Archiwum

Wojciech Krawczyk
IZ-PJB Kraków

Emisje gazowe uwalniane z utrzymania bydła i przechowywania obornika bydlęcego, doprowadzają nie tylko do zanieczyszczenia środowiska naturalnego, biorąc udział w szeregu niekorzystnych zjawisk zachodzących w biosferze (Sommer i in., 2001), ale również wpływają na powstawanie interakcji mających niepożądany wpływ na fizjologię, behawior i zdrowotność tych zwierząt. Gazy te nie tylko obniżają produkcyjność i zdrowotność, ale także dobrostan bydła.

Negatywne środowiskowe oddziaływanie produkcji bydlęcej sprowadza się do kilku zakresów. Pierwszy z nich to nadmierna depozycja w środowisku glebowym i wodnym pierwiastków biogennych, prowadząca do przenawożenia, eutrofizacji, a następnie skażenia tych środowisk. Głównym czynnikiem jest tu tzw. produkt uboczny, w postaci obornika.
Kolejne zakresy powiązane są z emisją związków, znanych w zootechnice pod nazwą szkodliwych domieszek gazowych. Są to: amoniak, dwutlenek węgla, siarkowodór, tlenki azotu, metan, ozon a nawet para wodna. Gazy te, wyemitowane do troposfery wraz z wentylowanym powietrzem, współdziałają w potęgowaniu efektu cieplarnianego i powstawaniu kwaśnych deszczy. Ostatni zakres obejmuje reakcje zachodzące w stratosferze i prowadzące do zaniku strefy ozonowej, chroniącej żywe organizmy przed promieniowaniem ultrafioletowym oraz wysokoenergetycznym promieniowaniem kosmicznym.
Zanim badania potwierdziły szkodliwe oddziaływanie wspomnianych gazów na środowisko naturalne, od dawna znanym był ich negatywny wpływ na bydło. Długotrwałe przebywanie w przekraczającym normy stężeniu tych domieszek powoduje szereg konsekwencji behawioralnych, histologicznych, fizjologicznych, biochemicznych, immunologicznych, a nawet patogennych, czy patologicznych (Jones J. B. i in., 1996).
Rolnictwo, w tym hodowla bydła i produkcja bydlęca, jest tą gałęzią gospodarki, która stanowi największe źródło zanieczyszczenia atmosfery amoniakiem. Szacuje się, że 50-85% tego gazu pochodzi z produkcji zwierzęcej (Rose, 2003). Amoniak jest podstawowym związkiem neutralizującym kwaśne gazy atmosferyczne, powstające głównie na skutek utleniania dwutlenku siarki i tlenków azotu. Obecność tych bezwodników kwasowych wpływa na powstawanie różnych pochodnych azotu (McCulloch i in., 1998), czego skutkiem jest występowanie zjawiska kwaśnych deszczy i powiększanie się dziury ozonowej (Wolter i in., 2002). Amoniak występując w atmosferze wchodzi również w reakcje z innymi związkami azotu i aerozolami (Singh i in., 2001). Absorbując przy tym cząsteczki wody, również na tej drodze przyczynia się do powstawania kwaśnych opadów. Zaburzają one pH ekosystemów (Kangas i Sanna, 2001; Kazutaka i in., 2004), doprowadzając do eutrofizacji wód i środowiska glebowego (Sutton i in., 1995; Pain i in., 1998), wpływają na zdrowie ludzi i zwierząt.
W hodowli bydła podstawowym źródłem amoniaku jest mocznik, a jego proces rozkładu i powstawania amoniaku trwa od kilku godzin do kilku dni (Rose, 2003). Reakcja ta ma charakter hydrolizy z udziałem ureazy. Na rozkład mocznika i białek duży wpływ ma temperatura, pH, wilgotność, prędkość ruchu powietrza (Erisman i in., 2001). Szacuje się, że 50-70% azotu organicznego znajdującego się w odchodach zwierzęcych przekształcane jest w amoniak (Thompson i Meisinger, 2002). Nadmierne stężenie amoniaku w pomieszczeniach, gdzie utrzymywane jest bydło może wpływać na ograniczenie pobierania paszy, a co za tym idzie na zredukowanie przyrostów masy ciała, prowokując także zmiany chorobotwórcze.
