Sächsischer Landeskontrollverband e.V.: Service

 

Kalium – wichtiges, aber mitunter ein hinterhältiges Element

Prof. Dr. Manfred Hoffmann
Fütterungsberater beim LKV Sachsen

Kalium ist für Pflanzen, Tiere und Menschen ein lebenswichtiges (essentielles) Mengenelement.

 

Kalium gehört zu den alkalisch wirkenden Elementen und ist das wichtigste intrazelluläre Kation in allen lebenden Zellen. In Wasser gelöst, werden alkalisch wirkende K+ - Ionen frei. Es reguliert, gemeinsam mit Natrium, den osmotischen Druck in den Zellen, beeinflusst die Permeabilität, die Quellung und den Turgor (Druck des Zellsaftes auf die Zellwand).

 

Kalium ist ein wichtiger Nährstoff für die Pflanzen

K-Ionen begünstigen die Wasseraufnahme der Pflanzen und hemmen die Transpiration (Spaltenöffnung). Es ist bekannt, dass Kaliummangel bei Pflanzen ihre Trocken- und Frostwiderstandsfähigkeit vermindert, die Standfestigkeit  verschlechtert  und es wurde auch eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber pflanzlichen Parasiten, z. B. Rostpilzen festgestellt.

K–Ionen sind Effektoren von Enzymen bei der Bildung wichtiger Verbindungen im Eiweiß- und Kohlenhydratstoffwechsel (u. a. die Synthese von Zucker und Stärke). Im Zusammenwirken mit Phosphor und Magnesium werden durch Kalium die Reifeprozesse der Pflanzen beschleunigt (im Gegensatz zur Stickstoffwirkung).

 

Kalium hat eine große Bedeutung für die Ertragsbildung von Futterpflanzen. Der Gehalt in Futterpflanzen kann relativ hoch sein, fast 10x so hoch, wie der von Natrium. Er nimmt mit fortschreitender Vegetation ab, dazu zeigt die Tabelle 1 einige Beispiele.

 

Tabelle 1

 

Der Kaliumgehalt der Böden beträgt 0,2–3,5%. Kalium ist in wasserlöslichen Verbindungen vorhanden oder ist in den Silikaten der Gesteine enthalten und zu bestimmten Anteilen, auch in Abhängigkeit vom pH-Wert des Bodens, austauschbar. In Moor- und Quarzsandböden ist der Kaliumgehalt niedriger. Verluste durch Auswaschung treten vor allem bei leichten Böden auf, deshalb ist hier auch keine Vorratsdüngung möglich. Während schwere Böden das Kalium relativ lange „festhalten“, besteht hier auch die Möglichkeit, dass im Interesse eines moderaten Kaliumgehaltes in den Aufwüchsen über längere Zeiten kein Kalium gedüngt werden muss, ohne dass die Erträge absinken. Die Verfügbarkeit des Kaliums im Boden für die Pflanze ist im Allgemeinen hoch.

Die Höhe der Düngung sollte die Versorgungsstufen im Boden berücksichtigen und hat für jede Pflanzenart und Nutzungsrichtung spezifische Regeln. Für den Futtereinsatz ist wichtig, dass die Kaliumdüngung einen großen Einfluss auf den Gehalt in der Pflanze hat (Tab.2.).

 

Tabelle 2

 

Quelle: LUFA Sachsen-Anhalt, 1993

 

Eine besondere Rolle bei der Kaliumversorgung der Futterpflanzen spielt die Gülle. Im Mittel bringen 10 m3 Rindergülle 50 kg Kalium und 10 m3 Schweinegülle 25 kg Kalium. Die Angaben für den Entzug schwanken zwischen 240 und 300 kg Kalium / ha bei Weidelgras (115 dt TM/ha), bei Silomais sind es 195 – 210 kg K / ha (KWS, 2008; Bayrische LABP, 1997; Albert, E., 2004). Der Kaliumentzug liegt bei den wichtigsten Futterpflanzen (Ackergräser, Klee, Luzerne) zwischen 0,40 bis 0,65 kg Kalium /dt Erntemasse.

 

Um die Probleme der Kaliumversorgung der Rinder zu beurteilen und praktische Ansatzpunkte zu finden, ist es notwendig, immer die ganze Kette Boden – Pflanze – Tier in die Betrachtung einzubeziehen.

