf dem Betrieb Scheepens in Holland durchgeführt (Educatieboerderij

Walnoot&Wilg, Oirschot, Niederlande). Dort wird eine Herde Berkshire-Schweine

gehalten. Für die Idee und angewandte Methode besteht seitens Herrn Dr. Kees

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Scheepens bereits ein Patent ( Method and animal housing for separating manure ,

International Publication Date 18th June 2015).

Aufgrund der erfolgreichen und vielversprechenden Ergebnisse der Vorversuche

sollen sich weitere Versuche zum Einsatz der Trainingsmethode auf dem

Praxisbetrieb von Kees Scheepens anschließen. Hierzu wird ein Versuchsdesign

entwickelt, mit dessen Hilfe die Konditionierung von Aufzucht- und Mastschweinen

zur Trennung von Kot- und Urinbereichen in der Bucht erfolgen soll. Finales Ziel ist

es hierbei, unter Einbeziehung eines Industrieunternehmens (Kamplan B.V., Boxtel,

Niederlande) ein System zur automatisierten Konditionierung zu entwickeln und zu

erproben, das unter Praxisbedingungen in Schweinegruppen einsetzbar ist.

Die in diesem Projekt erarbeiteten Erkenntnisse werden über die

Kommunikationswege der ISN entweder direkt an ihre Mitglieder weiter transferiert

oder fließen über das Berater- und Firmennetzwerk in die Praxis ein.

Das Projekt ist in fünf ineinandergreifende Arbeitspakete (AP) unterteilt:

AP 1: Auswahl der Buchten und Tiere auf dem Praxisbetrieb; Anpassung/Neubauten der

Buchtenstruktur an die für den Versuch nötigen Anforderungen und Installation der

Videotechnik; erste Versuche mit manueller Konditionierung an Gruppen mit 10-12

Aufzuchtferkeln. Für die manuelle Konditionierung sollen Hilfsmittel aus dem Hundetraining

eingesetzt werden, z. B. Manners Minder®-Futterautomaten (Dauer: 6 Monate)

AP 2: Entwicklung und Installation eines automatisierten Systems zur operanten

Konditionierung durch die Firma Kamplan (Dauer: 6 Monate)

AP 3: Fortführung der manuellen Konditionierung und erster Einsatz des Systems zur

automatisierten Konditionierung von Aufzuchtferkeln auf dem Praxisbetrieb,

wissenschaftliche Untersuchungen zum Verhalten der Tiere, insbesondere zum Lernerfolg,

zur Hygiene der Haltungsumgebung (Buchtenverschmutzung) und der Stallluft (Messung der

Schadgasemissionen) (Dauer: 12 Monate)

AP 4: Weiterverfolgung der trainierten Aufzuchtferkel in der Mast und Training zusätzlicher

zuvor untrainierter Mastschweine zu Mastbeginn

(wissenschaftliche Untersuchungen wie in AP 3) (Dauer: 18 Monate)

AP 5: Statistische Auswertung der Ergebnisse und Beurteilung der Praxistauglichkeit bzw.

Eignung des Systems in einem Abschlussbericht; wissenschaftliche Publikation (Dauer: 6

Monate)

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Zeitplan

Die Gesamtlaufzeit des Projektes beträgt 28 Monate.

Die zeitliche Verteilung der Arbeitspakete ist im Folgenden dargestellt:

Jahr 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12AP 1AP 2 MS 1AP 3 MS 2AP 4 |AP 5Jahr 2 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24AP 1AP 2AP 3AP 4 MS 3AP 5Jahr 3 25 26 27 28AS 1AS 2AS 3AS 4ASS MS 4

Folgende Meilensteine (MS) werden festgelegt:

MS 1: Die baulichen und technischen Voraussetzungen zur Versuchsdurchführung

auf dem Praxisbetrieb sind geschaffen.

MS 2: Erste Zwischenergebnisse aus der Ferkelaufzucht liegen vor.

MS 3: Erste Zwischenergebnisse aus der Mast liegen vor.

MS 4: Die Endergebnisse liegen vor und der Abschlussbericht ist erstellt.

Erforderliche Finanzmittel

Es werden Finanzmittel in Flöhe von 165.400 € benötigt. Seitens der TiHo Hannover

ist die Einstellung eines veterinärmedizinischen Doktoranden geplant. Es wird ein

Eigenanteil durch Bereitstellung von Arbeitsraum, Arbeitsmitteln und Fahrzeugen

zum Besuch des Praxisbetriebs in Holland geleistet.

