Czy zwierzęta nas trują?
Według FAO całkowita emisja gazów cieplarnianych pochodzących z działalności rolniczej – z upraw i lasów, od inwentarza żywego oraz z działalności związanej z rolnictwem stanowi około 22–24% globalnej ich emisji pochodzącej z działalności człowieka.
Chów i hodowla zwierząt są uważane za szkodliwe dla środowiska. Budynki inwentarskie są miejscami powstawania wielu gazów i odorów – dwutlenku węgla, amoniaku, siarkowodoru, metanu, indolu, fenolu, skatolu, merkaptanu i wielu innych.
Do gazów szklarniowych zalicza się dwutlenek węgla, metan oraz tlenek diazotu (podtlenek azotu), czyli gaz rozweselający. Ponadto atmosferę „zanieczyszcza” też para wodna. Ich stężenie w atmosferze otaczającej Ziemię zwiększa się sukcesywnie na skutek działalności człowieka, co powoduje zmiany klimatyczne – ocieplenie. Czas półtrwania metanu w atmosferze wynosi 10–15 lat, a podtlenku azotu aż 100 lat. Natomiast dwutlenek węgla przetrwać może w atmosferze od 50 do 200 lat. Najniebezpieczniejszymi z tych gazów są metan i podtlenek azotu. Całkowity potencjał cieplarniany metanu jest 25-krotnie, a podtlenku azotu aż 298-krotnie większy niż dwutlenku węgla. Liczby te pozwalają na obliczenie tzw. ekwiwalentu dwutlenku węgla. Jest on wskaźnikiem umożliwiającym przedstawienie emisji gazów szklarniowych do atmosfery w postaci jednej liczby.
W bilansie dwutlenku węgla jego emisja z oddychania zwierząt wynosi 13,7 do 21%, ale podlega on w przyrodzie obiegowi. Powstający u zwierząt w procesach metabolicznych dwutlenek węgla jest uwalniany do atmosfery i ponownie z niej pobierany przez rośliny, które są paszą dla zwierząt. Wobec tego jego emisję uznaje się za neutralną.
Za ocieplanie się klimatu jest odpowiedzialna między innymi światowa emisja metanu w 18,6%, jednak w przypadku np. bydła jedynie w 3,5%.
Zwierzęta nie wytwarzają podtlenku azotu, ale są jego prekursorami, gdyż powstaje on z rozkładu związków organicznych odchodów (obornika, gnojowicy). Emitują go gleby nawożone nawozami mineralnymi i organicznymi. Około 90% tego gazu w atmosferze pochodzi z mikrobiologicznego rozkładu w glebie azotanów i amoniaku, a jego wpływ na efekt cieplarniany szacuje się na 4%. Zwierzęta wydalają w moczu i kale ponad połowę pobranego azotu, co sprawia, że ilość tlenku diazotu z nich pochodząca stanowi 50% całkowitej jego emisji z rolnictwa. Około 40% tego związku powstającego w produkcji zwierzęcej produkują zwierzęta wypasane. Mocznik zawarty w moczu jest źródłem amoniaku i dwutlenku węgla. Pierwszy z nich jest substratem dla bakterii glebowych tworzących z niego podtlenek azotu.
Badania rdzeni lodowych pobranych na Antarktydzie wskazały, że aktualna zawartość dwutlenku węgla w powietrzu jest najwyższa od ponad 650 tys. lat, ale z innych danych wynika, że w okresie ostatnich 400 tys. lat nie było go mniej niż obecnie, co sugeruje, że nie był on pochodzenia antropogenicznego, czyli nie pochodził z działalności człowieka. Należy też uwzględnić w rozważaniach emisję gazów szklarniowych przez ich naturalnych producentów – z erupcji wulkanów czy podczas sztormów, a także powstających w trakcie pożarów lasów bądź sawann (z uwzględnieniem ich wypalania).
Produkcja zwierzęca a emisja gazów cieplarnianych
Analiza danych szacunkowych emisji gazów szklarniowych powstających w produkcji rolniczej, przede wszystkim w produkcji zwierzęcej wskazuje na istnienie dużych rozbieżności. Wynika to między innymi ze stosowania różnych metod obliczeniowych i badawczych (rys. 1).
