Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Birte Hanna Hoyer

‘Environmental enrichment’ – Strategies to improve the housing conditions of breeding bulls. Impact on time budget, physical activity, rumination, sexual behavior and semen quality

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-103976

title (ger.)

‘Environmental enrichment‘ – Strategien zur Verbesserung der Haltungsbedingungen bei Zuchtbullen. Auswirkungen auf Zeitbudget, Bewegungsaktivität, Wiederkauverhalten, Sexualverhalten und Spermaqualität

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/hoyerb_ws13.pdf

abstract (deutsch)

Im Zuge der vorliegenden Arbeit sollten die Haltungsbedingungen von Besamungsbullen untersucht und verbessert werden. Hierzu wurde das Verhalten der Bullen in einer konventionellen und einer angereicherten Umgebung untersucht. Um einen Einblick in die natürlichen Verhaltensmuster von Besamungsbullen zu erlangen, wurde zuvor ein Zeitbudget für Jung- und Altbullen in konventioneller Haltung erstellt. Des Weiteren wurden die Effekte der Anreicherung auf das Sexualverhalten und die Spermaqualität untersucht.

Im ersten Teil der Studie (Kapitel 1) wurden vier Alt- (4,6 ± 0,8 Jahre) und vier Jungbullen (1,7 ± 0,6 Jahre) der Rasse Holstein-Schwarzbunt in drei aufeinander folgenden Phasen untersucht.

In Phase 1 (3 Wochen) und Phase 3 (9 Wochen) wurden die Bullen in einer konventionellen Box (18 m2 Fläche, vertikale, abgerundete Metallstangen als Front-  und Seitenabgrenzungen, betonierte Rückwand, Holzmehl als Einstreu im Liegebereich, betonierter Lauf- und Fressbereich, Fressgitter und Selbsttränke im Frontbereich) gehalten. In Phase 2 wurden die Bullen für 10 Wochen in einer angereicherten und größeren Box (Aufbau wie oben beschrieben, aber: 29.6 m2 Fläche, schwingende Kuhbürste SCB® (DeLaval, Glinde, Germany), Eichenstamm, frei schwingender Autoreifen) gehalten. Der Wechsel der Phasen führte zu zwei Boxenwechseln und somit zum Wechsel der Boxennachbarn.

Die schwingende Kuhbürste SCB® wurde an der vorderen Seitenabgrenzung befestigt und individuell, je nach Widerristhöhe der Bullen, eingestellt. Der Eichenstamm (Durchmesser: 0,35 m, Länge: 1,8 m) wurde in einem Winkel von 7 ° an der hinteren Seitenabgrenzung befestigt. Der frei schwingende Reifen (Durchmesser von 0,6 m) wurde mit Hilfe einer Kette an der Decke in der Mitte der Box befestigt. Der Reifen war am Boden mit Beton beschwert um ein höheres Gegengewicht zu schaffen. Außerdem wurde ein Vierkantrohr in die Mitte eingelassen, um möglichen Verletzungen vorzubeugen.

Die Bewegungs- und Wiederkauaktivität der Bullen wurde in allen drei Phasen kontinuierlich mit dem RuminAct®-System (SCR Engineers Ltd., Netanya, Israel) aufgezeichnet. Mittels zehn 24-stündiger Videoaufnahmen wurden individuelle Ethogramme erstellt. Des Weiteren wurde das Verhalten jedes Bullen von zwei Pflegern durch die Beantwortung eines Fragebogens alle vier Wochen beurteilt.

Die Anreicherungsobjekte wurden von allen Bullen sehr häufig benutzt. Jedoch gab es unterschiedliche Präferenzen bei Alt- und Jungbullen. Die Altbullen benutzten die Bürste 51,81 ± 33,26 min/24 h, den Stamm 11,10 ± 9,99 min/24 h und den Reifen 5,28 ± 5,49 min/24 h. Die Jungbullen nutzten die Bürste 30,36 ± 18,13 min/24 h, den Stamm 19,24 ± 10,28 min/24 h und den Reifen 25,06 ± 16,86 min/24 h.

In Phase 2 war eine signifikant erhöhte Bewegungsaktivität (25,38 ± 12,60/2 h,  P < 0,05) im Vergleich zu Phase 3 (23,28 ± 9,79/2 h) erkennbar. Die Jungbullen zeigten in Phase 2 eine deutlich höhere Aktivität (28,88 ± 13,50/2 h, P < 0,05) im Vergleich zu den Altbullen (22,65 ± 11,03/2 h).

