Abstract: Although housing horses in single stalls limits their natural behavior to a great extent, this housing system is widespread in Germany, especially for competition horses. To improve the welfare of this system, free exercise on pastures or paddocks is deemed suitable, but it is also feared because of injuries and decreased willingness or motivation to perform. In the present study, three treatments were investigated with regard to their effect on the behavior of six competition horses in the stable, behavior during training, and on their degree of stress: daily training without free exercise (no turnout [NT]), solitary turnout for 2 hours after training, and 2-hour turnout in groups of two after training (group turnout). The horses' behavior in the stable was continuously analyzed through video recordings (2 pm to 6 am) on 3 days at the end of each treatment. The degree of stress was evaluated daily by heart rate variability at rest. The behavior during training was evaluated by a questionnaire answered by the riders, and the distance covered during training was measured by global positioning system. When NT was allowed, the horses showed less lying in the stable compared with the treatments with turnout. Heart rate variability measurements resulted in great individual differences, but generally, there was a higher degree of stress shown with the treatment NT according to the following parameters: standard deviation of inter-beat-intervals (SDNN), square root of the mean of the sum of the squares of differences between successive inter-beat-intervals (RMSSD), and ratio between low frequency and high frequency (LF/HF). The willingness to perform was evaluated as being slightly better in the treatments with turnout than in the treatment without turnout.

Abstract: In dieser Untersuchung sollte überprüft werden, ob die für die Stressmessung beim Menschen angewandte „Chronopsychobiologische Regulationsdiagnostik“ (CRD) mithilfe des smardwatch®-Messsystems auch beim Pferd psychische Belastungssituationen aussagekräftig widerspiegelt. Menschen können anhand variierender physiologischer und ethologischer Reaktionen auf Stressoren aus der Umwelt in Stresstypen eingeteilt werden. Auch Pferde reagieren in identischen Situationen ganz unterschiedlich. Es stellte sich daher die Frage, ob Pferde ebenfalls bestimmten Stresstypen zugeordnet werden können.
Mit 26 dreijährigen Hengsten des Landgestüts Celle wurde ein Verhaltenstest durchgeführt. Auf der Grundlage wissenschaftlich dokumentierter und modifizierter Testsituationen (Open-Field-Test, Novel-Object-Test, Startling-Test Objekt/Geräusch, Mensch-Pferd-Interaktion, Ressourcenkontrolle) wurde das Erkundungs- und Fluchtverhalten untersucht (Goslar 2011). Während dieser Belastungssituationen wurden mit dem smardwatch®-Messgerät die elektrophysiologischen Parameter Hautwiderstand, Hautpotential und Muskelaktivität erfasst. Durch eine Zeitreihenmessung dieser physiologischen Parameter konnten die Reaktionen des übergeordneten Reglers (vegetatives Nervensystem) dargestellt werden. Der Hautwiderstand spiegelt die vegetativ-emotionalen Reaktionen wider, das Hautpotential die vegetativ-nervalen und somit laut Balzer (2009) die kognitiven Verarbeitungsweisen, und durch das Elektromyogramm werden die typischen muskulär-motorischen Reaktionen aufgezeichnet. Die vorliegenden Datenzeitreihen wurden mit Hilfe einer biorhythmometrischen Zeitreihenanalyse nach Balzer und Hecht (Hecht 2001, Balzer 2009) ausgewertet. Als Ergebnis wurden chronobiologische Regulationszustände definiert, die dann gemäß dem „Periodischen System der Regulationszustände“ (PSR) (Balzer 2000) eine Beurteilung der psychischen Belastungssituation erlauben. Zur Bestimmung von Stresstypen wurde die Untersuchung nach dem Reiz-Reaktions-Prinzip in drei Phasen unterteilt: Ruhephase, Stressreizphase und Stressverarbeitungsphase. Der Verhaltenstest wurde nach einer Woche zur gleichen Tageszeit mit jedem Hengst einmal wiederholt. Als physiologische Vergleichsparameter wurden vor, während und nach der Belastung insgesamt zehn Speichelproben zur Cortisolbestimmung entnommen.