Z niektórych danych wynika, że emisja gazów cieplarnianych przez inwentarz żywy stanowi od 10 do 51% ich emisji globalnej. Metanu hodowla zwierząt wytwarza 37% (podawane są także wartości na poziomie od 25 do 40%), podtlenku azotu – 65% i dwutlenku węgla – 9% ich globalnej ilości. Trzeba jednak uwzględnić fakt, że np. w latach 1970–2007 produkcja białka zwierzęcego wzrosła o 250%, a emisja gazów cieplarnianych z produkcji zwierzęcej zwiększyła się jedynie o 70%. W latach 2001–2010 produkcja jelitowa stanowiła 40, z odchodów – 16, z nawozów mineralnych – 13, z ryżu niełuskanego – 10, z gospodarowania odchodami – 7, z wypalania sawann – 5% emisji gazów szkodliwych do atmosfery (dane FAO). Rolnictwo najwięcej gazów szklarniowych wytworzyło w Azji – 44, w obu Amerykach – 25, w Afryce – 15, w Europie – 12, a w Oceanii – 4%.
Wielkotowarowa produkcja bydła, świń i drobiu odpowiada za emisję 64% amoniaku niebędącego gazem cieplarnianym, natomiast gazów cieplarnianych na poziomie: metanu – 37% i podtlenku azotu – 65%. Mniejsze znaczenie ma hodowla owiec i koni.
Wydzielanie CH4 przez różne grupy inwentarza żywego (Flachowsky, Lebzien 2007)
Wydzielanie metanu (g/kg pobranej suchej masy)
Grupa
Przeżuwacze 10–40
Konie 2–12
Świnie 0–8
Wydajność a emisja gazów cieplarnianych
Gatunek zwierząt, jakość skarmianych pasz, sposoby i techniki żywienia, gospodarowanie odchodami oraz warunki środowiska, to czynniki determinujące wielkość emisji gazów szklarniowych z produkcji zwierzęcej. Z danych szacunkowych pochodzących z 27 państw Unii Europejskiej wynika, że najmniej uciążliwa i charakteryzująca się najlepszym wykorzystaniem paszy oraz najmniejszą niezbędną powierzchnią paszową w przeliczeniu na jednostkę otrzymywanego produktu jest produkcja mleka, następnie tucz świń i produkcja drobiarska. Bardziej niekorzystne oddziaływanie ma produkcja mięsa wołowego, gdyż chów jest prowadzony z reguły ekstensywnie, poprzez wypasanie.
Przeżuwacze
Podstawowymi paszami tych zwierząt są pasze objętościowe ulegające w żwaczu rozkładowi mikrobiologicznemu i podlegające dalszemu trawieniu oraz fermentacji w jelicie. W porównania z paszami treściwymi są one bardziej metanogenne (rys. 2).
Wzrost produkcji mleka wymaga skarmiania większych ilości pasz treściwych. Krowa produkująca rocznie 4 tys. litrów mleka wytwarza około 94 kg metanu, ale dwukrotny wzrost ilości mleka – do 8 tys. litrów, zwiększa produkcję tego gazu do około 122 kg, czyli o około 30%. Dalsze zwiększenie wydajności o kolejne 4 tys. litrów mleka – do 12 tys., zwiększa ilość produkowanego metanu już tylko o 20% w porównaniu z krową mniej wydajną. W przeliczeniu na 1 kg wyprodukowanego mleka oraz białka, produkcja metanu maleje o połowę. Aby utrzymać produkcję mleka na wysokim poziomie, należy utrzymywać krowy bardziej wydajne, które są żywione intensywnie, co powoduje mniejszą emisję metanu do atmosfery.
Produkcja metanu przez przeżuwacze i jego emisja do środowiska jest zróżnicowana w zależności od gatunku zwierząt i grupy produkcyjnej.
Emisja metanu przez różne grupy przeżuwaczy (Flachowsky, Lebzien 2007)
Grupa produkcyjna Emisja metanu
(g/dzień/zwierzę)
Krowy mleczne zasuszone 150–300
Krowy dojne 200–600
Jałówki 110–250
Opasy 80–220
Kozy, owce 5–35
Niezależnie od masy ciała i wydajności krów, produkcja dwutlenku węgla w przeliczeniu na 1 kg spożytej suchej masy paszy dochodzi do 1,22 kg
w zależności od składu dawki pokarmowej i strawności składników pokarmowych. Populacja bydła licząca 1,3 mld sztuk produkuje rocznie 1,8 mld t dwutlenku węgla, czyli 6% jego całkowitej emisji.
