Výživa zvířat a její vliv na užitkovost a zdraví zvířete ODBORNÝ SEMINÁŘ
v rámci projektu
„Aplikace nových poznatků z oblasti výživy hospodářských zvířat do běžné zemědělské praxe“ Za podpory Ministerstva zemědělství ČR v rámci Programu rozvoje venkova ČR
Evropský Evropskýzemědělský zemědělskýfond fondpro prorozvoj rozvojvenkova: venkova:Evropa Evropainvestuje investujedo dovenkovských venkovskýchoblastí oblastí
Ovlivnění emisí amoniaku a methanu výživou zvířat, problematika emisních povolenek
• Prof. Ing. Ladislav Zeman, CSc., Prof. MVDr. Ing. Petr Doležal, CSc., Ing. Marie Balabánová, Ing. Šárka Hošková Mendelova univerzita v Brně, Agronomická fakulta, Ústav výživy zvířat a pícninářství
Co tato loga znamenají
Co tato loga znamenají
Co tato loga znamenají
Globální problémy
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Růst lidské populace Vyčerpávání přírodních zdrojů Globální oteplování Narušování ozonové vrstvy Kyselá atmosférická depozice (kyselé srážky) Ohrožení biologické diverzity Kontaminace vod Degradace (ohrožení) půdy Produkce odpadů
1. Růst lidské populace Člověk jako druh samotný Homo sapiens – v dobách neolitických žil v souladu s okolním prostředím, početnost lidské populace byla omezována běžnými faktory prostředí: dostupnost potravy, klimatické podmínky Po ústupu doby ledové řada těchto limitujících faktorů vymizela. Další růst populace v holocénu zajistil zřejmě dostatek potravy (pěstování polních plodin, chov domácích zvířat) a možnost stálého úkrytu a tím i dokonalejší péče o péče o potomstvo. Růst početnosti obyvatel: Před 15 000 lety bylo na Zemi asi 5-15 milionů obyvatel. Od té doby lidská společnost stále roste. V současnosti je na světe kolem 6 miliard obyvatel – z toho Čína 1,3 miliardy, Indie 1 miliarda.
Počet obyvatel ve světě a odhad vývoje
miliardy
10
2.52
3.02
3.69
4.43
5.25
6.06
6.83
7.58
8.27
8.85
9.32
0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Počet obyvatel ve světě a odhad vývoje (v miliónech) 2003
2050
Asie
3823
5222
Afrika
850,6
1803
Evropa
726,3
631,9
Jižní Amerika
543,2
767,7
Severní Amerika
325,7
447,9
Austrálie a Oceánie
32,2
45,8
Ukazatele početnosti lidské populace: mortalita natalita Vyjadřuje se počtem zemřelých na 1000 obyvatel za rok. Důvody zvyšování početnosti populace je:
důkladná péče o potomky zabezpečení potravy lékařská péče Zdá se, že hlavním hnacím motorem exponenciální populační exploze je nikoli vzrůst porodnosti, ale především pokles úmrtnosti.
