Dobra kiszonka – mniej metanu produkowanego w żwaczu

Produkcja kiszonek wysokiej jakości dla bydła mlecznego jest działaniem proekologicznym. Krowy uzyskują wysoką wydajność mleczną, rzadziej zapadają na schorzenia metaboliczne i mniejsza jest emisja metanu w przeliczeniu na litr mleka.

tekst: PROF. ZYGMUNT M. KOWALSKI, UNIWERSYTET ROLNICZY W KRAKOWIE, zdjęcia: RYSZARD LESIAKOWSKI

To, że bakterie w żwaczu krowy czy opasa produkują metan (CH4), jeden z najważniejszych gazów cieplarnianych, nie podlega żadnej dyskusji. Podobnie jak to, że chów bydła ma wpływ na globalne ocieplenie. Skoro krowy oskarżane są, często niestety z nadmierną przesadą, o powodowanie zmian klimatycznych, warto wiedzieć, dlaczego w ich żwaczu powstaje metan, a także jak można ograniczyć jego produkcję (emisję). Jednym ze sposobów ograniczania emisji metanu jest poprawa jakości pasz objętościowych, w tym najbardziej popularnych, czyli kiszonek.

Co to są gazy cieplarniane?

Chociaż przyczyny efektu cieplarnianego i globalnego ocieplenia mogą być różne, o co spierają się klimatolodzy, to jednak najczęściej podkreśla się negatywny wpływ emisji tak zwanych gazów cieplarnianych, tj. dwutlenku węgla (CO2) i metanu (CH4), gromadzących się w atmosferze i powodujących wzrost temperatury na Ziemi. Efekt cieplarniany jednej cząsteczki metanu jest ok. 21–23 razy większy niż powodowany przez dwutlenek węgla.

Naturalnym źródłem gazów cieplarnianych, w tym metanu, są wybuchy wulkanów oraz gazy emitowane z bagien czy błot itp. Zmniejszająca się powierzchnia lasów na naszym globie i pustynnienie wielu obszarów przyczyniają się do mniejszego zużywania CO2 przez rośliny, co zwiększa pulę CO2 gromadzonego w atmosferze. Gazy cieplarniane emitowane są także w wyniku działalności człowieka: przez przemysł, transport oraz rolnictwo. Chociaż statystyki podawane przez różne organizacje różnią się, to we wszystkich największym wytwórcą gazów cieplarnianych jest działalność człowieka, związana z wywarzaniem energii na potrzeby energii elektrycznej i ogrzewania oraz transportu (ok. 60%). Rolnictwo i sektory z nim powiązane nie są w tym procesie najważniejsze, ale istotne. Udział rolnictwa w całej emisji gazów cieplarnianych wynosi 13–14%, chociaż podaje się i inne wartości (np. 10% lub 18%; FAO, 2006). Z powyższych statystyk wynika, że `rolnictwo nie jest jedynym, a zwłaszcza głównym powodem zmian klimatycznych. W kontekście tych wartości widać wyraźnie, że krowa czy opas nie mogą i nie powinny być uważane za głównych winowajców zachodzących zmian klimatycznych. O ile CH4 stanowił w 2017 r. w USA ok. 10% całkowitej emisji gazów cieplarnianych, to przyjmując jego emisję za 100%, udział metanu pochodzącego z przewodu pokarmowego zwierząt (gazy jelitowe) wynosił ok. 27%.

Gdzie i dlaczego krowa produkuje metan?

Za nadmierną emisję metanu w chowie zwierząt oskarża się zwierzęta przeżuwające. Metan produkowany jest w żwaczu przez bakterie z grupy archeonów (tzw. metanogeny). Metanogeny wychwytują wodór (H2) powstający w procesach fermentacji włókna i jego składników, po czym przyłączają go do cząsteczki CO2 (rycina 1). Dzięki tym procesom żwacz „broni się” przed gromadzeniem nadmiernych ilości wodoru, co mogłoby prowadzić do niebezpiecznego obniżenia pH w żwaczu. Metan powstaje w związku z fermentacją włókna, co wskazuje, że znacznie więcej powstaje go w żwaczu w warunkach żywienia dawkami z dużym udziałem pasz objętościowych, niż gdy dawki pokarmowe zawierają znaczne ilości pasz treściwych.

