Response to disturbance and plant-animal interactions of grassland swards for chicken free-range husbandry
by Laura Breitsameter
Date of Examination:2013-02-14
Date of issue:2013-08-27
Advisor:Prof. Dr. Johannes Isselstein
Referee:Prof. Dr. Johannes Isselstein
Referee:Prof. Dr. Christoph Leuschner
Referee:Prof. Dr. Dr. Matthias Gauly
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Name:Dissertation Breitsameter Grassland swards f...pdf
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Format:PDF
Abstract
English
The aim of the present study was to evaluate the suitability of fourteen grassland plant species for establishing swards for free-range chicken husbandry. Nine grasses and five forbs which are known for their good performance in intensively managed grasslands and for their high tolerance towards frequent grazing and cutting, and to trampling were used. In a field experiment, we tested the tolerance of these plants to stocking with chickens. We hypothesized that the performance of the individual species would vary strongly, because the disturbance affected by chickens is particularly heavy and differs distinctly from the conditions commonly found in other systems of grassland management. Monoculture swards of the fourteen tested species, and one mixture comprising all of these species were subjected to rotational stocking with chicken at three levels of stocking duration. The effect of plant species, stocking duration, and stocking cycle on the canopy cover, density of tillers or vegetation growing points, and growth rates of aboveground biomass were analysed. From the former two target parameters, resistance of the plant species to stocking with chicken was derived; from the latter, resilience was estimated. Our data confirmed the assumption that the tested species differ strongly with respect to their resistance and resilience to stocking with chicken, and indicated that grasses are generally more suitable than forbs for greening an outdoor chicken run. The species Festuca arundinacea and Poa supina featured the best performance, with a canopy cover of over 80 % and constant tiller densities, and with a stable and comparatively high biomass accumulation of over 4.8 g dry matter m-2 d-1 after repeated long-duration stocking. By means of a supplemental pot experiment under greenhouse conditions we aimed at elucidating whether traits related to plant growth form give an explanation for tolerance to the disturbance affected by stocking with chicken. We hypothesized that pre-disturbance biomass allocation, and the location of storage and clonal growth organs would be important determinants of damage tolerance. We expected that tolerance would be high in plants with these organs concentrated in a tussock or located close to or underneath the soil surface, and with high allocation to storage organs in root or tussock. A selection of the species used in the field experiment which represented three growth forms (cespitose, stoloniferous, and rhizomatous) were subjected to three levels of a standardized damage treatment impacting simultaneously on shoot and root. Our results showed that plant species, but not growth form groups differed significantly in damage tolerance, and that F. arundinacea and Poa pratensis showed the best performance. Shoot re-growth was strongly correlated with relative post-treatment root biomass, i.e. with the ratio of root biomass of the treated plants in relation to that of the non-treated control across all species and treatment levels, but not with pre-treatment root biomass. Root resistance to mechanical damage therefore appears to be the prevalent determinant of tolerance to the applied type of disturbance. In a field experiment we thirdly investigated the impact of sward botanical composition (sward type) and sward degradation on the foraging behaviour of chickens. Monoculture swards of nine grasses and five forbs and a mixture of these fourteen species, which had also been used for the first experiment, were stocked with chickens at three levels of stocking duration. The frequency of the animals’ plant pecking, ground pecking and scratching behaviour were recorded. Our results showed that sward type and sward degradation had a significant effect on the foraging behaviour of the chickens. Prolonged stocking significantly reduced the canopy cover of green vegetation; however, the tested sward types strongly differed with regard to the degradation caused by standardised levels of stocking duration. Our data revealed that the frequency of total sward-directed pecking (plant and ground pecking together) declined with prolonged stocking and with decreasing canopy cover in most of the sward types. This result may be relevant for considerations on animal health and welfare, because in environments which offer little incentive for object-directed pecking, there is the risk of pecking to be re-directed towards conspecifics and hence for feather and injurious pecking to occur. We derive from our results that the choice of plant species for sward establishment is a strong determinant of the animals’ behavioural interactions with the sward. Species like P. supina which feature a high resistance to the damaging effects of stocking with chickens and which at the same time provide high incentive for foraging behaviour, particularly for plant pecking, benefit the contribution of the outdoor run to animal health and welfare. In synopsis of these three experiments, our results have shown that the choice of plant species for greening outdoor chicken runs is a relevant factor for the realisation of multi-functional swards for outdoor chicken runs. Plants which feature a high canopy cover and biomass accumulation under conditions of prolonged long-duration stocking enhance the potential of the sward for soil and water protection in view of the high amounts of excrement deposition in the run area. A sward composition which additionally highly triggers sward-directed pecking behaviour in the chicken can foster animal health and welfare. Among the plants we tested within the present study P. supina altogether featured the best results with regard to these criteria; F. arundinacea showed a high resistance to stocking with chickens, but was comparatively less attractive for pecking than the other species. We conclude that the choice of plant species is a promising complementary measure of run management in addition to established practices like rotational grazing with rest periods of sufficient duration and to providing incentive for the animals to evenly use the total of the run area.
