Wie der Name Testtagsmodell schon sagt, wird die Leistung an einem Kontrolltag direkt in das Zuchtwertschätzmodell als 24 Stunden-Gemelk einbezogen. Es werden also keine Abschnitts- bzw. Laktationsleistungen mehr berechnet, wie wir es in dem zwischen 1991 und 2002 in Bayern und Baden-Württemberg eingesetzten Mehrabschnitts-Laktationsmodell (MAM) gewohnt waren. Damit entfällt auch die Notwendigkeit, unvollständige Leistungen hochrechnen zu müssen, wie es z.B. beim 100- oder 200-Tage Leistungsabschnitt im MAM der Fall war. Die Unsicherheit einer Hochrechnung entfällt somit vollständig.
Auch muss nicht mehr gewartet werden, bis komplette Laktationen abgeschlossen sind, bevor die vorliegenden Leistungsinformationen in die Zuchtwertschätzung eingehen. Sobald eine Kontrolltagsleistung erbracht wurde, kann sie auch direkt in der Zuchtwertschätzung berücksichtigt werden. Dies gilt vor allem für die zweiten und späteren Laktationen. Die aus dem Testtagsmodell resultierenden Zuchtwerte beruhen damit früher auf den eigenen Leistungsinformationen bzw. im Falle der Bullen auf den Leistungsinformationen der Töchter. Der Anteil der Verwandtschaftsinformation nimmt somit tendenziell ab.
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Abbildung 1: Überblick über den Umfang der Daten aus den einzelnen Ländern in der ZWS Dezember 2014
In die neu entwickelte Testtagsmodell-Zuchtwertschätzung werden alle Kontrolltagsleistungen zwischen dem Laktationstag 8 und 350 einbezogen. Je mehr Informationen an einem Kontrolltag in die Zuchtwertschätzung eingehen, desto besser lässt sich dessen Einfluss auf die erbrachte Leistung schätzen. Deshalb werden jetzt auch Leistungen aus späten Laktationsstadien sowie aus vierten und späteren Laktationen in die Zuchtwertschätzung einbezogen. Die Kontrolltagsbeobachtungen stammen etwa zu ¾ aus der ersten bis dritten Laktation, der Anteil an Leistungen in den fünften und höheren Laktationen liegt bei 13 Prozent in den Fleckviehdaten und bei 15 Prozent in den Braunviehdaten.
Einen Überblick über die Daten in der Zuchtwertschätzung gibt Tabelle 3 und Abbildung 1.
Tabelle 3: Überblick über den Umfang der Daten in der aktuellen Zuchtwertschätzung Dezember 2014 | Fleckvieh | Braunvieh |
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Kontrollbeobachtungen | 247,3 Mio. | 48,5 Mio. |
Kühe mit Leistung | 10,4 Mio. | 1,8 Mio. |
Pedigree | 13,4 Mio. | 2,5 Mio. |
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Abbildung 2: Beispiel für tägliche Zuchtwerte der 1., 2. und 3. Laktation
Ein wichtiger Unterschied zwischen MAM und Testtagsmodell liegt in den Annahmen über die genetischen Hintergründe der beobachteten Leistung. Genauso wie man bei der Betrachtung einer Laktationsleistung nicht sagen kann, ob die Kuh eine eher gleichförmige Leistung oder eine ausgeprägte Laktationsspitze hatte, sagt der Zuchtwert im MAM nichts über den Verlauf des Zuchtwertes in der Laktation aus. Beim Testtagsmodell dagegen schätzt man mit Hilfe einer mathematischen Funktion einen Zuchtwert für jeden Laktationstag und kann daher auch den Verlauf der Zuchtwertkurve grafisch darstellen (Abbildung 2).
