Allgemeine Rahmenbedingungen

Durch die langfristigen Auswirkungen der Corona Epidemie und besonders durch den Krieg in der Ukraine kam es zu einem deutlichen Anstieg der Agrarpreise. Der Milchpreis lag im Dezember 2022 um 46,7% über dem Vorjahresmonat [1]. Dies ist der höchste Anstieg seit Beginn der Erhebungen in 1961 [2]. Da im ähnlichen Umfang aber auch die Preise für z.B. Energie, Futtermittel oder Düngemittel angestiegen sind, hat dies nur einen kurzfristigen Effekt auf die ökonomische Situation der landwirtschaftlichen Betriebe. Gleichzeitig belasten die hohen Energiepreise auch die Molkereien, was wiederum Auswirkungen auf den nationalen und internationalen Absatz hat [3].

Der Anstieg der Agrarpreise und die aktuell hohe Inflationsrate hat auch zu Auswirkungen auf dem Biomilchmarkt geführt. Die Preisunterschiede sind deutlich geschrumpft [4] und es kam zu einer Kaufzurückhaltung der Verbraucher [5]. Zum ersten Mal ist der Biomarkt in Deutschland insgesamt geschrumpft und nicht alle Bioprodukte konnten in diesem Bereich abgesetzt werden.

Die Anzahl der Milchkühe und Halter ist weiter Rückläufig. Zum Erhebungszeitpunkt im Mai 2022 wurde in Deutschland 3,817 Mio. Milchkühe gezählt [6]. Dies entspricht einem Rückgang um 0,6%. Die Anzahl der Halter ist um 3,5% gesunken [7].

Die gesellschaftliche Diskussion um Tierwohl und Klimawirkung der Milchproduktion bestimmt immer noch die strukturelle und technologische Entwicklung der Milchviehhaltung. Über die Zukunftskommission Landwirtschaft und die Borchert Kommission sollten die divergierenden Ansichten zu ökonomischen, ökologischen und sozialen Positionen im Bereich der Agrar- und Umweltpolitik sortiert und ein Ausgleich der widerstreitenden Interessen herbeigeführt werden [8]. In der Borchert Kommission wurden dann für die einzelnen Haltungsstufen konkrete Umsetzungsstrategien [9 - 11] mit entsprechenden Kostenstrukturen [12] entwickelt. Aktuell stockt aber der politische Prozess und die Entwicklung geht trotz ihrer gesellschaftlichen Notwendigkeit nicht weiter [13]. Die Haltungsvorgaben werden aktuell vom Handel vorgegeben. So vermarktet ALDI Süd aktuell bereits 45% der Trinkmilch aus den Haltungsstufen 3 und 4 und will diesen Wert bis 2030 auf 100% anheben [14]. Das Ziel von 100% Trinkmilch aus Haltungsstufe 3 und 4 bis 2030 ist auch bei der REWE [15] und anderen großen Handelsunternehmen zu finden.

Melktechnik und -management

Der Bereich Melktechnik ist in den letzten Jahren sehr stark von der Automatisierung in Form von Melkrobotern geprägt worden. Aktuell ist zu beobachten, dass vermehrt Technologien, die ursprünglich im Melkroboter entwickelt wurden, nun auch im Melkstand Einzug halten [16; 17].

Ein Beispiel dafür ist das System AutoDry von GEA. Das Trockenstellen von Kühen mit hoher Milchleistung birgt einige Risiken für die Gesundheit der Tiere. Ein hoher Euterinnendruck in den ersten Tagen nach dem Abmelken, fehlender Spüleffekt des Milchstroms während des Melkens und ein belasteter Stoffwechsel der Tiere durch eine drastische Reduktion der Energiezufuhr können Gesundheit und Wohlbefinden der Tiere beeinträchtigen. Das System AutoDry von GEA soll hier einen gleitenden Übergang ermöglichen und bereitet die Kühe auf das Trockenstellen vor. Circa zehn Tage vor dem Trockenstellen startet AutoDry und verringert über einen entsprechenden Algorithmus mit jedem weiteren Tag in Richtung Trockenstellen schrittweise die Milchproduktion. Es leitet die automatische Melkzeugabnahme nach Erreichen einer vordefinierten Zielmilchmenge ein [18 - 20].

