Humboldt- Universität zu Berlin

Dissertation

Analyse und Bewertung von Parametern der Produktionsumwelt bei der
Milchgewinnung mit automatischen Melksystemen (AMS).

Zur Erlangung des akademischen Grades

doctor rerum agriculturarum (Dr. rer. agr.)

Landwirtschaftlich- Gärtnerische Fakultät

vorgelegt von: Dipl.-Ing. agr. Jens Unrath



geb. am 18.07.1972 in Pritzwalk

Gutachter:
1. Prof. Dr. Otto Kaufmann
2. Prof. Dr. Franz- Josef Bockisch
3. Dr. habil. Johannes Wolf

eingereicht:13.04.2004

Datum der Promotion:15.07.2004

Gefördert durch das Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt- Universität zu Berlin (IASP) des Vereins zur Förderung agrar- und stadtökologischer Projekte e.V. (A.S.P.).

Meiner Familie

und

Jasmin

[Seite IV↓]

Inhaltsverzeichnis

• 1  Einleitung und Problemstellung
• 2  Kenntnisstand
  • 2.1 Qualität und Prozessqualität als Modelle
  • 2.2 Prozessqualität bei der Milchgewinnung
  • 2.3 Automatisches Melken und Automatische Melksysteme (AMS)
    • 2.3.1  Milchqualität und Melken
    • 2.3.2  Milchhygienerecht
    • 2.3.3 Stress auslösende Faktoren
  • 2.4 Stallklima und Produktionsumwelt
    • 2.4.1 Begriffsabgrenzung
    • 2.4.2 Allgemeine Parameter
    • 2.4.3  Richtlinien und Normen
    • 2.4.4 Stallluft
      • 2.4.4.1 Temperatur und Luftfeuchte
      • 2.4.4.2 Komponenten der Stallluft
    • 2.4.5 Ausgewählte Parameter der Akustik
      • 2.4.5.1 Funktionsprinzip von Schallpegelmessern
      • 2.4.5.2  Schallbewertung und Immissionsrichtwerte
      • 2.4.5.3 Hörvermögen von Nutztieren
      • 2.4.5.4 Schall und seine Auswirkungen auf das Tier
    • 2.4.6 Stallkeimflora
      • 2.4.6.1 Erfassung von Keimen
      • 2.4.6.2  Digitale Bildverarbeitung als Möglichkeit der Erfassung von Verschmutzungen
• 3  Eigene Untersuchungen, Material, Methode und Tiere
  • 3.1 Stallgebäude
    • 3.1.1 Melkeinheit
    • 3.1.2  Verwendete Messtechnik
    • 3.1.3  Messprogramme
      • 3.1.3.1 Analyse von Temperatur und Luftfeuchte
      • 3.1.3.2 Stallluftanalyse
      • 3.1.3.3 Schallanalyse
      • 3.1.3.4 Analyse des Verschmutzungsgrades und des Keimgehaltes
      • 3.1.3.5 Statistische Methoden
• 4  Ergebnisse der Untersuchungen
  • 4.1 Temperatur
  • 4.2 Relative Luftfeuchte
  • 4.3  Luftzusammensetzung
    • 4.3.1 Ammoniak
    • 4.3.2 Kohlendioxid
    • 4.3.3 Methan
  • 4.4 Schallsituation und topographische Schallverteilung
  • 4.5  Verschmutzung und Keimsituation
  • 4.6 Tierverhalten in der Melkbox
• 5  Diskussion
  • 5.1 Temperatur
  • 5.2 Relative Luftfeuchte
  • 5.3  Luftzusammensetzung
    • 5.3.1 Ammoniak
    • 5.3.2  Kohlendioxid
    • 5.3.3 Methan
  • 5.4 Schallpegel
  • 5.5 Verschmutzung und Keimsituation
  • 5.6 Tierverhalten in der Melkbox
• 6  Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
• Abkürzungsverzeichnis
• Literaturverzeichnis
• Ergänzende Abbildungen
• Danksagung
• Eidesstattliche Erklärung

