Virtual Fencing: Mehr als nur ein unsichtbarer Zaun

Dr. Dina Hamidi hat an der Universität Göttingen zum Thema Virtual Fencing promoviert. Sie ist Expertin für nachhaltige Weidesysteme und innovative Formen der Grünlandnutzung und beschäftigt sich in ihrer Forschung insbesondere mit der Frage, wie neue Technologien zu einem flexibleren und tiergerechten Weidemanagement beitragen können. (dina.hamidi@uni-potsdam.de)

Frau Dr. Hamidi, was genau versteht man unter Virtual Fencing?

Frau Dr. Hamidi: Virtual Fencing, also virtuelle Zäune, ist ein Weidesystem, das ohne sichtbare Begrenzungen auskommt. Dabei geht die Technik über die reine Einzäunung hinaus: Sie ermöglicht zugleich ein umfangreiches Tiermonitoring auf der Weide.

Wie funktioniert ein Virtual-Fencing-System in der Praxis?

Frau Dr. Hamidi: Das Tier trägt ein Halsband, über das per Satellit sein Standort erfasst wird. Die virtuellen Weidegrenzen werden dann ganz einfach am Laptop oder Smartphone festgelegt. Nähert sich ein Tier dieser Grenze, bekommt es zunächst ein akustisches Signal. Wendet es sich dann nicht von der Grenze ab, als korrekte Reaktion auf das akustische Signal, folgt ein kurzer elektrischer Impuls. Die Tiere lernen dabei, das Tonsignal mit der Grenze zu verknüpfen und entsprechend darauf zu reagieren.

Wie „lernt“ eine Kuh, wo die virtuelle Grenze verläuft und wie lange dauert diese Lernphase?

Frau Dr. Hamidi: Aus den bisherigen Versuchen lässt sich sagen, dass die Tiere das System grundsätzlich sehr schnell lernen. Dabei gibt es aber durchaus individuelle Unterschiede.
Die Lernphase läuft im Wesentlichen in zwei Schritten ab. Zunächst lernen die Tiere, den elektrischen Impuls zu vermeiden. Dieses Vermeidungslernen geht meist sehr schnell und dauert häufig nur ein bis zwei Tage. Im zweiten Schritt lernen sie dann, gezielt auf das akustische Signal zu reagieren. Sie verstehen also: Wenn der Ton ertönt, nähere ich mich der virtuellen Grenze.
Wie schnell diese zweite Phase abgeschlossen ist, unterscheidet sich von Tier zu Tier. Manche Kühe sind neugieriger und testen die Grenze häufiger aus, andere warten eher ab oder orientieren sich stärker an der Herde. Teilweise reagieren Tiere sogar mit, wenn ein anderes Tier das akustische Signal erhält und die Herde daraufhin abdreht.

Sie haben sich intensiv mit dem Verhalten der Tiere beschäftigt. Wie reagieren Kühe auf virtuelle Zäune? Gibt es Stressreaktionen?

Frau Dr. Hamidi: Nach unseren bisherigen Versuchen und auch mit Blick auf die internationale Forschung gibt es bislang keine Hinweise darauf, dass Virtual Fencing das Tierwohl im Vergleich zu konventionellen Zaunsystemen systematisch beeinträchtigt.
In einer Weidestudie aus dem Jahr 2020 haben wir zum Beispiel verschiedene Verhaltensweisen, die Futteraufnahme, die Lebendmassezunahme sowie stressbezogene Parameter untersucht. Dazu gehörten auch cortisolbezogene Metabolite im Kot. Dabei haben wir keine Hinweise auf eine systematische Belastung der Tiere durch das virtuelle Zaunsystem gefunden.
Einen ersten Eindruck davon, wie gut ein Tier mit dem System zurechtkommt, liefern außerdem die Daten aus den Halsbändern. Sie zeigen, wie häufig ein Tier ein akustisches Signal oder einen elektrischen Impuls erhält. Wenn die Zahl der elektrischen Impulse im Verlauf abnimmt und die Tiere zunehmend auf das akustische Signal reagieren, ist das ein Hinweis darauf, dass sie das Prinzip verstanden haben und mit dem System umgehen können. 

Welche Vorteile bietet Virtual Fencing gegenüber einem klassischen Weidezaun?