Ebenfalls in diese Richtung zielt das milchflussgesteuerte Melkvakuum bei DeLaval [16]. Mit dem Anpassen des Vakuums wird das Melken beschleunigt. Das erhöhte Vakuum während des Spitzenmilchflusses führt zu einem höheren Milchfluss und damit zu einer kürzeren Melkdauer, was die Eutergesundheit fördert. Die Melkzeit wird im Durchschnitt um 20 Sekunden pro Melkung reduziert [21; 22].

Auch im Bereich Zitzengummi in dem man vermutete, dass die Entwicklung hier abgeschlossen sei, gibt es noch neue Ansätze.

Bild 1: Siliconform Stimulor StressLess Zitzengummi

Figure 1: Siliconform Stimulor StressLess teatliner

Die wellenförmige Konstruktion der oberen Zitzengummiöffnung des Stimulor StressLess (Bild 1) von Siliconform unterscheidet diesen Zitzengummi von herkömmlichen Lösungen. Mit der adaptiven Lippe können unterschiedliche Zitzengrößen mit dem gleichen Zitzengummi gemolken werden. Die wellenartige Konzeption der Lippe reagiert auf die Druckdifferenz im Zitzengummi und lässt wenn nötig Außenluft zum Ausgleich einströmen. Dadurch wird ein überhöhtes Kopfvakuum verhindert, ein Klettern des Melkbechers hinausgezögert und Gewebebelastungen verringert. Auf die gleiche Weise schließt die wellenförmige Struktur auch wieder und stabilisiert das Kopfvakuum auf idealem Niveau, um den Becher am Euter zu halten. Ungewollte Lufteinbrüche oder ein Abfallen der Becher werden dadurch verhindert [23].

Da nicht alle Betriebe direkt auf automatische Melksysteme umsteigen können oder wollen, ist es wichtig den Arbeitsplatz Melkstand weiterhin attraktiv zu halten. Hierzu gibt es auch einige Untersuchungen zu Luftqualität [24], Lärmbelastung [25], Stressfaktoren für Mensch und Tier [26] und Arbeitsplatzsicherheit [27] im Melkstand.

Fütterungstechnik

Ein Ziel der Fütterungstechnik ist die Entwicklung von autonomen Fütterungsrobotern, die auch außerhalb des Stalles autonom fahren und Futter im Fahrsilo selbstständig füllen können. Da dazu auch im Außenbereich autonom gefahren werden muss, sind hier spezielle Navigations- und Sicherheitssysteme notwendig. Bei den Navigationssystemen werden verschiedene Systeme auf ihre Anwendbarkeit hin in der Landwirtschaft getestet [28; 29]. Besonders Regen, Nebel oder Schlagschatten stellen die Systeme hier vor besondere Herausforderungen. Deshalb ist es notwendig, ein Prüfsystem zu etablieren, um die verschiedenen Sensorvarianten unter vergleichbaren Bedingungen testen zu können [30 - 32].

Im Bereich Fahrsilo gibt es neue Ansätze, auch hier Sensoren zur Siloqualität zu etablieren. Über ein Lora-Wan Netzwerk können CO2 Konzentration und Temperatur im Silo erfasst werden [33; 34]. Somit ist auch hier eine Qualitätsüberwachung über die Lagerzeit möglich.

Sonstige Stalltechnik

Die Stalleinrichtung wird aktuell auch durch die Borchert Kommission und die Vorgaben des Handels stark diskutiert. Der Standard ist aktuell die Liegebox mit Laufgängen.