Keywords: laying hens; turfgrass; wear tolerance; foraging behaviour
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Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Eignung von vierzehn Pflanzenarten des Wirtschaftsgrünlands für die Etablierung von Grasnarben für die Hühnerfreilandhaltung zu untersuchen. Neun Gräser und fünf Kräuter, deren hohe Leistungsfähigkeit aus intensiv bewirtschafteten Systemen, und deren gute Schnitt-, Weide- und Trittverträglichkeit bekannt sind, wurden vergleichend bewertet.
In einem Feldexperiment wurde die Verträglichkeit der Pflanzen gegenüber Beweidung mit Hühnern untersucht. Die Hypothese lautete, dass sich die Leistungsfähigkeit der Arten deutlich unterscheiden würde, da die Störung, die durch Beweidung mit Hühnern erzeugt wird, stärker und von anderer Natur ist als in anderen Bewirtschaftungssystemen. Monokulturen und eine Mischsaat der vierzehn Arten wurden einer Umtriebsbeweidung mit Legehennen in drei Stufen der Weidedauer unterzogen. Die Wirkung der Faktoren Pflanzenart, Weidedauer und Umtrieb auf Bodendeckung, Dichte der Triebe und Vegetationspunkte, und Wachstum der oberirdischen Biomasse wurde analysiert. Aus ersteren Zielgrößen wurde die Resistenz der Grasnarbe gegenüber der Beweidung abgeleitet, aus der dritten ihre Resilienz. Die Hypothese, dass sich die untersuchten Arten stark im Hinblick auf ihre Resistenz und Resilienz gegenüber Beweidung mit Hühnern unterscheiden würden, wurde bestätigt. Unsere Ergebnisse deuteten darauf hin, dass Gräser prinzipiell besser für die Bepflanzung von Auslaufflächen geeignet sind als Kräuter. Die Arten Festuca arundinacea und Poa supina zeigten mit einer Bodendeckung von über 80 %, einer konstanten Triebdichte und einer gleich bleibenden, vergleichsweise hohen Wachstumsrate von mehr als 4,8 g Trockenmasse m-2 d-1 die beste Leistungsfähigkeit bei wiederholter Beweidung und langer Weidedauer.
