2 Erkenntnisstand

↓1

2.1  Umfang der Mutterkuhhaltung

↓2

Unter dem Begriff Mutterkuhhaltung versteht man ein Verfahren zur Rindfleischerzeugung, bei dem die Mutterkuh ihr eigenes Kalb in einer Laktation aufzieht (Gottschalk, Alps, Rosenberger 1992; Anonym 1 1994; Hampel 1994; Golze et al. 1997). Sambraus (1991) nennt das Fleisch als weltweit wirtschaftlich wichtigstes Produkt von Rindern. Im Weltmaßstab betrachtet, ist die Mutterkuhhaltung auch das am weitesten verbreitete Verfahren der Rinderhaltung (Hampel 1994; Golze et al. 1997). Mutterkuhhaltung ist traditionell dort zu finden, wo es ausreichende (Golze et al. 1997) und nach Möglichkeit große zusammenhängende Grünlandflächen gibt. Zu den wichtigsten Erzeugerländern gehören die USA und Kanada, in Südamerika Argentinien und Brasilien, Australien und Neuseeland sowie in Europa Frankreich und Großbritannien (Bogner 1978, Sambraus 1991; Hampel 1994; Golze et al. 1997).

Tabelle 1: Rind- und Kalbfleischproduktion weltweit und in verschiedenen Länder 2004 in Mt.

Welt

USA

Brasilien

Argentinien

Australien

Frankreich

Kanada

2004

59,2

11,3

7,8

2,7

2,0

1,6

1,5

Quelle: Anonym 5 (2005)

In den USA entfallen nach Golze et al. (1997) 75% des gesamten Rinderbestandes auf Fleischrinder. Die Zahl der Mutterkühe belief sich dort 2005 auf 33,75 Mio. Tiere (Anonym 6 2005). In Deutschland war 1990 der Anteil der Mutterkühe mit 1,5% am Gesamtkuhbestand und mit 209.568 Tieren trotz deutlicher Steigerung der Tierzahlen immer noch völlig unbedeutend (Gottschalk, Alps, Rosenberger 1992). Bis zum Jahr 1999 stieg der Mutterkuhbestand um mehr als das Dreifache auf 705.077 Tiere (Anonym 7 2005). Diese Entwicklung wurde neben der Milchquotenregelung positiv durch die Förderungsmaßnahmen der EU beeinflusst (Anonym 1 1994, Wagner 1995, Golze et al. 1997). Bis zum Jahr 2004 stieg der Anteil Mutterkühe am Gesamtkuhbestand auf 13,2% (Anonym 7 2005), wobei Brandenburg mit 91.800 Mutterkühen den größten Bestand bundesweit aufweist (Anonym42004).

2.2 Ziele der Mutterkuhhaltung

↓3

Die Hauptziele in der Mutterkuhhaltung sind die Erzeugung, Schlachtung bzw. der Verkauf von Absetzern (Jungrinder im Alter von 6 bis 11 Monaten), die Aufmast der Absetzer im Betrieb sowie der Zuchttierverkauf oder eine Kombination der genannten Möglichkeiten (Gottschalk, Alps, Rosenberger 1992; Ebel 2002). Nach Laiblin (1995), Baars (1999) und Martin (2005) müssen alle Bemühungen für die Rentabilität der Mutterkuhhaltung auf zwei Ziele ausgerichtet sein:

  1. die Geburt und Aufzucht eines gesundes Kalbes je Mutterkuh und Jahr, denn die Anzahl der erzeugten Absetzer bestimmt die Verkaufserlöse, die einen dominierenden Anteil an den Gesamterlösen haben (Sacher, Diener 2003) und
  2. den bestmöglichen Verkauf eines gesunden frohwüchsigen Absetzers.

2.3 Fruchtbarkeit und Aufzuchtleistung

2.3.1  Grundlagen

Das Kalb der Mutterkuh ist das Hauptprodukt und somit die wichtigste ökonomische Größe des Verfahrens. Deshalb stellt die Sicherung einer optimalen Herdenfruchtbarkeit und Aufzuchtleistung einen entscheidenden Faktor für die Rentabilität der Mutterkuhhaltung dar (Laiblin 1995; Stark 2000; Sacher, Diener 2003). Die Fruchtbarkeitsleistungen von Rindern werden nach wissenschaftlichen Erkenntnissen mit nur 15% der Erblichkeit (Heritabilität) zugeschrieben. Damit bestimmen Umweltfaktoren die Fruchtbarkeit mit etwa 85% zum erheblich größeren Teil (Lotthammer, Wittkowski 1994).

↓4

Abbildung 1: Einflüsse auf die Fruchtbarkeit von Rindern im Überblick nach Gottschalk, Alps, Rosenberger (1992)

Die Umweltfaktoren setzen sich aus einer Vielzahl von Einzelfaktoren zusammen, die zum großen Teil durch die Entscheidungen der Betriebsleitung beeinflussbar sind. Fruchtbarkeits- und Aufzuchtleistung in Mutterkuhherden kann man über verschiedene Kenngrößen, dargestellt in Tabelle 2, definieren. Zwar gibt es bei einzelnen Kenngrößen rassespezifische Unterschiede, der Hauptanteil ist aber vom Management bestimmt.

Tabelle 2: Kenngrößen zur Darstellung von Fruchtbarkeits- und Aufzuchtleistungen nach Balliet (1994) und Anonym 4 (2004):

*totgeb. = totgeboren **verend. = verendet

↓5

Maximale Kälberverluste sollten 5% nicht übersteigen (Baars 1999), doch belegen Betriebsaufzeichnungen ein Verlustgeschehen bis 10% (Stark 2000). Mit 8,5% geben Busato, Steiner und Gailard (1996) Verluste in der Mutterkuhhaltung bei 1.452 erfassten Kälbern an. In ähnlicher Weise bestätigen auch Von Davier, Deblitz und Izquierdo (2004) diese Angaben. In ihren Untersuchungen lag die Anzahl der abgesetzten Kälber pro Kuh und Jahr (Produktivitätszahl Rind) zwischen 88-90%.

Tabelle 3: Überblick über Fruchtbarkeitsleistungen in Mutterkuhherden nach Balliet (1994)

unteres Drittel

Durchschnitt

oberes Drittel

Konzeptionsrate in %

91,4

95,4

99,1

Abkalberate in %

99,9

101,1

102,1

Absetzrate in %

92,8

96,0

98,7

Aufzuchtrate in %

84,6

92,5

99,8

Kälberverluste in %

15,2

8,5

2,3

Produktivitätszahl in %

77,2

88,4

98,8

Wie schwierig es ist eine Produktivitätszahl von mehr als 0,90 je Mutterkuh und Jahr zu erreichen, offenbaren Untersuchungen von 52 Brandenburger Mutterkuhbetrieben. Lediglich 10 Betriebe konnten eine Produktivitätszahl von > 0,90 nachweisen. 16 der 52 Betriebe erreichten sogar nur eine Produktivitätszahl von < 0,80 (Roffeis, Freier, Runnwerth 2004). Die wirtschaftlichen Folgen spiegeln sich in den Erlösen aus der Anzahl der abgesetzten und verkauften Kälber wider und sind in Tabelle 4 beispielhaft dargestellt, da die Erlöse unter anderem von der aktuellen Preisgestaltung abhängen.

↓6

Tabelle 4: Möglicher Einfluss der Anzahl lebend geborener Kälber und der Aufzuchtverluste auf die Erlöse je Mutterkuh (MK) und Jahr nach Sacher, Diener (2003)

Aufzuchtverluste in %

lebend geborene Kälber je Mutterkuh und Jahr

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

4

erzeugte Absetzer (Stück/ MK)
Erlös aus Verkauf (€/ MK)

0,82
288

0,86
310

0,91
332

0,96
354

1,01
376

8

erzeugte Absetzer (Stück/ MK)
Erlös aus Verkauf (€/ MK)

0,78
272

0,83
293

0,87
314

0,92
336

0,97
357

12

erzeugte Absetzer (Stück/ MK)
Erlös aus Verkauf (€/ MK)

0,75
256

0,76
277

0,80
297

0,84
317

0,88
338

16

erzeugte Absetzer (Stück/ MK)
Erlös aus Verkauf (€/ MK)

0,71
241

0,76
260

0,80
279

0,84
299

0,88
318

2.3.2 Einfluss des Herdenmanagements auf die Fruchtbarkeits- und Aufzuchtleistung von Mutterkühen

Tiergesundheit

Grundvoraussetzung für eine sehr gute Herdenfruchtbarkeit und somit Aufzuchtleistung ist die Tiergesundheit. Dazu gehört eine bedarfsgerechte Futterbereitstellung inklusive Mineralstoffversorgung, die Schaffung optimaler Haltungsbedingungen, Sauberkeit und Hygiene sowie Parasitenbekämpfung und Impfung. Eine regelmäßige Tierkontrolle erleichtert zusätzlich das frühzeitige Erkennen eventuell erkrankter Tiere, so dass eine rechtzeitige Behandlung erfolgen kann. Nach Möglichkeit sollten gesunde Mutterkühe eine Nutzungsdauer von 6 bis 7 Laktationen mit einer genügend hohen Milchleistung erreichen (Sacher, Diener 2003).

↓7

Fütterung

Sowohl eine Mangel- als auch Überfütterung wirkt sich erheblich auf das Fruchtbarkeitsgeschehen aus (Laiblin 1995). Eine optimale Körperkondition erleichtert den Geburtsverlauf (Baars 1999), während eine Überkonditionierung das Geburtsverhalten negativ beeinflusst. Bereits bei normaler Fütterungsstrategie steigt die Schwergeburtenrate im Vergleich zu einer verhaltenen Fütterung deutlich an (Balliet 1994). Mit der Fütterung in der Trockenstehperiode muss demzufolge eine übermäßige Reservebildung in Form von Fettdepots verhindert werden (Martin 2005).

Tabelle 5: Geburts- und Fruchtbarkeitskennzahlen bei unterschiedlichem Energieniveau des Futters 4-6 Wochen vor der Abkalbung in Bezug zur vorherigen Fütterung (Balliet 1994)

keine Änderung

restriktiv

mit Zulage

Anzahl untersuchter Betriebe

68

27

32

Geburten mit notwendiger Hilfe in %

13,8

2,8

18,9

perinatale Kälberverluste in %

4,6

3,3

3,1

Kälberverluste insgesamt in %

7,9

5,4

7,4

Aufzuchtleistung in %

92,2

96,4

93,5

Produktivitätszahl Rind

88,0

92,2

90,5

↓8

Eine zu energiereiche Versorgung in den letzten Wochen der Trächtigkeit, kann das Geburtsgewicht des Kalbes stark erhöhen und somit für Schwierigkeiten im Kalbeverlauf sorgen. Das Kalb hat die besten Überlebenschancen, wenn eine Geburt ohne Eingriffe seitens des Menschen verläuft.

Belegungs- und Abkalbeperiode

Mutterkühe sind ihrem Zyklus entsprechend in der Lage das ganze Jahr über zu konzipieren, obwohl die natürliche Abkalbezeit im Frühjahr liegt, kurz bevor das Nahrungsangebot ansteigt. Die Wahl der Belegungsperiode ist letztlich aber eine Entscheidung des Managements und abhängig vom gewünschten Abkalbezeitraum. Die sehr oft angestrebten Abkalbungen in den Wintermonaten erfordern einen Belegungszeitraum zum Ausgang des vorangehenden Winters. Zu dieser Zeit lässt die Futterqualität nach und die Haltungsbedingungen können zu geringeren Trächtigkeiten führen.

↓9

Tabelle 6: Trächtigkeitsrate von Mutterkühen in verschiedenen Kalbe- und Belegungsperioden (Golze et al. 1997)

Abkalbeperiode

Belegungsperiode

aufgestellte Kühe und Färsen

tragende Tiere

tragende Tiere in %

Dez./ Jan.

März/ April

273

141

51,6

März/ April

Juni/ Juli

228

207

90,8

Mai/ Juni

Aug./ Sept.

1191

1064

89,3

Sept./ Okt.

Dez./ Jan.

