Zmiany klimatyczne a występowanie stresu cieplnego

W najbliższych 50 latach prognozowane jest zwiększenie liczby ludności na świecie z 7,6 do 10,5 mld, co spowoduje konieczność zwiększenia produkcji żywności. Dynamicznemu rozwojowi demograficznemu towarzyszyć będzie wzrost konsumpcji produktów pochodzenia zwierzęcego, w tym mleka i jego pochodnych, oraz konieczność podwojenia globalnej produkcji. Z drugiej jednak strony aktualnie jednymi z poważniejszych problemów gospodarczych, społecznych oraz ekologicznych są postępujący deficyt wody, rosnąca konkurencja o dostępność do gruntów rolnych niezbędnych do produkcji żywności oraz emisja gazów cieplarnianych, w tym metanu (CH₄) i dwutlenku węgla (CO₂).

tekst: Dr hab. Barbara Stefańska, Katedra Łąkarstwa i Krajobrazu Przyrodniczego,
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, zdjęcie: Adrian Infernus (Unsplash)

Chociaż przyczyny globalnego ocieplenia mogą być różne, to jednak najczęściej podkreśla się negatywny wpływ emisji przede wszystkim CH₄, który – mimo że stanowi tylko 14,5% w ogólnej puli globalnie produkowanych gazów cieplarnianych – charakteryzuje się kilkadziesiąt razy większym negatywnym efektem cieplarnianym w porównaniu z CO₂. Eksperci zajmujący się zmianami klimatycznymi jako jedno z podstawowych źródeł metanu pochodzenia antropogenicznego wskazują produkcję zwierzęcą, w tym przede wszystkim zwierzęta przeżuwające – krowa mleczna produkuje rocznie ok. 100–120 kg CH₄. Bydło, ze względu na specyficzną budowę układu pokarmowego, w wyniku fermentacji składników odżywczych dawki, w tym głównie włókna surowego i jego frakcji (NDF i ADF) w żwaczu, oprócz energii w postaci lotnych kwasów tłuszczowych wytwarza również gazy fermentacyjne, w tym CO₂ i wodór (H₂). Metanogeny (bakterie z grupy archeonów), stanowiące ok. 3% populacji mikroorganizmów zasiedlających żwacz, asymilują wolne atomy H₂ z cząsteczkami CO₂, produkując metan. Analizując praktyczne żywienie wysokowydajnej krowy mlecznej, CH₄ powstający w wyniku wyżej opisanego procesu metanogenezy generuje straty energii brutto paszy na poziomie od 10% do 15%, co bezpośrednio i negatywnie oddziałuje na wyniki produkcyjne. Jednakże w tym miejscu należy podkreślić, że w publikowanych raportach międzynarodowych oraz wynikach badań prezentowanych na konferencjach naukowych poświęconych powyższej tematyce dane liczbowe dotyczące udziału metanu produkowanego przez bydło w całkowitej globalnej produkcji tego gazu cieplarnianego są bardzo zróżnicowane i zawierają się w przedziale od 2% do nawet 30%! Ponadto, mając na uwadze aktualną sytuację społeczno-gospodarczą oraz proponowane rozwiązana legislacyjne zarówno w obszarze badań naukowych, jak i w prowadzonych obserwacjach w praktyce, aktualnie poszukuje się rozwiązań żywieniowych i organizacyjnych mających na celu ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, a tym samym minimalizację negatywnego oddziaływania zwierząt przeżuwających na środowisko naturalne. Wśród podstawowych, a zarazem najprostszych, można wskazać optymalizację technologii produkcji pasz objętościowych konserwowanych (m.in. terminu zbioru, zawartości suchej masy oraz, skorelowaną z nią, koncentrację węglowodanów strukturalnych), jak również modelu żywienia wysokowydajnej krowy mlecznej i strawności składników pokarmowych – największa produkcja mleka z 1 kg suchej masy dawki pokarmowej. Kolejnym, podkreślanym już wcześniej na łamach czasopisma „Hodowla i Chów Bydła”, ważnym obszarem jest podejmowanie wszelkich działań mających na celu wydłużenie długowieczności bydła o mlecznym kierunku użytkowania – pierwiastki w pierwszej laktacji przy niższej wydajności emitują więcej gazów cieplarnianych w przeliczeniu na każdy 1 kg wyprodukowanego mleka w porównaniu z krowami wieloródkami w piątej czy szóstej laktacji przy znacznie wyższej produkcyjności.