Siarkowodór, jako kolejny gaz emitowany z rozkładu materii organicznej zawartej w oborniku bydlęcym, powstaje w wyniku redukcji siarczanów dokonywanej przez bakterie oraz na drodze rozkładu organicznych związków siarki, zachodzących w warunkach beztlenowych (Bicudo i in., 2002). Jest on gazem nawet w nieznacznych ilościach silnie toksycznym. Paraliżuje ośrodkowy układ nerwowy, łączy się łatwo z hemoglobiną, przechodząc w sulfathemoglobinę, która nie ma zdolności przenoszenia tlenu i dwutlenku węgla. W tym kontekście największe zagrożenie niesie bezpośredni kontakt z tym związkiem bydła i obsługi. Uwolniony do powietrza w reakcji z parą wodną wpływa na powstawanie anionów siarkowych i kwaśnych deszczy. Skala tego zjawiska na szczęście nie jest zbyt wielka.
Metan powstaje w wyniku procesów gnilnych zachodzących w ściółce oraz w zbiornikach służących do magazynowania gnojowicy. Zachodzące beztlenowe przemiany biochemiczne powodują rozkład wielkocząsteczkowych substancji organicznych tj. węglowodanów, białek, tłuszczy oraz ich pochodnych do metanu i dwutlenku węgla (Bicudo i in., 2002). Jest on bezwonnym gazem toksycznym wchodzącym w reakcje z hemoglobiną. W warunkach produkcyjnych rzadko dochodzić może do zagrożenia zwiększonym jego stężeniem. Wykazując, tak samo jak dwutlenek węgla, znaczną absorpcję widma w zakresie podczerwieni, współdziała on w tworzeniu się efektu szklarniowego.
Tlenki azotu, powstają w wyniku procesu nitryfikacji i denitryfikacji (Bicudo i in., 2002) i emitowane są z zalegającego obornika bydlęcego. Mogą one w pewnym stopniu obniżać sprawność systemu immunologicznego bydła i otwierać drogę dla różnego rodzaju patogenów. W aspekcie środowiska naturalnego tlenki azotu są jednym z czynników warunkujących powstawanie kwaśnych deszczy oraz ozonu (Azam i in., 2002) w warstwie przyziemnej troposfery.
Dwutlenek węgla jest stałym składnikiem powietrza, będąc produktem oddychania żywych organizmów. Jego podwyższona zawartość w budynkach, w których utrzymywane jest bydło wpływa na ciśnienie parcjalne tlenu, obniżając wydolność całego organizmu. Wysokie stężenie tego gazu może powodować reakcje stresowe u tego gatunku zwierząt. W skali globalnej, emitowany w znacznych ilościach dwutlenek węgla ma duży wpływ na powstawanie efektu cieplarnianego.
Szereg lotnych związków organicznych (VOC) zwanych odorami, emitowanych z obornika bydlęcego stanowi uciążliwe obciążenie towarzyszące fermom. Większość z nich ma drażniący i uciążliwy zapach. Odory tworzą się na skutek przemian mikrobiologicznych zachodzących w warunkach beztlenowych. Analiza chemiczna pozwoliła na identyfikację blisko 170 lotnych związków tego rodzaju (McCrory i Hobbs, 2001). Przy długotrwałym oddziaływaniu wpływają one na obniżenie odporności bydła, powstawanie schorzeń i zmniejszenie wydajności. Nadają również pomieszczeniu inwentarskiemu nieprzyjemny, specyficzny zapach. Szkodliwe domieszki gazowe przedostają się do powietrza atmosferycznego i docierają do zabudowań mieszkalnych. Rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń zależy między innymi od szybkości i kierunku wiatru, zachmurzenia, temperatury i wilgotności powietrza. Ma ono znaczenie jedynie w bezpośredniej bliskości zabudowań, jednak wpływa na konieczność ich przestrzennej izolacji (Pawlak, 1995).