288

238

82,6

Tabelle 6 zeigt, dass die Anzahl der Trächtigkeiten in den Belegungsmonaten Juni und Juli deutlich ansteigt, was auf die Haltungssituation nach Weideaustrieb, Weideabkalbung und Grünfutterperiode zurückzuführen ist. Die Zahl der Trächtigkeiten in einer Herde entscheidet in einem hohen Maß über die Zahl der geborenen Kälber (Golze et al. 1997). Ebenso hat die Abkalbeperiode einen Einfluss auf die Höhe der Kälberverluste und somit auf die Aufzuchtleistung der Herde. In den Zeiträumen Februar bis März und Juni bis Oktober treten die größten Kälberverluste auf, während im April bis Mai erheblich geringere Verluste zu verzeichnen sind. Die Verluste von Juni bis Oktober begründet Balliet (1994) mit einer unzureichenden Geburtsüberwachung. Martin (2005) fand heraus, dass die Schwer- und Totgeburten in der Frühjahrskalbung vor allem im dritten Abkalbemonat auftreten, was auf die sehr günstige Energie- und Nährstoffversorgung über das junge Weidefutter zurückzuführen ist. Im Gegensatz dazu liegt die Problematik im Februar bis März bei den hygienischen Bedingungen in den Stallungen zum Ausgang des Winters (Balliet 1994). Zu ähnlichen Resultaten kommen Golze et al. (1997). Ihre Untersuchungen (Tabelle 7) ergaben die höchsten Kälberverluste und somit die schlechteste Aufzuchtleistung für den Winterkalbezeitraum.

Tabelle 7: Aufzuchtleistung in Abhängigkeit vom Kalbezeitraum nach Golze et al. (1997)

Kalbezeitraum

Abkalbungen

abgesetzte Kälber

abgesetzte Kälber in %

Dez. bis April

881

761

86,4

April bis Juni

232

211

90,9

Juni bis Aug.

344

320

93,0

↓10

Die Aufzuchtrate der im Winter abgekalbten Kühe war im Vergleich zu den im Frühjahr (April bis Juni) auf der Weide kalbenden Kühen zwischen 4,5-6,6% geringer. Bei Kälberverlusten in den kalten Monaten (z.B. bei Winteraußenhaltung) spielen unter Umständen auch niedrige Temperaturen eine Rolle, da Tost und Hörning (2001) in ihren Untersuchungen eine negative Korrelation (-0,73) zwischen der Kälbermortalität und den Temperaturen errechneten. Das kann auf eine geringere Kältetoleranz neugeborener Kälber zurückzuführen sein (Waßmuth 2002).

Kalbenummer der Mutterkuh

In der Mutterkuhhaltung bestehen enge Zusammenhänge zwischen den reproduktiven Leistungen und dem Alter bzw. dem Nutzungsjahr der Mutterkuh. Gut entwickelte Färsen, die zum ersten Mal belegt werden, konzipieren in der Regel zum Großteil ohne Probleme. Wie aus Tabelle 8 ersichtlich, treten Schwierigkeiten bei Jungkühen mit dem ersten Kalb auf, die zum zweiten Mal belegt werden sollen. Hierfür ist oftmals die Entwicklung und das Gewicht zur ersten Zuchtbenutzung sowie ein problematischer Kalbeverlauf bei der ersten Abkalbung verantwortlich.

↓11

Tabelle 8: Trächtigkeits- und Aufzuchtrate in Abhängigkeit von der Kalbenummer nach Golze et al. (1997)

Zuchtbenutzung

Trächtigkeitsrate in %

Aufzuchtrate in %*

1

92,1

87

2

62,4

90

3

91,5

91

4

92,7

93

5

-

95

* 2,1% Zwillinge

Der Kalbeverlauf beeinflusst die Aufzuchtrate in einem großen Maß. Für 75% aller Aufzuchtverluste sind laut GOLZE ET AL. (1997) Schwergeburten verantwortlich. Besondere Aufmerksamkeit gilt wiederum den Färsenabkalbungen, da hier gehäuft Probleme auftreten können, was TOST und HÖRNING (2001) in ihrer Studie bestätigen.

Der Geburtsverlauf hängt neben den bereits genannten Faktoren vom Gewicht des Kalbes ab, welches zwar rassespezifisch differieren aber ebenso über die Fütterung gelenkt werden kann. Färsen haben unter Umständen bei Geburtsgewichten ihrer Kälber Probleme, die für bereits gekalbte Kühe unproblematisch sind. JUNGE ET AL. (2003) ermittelten in der Milchviehhaltung bezüglich Färsen die niedrigste Schwergeburtenrate bei Kälbergewichten zwischen 25-34kg. Die geringste Totgeburtenrate wurde für Kälber mit 30-44kg Geburtsgewicht registriert. Für ältere Kühen erhöhte sich das Risiko einer Schwergeburt erst ab 50kg Geburtsgewicht, wobei ein erhöhtes Totgeburtenrisiko unterhalb von 30kg oder oberhalb von 54kg zu verzeichnen war.

↓12

Erstbelegung der Zuchtfärsen

Das Erstkalbealter der Zuchtfärsen ist rassespezifisch unterschiedlich, hängt erheblich von der körperlichen Entwicklung der Tiere und demzufolge von ihrem Gewicht ab. Zum Zeitpunkt der ersten Zuchtbenutzung sollte das „kritische minimale Körpergewicht“ erreicht sein. Dieses liegt bei 60% des Endgewichtes und bestimmt maßgeblich den Konzeptionserfolg mit (LAIBLIN 1995; GOLZE ET AL 1997). Eine zu frühe Zuchtbenutzung hemmt das Wachstum der Färse und steigert das ohnehin höhere Risiko von Schwergeburten bei Erstlingskühen (GOLZE ET AL. 1997).

Tabelle 9: Erstkalbealter in Monaten bei unterschiedlichen Rassen in der Mutterkuhhaltung (Hampel 1994; Sambraus, Schön, Haidn 2002)

Rasse

Erstkalbealter in Monaten

Fleckvieh

28 bis 34

Charolais

30 bis 34

Limousin

30 bis 36

Salers

35

Hereford

36

Deutsch Angus

24 bis 27

Galloway

36 bis 42

Highland

36 bis 48

↓13

Eine Senkung des Erstkalbealters auf durchschnittlich 24 Monate muss sich nicht zwangsläufig negativ auf das Fruchtbarkeitsgeschehen auswirken und kann betriebswirtschaftliche Aspekte des Verfahrens positiv beeinflussen. Martin, Engel (2006) zeigen, dass es keine wesentlichen Unterschiede in der Zuchtleistung von Fleckvieh-Mutterkühen mit einem Erstkalbealter von 24 Monaten und Fleckvieh-Mutterkühen mit einem höheren Erstkalbealter geben muss.

Tabelle 10: Zuchtleistung von Fleckvieh - Mutterkühen mit unterschiedlichem Erstkalbealter (Martin, Engel 2006)

EKA

Kalbenummer

SG in %

TG in %

Geburtsgewicht in %

Verendungen in %

Männliche Kälber

2 Jahre

1
2
ab 3

4,88
0,00
0,00

4,88
4,24
3,31

39,00
40,50
41,70

5,15
2,94
2,29

3 Jahre

1
2
ab 3

5,26
3,03
1,08

5,26
6,06
2,17

39,80
41,20
42,30

5,56
3,23
3,32

Weibliche Kälber

2 Jahre

1
2
ab 3

2,56
0,00
0,00

2,56
1,45
0,60

36,60
38,10
39,50

1,32
0,00
1,20

3 Jahre

1
2
ab 3

2,70
3,12
0,00

5,40
3,12
2,25

37,50
38,90
40,10

2,86
3,22
2,59

Herdengröße

↓14

Nach Balliet (1994) ist der Einfluss der Herdengröße mit statistischen Mitteln nicht abzusichern. Von ausländischen Versuchen ist aber bekannt, dass selbst bei Herdengrößen von 500 Mutterkühen die Fruchtbarkeitsleistung nicht weiter sinken muss (Balliet 1994).

Tabelle 11: Einfluss der Herdengröße auf die Trächtigkeit bei Mutterkühen (Golze et al. 1997)

Herdengröße

Durchschnitt

Trächtigkeitsrate in %

< 25

21,8

80,9

26 bis 50

42,0

86,1

51 bis 75

65,2

84,3

76 bis 100

81,0

79,6

> 100

119,3

78,2

Golze et al. (1997) bewertet überschaubare Herdengrößen für hohe Trächtigkeitsraten als durchaus günstig, obwohl, wie aus Tabelle 11 zu entnehmen ist, die kleinste Herdengröße nicht unmittelbar die beste Trächtigkeitsrate vorweist. Je größer aber die Herde, umso schwieriger gestaltet sich die bisweilen nötige Einzeltierkontrolle.

↓15

In diesem Fall entsteht unter Umständen ein erhöhter Aufwand für die Tierüberwachung, die ebenfalls über ein gutes Aufzuchtergebnis mitentscheidet.

Intensität der Überwachung

Entscheidender Faktor bezüglich der Aufzuchtleistung ist die Geburtsüberwachung. Eine intensive Beobachtung und Betreuung senkte die Kälberverlustrate in den Untersuchungen von Balliet (1994) von 11,3% auf 2,7% (siehe Tabelle 12).

↓16

Tabelle 12: Geburts- und Fruchtbarkeitskennzahlen bei unterschiedlichem Beobachtungsniveau während der Abkalbeperiode (Balliet 1994)

gering

mittel

hoch

Anzahl untersuchter Betriebe

43

50

34

Geburten mit notwendiger Hilfe in %

8,1

12,8

14,6

perinatale Kälberverluste in %

5,8

4,0

1,2

Kälberverluste in %

11,3

6,7

2,7

Aufzuchtleistung in %

90,5

94,2

97,4

Produktivitätszahl Rind in %

86,8

90,9

93,0

Im Rahmen der gleichen Analysen verzeichneten Betriebe mit Winteraußenhaltung und geringer Beobachtungsintensität die höchsten Kälberverluste. Vielfach lagen in diesen Fällen die Weideflächen weit von der Hofstelle entfernt. Die Ergebnisse von Balliet (1994) zeigen in sehr deutlicher Weise, dass eine intensive Tierüberwachung und Betreuung im Abkalbezeitraum die Produktivitätszahl um 6,2% im Vergleich zu einer geringen Überwachungskapazität steigern kann.

Reproduktionsrate

↓17

Die Reproduktionsrate des Bestandes übt einen Einfluss auf die Anzahl der verkaufsfähigen Absetzer aus, denn mit einer steigenden Reproduktionsrate werden mehr weibliche Kälber für die Bestandsergänzung benötigt (Sacher, Diener 2003). In der Regel liegt die Reproduktionsrate in der Mutterkuhhaltung zwischen 15-20%.

Tabelle 13: Zusammenhang zwischen Reproduktionsrate und weiblichen Absetzern zum Verkauf (Herde mit 100 Mutterkühen, 93 Absetzern – 47 männlich, 46 weiblich) nach Sacher, Diener (2003)

15

20

25

30

Aufzuchtverluste bis Abkalbung in %

5

5

5

5

Merzungen/ Zuchtuntauglichkeit in %

10

10

10

10

Sicherheitszuschlag in %

15

15

15

15

Summe in %

30

30

30

30

Benötigte Absetzer zur Aufzucht in Stück

20

26

33

39

Weibliche Absetzer zum Verkauf in Stück

26

20

13

7

Erlöse aus weiblichen Absetzern in € *

6.500

4.893

3.250

1.643

Erlöse je Mutterkuh und Jahr in €

65

49

33

16

*Erlös je weiblicher Absetzer = 250€

2.4 Verhalten von Mutterkühen in naturnaher Haltung

2.4.1  Sozialstruktur und –verhalten

Wild- wie Hausrinder sind ausgesprochene Herdentiere und leben auch in nichtabgegrenzten Weidearealen in einem Herdenverband (Süss, Andreae 1984). Das entscheidende Element in Bezug auf die Struktur und Zusammensetzung der Herde ist die Rangordnung. Sie bestimmt das Verhältnis eines jeden Einzeltieres zu den anderen Herdenmitgliedern. Bis zu einer Herdengröße von 80 Tieren ist ein Rind in der Lage die Herdenmitglieder individuell zu unterscheiden (Sambraus, Schön, Haidn 2002). Nach Sambraus (1991) korreliert der soziale Rang mit den körperlichen, den zeitlichen und den psychischen Faktoren.

↓18

Zu den körperlichen Faktoren sind Gewicht, Größe und Behornung zu zählen. Die Größe kann vor Beginn einer Auseinandersetzung entscheidend sein, da ein großes Tier eindrucksvoll und kräftig erscheint. Kommt es zu Rangkämpfen in Form körperlicher Auseinandersetzung ist eher ein hohes Gewicht von Bedeutung. Zum Einen ist bei einem höheren Körpergewicht auch ein höherer Anteil von Muskelmasse zu erwarten, zum anderen ist es energieaufwendiger einen schwereren Kontrahenten zu verdrängen. Die Länge der Hörner wirkt sich weniger auf den Ausgang eines Rangkampfes aus. Entscheidend ist dagegen das Vorhandensein von Hörnern. So haben behornte Tiere einen wesentlichen Vorteil im Vergleich zu Hornlosen (Sambraus 1991).

