LEVEGÕTISZTASÁG-VÉDELEM
2.1
Különböző módon táplált tejelő tehenek metánkibocsátása, valamint ezek tárolt trágyájának metánés nitrogénemissziója Tárgyszavak: ammónia, tejelő tehenek, zsírok, trágyatárolás, metán, dinitrogén-oxid
Az utóbbi két évszázadban a metán (CH4) és a dinitrogén-oxid (N2O) koncentrációja az atmoszférában mintegy 115-, illetve 15%-kal növekedett, és ezek 35%-áért az üvegházgáz-kibocsátás felelős. A kérődző állatok okozta metán-, illetve dinitrogén-oxid-kibocsátás adja ennek jelentős részét, elsősorban a legelőkben gazdag országokban. A kérődzők ugyanis, közvetlenül vagy közvetve (azaz, szerves trágyájuk gázkibocsátása révén) a rostos biomassza emberi fogyasztásra alkalmas proteinekké történő átalakításával az említett gázemissziók legfontosabb tényezői. Az így keletkezett gázok mennyiségét, illetve arányát ellenőrzött, illetve változó körülmények között eddig szisztematikusan nem vizsgálták.
A vizsgálatok célja A vizsgálatok célja – meghatározni a kérődzők által közvetlenül, illetve közvetve kibocsátott metán és különböző nitrogéntartalmú gázok (dinitrogén-oxid; ammónia) mennyiségét, illetve arányát; – követni e gázok mennyiségi viszonyainak változását különböző táplálkozási adalékok, így sztearinsav („ C18-diéta”), illetve laurinsav („C12diéta”) alkalmazása során; – meghatározni a mennyiségi viszonyokat, illetve arányokat az udvari trágya egyes részeinek (teljes trágyalé; vizeletben gazdag trágyalé stb.) gázkibocsátását illetően; – megvizsgálni, mi az összefüggés az említett gázok kibocsátása között.
Anyagok és módszerek Az állatkísérletek során 12 korai tejelésű, „barna svájci” fajtájú tehén esetében (31,3±5,1 kg tejhozam/nap; a tej zsírtartalma 4,17±0,39%; fehérjetartalma 3,14±0,15%) az említett két különböző diétát alkalmazták (40 g/kg száraz tápanyag) két egymás utáni periódusban (3-3 tehén). A teljes táplálék/ takarmánykoncentrátum összetétele szárazanyagra számolva 3:2 arányú volt. Az összetételt illető és egyéb kísérleti körülményeket az 1. táblázat tartalmazza. Valamennyi állatot előzetesen 10 napon át („kontroll szakasz”) C18 diétán, majd ezt követően 18 napon át („kísérleti szakasz”) C12, illetve C18-diétán tartottak. A kísérleti szakasz utolsó hat napján a vizeletet és a székletet teljes egészében összegyűjtötték. Az állatok által kibocsátott gázok mennyiségét naponta 3, illetve 4 alkalommal mérték. A vizeletet a széklettől elválasztva vizsgálták. Az exkrétumokat naponta mintázták, és a mintákat egymástól függetlenül 4 °C-on tárolták. A trágyafajták tárolása a szakirodalomban leírtak szerint (Külling és mtsai, 2001) történt. A széklet-, illetve vizeletminták 3 kezelt állat homogenizált exkrétumaiból készültek (Waltner és mts., 1994); a vizsgáló eljárást is utóbbi szerint kivitelezték. A tárolások időtartama 14 hét volt. Tárolási körülmények 40 m3 térfogatú laborban 20 °C-on, 70% relatív nedvességtartalom mellett, 0,3 m3/s szellőztetés alkalmazásával. Mindkét fajta dietatikus kezelés során 4-4 párhuzamos vizsgálatot végeztek valamennyi trágyafajtát illetően (öszszesen 24 vizsgálat). A metán és a dinitrogén-oxid kibocsátásának mérése ún. „zártterű”, az ammóniáé „dinamikus” készülékben (Külling és mts. 2001) történt. A metán mérését levegőmintákban gázkromatográfiás úton, a dinitrogén-oxidét lézerdióda spektroszkópiával, az ammóniáét kemilumineszcencia analizátorral végezték. A rendszer ún. üvegházgáz-potenciálját (greenhouse gas potential) CO2kg · ekvivalensben adják meg (konverziós faktorok metánra, illetve dinitrogén-oxidra: 21, illetve 310). A szén-dioxid-emisssziót nem tekintik úgy, mintha az az állatokból, illetve az exkrétumokból származnak. Kémiai analízis A kémiai analízis során a tápanyagok, illetve a széklet szárazanyagtartalmát állandó tömegig történő szárítással határozták meg. A zsírsavak meghatározása (tápanyagban és székletben) gázkromatográfiás módszerrel; a semleges detergens rostok (NDF) tápanyagban és székletben Van Soest módszerével; a nitrogéntartalom mérése (tápanyagban, székletben és vizeletben) automata elemi (CHN) analizátorral; trágyában Kjeldahl módszerrel; a foszfor és kálium plazma spektroszkópiával; a pH mérése potenciometrikus