In Phase 1 war eine Tendenz zu längeren Fresszeiten der Jungbullen (136,48 ± 28,72 min/24 h, P = 0,07) im Gegensatz zu den Altbullen (88,78 ± 27,35 min/24 h) zu erkennen, wohingegen in Phase 2 und 3 die Jungbullen signifikant länger fraßen (Phase 1: 154,75 ± 28,86 min/24 h, Phase 2: 116,0 ± 26,99 min/24 h, P < 0,05) als die Altbullen (Phase 1: 79,77 ± 19,52 min/24 h, Phase 3: 88,09 ± 14,21 min/24 h). Die Wiederkauzeit der Altbullen pro Tag betrug 331,50 ± 9,17 min, während die Jungbullen 481,72 ± 9,17 min pro Tag wiederkauten. In allen drei Phasen konnte eine deutlich längere Wiederkauzeit bei den Jungbullen (P < 0,05) im Vergleich zu den Altbullen festgestellt werden.

Im Zuge der Beobachtungen konnte ebenfalls gezeigt werden, dass sich die Bullen in Phase 2 deutlich weniger scheuerten (18,78 ± 9,13 Anzahl/24 h, P < 0,01) als in Phase 1 (44,04 ± 17,03 Anzahl/24 h) und 3 (40,96 ± 16,03 Anzahl/24 h). Die Bullen nutzten in der Regel einen Vorsprung am Fressgitter oder an dem Trenngitter zwischen Lauf- und Liegebereich, um sich zu scheuern. Allo-grooming, auto-grooming, Kontaktaufnahme, stereotypisches Verhalten und Breitstellen stiegen im Phasenverlauf leicht, jedoch nicht signifikant (P > 0,05) an. Die Jungbullen wiesen keine Stereotypien auf und zeigten kein Breitstellen, was einen signifikanten Unterschied zu den Altbullen (3,67 ± 5,98 Anzahl/24 h, P < 0,05) in Phase 3 darstellte. Des Weiteren scharrten die Jungbullen in Phase 3 signifikant weniger (0,75 ± 1,77 Anzahl/24 h, P < 0,05) im Vergleich zu den Altbullen (23,0 ± 26,88 Anzahl/24 h). Scharren trat bei den Jungbullen immer in Zusammenhang mit neuer Einstreu auf.

Im zweiten Teil der Studie wurden die Effekte der Umgebungsanreicherung auf das Sexualverhalten der Bullen, das Verhalten im Umgang mit dem Personal und auf die Spermaqualität untersucht. Der Versuchsaufbau und die Tiere waren dieselben wie in der ersten Studie. Das Sexualverhalten und das Verhalten im Umgang mit dem Personal wurden während der Samenentnahme beurteilt. Zusätzlich bewertete das Pflegepersonal alle vier Wochen das Verhalten der Bullen im Umgang durch die Beantwortung eines Fragebogens zu jedem Bullen. Die einmal wöchentlich gewonnen Ejakulate wurden hinsichtlich Ejakulatvolumens, Dichte, Spermien-Gesamtzahl, Motilität nach Verdünnung und vor Tiefgefrierung, sowie nach Tiefgefrierung untersucht.

Es war deutlich einfacher, die Bullen in Phase 3 einzufangen (P = 0,016) im Vergleich zu Phase 1. Des Weiteren waren die Bullen beim Einfangen in Phase 3 erheblich ruhiger (P = 0,016) als in Phase 1. Unterschiede zwischen Alt- und Jungbullen konnten in Phase 2 und 3 festgestellt werden. Hier waren die Jungbullen, während sie in die Deckhalle geführt wurden, wesentlich einfacher im Umgang (P < 0,05) als die Altbullen. Dieses spiegelte sich auch in der Bewertung der Pfleger wider, die den Umgang mit den Jungbullen in Phase 2 (P = 0,07) und 3 (P = 0,09) als leichter beurteilten.

Die Untersuchungen der Spermaqualität ergaben signifikante Unterschiede im Phasenverlauf. Bei den Altbullen konnte eine signifikant erhöhte Gesamtspermienzahl in Phase 3 (10,37 ± 4,37 Mrd./Ejakulat, P < 0,05) im Vergleich zu Phase 1 (7,96 ± 3,04 Mrd./Ejakulat) nachgewiesen werden. Die Gesamtspermienzahl der Jungbullen war in Phase 3 signifikant höher (9,57 ± 3,42 Mrd./Ejakulat, P < 0,05) als in Phase 1 (7,46 ± 3,24 Mrd./Ejakulat) und Phase 2 (7,45 ± 2,69 Mrd./Ejakulat).