In einem ergänzenden Gefäßversuch im Gewächshaus wurde untersucht, welche mit der Wuchsform in Zusammenhang stehenden Eigenschaften die Toleranz der Pflanzen gegenüber Beweidung mit Hühnern erklären. Die Hypothese bestand darin, dass die Biomasseallokation vor der Störung und die Lage von Speicherorganen und Knospen für klonales Wachstum die Schädigungstoleranz bestimmen würden; sie würde bei Arten hoch sein, bei denen diese Organe konzentriert an der Sprossbasis und unterhalb von oder nahe der Erdoberfläche liegen. Eine Auswahl der im Freilandversuch verwendeten Pflanzenarten, die drei Wuchsformen repräsentierte (Arten ohne Ausläufer; Arten mit Stolonen; Arten mit Rhizomen) wurde einer standardisierten mechanischen Schädigung in drei Intensitäten ausgesetzt, welche zugleich auf Spross und Wurzel wirkte. Die Ergebnisse dieses Versuchs zeigten, dass die Pflanzenart, nicht aber die Wuchsform die Toleranz gegenüber Schädigung bestimmten. Die höchste Toleranz wurde bei F. arundinacea und Poa pratensis festgestellt. Der Wiederaufwuchs oberirdischer Biomasse war über alle Arten und Intensitäten der Behandlung hinweg stark mit der relativen Wurzelbiomasse (der Wurzelbiomasse der behandelten Pflanze im Verhältnis zu der der Kontrollpflanze) korreliert, allerdings nicht mit der Wurzelbiomasse vor der Behandlung. Die Resistenz der Wurzel gegenüber mechanischer Schädigung ist daher offenbar eine wesentliche Determinante der Toleranz gegenüber der untersuchten Störung.
Schließlich wurde der Einfluss von botanischer Zusammensetzung und Degradierung der Grasnarbe auf das Nahrungssuchverhalten der Hühner untersucht. In dem oben erläuterten Feldexperiment war die Häufigkeit der Verhaltensweisen Picken an Pflanzen, Picken am Boden und Scharren aufgezeichnet worden. Aus den Daten ging hervor, dass Pflanzenart und Degradierung der Grasnarbe das Nahrungssuchverhalten der Hühner signifikant beeinflussten. Eine steigende Weidedauer reduzierte die Bodendeckung grüner Vegetation signifikant; allerdings unterschieden sich die untersuchten Pflanzenarten deutlich im Hinblick auf das Ausmaß der Degradierung, die durch standardisierte Beweidungsdauer erzeugt wurde. Bei steigender Weidedauer und sinkender Bodendeckung grüner Vegetation war bei den meisten Pflanzenarten eine Abnahme der Häufigkeit des auf die Grasnarbe gerichteten Pickverhaltens (Picken an Boden und Pflanzenteilen summiert) nachweisbar. Dieses Ergebnis wird als bedeutsam für das Tierwohl erachtet, da in Umwelten, die wenig Anreiz zu Picken an Objekten bieten, die Gefahr besteht, dass die Tiere vermehrt Federpicken zeigen. Wir leiten aus diesen Ergebnissen ab, dass die Wahl von Pflanzenarten wie P. supina, die sowohl eine hohe Resistenz gegenüber der durch Beweidung verursachten Störung aufweisen, als auch einen starken Anreiz zu Nahrungssuchverhalten, und insbesondere zu Picken liefern, als Begrünung den Beitrag der Auslauffläche zu Tierwohl und –gesundheit fördern können.
Zusammenfassend haben unsere Experimente gezeigt, dass die Wahl der Pflanzenart zur Auslaufbegrünung ein wichtiger Faktor zur Gewährleistung der Multifunktionalität der Grasnarbe ist. Pflanzen, die bei langer Beweidung eine stabile Bodendeckung und starkes Wachstum aufweisen, können einen höheren Anteil der im Auslauf anfallenden Nährstoffmengen binden und tragen somit zum Schutz von Boden und Wasser bei. Eine Grasnarbe, die zusätzlich das Nahrungssuchverhalten anregt, begünstigt Tierwohl und -gesundheit. Von den untersuchten Arten zeigte P. supina insgesamt das beste Ergebnis in Bezug auf diese Kriterien; F. arundinacea zeichnete sich zwar durch eine hohe Resistenz gegenüber der Störung durch die Beweidung aus, allerdings schien diese Art weniger stark bepickt zu werden. Wir schließen daraus, dass die Wahl der Pflanzenart für die Auslaufbegrünung als eine wichtige Methode des Auslaufmanagements betrachtet werden kann, die etablierte Methoden der Auslaufpflege, wie Umtriebsbeweidung mit ausreichenden Beweidungspausen und eine Gestaltung des Auslaufs, welche die Tiere zur Nutzung der gesamten Fläche animiert, ergänzen sollte.