úton; a széntartalom meghatározása trágyában elemi analízissel, szárított mintákból történt. Az eredmények statisztikai értékelését ANOVA varianciaanalízissel végezték, a Statisztikai St.(4.verzió) csomagot alkalmazva. 1. táblázat Az állatkísérletekben alkalmazott diéták összetétele és a takarmányba bekevert, illetve az állat által ténylegesen elfogyasztott adalékok mennyisége Laurinsav (C12) Összetétel
Sztearinsav (C18)
bekevert elfogyasz- bekevert tott
elfogyasztott
Összetevők (g/kg szárazanyag) Takarmány
600
710
600
600
Koncentrátum
400
290
400
400
A takarmány szerkezete (g/kg. sz.a.) Silózott fű
510
510
Silózott kukorica
320
320
Széna
170
170
C12
100
–
C18
–
100
Árpa
660
660
Kukoricamézga
140
140
Melaszok
70
70
Szervetlen anyagokat és vitaminokat tartalmazó premixa
30
30
Összetevők koncentrációja (g/kg sz.a.)
Analizált összetétel Szerves anyagok (g/kg sz.a.)
920
914
919
919
63
52
56
56
C12 (g/kg összes zsírsav)
328
241
11
11
C18 (g/kg összes zsírsav)
19
21
346
346
329
358
320
320
b
Zsírsavak összesen
Semleges detergens rostok (g/kg sz.a.) Nitrogén (g/kg sz.a.) Bélből felszívódó fehérje (g/kg sz.a.) A laktációra fordított nettó energia (Mjoule/kg sz.a.)c a
25,0 c
100 7,3
24,3 95 6,9
25,3 101 7,2
1kg koncentrátum tartalmaz: 5,1 g Ca, 1,5 g P, 1,2 g Na, 30 000 NE A-vitamin, 6000 NE D3-vitamin, 45 mg E-vitamin b Triglicerid ekvivalensben számolva c RAP (1999)-nek megfelelően
25,3 101 7,2
Eredmények A vizsgálatok végeredményét az alábbiakban bemutatott 1. és 2. ábra foglalja össze.
Értékelés A két diétára vonatkozó kísérleti adatok megerősítik azokat a korábbi eredményeket, amelyek szerint telített , közepes hosszúságú alkilláncot ( C12) tartalmazó zsírsavakban gazdag zsírok in vitro és in vivo egyaránt csökkentik a metánkibocsátást (Dohme és mt., 2000;Machmüller és Kreutzer, 1999). Ugyanakkor, a C12-diétát illető jelen kísérletek nem mutatják a metánkibocsátás csökkenését,ha utóbbit a bevitt szárazanyag tömegegységére vonatkoztatják. A C12-diétához képest tapasztalt kisebb metánkibocsátás azzal magyarázható, hogy a koncentrátum felvétele egyidejűleg lecsökken (kb. a felére) ahhoz képest, amit bevinni kívántak. Ennek valószínű oka, hogy a C12diétának „szappanszerű” íze, illetve sajátos szaga van, amelyet az állatok nem kedvelnek. Ezenkívül, a C12-diéta ilyenfajta visszautasítása csökkentheti a takarmánynak a bendőn történő áthaladását, amely a metanogén mikroorganizmusok tevékenységének elősegítését hozza magával. Továbbá, a szabad C12-zsirsavaknak a jelen lévő szénhidrátokkal, illetve szervetlen anyagokkal való kölcsönhatása (utóbbiak megkötik, ezáltal inaktiválják a C12-zsirsavat), így a metánkibocsátás várt csökkenése elmarad. Lehetséges ok még, hogy a bendőben fentiek miatt csökken ugyan a rostok emésztése, de a béltraktus hátsó részében (ahol a C12-zsírsav már nincs jelen), egy kompenzációs hatás lép fel és ott a C12-zsírsav metánkibocsátást csökkentő hatása már nem érvényesül. Ugyanakkor, a metánkibocsátás sebessége a fermentált rostok tömegegységére számítva ugyanolyan alacsony a béltraktus hátsó részében, mint a bendőben. Jelen vizsgálatok szerint a C12-diéta megnöveli a széklet rosttartalmát (NDF),de utóbbi állatonként, 1 napra számolva ( NDF/ állat/ nap) mindkét diéta esetében ugyanaz. Ennek megfelelően, a 7 héten át tartó tárolási kísérleteket összegezve, a teljes trágyalé nem mutatja, hogy a diétának hatása lenne a metánkibocsátásra, ha azt állatonkénti, és 1 napra számított exkrétumok mennyiségére vonatkoztatják. Ugyanakkor, a vizeletben gazdag trágyalé/ udvari trágya rendszer tárolása esetében (7 és 14 hetes tárolás),valamint a teljes trágyalé esetében (14 hetes tárolás) a metánkibocsátás emelkedett a C12-diéta esetében. Ez az emelkedés azonban, úgy tűnik, csak kedvezőbb fermentációs körülmények között jön létre. Utóbbiak ugyanis a kétkomponensű rendszerben kedvezőbbek, mint a teljes trágyalé esetében.