Problém: nerovnoměrný vývoj 20 % populace spotřebovává 80 % zdrojů populace vzrůstá nejrychleji v rozvojových zemích – lidé jsou nuceni obhospodařovat tvz. marginální (hraniční) půdy
ztráta autonomnosti venkova – koncentrace průmyslu a vznik obchodních a politických center jsou hlavním důvodem přesunu velkého množství lidí z chudého venkova do měst města jsou přelidněná neschopna uživit tolik obyvatel a zajistit městské služby (skládky, znečištěná voda), rozšiřování zastavěné plochy, zanikají kultury, tradice venkova
Procento obyvatel žijících ve městě 1900
15 %
1950
29 %
1985
41 %
2020
přes 60 %
2. Vyčerpávání přírodních zdrojů
Zdroje nevyčerpatelné nezaměnitelné - neomezené zdroje, které společnost nemůže vyčerpat co do množství a kvality - sluneční záření, větrná a vodní energie
Zdroje nevyčerpatelné poškoditelné - neexistuje nebezpečí vyčerpání těchto zdrojů, ale vlivem poškozování je omezen jejich užitek při využívání těchto zdrojů - voda, ovzduší, krajinný prostor
Zdroje vyčerpatelné udržitelné obnovitelné -
tyto zdroje mohou být trvale udrženy, obnoveny a dokonce i rozmnoženy obnovující proces probíhá jen v ekologicky příznivých podmínkách a za cenu finančních nákladů, vložené práce, a energie úrodnost půdy, pitná voda, dřevní hmota
Zdroje vyčerpatelné udržitelné neobnovitelné - po jejich zničení už není možná obnova - půda – zničenou půdu k přihlédnutí věku jedné generace už nelze obnovit
Zdroje vyčerpatelné neudržitelné nahraditelné -
tyto zdroje po vyčerpání nelze obnovit, lze je však nahradit některé nerostné bohatství a užitkové suroviny např. využití stavebního kamene na místo jiného stavebního materiálu (jíl), keramiky (tepelná izolace, pevnost) na místo železa
Zdroje vyčerpatelné neudržitelné nenahraditelné -
po vyčerpání jsou trvale ztraceny jejich zásoby na Zemi jsou výrazně omezeny jedná se o nerostné suroviny, např. fosilní paliva
3. Globální oteplování Sluneční záření ultrafialové: 180-400 nm, 9 %, nejvíce je pohlcováno v ozonosféře, zbytek zaniká v troposféře UVc 180-280nm UVb 280-320 nm UVa 320-400 nm viditelné: 380-760 nm, 45 %, využitelný zdroj pro fotosyntézu infračervené: více než 760 nm, 46 %, pro lidské oko neviditelné, je nositelem tepelné energie Sluneční konstanta – energie dopadající na hranici atmosféry: 1,38 kJ/m2s
Účinky UV záření Bilogický vliv rozklad chlorofylu mutace melanomy-nádory kůže oční zákal poškozování imunitního systému ničení zooplanktonu Jiné vlivy degradace hmot odbarvování rozpad pryže, umělé hmoty, nátěry aj.
Atmosféra plynný obal Země Chemické složení vzduchu O2 21% N2 78 % CO2 0,03 % vodní páry – max. 4 % kapalné a tuhé složky – prach, popílek, saze, aerosoly plynné příměsi – oxidy síry, čpavku, methan, fluór
Vrstvy atmosféry troposféra do 15 km stratosféra 15-80 km mezosféra 80-90 km termosféra více než 90 km …ozonosféra 10-50 km
Skleníkový efekt Skleníkový efekt je přirozený proces, bez něhož by na Zemi nebyla ustálená teplota, dochází při něm k zadržování sluneční energie skleníkovými plyny. Skleníkový efekt lze vyjádřit jako rozdíl mezi radiační teplotou Země a průměrnou teplotou při povrchu planety. Radiační emise Země odpovídá 254 K (-19 C). Průměrná teplota planety měřená při povrchu Země je o 33 C vyšší 287 K (+ 14 C). Rozdíl mezi oběma hodnotami odpovídá „zadržené teplotě“ v atmosféře, tedy skleníkovému efektu.
Skleníkové plyny plyny, které mají schopnost pohltit tepelné (infračervené) záření: vodní pára, oxid uhličitý, metan, ozon a oxid dusný nejvyšší schopnost absorbovat a zpětně emitovat infračervené záření má vodní pára. Je 3x účinnější než další skleníkový plyn: CO2, a dále O3, NO, NH4.