Bezpośrednią konsekwencją obserwowanych negatywnych zmian klimatycznych jest wzrost częstotliwości występowania ekstremalnych zjawisk pogodowych, w tym krótkookresowych, intensywnych opadów atmosferycznych oraz cieplejszych i bardziej suchych sezonów letnich, którym coraz częściej towarzyszą tzw. noce tropikalne, podczas których w najchłodniejszym momencie temperatura powietrza nie spada poniżej 20°C. Jeszcze nie tak dawno wymienione powyżej negatywne ekstrema były opisywane w charakterystyce obszarów znajdujących się w strefach klimatu tropikalnego oraz subtropikalnego. Obecnie zmiany wzorców pogodowych dostrzegane są również w obszarach strefy klimatu umiarkowanego, w tym także w naszym kraju. Globalne ocieplenie klimatu wpływa na efektywność produkcji mleka, oddziałując negatywnie i bezpośrednio zarówno na produkcję roślin pastewnych, w tym doskonałych pasz objętościowych konserwowanych, stanowiących podstawę bazy paszowej, jak i na organizm wysokowydajnej krowy mlecznej. Zarówno globalny wzrost średniej dobowej temperatury, jak i duża produkcja ciepła związana z procesem fermentacji składników pokarmowych w żwaczu i ich metabolizmem w wątrobie, dodatkowo rosnąca wraz z wydajnością, zwiększają trudności z jego oddawaniem z organizmu do środowiska zewnętrznego. W konsekwencji połączenie powyższych czynników powoduje odczuwanie przez wysokowydajne krowy mleczne stresu cieplnego (SC), który definiowany jest jako stan występujący, gdy zwierzę nie może rozproszyć odpowiedniej ilości ciepła – zarówno wytwarzanego, jak i wchłoniętego ze środowiska zewnętrznego w celu utrzymania równowagi termicznej organizmu. Krowy mleczne wykształciły dwa podstawowe mechanizmy adaptacyjne utrzymania bilansu cieplnego i termoregulacji ciała w warunkach stresu cieplnego (schemat 1). Pierwszym z nich jest rozproszenie ciepła poprzez wzrost temperatury ciała, częstotliwości oddechów, ślinienia, dyszenia oraz pocenia. Drugim są zmiany w behawiorze – zmniejszenie aktywności ruchowej, wydłużenie okresów stania, skrócenie czasu leżenia, odpoczywania i przeżuwania oraz nieustanne poszukiwanie cienia.

Niestety, zarówno rozproszenie ciepła, jak i zmiany w zachowaniu nie chronią przed negatywnymi skutkami odczuwania przez wysokowydajne krowy mleczne stresu cieplnego. Intensywne dyszenie powoduje nadmierne usuwanie CO₂ z organizmu (mniej HCO₃^–), któremu często towarzyszy intensywne ślinienie, co znacznie ogranicza możliwości buforowania pH płynu żwacza, zwiększając tym samym ryzyko wystąpienia podostrej kwasicy żwacza. Z kolei skrócenie czasu poświęconego na leżenie i odpoczywanie powoduje wzrost częstotliwości występowania schorzeń racic na skutek m.in. nadmiernego obciążenia kończyn. Odczuwanie SC powoduje obniżenie pobrania suchej masy dawki pokarmowej, co pośrednio negatywnie wpływa na wyniki produkcyjne (obniżenie wydajności nawet o 30% i pogorszenie składu chemicznego mleka), zmniejszenie zawartości tłuszczu o 0,4% i białka o 0,2% oraz wzrost LKS nawet o 100 tys./ml, sprzyjając wystąpieniu mastitis. Stres cieplny, oprócz obniżenia pobrania dawki pokarmowej, powoduje wzrost spożycia wody, co z kolei sprzyja wystąpieniu metabolicznej alkalozie jako efekt nadmiernego wydalania moczu i potu, a wraz z nimi składników mineralnych, w tym potasu i sodu. SC skutkuje podobnymi zaburzeniami przemian metabolicznych składników pokarmowych w wątrobie, jak w przypadku ujemnego bilansu energii w okresie przejściowym – obniżenie koncentracji glukozy oraz wzrost zarówno insuliny, jak i wolnych kwasów tłuszczowych sprzyjające wystąpieniu insulinooporności. Ponadto sprzyja rozwojowi stresu oksydacyjnego, związanego z gromadzeniem się wolnych rodników w organizmie krowy, czego następstwem jest obniżona odporność, prowadząca pośrednio m.in. do zatrzymania łożyska oraz stanów zapalnych błony śluzowej macicy. Analizując najnowszą literaturę, warto podkreślić, że aktualnie poszukuje się biomarkerów mechanizmów biologicznych łączących wystąpienie stresu cieplnego i ujemnego bilansu energii z odpornością krów mlecznych, szczególnie w newralgicznym okresie przejściowym, których wystąpienie jest skorelowane z pogorszeniem płodności. Stres cieplny wpływa negatywnie na gospodarkę hormonalną, pogarsza sekrecję hormonów płciowych, determinuje skład płynu pęcherzykowego, a przez to również proces ostatecznego dojrzewania oocytów, których jakość koreluje ze skutecznością pierwszego zabiegu inseminacyjnego, a ta z kolei ze wskaźnikiem pregnancy rate oraz długością okresów międzyciążowego i międzywycieleniowego. Opisane powyżej negatywne efekty bezpośrednie i pośrednie odczuwania przez wysokowydajne krowy mleczne dyskomfortu termicznego generuje znaczne straty ekonomiczne dla hodowcy bydła mlecznego i producenta mleka. Szacuje się, że koszt wystąpienia stresu cieplnego w stadach bydła mlecznego w USA wynosi rocznie aż 900 mln dolarów!

