Pflanzenkohle in der Rinderhaltung

Einleitung

Das Krankheitsbild des Chronischen Botulismus in den Rinderbeständen hat in den letzten Jahren erhebliche Ausmaße angenommen (Krüger et al. 2012, Böhnel u. Gessler 2012). Diese Erkrankung von Rindern, die als Toxikoinfektion durch Clostridium botulinum verursacht wird, führt zu empfindlichen direkten und indirekten Verlusten in der Tierhaltung. Auf der Suche nach einer wesentlichen Komponente im Entstehen dieses neuartigen Krankheitsbildes beleuchtete Krüger (2012) unter anderem die Rolle des Totalherbizids Glyphosat und seines Hauptmetaboliten AMPA. In ihren Untersuchungen konnte die Autorin erhebliche Mengen an Glyphosat insbesondere im Urin von Milchkühen (bis 164 Mikrogramm/l in Deutschland und bis 138 Mikrogramm/l in Dänemark, durchschnittlich 20–50 Mikrogramm/l) aber auch im Pansensaft (0,04–122 Mikrogramm/l) feststellen. Im Urin von Menschen (bis zu 2,8 Mikrogramm/l) war Glyphosat ebenfalls, wenn auch in wesentlich geringeren Mengen nachweisbar (Brändli et al 2012). Auch in Gärresten aus Biogasanlagen sowie in verschiedenen Futtermitteln wurde Glyphosat in z.T. bedenklichen Konzentrationen nachgewiesen. Dass Glyphosat antibiotische Wirkungen aufweist, ist übrigens den Produzenten des Herbizides wohlbekannt, denn es wurde von Monsanto als ein solches zum Patent angemeldet (US-Patent 7,771,736, EP0001017636). Gelangt Glyphosat in den Verdauungstrakt von Tieren und Menschen, kommt es zu nachweisbaren Veränderungen der Magen-Darm-Mikrobiota.

Vor allem hormonelle, chelatierende, antibiotische, teratogene, kanzerogene und neuronale Wirkungen stehen im Vordergrund von Erkrankungen der Rinder, mit denen ich als Tierarzt in der täglichen Praxis konfrontiert bin. Die Leistungsfähigkeit des Wiederkäuers und somit der Produktionsbetriebe hängen im Wesentlichen von der Funktionsfähigkeit des Magen-Darm-Traktes ab. Deshalb sind Erkrankungen des Verdauungstraktes und dem entsprechend effiziente Therapiestrategien ein zentrales Thema betriebswirtschaftlich orientierter Tierhaltungen. Die Aufrechterhaltung einer Eubiose (physiologische Darmflora) im Magen-Darm-Trakt der Tiere, wird jedoch zunehmend schwieriger, da durch die Spezialisierung auf Pflanzenproduktion einerseits und auf Tierproduk­tion andererseits Betriebskonzentrationen stattfinden und die spezialisierten Betriebe immer größer werden. Im Ergebnis können Futtermittel nicht mehr in ausreichender Menge und Qualität selbst produziert werden, so dass diese in großem Maße zugekauft werden müssen. Zugekaufte Futtermittel entziehen sich jedoch häufig genug einer qualifizierten Beurteilung durch den Käufer (Futterkauf ist Vertrauenssache).

Eine gute prophylaktische, metaphylaktische und therapeutische Möglichkeit zur Bindung von Botulinumtoxin und anderen von Clostridien gebildeten Toxinen sowie des immer häufiger im Futter nachweisbaren Herbizids Glyphosat im Magen-Darm-Trakt von Rindern scheint die Verabreichung von Pflanzenkohle zu sein.