Bei der Liegebox zeigt sich ein Trend zu mehr Freiheitsgraden für das Tier. Ein Beispiel dafür ist der Dreamstall (Bild 2). Der Liegeboxenbügel in diesem System ermöglicht es den Kühen, in den Liegeboxen nahezu frei zu stehen und sich in ihren Bewegungen natürlicher zu verhalten. Das Liegeboxendesign verzichtet dabei auf die klassischen Bestandteile Nackenrohr und Trennbügel. Das Nackenrohr wird durch zwei flexible, kugelförmige Körper ersetzt, die die stehende Kuh im Schulterbereich steuern. Dies ermöglicht es der Kuh, im so entstandenen Freiraum mit erhobenem Kopf auch in der Liegebox zu stehen. Die herkömmlichen Trennbügel wurden durch zwei horizontale und flexible Führungsrahmen ersetzt, die die stehende Kuh in eine zentrale Standposition führen aber beim liegen kein Hindernis darstellen. Dadurch können die Kühe beim Abliegen die Liegefläche vollständig und ungehindert nutzen. Beim Aufstehen werden die Kühe nicht durch ein waagerechtes Nackenrohr, sondern durch die nach oben flexiblen Kunststoffkörper in die richtige Standposition geführt [35].

Bild 2: Liegebox Dreamstall

Figure 2: Cubicles Dreamstall

Als Alternative zum Liegeboxen-Laufstall ergeben sich aktuell Freilaufställe. Diese werden in Haltungsform 2 mit 4 m²/Tier, in Haltungsform 3 mit 5 m²/Tier und in Haltungsform 4 mit 6 m²/Tier angesetzt [36]. Hier kann die Kuh auf der gesamten Fläche liegen oder laufen. Dadurch kann das Wohlbefinden der Tiere gesteigert werden, da die gesamte Fläche ähnlich einer Tiefbox ausgeführt ist [37; 38]. In der Ausführung als Kompoststall, gibt es immer wieder Diskussionen über die Keimbelastung, [39 - 44] da hier Kot und Urin im Einstreumaterial biologisch umgesetzt werden. Deshalb werden auch Systeme entwickelt bei denen der Kot aus dem Einstreumaterial über mobile Siebeinrichtungen entfernt werden kann [45].

Weidemanagement

Durch die Marktvorgaben in Richtung Haltungsform 3 und 4 spielt die Weidehaltung bei Milchkühen wieder eine wichtige Rolle [46; 47]. Dadurch muss auch das Management auf diesen Bereich ausgedehnt werden [48]. Zur Erfassung der Bewegungsaktivität auf der Weide werden GNSS Tracker untersucht. Ein Problem ist hier noch der hohe Energieverbrauch der Systems, was eine Wartungsarme Nutzung auf der Weide erschwert [49]. Die Bewegungsdaten können dabei auch zum Weideflächenmanagement genutzt werden, um Schäden durch Überweidung und Laufwege zu minimieren [50].

Als Alternative zu Weidezäunen werden virtuelle Zäune überprüft [51]. Dabei wird den Tieren über ein GNSS-Halsband mit akustischen und elektrischen Signalen die Grenze der Beweidungsfläche vorgegeben. Verschiedene Untersuchungen zeigen dabei, dass das System technisch möglich ist [52 - 54] und es auch keine Effekte auf das Wohlbefinden der Tiere im Vergleich zu klassischen Elektrozäunen gibt [55]. Für den deutschen Markt sind aktuell noch die Anschaffungskosten im Vergleich zu klassischen Zäunen ein Problem [56].

Smart Dairy Farming

Smart Dairy Farming gewinnt immer mehr an Bedeutung in der Milchviehhaltung [57]. Smart Dairy Farming wird als Knotenpunkt zwischen den Bedürfnissen der Landwirtschaft mit anderen Anforderungen wie z.B. Verbraucher oder Klima gesehen [58; 59]. Wie schon im Bereich Melktechnik gezeigt ergeben sich durch das Verschneiden von Daten aus verschiedenen Bereichen immer neue Möglichkeiten.