Die smardwatch®-Messtechnik ist prinzipiell geeignet die physiologischen Parameter Hautwiderstand, Hautpotential und Muskelaktivität auf der Haut des Pferdes aufzunehmen. Durch die biorhythmometrische Zeitreihenanalyse konnten chronobiologische Regulationszustände definiert werden.
Der Verhaltenstest führte bei allen Pferden zu einem signifikanten Anstieg der Cortisolwerte. Ein ebenfalls statistisch gesicherter Unterschied der aktivierten Cortisolwerte zwischen der ersten und zweiten Testwoche zeigt eine geringere Stressreaktion und weist auf einen Lerneffekt der Pferde hin:
Entsprechend der relativen Instabilitäten der Regulation der Körperfunktionen in Messphase 2 und 3 konnten die Pferde in vier Stressregulationstypen (nach Balzer u. Hecht 1996) eingeteilt werden: Stressbeherrscher, -bewältiger und kompensierer sowie Stressnichtbewältiger.
Anhand der Aktivierung von Sympathikus und Parasympathikus konnten zusätzlich vier verschiedene Vegetative Stresstypen unterschieden werden: Sympathikotoniker, Amphotoniker, Indifferenter Typ und Vagotoniker.
Die Cortisolreaktion der Hengste war individuell sehr unterschiedlich. Um die maximalen Anstiege vergleichen zu können, wurde der Trend der jeweiligen Cortisolverlaufskurve bestimmt. Anhand der Trend-korrigierten Cortisolkurven konnten einerseits die relativen Maxima der Cortisolreaktion besser verglichen werden, anderseits konnten die Pferde mittels des unterschiedlichen Trendes in drei Cortisolverlaufsgruppen eingeteilt werden: Tendenz fallend, gleichbleibend oder steigend.
Ein statistischer Nachweis für eine Abhängigkeit zwischen den verschiedenen Stresstypenklassifizierungen konnte anhand der geringen Stichprobenzahl nicht erbracht werden. Jedoch lassen sich Pferde, wie Menschen, unterschiedlichen Stresstypen zuordnen. Schwierig bleibt aber die objektive Beurteilung von Befindlichkeiten, da Empfindungen und Gefühle nur subjektiv wahrnehmbare Qualitäten sind, die von einer Reihe innerer und äußerer Faktoren abhängen. Die Verhaltenszuordnung emotionaler Zustände durch die „Chronopsychobiologische Regulationsdiagnostik“ (CRD) kann nicht ohne die Basis weiterer vergleichender Studien vom Mensch auf das Pferd übertragen werden.
Die CRD-Methode könnte allerdings einen interdisziplinären Ansatz ermöglichen und zukünftig neben den klassischen deskriptiven Verhaltensbeobachtungen bei der Beurteilung von Haltungs- und Umgangssituationen von Tieren wertvolle Aufschlüsse über die Fähigkeit zur Stressbewältigung und deren Konsequenzen für das Wohlbefinden der Tiere geben.
In this study we examined, whether the “Chronopsychobiological regulation diagnosis” (CRD) with the smardwatch®-system which is used to assess specific strain in humans, is also able to reflect convincingly specific strain in horses. Humans can be categorized into so-called stress types, because they react differently in physiology and behaviour to environmental stimuli. Concerning horses, it is also known that individuals react differently in identical situations. The question to be answered is, if it is possible to categorize horses into certain stress types as well.
We carried out a behavioural test with 26 three-year-old stallions of the State Stud of Celle, involving different test situations. On the basis of test situations, well known in scientific literature including slight modifications (open-field-test, novel-object-test, startling-test object/sound, human-horse-interaction, resource control) the explorative and flight behaviour of horses were examined (Goslar 2011). During these situations of strain the system smardwatch® measured the electro-physiological parameters skin resistance, skin potential and muscle activity. With time series analyses of these physiological parameters the reactions of the vegetative nervous system as superior control could be shown. The skin resistance reflects the vegetative-emotional, the skin potential the vegetative-nervous hence according to Balzer (2009) cognitive reactions and the electromyogram shows the motorized reactions. The time series of measured data was analyzed using the biorhythmometrical time series analysis of Balzer and Hecht (Hecht 2001, Balzer 2009). As a result of this, typical states of chronobiological regulation were defined. With the help of the “periodic system of regulatory states” (PSR) (Balzer 2000) these led to a classification of mental stress situations. To categorize horses into stress types the study was devided into three phases according to the stimulus-response principle: phase 1 (relaxing), phase 2 (situation of strain) and phase 3 (stimulus processing phase). The behavioural test was repeated once with each stallion exactly one week later. In addition ten samples of saliva were taken before, during and after the situations of strain from which we determined the cortisol concentration to be compared with the chronopsychobiological parameters.