Wirkung von Aktivkohle und Pflanzenkohle in der Fütterung

Bereits seit etwa 100 Jahren stellt die Aktivkohleforschung effektive Möglichkeiten der Adsorption von Toxinen pathogener Clostridienarten wie C. tetani und C. botulinum dar. (Kranich 1920, Luder 1947, Starkenstein 1915). Wang et al (2010) zeigen eine gute Sorption des hydrophoben Herbizids Terbuthylazin durch Pflanzenkohle und stellen die Bedeutung für den Grundwasserschutz dar. Graber et al. (2012) untersuchten die Bindungsfähigkeit der Modellherbizide S-metolachlor und Sulfentraton an Pflanzenkohle mit unterschiedlicher Oberflächengröße. Graber (2012) bestätigt die Adsorption von Glyphosat an Pflanzenkohle. Der Einsatz von pyrolytischen Kohlen zu Fütterungszwecken ist in Deutschland seit langem bekannt und wird empfohlen. Mangold (1936) stellte die Wirkung der Holzkohle in der Tierfütterung umfassend dar und schlussfolgerte: «Die prophylaktische und therapeutische Wirkung der Holzkohle gegen infektiöse oder durch die Art der Fütterung bedingte Durchfallerscheinungen steht fest und in diesem Sinne erscheint auch die Holzkohlebeigabe an Jungtiere als Vorbeugungsmittel zweckmäßig.»

Volkmann (1935) beschreibt eine effiziente Reduktion der Oozystenausscheidung durch Holzkohlezufütterung bei Kokzidiose und Kokzidieninfektionen von Haustieren.

Haring (1937) empfiehlt den Holzkohleeinsatz in der Rinderfütterung und Barth und Zucker (1955) stellten keine wachstumsdepressiven Effekte in der Geflügelfütterung fest, wenn der Anteil von Holzkohle etwa 1% in der Ration betrug.

Auch international wird aktuell immer wieder die Pflanzenkohle (Biochar) in der Fütterung berücksichtigt und für wertvoll befunden:

• Einsatz bei Ziegen in Nordvietnam, die eine bessere Wachstumsrate aufzeigten, wenn in der Ration 0,5–1g Bambuskohle/kg KM und Tag enthalten waren (Do Thi Than Van, 2006)..

• Kana et al. (2011) zeigten, dass 0,2–0,6% Maiskolbenkohle in der Ration von Broilern zu signifikanten Gewichtszunahmen führen.

• Iwase et al. (1990) zeigten die Pufferwirkung von Aktivkohle bei experimentell erzeugter Pansenazidose an Holsteiner Stieren.

• Leng et al. (2012) führten den Nachweis einer Methanbildungsreduktion von 12,7%, wenn einem künstlichen Pansensystem 1% Kohle zugeführt wird und 10% bei Zugabe von 0,5%.

Die Wirkung der Pflanzenkohle basiert auf den folgenden Mechanismen: Adsorption, Koadsorption, Kompetition, Chemosorption, Adsorption mit nachfolgender chemischer Reaktion, Desorption. Aus Sicht der Toxikologie sind die zeitabhängigen Vorgänge der Adsorption, Verteilung, Biotransformation und der Ausscheidung der zu betrachtenden toxischen Substanzen im Verdauungstrakt der Tiere zu unterscheiden und einzuordnen.

Zu den im Einzelnen wirksamen Mechanismen sind allerdings noch detailliertere Untersuchungen dringend erforderlich.

Schirrmann (1984) beschreibt die Aktivkohle in Ihrer Wirkung auf Bakterien und deren Toxine im Gastrointestinaltrakt:

1. Adsorption von Proteinen, Aminen, Aminosäuren
2. Adsorption von Enzymen des Verdauungstraktes, sowie Konzentrierung bakterieller Exoenzyme an der Aktivkohle
3. Adsorption der mobilen Keime, die über spezielle Anheftungsmechanismen verfügen, durch Chemotaxis.

Besondere Bedeutung kommt der spezifischen Besiedlung der Kohle mit gram-negativen Keimen mit erhöhter Stoffwechselleistung zu. Daraus resultieren einerseits ein Abfall der zu resorbierenden Endotoxine und andererseits eine Adsorption der Toxine an die Kohle.

