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Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel wurde von Ann Perry, Informationsmitarbeiterin des Agrarforschungsdienstes, verfasst und stammt aus dem Agricultural Research Magazine der ARS.
Jedes Jahr produziert eine kräftige Milchkuh in einem gemütlichen Stall mehr als 20.000 Pfund Milch, zusammen mit einer beeindruckenden Menge Mist und einer Reihe von Gasen. Neue Modellierungsarbeiten eines Teams des Agrarforschungsdienstes in University Park, Pennsylvania, legen nahe, dass eine Milchkuh, die das ganze Jahr über in der freien Natur lebt, möglicherweise einen deutlich kleineren ökologischen Hufabdruck hinterlässt als ihre besser geschützten Schwestern.
Agraringenieur Al Rotz leitete ein Team von Wissenschaftlern der ARS Pasture Systems and Watershed Management Research Unit durch eine Modellstudie, in der bewertet wurde, wie sich verschiedene Managementsysteme auf einer typischen 250-Morgen-Milchfarm in Pennsylvania auf die Umwelt auswirken würden . „Wenn wir versuchen, einen Umweltfaktor in diesem komplexen Produktionssystem zu reduzieren, können wir am Ende andere erhöhen“, sagt Rotz. „Es ist also wirklich notwendig, alle Umweltaspekte zusammen zu betrachten.“
Mehrere andere Wissenschaftler des ARS University Park arbeiteten an dem Projekt mit, darunter die Tierwissenschaftlerin Kathy Soder; Pflanzenphysiologe Howard Skinner; Bodenwissenschaftler Curtis Dell, Peter Kleinman und John Schmidt; und Forschungsleiter Ray Bryant. Für seine Studie verwendete das Team das Integrated Farm System Model, ein am University Park entwickeltes Computerprogramm, das die wichtigsten biologischen und physikalischen Prozesse und Wechselwirkungen auf einem landwirtschaftlichen Betrieb, einem Rinder- oder einem Milchviehbetrieb simuliert.
Die Wissenschaftler sammelten eine Reihe von Felddaten zu Weidesystemen und Güllemanagement und deren Auswirkungen auf den Nährstoffverlust an die Umwelt. Dann geben sie diese Felddaten in ihr Betriebsmodell ein, um die Umweltdynamik von vier verschiedenen Milchviehbetrieben bei allen Wetterarten über 25 Jahre zu bewerten.
Eine Simulation modellierte die Produktion auf einer Farm mit Einzelhaltung, die eine Herde von 85 Tieren umfasste -gerahmte Holsteins, die jedes Jahr 22.000 Pfund Milch produzieren, und 76 Ersatzfärsen.Livestock Logistics
Eine weitere modellierte Produktion auf einem Zuchtbetrieb mit einer Herde von 100 Holsteins mit mittlerem Rahmen und 80 Ersatzfärsen. Jede Kuh in diesem System produzierte jedes Jahr 18.500 Pfund Milch.
Ein dritter Betriebstyp im Modell hatte ebenfalls 100 Holsteins mit durchschnittlicher Rahmengröße und 80 Ersatzfärsen. Aber in diesem System konnten die Kühe jedes Jahr bis zu 7 Monate grasen. Jede Kuh in diesem System produziert außerdem jedes Jahr 18.500 Pfund Milch.
Der letzte Betrieb im Modell hatte eine Herde von 130 kleinrahmigen Holstein/Jersey-Kreuzungskühen und 95 Ersatzfärsen. Diese Herde wurde das ganze Jahr über im Freien gehalten, im Frühjahr gekalbt, wenn das Futterangebot am höchsten war, und im Sommer mit Rotationsweiden bewirtschaftet. Kühe in diesem System produzierten jedes Jahr fast 9.000 Pfund weniger Milch pro Kuh als Kühe im Käfigsystem mit der höchsten Produktion.
Alle vier Systeme wurden so eingestellt, dass sie im Wesentlichen die gleiche Menge Milch – bereinigt um Fett und Eiweiß – auf demselben Land produzieren. Die Standardisierung der Gesamtmilchproduktion in den vier Produktionssystemen ermöglichte einen besseren Vergleich der verschiedenen Umweltauswirkungen zwischen den Systemen.
Das Modell generierte Schätzungen für Ammoniakemissionen aus Gülle, Bodendenitrifikationsraten, Nitratauswaschungsverluste, Bodenerosion und Phosphorverluste durch Feldabfluss. Schätzungen für die Emissionen von Kohlendioxid, Methan und Lachgas sowohl aus der Primärproduktion als auch aus der Sekundärproduktion von Pestiziden, Kraftstoffen, Strom und anderen Ressourcen wurden ebenfalls berücksichtigt.