Zakres komfortu termicznego dla bydła zawiera się w przedziale od 5°C do 20°C. Dodatkowo wraz ze wzrostem wydajności o każde 10 kg mleka obniża się o 5°C zakres tolerancji na temperaturę. Jest to związane m.in. ze wzrostem o ok. 48% produkcji ciepła przez organizm wysokowydajnej krowy mlecznej (fermentacja w żwaczu, metabolizm w wątrobie, synteza mleka w gruczole mlekowym) w laktacji w porównaniu z okresem zasuszenia. Jednakże analiza tylko temperatury powietrza w kontekście oceny dobrostanu cieplnego bydła nie jest doskonała, a przy określaniu jego poziomu należy uwzględnić pozostałe parametry mikroklimatu budynku inwentarskiego, w tym wilgotność względną. Badania naukowe prowadzone w tym obszarze, począwszy od lat 90. ubiegłego wieku, zaowocowały opracowaniem indeksu bioklimatycznego temperatury i wilgotności względnej (ang. temperature-humidity index; THI), który służy do ceny stopnia nasilenia odczuwania stresu cieplnego. Wskaźnikami pomocniczymi w ocenie komfortu termicznego wysokowydajnych krów mlecznych są również wskaźniki fizjologiczne, takie jak temperatura wewnętrzna ciała (powyżej 38,6°C) oraz częstotliwość oddechów (powyżej 80 w ciągu minuty). Aktualnie nadal brak jednoznacznie doprecyzowanych wartości rekomendowanych indeksu THI potwierdzających wystąpienie dyskomfortu termicznego, a proponowane zakresy zawierają się w przedziale od 68 do nawet 82, co równocześnie utrudnia wskazanie najbardziej narażonych zwierząt w stadzie. Z drugiej strony, analizując liczne opracowania związane z powyższą tematyką badawczą w warunkach strefy klimatu umiarkowanego znajdującego się w środkowej i wschodniej części Europy, opublikowane w okresie ostatnich trzech lat w opiniotwórczym czasopiśmie „Journal of Dairy Science”, przyjmowano wartość THI przekraczającą 72 jako tożsamą z odczuwaniem przez wysokowydajne krowy mleczne stresu cieplnego (schemat 2). W tym miejscu należy również dodać, że wartość THI obliczona na podstawie danych pozyskanych ze stacji meteorologicznych znajdujących się w znacznej odległości od gospodarstwa może znacząco różnić się od faktycznych warunków panujących wewnątrz budynku inwentarskiego. Dlatego w celu pozyskania precyzyjnych danych konieczne jest zainstalowanie odpowiednich urządzeń rejestrujących wskaźniki mikroklimatu w oborze. W praktyce precyzyjniejszymi urządzeniami w porównaniu ze stacjami meteorologicznymi są bezprzewodowe loggery mikroklimatu umożliwiające monitoring m.in. temperatury i wilgotności względnej (ang. on-line). Niestety pomimo rosnącej świadomości i wiedzy związanej z negatywnym wpływem oddziaływania stresu cieplnego na organizm wysokowydajnej krowy mlecznej oraz ponoszonymi z tego tytułu realnymi, policzalnymi stratami ekonomicznymi hodowcy nie prowadzą monitoringu wartości indeksu THI w oborach. W praktyce pozwoliłoby to na wczesne podjęcie działań mających na celu przeciwdziałanie negatywnemu oddziaływaniu dyskomfortu termicznego na efektywność produkcji mleka w gospodarstwach.