The smardwatch®-measurement technology is fundamentally suitable to measure the physiological parameters skin resistance, skin potential and electrical muscle activity of horses. Using the biorhythmometrical time series analysis, chronobiological regulatory states could be defined for horses as well.
For each horse the cortisol value increased significantly during the behavioural test. A remarkable difference of the cortisol values assessed in the first and second test, indicates a learning effect: The behavioural test led to a significantly lower stress reaction in the second week.
Depending on the proportions of unstable regulation processes during and after the situations of strain, four types of regulation (Balzer u. Hecht 1996) can be defined: the Control-, Cope-, Compensate- and Non-cope-type.
Using the activation of the sympathetic and parasympathetic nervous system four vegetative stress types could be determined: Sympathicotonic, Amphotonic, Indifferent Type and Vagotonic.
The stress reaction of the stallions in terms of cortisol level was quite individual. To compare the maximum increase the trend of each cortisol trajectory was analyzed. On the one hand correcting for the trend allowed a comparison of relative maxima, on the other hand the horses could be categorized into groups, according to the evolution of their cortisol level (cortisol progression groups): Tendency falling, stable or rising.
The number of samples was not considered to be sufficient in order to statistically assess some dependence among the different classifications of stress types. But to our point of view horses can be assigned to different stress types like humans. But it’s still difficult to judge the emotions of animals, because emotions are subjectively perceptible qualities dependent on many internal and external factors. The assignment of emotional behaviour to the chronopsychobiological regulation diagnosis (CRD) can’t be transferred from human to horse without further studies.
However, the CRD method could enable an interdisciplinary approach. Besides classic descriptive observations of behavior, the CRD could give further information about the coping capacity and the consequences for animal welfare in the assessment of stressful situations.

Abstract: Die angemessenste Art ein Pferd als soziales Wesen unter menschlicher Obhut zu halten, ist in der Gruppe mit Seinesgleichen. Dabei gilt der Offenlaufstall mit getrennten Funktionsbereichen (Mehrraum-Außenlaufstall mit Auslauf) als die tiergerechteste Haltungsform für Pferde (BMELV, 2009). Aus Gründen der Arbeits- und Kostenersparnis sowie zur Reduzierung der Keim- und Staubbelastung werden in jüngster Zeit vermehrt Gummimatten als Einstreuersatz in Liegehallen von Offenlaufställen eingesetzt.
In vorliegender Arbeit sollte überprüft werden, ob Gummimatten (7,5 cm hoch, schaumstoffgefüllt; HIT-Softbed plus®) in Kombination mit minimaler Späneeinstreu als Liegeunterlage in Liegehallen von Offenlaufställen als tiergerecht beurteilt werden können. Darüber hinaus galt es zu klären, ob die Klimaverhältnisse in den Liegehallen trotz nicht saugfähiger Gummiunterlage den hygienischen Anforderungen des BMELVs (2009) an das Stallklima entsprechen. Dazu wurde das Liegeverhalten von einer repräsentativen Anzahl von 56 Pferden in einem Offenlaufstall mit getrennten Funktionsbereichen an jeweils 6 Tagen je Jahreszeit (Frühling, Sommer, Herbst, Winter) mittels kontinuierlicher Videoaufzeichnungen (n= 24 Tage) und zusätzlichen visuellen Direkt-beobachtungen (n= 60 Std) erfasst. Die Pferde hatten zum Liegen die Wahl zwischen folgenden drei Arealen: drei identisch ausgestatteten, jedoch unterschiedlich großen Liegehallen (mittig Gummimatten; Randbereich Späneeinstreu), einem Unterstand (Sand), sowie einem Sandplatz. Die Größe der Liegefläche in den drei Liegehallen (LH I 172 m², LH II und III jeweils 143 m²) entsprach den Anforderungen des BMELVs (2009). Unterstand und Sandplatz konnten zusätzlich von den Pferden zum Ruhen im Liegen genutzt werden. Ergänzend wurden folgende Einflussfaktoren auf das Liegeverhalten der Pferde erfasst: Tageszeit, Jahreszeit und Witterung sowie Alter, Stockmaß, Gewicht, „Body Condition Score“ und Rangordnung.