Unter zeitlichen Faktoren werden ist erster Linie Lebensalter und Aufenthaltsdauer in der Herde verstanden. Die Rangbeziehungen regeln sich hierbei zumeist über Zu- und Abgänge und die Alterstruktur. Wenn ältere Kühe die Herde verlassen rücken jüngere bzw. rangniedere Tiere nach. Neuzugänge wie z.B. Färsen nehmen vorerst die unteren Rangplätze ein (Sambraus 1991).

Zu den psychischen Faktoren zählen Temperament, Kampferfahrung, Wendigkeit, Ausdauer und Selbstbewusstsein. Obwohl der Einfluss dieser Faktoren nicht ganz objektiv bewertet werden kann, bestimmen sie durchaus den Ausgang einer rangorientierten Auseinandersetzung mit (Sambraus 1991).

↓19

Trotz der Rangkonfrontationen, die zeitweise für einzelne Tiere zu Stresssituationen führen, bietet das Leben im Herdenverband für das Einzeltier insgesamt große Vorteile. Bei wildlebenden Formen sind das z.B. das Erschließen neuer Weidegebiete, das Auffinden von Wasserstellen, die Abwehr von Feinden und die Steigerung der Reproduktionsrate. Bis heute hat sich die Wahrung dieser Vorteile im Verhalten der Hausrinder (Bos taurus) erhalten (Kiley-Worthington, De La Plain 1983; Sambraus 1991).

2.4.2 Der zirkadiane Rhythmus (Tages- und Nachtperiodik)

Bestimmte tierische Lebensäußerungen liegen einem rhythmischen, täglichen Wechsel zugrunde. Dieses Phänomen bezeichnet man als zirkadianen Rhythmus (Süss, Andreae 1984), wenn er auf einem endogenen Rhythmus mit annähernd 24 Stunden Periodenlänge beruht, der durch den äußeren Tag-Nacht-Wechsel im Sinne einer Zeitgeberwirkung synchronisiert wird (Aschoff 1958). Rinder sind lichtaktive bzw. tagaktive Tiere für die neben der 24-Stunden Komponente ein Wechsel zwischen Aktivität und Ruhe mit ca. 3-5 Perioden in 24 Stunden charakteristisch ist (Porzig, Sambraus 1991). Die Aktivitätsphasen sind zum großen Teil mit der Futteraufnahme, verbunden (Süss, Andreae 1984; Sambraus 1991). Die erste Futteraufnahmeperiode beginnt in der Morgendämmerung, wenn die Rinder ihre Nachtruhe beendet haben und dauert ca. 2,5 bis 3 Stunden. Eine zweite Fressphase vollzieht sich in der Abenddämmerung und erstreckt sich nochmals über ungefähr 2 Stunden. Es ist nicht ungewöhnlich, wenn die Futteraufnahme erst bei völliger Dunkelheit eingestellt wird. Die Anzahl und Verteilung weiterer Fressperioden sind normalerweise von der Tageslänge und somit, im europäischen Raum, von der Jahreszeit abhängig. Bei langen Tagen und kurzen Nächten (Mai-Juli) liegen zwischen Morgen- und Abenddämmerung zwei weitere Fresszeiten. Die Nachtruhe wird nicht unterbrochen. Werden die Tage kürzer und die Nächte länger, verringert sich zwischen Morgen- und Abenddämmerung die Anzahl auf eine Fressperiode. Dafür kann es zu einer weiteren Fressperiode nach Mitternacht kommen. Kühe bei Weidehaltung grasen 8-11 Stunden täglich (Sambraus 1991; Sambraus, Schön, Haidn 2002). Die Dauer ist unter anderem abhängig von individuellen Gegebenheiten, der Außentemperatur und vom Vegetationszustand. Bei sehr heißen Temperaturen reduziert sich die Grasezeit. Die Tiere verbringen dagegen mehr Zeit liegend oder stehend, bevorzugt an schattigen Plätzen (Phillips 2002). Ist die Nahrungsgrundlage knapp, verlängern Rinder die Nahrungsaufnahme, um ihren Bedarf zumindest annähernd zu decken. Ebel (2002) fand heraus, dass sich die Graseaktivität bei geringerem Tierbesatz im Vergleich zu einem höheren Tierbesatz um eine Stunde reduzieren kann. Umgekehrt linear dazu verhielt sich die Liegezeit, indem sie um eine Stunde anstieg. Die Liegeperioden nehmen im zirkadianen Rhythmus nach der Futteraufnahme einen Großteil der Zeit in Anspruch. Über 70% des Verhaltensinventars werden durch Grase- und Liegeperioden abgedeckt (Ebel 2002). Die Liegezeit umfasst 10-12 Stunden täglich und verteilt sich auf die Nachtstunden sowie die Zeiten zwischen den einzelnen Graseperioden. Die erste ausgedehnte Liegezeit fängt ca. 3 Stunden nach der Morgendämmerung an, unmittelbar nach der ersten Graseperiode. Die Nachtruhe beginnt eine halbe Stunde nach Eintritt völliger Dunkelheit. Das Auftreten weiterer Liegephasen ist abhängig vom Tageslicht. Je länger die Tage sind, desto häufiger und ausgeprägter sind die Liegezeiten (Sambraus 1991; Sambraus, Schön, Haidn 2002). Haltungsbedingungen, Rangordnung, Rasse, Körpergewicht und der Zustand des Tieres beeinflussen ebenfalls das Ausmaß der Liegezeit. Ranghöhere und schwerere Tiere liegen länger als rangniedere und leichte Tiere. Bei Stallhaltung ist die Liegezeit zumeist bedeutend länger, da die Futteraufnahme weniger Zeit in Anspruch nimmt als bei Weidehaltung (Sambraus 1991). Jentsch und Derno (1997) machen darauf aufmerksam, dass in Abhängigkeit von der Futterqualität in etwa die doppelte Zeit für die Futteraufnahme auf der Weide, im Vergleich zur Stallhaltung, benötigt wird. Auch erkrankte Rinder liegen in der Regel länger, während sich ein Tier in der Brunst selten hinlegt und unter Herdenmitgliedern Unruhe verbreitet, was die Liegezeit der gesamten Gruppe verkürzen kann (Sambraus 1991). Die Aktivitäten der Rinder ändern sich in den Wintermonaten besonders in den kälteren Regionen. Rinder in Winteraußenhaltung, wie es für die Mutterkuhhaltung nicht unüblich ist, verbringen in den kalten, vegetationsarmen Monaten viel Zeit an der Fütterungsstelle. Die Aktivität der Mutterkühe wird in der kalten Jahreszeit durch die Fütterung bestimmt. Bei tiefen Temperaturen kommt es zu einer Einschränkung der Bewegung (Phillips 2002). Nach Kiley-Worthington, De La Plain (1983) verbringen Rinder bei kalten Temperaturen, kombiniert mit starkem Wind oder Regen, an geschützten Plätzen viel Zeit stehend. Eine Erhöhung der Aktivität zur Erzeugung von Bewegungswärme kann dagegen fast völlig ausgeschlossen werden (Wallbaum 1996). Die Annahme, dass sich die Liegezeiten in kalten Perioden verringern, um einen Wärmeverlust bei Kontakt mit kalten Oberflächen zu vermeiden, konnte Wallbaum (1996) in seinen Untersuchungen ebenfalls nicht bestätigen.

2.4.3 Futteraufnahmeverhalten

Weidende Rinder grasen im Vorwärtsgehen. Das Tier erfasst mit der Zunge ein Grassbüschel, zieht es ins Maul und beißt es ab, indem die unteren Schneidezähne gegen die obere Kauplatte gepresst werden (Phillips 2002). Bei dieser Form der Futteraufnahme kann nicht kürzer als 3 cm abgeweidet werden. Die Nahrung wird nach mehreren Bissen, unter heben des Kopfes, abgeschluckt. Ein Rind kommt im Laufe der täglichen Futteraufnahme auf 15.000 bis 20.000 Kauschläge. Das Bewegungsmuster der Futteraufnahme ist zwar angeboren, doch haben Lernvorgänge für die Ausbildung der Feinmotorik eine Bedeutung. Tiere die z. B. im Stall ausschließlich mit vorgelegtem Futter ernährt wurden, haben gelegentlich Schwierigkeiten mit der Umstellung auf Weidehaltung (Sambraus 1991). Es ist bekannt, dass Rinder sehr selektiv fressen. Sie differenzieren Pflanzen und Pflanzenteile nach Schmackhaftigkeit und Verdaulichkeit. Auf lange Sicht kann das die Zusammensetzung der Vegetation beeinflussen. Des Weiteren werden keine Pflanzen aufgenommen, die in Berührung mit Kot gekommen sind (Phillips 2002). Das führt bei ungenügender Weidepflege zur einer ausgeprägten Horstbildung im Pflanzenbestand. Zur Sättigung einer Kuh ist eine Trockenmasseaufnahme erforderlich, die ungefähr 2,5% des Körpergewichtes entspricht (Sambraus 1991). Der Nährstoffbedarf ist in erster Linie abhängig vom Leistungsniveau und dem Körpergewicht des Tieres. Ein Weideaufwuchs mit 22-25% Rohfaser in der Trockenmasse ist sehr gut geeignet, Mutterkühe in der Vegetationsperiode bedarfsgerecht zu versorgen (Gottschalk, Alps, Rosenberger 1992).

2.4.4 Liegeverhalten

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Auf der Weide beginnt das Abliegen mit der Wahl des Liegeplatzes. Rinder bevorzugen trockene, sandige und vegetationsreiche Plätze. Vor dem Hinlegen prüfen sie den ausgewählten Platz mit gesenktem Kopf. Haben sich erst einige Tiere hingelegt, folgen zumeist die weiteren Herdenmitglieder. Es ist nicht ungewöhnlich, dass sich Rinder gern neben ein bestimmtes Herdenmitglied legen, auch wenn die Liegefläche keine günstigen Eigenschaften aufweist. Da Rinder Distanztiere sind, halten sie diese auch beim Abliegen zu ihren Herdenmitgliedern ein. In der Grundposition, der so genannten Brustbeinlage, ist das Tier im Vorderkörper aufgerichtet. Die Vorderbeine befinden sich eingeknickt unter dem Körper. Der Hinterkörper ruht zumeist leicht verkantet und die Hinterbeine weisen zur Seite. Das Tier liegt in der Regel mehr auf einer Bauchseite, um das Euter zu entlasten. Selten, und wenn dann nur kurz, liegen adulte Rinder mit ausgestreckten Extremitäten vollständig auf der Seite. Wesentlich ausgeprägter ist die Seitenlage bei Kälbern. Das Aufstehen nach Beendigung der Liegephase erfolgt mit den Hinterbeinen zuerst. (Süss, Andreae 1984; Sambraus 1991).

2.4.5 Wiederkauverhalten

Das Wiederkauen setzt ca. 30-60 Minuten nach der Nahrungsaufnahme ein. Es wird zu 80% im Liegen und demzufolge zum großen Teil in der Ruhezeit vollzogen. Dabei befördern die Rinder das vorher aufgenommene Futter aus dem Pansen zurück ins Maul und schlucken es nach einem wiederholten sorgfältigem Zerkauen nochmals ab (Süss, Andreae 1984; Sambraus 1991). Dadurch werden die Pflanzen weiter zerkleinert und die Zellwände aufgespalten, um anschließend durch die mikrobielle Verdauung im Pansen weiter verarbeitet zu werden (Phillips 2002). Auf den gesamten Tag bezogen, nimmt das Wiederkauen je nach Art der Fütterung 5-8 Stunden in Anspruch und unterteilt sich in 10-15 Wiederkauperioden mit ca. 30 Minuten je Periode (Sambraus 1991).

2.4.6 Wasserbedarf und Wasseraufnahmeverhalten

Die Bedeutung der Wasseraufnahme wird häufig unterschätzt, da sie nur einen geringen Anteil im Verhaltensinventar von Rindern einnimmt. Ebel (2002) bezifferte die benötigte Zeit für die Wasseraufnahme auf 9-12 Minuten täglich. Die Wasserzufuhr kann über Trinkwasser, die Nahrungsaufnahme und die Wasserbildung bei der Verbrennung von Fett, Eiweiß und Kohlenhydraten (metabolische Oxidation) erfolgen (Porzig, Sambraus 1991; Murphy 1992; Loeffler 2002). Dem Wasser kommen mehrere Funktionen zu. Es unterstützt das Kauen und Abschlucken der Nahrung, dient als Lösungs- und Transportmittel, dem Hitzetransfer im Körper sowie der Regulation der Körpertemperatur, des Blutdruckes und des osmotischen Druckes (Porzig, Sambraus 1991; Landefeld, Bettinger 2002).