Frau Dr. Hamidi: Ein großer Vorteil ist die deutlich flexiblere Aufteilung von Weideflächen. Virtuelle Grenzen lassen sich schnell verändern, sodass auch komplexere Weidesysteme wie Strip Grazing, Mob Grazing oder eine portionsweise Beweidung mit deutlich geringerem Arbeitsaufwand umgesetzt werden können. Gerade die innere Unterteilung einer Weide wird dadurch wesentlich einfacher.
Für Deutschland würde ich allerdings nicht empfehlen, auf Außenzäune grundsätzlich zu verzichten. Das kann in einzelnen, gut begründeten Fällen sinnvoll sein, beispielsweise im Deichbereich oder im alpinen Raum. In vielen Situationen bleibt ein klassischer Außenzaun aber eine wichtige zusätzliche Absicherung.
Ein weiterer großer Vorteil liegt im Tiermonitoring und damit auch in Aspekten der Tierwohlkontrolle. Die Systeme können perspektivisch Informationen liefern, die man bislang vor allem aus dem Stall kennt – etwa zur Aktivität der Tiere, zu Liegezeiten, täglich zurückgelegten Strecken und zum aktuellen Standort. Je nach Hersteller kann eine Meldung erfolgen, wenn sich ein Tier über längere Zeit nicht bewegt. Auffälligkeiten lassen sich dadurch möglicherweise schneller erkennen und einzelne Tiere gezielter kontrollieren.
Auch aus Sicherheits- und Tierwohlperspektive ist das interessant: Man weiß besser, wo sich die Tiere auf der Fläche befinden, und kann ungewöhnliches Verhalten früher wahrnehmen. Perspektivisch könnten beispielsweise auch auffällige Bewegungsmuster der Herde erfasst werden – etwa eine plötzlich stark erhöhte Aktivität, die auf eine Störung oder möglicherweise einen Wolfskontakt hindeuten könnte. Virtual Fencing ist damit nicht nur eine andere Form der Einzäunung, sondern kann zusätzlich Informationen liefern, die eine engere Beobachtung der Tiere auf der Weide ermöglichen.

Kann die Technik auch Vorteile für Naturschutz, Landschaftspflege oder ein gezieltes Weidemanagement bieten?

Frau Dr. Hamidi: Ja, gerade hier bietet Virtual Fencing interessante Möglichkeiten. Bestimmte Bereiche einer Weide können gezielt und sehr flexibel von der Beweidung ausgeschlossen werden, ohne dass dafür jedes Mal ein zusätzlicher physischer Zaun aufgebaut werden muss. Das können beispielsweise Gewässerrandstreifen oder ökologisch besonders sensible Bereiche sein.
Gleichzeitig lassen sich die virtuellen Grenzen bei Bedarf schnell verändern. Dadurch kann die Beweidung räumlich und zeitlich gezielter gesteuert und an die jeweiligen Anforderungen einer Fläche angepasst werden. Das kann sowohl für den Naturschutz und die Landschaftspflege als auch für ein differenziertes Weidemanagement von Vorteil sein.

Welche Einsatzmöglichkeiten sehen Sie speziell für Milchkuhbetriebe?

Frau Dr. Hamidi: Gerade in der Milchkuhhaltung gibt es interessante Ansätze. In Leeuwarden (Niederlande) wird derzeit beispielsweise daran geforscht, wie sich unterschiedliche Gruppen auf der Weide noch gezielter managen lassen. Denkbar ist etwa, Kühen mit einem höheren Energiebedarf Zugang zu frischem Aufwuchs zu geben, während Tiere mit einem geringeren Bedarf andere Weidebereiche nutzen.

Ist Virtual Fencing auch für Kühe geeignet, die regelmäßig zum Melken in den Stall oder zu einem Melkroboter zurückkehren müssen?

Frau Dr. Hamidi: Grundsätzlich ist das möglich, allerdings ist der technische Aufwand etwas höher. Im Stall sollte das Virtual-Fencing-Signal deaktiviert werden, weil GPS-Signale in Gebäuden ungenauer werden oder „springen“ können. Dadurch könnten sonst unerwünschte Signale oder Impulse ausgelöst werden.
Dafür gibt es herstellerabhängig beispielsweise sogenannte „Shelter Beacons“. Sie sorgen dafür, dass die Funktion des Halsbands in einem definierten Bereich – zum Beispiel im Stall oder am Melkroboter – ausgesetzt wird. Die virtuellen Weidegrenzen selbst müssen dafür nicht jedes Mal verändert werden. So lässt sich das System grundsätzlich auch mit einem regelmäßigen Wechsel zwischen Weide, Stall und Melktechnik kombinieren.

Gibt es bei Milchkühen besondere Anforderungen, die sich von der Anwendung bei Mutterkühen oder anderen Weidetieren unterscheiden?

Frau Dr. Hamidi: Gerade für Milchkühe ist Virtual Fencing interessant, weil das Weidemanagement hier häufig komplexer ist als beispielsweise bei Mutterkühen oder Fleischrindern. Die Tiere müssen regelmäßig zum Melken in den Stall oder zum Melkroboter zurückkehren, gleichzeitig sollen Weideflächen möglichst gezielt genutzt werden.
Virtual Fencing kann dabei helfen, diese Abläufe flexibler zu steuern und unterschiedliche Bereiche der Weide je nach Bedarf freizugeben oder zu begrenzen. Gleichzeitig steigen damit aber auch die Anforderungen an das Management und an die technische Abstimmung des Systems.

Was passiert bei technischen Problemen, beispielsweise wenn GPS oder Mobilfunk ausfallen? Wo sind die Grenzen der Technik?

