The Effectiveness of Insecticide-Treated Nets for the Protection of Cattle from Biting midges and Insect Pests on Dairy Cattle Farms

Die Blauzungenkrankheit, eine ursprünglich aus Afrika kommende Virusinfektion der Wiederkäuer, trat nach einer schnellen Verbreitung über den Mittelmeerraum im August 2006 erstmals auch in Deutschland auf. Das ubiquitäre Vorkommen potenzieller Virusüberträger (Gnitzen, Ceratopogonidae, Culicoides spp.), in der Tendenz ansteigende Temperaturen, insbesondere milde Winter, begünstigen das Überleben von Gnitzen und erhöhen somit das Übertragungsrisiko. Das Blauzungenvirus gehört zur Familie der Reoviridae und weltweit existieren derzeit 25 verschiedene Serotypen. Die in Deutschland seit 2008 staatlich angeordneten Impfmaßnahmen schützen nur gegen den Serotyp 8. Die Einschleppung von weiteren Serotypen ist jederzeit möglich. Auch der empfohlene Einsatz von pyrethroidhaltigen Ektoparasitika bietet keinen befriedigenden Schutz. Auf Grund von Erfahrungen aus Vorversuchen (Blank et al., 2005; Maia et al., 2005; Bauer et al., 2006) könnte die Verwendung von insektizidbehandelten Netzen eine vielversprechende Möglichkeit zum Schutz von Rindern vor Gnitzen darstellen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wirksamkeit insektizidbehandelter Netze gegen den Eintrag von Gnitzen und Lästlingsinsekten in Milchviehstallungen zu prüfen und zu beurteilen, um somit einen Beitrag zur Bekämpfung der Blauzungenkrankheit und zur Steigerung des Tierwohlbefindens zu leisten. Für die Felduntersuchungen wurden im Bundesland Brandenburg in den Landkreisen Ostprignitz-Ruppin und Oberhavel zwei Milchviehbetriebe mit einem erwarteten hohen Gnitzenaufkommen und ganzjähriger Stallhaltung ausgewählt. Voraussetzung für die Auswahl der Betriebe war, dass zwei etwa gleich große, voneinander getrennte Stallungen auf einer Anlage zur Verfügung standen. Das zur Verfügung stehende insektizidbehandelte schwarze Polyesternetz der Maschenweite 2 x 2 mm hatte einen angestrebten Deltamethringehalt von 100 mg/m2. Anfang Mai 2008 wurde jeweils ein Stall pro Anlage komplett vernetzt. Der andere Stall blieb vollkommen ungeschützt und diente als Kontrolle. Beide Stallungen wurden mit einer identischen Anzahl von speziellen Gnitzen- (Biogents-Sentinel UV-Licht Fallen®) und Fliegenfallen (Glue-Fly Klebebandfallen®) ausgestattet. Von Mitte Mai bis Ende Oktober 2008 erfolgte das entomologische Monitoring auf beiden Versuchsbetrieben. Über den gesamten Versuchszeitraum wurden die ausgebrachten Netze in vierwöchigen Abständen im Labor auf ihre biozide Aktivität untersucht. Als Testinsekten standen Laborstämme von Musca domestica und Culicoides nubeculosus zur Verfügung. Die Testung von M. domestica erfolgte in der FlyBox®. Diese Box war mit der entsprechenden Netzprobe ausgekleidet. Nach einer 10 sekündigen Exposition wurden die Paralyseraten in bestimmten Zeitabständen erhoben. Ein ähnliches Verfahren kam bei der Testung mit C. nubeculosus zum Einsatz. Zur Beurteilung der biologischen Wirksamkeit der Netze wurde der T-50-Wert (Zeitpunkt, an dem 50% der Testinsekten paralysiert sind) bestimmt. Zusätzlich wurden im Labor Netzprototypen (Neuentwicklungen) mit unterschiedlicher Insektizidkonzentration und zwei verschiedenen Insektizidformulierungen auf ihre biologische Wirksamkeit überprüft. Zur Beurteilung der Umwelttoxikologie wurden vor und nach der Netzausbringung Tränkewasserproben aus dem Stall und Bodenproben aus der Umgebung der Stallungen entnommen. Des Weiteren sollten Milchsammelproben und Rinderdung durch den Tiergesundheitsdienst Bayern auf Insektizidrückstände untersucht werden. Auf beiden Milchviehanlagen konnten über einen Versuchszeitraum von 5 Monaten insgesamt 28.469 Gnitzen und 70.665 Fliegen gefangen werden. Die höchsten Gnitzenabundanzen zeigten sich auf beiden Betrieben von Mitte Mai bis Ende Juni 2008. Ab Anfang Juli kam es zu einer stetigen Abnahme der Fangzahlen. Die Ausbringung der Netze ergab auf beiden Milchviehanlagen im Vergleich zum Kontrollstall keine nachhaltige Reduktion der Gnitzen- und Fliegenzahlen im Interventionsstall. So konnte auf dem Betrieb in Lögow kein signifikanter Unterschied in der Gnitzenanzahl zwischen