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Für Tränkwasser gelten grundsätzlich die gleichen Normen wie für das menschliche Trinkwasser. Wasser ist auch für Rinder das wichtigste Nahrungsmittel und zusätzlich ein preiswerter und bedenkenloser Leistungsförderer (Mahlkow-Nerge 2004). Als wichtige Einflussgrößen auf die Wasseraufnahme gelten neben der Milchleistung der Kuh auch deren Lebendmasse und die Umgebungstemperatur (Anonym 8 2005). Zusätzlich definierte Mahlkow-Nerge (2004) als Einflussgrößen auf den Tränkwasserbedarf den Wassergehalt des Futters, die Futtermenge und –struktur, die Leistungsrichtung, das Alter und den Gesundheitszustand des Tieres. Weiterhin spielen das Aktivitätsniveau des Tieres sowie dessen physiologischer Zustand, die Wasserqualität und –temperatur und die Wasserverluste durch Milch, Harn, Kot und Vaporisation eine Rolle (Porzig, Sambraus 1991; Murphy 1992; Landefeld, Bettinger 2002; Looper, Waldner 2002). Grundsätzlich lassen sich die Einflusse in innere Faktoren (tierbezogen) und Umweltfaktoren unterteilen. Eine genaue Einteilung soll Abbildung 2 widerspiegeln.

Abbildung 2: Einflussfaktoren auf den Tränkwasserbedarf (nach Mehlhorn 1979)

Nach Kirchgeßner (1997) benötigt jede Kuh je Liter produzierter Milch 4-5l Wasser. Unterstellt man einer laktierenden Mutterkuh eine Milchleistung von durchschnittlich 10-12l am Tag ergibt sich daraus ein theoretischer Wasserbedarf von 40-60l in der Säugeperiode. Auch Sambraus, Schön, Haidn 2002 beziffern den Wasserbedarf einer laktierenden Kuh auf 30-60l am Tag. Landefeld und Bettinger (2002) geben für Rinder folgende Werte an:

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-

trockenstehende Kühe

23l – 57l

-

kranke Kühe

42l – 68l

-

Bullen

26l – 72l

-

Jungrinder

15l – 57l

-

Milchrinder

57l – 113l.

Aufgrund der niedrigeren Milchleistung und Stoffwechselbelastung ist bei Mutterkühen mit einem geringeren Wasserbedarf zu rechnen. Terörde (1997) bezifferte den Wasserbedarf von graviden Mutterkühen in ihren Untersuchungen auf 34-40l. Bei einer Milchproduktion ab 10l je Tag stieg die Wasseraufnahme auf bis zu 102l an.

Als weiteren Einfluss benannte Terörde (1997) die Trockensubstanzaufnahme. Diese sank in der untersuchten Herde während der Weidesaison kontinuierlich von 10kg auf 5,9kg je Tier und Tag. Parallel dazu reduzierte sich die Wasseraufnahme von ca. 100l auf 39l. Laut Puhlmann, Golze und Klos (1997) verbraucht eine Mutterkuh mit Kalb 25.000-30.000l Wasser im Jahr, was auf den Tag umgerechnet 68-82l bedeutet. Kranke Tiere haben in der Regel einen hohen Wasserbedarf, aber nehmen nicht nur weniger Futter sondern auch weniger Wasser auf (Mahlkow-Nerge 2004).

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Rinder müssen in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, der Art des Futters und der Trockenresistenz des Tieres alle 2-4 Tage trinken. Wenn Wasserquellen weit entfernt sind, suchen Rinder diese unregelmäßig und nicht täglich auf. Sie bleiben aber dafür einige Stunden an der Tränkestelle und nehmen in dieser Zeit 3 bis 4 Mal Wasser auf. Das Verhalten ist nur dann ausgeprägt, wenn die Distanz vom Weidegebiet zur Tränkestelle mehrere Stunden beträgt. Bei frei verfügbarem Wasser verteilt sich die Wasseraufnahme auf 1-5 Trinkvorgänge täglich, vorzugsweise tagsüber in den frühen Nachmittagsstunden (Porzig, Sambraus 1991; Phillips 2002). Rinder ziehen reines Wasser dem mit Kot und Harn versetzten vor und bevorzugen abgestandenes Wasser. Sie prüfen sorgfältig mit ihrem Geschmacks- und Geruchssinn und nehmen Proben mit lappenden Zungenbewegungen auf (Porzig, Sambraus 1991; Mahlkow-Nerge 2004). Als Wasserquellen werden Einrichtungen bevorzugt an denen mehrere Tiere gleichzeitig trinken können. In der Regel gilt an der Tränke die Rangordnung der Gruppe, wonach ranghohe Tiere den Vortritt vor rangniederen Herdenmitgliedern haben. Bei beschränkt zugänglichen Tränkevorrichtungen, z.B. im Stall, reagieren die Tiere mit erhöhter Verdrängungsaktivität. Wenn ranghohe Tiere die Tränke zeitweise blockieren, verzichten rangniedere Kühe unter Umständen auf die Wasseraufnahme, um Auseinandersetzungen zu vermeiden (Porzig, Sambraus 1991; Mahlkow-Nerge 2004).

Bereits 1992 machten Holter und Urban darauf aufmerksam, dass der Parameter Wasseraufnahme für die Tierüberwachung von großer Bedeutung ist. Trotzdem sind nur wenig Untersuchungen zum Wasseraufnahmeverhalten vorhanden. Nach Angaben von Schön, Haidn und Wendl (2003) befanden sich zu diesem Zeitpunkt in der Milchviehhaltung Systeme zur Überwachung der Wasseraufnahme trotz geringer technischer Probleme noch in der Entwicklungs- und Erprobungsphase. Brunsch und Scholz (2003) testeten mit einer Photovoltaik-Weidezentrale die individuelle Wasserversorgung in einer Herde von 100 Mutterkühen auf einer dementsprechend großen Fläche. Über die Erkennung eines am Ohr befestigten Transponders wurden tierindividuell Daten zur Wasseraufnahme abgespeichert. In den ersten Auswertungen zeichnete sich ab, dass die registrierten Tränkebesuche und das Wasseraufnahmeverhalten erheblichen Schwankungen von Tag zu Tag unterlagen und die Tiere trotz ständiger Wasserverfügbarkeit die Tränke nicht jeden Tag aufsuchten.

2.4.7 Verhalten im geburtsnahen Zeitraum

Von Wildrindern aus gemäßigten Breiten ist bekannt, dass der Abkalbeschwerpunkt in den Frühjahrsmonaten liegt. Diesen Aspekt konnten auch Tost und Hörning (2001) in ihrer Studie einer naturnah gehaltenen Mutterkuhherde ohne Managementmaßnahmen nachweisen. Hier entfielen ca. 30% der Geburten allein auf die Monate März und April. In den meisten Mutterkuhherden sind die Abkalbezeiträume durch das Management des Betriebes bestimmt. Nach einer durchschnittlichen Tragezeit von 280 Tagen bringt eine Kuh ihr Kalb zur Welt (Sambraus 1991). Die ersten frühen Anzeichen einer bevorstehenden Geburt sind ca. 6 Wochen ante partum zu beobachten. Die Kühe vermeiden dann bereits aggressive Auseinandersetzungen mit Herdenmitgliedern, um ihren Fötus zu schützen, verringern soziale Kontakte und grasen häufig am Rand der Herde (Phillips 2002). 1-2 Wochen vor der Geburt sind erste Anzeichen von Unruhe zu erkennen. Fress- und Liegeperioden werden häufiger unterbrochen und wechseln sich mit kurzen Steh- und Laufphasen ab (Kiley-Worthington, De La Plain 1983). Ungefähr zur gleichen Zeit beginnen Vulva und Euter anzuschwellen. 24-48 Stunden vor dem Ereignis lockern sich die breiten Beckenbänder und fallen ein (Gottschalk, Alps, Rosenberger 1992). Das Zervikalsekret wird dünnflüssig und tritt aus der Scheide aus (Kiley-Worthington, De La Plain 1983; Süss, Andreae 1984; Phillips 2002). Steht die Abkalbung unmittelbar bevor, wandern Kühe in der Regel zunehmend ruhelos umher, wechseln gehäuft zwischen Hinlegen und Aufstehen (Lidfors 1994; Haßbacher, Sambraus 2002)und scheinen den richtigen Kalbeort zu suchen. Dabei geben einige Tiere ein sogenanntes Lockbrummen von sich, mit dem in den ersten Tagen post partum Kontakt zum Kalb aufgenommen wird (Kiley-Worthington, De La Plain, 1983, Sambraus 1991; Haßbacher, Sambraus 2002). Untersuchungen von Lehr (1997) zeigten bei Mutterkühen einen deutlichen und kontinuierlichen Anstieg der Herzfrequenz bei Annäherung des Geburtszeitpunktes. Im Allgemeinen geht man davon aus, dass Kühe sich vor einer Geburt nach Möglichkeit an einen ruhigen, geschützten Ort zurückziehen und den Herdenverband verlassen (Sambraus 1991). Tost, Hörning (2001) bestätigten in ihren Untersuchungen dieses Verhalten für rund 68% der abkalbenden Kühe. Allerdings kalbten einige Tiere im Verlaufe der Jahre sowohl in, als auch außerhalb der Herde ab. Bisonkühe in Untersuchungen von Haßbacher, Sambraus (2002) kalbten dagegen zu rund 53% im Herdenverband, während nur 21% die Herde verließen. Die restlichen Tiere kalbten am Rand der Herde. Bei der Wahl des Geburtsortes gibt es durchaus Unterschiede zwischen erstkalbenden Färsen und bereits mehrfach gekalbten Kühen. So separieren sich Färsen deutlicher von der Herde und wechseln den Platz, wenn sie sich von Herdenmitgliedern gestört fühlen (Lidfors 1994).

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Der Geburtsvorgang wird in folgende drei Phasen unterteilt:

  1. Eröffnungsstadium
  2. Austreibungsstadium
  3. Nachgeburtsstadium.

Das Eröffnungsstadium beginnt mit zunächst schwach anlaufenden, sich aber bald steigernden Uteruskontraktionen. Die ersten Wehen werden durch das Benehmen der Kuh ersichtlich. Das Tier wechselt in kurzen Abschnitten zwischen liegen und stehen, stellt den Schwanz ab, nimmt die sonst selten auftretende Seitenlage ein, streckt die Gliedmaßen aus und legt den Kopf weit nach hinten. Diese Phase dauert in der Regel 3-6 Stunden bei Erstkalbinnen auch länger (Süss, Andreae 1984; Straiton 1991). Danach erscheint die Fruchtblase. Zuerst wird die Allantoisblase (Wasserblase) mit bräunlich-gelbem Inhalt sichtbar. Im Anschluss folgt die Amnionblase (Schleimblase). Durch ihre Wand zeichnen sich die Klauen des Kalbes ab. Vielfach platzen beide Blasen gleichzeitig, wenn das nicht der Fall ist, öffnet sich zuerst die Allantoisblase.

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Nachdem ein Großteil des Fruchtwassers abgeflossen ist, setzt das Austreibungsstadium ein (Süss, Andreae 1984; Phillips 2002). Es dauert 30 Minuten bis einige Stunden an, wobei ältere Kühe nicht so viel Zeit benötigen wie erstkalbende Färsen (Süss, Andreae 1984). In normalen Fällen ist eine einstündige Austreibungsphase realistisch (Phillips 2002). In dieser Zeit setzen erkennbar die Treib- und Presswehen ein. Die Presswehen kommen in einem Abstand von 1 bis 4 Minuten (Straiton 1991). Bei einem normalen Geburtsverlauf treten die Vorderfüße und der Kopf zuerst in den Zervixkanal (Vorderendlage).Die hervorgerufenen Reize lösen bei einer Steigerung der Wehen das Mitarbeiten der Bauchmuskulatur aus, so dass es zu kraftvollen Kontraktionen kommt. Ein kritischer Moment ist das Austreten des Kopfes. Wenn dieser Punkt überwunden ist, folgt der restliche Körper des Kalbes sehr schnell (Süss, Andreae 1984; Straiton 1991; Phillips 2002). Probleme, die mit Hilfestellungen seitens des Menschen verbunden sind, treten auf, wenn das Kalb eine Hinterendlage aufweist, das heißt, mit dem Becken voran in den Geburtskanal eintritt. Des Weiteren können hohe Geburtsgewichte die Austreibung des Kalbes erschweren (Mc Evoy 1994).

