Különböző módon táplált tejelő tehenek metánkibocsátása, valamint ezek tárolt trágyájának metánés nitrogénemissziója

Átírás

1 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 (CH 4 ) és a dinitrogén-oxid (N 2 O) 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 ( C 18 -diéta ), illetve laurinsav ( C 12 - diéta ) 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.

2 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±,39%; fehérjetartalma 3,14±,15%) az említett két különböző diétát alkalmazták (4 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 1 napon át ( kontroll szakasz ) C 18 diétán, majd ezt követően 18 napon át ( kísérleti szakasz ) C 12, illetve C 18 -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, 21) 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 4 m 3 térfogatú laborban 2 C-on, 7% relatív nedvességtartalom mellett,,3 m 3 /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. 21) 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) CO 2 kg ekvivalensben adják meg (konverziós faktorok metánra, illetve dinitrogén-oxidra: 21, illetve 31). 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

3 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 Összetevők (g/kg szárazanyag) Laurinsav (C 12 ) Sztearinsav (C 18 ) bekevert Takarmány Koncentrátum A takarmány szerkezete (g/kg. sz.a.) Silózott fű Silózott kukorica Széna Összetevők koncentrációja (g/kg sz.a.) C 12 1 C 18 1 Árpa Kukoricamézga Melaszok 7 7 Szervetlen anyagokat és vitaminokat tartalmazó 3 3 a premix Analizált összetétel Szerves anyagok (g/kg sz.a.) Zsírsavak összesen b C 12 (g/kg összes zsírsav) C 18 (g/kg összes zsírsav) Semleges detergens rostok (g/kg sz.a.) Összetétel bekevert elfogyasztott elfogyasztott Nitrogén (g/kg sz.a.) 25, 24,3 25,3 25,3 Bélből felszívódó fehérje (g/kg sz.a.) c A laktációra fordított nettó energia 7,3 6,9 7,2 7,2 (Mjoule/kg sz.a.) c a 1kg koncentrátum tartalmaz: 5,1 g Ca, 1,5 g P, 1,2 g Na, 3 NE A-vitamin, 6 NE D 3 -vitamin, 45 mg E-vitamin b Triglicerid ekvivalensben számolva c RAP (1999)-nek megfelelően

4 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 ( C 12 ) tartalmazó zsírsavakban gazdag zsírok in vitro és in vivo egyaránt csökkentik a metánkibocsátást (Dohme és mt., 2;Machmüller és Kreutzer, 1999). Ugyanakkor, a C 12 -diétát illető jelen kísérletek nem mutatják a metánkibocsátás csökkenését,ha utóbbit a bevitt szárazanyag tömegegységére vonatkoztatják. A C 12 -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 C 12 - diétának szappanszerű íze, illetve sajátos szaga van, amelyet az állatok nem kedvelnek. Ezenkívül, a C 12 -diéta ilyenfajta visszautasítása csökkentheti a takarmánynak a bendőn történő áthaladását, amely a metanogén mikroorganizmusok tevékenységének elősegítését hozza magával. Továbbá, a szabad C 12 -zsirsavaknak a jelen lévő szénhidrátokkal, illetve szervetlen anyagokkal való kölcsönhatása (utóbbiak megkötik, ezáltal inaktiválják a C 12 -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 C 12 -zsírsav már nincs jelen), egy kompenzációs hatás lép fel és ott a C 12 -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 C 12 -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 C 12 -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.

5 6 teljes trágyalé CH4 (mg/kg/nap) vizeletben gazdag trágyalé CH4 (mg/kg/nap) udvari trágya CH4 (mg/kg/nap) ábra A diéta és a trágya fajtájának hatása a metánkibocsátás sebességére a tárolás során ( : C 12 -diéta; : C 18 -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)

6 teljes trágyalé teljes trágyalé 8 1 N2O (mg/kg/nap) NH3 (mg/kg/nap) vizeletben gazdag trágyalé vizeletben gazdag trágyalé 8 1 N2O (mg/kg/nap) NH3 (mg/kg/nap) udvari trágyalé udvari trágyalé 8 1 N2O (mg/kg/nap) NH3 (mg/kg/nap) ábra. A diéta és a trágya fajtájának hatása a dinitrogén-oxid-, illetve az ammóniakibocsátás sebességére a trágya tárolása során ( : C 12 -diéta; : C 18 -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)

7 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 C 12 -diétán tartott állatok esetében ez valamennyi trágyafajtát tekintve alacsonyabb, mint a C 18 -diétán tartottaké, a nitrogénveszteség ugyanakkor a tápanyag nitrogéntartalmához képest nem változik. Ezzel ellentétben, a dinitrogén-oxid kibocsátása utóbbiak szerint alacsonyabb a C 12 -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-

8 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. 22. p Immig, I.: The rumen and hindgut as source of ruminant methanogenesis. = Environmental Monitoring and Assessment, 42. k sz p Johnson, D. E.; Ward, G. M.: Estimates of animal methane emissions. = Environmental Monitoring and Assessment, 42. k sz p Egyéb irodalom Schulz H.: Illékony komponensek a bőrben módszerek, források, anyagok. = Bőr- és Cipőtechnika, -Piac, 52. k. 12. sz. 22. p A belső levegő minőség kutatás legújabb eredményei a BME Épületgépészeti Tanszékén. = Magyar Épületgépészet, 51. k. 12. sz. 22. p