Interventions- und Kontrollstall festgestellt werden. Es zeigte sich aber ein signifikanter Unterschied in Bezug auf die Anzahl gesogener Gnitzen. Auf dem Betrieb in Eichstädt war ein signifikanter Unterschied zwischen den Gnitzenfangzahlen und dem Anteil gesogener Gnitzen zwischen Interventions- und Kontrollstall zu errechnen. Bei den Fliegenfangzahlen konnte in Lögow nur eine durchschnittliche Reduktion von 31% erreicht werden. Die unbefriedigende Wirkung der Netze auf Fliegen liegt vermutlich u. a. in der nachgewiesenen Resistenz gegenüber dem Pyrethroid Deltamethrin (Jandowsky et al., 2009). Die verwendeten Netze zeigten in den Bioassays gegenüber den Deltamethrin- sensitiven Laborstämmen eine gute biologische Wirksamkeit über einen Zeitraum von 4 Monaten. Zum Ende der Untersuchungen ließen sich auf Grund von Verschmutzungen des Netzes bei beiden Testinsekten ein Anstieg des T-50 und damit ein scheinbarer Wirkungsverlust nachweisen. In weiterführenden Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass eine Erhöhung der Wirkstoffkonzentration und die Verwendung von Deltamethrin als Emulsion zu einem schnelleren Wirkungseintritt bei beiden Testspezies führte. Im Rahmen der ökotoxikologischen Untersuchungen konnte kein Deltamethrin in Sammelmilchproben und Tränkwasserproben nachgewiesen werden. Unter den Netzen entnommene Bodenproben zeigten nur sehr geringe Belastungen mit Deltamethrin (Frenzel, 2008). Die behandelten Polyesternetze erwiesen sich im Laufe der Untersuchungen als sehr widerstandsfähig und sind damit für den Einsatz im Feld durchaus geeignet. Die direkte Vernetzung von Stallungen ist auf Grund der geringen Maschenweite des Netzes und der doch erheblichen Verschmutzung für die Luftverhältnisse in den Stallungen und damit auch für das Tierwohlbefinden nicht empfehlenswert. In Bezug auf die geringe Größe der Gnitzen müsste die Netzmaschenweite weiter verringert werden. Das wäre nur praktikabel, wenn eine Vernetzung außerhalb der Stallungen möglich ist. Hinsichtlich der nachgewiesenen Resistenzproblematik bei Fliegen wäre der Einsatz anderer Wirkstoffklassen notwendig. Eine weitere Optimierung der Netze in Hinsicht auf Maschenweite und Insektizid¬konzentration ist erforderlich und auf Grund der vielversprechenden Beobachtungen aus der vorliegenden Arbeit zu empfehlen.Bluetongue disease (BTD), a virus infection of ruminants, originating from Africa, first occurred in Germany in August 2006. The ubiquitous presence of potential vectors of the virus (biting midges, Ceratopogonidae, Culicoides spp.) in Germany, gradually rising temperatures, especially mild winters, favour the survival of biting midges and therewith increase the risk of transmission. The bluetongue disease virus belongs to the family of Reoviridae; at present 25 different serotypes exist worldwide. Vaccinations, which were ordered by the government in Germany since 2008, only protect against serotype 8. Arguably, there is a risk of an introduction of other serotypes in future. The recommended application of pyrethroid ectoparasiticides does not offer satisfactory protection. On the basis of experience gained from preliminary tests (Blank et al., 2005; Maia et al., 2005; Bauer et al., 2006) the use of insecticide-treated nets could offer a very promising possibility of protecting cattle from biting midges. The goal of the present paper was to investigate and evaluate the effectiveness of insecticide-treated nets against the invasion of biting midges and insect pests on dairy cattle farms, thus contributing to the control of BTD and to improve the well-being of livestock. For the field tests two dairy farms were selected in the districts of Ostprignitz-Ruppin and Oberhavel in the Federal State of Brandenburg in which a high population of biting midges was expected and where most of the dairy cattle are maintained in pens throughout the year. An essential prerequisite for the selection of the farms was the availability of two separate cattle buildings of comparable size and cattle number on the respective facility. The black polyester net had a mesh size of 2 x 2 mm, containing a targeted deltamethrin content of 100 mg/m2. At the beginning of May 2008 