Tabellen

• Tabelle 1:Mikrobielle Kontaminationsquellen von Rohmilch und deren Keimeintrag
• Tabelle 2:Auswahl an Erregern von Eutergesundheitsstörungen
• Tabelle 3:Technische Indikatoren des Stallklimas und deren Auswirkung auf die Tiere
• Tabelle 4:Ausgewählte Stallluftkomponenten und ihre Wirkung auf den tierischen Organismus
• Tabelle 5:Immissionsrichtwerte für außerhalb von Gebäuden liegende Immissionsorte
• Tabelle 6:Hörbereich verschiedener Nutztiere und des Menschen, ermittelt durch Audiogramme
• Tabelle 7:Gesamtzahl der KBE von den Mattenoberseiten in drei Ställen (Mittelwerte, log KBE /g),
• Tabelle 8:Keimsammelmethoden aus der Stallluft und von Stalloberflächen
• Tabelle 9:Maße des Stalles und Stallraumvolumina
• Tabelle 10:Eingesetzte Messtechnik zur Datenerfassung
• Tabelle 11:Anzahl der Messpunkte für die Parameter Temperatur und rel. Luftfeuchte und deren Verteilung
• Tabelle 12:Anzahl der Messwerte in allen Versuchen
• Tabelle 13:Anzahl der Messpunkte für die Erfassung der Qualität der Umgebungsluft und deren Verteilung
• Tabelle 14: Schema der Probenahme an den Messpunkten Melkbecherkopf, Getriebeblock der Reinigungsbürsten, Ansetzarm des Roboters
• Tabelle 15: Temperaturen im AMS, Stall und Außenbereich unter Sommer- und Winterbedingungen (in °C)
• Tabelle 16: Spannweiten sowie Quartil- und ausgewählte Percentilwerte rel. Luftfeuchte unter Sommer- und Winterbedingungen, (in %)
• Tabelle 17: Spannweiten sowie Quartil- und ausgewählte Percentilwerte der Ammoniakkonzentration unter Übergangs- und Sommerbedingungen, (in mg/m³)
• Tabelle 18: Spannweiten sowie Quartil- und ausgewählte Percentilwerte der Kohlendioxidkonzentration unter Übergangs- und Sommerbedingungen (in mg/m³)
• Tabelle 19: Spannweiten sowie Quartil- und ausgewählte Percentilwerte der Methankonzentration unter Übergangs- und Sommerbedingungen (in mg/m³)
• Tabelle 20: Schallmessung im Kopfbereich einer Kuh während einer Melkung im AMS, Maximal- und Minimalwerte sowie die prozentuale Verteilung der Daten
• Tabelle 21: Lärmverteilung um das AMS an zwölf Messpunkten mit insgesamt 17 Pegelmessungen sortiert nach Pegelhöhen.
• Tabelle 22:Richtwerte für die Optimaltemperatur für Rinder nach unterschiedlichen Klimatisierungsnormen (in °C)
• Tabelle 23:Optimalbereiche für die rel. Luftfeuchte für landwirtschaftliche Nutztiere (in %)
• Tabelle 24: Richtlinien für den Gehalt an Ammoniak in der Stallluft (umgerechnet in mg/m³)
• Tabelle 25: Richtlinien für den Gehalt an Ammoniak in der Stallluft (umgerechnet in mg/m³)
• Tabelle 26:Vergleichende Lärmmessungen in einem AMS und drei Fischgrätenmelkständen (FGM), (in dB(A))