Durchschnittlich ruhten lediglich 35,2 der 52,3 in der Anlage befindlichen Pferde (67,3%) pro Beobachtungstag im Liegen in den Arealen. Demzufolge nahmen
Zusammenfassung 213
viele Pferde nicht jede Nacht eine Liegeposition ein. Die Hauptliegezeit mit 72% der erfassten Liegephasen war zwischen 0 und 6 Uhr. Bezogen auf die vorhandene Liegefläche je Areal ergab sich lediglich eine 50%ige Maximalauslastung an gleichzeitig liegenden Pferden.
Die Liegephasendauer variierte -unabhängig vom Areal- signifikant zwischen den Pferden (p=0,028) und darüber hinaus auch je Pferd (p<0,001). Die durchschnittliche Dauer pro Liegephase war mit 28,8 ± 0,5 (SEM) min signifikant länger in den Liegehallen (I, II und III), als im Unterstand mit 24,6 ± 0,9 min und auf dem Sandplatz mit 20,0 ± 1,9 min (p<0,001).
Die mittlere tägliche Gesamtliegedauer eines Pferdes betrug 91 ± 2,7 min in den Liegehallen (I, II und III), 43 ± 2,3 min im Unterstand und 27 ± 2,9 min auf dem Sandplatz (p<0,001). In den Liegehallen legte sich ein Pferd im Mittel 3,2 Mal am Tag ab, im Unterstand lediglich 1,7 und auf dem Sandplatz 1,3 Mal (p<0,001). 79% der registrierten Liegephasen (n= 2410) fanden darüber hinaus in den Liegehallen (I, II und III) statt, was deren zentrale Bedeutung als Liegebereich hervorhebt.
In der größeren Liegehalle I ruhten eine größere Anzahl an unterschiedlichen Pferden häufiger (p<0,0002) und länger (p<0,0005) pro Tag im Liegen als in den beiden etwas kleineren Liegehallen II und III.
Die tägliche Gesamtliegedauer pro Pferd war mit aufgestütztem Kopf mit 54,8 ± 1,6 Minuten länger als ohne aufgestützten Kopf mit 45,2 ± 1,8 min. In Seitenlage wurde im Durchschnitt pro Tag und Pferd 27,5 ± 1,1 min geruht (p<0,001). Diese Ruheposition wurde in den Liegehallen signifikant häufiger eingenommen, als auf dem Sandplatz oder im Unterstand (p<0,001).
Die tägliche mittlere Gesamtliegedauer pro Pferd auf Späne war mit 74,3 ± 2,9 min gegenüber 62,4 ± 2,3 min auf Gummimatten signifikant länger (p=0,005). Ebenso fanden in Relation zum Flächenangebot in den Liegehallen geringfügig mehr Liegephasen auf dem Späne-Bereich als auf den Gummimatten statt. Ebenfalls in Flächenrelation wurde der offen gestaltete Unterstand deutlich vor den anderen Arealen zum Ruhen im Liegen von den Pferden präferiert. Es sei deshalb auf die Bedeutung eines Unterstandes als zusätzliche Liegefläche in Offenlaufstallhaltung hingewiesen.
Die meisten Liegephasen und auch die längsten täglichen Liegezeiten fanden in den warmen Monaten statt (p=0,013). Im Winter flachte das Ruhen im Liegen
deutlich ab und verlagerte sich bei unter -10°C nahezu ausschließlich auf die Liegehallen (p=0,001).
Der leichte Späne-Überzug und der positive Effekt der bereits integrierten und die Gummimatten zum Liegen nutzenden Pferde waren mögliche Gründe dafür, dass die Neuankömmlinge ohne Gummimatten-Vorerfahrung (n= 10 Pferde &#8804; 6 Monate in der Anlage) kein vermindertes Liegeverhalten im Vergleich zur bestehenden Herde (n= 46 Pferde; mind. 1 bis max. 3 J. in der Anlage) aufwiesen.