one pen in each of the facilities was completely protected with nets. The other stall served as an unprotected control. Both buildings were equipped with an identical number of special biting midges and fly traps (Biogents- Sentinel UV Light Traps® and Glue-Fly Ribbon Traps®). From mid of May to the end of October 2008 entomological monitoring was conducted in both trials. Over the entire time period the deployed nets were monitored in the laboratory every four weeks to evaluate their insecticidal activity. The test insects were laboratory strains of Musca domestica and Culicoides nubeculosus. The testing of M. domestica was done in the FlyBox®. This box was covered with the respective net samples. After a 10-second exposure, the paralysis rates were recorded in specific time intervals. A similar procedure was used to assess the susceptibility of C. nubeculosus. The insecticidal effects of each net sample were performed by using a T-50 value (the point in time at which 50% of the test insects were paralysed). In addition, net prototypes (new developments) with different insecticide concentrations and two different insecticide formulations were assessed in the laboratory for their biological effecticacy. Trough-water samples were taken from the pens and soil samples were taken from the vicinity of the pens in order to evaluate the environmental toxicology of using insecticide-treated nets. Additionally milk samples and cow dung were examined by the Tiergesundheitsdienst Bayern (Bavarian Animal Health Services) for insecticidal contamination. Over a test period of 5 months, a total of 28,469 biting midges and 70,665 flies were caught in both dairy cattle facilities. The greatest abundance of biting midges occurred in both facilities from mid of May to the end of June 2008. From the beginning of July there was a gradual decline in the number of insects. The use of the nets gave no discernable reduction of the number of biting midges or flies in the respective pens of either farm when compared with their controls. However, a significant difference between the pens protected with nets and their controls with regard to the number of engorged biting midges became apparent. On the farm in Eichstädt a significant difference in the ratio of engorged biting midges was observed between the protected pens and their controls. An average reduction in the fly numbers of only 31% was found in Lögow. The unsatisfactory effect of the nets on flies is presumably due to, among other things, the detected insecticide resistance against deltamethrin (Jandowsky et al., 2009). The nets showed distinct effects against deltamethrin-sensitive laboratory insects over a time period of 4 months. Towards the end of the tests increases of the T-50 values in both test insects and, hence, a potential decrease of the efficacy was detected; this was probably due to the soiling of the net. In further tests it was shown that an increase in concentration of the active agent and the use of deltamethrin as emulsion concentrate led to more rapid effects against both test species. Within regard to the ecotoxilogical tests, no deltamethrin could be detected in the milk or trough-water samples gathered. Soil samples taken under the nets showed only a slight contamination with deltamethrin (Frenzel, 2008). The treated polyester nets proved to be very robust over the time of the studies and therefore suitable for use in the field. The close attachment of the nets to the windows or other openings of the pens cannot be recommended because, both, the small mesh size and the considerable soiling of the net affect the climate inside the buildings and therewith the well-being of the animals. Due to the small size of the biting midges, the mesh size of the nets either needs to be reduced or the amount of the active ingredient increased. With regard to the proven problem of an increase in insecticidal resistance, the use of other classes of chemical agents should be encouraged. A further optimisation of the nets pertaining to mesh size and concentration of active ingredient is therefore required and can be fully justified on the basis of the promising observations from the present paper