teljes trágyalé
CH4 (mg/kg/nap)
60
40
20
0 0
2
4
6
8
10
12
14
10
12
14
10
12
14
tárolási idő (hét)
vizeletben gazdag trágyalé
CH4 (mg/kg/nap)
60
40
20
0 0
2
4
6
8
tárolási idő (hét)
udvari trágya
CH4 (mg/kg/nap)
60
40
20
0 0
2
4
6
8
tárolási idő (hét)
1. ábra A diéta és a trágya fajtájának hatása a metánkibocsátás sebességére a tárolás során (▲: C12-diéta; ●: C18-diéta ) Valamennyi feltüntetett mérési pont 12 egyedi mérés átlagát jelenti (minden vizsgált tárolási időhöz 4 párhuzamos trágyamintát vettek jól záró edényekbe, és ezek légteréből 3-3 párhuzamos gázmintát vettek)
teljes trágyalé
teljes trágyalé 1000 NH3 (mg/kg/nap)
N2O (mg/kg/nap)
8 6 4 2 0
100 10 1
0
2
4
6
8
10
12
0
14
2
vizeletben gazdag trágyalé
8
10
12
14
12
14
12
14
vizeletben gazdag trágyalé 1000
8 6
NH3 (mg/kg/nap)
N2O (mg/kg/nap)
6
tárolási idő (hét)
tárolási idő (hét)
4 2 0 0
2
4
6
8
10
12
100 10 1 0
14
2
4
6
8
10
tárolási idő (hét)
tárolási idő (hét)
udvari trágyalé
udvari trágyalé 1000
8 6
NH3 (mg/kg/nap)
N2O (mg/kg/nap)
4
4 2 0
100 10 1
0
2
4
6
8
10
tárolási idő (hét)
12
14
0
2
4
6
8
10
tárolási idő (hét)
2. ábra. A diéta és a trágya fajtájának hatása a dinitrogén-oxid-, illetve az ammóniakibocsátás sebességére a trágya tárolása során (▲: C12-diéta; ●: C18-diéta ) Valamennyi feltüntetett mérési pont 12 egyedi mérés átlagát jelenti (minden vizsgált tárolási időhöz 4 párhuzamos trágyamintát vettek jól záró edényekbe, és ezek légteréből 3-3 párhuzamos gázmintát vettek)
A trágya tárolásának időtartama jelentősen befolyásolja a metánkibocsátást valamennyi trágyafajta esetében. Kezdetben az udvari trágya jelentősebb metánforrás, mint a két különböző trágyalé. Utóbbiakat illetően a vizeletben gazdag trágyalé több metánt bocsát ki, mint a teljes trágyalé. A 7. hét körül azonban – a teljes trágyalé kivételével – csaknem megszűnik a metánkibocsátás a 14. hét elteltével a vizeletben gazdag frakció alacsonyabb értékeket ad, mint a teljes trágyalé. Az udvari trágya az első 3 hónapban bocsátja ki a metán nagy részét ( kb. a 2/3-át ), a teljes trágyalé esetében azonban ez az idő hoszszabb a folyadékfelszínen képződő kéreg miatt. Értékelhető adatok nyerése céljából ily módon hosszabb tárolási kísérletekre lenne szükség, különösképp a kétfajta trágyalé esetében. Megjegyzendő, hogy a közölt eredmények csak a laktációs periódus bizonyos szakaszára vonatkoznak. Éves adatok megadásához a standard tejhozamgörbéket és/vagy a táplálás intenzitásának mértékét is figyelembe kellene venni. A diéta típusától és a trágya fajtájától függően változik a különböző nitrogéntartalmú gázok (dinitrogén-oxid; ammonia ) kibocsátása. A C12-diétán tartott állatok esetében ez valamennyi trágyafajtát tekintve alacsonyabb, mint a C18-diétán tartottaké, a nitrogénveszteség ugyanakkor a tápanyag nitrogéntartalmához képest nem változik. Ezzel ellentétben, a dinitrogén-oxid kibocsátása utóbbiak szerint alacsonyabb a C12-diéta esetében. A teljes trágyalé, valamint a kétkomponensű trágyalé 2 hetes tárolása során a nitrogénveszteséget tekintve nincs lényeges különbség. A 7 hetes tárolás esetében ugyanakkor a dinitrogén-oxid-kibocsátása 23-szor nagyobb a vizeletben gazdag trágyalé/udvari trágya rendszerben, mint a teljes trágyalé esetében. Utóbbit illetően a dinitrogén-oxid gyakorlatilag teljesen az udvari trágyából származik. Az ammóniakibocsátás ütemétől eltérően (amelyet