Analiza powietrza wydychanego przez krowy w służbie środowisku

Nowe technologie dostarczają nam coraz więcej informacji o nas samych. Sensory monitorują liczbę kroków, którą wykonamy, nasz rytm serca podczas codziennych czynności czy sportu, a nawet to, czy dobrze śpimy. W przypadku hodowli krów jesteśmy dwa kroki dalej. Pedometry, czujniki przeżuwania i wiele innych urządzeń dostarczają nam informacji o naszych zwierzętach na bieżąco i w dużej ilości, by pomóc w codziennym zarządzaniu stadem. Dostarczają także danych, które mogą być wykorzystywane w pracy hodowlanej.

tekst: Dr hab. Marcin Pszczoła, Centrum Genetyczne PFHBiPM, Marcin Szałański, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Katedra Genetyki i Podstaw Hodowli Zwierząt

Niektóre technologie są wykorzystywane już standardowo i przeszły do hodowli z medycyny ludzkiej, inne z kolei ze świata zwierząt hodowlanych do ludzkiego. Jeszcze inne urządzenia były używane w przemyśle, który nie ma związku z istotami żywymi, a potencjalnie mogą być wykorzystane jako aparatura diagnostyczna dostarczająca cennych informacji.

Ciekawym przykładem wykorzystania urządzenia, które od lat jest stosowane w przemyśle hutniczym i górniczym, są analizatory składu powietrza. Używa ich się wszędzie tam, gdzie stężenie różnych związków chemicznych w powietrzu odgrywa istotną rolę dla zdrowia czy bezpieczeństwa ludzi. Dotyczy to poziomu zanieczyszczeń w spalinach opuszczających kominy fabryk czy stężenia metanu w kopalniach.

Używanie tego typu urządzeń w oborze wydaje się pomysłem z gatunku filmów science fiction, szczególnie jeśli myślimy o pozyskiwaniu informacji od poszczególnych sztuk, a nie tylko o analizie składu powietrza w oborze. Jak się okazuje, tego typu pomysły na analizę składu powietrza wydychanego przez krowy są z powodzeniem badane już od kilku lat – również w Polsce, na Uniwersytecie Przyrodniczym w Poznaniu. Co więcej, udało się wykazać przydatność uzyskanych wyników w pracy hodowlanej, a w niektórych krajach wyniki tych badań są nawet wdrażane do praktyki.

Jak zbadać oddech krowy?
Istotą takich badań jest przechwycenie i przeanalizowanie próbki powietrza wydychanego przez krowy. Trudno jednak wyobrazić sobie, żeby było to zadanie dla człowieka i żeby pobrane próbki powietrza gdzieś przechowywać, magazynować, wozić do laboratorium i tam analizować, wykorzystując bardzo dokładne, choć pracochłonne i drogie, metody. Zamiast tego potrzeba metody, która pozwala pobierać próbki automatycznie i analizować je na miejscu w „locie”. Tu z pomocą przychodzą analizatory gazów różnego rodzaju.

Działanie takiego urządzenia polega na tym, że pobiera ono próbkę powietrza wydychanego przez krowę podczas czynności, którą krowa wykonuje standardowo w ciągu dnia, na przykład podczas pobierania paszy w korycie paszowym lub doju w robocie udojowym. Pompa, wbudowana w zestaw pomiarowy, zasysa próbkę powietrza z okolic pyska zwierzęcia i przesyła do analizatora, który przepuszcza przez próbkę wiązkę światła laserowego, prześwietlając ją pod kątem jej składu. Te informacje przypisywane są konkretnemu zwierzęciu, łączone z danymi dotyczącymi parametrów produkcyjnych i umieszczane w bazie danych.

