Ziele

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MethanA

"Quantifizierung der Methanemissionen bei Rindern mit Hilfe des fäkalen Biomarkers Archaeol"

 

Zielsetzung

Die Bewertung von Kühen hinsichtlich ihres individuellen Beitrags zu unmittelbar klimarelevanten Kenngrößen erfordert zur Zeit noch sehr aufwändige und kostenintensive Gas-Stoffwechsel-Messungen, die nur an wenigen Tieren unter standardisierten Bedingungen in sogenannten Respirationskammern durchgeführt werden können. In entsprechenden Versuchen konnte zwar eine phänotypische Variation für die absolute Methanausscheidung (g Methan pro Kuh und Tag) nachgewiesen werden (FLACHOWSKY und BRADE, 2007), Kenntnisse über den genetisch bedingten Anteil an der beobachtbaren Varianz liegen aber nicht vor (BERRY and CROWLEY, 2013). DE HAAS et al. (2011) geben zwar eine moderate Heritabilität von 0.35 für die Methanausscheidung an, dieser Schätzwert hat allerdings nur eine begrenzte Aussagekraft, da er sich nicht auf die tatsächliche Methan-produktion bezieht, sondern auf die basierend auf Futteraufnahme und weiteren Parametern geschätzte Methanbildung. LASSEN et al. (2012) führten Untersuchungen an 683 Kühen durch, bei denen sie die Menge an ausgeatmetem Methan relativ zum über die Atemluft abgegebenen Kohlenstoffdioxid ermittelten, und schätzen für das entsprechende Verhältnis-merkmal eine Erblichkeit von 0.21. Die Ergebnisse der beiden letztgenannten Studien lassen darauf schließen, dass die tierindividuelle Methanbildung zumindest in gewissem Umfang erblich ist. KÖNIG et al. (2013) schlussfolgern, dass direkte züchterische Strategien zur Reduktion der Methanemissionen demzufolge denkbar sind. Um zu ermitteln, in welchem Maße die Methanbildung von Kühen tierzüchterisch beeinflusst werden kann, müsste eine breit angelegte Merkmalserhebung an einer großen Anzahl von Tieren durchgeführt werden. Eine solche Erfassung findet in Deutschland derzeit jedoch nicht statt. Die von JOHNSON et al. (1994) vorgestellte SF6 Tracer Messtechnik, die in praxi Anwendung finden könnte und keine Separation der Tiere von der Herde erfordert, hat nur eine limitierte Aussagekraft (PINARES-PATIÑO und CLARK, 2008). Hinzu kommt, dass das dabei verwendete Schwefelhexafluorid das stärkste bekannte Treibhausgas ist und dass sich bei der Anwendung daher im klimapolitischen Sinne die Frage nach dem Kosten-Nutzen-Verhältnis stellen würde. Aus diesem Grund findet derzeit eine intensive Erforschung von möglichen Alternativen zur SF6 Tracer Messtechnik statt. So befinden sich aktuell beispielsweise mobile Laser Methan Detektoren in der Erprobung. Laut KÖNIG et al. (2013) liegt der Anschaffungspreis für die Detektoren jedoch bei rund 40.000 Euro pro Gerät, so dass eine routinemäßige Erfassung von Methanemissionen in Praxisbetrieben mithilfe dieser Technik schwer vorstellbar ist.

