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Klimawandel

Rinderhaltung: Weniger Methan durch das richtige Futter. Geht das?

Weidekühe
am Montag, 27.04.2020 - 05:00 (1 Kommentar)

Die Rinderhaltung steht wegen des Ausstoßes an Methan in der Kritik. Was können Landwirte tun, um die Gasproduktion zu drosseln?

Im Laufe von Millionen von Jahren haben sich Wiederkäuer an die Aufnahme von zellulosereichen Gräsern angepasst. Dabei hat sich eine Symbiose von einem Mikrobiom im Pansen und dem Wirtstier entwickelt. In den Vormägen der Wiederkäuer, vorrangig im voluminösen Pansen (bei ausgewachsenen Milchkühen fasst er mehr als 150 l) ist eine artenreiche Mikrofauna (Bakterien) entstanden, die mit ihrem Enzymsystem zwei besondere Leistungen möglich macht:

  • Das Verwerten von Zellulose, indem sie die speziellen Bindungen der langen Glukosekette aufspalten können. Nur die Pansenbakterien des Wiederkäuers sind in der Lage, Zellulose zu spalten und damit zum Erzeugen von Milch und Fleisch nutzbar zu machen. Hierbei werden besonders Grasflächen verwertet, die von Menschen oder monogastrischen Tierarten nicht nutzbar sind (absolutes Tierfutter).
  • Die Pansenbakterien sind mit ihrem Enzymsystem in der Lage, alle stickstoffhaltigen Verbindungen (Proteine und Nichtprotein-Stickstoff- Verbindungen, NPN) zu Ammoniak abzubauen. Dieser wird zu wertvollem Bakterieneiweiß synthetisiert, welches dann im Dünndarm als Aminosäurequelle zur Verfügung steht.

In diesem Zusammenhang interessiert auch die Wirkung der Kohlenhydrate. Denn alle mit der Ration gefütterten Kohlenhydrate (Zellulose, Hemizellulosen, Stärke, Fruktane, Zucker und andere) werden durch die anaerobe, das heißt unter Luftabschluss, im Pansen stattfindende Fermentation zu flüchtigen Fettsäuren (vorrangig Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure) und den Gasen Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Wasserstoff (H2) abgebaut. Die Methanbildung erfolgt dabei vorrangig durch Bakterien (Archaeen).

Was Kühe ausscheiden

Die flüchtigen Fettsäuren werden direkt durch die Pansenwand resorbiert und zu den entsprechenden Geweben transportiert. Die gebildeten Gase werden mit dem Ruktus (= Abgabe der im Vormagensystem des Wiederkäuers gebildeten Gase an die Umwelt) ausgeschieden.

CO2 und CH4 zählen zu den die Umwelt belastenden Treibhausgasen. Sie bestimmen den footprint (Fußabdruck), der in CO2-Äquivalenten ausgewiesen wird. Um diesen zu ermitteln gilt: CO2 + CH4 x 28 + N2O x 300 (IPCC-Vereinte Nationen, 2013). Der Belastungsgrad von Methan ist demnach 28mal so stark, wie der von Kohlendioxid. Unter praktischen Bedingungen („Hoftorbilanz“) liegt der footprint für die Milcherzeugung nach verschiedenen Angaben zwischen 0,6 und 1,4 CO2eq je kg Milch. 25 bis 40 Prozent der Treibhausgase in der Landwirtschaft kommen aus der Tierhaltung, vorrangig durch die Verdauungsvorgänge der Rinder und anderer Wiederkäuer. Der Anteil der Landwirtschaft an den gesamten Treibhausgasemissionen beträgt laut Zahlen des Umweltbundesamts 7,3 Prozent (Daten aus 2017).

Die Methanausscheidung einer Kuh im Jahr liegt nach Messwerten des Oskar-Kellner-Instituts in Rostock zwischen 70 und 145 kg. Sie steigt mit höherer Milchleistung (4.000 auf 10.000 kg/Jahr) um rund 23 Prozent an. Je kg Milch halbiert sich die Ausscheidung jedoch von 30 auf 15 g/kg Milch. Mit dem Ausscheiden von Methan verliert die Kuh sechs bis sieben Prozent Energie.

Es lässt sich nicht vermeiden, dass beim Erzeugen von Lebensmitteln mit Wiederkäuern Methan ausgeschieden wird. Grünland wiederum lässt sich ohne Wiederkäuer nicht nutzen.

Es ist schwer einzuschätzen, in welchem Ausmaß verminderte Methanemissionen aus der Rinderhaltung die globale Belastung senken würde. Ein Vergleich mit der Methanfreisetzung aus den erwärmten Ozeanen oder großen Moorflächen, zum Beispiel getauten Permafrostböden, lässt den Anteil jedoch eher gering erscheinen.

Minderungsstrategien

Welche Möglichkeiten gibt es in der Milchviehhaltung Methan zu mindern und wo sind die Grenzen?