Die Rangordnung wurde mittels modifiziertem „Average Dominance Index“ berechnet. Die rangniederen Pferde hatten mit 2,6 gegenüber 3,4 und 3,1 sowohl signifikant weniger Liegephasen pro Pferd und Tag, als auch mit 69,3 ± 3,9 min eine um 22 min signifikant kürzere tägliche Gesamtliegedauer als die Ranghöheren (jeweils p<0,001). Rangniedrige Pferde ruhten in den Liegehallen weniger häufig (2,7 gegenüber 3,5 und 3,2 mittlere Anzahl Liegephasen/ Pferd/ Tag) und auch signifikant (p<0,001) kürzer je Tag (77,8 ± 5,0 min gegenüber 97,3 ± 3,9 min und 98,8 ± 5,1 min). Je jünger ein Pferd war, desto öfter (3,5 gegenüber 2,6 mittlere Anzahl Liegephasen/ Pferd/ Tag) und länger (103,7 ± 7,6 min gegenüber 56,1 ± 13,2 min) legte es sich am Tag nieder, und desto häufiger (90% der Liegephasen der 4 und 5 Jährigen gegenüber 39% und 70% der 16 bis 25 J.) nutzte es die Liegehallen zum Liegen (p<0,001). Das Stockmaß der Pferde und das Pferdegewicht zeigten keinen eindeutigen Einfluss auf das Liegeverhalten. Für den „Body Condition Score“ (Skala 1 bis 9) ergaben sich signifikante Unterschiede. Je höher der BCS der Pferde war, desto häufigere (p=0,0185) und längere Liegezeiten (p=0,007) wiesen sie auf.
Der monatlich gemessenen Ammoniakgehalt sowie Luftgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und Temperatur entsprachen bei Einsatz von Gummimatten in den Liegehallen den Anforderungen des BMELV (2009) an ein tiergerechtes Stallklima. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine ausreichende Luftzirkulation im Stallgebäude sowie eine gute Stallhygiene.
Die Ergebnisse aus den vergleichenden Beobachtungen der unterschiedlichen Liegematerialien lassen schlussfolgern, dass die hier untersuchten verformbaren Gummimatten in Kombination mit minimaler Späneeinstreu in Offenlaufställen von der Mehrzahl der Pferde zum Ruhen im Liegen angenommen wurde und deshalb als weitgehend tiergerecht beurteilt werden können.
[Being highly social animals, horses are housed most adequately in groups. Loose housing systems are said to be the most species adequate system of horse housing (BMELV, 2009). Recently rubber mats have increasingly been used instead of shavings as bedding in loose housing systems where the different functional areas are separated. Advantages of rubber mats are that they are less cost and labour intensive as shavings, and their use also reduces the bacterial and dust contamination of the environment.
However, it has not yet been shown whether horses are capable of satisfying their recumbency needs on rubber mats as well as they can on shavings. This study looks to clarify this question, as well as to evaluate the hygienic conditions of the stabling climate in the areas equipped with sponge-filled rubber mats (HIT-Softbed® plus).
The recumbency patterns of 56 horses kept in a loose housing system with separate functional areas were observed on 6 days per season (spring, summer, autumn and winter) using wide angle video cameras. The different areas were: three similar but different large halls meant as lying areas (in the middle rubber mats; in the periphery shavings), an unsheltered area with sand footing and a sheltered area with sand footing. The size of the three halls meant as lying areas (LH I 172 m², LH II and III each 143 m²) was adequate with the demands of the BMELV (2009). Confounding factors which could also affect recumbency behaviour, such as day time, season and weather were taken into account. The role of the horses rank was also investigated. The occurrence of disruptions during recumbency phases by other members of the herd was also found out. Horse specific factors such as age, height, weight and body condition score were also taken into account as these could also have an effect on recumbency patterns.
On each day of observation, in average 35 different horses out of 56 horses (65%) were seen to be resting in a recumbent position. Hence many horses did not assume a recumbent position every night. Seventy-two percent of the recumbency
phases occurred between 0 and 4 am. The capacity of the area for a lying position at one time offered the horses was only exploited to 50%.