Im so genannten Nachgeburtsstadium kümmert sich die Kuh intensiv um ihr Kalb und baut eine andauernde enge Bindung auf (Sambraus 1991; Haßbacher, Sambraus 2002). Sofern die Geburt ohne Komplikationen verlief, erhebt sich die Kuh augenblicklich nach der Austreibungsphase. Sie wendet sich dem Kalb zu, beriecht und beleckt es innerhalb von wenigen Sekunden bis 5 Minuten. In dieser Zeit vokalisiert die Kuh sehr häufig das typische Lockbrummen (Kiley-Worthington, De La Plain 1983). Das Belecken hält an bis das Kalb stehen kann und mit Eutersuche beginnt. Es dient zur Entfernung der Fruchthülle, dem Trocknen des Kalbes und regt den Kreislauf an (Straiton 1991). Außerdem beginnt damit die Prägung der Kuh auf ihr Kalb. Sie ist schon kurze Zeit nach der Geburt abgeschlossen (Langbein, Raasch, König 1999). Physiologisch betrachtet wird im Nachgeburtsstadium die Plazenta in bis zu 8 Stunden abgestoßen (Süss, Andreae 1984). Dabei ist es nicht ungewöhnlich, wenn Kühe die Nachgeburt verzehren [Kiley-Worthington, De La Plain 1983; Phillips 2002). Warum sie das tun, ist noch nicht vollständig geklärt. Zum Einen erscheint die Beseitigung der Nachgeburt sinnvoll, um keine Feinde anzulocken.

Zum Anderen kann die Nachgeburt wichtige Nährstoffe enthalten, welche die Kuh auf diese Weise wieder für sich gewinnt (Kiley-Worthington, De La Plain 1983). Kurz nach der Abkalbung kommt es zu einer Abnahme der Herzfrequenz. Ein erneuter Anstieg ist in der Zeit 3 bis 6 Stunden post partum zu verzeichnen. Lehr (1997) führt das auf die gesteigerte Aktivität und Aufregung des Muttertieres zurück, wenn das Kalb aktiv wird. Die ersten Aufstehversuche beginnen ca. 15 Minuten nach der Geburt. Nach weiteren 15 Minuten kann das Kalb zum ersten Mal stehen und begibt sich kurz danach auf Eutersuche (Sambraus 1991). Lidfors (1994) ermittelte durchschnittlich 54 Minuten vom Zeitpunkt der Geburt bis zum ersten Saugen. Allerdings betrafen diese Beobachtungen nur 7 Abkalbungen. Die Liegezeit post partum ist deutlich kürzer als ante partum (a. p.), da die Kuh ihre ganze Aufmerksamkeit dem Kalb widmet, es beriecht und ableckt (Lehr 1997). Die Kuh entfernt sich gelegentlich zur Nahrungsaufnahme, hält aber besonders am ersten Tag post partum engen Kontakt zum Kalb und verbringt Untersuchungen zur Folge 65% der Liegezeit in direktem Kontaktliegen (Langbein, Raasch, König 1999).

2.4.8 Verhalten in der Brunstperiode

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4 Wochen bis 3 Monate nach der Geburt tritt die erste Brunst ein (Süss, Andreae 1984). Die Brunst ist die Manifestation der Konzeptionsbereitschaft im Verhalten weiblicher Rinder (Phillips 2002). Unter europäischen Bedingungen kann eine Brunst zu jeder Jahreszeit auftreten. Trotzdem ist eine Häufung in den Monaten Juni bis August zu verzeichnen, damit die Kälber in den günstigen Monaten zur Welt kommen. Die Zykluslänge dauert durchschnittlich 21 Tage, wobei 60% aller weiblichen Rinder zwischen dem 18. und 25. Tag in die Brunst kommen (Sambraus 1991; Phillips 2002). Insgesamt dauert eine Brunst durchschnittlich 30 Stunden, kann aber über 50 Stunden anhalten (Gottschalk, Alps, Rosenberger 1992; Phillips 2002). Im normalen Brunstverlauf wächst in 1 bis 2 Tagen an einem von beiden Eierstöcken eine Eiblase. Die ausgewachsene Eiblase bildet das Brunsthormon Östrogen, welches unter anderem für die sehr deutlich hervortretenden brunsttypischen Verhaltensäußerungen verantwortlich ist (Gottschalk, Alps, Rosenberger 1992). Aber nicht nur die Veränderung an den Eierstöcken deutet auf das Ereignis hin. Auch der übrige Genitaltrakt zeigt sichtbare anatomische Anzeichen. Die Scham schwillt an, rötet sich und es kommt zu einem klaren bis trüben zähem Ausfluss aus der Scheide (Sambraus 1991; Gottschalk, Alps, Rosenberger 1992). Die Brunst kann in 3 Hauptabschnitte unterteilt werden:

  1. Vorbrunst,
  2. Haupt- oder Hochbrunst und
  3. Nachbrunst.

In der Vorbrunst treten die beschriebenen Anzeichen langsam und allmählich auf. Im Verhalten zeigen Rinder eine beginnende Unruhe. Im fortgeschrittenen Stadium bespringen sie andere Rinder und werden zum Ende der Vorbrunst wiederum selbst von Herdenmitgliedern, jedoch nicht vom Bullen besprungen (Sambraus 1991). Während dieser Zeit prüft der Bulle bereits olfaktorisch in der Scheidenregion und am Urin die Empfängnisbereitschaft der Kuh (Phillips 2002). Dieses Verhalten wird von anderen weiblichen Rindern ebenfalls gezeigt.

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Kommt eine Kuh in die Hauptbrunst verstärken sich die Verhaltensäußerungen nochmals. Das Tier wird noch unruhiger, brüllt vermehrt, vernachlässigt die Futteraufnahme und lässt sich jetzt bespringen (Gottschalk, Alps, Rosenberger 1992). Sobald die Kuh Aufsprünge anderer Herdenmitglieder bzw. des Bullen duldet, ist sie in der unmittelbaren Hauptbrunst und konzeptionsbereit. In Herden ohne Bullen kann die Duldungsphase der Aufsprünge durch andere Kühe als Hauptbrunst angesehen werden, während bei Anwesenheit eines Bullen die Zeit vom ersten bis zum letzten Deckakt als Hauptbrunst gelten kann. Die Wiederholung eines Deckaktes verkürzt den Zeitraum der Hauptbrunst. So kann die Hauptbrunst ohne Bullen in der Herde bis zu 10 Stunden dauern, während der Einsatz eines Bullen diese Phase auf 3 Stunden verkürzen kann (Sambraus 1991). Die Aufsprungaktivität brünstiger Kühe, beginnend in der Vorbrunst und anhaltend bis in die Hauptbrunst, wird in Untersuchungen von MATHEW ET AL. (1999) mit durchschnittlich 9,6 Stunden angegeben, hat aber eine Spannbreite von 1,7-24,2 Stunden. In dieser Zeit kommt es im Durchschnitt zu 30,7 registrierten Aufsprüngen mit einer Spannweite von 4-138.

In der Nachbrunst klingen die Symptome langsam ab. Das Verhalten normalisiert sich wieder, die Tiere werden ruhiger und lassen sich nicht mehr bespringen. Der direkte Körperkontakt mit anderen Tieren sowie deren Interesse lässt nach, und die Futteraufnahme rückt mehr und mehr in den Mittelpunkt. Am Ende der Nachbrunst ist die Scham fast abgeschwollen und das Tier beginnt abzubluten (Sambraus 1991; Gottschalk, Alps, Rosenberger 1992; Phillips 2002). Rangpositionen spielen entgegen vieler Annahmen im Brunstverhalten keine Rolle (Phillips 2002).

2.5 Sensorbasierte Datenerfassung und Datenanalyse von Verhaltensparametern im Precision Livestock Farming

2.5.1  Grundidee, Ziele und Vorraussetzungen im Precision Livestock Farming

Die Grundidee des Precision Livestock Farming ist die exakte und differenzierte Erfassung von Produktionsdaten, um nach diesen Vorgaben den Produktionsprozess zu steuern (Schön et al. 2001). Eine umfassende Produktionssteuerung ist dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte Eingangsgrößen in Abhängigkeit von den Ausgangsgrößen so geregelt werden, dass ein optimales Produktionsergebnis erzielt wird (Schön, Artmann 1993). Ziel vom Precision Livesock Farming ist eine auf das Einzeltier bezogene Versorgung, Herdenführung (Schön et al. 2001) und Überwachung bei weitgehend automatisierten Arbeitsabläufen und möglichst nur einmaliger Datenerfassung (Ratschow 2005). Die Elektronik und somit sensorgestützte Tierdatenmess- und Identifikationssysteme haben die Aufgabe, den Landwirt bei seinen Überwachungsaufgaben in den Bereichen der Futteraufnahme, Tierleistung und des Tierverhaltens zu unterstützen. Zusätzlich wird erwartet, dass sie bei Entscheidungen zur Tiergesundheit und zum Stand des Reproduktionszyklus wichtige Hilfe leisten. Ungewöhnliche bzw. kritische Situationen sollen frühestmöglich signalisiert werden (Brehme 2001; Schön, Haidn, Wendl 2003). Mikroelektronik und Informationstechnologie eröffnen diesbezüglich neue Möglichkeiten zur Entwicklung einer nachhaltigen Nutztierhaltung und einer rechnergestützten Qualitätssicherung bei gleichzeitiger Steigerung der Arbeitproduktivität und Minderung der Gebäudeinvestitionen. Rechnergestützte Überwachungs- und Steuerungsverfahren ermöglichen bei allen Tierarten eine artgerechtere Gruppenhaltung sowie gleichzeitig eine intensive Einzeltierbetreuung. Der Mensch kann sich von der engen Bindung an den Arbeitsablauf lösen, was nicht nur die Arbeitsbedingungen verbessert, sondern auch eine Ausrichtung der Haltungssysteme an die individuellen Ansprüche der Tiere ermöglicht (Schön, Haidn, Wendl 2003). Als Vorraussetzungen für das Precision Livestock Farming sind eine qualifizierte Datenerfassung vor Ort, die Datenüberwachung und Datenpflege, die Steuerung und Regelung der Prozessabläufe sowie der Datenaustausch und die Datenverrechnung zu gewährleisten (Ratschow 2005). Schlüsseltechnologie ist eine möglichst kostengünstige, automatische und fälschungssichere Einzeltieridentifikation. Seit 1996 legen internationale Standards zur elektronischen Tieridentifizierung die Codes für die Tiernummern fest (Schön, Haidn, Wendl 2003). Bisher ist die elektronische Ohrmarke unbestritten der Grundbaustein zur Tierkennzeichnung, automatisierten Dokumentation und Prozesssteuerung (Grund 2004).