Celosvětový nárůst CO2 1860
0,027 %
1900
0,029 %
2000
0,038 %
2060
0,042 %
Skleníkový efekt podporuje:
spalování fosilních paliv odlesňování a vypalování lesů obdělávání půdy pěstování obilí, chov dobytka, hnilobné procesy ve skládkách komunálního odpadu
EMISE proces vypouštění znečišťujících látek (zejména při spalování fosilních paliv) v atmosféře probíhají chemické reakce – oxidační – výsledkem je kyselina sírová, dusičná a chlorovodíková. tyto výsledné produkty se nazývají IMISE – znečišťující látky, které následně působí na živé organismy Imise se vyjadřuje dvojím způsobem: 1) koncentrace (g/m3) znečištěné látky 2) depozice (spad) – imise zachycená na zemském povrchu nebo lesním ekosystému a) suchá depozice – sedimentace větších částic (prach, popílek) b) vlhká depozice – znečištěné látky ve formě srážek (horizontální-mlha, vertikální-déšť)
Místo působení imisí je závislé na momentální povětrnostní situaci a na poloze a struktuře emisních zdrojů. SO2 a Nox jsou transformovány a značné vzdálenosti i do míst, ve kterých se tyto zdroje nenacházejí za normálních podmínek počasí teplý vzduch stoupá z ohnisek znečistění vzhůru a většina škodlivin je vzdušnými proudy unášena do té doby než jako součást deště klesne a uloží se na zemském povrchu (zpravidla na horských hřebenech)
Důsledky působení EMISÍ ohrožení života lidí -dráždí oční sliznici, poškozování horních cest dýchacích, alergická onemocnění okyselení půdy a vodních toků projevuje se hlavně tam kde je nedostatek vápníku, který by kyseliny neutralizoval. Škody na rybách se projevují pod hodnoty 6,5 pH, pod 5 pH je „mrtvá voda“ škody na lesních porostech – od ½ 70 let rozsah škod daleko za přirozenou úroveň – hlavně střední Evropa, Sev. Amerika. V současné době je ve stř. Evropě poškozena více než ½ lesních porostů – příčiny jsou různé, často se vzájemně posilují, tato vlastnost se nazývá synergetismus. škody na majetku a uměleckých dílech – zejména oxid siřičitý rozrušující strukturu staveb a uměleckých památek, způsobují korozi skla, kovů
7. Kontaminace vod Hydrosféra
množství
procento
Oceány, moře
1,4 miliard. km3
97,2 %
Led a sníh
32 milionů km3
2,2 %
podzemní voda
250 000 km3
0,2 %
Vodoteče
250 000 km3
0,2 %
Atmosféra
13 000 km3
méně než 0,1 %
Močály, bažiny
6 000 km3
méně než 0,1 %
využívání sladké vody není dnes omezeno pouze na pití, přípravu stravy a mytí, ale asi 70 % využité vody připadá na zavlažování velké objemy vody jsou využívány v průmyslu, při výrobě energie apod.
8. Degradace (ohrožení) půdy zvyšování nároků na produkci potravin, zvláště v chudých a populačně rostoucích zemích (třetího světa) má za následek vyšší zatěžování dostupné zemědělské půdy. Hlavní problémy Eroze – rozrušování a odnos svrchní úrodné půdy (vodou větrem) Desertifikace – půda bez humusu v aridních a semiaridních oblastech snadno přechází v poušť Zasolování – v aridních oblastech, při nadměrném zavlažování Zhutňování půdního horizontu – při používání těžké techniky a nedostatku organických hnojiv Chemická kontaminace – při nadměrném užívání pesticidů a průmyslových hnojiv, navíc dochází k následnému přenosu škodlivých látek do potravního řetězce. Vypásání půdy – v některých případech, zejména na suchých pozemcích, se může stát, že zvířata spásají trávu rychleji, než stačí dorůstat – udupávají půdu, ta nemůže vsakovat vodu – neroste tráva – mizení vegetace
9. Produkce odpadů (kvantita, toxicita, radioaktivita) se zvyšující se spotřebou se zvyšuje i množství odpadu (přibývá nejen „běžných“ komunálních odpadů, ale i odpadů toxických). zejména jaderné palivo je problematické – úložné prostory pro vyhořelé jaderné palivo jsou velice náročné na bezpečnost i provoz. dočasně jsou využívány mezisklady (u nás Temelín, Dukovany) hlubinné uložení: problémem je najít lokalitu splňující striktní podmínky: rozsáhlý masiv neporušené horniny, bez přítomnosti a vody a tektonicky klidné oblasti. Měly by zajisti neproniknutelnost radioaktivity na min. 1000 let.
Prostředí
Systémy měření parametrů prostředí Měření a hodnocení stavu jednotlivých zdrojů biosféry a tím zároveň i základních složek životního prostředí je významnou a nepostradatelnou součástí jeho ochrany a tvorby. V současné době jsou budovány ekologické informační systémy, k jejichž funkci jsou kromě geografických informačních systémů (GIS) nezbytné monitorovací systémy s rozsáhlými sítěmi dislokovaných měřicích stanic – distribuované systémy. Předmětem našeho zájmu jsou elektronické měřicí systémy.
