Modellierung und Vorhersage des Wasserverbrauchs bei Mastschweinen mithilfe autoregressiver gleitender Mittelwerte mit externen Parametern

Warum der Wasserverbrauch im Stall zählt

Auf modernen Schweinebetrieben ist eine stetige Versorgung mit sauberem Wasser ebenso wichtig wie das Futter. Wenn Schweine plötzlich mehr oder weniger trinken als üblich, kann das ein frühes Anzeichen für Krankheit, Hitzestress oder Probleme in der Haltung sein. Diese Studie verfolgte den stündlichen Wasserverbrauch von Mastschweinen über drei Jahre hinweg und entwickelte ein mathematisches Werkzeug, das vorhersagen kann, wie „normales“ Trinkverhalten aussieht. Kennt man dieses Normalmuster, können Landwirte und Tierärzte Probleme früher erkennen und Tiere menschlicher und effizienter versorgen.

Rund um die Uhr beobachten, wie Schweine trinken

Die Untersuchung fand auf einem großen kommerziellen Betrieb im Nordosten Spaniens statt, der Schweine von etwa 23 bis 110 Kilogramm aufzieht. Wasserzähler erfassten stündlich, wie viel Wasser in jeden Stall floss, während Sensoren Temperatur, Luftfeuchte, Gase wie Ammoniak und das Maststadium der Tiere überwachten. Nach dem Entfernen von Messwerten, die mit Reinigen und Kühlen zusammenhingen, sowie offensichtlichen Sensorfehlern, analysierte das Team 30 separate Zeitreihen, die fünf Schweinepartien in sechs Ställen abdeckten — insgesamt mehr als 77.000 stündliche Beobachtungen.

Tägliche Rhythmen und wachsende Bedürfnisse

Das Trinkverhalten der Schweine zeigte einen deutlichen Tagesrhythmus. Die meisten Wassermengen wurden tagsüber aufgenommen, mit zwei Hauptspitzen: einer am Morgen und einer am späten Nachmittag, während nachts kaum getrunken wurde. Im Verlauf der Mast stieg der tägliche Wasserverbrauch pro Schwein von etwa 2–3 Litern auf rund 8 Liter, was ihr Wachstum widerspiegelt. Das Muster veränderte sich auch mit den Jahreszeiten. In warmen Monaten war die Morgen-Spitze stärker und der gesamte Anstieg des Wasserverbrauchs ausgeprägter, während in kalten Monaten die frühe Spitze deutlich schwächer war. Diese Beobachtungen bestätigen, dass sowohl Körpergröße als auch Umweltbedingungen die Menge und den Zeitpunkt des Trinkens beeinflussen.

Muster in ein Vorhersageinstrument verwandeln

Um diese Regelmäßigkeiten in ein praktisches Prognosewerkzeug zu überführen, verwendeten die Autoren ein Zeitreihenmodell, das als ARMAX bekannt ist. Einfach gesagt lernt das Modell, wie der aktuelle Wasserverbrauch von den vorangegangenen Stunden abhängt (dem internen Rhythmus der Herde), von zufälligen kurzfristigen Schwankungen und von äußeren Einflüssen wie der Außentemperatur und der Stallluftqualität. Zusätzlich fügten sie mathematische Terme hinzu, die den Tageszyklus erfassen, ähnlich wie man einfache Wellen kombiniert, um ein wiederkehrendes Muster nachzubilden. Das Modell wurde mit dem Großteil der Daten trainiert und anschließend an den übrigen Partien getestet, um zu prüfen, wie gut es den stündlichen Wasserverbrauch kurzfristig vorhersagen kann.

Wie gut die Vorhersagen funktionierten

Das finale ARMAX-Modell stellte sowohl den langfristigen Anstieg des Wasserverbrauchs während des Wachstums als auch die täglichen An- und Abstände erfolgreich nach. Bei den Prognosen lagen die meisten beobachteten Werte innerhalb der 95%-Vorhersagebänder, und statistische Prüfungen zeigten keine relevanten verbleibenden Strukturen in den Residuen. Die stärksten externen Einflüsse waren Außentemperatur und Ammoniak sowie der Tag im Mastverlauf. Warme Bedingungen erhöhten tendenziell das Trinkverhalten, während der Einfluss von Ammoniak wahrscheinlich Veränderungen in Belüftung und Luftqualität im Stall widerspiegelt. Eine Einschränkung war, dass das Modell die erste Tages-Spitze unterschätzte, vermutlich weil in den Trainingsdaten weniger warmen Jahreszeiten-Partien enthalten waren.

Was das für Betriebe und Tierpflege bedeutet

Für Nichtfachleute ist das zentrale Ergebnis, dass Schweine eine verlässliche „Trink-DNA“ haben, die von Tageszeit, Maststadium und Wetter abhängt. Die Autoren zeigen, dass sich dieses Profil in einem Modell erfassen lässt, das vorhersagt, wie viel Wasser Schweine unter normalen Bedingungen stündlich verbrauchen sollten. Ist ein solches Modell auf einem Betrieb implementiert, können plötzliche Abweichungen vom erwarteten Muster frühzeitig auf Hitzestress, Krankheiten, Ausrüstungsfehler oder andere Wohlergehensprobleme hinweisen, bevor diese schwerwiegend werden. Obwohl die Studie auf einen einzelnen Betrieb beschränkt ist, weist sie in Richtung einer Zukunft, in der routinemäßige Sensordaten und intelligente Analysen Landwirten helfen, Tiere gesünder zu halten und die Produktion nachhaltiger zu gestalten.

Zitation: Marroco, M., Fernández-Fontelo, A., Segalés, J. et al. Modeling and predicting water consumption in fattening pigs using autoregressive moving average with external parameters. Sci Rep 16, 10027 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40343-7

Schlüsselwörter: Wasserverbrauch von Schweinen, präzise Nutztierhaltung, Zeitreihenmodellierung, Überwachung des Tierwohls, Umgebungsbedingungen im Stall