illetően a kibocsátás az idő előrehaladtával gyorsan csökken), a teljes dinitrogén-oxid-kibocsátás vizsgálatához mindenképpen hosszabb tárolási periódus alkalmazására lenne szükség. Ugyanakkor, a jelen tanulmányban alkalmazottnál rövidebb tárolási periódusok mellett (amelyeket a gyakorlatban sokszor alkalmaznak), a gázkibocsátásra alacsonyabb értékeket kapnak, így ezek az eredmények hibás következtetések levonására adnak lehetőséget a különböző diéták és trágyafajták összehasonlításakor. A metán és a dinitrogén-oxid kibocsátása nem azonos mértékben emeli az istállók hőmérsékletét. Ez az eltérés a két gáz ún. teljes üvegházgázekvivalens (GHGeq) értékei különbségéből ered. Mivel a dinitrogén-oxid GHGeq-értéke sokkal nagyobb, fajlagosan nagyobb az istálló felmelegedését előidéző potenciálja. Ugyanakkor, a kibocsátott mennyiség ebből a gázból kisebb, és ennek mértéke a dietatikus kezelés során az időben is változik. Az alacsonyabb kibocsátást ellenére a dinitrogén-oxid jelen vizsgálatok szerint kb. 7, illetve 51%-os mértékben járult hozzá a teljes, illetve trágyából származó GHGeq- értékhez (14 hetes trágyatárolás) a metánnal való összehasonlítás-
ban. Ugyanakkor, rövidebb ideig tartó tárolást (7 hét) alkalmazva, a dinitrogén-oxid hozzájárulása a GHGeq-értékhez sokkal kisebb a kétkomponensű trágya, és elhanyagolható a teljes trágyalé esetében.
Következtetések Ez a vizsgálatsorozat eddig az egyetlen, amely azonos kísérletekben hasonlítja össze az állatokból közvetlenül származó, illetve azok trágyájából keletkező metán-, illetve dinitrogén-oxid mennyiségét különböző diéták alkalmazása során. Az eredmények azt mutatják, hogy ha az állatokból közvetlenül kibocsátott metán mennyisége csökken, akkor a trágyából származó részé növekszik, amennyiben a táplálékban lévő rostok fermentációja egyidejűleg csökken. Feltétlenül hasznos lehet az állatból közvetlenül származó metánkibocsátás csökkentése, mivel a további felhasználást illetően (hasznosítás biogázként, ez a mennyiség mindenféleképp elvész, míg a trágyából keletkező hányad nagyobb veszteség nélkül felhasználható. Az állatokból közvetlenül származó, illetve a különböző trágyafajtákból történő gázkibocsátás ismerete új megvilágításba helyezi az állatok táplálása hosszú távra kiterjedő hatásait. A trágya fajtájától, és annak tárolásától függetlenül az állatokból közvetlenül származó gázok hatása az istállók felmelegedésére jelentősebb, mint a trágyából kibocsátott gázoké, noha ez az arány a trágya tárolása során változik. (Dr. Ladányi László) Külling, D. R.; Dohme, F. stb.: Methane emissions of differently fed dairy cows and corresponding methane and nitrogen emissions from their manure during strorage. = Environmental Monitoring and Assessment, 79. k. 2. sz. 2002. p. 129–150. Immig, I.: The rumen and hindgut as source of ruminant methanogenesis. = Environmental Monitoring and Assessment, 42. k. 1–2. sz. 1996. p. 57–72. Johnson, D. E.; Ward, G. M.: Estimates of animal methane emissions. = Environmental Monitoring and Assessment, 42. k. 1–2. sz. 1996. p. 133–141.
Egyéb irodalom Schulz H.: Illékony komponensek a bőrben – módszerek, források, anyagok. = Bőr- és Cipőtechnika, -Piac, 52. k. 12. sz. 2002. p. 574–576. A belső levegő minőség kutatás legújabb eredményei a BME Épületgépészeti Tanszékén. = Magyar Épületgépészet, 51. k. 12. sz. 2002. p. 27–28.