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Personal TVL E 14 (50%) für 28 Monate 95.400 €

Reisekosten Fahrten nach Holland (Entfernung: 400 km, 2

Besuche pro Monat) => 11.600 €

Kosten für Übernachtungen (ca. 5 pro Monat

zu je 70 € über 24 Monate) => 8.400 €

20.000 €

Teilnahme an wissenschaftlichen

Konferenzen

2.000 €

Sachmittel Videotechnik und Software für

Verhaltensanalysen:

15.000 €

Verbrauchsmaterial 2.000 €

Technik zur Stallklimamessung 2.000 €

Hilfsmittel zur operanten Konditionierung

(T rainingsautomaten)

2.000 €

Aufwandsentschädigung Begleitung Bau von Buchten und

Unterstützung des Doktoranden

25.000 €

Publikationskosten 2.000 €

Gesamt 165.400 €

Dieser Projekt-Antrag ist bei keiner anderen Stelle eingereicht worden. Über einepositive Berücksichtigung würden wir uns sehr freuen.

Hannover, den 28.02.2018

LoKUS: Lenkung des Kot- und Urinabsatzes bei Schweinen

Literatur

Dirksen, N. (2018). Mündliche Mitteilung, Leibniz-Institut für Nutztierbiologie (FBN), Institut fürVerhaltensphysiologie Dummerstorf

Ernst, K., Puppe, B., Schön, P. C., Manteuffel, G. (2005). A complex automatic feeding system for pigsaimed to induce successful behavioural coping by cognitive adaptation. Applied Animal BehaviourScience, 91(3), 205-218.

Dai, X., Karring, H. (2014). A Determination and Comparison of Urease Activity in Feces and FreshManure from Pigs and Cattle in Relation to Ammonia Production and pH Changes. PLOS one, 9 (11),e110402.

Franke, W. (2003). Haltungslösungen für Schweine - Entwicklungsrichtungen und Praxisumsetzung.Arch. Tierz., Dummerstorf 46 (2003) Sonderheft, 43-47.

Geers, R. (2007). 2. Lying behaviour (location, posture & duration), pp 19-24. In Verlarde, A. & Geers,R. (2007) On farm monitoring of pig welfare. Wageningen Academic Publishers, Wageningen.

Gerl, C. (2011): Steuerung des Ausscheidungsverhaltens von Pferden in Einzelhaltung mit Hilfe derKonditionierung. Bakkalaureatsarbeit an der Veterinärmedizinischen Universität Wien und derUniversität für Bodenkultur Wien 2011.

Gieling, E.T., Nordquist, R.E., van der Staay, F.J. (2011). Assessing learning and memory in pigs.Animal Cognition, 14(2), 151-173.

Hesse, D. (2002). Neue Entwicklungen in der konventionellen Schweinehaltung. In: Neue Wege in derTierhaltung. KTBL-Schrift 408, 44-55.

Manteuffel, G., Langbein, J., Puppe, B. (2009): From operant learning to cognitive enrichment in farmanimal housing: bases and applicability. Animal Welfare 18, 87-95.

Manteuffel, G., Mannewitz, A., Manteuffel, C., Tuchscherer, A., Schräder, L. (2010): Social hierarchyaffects the adaption of pregnant sows to a call feeding learning paradigm. Applied Animal BehaviourScience 128, 30-36.

McGIone, J., Pond, W. (1955). Pig Production - Biological Principles and Applications. Thomson-Delmar Learning, United States.

Olsen, A.W., Dybkjaer, L., Simonsen, H.B. (2001). Behaviour of growing pigs kept in pens with outdoorruns II. Temperature regulatory behaviour, comfort behaviour and dunging preferences. LivestockProduction Science, 69, 265-278.

Sonoda, L., Fels, M., Rauterberg, S., Viazzi, S. et al. (2013): Cognitive enrichment in piglet rearing: anapproach to enhance animal welfare and to reduce aggressive behaviour. ISRN Veterinary Science.http://dx.doi.Org/10.1155/2013/389186.

Taylor, N., Prescott, N., Perry, G., Potter, M., Le Sueur, C., Wathes, C. (2006). Preference of growingpigs for illuminance. Applied Animal Behaviour Science, 96. 19-31.

Vermeer, H.M., Altena, H., Vereijken, P. F. G., Bracke, M..B. M. (2015). Rooting area and drinkeraffect dunging behaviour of organic pigs. Applied Animal Behaviour Science, 165, 66-71.

Zebunke, M., Langbein, J., Manteuffel, G., Puppe, B. (2011). Autonomie reactions indicating positiveaffect during acoustic reward learning in domestic pigs. Animal Behaviour 81,481-489.

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