Bilder

• Abbildung 1:Schematische Darstellung von Faktoren der Produktionsumwelt beim Melken mit AMS
• Abbildung 2:Entwicklungstendenzen in der Qualitätspolitik
• Abbildung 3:Schematische Darstellung von Nähr- und Wirkstoffen in der Milch
• Abbildung 4:Darstellung der Zonen der thermischen Neutralität sowie der kritischen Zonen
• Abbildung 5:Ursprünge der Gase in der Stallluft,
• Abbildung 6:Graphische Darstellung der Unterschiede von Schwingungen bei Tönen, Klängen und Geräuschen SCHRAMEK, 1999, in: Methling, W. und J. Unshelm (Hrsg.): Umwelt- und tiergerechte Haltung von Nutz-, Heim- und Begleittieren, 2002, S. 34
• Abbildung 7: Kurven gleicher Lautstärke
• Abbildung 8:Schematischer Aufbau eines Schallpegelmessers,
• Abbildung 9:Schallbewertungskurven sowie Kurven gleicher Lautstärke  EICHHORN 1999, in: Methling, W. und J. Unshelm (Hrsg.): Umwelt- und tiergerechte Haltung von Nutz-, Heim- und Begleittieren 
• Abbildung 10:Lärmquellen und deren Schallpegel dB (A) sowie mögliche Auswirkungen
• Abbildung 11:AMS im Praxisbetrieb mit den analysierten Baugruppen Melkbecherkopf (A) Getriebeblock der Reinigungsbürsten (B), Ansetzarm des Roboters (C),
• Abbildung 12: Schematische Darstellung und Erläuterung des Aufbaus eines Box-and-Whisker-Plots,
• Abbildung 13:Temperaturverhältnisse im AMS, Juni 2002,
• Abbildung 14:Temperaturverhältnisse im Stall, Juni 2002
• Abbildung 15:Temperaturverhältnisse im AMS, Januar 2003
• Abbildung 16:Temperaturverhältnisse im Stall, Januar 2003
• Abbildung 17:Rel. Luftfeuchte im AMS, Juni 2002
• Abbildung 18:Rel. Luftfeuchte im Stall, Juni 2002
• Abbildung 19:Rel. Luftfeuchte im AMS, Januar 2003
• Abbildung 20:Rel. Luftfeuchte im Stall, Januar 2003
• Abbildung 21:Ammoniakkonzentration im AMS, März 2002
• Abbildung 22: Ammoniakkonzentration im Stall, März 2002
• Abbildung 23:Ammoniakkonzentration im AMS, Juni 2002
• Abbildung 24: Ammoniakkonzentration im Stall, Juni 2002
• Abbildung 25:Kohlendioxidkonzentration im AMS, März 2002
• Abbildung 26:Kohlendioxidkonzentration im Stall, März 2002
• Abbildung 27:Kohlendioxidkonzentration im AMS, Juni 2002
• Abbildung 28:Kohlendioxidkonzentration im Stall, Juni 2002
• Abbildung 29: Tagesgang des Parameters Kohlendioxid an zwei Messpunkten, Juni 2002
• Abbildung 30: Methankonzentration der Stallluft im AMS, März 2002
• Abbildung 31: Methankonzentration im Stall, März 2002
• Abbildung 32: Methankonzentration im AMS, Juni 2002
• Abbildung 33: Methankonzentration im Stall, Juni 2002
• Abbildung 34: Tagesgang des Parameters Methan an zwei Messpunkten, Juni 2002
• Abbildung 35: Schallpegel im zeitlichen Verlauf einer Melkung im AMS, in dB (A), 1 Periode = 0,5 Sekunden
• Abbildung 36: Frequenzanalyse am Ende der Euterreinigung, einzelne Melkung
• Abbildung 37: Dreidimensionale Darstellung (Pegel-Zeit- Frequenz) der Lärmsituation während einer Melkung im AMS
• Abbildung 38: Topographische Lärmverteilung im gesamten Stallbereich während 17 Schallpegelmessungen
• Abbildung 39: Entwicklung der Keimsituation am Getriebeblock der Reinigungsbürsten im zeitlichen Verlauf nach einer Reinigung und Desinfektion, Versuch März 2002
• Abbildung 40: Histogram eines Differenzbildes
• Abbildung 41: Entwicklung der Keimsituation am Getriebeblock der Reinigungsbürsten im zeitlichen Verlauf nach einer Reinigung und Desinfektion, Versuch Juni 2002
• Abbildung 42: Ausgewählte Verhaltensäußerungen von Milchkühen beim Melken mit AMS und deren Häufigkeit bei insgesamt 701 Melkungen
• Abbildung 43: Ausgewählte Verhaltensäußerungen von Milchkühen beim Melken mit AMS nach Anzahl der Kühe und Häufigkeit der Verhaltensäußerung
• Abbildung 44: Wochenverlauf des Parameters Kohlendioxid an zwei Messpunkten in einem Vergleichsbetrieb (in mg/m³)
• Abbildung 45:Mehrboxenanlage, WESTFALIA „Leonardo“
• Abbildung 46:Einboxenanlage, Lely „ Astronaut“
• Abbildung 47:Seitenansicht des Milchviehstalles