2.5.2 Grundlagen der sensorbasierten Datenerfassung und Datenanalyse

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Mit steigenden Bestandsgrößen, höheren Tierleistungen und auch höheren Anforderungen an Tierschutz und Lebensmittelsicherheit wird die rechnergestützte Tierüberwachung immer mehr zu einem zentralen Baustein in rechnergestützten Verfahren (Schön, Haidn, Wendl 2003). Die fortschreitende Mechanisierung und Automatisierung in der Rinderhaltung verlangt für die Tierüberwachung Systeme mit kontinuierlicher Messwerterfassung, Datenspeicherung und Übertragung, sowie bei Bedarf die Abrufbarkeit von einem zentralen PC (Brehme 2001). Informationen über das Verhalten müssen rückwirkungsfrei oder zumindest rückwirkungsarm gewonnen werden. Das Datengewinnungsverfahren darf selbst keinen wesentlichen Einfluss auf den zu bewertenden Prozess ausüben, damit die gewonnenen Informationen zur Bewertung eines Zustandes oder Verlaufs verwendet werden können (Scheibe, Eichhorn 2001).Die Nutzung von Sensoren stellt eine in der Nutztierhaltung inzwischen häufig angewandte Methode zur Datengewinnung bei Verhaltensparametern dar. Das sind zumeist nicht-invasive Messwertaufnehmer, die außen am Tierkörper befestigt werden oder in Haltungssystem- und Produktionselementen wie z.B. Melksystemen, Wassertränken und Kraftfutterautomaten integriert sind. Sie nehmen in Verbindung mit Tieridentifikationssystemen (Ohrmarken) Informationen über das Einzeltier auf. Sie müssen so beschaffen sein, dass sie hohen mechanischen Belastungen durch das Tier und den vorherrschenden klimatischen Bedingungen standhalten (Scheibe, Eichhorn 2001).Mit zunehmend nicht invasiven Mess- und Transfermethoden verbessern sich die Möglichkeiten der Tierdatenmessung entscheidend (Brehme et al. 2004). Der Einsatz von Sensoren ist inzwischen in der Milchviehhaltung unumstritten und viel praktiziert. Zum Beispiel lassen sich durch den Einsatz zahlreicher Sensoren in automatischen Melksystemen unter anderem viele Aussagen zum Tierverhalten treffen (Schön et al. 2001). Weiterhin ist bekannt, dass durch die regelmäßige Erfassung der Parameter Milchmenge, elektrische Leitfähigkeit der Milch und Tieraktivität ausgewertet durch ein Herdenmanagementprogramm, die Herdenführung entscheidend verbessert werden kann (Stumpenhausen 2001). Der Einsatz von Sensorik in extensiven Haltungssystemen wie der Mutterkuhhaltung ist selten und auf wenige Forschungsprojekte beschränkt. Das Wissen über die Messbarkeit von Tierreaktionen mit sensorbasierten Methoden ist in diesem Bereich dementsprechend gering. Mutterkuhhaltende Betriebe benutzen in erster Linie computergestützte Managementsysteme, die auf der Grundlage durch menschliche Beobachtungen erfasster Daten arbeiten (Kaufmann, Uhr 2002). So werden hauptsächlich Erkenntnisse über Reproduktionsparameter, Gesundheitsstatus und Gewichtsentwicklung erfasst und als Entscheidungshilfe durch die Betriebsleitung genutzt.

2.5.3 Entwickelte Systeme zur sensorbasierten Datenerfassung von Verhaltensparametern

Die Existenz leistungsfähiger Computer und der enorme Fortschritt in der Mikroelektronik ermöglicht inzwischen die Entwicklung einer Vielzahl sensor- und computergestützter Systeme, die in der Erforschung von physiologischen Parametern und Verhaltensreaktionen bei Tieren eingesetzt werden. Die Systeme unterscheiden sich je nach gewünschtem Informationsgewinn hauptsächlich in den messbaren Parametern, in der technischen Gestaltung und in der Anbringung. Die Verwendung einiger dieser Systeme wie z. B. Pedometer und Respaktoren beschränkt sich nicht mehr nur auf die Forschung, sondern hat auch Eingang in die landwirtschaftliche Praxis gefunden.

Pedometer werden vor allem als Hilfsmittel zur Brunserkennung von verschiedenen Herstellern angeboten. Die auf dem Markt angebotenen Systeme unterscheiden sich zwar in ihrer technischen Ausführung und den verwendeten Algorithmen zur Aufarbeitung der Aktivitätsdaten (Klindworth, Trinkl, Wendl 2002), dennoch ist bei allen dieser Messsysteme das Funktionsprinzip ähnlich konzipiert. Die Erfassung der Tieraktivität erfolgt hierbei nach dem Grundsatz der elektrischen Impulszählung. Frühere Pedometermodelle enthielten ein Glasröhrchen mit einem zwischen zwei Kontakten gelagerten Quecksilbertröpfchen, welches die elektrischen Impulse auslöste. Aus Umweltschutzgründen gingen die Hersteller zu Systemen über, in denen eine in einer Mulde gelagerte magnetische Metallkugel zwischen zwei Kupferspulen die Impulse auslöst. Neuere Systeme verwenden einen analogen Piezosensor (Franke 2004). Eine sehr fortschrittliche Entwicklung ist das Messsystem der ALT-Pedometer. Dabei steht ALT für Aktivität, Liegezeit und Temperatur. Diese Pedometer werden besonders zur Brunsterkennung und Tiergesundheitsüberwachung bei Milchkühen eingesetzt. Sie sind mit einem μ-Prozessor zur Erfassung und Speicherung der Messwerte und einem Piezosensor mit Schwellwertschalter zur Erfassung der Schrittaktivität ausgestattet. Zusätzlich wurden zwei digitale Lagesensoren zur Messung der Liegezeiten und ein Thermosensor zur Temperaturmessung der Pedometerumgebung eingebaut (Brehme, Bahr, Holz 2003; Franke 2004). Als weitere technische Verbesserung vervollständigt eine Echtzeituhr das Messsystem (Brehme et al. 2004). Die Vorteile dieser Pedometer liegen in der Messung von drei tierindividuellen Parametern, im wählbaren Zeitintervall von 1-60 Minuten, in der kontinuierlichen Messdatenerfassung und Speicherung mit manueller oder automatischer Datenübertragung mittels Funkmodem zum PC. Hinzu kommt die hohe Korrespondenz zwischen den Messparametern Aktivität und Liegezeit. Bei vielen Kühen ist der Zeitpunkt der Brunst mit einer Erhöhung der Bewegungsaktivität verbunden (Wangler, Wolf 2000; Junge, Krieter, Firk 2001; Stumpenhausen 2001). Untersuchungen in vier Milchviehbetrieben zeigten eine gestiegene Registrierung von Brunstzyklen um 25-61%. Die Erkennungsrate beinhaltet neben normalen Brunstereignissen auch sogenannte „stille“ Brunstzyklen, welche aufgrund geringerer Intensität und Dauer vom Personal kaum erkannt werden (BREHME ET AL. 2004). Frühere Untersuchungen von Klindworth, Trinkl und Wendl (2002) haben nachgewiesen, dass auch mit Pedometersystemen, die mit der Quecksilbertröpfchentechnologie ausgestattet sind, die Brunsterkennung mittels Aktivitätsmessung verbessert werden kann. Allerdings gibt es zwischen den Modellen verschiedener Hersteller Unterschiede. Bemerkbar werden die Unterschiede vor allem bei Betrachtung der Sensitivität und Fehlerrate in der Brunsterkennung. So erreichte das System des einen Herstellers zwar eine Sensitivität von 91%, aber auch eine Fehlerrate von 64,3% falsch positiv erkannter Brunstereignisse. Das System des anderen Herstellers erzielte mit 88% Sensitivität und einer Fehlerrate von 29% ein besseres Ergebnis. Eine Verringerung der Fehlerquote ist durch die Einstellung höherer Grenzwerte machbar (Junge, Krieter, Firk 2001), kann aber zu einer Verringerung in der Sensitivität führen (Klindworth, Trinkl, Wendl 2002). Zu ähnlichen Ergebnissen kommen Brehme et al. (2004). Hier erbrachten Untersuchungen bei sensibler eingestellten Grenzwerten Steigerungen der Anzahl erkannter Brunstzyklen, jedoch auch eine erhöhte Anzahl von falsch positiven Meldungen. Auch Wangler und Wolf (2000) machen darauf aufmerksam, dass die Höhe des eingestellten Grenzwertes darüber entscheidet wie viele brünstige Tiere vom System gemeldet werden und wie viele falsche Treffer darunter sind. Nach Untersuchungen in zwei Herden mit 100 bzw. 250 Tieren empfehlen sie einen Grenzwert von 100% über dem gleitenden Mittelwert der Vortage. Damit wurden rund drei Viertel aller brünstigen Kühe erkannt. Im Gegensatz dazu bleiben trotz zweimaliger visueller Brunstbeobachtung pro Tag etwa ein Drittel der brünstigen Tiere unerkannt. Mit Pedometern ist es bereits möglich die visuelle Brunsterkennung zu unterstützen. Dieser Aspekt ist für die Milchviehhaltung von besonderer Bedeutung, da die hier gewöhnlich eingesetzte künstliche Besamung eine bestmögliche Brunsterkennung voraussetzt.

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Respaktoren/ Rescounter sind im Halstransponder integrierte Sensoren, die ähnlich den Pedometern über elekronisch aufsummierte Zählimpulse die Bewegungen einer Kuh registrieren (Wangler, Rehbock 2000). Durch die Unterbringung im Transponder ist die Anbringung an der Kuh einfach und der Sensor ist vor Schmutz und Wasser geschützt (Franke 2004). Neben der Aktivitätsmessung kann das System auch der Tieridentifikation dienen (Klindworth, Trinkl, Wendl 2002). Untersuchungen in einer Herde mit 80 Milchkühen zeigten, dass bei 73% der durch die Respaktoren erkannten Tiere, mit einer erhöhten Aktivität im brunstnahen Zeitraum, ein besamungswürdiger Follikel mit Ultraschall festgestellt werden konnte. Der Grenzwert, bei dem ein Tier als brünstig erkannt und gemeldet wurde, lag bei 100% über dem tierindividuellen Mittelwert. Auch bei diesen Ergebnissen wird darauf aufmerksam gemacht, dass Kühe mit „stiller“ Brunst leichter zu erkennen sind (Wangler, Rehbock 2000). Klindworth, Trinkl, Wendl (2002) merken an, dass eine Anbringung von Sensoren im Fußbereich vorteilhafter ist, da dort die Aktivitätserhöhungen besser erfasst werden, wogegen die Messungen am Hals in einer größeren Bandbreite streuen. Auf ähnliche Resultate kamen Brehme et al. (2002). Sie erkannten, dass sich Aktivitätsänderungen bei Kühen durch Pedometer im Gegensatz zu Respaktoren genauer und eindeutiger identifizieren lassen. Zu anderen Ergebnisse gelangten Wangler und Wolf (2000).

Ihr Vergleich von Pedometern und Respaktoren ergab hinsichtlich der Erkennungsrate brünstiger Kühe keine statistisch gesicherten Unterschiede. Beide Systeme erfassten die Aktivität von Kühen zum Zeitpunkt der Brunst und an den übrigen Tagen des Zyklus mit ähnlicher Effizienz.

Actiwatch – Activity Monitoring System (AMS) ist ursprünglich für die Messung von Aktivitätsniveaus am Menschen entwickelt und für die Verwendung bei Tieren angepasst worden. Das AMS ist ein piezoelektronischer Beschleunigungsmesser, der sich in einem Gehäuse befindet und am Bein oder am Hals des Tieres befestigt wird. Der Sensor registriert Anzahl und Dauer von Beschleunigungsimpulsen mit mehr als 0,49 m/s2. Das einzustellende Messintervall kann zwischen 2 Sekunden und 15 Minuten gewählt werden. Für die Konfiguration sowie das Auslesen der Daten ist es erforderlich das AMS per Kabel mit einer PC-Schnittstelle zu koppeln, um eine Datenübermittlung vorzunehmen (Müller, Schrader 2003, Van Oort et al. 2004). Erste Untersuchungen an Milchkühen ergaben eine große Übereinstimmung der AMS-Messungen mit den Ergebnissen der zeitgleichen Videoanalyse (Müller, Schrader 2003). Mit weiteren Analysen an Rentieren konnten inaktive Phasen und Phasen mit Fortbewegung im Zeitverlauf mit einer Genauigkeit von 99% nachgewiesen werden (Van Oort et al. 2004).

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HeatWatch soll vordergründig zur Überwachung des Aufsprungverhaltens von Rindern dienen und das Erkennen brünstiger Kühen unterstützen. Das Funktelemetriegerät besteht aus einem miniaturisierten Funkwellensender, der mit einem Drucksensor gekoppelt ist. Das Gerät wird von einer wasserdichten Tasche umgeben, die möglichst dicht oder direkt am Schwanz des Tieres mit Kontaktkleber oder mit einem Riemen befestigt werden sollte. Die Aktivierung des Drucksensors erfolgt, wenn der Druck auf den Sensor, durch den Aufsprung einer Kuh, länger als 2 Sekunden anhält. Dann wird ein Funksignal mit der Sensoridentifikation, dem Datum, der Zeit und der Aktivitätsdauer des Sensors über eine Funkantenne an einen Computer weitergeleitet sowie gespeichert. Anschließend stehen die Daten zur Auswertung zur Verfügung (Nebel et al. 2000; At Taras, Spahr 2001). At Taras und Spahr (2001) konnten mit dem HeatWatch System eine 87%ige Effizienz in der Brunsterkennung bei Milchkühen erreichen. Damit übertraf das Sensorsystem die visuelle Brunsterkennung mit über 20%. Untersuchungen an Fleischrindkühen mit diesem System ergaben ähnlich gute Ergebnisse. Die Brunsterkennung führte zu einer Konzeptionsrate von 84,2% nach dem ersten Brunstereignis (Mathew et al. 1999).

