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Observational Field Study on Pastures with Common Ragwort (Senecio jacobaea L.) from an Animal Health and Nature Conservation Perspective

Species-rich pastures naturally contain potentially toxic plants such as common ragwort (Senecio jacobaea L.). Its pyrrolizidine alkaloids (PA) pose a risk for husbandry animals. In a two-year field study with 70 sheep on a ragwort-rich pasture, we documented to what extent sheep voluntarily ingest ragwort and what this means for vegetation and animal health.


The study was performed in the project area “Stellmoorer Tunneltal” in Hamburg, Northern Germany, on a 5.25-hectare fenced area which was divided into partial areas (nine pens) with grazing and botanical plots. Monitoring of grazing behavior and biomass intake took place on a two-week basis by counting or estimating missing full and half leaves, flower buds, shoots and stems during both grazing seasons from May until October 2020 and 2021. Data monitoring per year and season as well as size reduction of the grazing area occurred within four quarterly periods of six-week intervals (grazing period) beginning with 63 sheep (after slaughter of seven sheep as a first control group). Seven sheep were slaughtered at six-week intervals, while the size of the area was reduced by one pen to maintain a stocking density of 12 sheep/hectare. Blood along with liver tissue samples were taken at slaughter. Hematologic parameters and enzyme activities were analyzed in the blood, liver copper content as well as histopathologic parameters being evaluated of the liver tissue. Samples of vegetation and ragwort were taken on a six-weekly basis for feed quality parameters, such as fiber and protein (Weende analysis) as well as sugar, macro- and microelements being evaluated only once a year. In addition, diversity of plant species per unit area along with their abundance according to the Londo method as well as the proportion of grasses, herbs and ragwort including blooming horizon were determined. Statistical analysis was performed with the focus on the relationships between ragwort biomass intake and feed availability and quality as well as health parameters of the sheep.


The results show that sheep continuously ingested ragwort between 1.2-4.9 kg OS (2020) and 1.0-2.2 kg OS (2021) per sheep/day. The more ragwort developed biomass, the more it contained sugar (r=0.59-0.74) (with sugar content in ragwort being the highest and well above that of the remaining vegetation in the first two grazing periods for both years (196 g/kg dry matter (DM) in May 2021 and 234 g/kg DM in June 2020, respectively) and the more the sheep ingested it (r=0.94-0.95). Even though there have been studies in which sheep either had to be taught to ingest common ragwort or even refused ingesting it, the data of this study under free-choice conditions show that sheep both voluntarily and readily ingest significant amounts of ragwort without being socialized and with there being plenty of alternative feed available (portion of grasses were twice that of ragwort and other herb species possessed similar amounts (2020) or double the percentage shares (2021). Sugar was revealed to be the decisive variable making ragwort highly attractive, this resulting in its extensive consumption at least in the first year, while in the second year, a higher protein content in ragwort might have fostered its preference, too. Especially in summer, at times of dry feed, ragwort turned out to be a nutritional and valuable feed for sheep.


The data of this study show that our sheep voluntarily ingested significant amounts of ragwort and they also prove by means of estimating the extent of biodiversity, that with an average of 22 species (2020) and 21 species (2021), the sheep did not ingest the ragwort due to a lack of alternative food at any time. This is also underlined by the fact that the portion of grasses and other herbs never dropped below 52.50% (2020) and 50.83% (2021).


Despite the enormous and continuous intake of common ragwort in 2020 and the reduced, but also continuous intake in 2021, no major health effect was observed. At the weekly veterinary controls, behavior and body condition score remained unchanged, irrespective of the time of exposure to common ragwort, and the animals were all very well fed, with a body condition score over 3.5 at the end of the second year. This is astonishing, since each individual sheep in the last group slaughtered in 2020 had ingested over the first season an average of 360 kg common ragwort, exceeding the lethal dose (2-4kg fresh ragwort/kg body weight) already up to three times for an adult sheep weighing an average of 60 kg. The last group of seven sheep of the second grazing season in 2021 consumed even a cumulative total for both grazing seasons (2020/2021) of 535 kg OS ragwort on average. No typical symptoms of PA intoxication like veno-occlusive diseases (VOD) of the liver, which occludes small branches of the hepatic veins and causes ascites, edema, reduced urinary output and can lead to cirrhosis and death [70], were noticed during both grazing seasons as well as other typical symptoms of acute liver failure including anorexia, depression, icterus and photosensitization. Overall, despite all expectations, during this two-year project, no cumulative increase of copper in the liver could be determined. This may prove the point that there are also indications that in some cases animals are resistant or have a higher tolerance level to orally administered PA of Senecio jacobaea, but susceptible to the same PA when injected, which might be another explanation for the good health status of our sheep, dismissing the thesis that sheep can survive one grazing season without symptoms, but can or will get sick with central nervous symptoms, developing hemoglobinuria with high copper values, and might finally die of chronic liver failure in the following season. Even though we purposely picked white animals, no signs of photosensitization were noticed, but instead normal building of crusts and blisters, only related to classic sunburn and also noticed in other herds of this breed, and not related to ragwort intake.