Uwzględniając zarówno zagrożenie intensywną produkcją zwierzęcą w tym hodowlą bydła, jak i obostrzenia prawne (w szczególności dotyczy to takich aktów jak Protokół z Kioto, Dyrektywa azotanowa, czy Dyrektywa IPCC, które wymuszają nie tylko prowadzenie monitoringu emisji wybranych gazów, ale również wdrożenia metod zapobiegających ich nadmiernemu uwalnianiu) oraz sytuację ekonomiczną za bardzo istotny kierunek badań w zakresie technologii produkcji bydła uznać należy wszelkie próby zmierzające do ograniczenia emisji szkodliwych domieszek gazowych. Badania te prowadzić powinny m.in. do poprawy dobrostanu bydła poprzez udoskonalanie systemów utrzymania tego gatunku zwierząt, czy chów ekologiczny.
Od dawna w chowie zwierząt starano się przeciwdziałać wysokim stężeniom szkodliwych domieszek gazowych w pomieszczeniach inwentarskich. Nie brano przy tym pod uwagę skutków środowiskowych, a jedynie oddziaływanie amoniaku czy siarkowodoru na zdrowie i produkcyjność bydła. W pierwszej kolejności usiłowano wykorzystać związki mineralne i organiczne, reagujące z emitowanymi gazami i poprawiające jednocześnie stan sanitarny. Zamiast słomy wprowadzano do ściołowania np. torf, ściółkę leśną, korę. Dopiero od niedawna w redukcji emisji gazów, głównie amoniaku i metanu, stosuje się także inne metody przeciwdziałania. Aktualnie można wyróżnić pośród nich trzy rodzaje: technologiczne, addytywne i żywieniowe.
Istnieje wiele czynników technologicznych, zabiegów i rozwiązań technicznych mogących ograniczyć emisję gazów z pomieszczeń, w których utrzymywane jest bydło. Należą tu: modyfikacje systemów utrzymania, częstotliwość usuwania obornika, ograniczenie zużycia wody, odpowiednie rozmieszczenie wlotów i wyciągów wentylacyjnych (Demmers T. G. M. i in., 1999), mechaniczna wentylacja pomieszczeń, stosowanie aktywnych biofiltrów wiążących cząsteczki szkodliwych gazów czy odorów, redukujących nawet do 80% amoniaku z budynków (Rotz, 2004), a także budowa zbiorników na gnojowicę zamkniętych pokrywami wyposażonymi w systemy służące do wyłapywania uwalniających się gazów, czy płyt obornikowych. Spośród rozwiązań technologicznych, których zadaniem jest ograniczenie szkodliwego oddziaływania obornika bydlęcego należy wymienić również jego wykorzystanie jako źródła energii. Może on służyć jako wsad do fermentera biogazowni, gdzie razem na przykład z kiszonką z kukurydzy poddany zostaje fermentacji metanowej. Fermentacja metanowa prowadzi do redukcyjnego rozkładu materii organicznej przy udziale beztlenowców w efekcie otrzymuje się mieszaninę gazową zwaną biogazem oraz szlam pofermentacyjny. Bardzo ważnym rozwiązaniem technicznym ograniczającym emisję wspomnianych gazów jest odpowiednia wentylacja budynków, w których utrzymywane jest bydło. Zadaniem wentylacji jest wymiana zużytego powietrza na świeże. W przypadku wadliwego działania systemu dochodzić jednak może do wzrostu stężenia szkodliwych domieszek gazowych powietrza, jak CO2, NH3, H2S, CH4. Mają one bezpośredni i znaczący wpływ na zdrowie i produkcyjność krów. Głównym kierunkiem ich oddziaływania są górne drogi oraz pozostała część układu oddechowego, łącznie z płucami. Rozmiar wywoływanych szkód zależy od czasu działania i stężenia tych