ETHOSYS ist ein nicht invasives Speichertelemetriesystem zur kontinuierlichen Erfassung von Verhaltensdaten bei größeren Säugetieren (Scheibe et al. 1998). Im Vordergrund stehen besonders die Parameter Aktivität und Futteraufnahme. Die Erfassung wird über Sensoren in einem Halsband (ETHOREC) realisiert. Die angewandte Sensorik im Halsband erfasst die allgemeine Bewegung sowie bestimmte Bewegungsrhythmen (Bewegung mit Kopf oben/ unten) über programmierbare, digitale Frequenzfilter und die Kopfhaltung des Tieres.

Die einzelnen Signale werden miteinander verknüpft und von bis zu vier verschiedenen logischen Zuständen abgefragt und gezählt. Die Abspeicherung der Zählergebnisse erfolgt in einstellbaren 5-60-min Intervallen, in vier Kanälen, als fortlaufende Zeitreihe. Bei Annäherung eines Tieres an die Auslesestation (ETHOLINK) werden die Daten über eine Funkverbindung ausgelesen. Die Verarbeitung am PC erfolgt im Anschluss mit einer speziellen Software (ETHODAT). Die Speicherkapazität des Halsbandes beträgt 2.047 Datensätze. Das entspricht, bei einem Erfassungsintervall von 5 Minuten, 7,1 Tage unabhängiger Registrierdauer und bei einem eingestellten Intervall von 1 Stunde 85,3 Tage. Innerhalb dieser Zeit muss das Tier in die Nähe der Auslesestation kommen (Scheibe et al. 1998; Scheibe, Eichhorn 2001). Mehrere Untersuchungen an Wildtieren und extensiv gehaltenen Nutztieren wurden bereits mit ETHOSYS durchgeführt, um Verhaltensparameter besonders über einen langen Zeitraum zu erfassen.

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Analysen über 6 Monate an Alpacas, Schafen, Przewalski Pferden und Mufflons ergaben, dass die Messungen der Sensoren (ETHOREC) in einem sehr hohen Maß mit der Observation übereinstimmten. Nur 6 von 20 berechneten Korrelationen lagen unter 0,90 (Scheibe, Eichhorn 2001). Das spricht sehr deutlich für die Zuverlässigkeit der durch die Sensoren ermittelten Werte bezüglich des Bewegungs- und Futteraufnahmeverhalten. In weiteren Untersuchungen von Scheibe et al. (2003) konnten Unterschiede in der täglichen allgemeinen Aktivität und der Graseaktivität zwischen Sommer- und Winterzeit nachgewiesen werden. Ebenfalls ließ sich die Lammzeit von Mufflons eindeutig identifizieren (Scheibe et al 2003). Bereits 1996 wurde ETHOSYS bei Mutterkühen getestet und Unterschiede in der allgemeinen Aktivität und Graseaktivität zwischen Sommer und Winter sowie Tag und Nacht nachgewiesen (Barow, Gerken 1997). Zerbe (1997) setzte ETHOSYS ein, um ein Langzeitmonitoring der Aktivität von Mutterkühen vor der Kalbung aufzunehmen. In den Zeitkarten der Tiere fehlen eindeutige Anzeichen für eine Kalbung. Für die Bewertung von peripartalen Aktivitätsänderungen muss der Uberlagerungseffekt jahreszeitlicher Veränderungen berücksichtigt werden. Am Abkalbetag zeigte sich bei den Kühen dennoch eine nach oben abweichende Summenfunktion der absoluten Intervalldifferenzen, die tierindividuell verschieden ausfällt. Der Beginn der Abweichung kann auf den Zeitpunkt der Geburt hinweisen.

VIENNA ist ein invasives Funk-Telemetrie-System. Es besteht aus einem implantierbaren 100 kHz Transmitter zur Messung der Herzfrequenz und Körpertemperatur. Ein zusätzliches Halsband erfasst Aktivitäten mit Kopf oben/ unten und ergänzt bzw. verbindet diese mit den Informationen zur Herzfrequenz. Die Datenempfangsstation ist batteriebetrieben und beinhaltet einen mit Mikroprozessor gesteuerten Funkempfang mit einer Datenvorverarbeitung sowie eingebauter Speichermöglichkeit. Die Daten werden auf Minutenbasis vorverarbeitet und differenziert in Herzfrequenz, Körpertemperatur und Aktivität gespeichert. Die endgültige Datenverarbeitung kann dann am PC mit geeigneter Software erfolgen. Bei Nutzung von 1min- Intervallen in der Datenerfassung arbeitet das System bis zu 6 Monaten.

Damit eignet es sich sehr gut für ein Langzeitmonitoring. Im Gegensatz zu ETOSYS, welches Bewegungen differenziert, zählt VIENNA lediglich jede Aktivität, die sich vom Liegen unterscheidet (Berger et al. 1997).

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APEC ist ein entwickelter Kauschlagzähler. Er erkennt Fressen, Wiederkauen und Ruhen bei Rindern, indem er Kieferbewegungen misst und interpretiert. APEC beinhaltet einen pneumatischen Signalgeber, der unter dem Kiefer befestigt ist sowie einen Datenlogger. Kieferbewegungen verursachen Druckveränderungen. Diese werden alle 2,5 Sekunden von einem elektronischen Signalgeber erkannt, der sämtliche pneumatische Impulse in eine binäre Darstellung umwandelt. Die Speicherkapazität ist auf 6 Tage beschränkt, was eine durchgängige Langzeiterfassung unterbindet. Das Auslesen der gespeicherten Daten erfolgt direkt am Tier über die Verbindung des APEC mit einem PC, woraus ein hoher Aufwand und eine Stressbelastung für das Tier resultieren kann. Die Werte werden durch eine interpretierende Software in die Kategorien Fressen, Wiederkauen und Ruhen eingeteilt und anschließend ausgewertet (Blanc, Berger 1995).

Bewator Cotag Granta Compact wurde ursprünglich für die Kontrolle und Überwachung von Gebäudezugängen entwickelt und zur Untersuchung des Graseverhaltens von Rindern adaptiert. Das System setzt sich aus einer Schleifenantenne, einem Transponder und einem Controller zusammen. Die Schleifenantenne besteht aus einem Kabel, welches nicht länger als 10m sein sollte und auf bzw. im Boden in Form eines Rechteckes oder eines Kreises verlegt wird. Um ein großes Weidestück flächendeckend zu überwachen, können mehrere Antennen nebeneinander verlegt werden. Der Controller ist über ein Verbindungskabel mit der Antenne verbunden. Der Transponder ist sehr klein und wiegt lediglich 14,4g, so dass er am Bein oder am Halsband angebracht oder mit einer Ohrmarke kombiniert werden kann. Wenn die Kuh in den Sendebereich der Antenne kommt, empfängt der Transponder ein 137 kHz Signal von der Antenne und reagiert mit der Ausstrahlung eines 66 kHz Signals, das die Identifikationsnummer des Tieres enthält. Dieser Code wird über die Antenne an den Controller weitergegeben. Sobald der Transponder in den Sendebereich gelangt, wird der Eintrittspunkt, die Zeit, das Datum und die Identifikationsnummer registriert. Der Controller ist in der Regel ein Zweikanalgerät, kann aber durch eine einsteckbare Platine zu einem Vierkanalgerät aufgestockt werden. So ist es mit einem Controller möglich die Informationen von 4 Antennen zu speichern. Die ersten Datenanalysen beziehen sich in erster Linie auf die technische Umsetzung des Systems. Obwohl Aufwand und Ausstattung sehr umfangreich sind, treten durch die Anbringung der Antennen und Controller auf der Weide keine Störungen der Tiere auf. Die Empfangsleistung der Antennen ist beeinflusst vom Abstand der Transponder zum Erdboden. Je dichter der Transponder an der Erdoberfläche ist, z. B. bei Anbringung am Bein, desto mehr vergrößert sich der Empfangsbereich der Schleifenantenne. (Swain, Wilson, Dickinson 2003).

GPS (Global Positioning System) ist anfänglich für militärische Zwecke entwickelt worden. Der Nutzer erhält mit Hilfe von Satelliten in der Erdumlaufbahn geographische Positionsangaben.

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Das GPS besteht aus 3 Elementen.

  1. Das Weltraumsegment umfasst 24 Satelliten in der Erdumlaufbahn, von denen 5-8 Satelliten zu jedem Zeitpunkt und von jedem Punkt der Erde Funksignale zeitgenau erzeugen und senden.
  2. Das Kontrollsegment ist ein Netzwerk aus Bodenstationen, welche die Satelliteninformationen überwachen (z. B. Zeit, Lage des Satelliten) und die korrekte Arbeitsweise des Systems sichern.
  3. Das Nutzersegment ist ein Empfangsgerät, welches die Satellitensignale in geschätzte Positionsangaben umwandelt (Turner et al. 2000).

Die Genauigkeit des Systems kann durch Zeit- und Positionsfehler des Satelliten, Fehler des Empfangsgerätes, atmosphärische Störungen und durch die Reflexion von Funksignalen durch große Objekte eingeschränkt werden. Für den zivilen Nutzer ist das größte Problem eine verringerte Genauigkeit der Positionsangaben durch eine absichtlich aber unvorhersehbar herbeigeführte Ungenauigkeit der Satellitenuhr, die durch das Militär kontrolliert wird. Dadurch kann es zu großen Schwankungen in den Positionsangaben für ein und denselben Ort kommen. Diese Ungenauigkeiten eines GPS-Gerätes können mit der DGPS-Prozedur erheblich verbessert werden, indem eine zusätzliche Empfangsstation an einer genau bestimmten Position installiert wird und die empfangenen Satellitendaten mit den exakten Positionsdaten verglichen sowie die aktuellen Abweichungen als Fehlermagnitude berechnet werden. Auf ein in der Nähe befindliches GPS-Gerät (bis 50km) kann dieser Fehlereinfluss als Korrekturangabe übertragen werden. Auf diesem Weg ist eine Genauigkeit von bis zu 5m erreichbar (Udal 1998; Turner et al. 2000). Für den Einsatz bei Wild- und Nutztieren sind Halsbänder mit integriertem GPS-Sender im Einsatz. Allerdings sind die Komponenten groß und haben insbesondere einen hohen Strombedarf. Neben dem Empfänger sind weitere Komponenten zur Speicherung und/ oder Datenübertragung notwendig (Scheibe, Eichhorn 2001). Bisherige Untersuchungen zum Einsatz der GPS-Technik bei Rindern in nordamerikanischen Paddocks beschäftigten sich in der Hauptsache mit dem Weideverhalten der Tiere und den Präferenzen hinsichtlich der aufgesuchten Weideareale. Dabei stellte sich heraus, dass sich ausgewählte Tiere einen Großteil der Zeit in bestimmten Arealen einer Weide aufhalten, die weniger als 20% der Gesamtfläche darstellen. Andere Weideareale wurden dagegen nur ganz geringfügig frequentiert (Udal 1998).

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Tabelle 14: Zusammenfassung der beschriebenen Systeme (eigene Darstellung)

Systeme

Anbringung am Tier

Einfluss auf das Tier

gemessene Parameter

Vorteile

Nachteile

Pedometer

Fesselgelenk

gering

Schrittanzahl, Liegezeit und Temperatur möglich

leichte Anbringung, langfristige Datenerfassung möglich

stoß- und nässe-gefährdet

Respaktor/ Rescounter

Halsband

gering

Bewegung des Kopf-Hals-bereiches

leichte Anbringung

keine Differen-zierung der Bewegung

ActiWatch

Fesselgelenk, Halsband

gering

Beschleunigung bei Fortbewegung

leichte Anbringung

keine Differen-zierung der Bewegung

Heatwach

In Schwanz-region per Kleber oder Riemen

schwer einschätzbar

Anzahl und Dauer von Aufsprüngen

Nutzung eines typischen Brunst-anzeichens

Art der Anbringung

ETHOSYS

Halsband

gering

Bewegung Kopf oben/ unten(Grase-aktivität), Ruhen

leichte Anbringung, langfristige Datenerfassung

VIENNA

Implantat und Halsband

nach Abheilung gering

Herzfrequenz, Körper-temperatur, Bewegung Kopf

permanente Überwachung von Herzfrequenz und Körper-temperatur

Eingriff am Tier, nur einmalige Verwendung

APEC

unter dem Kiefer

mittel bis hoch

Kiefer-bewegungen

genaue Bestimmung der Wieder-kauaktivität

schwierige Anbringung, Stress-belastung des Tieres beim Auslesen der Daten

Bewator Compact

Ohr, Hals, Fesselgelenk

gering

Standort-bestimmung

genaue Bestimmung der Aufenthaltszeit in einem Areal möglich

hoher technischer Aufwand

GPS

Hals

gering

Standort-bestimmung

genaue geographische Angabe der Standorte möglich

Genauigkeit u. a. abhängig von Wetter und Umgebung

Die vorgestellten Systeme sind nur ein Ausschnitt aus den technisch möglichen Entwicklungen und umfassen bei weitem nicht alle weltweit angewandten Modelle der sensorbasierten Datenerfassung, zumal die Entwicklung permanent weiter fortschreitet.