Rycina 1. Schemat powstawania metanu w żwaczu

Około 95% metanu „wyprowadza” krowa przez pysk w czasie pobierania paszy oraz przeżuwania, a tylko ok. 5% wydostaje się przez odbyt. Dorosła krowa produkuje rocznie 70–120 kg metanu (średnio 100 kg/rok). Jeżeli efekt cieplarniany metanu jest ok. 21 razy większy niż dwutlenku węgla, to stąd emisja 100 kg metanu równowarta jest emisji 2,1 tys. kg dwutlenku węgla. Taka sama ilość dwutlenku węgla wytwarzana jest przez spalanie 1 tys. l oleju napędowego w samochodzie osobowym, co przy zużyciu 8 l oleju napędowego na 100 km pozwala na przejechanie w ciągu roku ok. 12,5 tys. km.

Szacuje się, że udział gazów produkowanych w żwaczu stanowi 80% metanu produkowanego w jelitach wszystkich zwierząt (świnie i drób, razem 20%). Wydalanie metanu z jelit świni lub drobiu jest więc znacznie mniejsze. Gdy jednak przeliczy się ilość metanu (w przeliczeniu na dwutlenek węgla) w stosunku do ilości białka zawartego w produkcie, produkcja mleka nie wygląda już tak niekorzystnie, gdyż na 1 g białka mleka emitowanych jest 87 g dwutlenku węgla, podczas gdy na 1 g wieprzowiny lub mięsa drobiowego – 55 g lub 35 g CO2. Niestety, w tych obliczeniach niekorzystnie wypada najbardziej metanogenna produkcja wołowiny (295 g CO2/g białka).

Jak ograniczyć emisję metanu w chowie krów?

Ograniczanie produkcji metanu to nie tylko problem ochrony środowiska. Straty energii wynikające z produkcji metanu sięgają 10–12%, a jej ograniczenie spowodowałoby zwiększenie efektywności produkcji mleka.

Aspekt ochrony środowiska zdominował jednak współczesne myślenie na temat produkcji metanu w żwaczu, a zwłaszcza na temat sposobów jej ograniczania.

Do najważniejszych sposobów ograniczania emisji metanu w chowie bydła zalicza się (Beauchemin i wsp., 2020):
• Zwiększanie wydajności mleka metodami
» żywieniowymi
» genetycznymi
» poprawy dobrostanu.
• Doskonalenie genetyczne bydła mlecznego.
» selekcja w kierunku zmniejszonej produkcji metanu w żwaczu
» selekcja w poprawie wykorzystania paszy.
• Skład dawki pokarmowej
» dodatek tłuszczu
» udział pasz treściwych w dawce
» jakość pasz objętościowych
» dodatki specjalne: inhibitory chemiczne (np. 3-NOP), glony, azotany, taniny.
• Manipulacja mikrobiomu żwacza i procesami fermentacji (szczepionki).
• Wczesne programowanie (manipulowanie składem mikrobiomu przewodu pokarmowego u cieląt).

W kontekście niniejszego artykułu, którego główną tezą jest „dobra kiszonka to mniej metanu”, szczególnej uwagi wymaga zwiększenie wydajności mleka w wyniku żywienia dawkami z udziałem kiszonek bardzo dobrej jakości i wartości pokarmowej.

Poprzez odpowiednie żywienie krów można zmniejszyć produkcję metanu nawet o 20–25%. Na przykład zmiana z żywienia dawkami z „trawą” jako paszą podstawową (żywienie pastwiskowe) na żywienie dawkami z kiszonką z kukurydzy jako paszą podstawową może zmniejszyć produkcję metanu o 10%. Im mniej włókna pobiera krowa, tym mniej produkuje metanu.

Krowa bardziej wydajna jest bardziej ekologiczna

Z pewnością więcej metanu (litrów metanu/dobę/sztukę) produkuje wysokowydajna krowa mleczna w jednym z naszych OHZ-etów niż niskowydajna krowa żywiona ekstensywnie w gospodarstwie ekologicznym. Ale gdy ilość produkowanego metanu przeliczy się w stosunku do ilości wyprodukowanego mleka (litrów metanu/jeden litr mleka), to intensywnie żywiona krowa wysokowydajna produkuje mniej metanu niż niskowydajna krowa ekologiczna żywiona dawkami wysoko włóknistymi. Innymi słowy, krowa produkująca 13 tys. l mleka w laktacji produkuje więcej metanu niż krowa produkująca 8 tys. l mleka, ale w przeliczeniu na 1 l mleka znacznie bardziej ekologiczna jest krowa wysokowydajna! To zrozumiałe, że mniej takich krów potrzeba na wyprodukowanie danej ilości produktu.