Frau Dr. Hamidi: Ein Ausfall des Mobilfunks ist für die Tiere zunächst kein unmittelbares Problem. Das System am Tier funktioniert weiter, allerdings können in dieser Zeit keine neuen virtuellen Grenzen gesetzt und je nach System auch keine Benachrichtigungen oder aktuellen Daten übertragen werden.
Zum Ausfall des GPS beziehungsweise GNSS (Global Navigation Satellite System) liegen aus unseren bisherigen Versuchen keine eigenen Erfahrungswerte vor. Aus meiner Sicht wäre das allerdings deutlich kritischer, weil die Positionsbestimmung eine zentrale Grundlage des Systems ist. Wenn zusätzlich ein klassischer Außenzaun vorhanden ist, dürfte sich das Risiko in vielen Fällen begrenzen lassen.

Kann ein Tier eine virtuelle Grenze in einer Stress- oder Fluchtsituation trotzdem überwinden?

Frau Dr. Hamidi: Ja, grundsätzlich kann ein Tier eine virtuelle Grenze in einer Stress- oder Fluchtsituation überwinden. Nach maximal drei Impulsen wird das Tier in der App als außerhalb des vorgesehenen Bereichs beziehungsweise als „ausgebrochen“ angezeigt. Gleichzeitig wird eine Benachrichtigung ausgelöst. Der Standort des Tieres wird weiterhin übermittelt, sodass es gezielt gesucht und wiedergefunden werden kann. Kehrt das Tier selbstständig in den vorgesehenen Weidebereich zurück, wird das Virtual-Fencing-System wieder aktiviert. Wie häufig der Standort übermittelt wird, lässt sich je nach System individuell einstellen; üblich sind beispielsweise Intervalle von etwa 15 Minuten.

Wie alltagstauglich ist die Technik bei der Energieversorgung – reicht die Batterielaufzeit für eine ganze Weidesaison?

Frau Dr. Hamidi: Die mir bekannten Systeme sind mit Solarzellen ausgestattet. Wie lange die Energieversorgung tatsächlich reicht, hängt deshalb unter anderem von der Sonnenscheindauer und der Ausrichtung der Solarzellen ab, aber auch davon, wie häufig das Halsband akustische Signale oder elektrische Impulse ausgeben muss.
Was man klar sagen kann: Die Batterielaufzeiten werden mit der Weiterentwicklung der Systeme immer länger. Eigene Erfahrungen über eine vollständige Weideperiode liegen uns bislang allerdings noch nicht vor..

Wie ist der derzeitige Stand beim Einsatz von Virtual Fencing in Deutschland?

Frau Dr. Hamidi: Aktuell darf Virtual Fencing in Deutschland noch nicht regulär eingesetzt werden. Die Anwendung ist bislang im Rahmen von Forschungs- und Versuchsvorhaben und nach entsprechender behördlicher Genehmigung möglich.
Aus meiner Sicht befinden wir uns aber an einem Wendepunkt. In den vergangenen Jahren wurden weltweit aber auch in Deutschland vermehrt Versuche durchgeführt, und die wissenschaftliche Datenlage ist mittlerweile sehr umfangreich. Die bisherigen Untersuchungen liefern keine Hinweise darauf, dass virtuelle Zäune gegenüber konventionellen Elektrozäunen grundsätzlich nachteilige Auswirkungen auf das Tierwohl haben.
Vor diesem Hintergrund haben die in Deutschland zu Virtual Fencing forschenden Einrichtungen aktuell gemeinsam einen Policy Brief und ein dazu in Verbindung erscheinendes Working Paper veröffentlicht und darin eine klare Handlungsempfehlung formuliert:„Auf Basis der vorliegenden wissenschaftlichen Evidenz wird empfohlen, einen klaren rechtlichen Rahmen zu schaffen und den Einsatz virtueller Zaunsysteme in der Landwirtschaft als Ergänzung zu konventionellen Zäunen eindeutig zuzulassen. Dabei sollten virtuelle Zaunsysteme als eigenständige Technologie sachgerecht und differenziert bewertet werden.“

Wenn Sie einem niedersächsischen Milchkuhhalter gegenüberstehen, der sagt: „Meine Elektrozäune funktionieren doch – warum brauche ich das?“ Was würden Sie ihm antworten?

Frau Dr. Hamidi: Dann würde ich sagen: Der klassische Elektrozaun funktioniert weiterhin – Virtual Fencing bietet aber zusätzliche Möglichkeiten. Vor allem die innere Aufteilung der Weide lässt sich deutlich flexibler gestalten und mit weniger Arbeitsaufwand anpassen.
Hinzu kommt das Tiermonitoring. Über das System erhält man kontinuierlich Informationen darüber, wo sich die Tiere befinden und wie sie sich bewegen. Dadurch entsteht eine Art 24/7-Kontrolle auf der Weide, wie man sie in dieser Form bisher eher aus dem Stall kennt.
Der Mehrwert liegt also nicht nur darin, einen Zaun zu ersetzen, sondern Weidemanagement und Tierbeobachtung miteinander zu verbinden.

Wir von der LVN bedanken uns bei Frau Dr. Hamidi für das Interview und die Einblicke das spannende Forschungsfeld des Virtual Fencing.

LVN/Dr. Siede