 

Kalium ein wichtiger Nährstoff für das Tier

Der Kaliumgehalt im Tierkörper beträgt 1,6 – 2,4 g Kalium je kg Körpergewicht. Der Anfall an Kalium je Jahr und Stallplatz liegt für eine „10 000 kg Ackerfutterkuh“ bei ca. 85 kg Kalium (Richtwert der DLG), Stallbilanzen der LWK Niedersachen ergaben 64 – 65 kg Kalium / Stallplatz (Albers, 2012).

 

Wohl die wichtigste Funktion der K–Ionen im tierischen Organismus ist im Zusammenwirken mit Na–Ionen der aktive Ionenaustausch durch die Zellwand, wobei das Kalium intrazellulär, das Natrium extrazellulär vorhanden ist und so ein Konzentrationsgradient gebildet wird. Dieser Vorgang ist energieaufwendig und die Grundlage für Adsorptions- und Übertragungsvorgänge verschiedenster Art. Weitere Funktionen des Kaliums im Stoffwechsel der Tiere bestehen in erster Linie im Einfluss als Aktivator von Enzymen im Protein- und Kohlenhydratstoffwechsel, in der Beteiligung an der Regulierung des Elektrolythaushalts bzw. des Säuren-Basen-gleichgewichtes, sowie im Einfluss auf Muskel– und Nervenfunktionen.

 

Der Bedarf an Kalium wird mit 10 g / kg Trockensubstanz in der Gesamtration angegeben (Gesellschaft für Ernährungsphysiologie, 2001), d. h., eine Kuh mit 30 l Milch, die je Tag 20 kg Trockensubstanz frisst, benötigt 200 g Kalium, bei einer täglichen Milchleistung von 45 l wären es etwa 245 g, wenn sie 24,5 kg Futter-TS aufnimmt. Trockenstehende Kühe mit 650 – 700 kg Körpermasse benötigen 100 – 120 g Kalium je Tier und Tag. Einen Überblick über den Bedarf gibt die Tabelle 3.

 Tabelle 3

 

Als Referenzwerte im Blut gibt Staufenbiel (2014) 4,0 – 5,1 mmol / l für Einzeltiere und 3,5 – 5,0 mmol / l für Poolproben (Mischproben von z.B.10 Kühen) an. Der „Normalwert“ für den Gehalt an Kalium in der Milch beträgt 1,5 – 1,8 g / Liter. Die Ausscheidung von Kalium über den Harn kann sehr schwanken und liegt zwischen 140 – 720 mmol / Liter.

 

Zahlreiche Untersuchungen zeigen, dass das Optimum für den Kaliumgehalt in der Ration für Milchkühe zwischen 6 und 12 g / kg TS der Ration liegt und dass ab etwa 15–20 g Kalium je kg Trockensubstanz mit ernsthaften gesundheitlichen Beeinträchtigungen zu rechnen ist. Das Verhältnis von K : Na sollte in der Gesamtration im Bereich von 4 bis 8 : 1 liegen. Die Absorbierbarkeit des gefütterten Kaliums aus dem Magen-Darm-Kanal ist sehr hoch und beträgt über 95 %, d.h., die überwiegende Menge des mit dem Futter aufgenommenen Kaliums gelangt in den Stoffwechsel. Überschüssiges Kalium wird im Harn ausgeschieden. Die Steuerung erfolgt über Hormone der Nebenniere und Hirnanhangsdrüse. Bei Verdauungsstörungen können erhebliche Kaliummengen mit dem Kot ausgeschieden werden. Die Futtermittel zeigen sehr unterschiedliche Kaliumgehalte (Tabelle 4).

Tabelle 4:

 

Besonders die Grobfuttermittel können sehr hohe Gehalte aufweisen. Die in den Jahren von 2015 – 2020 in der LKS Lichtenwalde untersuchten Gras- und Leguminosensilagen hatten einen mittleren Kaliumgehalt von 26 g/kg TS mit Schwankungen zwischen 16–34 g, die Maissilagen  hatten Gehaltswerte von 10 (7–14) g und die Futterroggensilagen enthielten 27 (21–32) g.

Ein Mangel an Kalium kommt sehr selten vor! Er ist zu erkennen an einer verminderten Futteraufnahme, an einem stumpfen Haarkleid und an verminderten Kaliumgehalten im Blutserum und in der Milch. Es wird auch berichtet, dass bei Mangel an Kalium im geburtsnahen Zeitraum häufiger Labmagenverlagerungen vorkommen. Bei einer Abnahme der Kaliumkonzentration im Blut von 5 auf < 2,1 mmol/l verringerte sich die Kontraktionsaktivität der Labmagenmuskulatur, es kam zum Festliegen und gestörtem Allgemeinbefinden, während die Blutwerte für Ca und Mg normal blieben (S. Leonhardt, 2011).