gazów, a powodować może od zwykłych nieżytów do zmian anatomopatologicznych w pęcherzykach płucnych włącznie (Hamilton i in., 1993; Gustin i in., 1994; Nicks i in., 1990). Oczywiście to destrukcyjne działanie domieszek gazowych widoczne jest na uzyskiwanych wynikach produkcyjnych (Jones i in., 1996). Zastosowane systemy wentylacji kształtują mikroklimat pomieszczeń, w których utrzymywane jest bydło, wpływając na cyrkulację i prędkość ruchu powietrza oraz jego wilgotność. Wszystkie te czynniki w sposób bezpośredni kształtują środowisko bytowe bydła a więc i jego dobrostan, a to jaki wywrą wpływ na bydło i emisję gazów zależy także od zastosowanego tam sytemu utrzymania. Sam system z racji użytych w nim środków technicznych, wprowadza nowe elementy środowiskowe. Są nimi na przykład: rodzaj posadzki, obecność lub brak ściołu, obsada, wielkość grupy wspólnie utrzymywanych zwierząt, konstrukcja stanowiska i rodzaj materiałów do niej użytych. Możliwość ruchu, obracania się zwierząt, kontakt z innymi osobnikami tego samego gatunku, kontakt z potomstwem i matką, to tylko niektóre z przykładów zróżnicowania systemów utrzymania (Rushen i Passile, 1998). W alkierzowym utrzymaniu krów często dochodzi do zaburzeń behawioralnych na tym tle (Dantzer, 1986). Oderwane od potrzeb zwierząt rozwiązania technologiczne także mogą przejawiać się w zmianach zachowań. Dotyczy to zmiany frekwencji zachowań, rytmów okołodobowych, sposobów leżenia czy zachowań agonistycznych i stereotypii (Jezierski, 1987; Muller i Ulrich, 1991). Rozwój systemów wolnostanowiskowych wprowadził do behawioru krów dodatkowy, choć istniejący w naturze element socjalny. Wpływ pozycji w hierarchii stada, może mieć różne implikacje od zmniejszenia ilości pobieranej paszy po spadek wydajności mlecznej włącznie (Neindre, 1989). Mając na uwadze powyższe aspekty należy stwierdzić, że na ilość uwalnianych gazów, oprócz retencji poszczególnych pierwiastków w organizmie zwierzęcia ma wpływ szereg czynników środowiskowych i technicznych. Należą do nich: temperatura pomieszczeń, wilgotność, prędkość ruchu powietrza, wielkość dostępnej powierzchni, rodzaj posadzki, stosowanie ściołu i jego rodzaj, a także konstrukcja systemu wentylacji i sposób postępowania z obornikiem. W większości elementy te można przyporządkować, jako charakterystyczne dla danego systemu utrzymania. Można więc stwierdzić bezpośrednią zależność emisji domieszek gazowych od systemu utrzymania (Aarnink A. J. A., 1997).
W ekologicznym utrzymaniu bydła zarówno mlecznego jak i mięsnego konieczne jest utrzymanie wolnostanowiskowe na ściółce, która zapewnia nie tylko komfort wypoczynku zwierzętom, ale również poprawia jakość odchodów, co ogranicza szkodliwe oddziaływanie produkcji zwierzęcej na środowisko. Ten system utrzymania zapewnia zwierzętom odpowiedni komfort bytowania, umożliwiający harmonijny rozwój bez stresów, bólu i uszkodzeń ciała (Bloom, 1983; Regula i in., 2004; Mattiello i in., 2005). Jak podaje Kubisch i in. (1991) oraz Mossberg i Jönsson (1996) bydło mięsne utrzymywane wolnostanowiskowo dobrze znosi niskie temperatury. Zaleca się więc stosowanie budynków otwartych lub częściowo otwartych, gdyż zmniejsza to nakłady inwestycyjne (Rittel, 1993).