Ilość powstającego gazu rozweselającego w produkcji bydlęcej wraz z nawożeniem azotowym zależy m.in. od rodzaju i wilgotności gleby, temperatury, rodzaju i ilości nawozów azotowych. W globalnej emisji tego gazu z produkcji rolniczej największy udział przypada bydłu niedojonemu – 44%, mniejszy krowom mlecznym – 16% i owcom – 12%.
Zwierzęta monogastryczne
Gazy cieplarniane wytwarzane przez świnie stanowią 9% globalnej emisji pochodzącej z produkcji zwierzęcej, przy czym w 61% powstają one w przemysłowym chowie tych zwierząt, a w 39% w chowie przydomowym i półintensywnym. Mniejsza wielkość produkcji wynika ze sposobu żywienia świń, w którym dawki pokarmowe zawierają 30–50% pasz lokalnych. Gazy cieplarnianie wytwarzane przez świnie w 70% pochodzą z tuczu, a w 10% z reprodukcji i odchowu.
Drób najbardziej obciąża środowisko poprzez emisję gazów szklarniowych pochodzących z odchowu brojlerów – prawie w 56%. W przypadku niosek wartość ta stanowi prawie 35%. Emisja z chowu przydomowego wynosi około 9%. Dla drobiu nie uwzględnia się fermentacji jelitowej.
Świnie i drób prawie nie emitują do atmosfery gazów cieplarnianych z fermentacji jelitowej w przeciwieństwie do przeżuwaczy. Wynika to z ich diety – skarmiania przede wszystkim śrut zbożowych i pasz pochodzenia zbożowego, które zawierają mniej włókna surowego niż pasze objętościowe.
Wzrost przyrostów dziennych u świń o 200 g powoduje spadek wydzielania dwutlenku węgla o 10–15%.
Lochy wydzielają go dziennie na poziomie 1,5–1,7 kg, a tuczniki – podobnie jak ludzie – 1 kg.
W globalnej emisji tlenku azotu z produkcji rolniczej udział zwierząt monogastrycznych jest najmniejszy i dla świń wynosi 9%, a dla drobiu – 6%.
Emisja gazów szklarniowych z odchodów świń wraz z nawożeniem organicznym, została w skali globalnej oszacowana na około 35,3% emisji pochodzącej z tej hodowli, a w przypadku drobiu – na 33,4%.
Inna działalność człowieka
Przemysłowa działalność człowieka jest potencjalnie bardziej niebezpieczna dla atmosfery, gdyż jej możliwości cieplarniane są znacznie większe niż dwutlenku węgla. Stosowane w produkcji aluminium perfluorowęglowodory są aż 7 390–12 220-krotnie bardziej ciepłotwórcze, przy czasie półtrwania w atmosferze wynoszącym kilkadziesiąt lat, natomiast heksafluorek siarki aż 22 800-krotnie z czasem półtrwania aż przez 3 200 lat.
Czy można ograniczyć niekorzystne oddziaływanie produkcji zwierzęcej?
Ograniczenie emisji gazów cieplarnianych wytwarzanych w produkcji rolniczej, zwłaszcza przez inwentarz żywy nie jest łatwe. Wzrost zapotrzebowania na żywność wynikający ze zwiększającej się liczby ludzi na Ziemi, zalecanie produkcji ekstensywnej – bardziej metanogennej, ale zapewniającej zwierzętom lepszy dobrostan, stoją ze sobą w sprzeczności. Jednym z rozwiązań może być manipulowanie składem dawek pokarmowych poprzez stosowanie różnych dodatków paszowych, co z kolei może zmniejszać wydajność zwierząt. Na przykład skarmianie traw słodkich (życic) obniża emisję metanu i przyrosty zwierząt, podobnie jak dodatek wyciągu z drzewa sandałowego. Jednak w przeliczeniu na 1 kg przyrostu masy ciała emisja tego gazu jest i tak większa o prawie 24% w porównaniu ze zwierzętami nie otrzymującymi tych traw. Istnieją jednak możliwości ograniczenia emisji metanu bez obniżania produkcji. Na przykład po podaniu kwasu rycynolowego, który jest składnikiem oleju rycynowego, emisja metanu zmalała prawie o 30%, a polepszyły się walory prozdrowotne mięsa i mleka przeżuwaczy z powodu modyfikacji profilu tłuszczowego.