2.5.4 Mathematische Methoden zur Daten- und Problemanalyse von Verhaltensparametern

Im Anschluss an die sensorbasierte Datenerfassung muss eine sinnvolle Analyse der Daten für den gewünschten Informationsgewinn sorgen. Je nach Einstellung der Systeme ist der Datengewinn so umfangreich, dass ein Handling der Datenmenge erst mit Hilfe leistungsfähiger und komplex arbeitender Rechnersysteme möglich wird. Die Nutzung der Daten durch den Anwender erfolgt zumeist über Software mit implementierten mathematisch-statistischen Funktionen als Grundlage von mathematischen Modellen. Ihre Aufgabe besteht darin, mit Hilfe der gewonnenen Daten zur Optimierung oder Korrektur des Produktionsprozesses beizutragen.

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Abbildung 3: Beziehung zwischen mathematischen Modellen und dem realen Produktionsprozess nach Rodrigues und Zimmermann (1998)

Durch die Entwicklung neuer experimenteller Techniken und die steigende Komplexität von Fragestellungen ist es notwendig geworden, die klassischen Methoden der Datenanalyse (Betrachtungen von Mittelwerten und Varianzen, Signifikanztests usw.) zu erweitern, um eine angemessene Interpretation der Daten zu erreichen (Hütt 2001). Zusätzlich geht der Trend in verschiedenen Bereichen der Nutztierhaltung zur Erfassung und Analyse von einzeltierbezogenen Daten, welche die Überwachung und Lenkung von Leistung und Status des Tieres im Sinne des Managements unterstützen sollen. Diese Daten stehen in einem temporären Zusammenhang und unterliegen stetigen Veränderungen, die in die Datenanalyse miteinbezogen werden müssen. Am Ende muss der Landwirt, mit den gewonnenen Daten als Grundlage, Entscheidungen treffen. Vielfach treten trotz genauer Datenakquisition und Bereitstellung verschiedene Formen von Unsicherheiten auf (z. B. resultierend aus natürlichen Phänomenen), die im Prozess der Entscheidungsfindung berücksichtigt werden sollten.

Eine mathematische Methode, die robust gegenüber ungenauem Wissen und vagen Ereignissen reagiert, ist die Fuzzy-Logic. Lofti A. Zadeh begründete 1964 diese Theorie der unscharfen Mengen, wobei es sich grundsätzlich um eine Erweiterung der gewöhnlichen Mengenlehre handelt (Gerke, Grof 2001). In der gewöhnlichen Mengenlehre teilt sich die Menge aller Aussagen in zwei Klassen: die Menge aller wahren und die Menge aller falschen Aussagen. Dieses Prinzip der eindeutigen Zugehörigkeiten hat sich zwar in Mathematik und Informatik bewährt, doch bei vielen praktischen Anwendungen wären „gleitende Übergänge“ zwischen 0 und 1, Zugehörigkeit und Nichtzugehörigkeit wünschenswert (Bandemer, Gottwald 1993). Denn nicht jede Form von menschlichem Expertenwissen ist mathematisch einfach oder überhaupt modellierbar, da es nicht immer widerspruchsfrei ist (Petry, Herberger 1998) bzw. nach der Booleschen Logik der wahren oder der falschen Menge zugeordnet werden kann. So erlaubt die Fuzzy-Logic im engeren Sinne die Verwendung unscharfer Begriffe, da Ausdrücke wie z.B. schönes Wetter nicht präzise definierbar sind (Richter 2005). Kurz zusammengefasst arbeitet diese Methode mit unscharfen Begriffen und verwendet unscharfe Regeln. Sie verknüpft diese Regeln zu einem unscharfen Ergebnis. Durch fuzzy-logische Inferenz und Defuzzifizierung ist das Ergebnis wieder in eine präzise Anwendung umsetzbar (Yang 1998).

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Möglichkeiten für die Auswertung von einzeltierbezogenen Daten im zeitlichen Zusammenhang bietet die Zeitreihenanalyse. Sie untersucht die Eigenschaften von Zeitreihen, insbesondere um Zusammenhänge zwischen aufeinanderfolgenden Beobachtungen zu ermitteln und zukünftige Beobachtungen zu prognostizieren (Anonym 2 2004). Traditionell versteht man unter einer Zeitreihe die zeitlich geordnete Abfolge der Beobachtungen von statistischen Massen, die Unterschiede im zeitlichen kollektivabgrenzenden Merkmal aufweisen. Bei der Interpretation einer Zeitreihe ist wichtig, dass sich innerhalb der Zeitreihe die Beobachtungen auf statistische Massen beziehen, die sich lediglich im zeitlichen Merkmal unterscheiden. Weiterhin geht man im traditionellen Verständnis von äquidistanten Zeitreihen aus, also Reihen mit gleicher zeitlicher Entfernung zwischen den Zeitindizes (Luebbert 1999). Dem aktuellen Verständnis zufolge werden empirische Zeitreihen als eine endliche Realisation eines übergeordneten, den spezifischen Sachverhalt umfassenden, stochastischen Prozess angesehen, wobei sich ein stochastischer Prozess auf zwei Arten beschreiben lässt.

  1. Der stochastische Prozess ist die Grundgesamtheit für eine empirische Zeitreihe. Demzufolge stellt eine empirische Grundgesamtheit eine Stichprobenrealisation aus einer eventuell sehr umfangreichen Masse dar.
  2. Der stochastische Prozess stellt eine Folge von Zufallsvariablen dar, wobei jedem Zeitindex eine Zufallsvariable zugeordnet ist. Er ist formal eine Funktion mit zwei Definitionsbereichen, dem Ereignisraum und dem Zeitindex.

Generell stellt eine konkret vorliegende Reihe zunächst eine Folge von reellen Zahlen dar, welche die zeitliche Entwicklung eines Sachverhaltes beschreibt. Dem Analytiker steht es frei, die Art der Interpretation der Zeitreihe zu wählen. Sie richtet sich rein nach der Zweckmäßigkeit (Luebbert 1999).

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Die unbestritten wichtigste Technik der linearen Zeitreihenmethodik kommt aus der Signaltheorie, in der eine physikalische Darstellung einer Nachricht analysiert und interpretiert wird. Periodische Signale und Signale mit periodischen Elementen lassen sich besonders einfach auf ihre Bildungsgesetze und die in ihr enthaltenen Information hin untersuchen, wenn man sie nicht in Abhängigkeit von der Zeit betrachtet, sondern die Stärke der zum Signal beitragenden Frequenzen. Das ist die Grundidee der Fourieranalyse (Butz 2005). Das wichtigste Ergebnis eines solchen Analyseprozesses ist das sogenannte Powerspektrum. Hier zeigen sich z. B. Einzelfrequenzen, die einen starken Beitrag zur Zeitreihe geben sowie Verteilungen von Frequenzen, wenn Schwingungen über einen breiten Frequenzbereich zum Signal beitragen (Hütt 2001). Der Fourieranalyse kann man eine Autokorrelation vorschalten, da sich charakteristische Parameter von periodischen Strukturen durch die Berechnung der Autokorrelation relativ einfach ermitteln lassen und damit z. B. in stark verrauschten Signalen Periodizitäten findet, die nicht ohne weiteres ersichtlich sind.

Ein weiteres Mittel in der Zeitreihenstatistik ist die Bestimmung von Trends, die eine längerfristige Entwicklungstendenz einer Zeitreihe wiederspiegelt. Die Berechnung von Trends hat hauptsächlich zwei zentrale Aufgaben:

  1. Datenreduktion
  2. Prognose.

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Prognosen können auch für die Vergangenheit ermittelt werden (ex-post-Prognosen). Sehr häufig angewandte Funktionen in der Trendbestimmung sind die Methoden „Gleitende Durchschnitte“ und „kleinste Quadrate“ (Luebbert 1999). Beides kann zum Glätten von Zeitreihen genutzt werden, um Trends sichtbar zu machen.

Einen Gleitenden Durchschnitt (GD) berechnet man aus einer gleichbleibenden Anzahl zeitlich benachbarter Beobachtungswerte. Er wird dem in der Mitte des jeweiligen Zeitintervalls liegenden Zeitpunktes t zugeordnet. Wichtig dabei ist, dass das Zeitintervall mit dem zugrunde liegenden Zyklus übereinstimmt, wobei die Auswahl des Zyklus die schwierigste Aufgabe dieser Methode ist. Je größer der Zyklus gewählt wird, umso „geglätteter“ erscheint im Anschluss die Trendlinie. Da die Werte der gleitenden Durchschnitte stets dem mittleren Beobachtungswert der jeweiligen Durchschnittsgruppe zugeordnet werden, können am Anfang und am Ende der Zeitreihe keine Trendwerte bestimmt werden, was die Basis für die Interpretation der empirischen Reihe verringert. Ein weiterer Nachteil ist die mögliche Beeinflussung der Trendfunktion durch Extremwerte, die Zyklen hervorrufen können, welche in der ursprünglichen Zeitreihe nicht vorhanden waren.

Die Methode der kleinsten Quadrate basiert im Gegensatz zu den Gleitenden Durchschnitten auf der expliziten Erzeugung von Schätzfunktionen, wobei an die Daten der Ursprungsreihen keinerlei Anforderungen gestellt werden. Es müssen lediglich Anhaltspunkte vorhanden sein, dass sich der Trend in einer mathematischen Funktion ausdrücken lässt.

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Die sich aus der unabhängigen Variablen Zeit (x) und den Werten zu den unterschiedlichen Zeitpunkten (y) ergebene Regressionsgerade wird zum Zweck der Schätzung, Vorhersage oder auch Prognose verwendet. Die Anwendung der Methode ermöglicht die stärkere Berücksichtigung größerer inhaltlich bedeutsamer Abweichungen im Vergleich zu kleineren Abweichungen, die eventuell auf Zufälle zurückzuführen sind (Luebbert 1999).

Die Methode der kleinsten Quadrate ist Grundlage für die Lowessfunktion (locally weighted regression scatter plot smothing), einer lokal gewichteten Regressionsglättung zur Kurvenanpassung in einem zweidimensionalen Scatterplott (Streudiagramm).Dabei gibt es keine Vorgabe eines speziellen Funktionstyps und es werden 2 Arten von Gewichten verwendet, die Nachbarschaftsgewichte und die Robustheitsgewichte (Anonym 3 2004). Die Festlegung von Nachbarschaftsgewichten sorgt dafür, dass die nahe bei dem ausgewählten neu zu schätzenden Vorhersagewert liegenden Beobachtungswerte eine größere Gewichtung erhalten als die weiter entfernten. Um die Beeinflussung der geschätzten Regressionsfunktion durch potentielle Ausreißer in einem bestimmten Maß zu begegnen, werden neben den Nachbarschaftsgewichten zusätzlich Robustheitsgewichte ermittelt. Eine genauere Kurvenanpassung kann über die Multiplikation von Nachbarschaftsgewichten mit Robustheitsgewichten und einer erneuten Schätzung einer linearen Regressionsfunktion innerhalb der einzelnen Bereiche vorgenommen werden. Diese iterative Schätzung kann mehrmals wiederholt werden, wobei gilt: je höher die Anzahl der Iterationen, desto besser die Kurvenanpassung. Die weitere Erhöhung einer bereits hohen Iterationszahl bringt allerdings kaum eine sichtbare Verbesserung (Anonym 3 2004). Die Schwierigkeit dieses Verfahrens liegt ähnlich wie beim Gleitenden Durchschnitt in der Festlegung der Anzahl der einfließenden nachbarlichen Beobachtungswerte bei der Neuberechnung eines Ausgangswertes in der Zeitreihe (Zyklus). Hierfür gibt es keine Regel. Denn die Festlegung der Anzahl einfließender Werte ist abhängig von der Zweckmäßigkeit bzw. von dem gewünschten Ausmaß der Glättung, denn es gilt ebenfalls: je mehr Beobachtungswerte in die Nachbarschaftsgewichtung einbezogen werden, umso „geglätteter“ gestaltet sich die Kurve.


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09.05.2007