Um mögliche Effekte einer verbesserten Haltung auf die Spermatogenese (S) zu beurteilen, wurden die Ejakulate im Hinblick auf die vorherrschenden Haltungsbedingungen 2-10 Wochen vor der Samenentnahme untersucht. Bei den Altbullen konnte eine signifikant höhere Gesamtspermienzahl (P < 0,05) in Phase S3 (10,89 ± 4,94 Mrd./Ejakulat) im Vergleich zu Phase S1 (7,78 ± 3,08 Mrd./Ejakulat) festgestellt werden. Ebenso wurde eine signifikant höhere Gesamtspermienzahl bei den Jungbullen in Phase S3 (10,04 ± 3,32 Mrd./Ejakulat, P < 0,05) im Vergleich zu S1 (7,26 ± 3,16 Mrd./Ejakulat) festgestellt. Eine tendenzielle Steigerung der Gesamtspermienzahl von Phase S2 (7,83 ± 2,66 Mrd./Ejakulat) zu Phase S3 konnte bei den Jungbullen festgestellt werden.

Der Vergleich des Ejakulatvolumens der Versuchsbullen einer Altersklasse mit den jeweiligen Kontrollen aus der Routineproduktion zeigte keinen signifikanten Unterschied (P > 0,05). Ebenso waren keine signifikanten Unterschiede (P > 0,05) zwischen Versuchs- und Kontrollbullen in der Gesamtspermienzahl in den verschiedenen Phasen zu erkennen.

Mithilfe der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass Unterschiede im Zeitbudget zwischen Alt- und Jungbullen bestehen. Die Anreicherungsobjekte wurden sehr häufig benutzt. Es gibt besonders zwischen Alt- und Jungbullen unterschiedliche Präferenzen in der Benutzung der Anreicherungsobjekte. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Umgebungsanreicherung und der Wechsel der Boxen und somit der Nachbarn einen positiven Effekt auf das Wohlergehen der Tiere hat. Weiterhin konnten keine negativen Effekte auf das Sexualverhalten und die Spermaqualität festgestellt werden.

 

abstract (englisch)

The objective of the present study was to improve the housing conditions of individually kept artificial insemination (AI) sires and thus to improve their welfare. For this purpose the behavior of the bulls was observed in an enriched environment in a commercial setting. In order to evaluate a possible improvement of the welfare, time budgets for mature and young individuals were established. Moreover the impact of the enrichment on bull behavior during the normal station routine, during semen collection and the semen quality was assessed.

In the first part of the study (Chapter 1) four mature (4.6 ± 0.8 years) and four young (1.7 ± 0.6 years) experimental German Holstein AI sires were examined in two different environments divided in three phases. In the first (control) phase the bulls were stalled in a standard environment (Phase 1, box size: 18 m2, vertical, round metal tubes as front and site boundaries, concrete back wall, headlock, drinking trough and feeding bunk in the front, lying area with sawdust, concrete floor area in the front) for 3 weeks followed by the experimental phase (Phase 2) in an enlarged (box size: 29.6 m2) and enriched environment for 10 weeks. Finally they were placed again in a standard box (box size: 18 m2) for 9 weeks (Phase 3). Enrichment devices were a swinging cow brush SCB® (DeLaval, Glinde, Germany), an oak trunk and a swinging tire. The bull’s behavior in the box was investigated by ten 24h video observations. The physical activity and the rumination were monitored continuously by an electronic monitoring system (RuminAct®). Additionally, the behavior of each bull was judged by the caretakers by answering a questionnaire every four weeks.

