Redukcja emisji metanu – nowe wyzwanie dla polskiej hodowli

Abstrahując od danych liczbowych obwiniających sektor produkcji zwierzęcej i od dyskusji na temat jego udziału w procesie zmian klimatycznych, działania mające na celu ograniczenie emisji gazów cieplarnianych przez bydło są bezsprzecznie pożądane. Dlatego wszystkie sektory, związane zarówno z żywieniem, selekcją, jak i zarządzaniem stadami krów mlecznych, powinny brać pod uwagę tę konieczność. Udział hodowców w walce mającej na celu zahamowanie niekorzystnych zmian klimatycznych z pewnością będzie dobrze postrzegany przez konsumentów, co dziś niewątpliwie jest bardzo ważne.

tekst: Tomasz Krychowski, Mateusz Uciński

Jak podają badania, rolnictwo w skali światowej odpowiedzialne jest za produkcję 14,5% gazów cieplarnianych. We Francji, gdzie stanowi ważny element gospodarki, odsetek ten jest jeszcze wyższy i wynosi 17,2% (wykres 1), w Niemczech – 7,3%, a w Holandii – 9,8%. Hodowla bydła stanowi ok. 60% tej produkcji. Problemem nie jest wyłącznie dwutlenek węgla, rolnictwo jest głównym źródłem dwóch innych gazów: metanu (37% produkcji światowej) i podtlenku azotu (65%). Jako że współczynnik ocieplenia metanu jest 25-krotnie wyższy niż dwutlenku węgla, w artykule tym zajmiemy się analizą produkcji tego gazu przez bydło i możliwościami jej redukcji. Fermentacja w przewodzie pokarmowym reprezentuje 50% emisji gazów cieplarnianych bydła (wykres 2).

Jak powstaje metan i jaką pełni rolę?

Metan jest jednym z produktów rozpadu węglowodanów w żwaczu, obok lotnych kwasów tłuszczowych, etanolu, dwutlenku węgla czy wodoru. W procesie odbijania zachodzącym u krowy poza metanem usuwane są takie związki, jak wspomniany wcześniej dwutlenek węgla, wodór, azot i siarkowodór. W ciągu doby w jej organizmie jest tworzonych, poprzez działanie symbiotycznych bakterii metanogennych bytujących w przedżołądku, ok. 250–400 l metanu, a do jego syntezy wykorzystywane są głównie wodór i dwutlenek węgla. Produkcja metanu przez bydło stanowi 40% ogólnej produkcji tego gazu. Pamiętać należy, że metan jest gazem wysokoenergetycznym, więc jego emisja łączy się ze stratami energii. Takie straty u bydła, powstałe na drodze monogenezy, szacuje się na 2–14%. Wartość kaloryczna metanu to ponad 13 kcal/g – jest to bardzo niekorzystne zjawisko, ponieważ krowy w okresie laktacji są szczególnie narażone na deficyt energetyczny związany z potrzebami bytowymi i produkcyjnymi.

Jak mierzyć ilość metanu u krów?

Po kilku latach intensywnych prób opracowano cztery systemy aparatury pozwalające mierzyć ilość metanu wydzielanego przez krowy:

• Komora Respiracyjna – zbiera wydychane powietrze i mierzy stężenie metanu podczas 2–5 dni od jednego zwierzęcia. Jej koszt wynosi między 50 a 80 tys. euro.
• SF6 – system wykorzystujący czujnik gazu wmontowany w obrożę; cena 500 euro.
• Green Feed – system wykorzystujący czujnik gazu zamontowany w dystrybutorze paszy. Jeden aparat dla 20 krów w cenie 50 tys. euro.
• Laser Methane Dedector – wykorzystuje technologię spektometrii absorbcji. Pomiar trwa cztery minuty. Aparat służy do pomiaru w przypadku większej liczby zwierząt i kosztuje 12 tys. euro.

Rezultaty pomiaru emisji metanu pokazują 200–900 g CH4 produkowanego dziennie przez krowy.

Jak zmniejszyć emisję metanu przez krowy?

Ilość metanu uwalniana do atmosfery w wyniku hodowli zwierząt stanowi ok. 40% jego całkowitej produkcji na świecie. Przyczynia się on do powstania globalnego ocieplenia w większym stopniu niż emisja CO2. Niestety, nie sposób całkowicie ograniczyć powstawanie tego gazu, ale należy zmniejszyć jego emisję do środowiska. W ostatnich latach przeprowadzono w Europie wiele badań naukowych, których celem było poznanie mikrobiologicznych i genetycznych przyczyn i czynników sprzyjających dużej produkcji metanu przez krowy. Jeden z takich programów (RUMINOMICS), finansowanych przez Unię Europejską w latach 2012–2015, przeanalizował dane od tysiąca krów z gospodarstw znajdujących się w różnych krajach Europy. Posłużyły one do określenia podstaw genetycznych dużej produkcji metanu zarówno u krów, jak i u mikroorganizmów żyjących w ich jelitach. Naukowcy przyjrzeli się także zmianom mikroorganizmów jelitowych, cechom pożądanym przez hodowców oraz wpływowi paszy na produkcję tego gazu.