Dies gilt jedoch nicht für alle Testtagsmodelle. In einer vereinfachten Form des Testtagsmodells, die man auch als ‚erste Generation' der Testtagsmodelle bezeichnen kann, führt die Schätzung zu Tageszuchtwerten, die für jeden Laktationstag gleich sind. Ein solches Modell wurde zum Beispiel zwischen 1998 und 2003 zur Zuchtwertschätzung für Milchleistungsmerkmale der Rassen Schwarz-, Rotbunt und Rotvieh in Deutschland vom Rechenzentrum (VIT) in Verden angewendet.
Das für die gemeinsame Zuchtwertschätzung Deutschland und Österreich entwickelte Testtagsmodell der ‚zweiten Generation' (sog. "Random Regression"-Modelle) unterscheidet sich in der Betrachtung der Genetik eines Tieres hiervon erheblich. Es wird hier die Annahme getroffen, dass an jedem einzelnen Laktationstag andere Gene für die Leistung verantwortlich sein können. Zwischen einzelnen Laktationstagen innerhalb einer Laktation und auch zwischen Laktationen können genetische und nichtgenetische Beziehungen berücksichtigt werden. Nahe beieinander liegende Testtage stehen miteinander stärker in Beziehung als weiter auseinander liegende Testtage in einer Laktation.
Untersuchungen zur Erblichkeit der Milch-, Fett- und Eiweißmenge beim Fleckvieh und Braunvieh wurden im Rahmen des gemeinschaftlichen Projektes angestellt. Sie haben gezeigt, dass tatsächlich Unterschiede in der Erblichkeit an verschiedenen Laktationstagen vorhanden sind. Hierbei waren Unterschiede zwischen den biologischen Merkmalen Milch, Fett und Eiweiß und auch zwischen den beiden Rassen Fleckvieh und Braunvieh zu beobachten. In Abbildung 3 sind die geschätzten Erblichkeiten (Heritabilitäten) für die Milch-, Fett- und Eiweißmenge der ersten Laktation beispielhaft für die Rasse Fleckvieh dargestellt. Naturgemäß ist die Erblichkeit von einzelnen Tagesleistungen geringer als die längerer Abschnitte. Rechnet man die dargestellten Werte auf eine 305-Tage Leistung um, dann liegt der Wert für die Milchmenge deutlich über den derzeitig verwendeten Parametern im MAM und für die Fett- und Proteinmenge in einem ähnlichen Bereich. Die geschätzten genetischen Beziehungen zwischen Kontrolltagen in verschiedenen Laktationen liegen im Testtagsmodell relativ hoch im Vergleich zum derzeitigen Laktationsmodell. Dies gilt im speziellen für die zweite und dritte Laktation, was auf einen sehr ähnlichen genetischen Hintergrund beider Laktationen schließen lässt. Auch das Testtagsmodell ist nach wie vor ein Tiermodell, in dem die Verwandtschaft der Tiere in der bisher gewohnten Form mit in die Schätzung der Zuchtwerte einbezogen wird.
Grundlegendes Ziel der Zuchtwertschätzung ist die Trennung der Genetik von den Umwelteinflüssen, die auf die vorliegenden Leistungsinformationen eingewirkt haben. Im Testtagsmodell für Österreich und Deutschland werden die Umwelteinflüsse direkt im Zuchtwertschätzsystem simultan mit den Zuchtwerten geschätzt und berücksichtigt. Diese direkte Korrektur hat den Vorteil, dass die Einflüsse an den in die Zuchtwertschätzung eingehenden Daten direkt geschätzt werden. Damit können Umwelteinflüsse besser ausgeschaltet werden.
Der große Vorteil des Testtagsmodells liegt in der Korrektur der Umwelteinflüsse direkt auf der Basis der einzelnen Kontrolltagsgemelke. Im Vergleich dazu können in Abschnittsmodellen nur durchschnittliche Einflüsse über Abschnitte bzw. Laktationen angenommen werden, was der Realität nur selten entspricht. Im Folgenden werden die berücksichtigten Umwelteinflüsse im Testtagsmodell kurz erläutert.