Rycina 2. Zależność między wydajnością mleka (ECM) a intensywnością produkcji metanu w żwaczu
(CH4/kg mleka ECM; Knapp i wsp, 2014)

Warto zauważyć, że zależność między wydajnością mleka a intensywnością produkcji metanu (ilość CH4 na 1 kg mleka) nie jest prostoliniowa (rycina 2). Intensywność maleje krzywoliniowo wraz ze wzrostem wydajności mleka. Innymi słowy, szczególnie dobrych efektów w zmniejszeniu emisji metanu można oczekiwać po poprawie wydajności krów niskowydajnych (7–9 tys. kg mleka w laktacji). Zmniejszenie intensywności produkcji metanu przez zwiększenie produkcyjności krów wysokowydajnych nie jest już takie efektywne, jak u krów niskowydajnych. W powyższym kontekście, biorąc pod uwagę wydajności mleka uzyskiwane obecnie od krów w Polsce, mamy tutaj jeszcze sporo rezerw, o których warto rozmawiać nie tylko z hodowcami, ale także ze środowiskami ekologów. Te rozmowy nie są, czy nie będą łatwe, bo wspomniani ekolodzy, a zwłaszcza ekoterroryści, zachęcają, w fałszywej trosce o „dobro” krów, do niskich wydajności mleka, co – jak się okazuje – jest działaniem nieekologicznym…

Im więcej mleka ECM (czyli skorygowanego na zawartość 3,5% tłuszczu) produkuje krowa z jednego kilograma pobranej suchej masy pasz [stosunek: mleko ECM/pobrana sucha masa pasz (kg/kg)], tym mniej metanu na jeden kilogram produkowanego mleka powstaje w żwaczu (oś OY; rycina 2). Czyli im efektywniejsza jest krowa w produkcji mleka, tym bardziej jest ekologiczna! Oznacza to, że wysokowydajna krowa rasy HF jest zwierzęciem znacznie efektywniej wykorzystującym paszę niż zwierzęta niskowydajne, a przez to jest bardziej ekologiczna.

Pewnie wielu czytających ten artykuł zastanawia się: dlaczego wysokowydajna i bardziej efektywna krowa mleczna produkuje mniej metanu na jeden kilogram wyprodukowanego mleka? Po pierwsze, zapotrzebowanie bytowe krowy wysokowydajnej jest „rozcieńczone” wyższą produkcją mleka. Po drugie, chociaż ogólna ilość produkowanego metanu wzrasta wraz ze wzrostem pobrania paszy, emisja metanu maleje na jednostkę pobrania paszy (rycina 3), gdyż:
• zmniejsza się strawność w żwaczu, co może nie jest korzystne dla krowy, ale zmniejsza ilość metanu;
• zmienia się kierunek fermentacji w żwaczu, np. na propionową, która zagospodarowuje część wodoru.

Rycina 3. Zwiększanie efektywności produkcji (kg mleka/kg pobranej suchej masy) zmniejsza emisję metanu na kilogram mleka (Huhtanen, 2016)

Lepsze kiszonki to mniej metanu produkowanego w przeliczeniu na litr mleka

Im lepsza jest jakość fermentacyjna kiszonek z traw, lucerny czy kukurydzy i im wyższa jest ich wartość pokarmowa, tym są bardziej „ekologiczne”. I nie chodzi tutaj o wyciek soku kiszonkowego z silosu, co w przeszłości było zmorą w produkcji kiszonek z liści buraczanych czy mokrych wysłodków buraczanych. Nie chodzi tu także o odór pochodzący z psujących się kiszonek. Spróbujmy popatrzeć na ten problem z punktu widzenia emisji metanu w żwaczu.
Poprawa wartości pokarmowej kiszonek, w tym zwiększenie strawności składników pokarmowych przez właściwy termin zbioru, dobór gatunków i odmian traw czy odmian lucerny, powoduje zwiększenie stosunku węglowodanów niestrukturalnych do włókna, co zwiększa tempo fermentacji w żwaczu i ilość dostępnego wodoru wykorzystywanego w procesie metanogenezy. Z tego powodu, jeżeli przeliczy się ilość metanu powstającą ze zwiększonego pobrania suchej masy i zwiększonej strawności masy organicznej w żwaczu, to poprawa wartości pokarmowej sprzyja emisji metanu. To tak jak w porównaniu krów wysoko- i niskowydajnych, w którym w wartościach bezwzględnych krowy wysokowydajne produkują więcej metanu w przeliczeniu na „głowę” krowy.