 

Kalium im Überschuss gefährdet die Gesundheit

In vielen Milchviehherden unseres Landes ist in den Rationen ein Überschuss an Kalium vorhanden. Untersuchungen von über 500 Mischrationen für Milchkühe in verschiedenen Jahren zeigen, dass nur ganz wenige einen Gehalt unter 10 g Kalium/kg TS hatten, 50 – 55 % enthielten 10 – 15 g, 35 – 45 % enthielten 16 – 20 g und 3 – 5 % wiesen sogar einen Gehalt von über 20 g Kalium / kg Trockensubstanz auf (Untersuchungen der LKS, Lichtenwalde).

Die Ursachen liegen ganz allgemein in der Tatsache begründet, dass die Anforderungen, die die Futterpflanzen an die Kaliumversorgung stellen, relativ hohe Gehaltswerte zur Folge haben.

 

In der Übersicht 1 wird gezeigt, dass ein Überschuss an Kalium erhebliche gesundheitlichen Störungen verursachen kann.

Übersicht 1

 

Gravierend ist der negative Einfluss eines Kaliumüberschusses auf die Absorption von Magnesium und Natrium mit allen Folgen, die ein Mangel dieser beiden Mengenelemente auslösen kann.

Ist durch einen Mangel an Strukturwirksamkeit eine Fermentationsstörung eingetreten, die die Regulationsfähigkeit des Pansens einschränkt, kann durch einen Überschuss an Kalium eine alkalotische Auslenkung stattfinden.

Neben den genannten Auswirkungen spielt die Höhe des Kaliumgehaltes besonders für die DCAB, die Kationen:Anionen-Bilanz der Ration (dietary cation-anion-bilance) eine Rolle. Diese Bilanz wird folgendermaßen errechnet:  

DCAB (milli-äquivalent, meq) im kg TS der Ration

  = (43,5 x g Natrium + 25,6 x g Kalium) – (28,2 x g Chlor + 62,3 x g Schwefel)

Kalium ist also ein wesentlicher Faktor auf der alkalischen Seite dieser Bilanz. Die DCAB spielt besonders für die Milchfieberprophylaxe eine große Rolle, sie soll im geburtsnahen Zeitraum unter 200 meq/kg TS betragen. Hier soll nur gesagt werden, dass eine kaliumarme Fütterung ein wichtiger Bestandteil der Milchfieberprophylaxe ist und wesentlich zur Senkung der DCAB beiträgt. In letzter Zeit wurde auch berichtet, dass sich bei Verfütterung von kaliumreichem Heu Anzeichen eines Jod-Mangels bemerkbar machen.

 

Völlig unterschätzt und oft nicht richtig diagnostiziert werden Störungen, die zu Beginn des Weideganges, beim Übergang zu jungem Grünfutter und bei Einsatz rohfaserarmer Grassilagen auftreten. Die als Tetanie (früher „Weidetetanie“, heute auch verbreitet als „Stalltetanie“) auftreten. Die Ursache ist eine Unterversorgung mit Magnesium (Hypomagnäsemie), der Mg-Gehalt im Blutserum liegt unter 0,75 mmol / l. Die Auswirkungen können gravierend sein:

  • Rückgang der Futteraufnahme
  • Abfall der Milchleistung und des Fettgehaltes der Milch
  • Auftreten von Krämpfen, Erregungszustände, häufiges Liegen und schweres Aufstehen, Zähneknirschen

In schweren Fällen liegen die Tiere fest, mit Krampfanfällen und Augenverdrehen, strampelnde Fußbewegungen und intensives Stöhnen. Bei falscher oder unterlassender Behandlung kann Exitus eintreten.

Was sind die Ursachen für die Hypomagnäsemie? Ein Zusammenfallen verschiedener Faktoren (Syndromkrankheit):

  • überhöhter Kaliumgehalt
  • überhöhter Rohproteingehalt
  • hohe Gehalte an NH3 im Pansen hemmen die Aktivität der Na-K-APtase, es bilden sich unlösliche Mg-Ammoniumphosphatverbindungen
  • hoher Gehalt an wasserlöslichen Kohlenhydraten (Zucker, Fruktane)
  • niedriges Faserangebot (Mangel an Strukturwirksamkeit)
  • häufig auch niedriger Natrium- und Magnesiumgehalt im Futter
  • Vorkommen von biogenen Aminen in Grassilagen
  • negativer Umweltstress (z.B. Lärm, niedrige Außentemperaturen).