There are over 6000 plants containing PA that may contain over 650 different toxins which can have a deadly impact on livestock. However, when referring to this two-year grazing study, it is evident that sheep (White Polled Heath sheep and their cross breeds) are capable of ingesting in vivo, at least for two years, large amounts of common ragwort without developing typical symptoms related to a PA intoxication. Therefore, they offer a good alternative as a form of biocontrol on ragwort-rich pastures.

Artenreiche Weiden enthalten von Natur aus potenziell toxische Pflanzen, wie z.B. Jakobs-Kreuzkraut (Senecio jacobaeaL.). Die in dieser Pflanze enthaltenen Pyrrolizidin Alkaloide (PA) stellen ein Risiko für Weidetiere dar. In einer über zwei Jahre angelegten Feldstudie mit 70 Schafen auf einer jakobs-kreuzkraut-reichen Weide, haben wir daher dokumentiert, in welchem Umfang Schafe das Jakobs-Kreuzkraut (JKK) freiwillig fressen und welche Auswirkungen die Aufnahme des JKKs auf die Vegetation und die Tiergesundheit hat.


Die Studie wurde auf einer 5,25 Hektar großen, eingezäunten, Fläche des “Stellmoorer Tunneltals”, in Hamburg, Norddeutschland, durchgeführt. Die Gesamtfläche wurde in neun gleichgroße Teilflächen unterteilt, auf denen jeweils Verbiss und Botanik Plots eingerichtet wurden. Im zwei Wochen Rhythmus wurde das Fressverhalten der Schafe sowie die Aufnahme der Jakobs-Kreuzkraut Biomasse durch das Zählen, und zeitweise auch Schätzen, von fehlenden halben und ganzen Blättern, Blütenknospen, Trieben und Stängeln über zwei Weidesaisons von May bis Oktober 2020 und 2021 überwacht und dokumentiert. Die Datenbetrachtung pro Jahr und Weidesaison sowie die Verkleinerung der Weidefläche erfolgte in vier gleich große Zeitabstände von jeweils 6 Wochen (Weideperiode). Nach der Schlachtung von sieben Tieren als Kontrollgruppe, startete das Projekt mit 63 Schafen, von denen im Folgenden jeweils sieben Tiere im sechs Wochen Rhythmus geschlachtet wurden. Parallel wurde die gesamte Weidefläche um eine Teilfläche reduziert, um eine Besatzdichte von 12 Schafen/Hektar zu erhalten. Bei der Schlachtung wurden Blut- und Lebergewebsproben entnommen. Im Blut wurden hämatologische Parameter und die Enzymaktivitäten, im Lebergewebe der Kupfergehalt bestimmt und das Lebergewebe zusätzlich histopathologisch untersucht. Alle sechs Wochen wurden Proben von der Vegetation und vom JKK gezogen, um die Futtermittelqualität, u.a. Faser- und Proteingehalt mittels der Weender Analyse, aber auch den Zuckergehalt sowie Makro- und Mikroelemente (nur einmal jährlich), zu bestimmen. Zusätzlich wurde auf den Botanik Plots die Artenvielfalt bestimmt sowie die Blühhorizonte und die Ertragsanteile der Gräser, Kräuter und des JKKs nach der Methode von Londo geschätzt. Bei der statistischen Analyse wurde der Fokus auf die Beziehung zwischen der Biomasse des gefressenen JKKs, der Futterverfügbarkeit und -qualität sowie die Gesundheitsparameter der Schafe gelegt.


Die Ergebnisse zeigen, dass die Schafe kontinuierlich frisches JKK in der Größenordnung zwischen 1,2-4,9 kg Frischsubstanz (uS) im Jahr 2020 und zwischen 1,0-2,2 kg uS im Jahr 2021 pro Schaf und Tag gefressen haben. Je mehr Biomasse das JKK entwickelt hat, desto höher war der Zuckeranteil (r=0.59-0.74) und desto mehr haben die Schafe das JKK gefressen (r=0,94-0,95). In den beiden ersten Weideperioden beider Jahre, war der Zuckeranteil des JKKs jeweils am höchsten und lag insgesamt weit über dem der restlichen Vegetation (196 g/kg Trockensubstanz (TS) im May 2021 and 234 g/kg TS im June 2020). Obwohl es Studien gibt, in denen Schafe erst angelernt werden mussten, das JKK zu fressen oder sie die Futteraufnahme von JKK ganz verweigert haben, zeigen die Daten dieser Studie, dass die Schafe bei freier Futterauswahl freiwillig und gerne signifikante Mengen an JKK gefressen haben, ohne vorher angelernt worden zu sein und dies, obwohl eine große Auswahl alternativer Futterpflanzen zur Verfügung stand (im Jahr 2020 war der Ertragsanteil der Gräser doppelt so hoch, wie der des JKKs, wohingegen der der Kräuter zunächst gleich blieb und sich dann im Folgejahr verdoppelte). Zucker ist offenbar die entscheidende Variable für die Attraktivität des JKKs und führte, zumindest im ersten Jahr zu dem hohen Konsum. Im zweiten Jahr hat möglicherweise der höhere Proteingehalt im JKK diese Präferenz noch weiter verstärkt. Insbesondere im Hochsommer, wenn der übrige Weideaufwuchs trocken wird, erweist sich das JKK für die Schafe noch als nährstoffreiches und wertvolles Futtermittel.