Jeśli chodzi o czynniki addytywne to dla systemu głębokiej ściółki wprowadza się na przykład odpowiednie szczepionki bakteryjne, alkalizujące dodatki ściołowe czy zabiegi aeracyjne. Samo wprowadzenie wyselekcjonowanych szczepów bakterii może tu zredukować straty azotu (amoniak i tlenki azotu) o ok. 50% (Couton Y. i in., 1995; Lesguillier F. i in., 1995; Nicks B. i in., 1995). Pośród różnego rodzaju dodatków dominują materiały pochodzenia mineralnego i organicznego. Są one stosowane zarówno w samych budynkach, jak i na płytach z obornikiem. Dodatki mineralne mogą działać w ograniczeniu emisji na dwa sposoby. Pierwszy polega na obniżeniu pH odchodów, co pozwala na zahamowanie działania ureazy w przypadku uwalniania amoniaku lub na zmiany jakościowe w mikroflorze aktywnej w procesach metanogenezy. Drugi sposób sprowadza się do wykorzystania chłonności i higroskopijnych właściwości niektórych kopalin. Jest to oddziaływanie czysto fizyczne, ograniczające parowanie. Dodatki organiczne działają podobnie jak chłonne kopaliny. W użyciu znajdują się tu zarówno słoma zbóż, roślin oleistych, jak i trociny czy torf. Mają one znaczenie głównie jeśli idzie o emisje amoniaku. Niestety, na skutek dużej dostępności węgla, tego rodzaju dodatki mogą zwiększać emisję metanu oraz tlenków azotu.
Jeśli chodzi o aspekty żywieniowe to obniżenie emisji szkodliwych domieszek gazowych w tym metanu, które towarzyszą utrzymaniu bydła może być realizowane poprzez np. podniesienie wydajności (mniejsza emisja przypadająca na jednostkę) czy stosowanie dodatków ziołowych.
Badania określające rzeczywistą ilość uwalnianych gazów w jednostce czasu od pojedynczego zwierzęcia, należą do nielicznych. Są one przeważnie prowadzone w drogich komorach klimatycznych, co ogranicza ich powszechność. Tańsze i znacznie częściej prowadzone są badania wykorzystujące metodę kloszy lub kolumn, w których przy znanej objętości określa się stężenie poszczególnych gazów, zakumulowanych w jednostce czasu. Metoda ta jednak odnosi się tylko do fragmentu posadzki, nie obejmując reszty pomieszczenia. Powierzchnia pomiarowa jest przy tym okresowo wyłączona z użycia.
Do najnowszych metod zaliczyć należy tzw. „respiration chamber” i „tunnel system” wykorzystujące szczelne namioty foliowe, wyposażone w urządzenia kontrolujące ilość i skład przepływającego powietrza. O ich uniwersalnym charakterze świadczyć mogą badania prowadzone w warunkach pastwiskowych (Moss A. i in., 1998). Podobne badania prowadzone są także w Instytucie Zootechniki PIB. Krajowe badania nad problematyką emisji gazów i odorów towarzyszącej hodowli bydła, powinny przyczynić się do lepszego poznania rodzaju i skali zjawiska. Uzyskane wyniki mogą posłużyć do oszacowania rzeczywistej ilości uwalnianych z produkcji zwierzęcej związków gazowych i wyznaczenia krajowego udziału w globalnej skali zachodzących procesów klimatycznych. Uzyskane wyniki umożliwią waloryzację systemów utrzymania w aspekcie ochrony środowiska naturalnego i stosowania określonej koncentracji zwierząt, co jest konieczne z punktu sygnowanych przez Polskę porozumień międzynarodowych.