Rozdělení měřicích systémů Elektronické měřicí systémy pro měření jak elektrických, tak neelektrických měřicích veličin v zásadě dělíme na analogové digitální - autonomní přístroje, - centralizované se zásuvnými modely, - distribuované
Další třídící kritéria mohou respektovat: odolnost proti vnějšímu rušení - laboratorní, - průmyslové, komunikační vzdálenost - lokální, - distribuované, dynamiku měřených veličin. K propojování jednotlivých komponent měřicích systémů je využívána sběrnicová struktura, často s možností větvení (standardy IEEE 488, paralelní sběrnice). Připojení funkčních jednotek sériovými linkami RS-232 k samostatným sériovým portům PC představuje hvězdicovou strukturou měřícího systému. Některé typy průmyslových systémů využívají kruhovou strukturu. Stromová struktura je typická pro distribuované systémy. Funkční a řídicí jednotky měřicích systémů musí být vybaveny odpovídajícím rozhraním, které umožní jejich zapojení do měřícího systému jak fyzicky – úrovně signálů vstup/výstupních obvodů, tak logicky – komunikační protokol.
Měřící systémy mohou být realizovány : - samostatnými funkčními jednotkami, - zásuvnými měřícími deskami do PC, - zásuvnými moduly. Kontaminace či znečištění životního prostředí se zjišťuje fyzikálními, chemickými, fyzikálně-chemickými a biologickými metodami. Stanovuje se druh polutantu, jeho koncentrace i jeho změny v čase.
Metody měření parametrů vod Komplexní posouzení kvality vody vyžaduje fyzikálně-chemický, mikrobiologický a radiologický rozbor. Podle účelu, ke kterému má být voda užívána, je zaměřen i rozbor. Metodika rozboru vod je rozpracována zvláště pro vody pitné, povrchové a odpadní. Vedle rozborů těchto základních druhů vod se hodnotí i vody srážkové, půdní, minerální a průmyslové. Specifika jednotlivých druhů vod musí být respektována i vlastním odběrem vzorků (prostý, směsný, dělený) a jejich konzervací. Biologické rozbory vod Biologické a mikrobiologické rozbory vod slouží k posouzení jakosti vody s ohledem na oživení organismy. Hodnotí závadnost či nezávadnost vody. U vod pitných a rekreačních je testován epidemiologický výskyt patogenních a toxických organizmů. Evidujeme: mikroskopické metody - odečty z membránových filtrů, - odečty z podložního sklíčka, - obrůstání sklíček,
kultivační metody kultivace bakterií na uměle připravených půdách, diagnostické metody k identifikaci bakteriálních jedinců: elektroforéza, chromatografie, spektroskopie, analýza DNK hydrobiologické metody vyhodnocují celé soustavy biologických pochodů celkovým počtem mikroorganizmů v 1 ml vzorku.
Chemické a fyzikální rozbory vod jsou soubory stanovení jednotlivých chemických a fyzikálních složek vody. Rozsah rozborů se řídí druhem analyzované vody: základní, rozšířený, speciální nebo provozní. Pitná voda se hodnotí dle ČSN 830611. Úplný rozbor stanovuje 40 ukazatelů, základní jen 14, rozšířený 23 ukazatelů. Provozní voda hodnotí se 14 ukazatelů dle ČSN 830600.
Přírodní vody a) povrchové s ukazateli: - kyslíkového režimu (CHSK, BSK, rozpuštěný kyslík, volný sirovodík) - chemického složení (chloridy, sírany, vápník, hořčík) - zvláštní (teplota, pH, amoniak, dusičnany, železo, mangan, fenoly,tenzidy, kyanidy, pach, zabarvení, oleje) b) podzemní. Odpadní vody jejich znečištění určuje zákon č.171/92 Sb. Hodnotí se: průhlednost, barva, zákal, rozpustné a nerozpustné látky, objemový index kalu, neutralizační kapacita
Chemická spotřeba kyslíku (CHSK) udává míru celkového obsahu organických látek ve vodě. Je to množství kyslíku, které se za přesně definovaných podmínek spotřebuje na oxidaci organických látek v 1 litru vody silným oxidačním činidlem [mg/l]. Stanovuje se u každého rozboru všech typů vod. Průměrná hodnota : 120 mg/l Metoda: spektrofotometricky na λ = 600 nm. Biochemická spotřeba kyslíku (BSK) je množství kyslíku spotřebované mikroorganizmy při biochemických pochodech na rozklad organických látek ve vodě za aerobních podmínek [mg/l]. BSK patří mezi nevýznamnější ukazatele rozboru povrchových odpadních vod. Stanovuje se zpravidla oxidací za pět dnů, proto označení BSK5. Průměrná hodnota : 30 mg/l Metoda: kyslíková elektroda.