Leistungssteigerung: Mit steigender Leistung nimmt die Methanmenge je kg Milch ab. Deshalb kann es regional sinnvoll sein, bei steigenden Leistungen den Milchkuhbestand abzustocken. Nach Schätzungen von Piatkowski und Jentsch (2012) haben die Methanemissionen zwischen 1990 und 2010 durch gesteigerte Milchleistungen und abnehmende Kuhbestände in Deutschland von 800.000 auf 556.000 t abgenommen.

Um die Umweltbelastungen deutlich und nachhaltig zu senken, benötigt es regionale Regulierungen. Das heißt, man begrenzt die Bestände auf weniger als 1,5 GV/ha und unterbindet jeglichen Gülletourismus. Alle Maßnahmen, die einer effektiven Milchproduktion dienen, sorgen auch für verminderte Methanemissionen. Hierzu gehören eine bessere Futtereffizienz (mehr als 1,5 kg Milch je kg gefütterte Trockensubstanz), eine höhere Lebenseffizienz (mehr als 15 kg Milch je Lebenstag), eine verlängerte Nutzungsdauer (mindestens 3,5 Laktationen), eine niedrige Reproduktionsrate und an den Bestand angepasste Jungrinderbestände.

Geringerer Grobfutteranteil: Aus der Gärbiologie ist bekannt, dass etwa 70 Prozent des Methans aus Essigsäure entstehen. Die restlichen 30 Prozent kommen aus Kohlendioxid und Wasserstoff. Je Kilogramm verdauliche Nährstoffe entstehen folgende Methanmengen: Rohfaser 43 g, N-freie Extraktstoffe 26 g, Rohprotein 19 g, Rohfett 5 g (Piatkowski und Jentsch, 2012). Die Tabelle „Pansenphysiologische Wirkung verschiedener Kohlenhydrate“ zeigt, dass mit einer zellulosereichen, also grobfutterreichen Ration die meiste Essigsäure und damit auch die größte Methanbildung erfolgt. Bei stärkereichen Rationen tritt die Propionsäure in den Vordergrund und die Methanbildung geht zurück. Wie viel Grobfutter in der Ration verbleibt, wird durch die Anforderung an die Strukturwirksamkeit bestimmt. Wenn über die Ration die Methanbildung vermindert werden soll, heißt die Richtung immer höhere Leistung. Dabei wird der Anteil an absolutem Tierfutter (Grünland) verringert, der bei einer Jahresleistung von rund 10.000 kg Milch unter unseren Bedingungen nur noch bei 60 bis 65 Prozent liegt. Damit verbunden sind die niedrigeren Werte von rund 15 g Methan pro kg Milch.

Ausgewählte Futterzusatzstoffe: Die Wirkstoffgruppe der ätherischen Öle (Terpene) blockiert die anaerobe mikrobielle Pansenfermentation und mindert damit nicht nur die Ammoniak- sondern auch die Methanbildung. Entsprechende Präparate sind mikroverkapselt und enthalten die Öle im Gemisch mit sekundären Pflanzeninhaltsstoffen (zum Beispiel Thymol, Vanillin, Eugenol). Es wird von einem Präparat (Mootral, Ch. Stäuble, Schweiz, 2018) berichtet, welches aus Knoblauchpulver und Extrakten aus Citrusfrüchten besteht und bei einer Tagesgabe von 10 g/Tier die Ausscheidung von Methan um 30 Prozent mindern soll und dabei den Milchgeschmack nicht beeinflusst.

Auch Saponine und Tannine sollen dazu beitragen, dass sich weniger Methan bildet. Es ist damit zu rechnen, dass in Zukunft weitere wirksame Substanzen zur Minderung der Emissionen erprobt und entwickelt werden. Inwieweit es zum Beispiel möglich ist, methanbildende Mikroben durch Impfen oder andere Methoden zu beeinflussen, bleibt abzuwarten. Ebenso ist die Frage, inwieweit tierindividuelle Unterschiede in der Methanbildung unter gleichen Bedingungen in der Tierzucht nutzbar gemacht werden können.

Fazit

Werden mit Wiederkäuern Lebensmittel erzeugt, wird dabei zwangsläufig Methan frei. Praktisch bedeutend sind die Möglichkeiten zur regionalen Methanminderung. Dabei sind vor allem eine optimale Milchleistung, hohe Lebenseffizienz, lange Nutzungsdauer und hohe Futtereffektivität von Bedeutung. Regional sehr unterschiedlich wird sich der Viehbestand je ha an die verfügbare Fläche regulieren lassen. Möglicherweise lässt sich künftig über Futterzusatzstoffe, spezielle Impfungen oder durch züchterische Maßnahmen der Methanausstoß mindern.

Milchviehhaltung und Forschung auf Blanca in den Pyrenäen

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