The enrichment devices were frequently used by the bulls with different preferences, especially between mature and young bulls. The mature bulls used the brush 51.81 ± 33.26 min/24 h, the trunk 11.10 ± 9.99 min/24 h, and the tire 5.28 ± 5.49 min/24 h. In contrast the young bulls used the brush 30.36 ± 18.13 min/24 h, the trunk 19.24 ± 10.28 min/24 h and the tire 25.06 ± 16.86 min/24 h. The physical activity was significantly higher (25.83 ± 12.60/2h, P < 0.05) in the enriched and larger box (Phase 2) compared to the smaller, non-enriched box (Phase 3) (23.28 ± 9.78/2 h). Besides, the young bulls were significantly more active in Phase 2 (28.88 ± 13.50/2 h, P < 0.05) compared to the mature bulls (22.65 ± 11.03/2 h). Feeding time of the young bulls tended to be longer in Phase 1 (136.48 ± 28.72 min/24 h, P < 0.07) compared to the mature bulls (88.78 ± 27.35 min/24 h). The feeding times of the young bulls in Phase 2 and 3 (154.75 ± 28.86 min/24 h, 116.0 ± 26.99 min/24 h, respectively) were significantly longer (P < 0.05) compared to the mature bulls as well (79.77 ± 19.52 min/24 h, 88.09 ± 14.21 min/24 h respectively). The mature bulls were ruminating 331.5 ± 9.17 min/24 h and the young bulls were ruminating 481.72 ± 9.17 min/24 h. The rumination time of the young bulls was significantly longer (P < 0.05) compared to the mature bulls in all three phases. Allo-grooming, auto-grooming, social contact, stereotypies and showing the broadsides showed a slight but not significant (P > 0.05) increase over the three phases. A significant decrease of the scratching frequency on commercial barn equipment was seen in Phase 2 (18.78 ± 9.13 times/24 h, P < 0.01) compared to Phase 1 (44.04 ± 17.03 times/24 h) and Phase 3 (40.96 ± 16.03 times/24 h). It was mostly conducted at an edge located at the headlock or at the partition of the lying and moving area at both sides of the boxes.

In the second part of the study (Chapter 2) the impact of different housing conditions on the sexual behavior, the facileness of handling, as well as on the semen quality of the above-mentioned bulls was investigated. The design of the study was the same as in the first study. The sexual behavior and the facileness of handling were judged during semen collection once a week. Furthermore the caretakers assessed the bull’s behavior during handling by answering the above-mentioned questionnaire. Semen was collected once a week and the ejaculate volume, sperm concentration, total sperm count (TSC), motility after dilution and before freezing and after freezing was analyzed. It was significantly easier to catch the bull (P = 0.016) in Phase 3 compared to Phase 1 and the bulls were markedly more calm in Phase 3 compared to Phase 1 (P = 0.016). The young bulls were noticeably easier to handle in Phase 2 and 3 (P < 0.05) while walking into the collection area compared to the mature individuals. This was approved by the evaluation of the caretakers who perceived the young bulls as easier to handle in Phase 2 (P = 0.07) and 3 (P = 0.09) compared to the mature bulls.

A further aspect was the effect of the environmental enrichment on the semen quality. The total sperm count (TSC) of the mature bulls was significantly higher in Phase 3 (10.37 ± 4.37 x 109 sperm/ejaculate, P < 0.05) compared to Phase 1 (7.96 ± 3.04 x 109 sperm/ejaculate). The TSC of the young bulls was significantly higher in Phase 3 (9.57 ± 3.42 x 109 sperm/ejaculate, P < 0.05) compared to Phase 1 (7.46 ± 3.24 x 109 sperm/ejaculate) and Phase 2 (7.45 ± 2.69 x 109 sperm/ejaculate). Considering the spermatogenesis the TSC of the mature bulls increased significantly (P < 0.05) from Phase S1 (7.78 ± 3.08 x 109 sperm/ejaculate) to Phase S3 (10.89 ± 4.94 x 109 sperm/ejaculate). Furthermore the TSC of the young bulls was significantly higher in Phase S3 (10.04 ± 3.32 x 109 sperm/ejaculate, P < 0.05) compared to Phase S1 (7.26 ± 3.16 x 109 sperm/ejaculate) and tended to be higher in Phase S3 compared to S2 (7.83 ± 2.66 x 109 sperm/ejaculate, P = 0.073) compared to Phase S1.

The results of the present study show that enrichment devices are frequently used, but preferences of the mature and young bulls are variable. Time budgets of individually kept mature and young dairy sires are different from the time budget of cows and bulls on pasture which have to be considered while assessing their welfare. The enrichment devices as well as the switch of the boxes improved the housing conditions of the animals and had no negative effect on the semen quality.

keywords

Bullenverhalten, Spermaqualität, Breeding bull behaviour, environmental enrichment, sperm quality,

kb

1.923