Jeżeli jednak wyższa wartość pokarmowa zwiększa pobranie paszy i przez to zwiększa tempo wypływu cząstek paszy ze żwacza (z nich powstanie mniej metanu), to zwiększenie wartości pokarmowej zmniejsza ilość metanu powstającego z jednego kilograma pobranej suchej masy (Beauchemin i wsp., 2019). Ponadto wyższa wartość pokarmowa kiszonek zwiększa produkcyjność zwierząt, co zmniejsza ilość metanu powstającego w żwaczu w przeliczeniu na litr produkowanego mleka. Produkując kiszonki o wyższej wartości pokarmowej, dzięki którym możliwe jest wyprodukowanie większej objętości mleka, działamy proekologicznie, zmniejszając emisję metanu. Dzięki obecności takich kiszonek w dawce pokarmowej zmniejsza się udział w dawce pasz treściwych, a ich wyprodukowanie pociągało za sobą emisję CO2 (produkcja, transport itp.). Klasycznym przykładem może być zmniejszenie udziału pasz treściwych w dawce w wyniku przyspieszenia terminu zbioru traw (Randby i wsp., 2012).

W tych rozważaniach warto jednak pamiętać, że wcześniejszy zbiór zmniejsza plon zielonej masy, co może zwiększyć areał potrzebny do produkcji masy zielonej (Kuoppala i wsp., 2008), to zwiększa ilość nawozów, których produkcja emituje duże ilości CO2. Ponadto stosowanie nawozów emituje do środowiska związki azotowe, w tym tlenek azotu (N2O), będący również gazem cieplarnianym.

Podsumowując powyższe za i przeciw, poprawa wartości pokarmowej kiszonek jest jednym ze sposobów ograniczania emisji metanu w produkcji mleka. Według Knappa i wsp. (2014) zwiększenie jakości pasz objętościowych, w tym kiszonek, a także odpowiedni dobór pasz objętościowych w dawce może zmniejszyć produkcję metanu nawet o ok. 5% w przeliczeniu na jeden litr mleka. Hristov i wsp. (2013) uważają poprawienie jakości pasz objętościowych za jedną z najefektywniejszych metod ograniczania emisji metanu w chowie krów mlecznych. W jej efekcie poprawia się efektywność produkcji mleka, co „rozcieńcza” potrzeby bytowe krów i zmniejsza liczbę zwierząt niezbędnych do wyprodukowania tej samej ilości produktu (mleka).

Gastelen i wsp. (2019) w metaanalizie, opartej na wynikach 17 doświadczeń, badali zależność między ilością produkowanego metanu (g/kg pobranej suchej masy) a wskaźnikami (parametrami) jakości i wartości pokarmowej kiszonek. W przypadku kiszonek z traw, im wyższa była strawność masy organicznej i zawartość białka ogólnego, tym niższa była produkcja metanu w żwaczu. Z kolei wzrastała wraz ze wzrostem zawartości NDF w kiszonkach, co w praktyce oznacza, że im wcześniejszy był zbiór traw na kiszonkę, tym mniej metanu powstawało w żwaczu krów. Innymi słowy, zwiększanie jakości kiszonek jest sposobem na obniżenie emisji metanu. Podobnie w przypadku kiszonek z całych roślin kukurydzy: im mniej zawierały NDF, tym mniejsza była produkcja metanu w żwaczu. Ilość metanu produkowanego w żwaczu była znacznie mniejsza w przypadku kiszonki z kukurydzy niż w przypadku kiszonki z traw. W opinii Gastelena i wsp. (2019) zastępowanie w dawkach pokarmowych kiszonek z traw kiszonkami z kukurydzy jest również skutecznym sposobem ograniczania produkcji metanu w chowie krów mlecznych. Co ciekawe, podobne zastępowanie kiszonką z kukurydzy kiszonki z lucerny nie miało wpływu na emisję metanu.

Podsumowanie

W żwaczu krów mlecznych powstaje metan, jeden z najważniejszych gazów cieplarnianych. Im wyższa jest wydajność mleka, tym mniejsza jest ilość metanu produkowana na jeden litr mleka, co oznacza, że bardziej ekologiczne pod tym względem są krowy wysokowydajne niż na przykład niskowydajne zwierzęta utrzymywane w gospodarstwach ekologicznych. Im wyższa jest wartość pokarmowa kiszonek, tym wyższa może być produkcyjność krów, a przez poprawę jakości i wartości pokarmowej kiszonek zmniejsza się emisję metanu w produkcji mleka. 

Wysoka jakość kiszonek jest jednym ze sposobów zmniejszenia emisji metanu przez wysokowydajne krowy mleczne

Zbliżające się wydarzenia