Ziel des geplanten Vorhabens ist die Evaluierung einer indirekten Methode zur Bestimmung der Methanemissionen über Archaeol im Kot von Rindern. Der fäkale Archaeolgehalt steht laut GILL et al. (2011) und MCCARTNEY et al. (2013) mit der Ausscheidung des klima-schädlichen Methans in Beziehung und könnte daher als Indikator für die tierindividuelle Methanbildung herangezogen werden, sollte sich Archaeol als robuster Parameter für Methanemissionen erweisen. Zunächst soll die Beziehung zwischen fäkaler Archaeol-konzentration und der Methanbildung sowie deren Robustheit (Wiederholbarkeit) anhand einiger weniger laktierender Kühe der Versuchsherde Karkendamm (n = 10), die im Rahmen eigener Vorarbeiten bereits eine Versuchsphase in den Respirationskammern des Leibniz-Institutes für Nutztierbiologie in Dummerstorf durchlaufen haben (s. Abschnitt 5), überprüft werden. Ergänzend soll auf eingelagerte Kotproben früherer bzw. parallel durchgeführter Dummerstorfer Versuche, in denen standardmäßig ebenfalls Methan erhoben wurde, zurückgegriffen werden, um die Datenmenge zu erhöhen, gleichzeitig aber die mit dem Vorhaben verbundenen Kosten möglichst gering zu halten. Anschließend sollen in größerem Umfang Kotproben von Tieren der Karkendamm-Herde gesammelt und auf Archaeol hin untersucht werden. Bei wiederholter Beprobung ist es möglich, Wiederholbarkeiten für die tierindividuelle Archaeolausscheidung unter Praxisbedingungen im Liegeboxen-Laufstall zu schätzen. Dies soll wertvolle Hinweise darauf liefern, inwiefern die Methanbildung erblich bedingt ist, da die Wiederholbarkeit die obere Grenze der Heritabilität darstellt. Des Weiteren ist es von großem Interesse, für verschiedene Laktationsstadien Korrelationen zwischen der Archaeolausscheidung als Indikator für die Methanemission und anderen züchterisch bedeutsamen Merkmalen zu schätzen. Hier kann auf einzigartiges Datenmaterial zurückgegriffen werden, da auf dem Versuchsbetrieb Karkendamm routinemäßig eine große Bandbreite an Merkmalen erfasst wird (z.B. Milchmenge, Milchinhaltstoffe, Futteraufnahme, Energiebilanz, Körperkondition und Gesundheitsstörungen).

Das Projekt soll präzise Kenntnisse über die Konstitution der untersuchten Subpopulation hinsichtlich der Archaeolausscheidung liefern. Die Bedeutung fixer Einflussfaktoren soll ermittelt werden, um so optimale Managementstrategien für große Herden zu konzipieren. Das Projekt zielt jedoch in erster Linie darauf ab, neue Erkenntnisse zum möglichen Beitrag der Rinderzucht hinsichtlich der Minderung von klimarelevanten Emissionen zu generieren. Das Vorhaben ist in den Bereich der Grundlagenforschung (Themenfeld „Übergreifende Themen“, Punkt 2.1.1. der Richtlinie) für eine nachhaltige, klimaschonende Milchproduktion einzuordnen und verfolgt gleichzeitig das Ziel, ein neuartiges Verfahren zu etablieren, welches die Messung der Emissionsausscheidung bei Rindern erstmals auch unter Standardbedingungen in der Praxis ermöglichen könnte.

Literaturnachweise

  • BERRY, D. P. and CROWLEY, J. J. (2013): Genetics of feed efficiency in dairy and beef cattle. Journal of Anim. Sci. doi:10.2527/jas.2012-5862.
  • DE HAAS, Y., WINDIG, J. J., CALUS, M. P. L., DIJKSTRA, J., DE HAAN, M., BANNINK, A. and VEERKAMP, R. F. (2011): Genetic parameters for predicted methane production and potential for reducing enteric emissions through genomic selection. J. Dairy Sci. 94, 6122-6134.
  • FLACHOWSKY, G. und BRADE, W. (2007): Potenziale zur Reduzierung der Methan-Emissionen bei Wiederkäuern. Züchtungskunde 79, 417-465.
  • GILL, F., DEWHURST, R. J., EVERSHED, R. P., McGEOUGH, E., O´KIELY, P., PANCOST, R. D. and BULL, I. D. (2011): Analysis of archaeal ether lipids in bovine faeces. Animal Feed Science and Technology 166-167, 87-92.
  • JOHNSON, K., HUYLER, M., WESTBERG, H., LAMB, B. and ZIMMERMAN, P. (1994): Measurement of methane emissions from ruminant livestock using a SF6 tracer technique. Environ. Sci. Technol. 28, 359-362.
  • KÖNIG, S., BRÜGEMANN, K. und PIMENTEL, E. C. G. (2013): Züchterische Strategien für Tier- und Klimaschutz: Was ist möglich und was brauchen wir? Züchtungskunde 85, 22-33.
  • LASSEN, J., MADSEN, J. and LØVENDAHL, P. (2012): Heritability estimates for methane emissions using breath measurements. Book of abstracts of the 63rd Annual Meeting of the European Federation of Animal Science. doi:10.3920/978-90-8686-761-5.
  • MCCARTNEY, C. A., BULL, I. D., YAN, T. and DEWHURST, R. J. (2013): Assessment of archaeol as a molecular proxy for methane production in cattle. J. Dairy Sci. 96, 1211-1217.
  • PINARES-PATIÑ0, C. S. and CLARK, H. (2008): Reliability of the sulphur hexafluoride tracer technique for methane emission measurement from individual animals: an overview. Aust. J. Exp. Agric. 48, 223-259.