The length of the recumbency phase varied significantly between animals and for the individual animals over the duration of the observation period (p<0.001). The average recumbent time per lying phase was 28.8 ± 0.5 (SEM) minutes in the halls (I, II and III), 24.6 ± 0.9 min in the shelter and 20.0 ± 1.9 min on the sand area. The average time spent lying down per horse per day was 91 ± 2.7 min in the halls, 43 ± 2.3 min in the shelter and 27 ± 2.9 min on the sand area (p<0.001). The horses lay down an average of 3.2 times in the halls, 1.7 times in the shelter and 1.3 times in the sand area (p<0.001). Seventy-nine percent of the observed recumbency phases (n= 2410) were seen in the halls. This shows that along with the pastures, the halls played a central role in the recumbency patterns of the horses.
When comparing the halls, a wider variety of horses was observed spending a longer time in recumbency (p<0.0005) more often (p<0.0002) in hall I than in the somewhat smaller halls II and III.
The total time spent per day in recumbency with the head supported was 54.8 ± 1.6 min and hence was ten minutes longer than the total daily time spent in recumbency without the head supported with 45.2 ± 1.8 min. On average the horses spent 27.5 ± 1.1 min in lateral recumbency (p<0.001). Horses were observed to lie in lateral recumbency more often in the halls than on sand area or in the shelter (p<0.001).
The daily total length of time spent in recumbency was found to be significantly longer on bedding (74.3 ± 2.9 min) versus on rubber mats (62.4 ± 2.3 min) (p=0.005). Even though the average number and length of recumbency periods per day and horse, as well as the average time spent in lateral recumbency was greater for the halls, when taking surface area into consideration, it was found that the sheltered area was used the most per surface area for resting in recumbency. Hence it is relevant to state the importance of a shelter as additional lying space in loose housing systems.
The highest number of recumbency phases and the longest time spent daily lying down were seen in the mild months of the year (p=0.013). Temperatures below freezing led to decreased recumbency behavior. The horses observed lay down
almost exclusively in the halls when temperature was below -10°C (p<0.001).
The newcomers (n= 10 horses &#8804; 6 months in the stable) to this housing system did not show a diminished recumbency behaviour compared to the other horses (n= 46 horses for 1 to 3 years in the stable). It is apparent that horses that do not have previous experience of rubber mats do not necessitate an adaptation period to use the mats to lay down on, as long as they are introduced into a group of horses that are already comfortable with the use of the mats. Likewise the shavings could help the horses adapt to the new material faster.
The rank of the horse in the herd was determined using a modified “Average Dominance Index”. The horses of low rank showed a significantly lower number of recumbency phases (2.6 compared to 3.4 and 3.1 per horse per day), as well as with 69.3 ± 3.9 min a highly significant shorter by 22 minutes length of recumbency phase when compared to horses of higher rank (each p<0.001). With diminishing rank, the horses lay down less frequently in the halls (2.7 compared to 3.5 and 3.2 recumbency phases per horse per day) and the total daily time spent in recumbency (77.8 ± 5.0 min compared to 97.3 ± 3.9 min und 98.8 ± 5.1 min) diminished significantly (p<0.001). Younger horses were found to lie down more frequently (3.5 compared to 2.6 recumbency phases per horse per day) but also to spend significantly longer periods (103.7 ± 7.6 min compared to 56.1 ± 13.2 min) in recumbency (p<0.001). Younger horses also tended to (90% of recumbency phases of 4 and 5 year old compared to 39% and 70% of 16 until 25 year old) use the halls for recumbent periods of rest (p<0.001). Horse height and weight did not influence recumbency behavior clearly. An interesting correlation was however noted with “body condition score” (BCS). A scale from 1 to 9 was used. The higher the BCS, the more (p=0.0185) and longer (p=0.007) time the animal spent resting in recumbency.
Air ammonia content, air velocity, ambient humidity and temperature measured monthly were within the recommendations of the BMELV (2009). Rubber mats are of no concern to hygiene when used as bedding in loose housing systems with segregated functional areas, as long as sufficient air circulation and proper stable hygiene are present.
The results of the comparative observations of the various bedding materials lead us to conclude that the currently studied rubber mats in combination with a
minimum amount of shaving are accepted by the majority of the horses and therefore are a widely species-appropriate bedding material for horses in loose housing systems.]