Unter solchen Bedingungen sinkt die Magnesiumabsorption auf Werte unter 10 %.

 

Der Kaliumüberschuss kann in einigen Herden merkbare wirtschaftliche Schäden anrichten. Das unterstreicht die Notwendigkeit, Maßnahmen zur Senkung der Kaliumbelastung einzuleiten. Die Schwierigkeit besteht darin, dass einerseits die Nützlichkeit des Kaliums für stabile und ausreichend hohe Futtererträge beachtet werden muss, andererseits aber die gravierenden Schäden im Tierbestand auftreten können, wenn ein Überangebot an Kalium in der Ration vorhanden ist.

 

Einen wesentlichen Einfluss auf die Höhe des Kaliumgehaltes hat die Düngung (siehe Tabelle 2). Bei Ausbringung von Gülle spielt auch der Zeitpunkt der Gülleausbringung eine erhebliche Rolle. Große Nachteile zeigen sich bei Ausbringung zu Grünfutterflächen im Frühjahr, wenn der erste Schnitt geerntet werden soll. Hier kann es zu Kaliumgehalten in den Grassilagen bis 40 g / kg TS kommen. Wenn diese Silagen dann nicht stark restriktiv gefüttert werden können, weil keine andere Silage verfügbar ist, sind die Probleme unausweichlich. Ein „Kaliumproblem“ gibt es vorwiegend in den Grassilage betonten Rationen.

 

Die Einschränkung eines Kaliumüberschusses erfordert Konsequenzen im Futterbau, in der Auswahl der Grobfutterarten und in der Rationsgestaltung. Schwerpunkte für Betriebe, in denen Schäden im Tierbestand durch eine Kaliumüberfrachtung auftreten, sind im folgenden aufgeführt:

Futterbau:

  • Kaliumdüngung auf der Grundlage der Versorgungsstufe des Bodens
  • Berücksichtigung der Entzugswerte für Kalium durch die Hauptfutterpflanzen
  • Gülleeinsatz auf Futterflächen (außer Silomais):
  • nicht einseitig nach Stickstofflieferung ausrichten
  • Kaliumgehalt der Gülle beachten
  • Im Herbst 15m3 / ha (max. 20 m3)
  • im Frühjahr kein Gülleeinsatz bei Grünfutterpflanzen

Futtereinsatz

  • in Grassilagen regelmäßig den Kaliumgehalt bestimmen lassen
  • bei Rationsberechnungen Kalium neben Kalzium, Phosphor, Natrium, Magnesium und Schwefel grundsätzlich mit berechnen und den Grenzwert < 12 (max. 15) g Kalium je kg TS einhalten
  • bei Auswahl der Futtermittel die Kaliumgehalte berücksichtigen
  • Maßnahmen zur Vermeidung der negativen Auswirkungen eines hohen Kaliumangebotes im geburtsnahen Zeitraum, besonders vor dem Abkalben:
  • DCAB der Ration ab 3. Woche a.p. bzw. bei einphasiger Trockensteherfütterung für den gesamten Zeitraum des Trockenstehens bestimmen (analytisch Kalium, Natrium, Chlor und Schwefel)
  • auf dieser Grundlage Zusammensetzung und Menge des Mineralfutters festlegen und Entscheidung zum Einsatz von DCAB-Regulatoren treffen
  • Rationen auf der Basis von Maissilage + Stroh anwenden
  • bei Rohproteinergänzung Rapsextraktionsschrot einsetzen (hoher Schwefelgehalt).     

Fazit

Kalium ist ein lebensnotwendiges Mengenelement und hat große Bedeutung als Pflanzennährstoff. Während Mangelsituationen in den Milchviehherden sehr selten auftreten, gibt es in verschiedenen Betrieben und Regionen große wirtschaftliche Schäden durch die Beeinträchtigung der Gesundheit, die durch ein Überangebot an Kalium in den Rationen der Milchkühe verursacht werden. Sowohl Maßnahmen im Futterbau, insbesondere in der Güllewirtschaft, als auch bei der Rationsgestaltung sind geeignet, diese schädlichen Auswirkungen zu vermindern. Die vorstehenden Zeilen sollen auch deutlich machen, dass für die Lösung spezieller Probleme tiefgehendes Wissen notwendig ist, um die richtigen Ansatzpunkte für praktische Maßnahmen zu erkennen.

 

Stand: Dezember 2020

 

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