Diese Studie zeigt, dass unsere Schafe freiwillig signifikante Mengen an JKK gefressen haben. Zusätzlich beweist die Bestimmung der Pflanzenarten, dass mit durchschnittlich 22 Arten im Jahr 2020 und 21 Arten im Jahr 2021, die Schafe das JKK zu keinem Zeitpunkt aufgrund von mangelnden Alternativen gefressen haben. Dies wird durch die Tatsache unterstrichen, dass der Ertragsanteil der Gräser und Kräuter nie unter 52,50% im Jahr 2020 und 50,83% im Jahr 2021 fiel.


Trotz der intensiven und kontinuierlichen Aufnahmen von JKK im Jahr 2020 und der geringeren, aber ebenfalls kontinuierlichen Aufnahmen im Jahr 2021, wurden keine größeren gesundheitlichen Auswirkungen festgestellt. Bei den wöchentlich stattfindenden tierärztlichen Kontrollen blieben das Verhalten und die Körperkonstitution der Schafe, unabhängig von der Dauer der Exposition des JKKs, unverändert. Der Body Condition Score (BCS) lag am Ende des zweiten Jahres sogar über 3,5. Vor dem Hintergrund, dass jedes Schaf aus der zuletzt geschlachteten Gruppe im Jahr 2020 im Verlauf der ersten Weidesaison im Durchschnitt 360 kg uS JKK gefressen hat und damit die letale Dosis von 2-4 kg uS JKK/kg Körpergewicht für ein durchschnittliches Schaf von 60 kg bis zu dreimal überschritten hat, ist dies sehr überraschend. Die sieben Schafe der letzten Gruppe der zweiten Weidesaison im Jahr 2021 haben kumulativ über beide Weidesaisons (2020/2021) sogar im Durchschnitt jeweils 535 kg uS JKK gefressen. Während beider Weidesaisons wurden keine typischen Anzeichen von PA Intoxikation, wie z.B. die Lebervenenverschlusskrankheit (VOD), bei der sich kleine Zweige der Lebervenen verschließen und zu Aszites, Ödemen, reduzierter Urinabgabe und schließlich auch zur Leberzirrhose und dem Tod führen können [70], festgestellt, ebenfalls keine anderen typischen Symptome, wie akutes Leberversagen, Anorexie, Depression, Ikterus and Photosensibilisierung.


Entgegen den Erwartungen konnte über den gesamten Projektzeitraum von zwei Jahren, kein kumulativer Anstieg von Kupfer in der Leber festgestellt werden. Dies beweist möglicherweise den Punkt, dass es Indikationen dafür gibt, dass einige Tiere resistent oder eine höhere Toleranzschwelle bei oraler Aufnahme von JKK haben, aber empfindlich auf die PAs reagieren, wenn diese injiziert werden. Dies mag eine weitere Erklärung für den guten Gesundheitszustand unserer Schafe sein, und widerlegt die These, dass Schafe zwar eine Weidesaison ohne Symptome überleben können, aber dann in der darauffolgenden Saison an zentralnervösen Symptomen erkranken oder erkranken können, eine Hämoglobinurie mit hohen Kupferwerten entwickeln und dann schließlich an chronischem Leberversagen verenden. Trotzdem wir bewusst weiße Tiere ausgesucht haben, konnten wir keine Anzeichen von Photosensibilisierung feststellen, dafür aber die normalen Anzeichen eines Sonnenbrandes, wie Krusten und kleine Bläschen, wie sie auch in anderen Herden der gleichen Rasse vorkommen und die nicht mit der Aufnahme von JKK in Verbindung stehen.


Es gibt über 6000 PA beinhaltende Pflanzen, die über 650 unterschiedliche Toxine enthalten, welche tödliche Auswirkungen auf Vieh haben können. Jedoch, auf diese zweijährige Studie bezugnehmend, ist es offensichtlich, dass Schafe (weiße, hornlose Schnucken und deren Kreuzungen) in der Lage sind, in vivo über einen Zeitraum von zwei Jahren, große Mengen JKK aufzunehmen, ohne dabei typische Anzeichen einer PA Intoxikation zu entwickeln. Daher sind sie eine gute Alternative zur biologischen Bekämpfung von JKK auf JKK-reichen Weiden.


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