Mając na uwadze postępujące zmiany klimatyczne oraz istotny negatywny wpływ odczuwania przez wysokowydajne krowy mleczne stresu cieplnego na efektywność produkcji mleka, w celu poprawy komfortu termicznego należy rozpocząć od podstawowych, a zarazem najprostszych rozwiązań, do których z pewnością można zaliczyć m.in. analizę żywienia krowy mlecznej w cyklu produkcyjnym oraz doskonalenie dobrostanu i zarządzania stadem.

Stres cieplny – żywienie – rekomendacje

• maksymalizacja pobrania suchej masy dawki pokarmowej w okresie przejściowym;
• analiza bilansu kationowo‑
• -anionowego dawki pokarmowej (DCAB mEq/1 kg suchej masy) – utrata elektrolitów, w tym Na, Cl, K – zagrożenie metaboliczną alkalozą;
• analiza zbilansowania dawki pokarmowej – nadmiar białka ulegającego rozkładowi w żwaczu przy niedoborze energii = pogłębienie ujemnego bilansu energii – 12 kcal na każdy 1 g syntetyzowanego mocznika w wątrobie;
• analiza „jakości węglowodanów” w dawce pokarmowej – wysłodki buraczane (pektyny);
• stabilność tlenowa pasz objętościowych konserwowanych – zagrzewanie TMR lub PMR na stole paszowym (stosować kwasy organiczne, np. benzoesowy, sorbowy, propionowy), pogorszenie smakowitości;
• analiza niedojadów;
• dodatki paszowe – drożdże paszowe, tłuszcz chroniony (więcej w składzie C18:0 niż C16:0;
• 300–500 g/szt.), kwaśny węglan sodu, tlenek magnezu.

Stres cieplny – dobrostan – rekomendacje

• dostęp do poideł – min. 10 cm dostępu liniowego/krowę (również poczekalnia i bezpośrednio po doju – dobowe wydzielenie wody 10–15 l – w warunkach SC nawet 30 l);
• ograniczenie oczekiwania na dój;
• temperatura w budynku max. >5°C od temperatury zewnętrznej – trudne latem;
• sucha ściółka;
• wentylatory – ale jeśli to możliwe nie nad stołem paszowym – „wysuszanie dawki pokarmowej”;
• osłona przed słońcem – kurtyny boczne;
• dostęp do stołu paszowego
• – min. okres przejściowy 77 cm/szt.
• oraz laktacja 65 cm/szt.;
• program schładzania krów zarówno zasuszonych (min. 3 tyg. przed wycieleniem!), jak i w laktacji
• (wentylator + zraszanie) =
• = wentylator, ruch powietrza 3 m/s + nawilżanie tzw. grubą kroplą w cyklu ok. 30 sek. co 5 min – sesja schładzania od 40 do 60 min.

Stres cieplny – zarządzanie stadem – rekomendacje

• zmiana proporcji zadawanej mieszanki – np. 40% rano i 60% wieczorem;
• zwiększenie częstotliwości zadawania dawki pokarmowej w ciągu doby – krowy pobierają paszę częściej we wczesnych godzinach porannych, późnym wieczorem oraz w nocy;
• zmiana godzin doju – szczególnie „wysokowydajne” dojone 3 razy w ciągu doby – trudne organizacyjnie;
• ograniczenie czynników stresowych i przegrupowań zwierząt – szczególnie okres przejściowy od -10 d do -3 d przed wycieleniem. 