Ariens und Lambrecht (1985) beschreiben die Vorteile der Aktivkohle: nicht toxisch, schnell verfügbar, unbeschränkt haltbar, wirksam im Magen-Darm-Trakt, wirksam gegen bereits absorbiertes Gift, wirksam gegen Erdölprodukte (Substanzübersicht hier).

Ein großer Vorteil in der Anwendung von Pflanzenkohle liegt in der Fähigkeit zur „Enteralen Dialyse“. Dies heißt, bereits absorbierte lipophile Toxine können durch die Kohle aus dem Blutplasma entfernt werden, wobei die Adsorptionskraft der riesigen Oberfläche der Kohle (bis zu 1000 m2/g) mit den günstigen Permeabilitätseigenschaften des Darmes interagieren. Die Adsorption betrifft sowohl lipophile als auch hydrophile Substanzen. Die Geschwindigkeit der Adsorption hängt von der Porengröße der Aktivkohle ab. Hier entstehen echte Alternativen zu den medizinisch bekannten Therapien der Peritonealdialyse, Hämodialyse oder Hämoperfusion.

Über Mist und Gülle gelangt die in der Fütterung verabreichte Pflanzenkohle schließlich in den Boden. Dass die so in den Boden eingetragene Pflanzenkohle für die Landwirtschaft interessant sein kann, beschreibt Perotti bereits 1935. Er sieht in der Anwesenheit von Pflanzenkohle im Boden den Grund für eine Verbesserung der mikrobiologischen Eigenschaften und eine verbesserte Ausstattung der Pflanzen mit Chlorophyll.

Ursachen für die positive Bodenwirkung der Pflanzenkohle nach Perotti:

1. Retention der Bodenfeuchtigkeit
2. Erhöhte Adsorption von Ammoniumsalzen
3. Verminderte Dispersion von Nitraten
4. Adsorption von mikrobiellen Stoffwechselprodukten

Söhngen (1913) sieht in der Bildung von Ammoniumkarbonat kombiniert mit der Adsorption an Kohle eine Schlüsselfunktion zur längeren Entwicklung reichhaltiger Bakterienkulturen, die durch Desorption in das umgebende Milieu gelangen. Vor allem in leicht saurem Milieu wird dieses nur langsam durch die Adsorptionsleistung der Kohle alkalisiert. Schirrmann (1984) berichtet, dass die Oxidationsreaktionen an der Aktivkohle durch einen erhöhten Stickstoffgehalt verbessert werden. Nagel (1990) untersuchte bakteriell besiedelte Aktivkohle. Es konnte keine effiziente Methode zur Desorption von adhärierten Bakterien gefunden werden. Der Bakteriennachweis über ausgeschiedene Metaboliten gelang nicht, lediglich mit einer Gammastrahlenmarkierung (Fe-59) gelang die Bestimmung adhärierter Zellzahlen.

Einsatz von Pflanzenkohle beim Rind

Der Einsatz von Pflanzenkohle in einer Dosierung von 200-400g/Kuh und Tag erfolgte in dem von mir betreuten Betrieben auf Grundlage der Untersuchungen von Feldmann (1992), der in-vitro-Versuche mit Aktivkohle durchführte. Die Adsorptionskapazitäten pyrolytischer Kohlen unterscheiden sich jedoch wesentlich. Holz- und Pflanzenkohlen können dabei nicht das Niveau von sogenannter Blutkohle überschreiten, die ein weiteres Adsorbens, Bentonit, enthält und bei höheren Temperaturen aktiviert wird. Feldmann (1992) untersuchte die Auswirkungen der Aktivkohle auf Fermentationsvorgänge im Pansensaft (in vitro). Er konnte eine Erhöhung des pH-Niveaus von bis zu 25%, einen Rückgang des Redoxpotenzials von bis 32%, einen Konzentrationsrückgang der flüchtigen Fettsäuren bei gleichbleibender Produktion sowie einen steigenden Adsorptionsgrad mit zunehmender Kettenlänge der flüchtigen Fettsäuren feststellen. Diese Effekte sah er in Abhängigkeit von der Dosierung der Kohle.