To wcale nie jest łatwe
Cały proces w teorii wygląda dość prosto, ale w praktyce mamy do czynienia z żywym zwierzęciem, a w oborze – ze sporą wilgotnością i zapyleniem, co powoduje konieczność wyposażenia całego systemu w odpowiednie filtry, które będą systematycznie czyszczone. Wbrew pozorom pomiary w oborze mogą okazać się bardziej kłopotliwe niż w kopalni. Krowa podczas doju lub pobierania paszy rusza się, a oprócz tego że oddycha, również odbija gazy ze żwacza. Wszystko to utrudnia uzyskanie jednoznacznych pomiarów z pozyskania pojedynczej próbki. Dlatego podczas doju pozyskuje się wiele próbek.

W aplikacji, którą zastosowano w polskich badaniach prowadzonych przez zespół naukowców z Katedry Genetyki i Podstaw Hodowli Zwierząt Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, wykorzystano system zainstalowany w robotach udojowych. W korycie paszowym robota udojowego znajdowała się rurka z filtrem, którą pobierano próbki powietrza wprost do analizatora umieszczonego nad robotem udojowym, co jest widoczne na schemacie działania systemu poboru próbek wydychanego powietrza oraz na zdjęciu robota udojowego z zainstalowanym systemem. Urządzenie pobierało i analizowało próbkę powietrza co 5 sekund, co – jak łatwo policzyć – daje ok. 17 tysięcy pomiarów na dobę! Każdy pomiar trzeba zweryfikować pod kątem poprawności i wybrać tylko te pomiary, które były pobrane w momencie doju. Na jeden dój o długości 5 minut przypadało ok. 60 pomiarów. Przykład wyników pracy urządzenia przez okres ok. 15 minut widoczny jest na wykresie. Pomiary wykonane w trakcie jednego doju, po uśrednieniu, dają dość dobry obraz składu powietrza wydychanego przez krowę. A długotrwałe pomiary, powtarzane na tych samych osobnikach, jeszcze bardziej zwiększają wiarygodność obserwacji, dając jednocześnie obraz zmian składu wydychanego powietrza w czasie trwania doby, tygodnia, miesiąca roku oraz laktacji.

Dwa kluczowe gazy
Urządzenie wykorzystywane w polskich badaniach potrafi oznaczyć szereg różnych gazów, choć w tej chwili kluczowe z punktu widzenia hodowli są dwa: metan i dwutlenek węgla (istnieją także urządzenia wyspecjalizowane w pomiarach tylko tych dwóch gazów). Powód, dla którego te gazy są szczególnie istotne, jest prosty – są to gazy cieplarniane, wpływające na klimat, przy czym metan jest związkiem o bardzo silnym potencjale cieplarnianym. Od wielu lat, choć ostatnio coraz głośniej, słyszy się o negatywnym wpływie hodowli bydła na środowisko naturalne, a szczególną uwagę poświęca się emisji metanu wytwarzanego podczas procesów trawiennych przez przeżuwacze. To prowadzi do poszukiwania rozwiązań pozwalających na ograniczenie emisji.

Z jednej strony szukamy sposobów żywieniowych, z drugiej hodowlanych, by ograniczyć ilość gazów emitowanych przez bydło. Dla celów hodowlanych potrzebne są indywidualne pomiary od każdego zwierzęcia – i tu pomocne są urządzenia pomiarowe, opisane wcześniej.

Względy klimatyczne nie są jedynym powodem chęci ograniczenia ilości gazów emitowanych przez bydło. Jak pokazują badania naukowe, niższa emisja metanu to również lepsze wykorzystanie paszy dostarczanej krowom. Powiązanie wykorzystania paszy z emisją, a dokładniej z pomiarami powietrza wydychanego przez krowy, może pozwolić nie tylko na zmniejszenie wpływu hodowli na środowisko naturalne, ale także przełożyć się na wyższą opłacalność produkcji zwierzęcej.

Z czasem może się okazać, że z pozoru abstrakcyjne badania nad pomiarem składu powietrza wydychanego przez krowy mogą być przydatne w codziennej pracy hodowlanej. Nie jest to na pewno coś, co się wydarzy jutro bądź w najbliższym czasie, jednak w przyszłości jest to całkiem prawdopodobne. 