Ograniczenie produkcji metanu u przeżuwaczy jest związane z mikroflorą żwacza, która może korzystać z energii zawartej w niektórych węglowodanach zaliczanych do włókna pokarmowego (np. z beta-glukanów). Diety kiszonkowe wspierają fermentację żwaczową prowadzoną przez mikroflorę bytującą w tym przedżołądku. Sprzyja temu powstawanie dużych ilości kwasu octowego, który jest prekursorem tłuszczu mleka, ale zmniejsza powstawanie metanu.
Zwiększanie koncentracji białka w dawkach pokarmowych, aby zmniejszyć emisję metanu prowadzi do zwiększenia wydalania azotu wraz z kałem, co obciąża środowisko. Dieta wysokoskrobiowa składająca się z siana i ziarna pszenicy oraz kiszonka z koniczyny czerwonej wykazują większy potencjał metanogenny niż zielonka lub kiszonka z traw. Z powodu różnic w stopniu rozkładu węglowodanów będących źródłem energii dla mikroflory żwacza, w układaniu dawek pokarmowych należy uwzględnić odpowiedni rodzaj paszy węglowodanowej. Białko zielonek z traw ulega degradacji żwaczowej w mniejszym stopniu niż białko kiszonek, co implikuje skarmianie wysłodków buraczanych zawierających wolniej fermentujące węglowodany i w stopniu zbliżonym do rozkładu białka zielonek. W przypadku kiszonek dobrym komponentem dawek będą śruta jęczmienna, owsiana i pszenna zawierające dużo węglowodanów rozpuszczalnych.
W badaniach wykazano, że stosowane w żywieniu świń sole kwaśne w celu ograniczenia produkcji metanu, wyciąg z Yucca schidigera, czy probiotyki nie wpłynęły istotnie na redukcję intensywności emisji gazów cieplarnianych.
Zwiększanie ilości pasz treściwych w dawce nieprzeżuwaczy sprawia, że zwiększa się zapotrzebowanie na energię do ich produkcji, powodując wzrost ilości emitowanego dwutlenku węgla do wartości przekraczających ilości powstające przy uprawie traw i roślin bobowatych, ale wzrost wydajności powoduje zmniejszenie emisji dwutlenku węgla w przeliczeniu na jednostkę produktu.
W badaniach wykazano, że przy stosowaniu tych samych pasz, wielkość produkcji zależy od czynników osobniczych o podłożu genetycznym. Wskazuje to na możliwość ograniczania emisji metanu u przeżuwaczy na drodze hodowlanej. Wymaga to jednak dalszych szczegółowych badań.
Według Flachowskiego i Lebziena (2007) oraz Jentscha i in. (2009) emisja dwutlenku węgla do atmosfery wytwarzanego przez bydło i świnie nie może być dodatkowym czynnikiem wywołującym zmiany klimatu.
Na emisję gazów cieplarnianych ma wpływ system utrzymania. W Polsce utrzymanie krów mlecznych w systemie bezściołowym zwiększyło emisję metanu z odchodów, mimo spadku ich pogłowia.
Postępowanie z odchodami ma istotny wpływ na wielkość emisji gazów cieplarnianych. Mają na to wpływ rodzaj i ilość materiału ściółkowego, częstotliwość usuwania odchodów, ich składowanie i temperatura otoczenia. Częste usuwanie odchodów zmniejsza powstawanie gazów cieplarnianych, ale należy je poprawnie przechowywać, gdyż wysoka temperatura otoczenia i długi czas składowania zwiększają np. emisję metanu. Separacja odchodów – oddzielenie frakcji stałej od ciekłej może zmniejszyć emisję gazów szklarniowych.
Jak uważają Flachowsky i Lebzien (2007) w celu oceny oddziaływania produkcji rolniczej, w tym produkcji zwierzęcej na środowisko niezbędne jest wykonanie bilansu nakładów energetycznych i emisji gazów mających istotny wpływ na klimat w całym łańcuchu produkcji żywności. Według Philippa i Nicksa (2015) skuteczność zmniejszania emisji gazów cieplarnianych z produkcji zwierzęcej będzie wtedy, gdy zostaną one połączone z minimalizacją ich emisji powstającej z działalności przed, w trakcie i po procesie produkcji zwierzęcej (wytwarzanie nawozów i nawożenie pól, produkcja pasz i dodatków paszowych, gospodarowanie odchodami, transport zwierząt i produktów zwierzęcych, zużycie energii).
dr hab. Piotr Dorszewski
Kujawsko-Pomorski Ośrodek Doradztwa Rolniczego