Umwelteinfluss am Kontrolltag
Der Herdenkontrolltag ist die kleinste Vergleichsgruppe innerhalb des Testtagsmodells. Sie beinhaltet alle Probemelken eines Kontrolltags unabhängig von der Laktationsnummer. Da die Anzahl der Leistungsbeobachtungen im Testtagsmodell um ein Vielfaches höher ist im Vergleich zum MAM, wird auf eine Zusammenfassung von Herden verzichtet. Die Beobachtungen der Kühe einer Herde werden somit direkt mit denen von Herdengenossinnen verglichen. Durch den Verzicht auf die Zusammenfassung von Herden und die direkte Berücksichtigung des Kontrolltages im Modell ist eine wesentlich genauere Korrektur der Herdenumwelt im Testtagsmodell gewährleistet. Beispielsweise können aufeinanderfolgende Kontrolltagsleistungen unter sehr unterschiedlichen Umweltbedingungen erfolgen, was im Testtagsmodell direkt berücksichtigt werden kann, während im Laktationsmodell nur ein Herdenjahreseinfluss angenommen wird. Zu diesen herdenkontrolltagsspezifischen Einflüssen gehören beispielsweise stark schwankende Fütterungsverhältnisse (Weidegang, Futterumstellung), unterschiedliche klimatische Verhältnisse (Hitze, hohe Luftfeuchtigkeit), aber auch Probleme mit der Melkanlage und Melkerwechsel.
Neben dem Herdenkontrolltag wird der Effekt des Produktions-Jahr-Monats innerhalb von definierten Regionen und Laktationen über die Herden hinweg im Modell berücksichtigt. Dieser Effekt wurde zusätzlich in das Testtagsmodell aufgenommen, um nichtgenetische Streuungsunterschiede in der Zuchtwertschätzung zu analysieren und zu berücksichtigen, was weiter unten noch genauer beschrieben wird.
Trächtigkeitseinfluss
Die im MAM durchgeführte indirekte Korrektur der Abschnitts- bzw. Laktationsleistungen mit Hilfe der Zwischenkalbezeit wird im Testtagsmodell durch die direkte Korrektur der Probegemelke auf den Trächtigkeitstag ersetzt. Wie Untersuchungen gezeigt haben, wird der Trächtigkeitseinfluss auf diese Weise besser berücksichtigt. Möglicherweise vorhandene negative genetische Beziehungen zwischen der Milchleistung und der Zwischenkalbezeit werden so nicht mit der Zuchtwertschätzung für Milchleistungsmerkmale vermischt. Eine Berücksichtigung dieser Zusammenhänge wird durch die separate ZWS Fruchtbarkeit und die Kombination der Zuchtwerte im Gesamtzuchtwert erreicht. In Abbildung 4 ist der Trächtigkeitseinfluss über 285 Trächtigkeitstage für die erste bis dritte Laktation dargestellt. In den ersten fünf Trächtigkeitsmonaten ist nur ein sehr geringer Einfluss auf die Milchleistung vorhanden. Danach steigt der Trächtigkeitseinfluss aber deutlich an und kann kurz vor der nächsten Kalbung bis zu 8 kg am Tag betragen.
Einfluss des Kalbealters
Neben dem Trächtigkeitseinfluss wird im Testtagsmodell auch der Einfluss des Kalbealters innerhalb der ersten vier Laktationen berücksichtigt. In den ersten zwei Laktationen sind die Einflüsse des Kalbealters größer als in den folgenden Laktationen (Abbildung 5).