Die Forscher fanden heraus, dass die Gesamtemissionen der Treibhausgase Methan, Lachgas und Kohlendioxid in ganzjährigen Freilandproduktionssystemen um 8 Prozent niedriger waren als in hochproduktiven Containment-Systemen. Die größte Auszahlung? Milchkühe das ganze Jahr über im Freien zu halten, senkte die Ammoniakemissionen um etwa 30 Prozent.
„Die Luftqualität ist heute ein großes Umweltproblem, mit dem Milchproduzenten konfrontiert sind, und es ist schwer zu kontrollieren“, sagt Rotz. „Kühe aus Ställen zu holen, ist ein Schlüsselfaktor bei der Minderung von Ammoniakemissionen, weil es die Menge an Gülle reduziert, die gehandhabt und gelagert werden muss, bevor sie als Dünger verwendet wird. Dies ist besonders im Sommer wichtig, wenn die Emissionen aus der gelagerten Gülle zunehmen.“
Die Haltung von Kühen im Freien trug auch dazu bei, den Kraftstoffverbrauch und die daraus resultierenden Kohlendioxidemissionen von landwirtschaftlichen Geräten zu reduzieren, da die Erzeuger nicht so viel Futter für ihr Vieh anbauen und ernten mussten. Die durchschnittlichen Netto-Treibhausgasemissionen der Farm sanken um etwa 10 Prozent, indem die Herde das ganze Jahr über im Freien gehalten wurde. Als Felder, die früher für Futterpflanzen genutzt wurden, in mehrjähriges Grasland für die Beweidung umgewandelt wurden, stieg der Kohlenstoffbindungsgrad jedes Jahr von Null auf bis zu 3.400 Pfund pro Morgen.
„Die Vorteile der Kohlenstoffbindung summieren sich wirklich“, sagt Rotz. „Wenn Ackerland von Rotationskulturen zu mehrjährigem Grünland umgewandelt wird, können Sie viel Kohlenstoff im Boden aufbauen und Ihren CO2-Fußabdruck für 20 bis 30 Jahre erheblich reduzieren.“
Die Wissenschaftler berechneten auch den CO2-Fußabdruck, den Kühe in jedem der vier Managementsysteme für jedes produzierte Pfund Milch hinterlassen. Sie fanden heraus, dass eine gut geführte Milchviehherde, die das ganze Jahr über im Freien gehalten wird, einen um 6 % geringeren CO2-Fußabdruck hinterlässt als eine hochproduktive Milchviehherde, die in Scheunen gehalten wird.
Obwohl die eingesperrte Kuh jedes Jahr 22.000 Pfund Milch und die Futterkuh nur 13.000 Pfund produzierte, war die Gesamtmenge an Milchprotein und -fett, die auf den beiden Farmen produziert wurde, aufgrund der Futterkühe im Wesentlichen gleich produzierte Milch mit mehr Fett und Eiweiß. Darüber hinaus ernährte die gleiche Menge Land eine größere Anzahl der kleinrahmigen Holstein/Jersey-Kreuzungskühe.
Was gut für die Luft ist, ist auch gut für das Wasser. Wenn hochproduktive Milchkühe das ganze Jahr über in Scheunen gehalten wurden, betrug die damit verbundene Sedimenterosion durch den Anbau von Mais und Luzerne als Futtermittel durchschnittlich 2.500 Pfund pro Morgen. Aber als Kühe auf mehrjährigem Grasland nach Nahrung suchten – ihre Ernährung wurde nach Bedarf durch gekauftes Futter ergänzt – sank die Sedimenterosion um 87 Prozent auf durchschnittlich 330 Pfund pro Morgen. Der Abfluss von Phosphor, einem der Hauptschadstoffe im Einzugsgebiet der Chesapeake Bay, sank von etwa 57 Pfund pro Morgen auf 44 Pfund pro Morgen.
„Die Modellergebnisse werden durch jahrelange Feldarbeit unterstützt, sodass sie unseren Erwartungen entsprechen“, sagt Rotz. „Jetzt werden wir dieses Modell verwenden, um andere Minderungsstrategien sowohl für Beweidungs- als auch für Tierhaltungssysteme in geschlossenen Räumen zu evaluieren.“
Diese Forschung ist Teil von Climate Change, Soils, and Emissions, einem nationalen ARS-Programm (Nr. 212), beschrieben unter www.nps.ars.usda.gov.
Um die in diesem Artikel erwähnten Wissenschaftler zu erreichen, wenden Sie sich an Ann Perry , USDA-ARS Information Staff, 5601 Sunnyside Ave., Beltsville, MD 20705-5129; (301) 504-1628.