Dusitany a dusičnany se stanovují spektrofotometricky. Těžké kovy Cu, Cd, Pb, Zn a Hg nejsou biologicky degradovatelné, mají kumulativní charakter a jsou toxické. Metody měření: spektrofotometrické, polarografické, chromatografické, rentgen - fluorescenční. Alkalické kovy Na, K, Ca a Mg se stanovují plamenovou atomovou absorpcí. Obsah organických sloučenin ropné látky, sacharidy, fenoly, tenzidy, PCB se stanovují spektrofotometricky (v UV až IR oblasti), chromatograficky (plynová, kapalinová) a elektroforézou.
Radiologický rozbor vod Přírodní radioaktivitu vod způsobují především radionuklidy 226Ra, 222Rn, 230Th, 238U, 210Po, 210Pb a 40K. Umělou radioaktivitu vod způsobují radionuklidy při průmyslovém, energetickém a lékařském využití 90Sr, 89Sr, 60Co, 131I, 137Ca, 90Y, 144Ce, 54Mn, 55Fe, 51Cr. Převážná část přírodních radionuklidů jsou zářiči alfa a gama, umělé potom beta a gama. Nejčastěji užívané detektory: ionizační komora, Gieger-Müllerův detektor, scintilační detektory, polovodíčové detektory. Při radiologickém rozboru se stanovuje celková objemová aktivita alfa a beta ionizujícího záření.
Metody měření parametrů ovzduší S prudkým rozvojem techniky v posledním století a zvláště pak posledních několika desítkách let, se prudce zvýšila produkce objemu emisí do atmosféry. Aby bylo možné koncentrace škodlivých látek v atmosféře měřit, monitorovat, zaznamenávat a tím vyhovět současným právním předpisům, dostaly se do popředí zájmu automatické analyzátory plynů. Zákon o ovzduší č. 521/2002 Sb. Třídění analyzátorů Zásadní dělení by mohlo být odvozeno od měřených úrovní škodlivin v emisích a imisích. Pro měření imisí se využívají stejné principy měřicích metod jako u emisí – jen pro úrovně měřených veličin o jeden i více řádů nižší. Analyzátory emisí můžeme, stejně jako všechny ostatní měřící přístroje či metody, třídit podle nejrůznějších parametrů. Jedním a zároveň nejpoužívanějším dělením je dělení podle principu na kterém je činnost analyzátoru založena.
Analyzátory založené na fyzikálním principu Tyto analyzátory využívají těch vlastností směsí, které jsou v přesně definovaném vztahu ke složení či koncentraci jedné složky. Přístroje mají jednu hlavní přednost. Při průchodu plynné směsi analyzátorem nedochází k žádným kvalitativním či kvantitativním změnám této směsi. Fyzikální vlastnosti, které je možné využít při konstrukci analyzátorů : – – – – – – – – – –
hustota, rychlost zvuku, tepelná vodivost, viskozita, difúze, absorpce záření, lom světla, magnetická susceptibilita, ionizace, elektrolytická vodivost.
Analyzátory založené na fyzikálně - chemickém principu Analyzátory pracující na tomto principu vycházejí z myšlenky sledování fyzikálních veličin při probíhající chemické reakci. Vyhodnocovaná chemická složka se může dané chemické reakce přímo účastnit nebo je jinou chemickou reakcí podstatně ovlivňována. Pokud analyzovaná směs neobsahuje potřebné množství látky takové, aby došlo k chemické reakci, je nutné jí dodat pomocnou látku. Tato pomocná látka se dodává ve fázi kapalné nebo plynné. Záleží pouze na provedení konkrétního analyzátoru. Nejčastější principy na kterých jsou fyzikálně – chemické analyzátory konstruovány jsou: – měření teploty reakční směsi při chemické reakci, – měření elektrického proudu procházejícího elektrochemickým článkem, – měření rozdílu potenciálů dvou elektrod ponořených do analyzovaného roztoku.