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Abbildung 6: Beispiele für geschätzte durchschnittliche Laktationskurven
Laktationsstadium
Da im Testtagsmodell alle Probegemelke zwischen Laktationstag 8 und 350 einbezogen werden, ist das Laktationsstadium einer der wichtigsten Einflussfaktoren im Zuchtwertschätzmodell. Hierzu werden die Laktationen in Gruppen eingeteilt, in denen dann die Abhängigkeit der Leistungsbeobachtungen vom Laktationsstadium mit Hilfe von Funktionen geschätzt wird. Diese Funktionen beschreiben die durchschnittliche Laktationskurve für diese Gruppe von Kühen. Ein Beispiel hierfür wird in Abbildung 6 gegeben. Zur Einteilung der Gruppen wird das Kalbejahr, die Kalbesaison (vier Saisons je Jahr), das Kalbealter (drei Stufen), die Region und die Laktationsklasse herangezogen. Es wurden innerhalb Bayerns 4 bzw. 2 Regionen in den Fleckvieh- bzw. Braunviehdaten gebildet, Baden-Württemberg und Österreich bildeten jeweils eine eigene Region. Außerdem werden die Leistungsbeobachtungen aus der Alpung in Österreich in separate Gruppen eingeteilt abhängig davon, in welchem Laktationsstadium die Tiere auf die Alp kommen. Insgesamt wurden im ersten Routinelauf (November 2002) 3.472 bzw. 2.348 Gruppen für die Laktationskurven in den Fleckvieh- bzw. Braunviehdaten gebildet.
Genetische Trends
In den Abbildungen 7 bis 10 sind die durchschnittlichen Milchwerte der Fleckvieh- und Braunviehbullenjahrgänge aus der Zuchtwertschätzung Dezember 2014 separat für die Herkunft Bayern, Baden-Württemberg, Österreich (alle Fleckvieh und Braunvieh) und Tschechien (nur Fleckvieh) gezeigt.
Veränderung der Rangfolge der Tiere beim Übergang vom MAM zum Testtagsmodell
Beim Übergang zum Testtagsmodell kam es auch zu Veränderungen der Zuchtwerte, die eine Veränderung der Rangfolge der Tiere bewirkt. Diese Veränderungen können auf zahlreiche Faktoren zurückgeführt werden, die einerseits direkt mit dem Testtagsmodell und andererseits auf zusätzliche Neuerungen in der Zuchtwertschätzung für Milchleistungsmerkmale zurückzuführen sind. Mit dem Übergang zum Testtagsmodell können beispielsweise die veränderten Ausgangsdaten, die wesentlich genauere Berücksichtigung der Umwelteinflüsse, der Vergleich der Tiere innerhalb der Herde und die Einbeziehung der höheren Laktationen genannt werden. Die neue Milchwertberechnung mit der Indexmethode und die Berücksichtigung der heterogenen (ungleichen) Streuungen innerhalb von Herdenkontrolltagen können als zusätzliche Neuerungen neben dem Testtagsmodell genannt werden.
Informationsvorsprung mit dem Testtagsmodell
Der Informationsvorsprung im Testtagsmodell hat einen relativ starken Einfluss auf den Zuchtwert von jungen Bullen bzw. von Bullen mit auflaufenden Leistungen aus dem Zweiteinsatz. Durch die kontinuierliche Einbeziehung der Leistung in der ersten Laktation und besonders in den späteren Laktationen erhält die Weiterentwicklung der Töchterleistungen eines Bullen einen relativ hohen Einfluss. Bullen mit schlechter bzw. guter Persistenz werden so zuverlässiger geschätzt. Bei der Umstellung auf das Testtagsmodell kommt es dadurch zu Veränderungen der Milchwerte bei jungen Bullen mit auflaufenden Erstlaktationsleistungen.
Im Mehrabschnittsmodell wurden die Zweitlaktationsleistungen erst einbezogen, wenn diese abgeschlossen waren. Hier kam es bei Bullen mit schlechten/guten Zweitlaktationsleistungen häufig zu starken Zuchtwertveränderungen. Diese Veränderungen werden im Testtagsmodell zu einem wesentlich früheren Zeitpunkt eintreten, da die ersten Kontrolltagsgemelke schon eine hohe Aussagekraft über die Leistung der Töchter in der zweiten bzw. dritten Laktation haben. Die Zuchtwerte von Bullen, von denen große Mengen an Leistungsinformationen von Töchtern aus dem Zweiteinsatz auflaufen, können sich durch den Übergang auf das Testtagsmodell ebenfalls relativ stark ändern.