Der Einsatz von Pflanzenkohle als Fütterungskomponente setzt strenge Qualitätsparameter entsprechend des Lebensmittelrechts nach Verordung (EG) Nr. 178/2002 und den Vorschriften der Futtermittelhygiene gemäß Verordnung (EG) Nr. 834/2007 voraus. Insbesondere die Gehalte an Schwermetallen, Dibenzodioxinen und Dibenzofuranen spielen als limitierende Faktoren eine besondere Rolle, wobei die nach dem European Biochar Certificate hergestellten Pflanzenkohlen sämtliche Grenzwerte für die Fütterung erfüllen. In eigenen Untersuchungen kam ausschließlich inerte Pflanzenkohle (Carbo ligni) aus einer technischen Pyrolyse, dem sogenannten „Schottdorf-Meiler“ zum Einsatz. Die Unbedenklichkeit der Pflanzenkohle als Futterzusatz wurde durch das zertifizierte Labor Biocheck (Labor für Veterinärdiagnostik und Umwelthygiene GmbH) festgestellt. Orientierende Untersuchungen zur Adsorptionskapazität der genutzten Pflanzenkohle wurde im Vergleich zu handelsüblicher medizinischer Aktivkohle mittels des Phenazon-Adsorptions-Testes (Zentrallaboratorium Deutscher Apotheker GmbH) durchgeführt. Die Adsorptionsleistung von 16,7g Phenazon/100g getrockneter Pflanzenkohle liegen bei etwa einem Drittel der von Medizinalkohlen erreichten Anforderungen von 40g Phenazon/100g Kohle. Diese Ergebnisse bestätigen Luder,W.(1947), der die Adsorptionskapaziten von Carbo ligni und Carbo adsorbens untersuchte und ein Verhältnis von 1:3-4 beschrieb.

Die seit langem bekannten Vorteile einer Verfütterung von Pflanzenkohle sind nun praxisnah umsetzbar, da die Pflanzenkohle ökonomisch produziert werden kann, d.h. preiswert und bei hoher Qualität verfügbar ist.

Praxiseinsatz von Pflanzenkohle in der Fütterung von Rindern

21 Betriebsleiter, die in ihren Betrieben durchschnittlich etwa 150 Kühe betreuen, äußerten sich über die beobachteten Effekte während und nach dem Einsatz von Pflanzenkohle in folgender Weise, wobei die Pflanzenkohleapplikation zur Therapie von Dysbiosen in etwa 1/3 der Betriebe zeitgleich durch Sauerkrautlake (Acetylcholin, Laktobazillen, Enterokokken, B-Vitamine, Vitamin C) unterstützt wurde:

Beobachtungen von Ersteffekten schon nach 1-4 Wochen des Pflanzenkohleeinsatzes:

• Allgemein verbesserter Gesundheits- und Pflegezustand
• Vitalität der Tiere steigt
• Verbesserte Eutergesundheit
• Rückläufige Zellzahlen der Milch (Unterbrechung des Pflanzenkohleeinsatzes führt zu Zellzahlanstieg und Leistungsabfall)
• Minimierung der Klauenprobleme
• Stabilisierung der postpartalen Gesundheit
• Reduktion des Durchfallgeschehens innerhalb von 1-2 Tagen, Kot dann allg. fester
• Rückgang der Mortalitätsrate
• Zunahme der Milchinhaltsstoffe (Eiweiß und/oder Fett)
• Kombination aus Pflanzenkohle und Sauerkrautlake hat sich bewährt
• Deutliche Verbesserung der Fließfähigkeit der Gülle bei Verringerung des Rühraufwandes und der Schaumbildung auf der Gülleoberfläche
• Geruchsreduktion der Gülle

Vorläufige sondierende Untersuchungen der Gülle zeigen bei Zusatz von Pflanzenkohle über den

Magen-Darm-Trakt oder bei direktem Einbringen:

• Anstieg des Ammonium-Stickstoffs
• Nitrat-und Nitritreduktion

Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Der Einsatz von Pflanzenkohle in der Tierproduktion bietet Lösungsmöglichkeiten für die immer komplexer werdenden Probleme in der modernen Landwirtschaft, welche insbesondere dem maximalen Gewinnstreben unter Missachtung der physiologischen Ansprüche der Tiere geschuldet sind. Die Adsorptionseigenschaften der Pflanzenkohle gestatten das Binden verschiedenster toxischer Substanzen im Magen-Darm-Trakt einschließlich der Entgiftung bereits resorbierter, insbesondere lipophiler Toxine aus dem Plasma über eine „Enterale Dialyse“. Der Oxydation und Desaminierung biogener Amine kommt zudem eine besonders stabilisierende Funktion im Darm zu. Dysbiosen können durch die Pflanzenkohle sehr effizient beeinflusst, bzw. können Eubiosen trotz Milieuschwankungen im Verdauungstrakt deutlich länger aufrechterhalten werden.

Eine klare Trennung der Wirkung im pro- oder metaphylaktischen Bereich sowie des therapeutischen Ansatzes ist theoretisch wünschenswert. In der Praxis überlagern sich diese Effekte. Bei akuten Intoxikationen sind im therapeutischen Ansatz parallel salinische Abführmittel einzusetzen (Wiechowski 1914).

Ein aktuelles Problem besonders in Schleswig-Holstein und Niedersachsen ist die hohe Nitratbelastung des Trinkwassers, das durch die intensive Landwirtschaft verursacht wird. Die wissenschaftlichen Ansätze zur Nitratreduktion im Boden sind seit 100 Jahren bekannt und können nun über intelligent beeinflusste Wirtschaftsdünger auf Basis von Pflanzenkohle umgesetzt werden. Erfahrungen hierzu bieten u.a. die Veröffentlichungen von Sommer, 2005. Auch die o.g. veränderten Wirtschaftsbedingungen in den Betrieben zwingen aus epidemiologischen Erwägungen eine Neubewertung z.B. der Entsorgung von Nachgeburten über das Güllesystem wie auch die verbreitete Nutzung von Fleischknochenmehl als Wirtschaftsdünger vor allem auch unter den Bedingungen einer verstärkten Maiskultivierung. Als Möglichkeit zur Minimierung von zu erwartenden epidemiologischen und trinkwasserhygienischen Problemen bietet sich so das Einbringen von inerter Pflanzenkohle in die landwirtschaftlichen Stoffkreisläufe an.

Es bleibt zu wünschen, dass die Landwirte das Potenzial der Pflanzenkohle für die Tier – und Pflanzenproduktion erkennen. Dazu gehören: Erzeugung von grundlastfähiger Energie, Nutzbarmachung nicht erschlossener Biomassen (Knicknutzung etc.) ohne Konkurrenz zu landwirtschaftlichen Nutzflächen sowie die Schließung regionaler Stoffkreisläufe.

Die Stabilisierung der aufeinander abgestimmten Mikrobiota in und außerhalb des Darmes von Wiederkäuern unter Beachtung der regionalen Biotope muss im Vordergrund der Überlegungen stehen. Insbesondere eine gesunde Mikrobiota des Bodens sollte Schwerpunkt aller Überlegungen sein, da sie die Grundlage des Lebens ist.

Es ist erforderlich, die eingesetzten Pflanzenkohlen wie durch das Europäische Pflanzenkohle Zertifikat (EBC-Certificate) vorgegeben, strukturell, chemisch, physikalisch und biologisch zu untersuchen. Nur so ist eine Übertragbarkeit von Ergebnissen, die durch den Einsatz von unterschiedlichen Kohlen erhalten wurden, auf andere Versuche möglich.

Achim Gerlach ist Tierarzt im Schleswig Holsteinschen Landkreis Dithmarschen und hat vermutlich europaweit die meisten Erfahrungen mit dem Einsatz von Pflanzenkohle in der Tierfütterung. Gern vermittelt die Redaktion den Kontakt zum Autor.

Die Druckausgabe des Artikels finden Sie hier im PDF-Format

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