Analyzátory založené na chemickém principu Tyto analyzátory se zjednodušeně označují jako chemické. Využívají totiž chemických reakcí vyvolaných u emisních látek. K vyhodnocení chemického složení analyzovaného vzorku plynu dochází však také pomocí měření fyzikálních veličin. Míra koncentrace emisí se určuje jako rozdíl absolutních hodnot fyzikálních veličin před proběhnutím a po proběhnutí chemické reakce. K tomu, aby chemická reakce proběhla je zapotřebí ve většině případů dodávat k analyzované směsi ještě další látky, nejčastěji v podobě roztoku. Tyto analyzátory vyžadují značnou pozornost obsluhy a častou údržbu.
Vlastnosti analyzátorů emisí Na analyzátory emisí klademe stejné požadavky jako na jiné měřící přístroje. Objevují se zde však ještě některé další funkční zvláštnosti, které u jiných typů přístrojů nejsou tolik obvyklé. Mezi základní požadavky, na které je nutno brát zřetel, patří především měřící rozsah, přesnost, nezávislost údaje na vnějších vlivech, selektivita, požadovaný druh a úroveň signálu.
Měřící rozsah Měřícím rozsahem se rozumí oblast hodnot měřené veličiny, kterou je schopen analyzátor zaznamenat. Je to tedy interval daný minimální měřitelnou hodnotou a maximální hodnotou, kterou je analyzátor ještě schopen zaznamenat. Na rozdíl od většiny ostatních měřících přístrojů se používá k vyjádření rozsahu analyzátorů dvou různých způsobů. Často se udávají obě hranice vymezující rozsah (např. 0 ÷ 5 % O2) a nebo jen šířku intervalu udanou jedním číslem (např. 5 % O2). Zatímco v prvním případě je rozsah definován jednoznačně, ve druhém případě tomu tak není. Zápis totiž neposkytuje informaci o rozsahu měření, zda 0 ÷ 5 % nebo 50 ÷ 55 %. Přesnost Přesnost je měřítkem absolutní či relativní chyby měření. Hovoříme-li o přesnosti měřícího přístroje, máme na mysli vlastnost přístroje, která v sobě zahrnuje jak správnost, tak i stálost při měření. Přesnost a chyba u analyzátorů se většinou udávají stejně jako u ostatních měřících přístrojů. Někdy se volí údaj o přesnosti v jednotkách měřené veličiny. U některých analyzátorů bývá tento údaj doplněn údajem časovým udávajícím interval platnosti přesnosti od okamžiku kalibrace.
Selektivita V ideálním případě bude údaj analyzátoru emisí záviset pouze na objemu jedné složky ve směsi. V praxi je však situace jiná. Údaj analyzátoru bývá také ovlivňován jinými složkami ve směsi. Za uspokojivý se považuje stav, kdy ovlivnění měřené složky je menší než přesnost analyzátoru za daných podmínek měření (teplota, tlak, vlhkost). Vlastnost taková, že analyzátor dokáže rozlišit měřenou složku ve směsi od složek ostatních, označujeme jako selektivitu analyzátoru. Někdy se pro selektivitu používá označení „rušivý vliv“. Jde o bezrozměrnou veličinu definovanou vztahem:
Q= kde N1 N2
N 2 ⋅ c2 N1 ⋅ c1
je údaj vyvolaný určovanou složkou o koncentraci c1, je údaj vyvolaný rušivou složkou o koncentraci c2.
Je-li Q = 1 je analyzátor stejně citlivý na měřenou i na rušivou složku. Je-li Q < 10-2, způsobuje rušivá složka změnu údaje menší než je obvyklá přesnost analyzátorů. Při Q > 1 způsobuje rušivá složka, při stejné koncentraci jako složka měřená, větší výchylku než složka měřená.