Co ciekawe, ustalono, że genetyczna selekcja krów mlecznych emitujących mniej metanu oznacza jednocześnie selekcję zwierząt charakteryzujących się mniejszą wydajnością produkcji mleka. Tym samym krowy takie wytwarzają więcej metanu na jednostkę surowca. Zwierzęta charakteryzujące się większą mlecznością mogą wytwarzać większe ilości gazu, ale ponieważ dają więcej mleka, zawartość metanu w jednostce surowca jest mniejsza. Oznacza to, że hodowcy powinni selekcjonować przeżuwacze o większej mleczności, a nie takie, które emitują mniej metanu. Należy zaznaczyć, że za emisję odpowiada przede wszystkim odżywianie – nie mikroorganizmy. Niezależnie od tego uczeni znaleźli pewne mikroorganizmy jelitowe powiązane z mniejszymi emisjami metanu.

Projekt RUMINOMICS dostarczył obszernych danych na temat genetycznych podstaw emisji gazów cieplarnianych w przemyśle mleczarskim. Odkrycia te pomogą zwiększyć wydajność hodowli bydła mlecznego i jednocześnie zmniejszyć emisję metanu.

We Francji powstało „Konsortom CH4”, składające się z jedenastu firm związanych z produkcją mleka (mleczarnie, producenci paszy, organizacje hodowlane), i INRA z budżetem 1,8 mln euro w celu stworzenia rozwiązań operacyjnych pozwalających na ograniczenie emisji metanu w hodowli przeżuwaczy (bydło, owce) w okresie 2015–2020.

Wszystkie te badania pokazują, że aby zredukować emisję metanu, należy działać zarówno na

• zwierzę jako takie, przez odpowiedni system hodowlany i jego selekcję,
• jak i na jakość paszy i mikroorganizmów w żwaczu.

W systemie hodowlanym trzeba redukować wiek przy pierwszym wycieleniu, popierać długowieczność stada, zmniejszać procent remontu i liczbę zwierząt nieprodukujących, aby ograniczyć emisję metanu. Badania pokazały również, że produkcja tego gazu jest cechą odziedziczalną z h2 : 0,15 do 0,35, skorelowaną pozytywnie z innymi cechami. Selekcja tej cechy jest więc możliwa, ale wymaga znalezienia równań predykcyjnych pozwalających na selekcję genomiczną. W wielu krajach naukowcy obecnie pracują w tym kierunku, który wymaga fenotypowania dużej liczby zwierząt.

Jeśli chodzi o wpływ żywienia, to prawidłowe zbilansowanie dawki pokarmowej pod względem udziału węglowodanów strukturalnych i niestrukturalnych jest kluczowe w redukcji metanu. Zmniejszenie odczynu żwacza poniżej pH 5,6 ogranicza też metanogenezę.

Naturalne substancje oddziałujące na redukcję emisji tego gazu, które nie stanowią zagrożenia dla zdrowia zwierząt, to: probiotyki, prebiotyki, enzymy, oligosacharydy etc., a także substancje roślinne: taniny, olejki eteryczne i wiele innych związków mają wpływ na ilość produkowanego metanu.

Drożdże Saccharomyces cerevisiae znane są z pozytywnego wpływu na jakość i ilość mleka, poprawiają również strukturę populacji mikroorganizmów w żwaczu, co wpływa na ograniczenie produkcji metanu.

Podsumowanie

Tematy związane z ekologią nie schodzą z pierwszych stron gazet, a zarzuty dotyczące globalnego problemu ocieplania się klimatu wysyłane są coraz częściej w kierunku hodowli bydła. Rolnictwo w skali światowej odpowiedzialne jest za produkcję 14,5% gazów cieplarnianych, a hodowla bydła reprezentuje ok. 60% tej produkcji, w której metan, stanowiący dużą jej część, jest gazem wysokoenergetycznym. Hodowla bydła w swojej praktyce będzie musiała wziąć pod uwagę ten nowy parametr, którego praktyczną optymalizację starają się opracować ostatnie badania naukowe w Europie. Pokazują one wyraźnie, że zarówno w selekcji, jak i w żywieniu istnieją możliwe drogi do ograniczenia emisji metanu przez bydło.

Polska hodowla bydła mlecznego powinna jak najszybciej wziąć pod uwagę to nowe wyzwanie, żeby nie zostać w tyle na coraz bardziej konkurencyjnym rynku mleka. 