Der Bereich der Sensordatenerfassung breitet sich weiter aus [60]. Die Forschung in diesem Bereich reicht von Thermografie [61] über die Tiererkennung mittels Bildverarbeitung [62], Geburtsüberwachung [63] bis zur Tierortung. Hier sollen Systeme entwickelt werden, die für größere Tiergruppen, weitere Entfernungen oder zusätzlich auch für den Außenbereich geeignet sind [64; 65].

Im Smart Dairy Farming wurde bisher der Fokus auf Kühe und Kälber gelegt, Färsen werden bisher kaum betrachtet. Es gibt bei den Kälbern eine umfangreiche Datenerfassung, dann halten wir die Färsen über ein Jahr ohne Datenerfassung und fangen nach dem abkalben bei der Jungkuh fast wieder frisch mit der Datenerfassung an. Die Lücke wird nun aber auch bearbeitet [66; 67]. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Gewichtsentwicklung [68; 69].

Ein praktisches Problem bei der Datenerfassung bei Färsen löst das FlexGrow Neckband von Förster Technik (Bild 3). Dieses Halsband passt sich über eine integrierte Gurtreserve an das Wachstum des Tieres an. Das Nachstellsystem dient dabei auch als Ausgleichsgewicht und richtet das Halsband immer gleich aus. Damit entfällt das regelmäßige nachstellen und die Sensortechnik kann gut an der Färse angebracht werden. Das Halsband kann von Kalb bis Jungkuh getragen werden.

Bild 3: FlexGrow Neckband [70]

Figure 3: FlexGrow Neckband [70]

Im Bereich der Datenaufbereitung geht der Trend gerade allgemein zu KI Ansätzen [71], wobei die Systeme sich mathematisch häufig auf einfacherem Niveau bewegen. Vielfach stellt sich die Frage, ob es wirklich KI ist oder Marketing.

Bezüglich der Datenübertragung [72] stellt sich die Frage nach schneller oder langsamer Datenübertragung und viel oder wenig Datenvolumen. Aktuell gibt es verschiedne Ansätze, je nachdem ob die Daten kurzfristig auf einem externen Server verarbeitet werden müssen und deshalb Systeme wie 5G für eine schnelle Datenübertragung in das Internet und zurück benötigen [73] oder ob die Daten über einen längeren Zeitraum mit geringem Energiebedarf und Datenrate übertragen werden können, wie bei Lora-Wan [34; 74]. Der jeweilige Ansatz hat umfassende technische Auswirkung auf den Sensor.

Bei der Nutzung der Daten durch den Landwirt versucht man, die Informationen entsprechend aufzubereiten [75]. Ein Problem das sich immer mehr zeigt, ist die Frage, ob die Landwirte die modernen Smart Farming Systeme auch entsprechend nutzen können oder ob es hier nicht zwischen Entwicklung und Anwendung eine entsprechende Lücke gibt. Es zeigt sich, dass vieles was Vorgestellt wird, oft nicht bis in die praktische Nutzung kommt [76 - 78]. Häufig werden die Herdenmanagementsysteme als zu kompliziert empfunden oder dem Landwirt ist der von ihm empfundene Nutzen zu gering im Vergleich zu seinem Lernaufwand für das System [79 - 83].

Klimaneutralität und Energie

Die klimaneutrale Produktion spielt im Milchsektor von Seiten des Handels eine immer entscheidendere Rolle. Von Seiten des Handels und der Molkereien werden verschiedene Projekte zur Reduzierung des Carbon Foodprints bis auf null angestoßen [84 - 88]. Diese haben auch umfangreiche technologische Auswirkungen auf den Milchviehbetrieb von der Nutzung regenerativer Energien, über die Umstellung auf ökologischen Anbau bis zur Umstellung bei Entmistungstechnik, Lüftung und Flächengestaltung.