Streuung innerhalb der Herden
Die Streuung der Beobachtungswerte innerhalb von Herden und dort auch innerhalb von verschiedenen Jahren und Monaten ist nicht einheitlich. Das bedeutet, dass in einzelnen Betrieben eine sehr große Streubreite der Probegemelke an einem Herdenkontrolltag vorhanden sein kann, während an einem anderen Herdenkontrolltag im Datenmaterial alle Beobachtungen sehr nahe am Mittelwert des Herdenkontrolltages liegen. Wie in jeder BLUP-Zuchtwertschätzung beruht auch im Testtagsmodell die Schätzung im Allgemeinen auf der Abweichung der Leistungsbeobachtung von einem Vergleichswert. Je höher die Streuung innerhalb eines Herdenkontrolltages ist, desto stärker weichen die guten, aber auch die schlechten Kühe vom Mittel des Herdenkontrolltages ab. Die überdurchschnittlichen Kühe in einer Herde mit hoher Streuung erreichen somit leichter eine höhere Abweichung vom Mittel der Herde. Ein Teil dieser höheren Abweichung findet sich im Zuchtwert der Kühe wieder, wenn man die Streuungsunterschiede im Zuchtwertschätzverfahren ignoriert.
Eine Grundannahme in der Zuchtwertschätzung ist, dass die Streuung innerhalb der Herdenkontrolltage im Datenmaterial einheitlich ist. Um dieser Grundannahme gerecht zu werden, werden die Streuungen mittels Korrekturfaktoren harmonisiert. Die Berechnung dieser Faktoren wird nicht auf der Basis der Streuung der Beobachtungswerte durchgeführt, da diese zum Teil auf Umwelteinflüssen (Laktationsstadium etc.) und auch auf unterschiedlicher genetischer Streuung beruhen kann. Die Ermittlung der Korrekturfaktoren erfolgt daher mit Hilfe der Streuung der nicht durch das Zuchtwertschätzmodell erklärbaren zufälligen Restfehler (Residuen). Mit dem Verfahren bleiben vorhandene Unterschiede in der genetischen Streuung zwischen Herden erhalten, während umweltbedingte Streuungsunterschiede korrigiert werden.
Als Ursache für heterogene Streuungen können unterschiedliche Produktionsniveaus, Fütterungssysteme (z.B. TMR, Abruffütterung), Haltungssysteme (Weidegang, ganzjährige Stallhaltung), Betriebsleiterwechsel und damit verbundene Änderungen im Herdenmanagement beispielhaft genannt werden. Im Allgemeinen nimmt die Streuung der Residuen mit zunehmender Herdenleistung zu. Ist die Streuung der Residuen innerhalb von Herdenkontrolltagen zu groß, wird diese durch die Korrekturfaktoren "gestaucht". Die Zuchtwerte der schlechtesten und besten Kühe in diesen Betrieben rückt nach der Korrektur näher zum Mittelwert der Herden. Ist die Streuung der Residuen zu niedrig, wird sie durch die eingeführten Korrekturfaktoren "gespreizt". Hierdurch werden die Nachteile für Kühen aus Herden mit niedriger Streuung aufgehoben. Die mittleren Zuchtwerte innerhalb der Herden bleiben von der Korrektur der heterogenen Streuungen nahezu unbeeinflusst.
Unterschiede in der Höhe der durchschnittlichen Korrekturfaktoren lassen sich zwischen Ländern und Regionen erkennen. Im Durchschnitt sind die Korrekturfaktoren in Baden-Württemberg höher als in Bayern, was auf das niedrigere Produktionsniveau zurückzuführen ist. Innerhalb Bayerns ist ein Gefälle der durchschnittlichen Korrekturfaktoren von Süd nach Nord zu beobachten. Das bedeutet, dass die Streuungen der Residuen im Durchschnitt etwas höher im Norden Bayerns sind im Vergleich zum Süden und Osten Bayerns. Die Korrekturfaktoren von individuellen Herden bzw. Herdenkontrolltagen innerhalb der gleichen Regionen können jedoch sehr unterschiedlich sein.