Die Schwierigkeit dabei ist, dass die verwendeten Methoden und Modelle von wissenschaftlicher Seite sehr unterschiedlich angesetzt werden. Je nachdem wie z.B. Methan und CO2 bewertet werden oder wo die Systemgrenzen gezogen werden, kommt man zum Ergebnis, dass insgesamt keine klimaneutrale Milchproduktion möglich ist oder die Milchproduktion einen negativen Carbon Foodprint aufweist und der Atmosphäre langfristig CO2 entzieht [89 - 94]. Die Problematik der Ermittlung geht dabei soweit, dass der Begriff "Klimaneutralität" in der Werbung teilweise als irreführend angesehen werden kann [95]. Für eine bessere technologische Planung ist hier eine nachvollziehbare und verlässliche Definition notwendig.

Ein Teilaspekt der Diskussion über die Klimaneutralität ist die in der landwirtschaftlichen Milchproduktion eingesetzte Energie. Hier geht es zuerst einmal um die Erfassung der eingesetzten Energie, um entsprechende Einsparpotentiale zu ermitteln [96; 97]. Es zeigt sich, dass hier über die Lastorganisation der verschiedenen Verbraucher, Nutzung von regenerativer Energie und entsprechenden Energiespeichern ein deutliches Einsparpotential besteht [98; 99]. Der Handel von Energie stellt zusätzlich noch eine weitere Einnahmequelle für die Milchviehbetriebe dar [100].

Zusammenfassung

Die Milchpreise sind in den letzten beiden Jahren wegen der Corona Krise und dem Krieg in der Ukraine stark gestiegen. Damit konnte ein ökonomischer Ausgleich für die Betriebe geschaffen werden. Leider ist dieser Erlösanstieg mit einer entsprechenden Inflation verbunden, was über gestiegene Zukaufspreise für z.B. Futter, Energie und Baumaterial einen Teil der Erlöse schon wieder verzehrt.

Die gesellschaftliche Diskussion zu Tierwohl und Klimaschutz hält weiterhin an. Von Seiten des Staates gab es mit der Zukunftskommission Landwirtschaft und der Borchert Kommission erste positive Ansätze, die Problematik grundlegend anzugehen. Leider werden diese Ansätze aktuell nicht weiterverfolgt. Deshalb gehen derzeit die Umsetzung der gesellschaftlichen Forderungen nur vom Handel aus. Auf die Technologie und Organisation der Milchviehbetriebe hat diese Entwicklung deutliche Auswirkungen. In Beug auf das Tierwohl werden aktuell besonders Stallflächen und Flächengestaltung diskutiert. Durch die in den Haltungsformen geforderten Klimareize, wird die Weidehaltung wieder wichtiger und stellt Anforderungen an Tierortung und virtuelle Zäune.

Die Diskussion zur klimaneutralen Milchproduktion hat Auswirkungen auf Produktionsstruktur, Energieeinsatz in der gesamten Produktionskette und dem Management der tierischen Ausscheidungen.

Smart Dairy Farming ist weiterhin ein wichtiger Entwicklungstrend. Die entsprechenden Entwicklungen werden immer mehr nachgefragt, z.B. halten Systeme die ursprünglich nur in automatischen Melksystemen eingesetzt wurden inzwischen auch Verwendung in klassischen Melkständen. Auch werden immer mehr Sensorsysteme miteinander vernetzt, um so umfangreiche Informationen für die Landwirte zu ermöglichen. Die Informations- und Datenkette vom Kalb über die Färse zur Milchkuh wird zunehmend geschlossen.

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Autorendaten

Prof. Dr. agr. Heinz Bernhardt ist Leiter des Lehrstuhls für Agrarsystemtechnik an der Technischen Universität München.