Снижение воздействия отходов коров на окружающую среду

КОЛУМБУС, Огайо. Нет неуважения к коровам, но они производят много газа.

И хотя запах может не смущать фермеров, это метан, один из самых сильных парниковых газов.

Согласно отчету Организации Объединенных Наций, во всем мире домашний скот выделяет 14,5% всех парниковых газов (метан, двуокись углерода, закись азота и фторированные газы), и более половины этого количества приходится на коров.

С каждым выбросом газа и особенно с отрыжкой крупный рогатый скот выделяет метан, который в 23 раза вреднее углекислого газа, основного парникового газа в автомобильных выбросах.

Помимо коровьего газа, их навоз может быть проблематичным. Фосфор и азот в коровьем навозе после его внесения в сельскохозяйственные угодья в качестве удобрения могут стекать с дождями в местные водоемы, в том числе в озеро Эри, способствуя цветению водорослей, которые окрашивают воду в зеленый цвет и могут выделять токсины, вредные для питьевой воды.

Два исследователя из Колледжа пищевых, сельскохозяйственных и экологических наук (CFAES) Университета штата Огайо изучают, как сократить выделение метана коровами и уменьшить содержание фосфора и азота, которые попадают в их навоз и, возможно, в водные пути.

Хотя Чжунтан Юй вырос не в сельской местности, а в столичном регионе Китая, он ценит вклад крупного рогатого скота в экономику, говядины и молока. И он понимает, какие потери может иметь загрязнение воздуха. Он работает молекулярным биологом в CFAES и работает над уменьшением количества метана, выделяемого крупным рогатым скотом, путем улучшения их пищеварения.

Другой исследователь CFAES, Чанхи Ли, доцент кафедры зоотехники, занимается сокращением отходов жизнедеятельности коров — твердых веществ и газов. В своих исследованиях Ли проверяет эффективность добавления химических или биологических веществ в корма для коров, чтобы уменьшить выделяемый ими метан. Он также добавляет добавки в навоз, чтобы уменьшить содержание в нем азота и фосфора, тем самым уменьшая вероятность просачивания этих соединений в поверхностные воды.

Снижение содержания метана с помощью натуральных добавок

Как производители метана, крупный рогатый скот намного превосходит людей. За один день корова производит в среднем 200 литров метана, в то время как люди, которые производят метан (только треть из нас), выделяют долю литра метана в день.

Сокращение выбросов газообразного метана, производимого крупным рогатым скотом, не только сокращает выбросы парниковых газов, но и потенциально позволяет направить больше корма, потребляемого скотом, на его тело и производство. По словам Ю, это может привести к более крупным и сильным коровам и быкам, большему количеству молока и говядины.

«Метан — это плохо, потому что это не только парниковый газ, но и пустая трата корма», — сказал Юй.

По его словам, от 4 до 12 процентов съеденного скотом корма выбрасывается из-за выделяемого ими газа метана.

Если у коров будет меньше газов и меньше отрыжки, это не только приятнее для людей, которые работают вокруг них, «они могут расти быстрее, иметь больше мяса и давать больше молока», — сказал он.

В текущем исследовании Ю изучает, как природные соединения могут уменьшить количество простейших в желудке коровы, тем самым уменьшая количество метана и азота, которые корова выделяет. Любой белок, который ест крупный рогатый скот, который не используется их организмом, выходит с мочой и навозом в виде азота. Почти половина азота в их моче и навозе превращается в газообразный аммиак, токсичный, потенциально взрывоопасный газ, но не парниковый.

Различные соединения могут уменьшить метан, образующийся в кишечнике коровы. Антибиотики входят в их число. Но потребители иногда воздерживаются от покупки говядины, обработанной антибиотиками, поэтому Юй выбрал для тестирования соединения из природных источников. Он обнаружил, что эфирные масла, в том числе масла чеснока, розмарина и орегано, а также сапонины и дубильные вещества эффективно снижают количество метана, выделяемого скотом с газами и отрыжкой. Сапонины — это соединения, содержащиеся в некоторых овощах, бобах и травах. Дубильные вещества — горькие на вкус органические вещества, получаемые из некоторых растений.

Эфирные масла, сапонины и дубильные вещества снижают выработку метана за счет снижения количества и активности простейших и метанообразующих микроорганизмов в кишечнике крупного рогатого скота. Простейшие не производят метан, но они помогают производителям метана, микроорганизмам, называемым метаногенами. Метаногены есть и в кишечнике человека, но не так много, как у крупного рогатого скота.

Ю нацелен на простейших в желудке коровы, потому что они заставляют корову не только производить больше метана, но и выделять больше азота в навоз.

В его исследованиях аспиранты и студенты Ю выполняют неприглядную роль: берут образцы из желудков коров, обычно больших и вонючих, и приносят их в лабораторию.

«Их это не беспокоит, — сказал Юй о своих учениках. «Они получают удовольствие от этого».

Весело? Возможно, потому, что большинство из них выросли рядом с коровами и знакомы с различными запахами на ферме.

На следующем этапе кусочки образцов смешивают с эфирными маслами, сапонинами и танинами, чтобы увидеть, как они влияют на простейших и сколько метана вырабатывается. Лаборатория Ю обнаружила, что комбинации нескольких соединений, веществ или того и другого более эффективны, чем отдельные соединения, в снижении выбросов метана.

Ли, доцент кафедры зоотехники CFAES, изучает эффект от введения коровам 3-нитрооксипропанола, белого порошка, который можно смешивать с кормом. До сих пор было показано, что добавка снижает производство метана до 20 процентов, в зависимости от количества, которое им дают.

По его словам, необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, что 3-нитрооксипропанол не снижает продуктивность крупного рогатого скота и не имеет нежелательных побочных эффектов.

При тестировании эффективности 3-нитрооксипропанола группа коров, каждая из которых содержалась в отдельных стойлах, получала корм с соединением или без него. Затем измеряется их газ.

«Крупный рогатый скот выделяет метан, отрыгивая почти каждую минуту», — сказал Ли.

Сокращение содержания азота и фосфора в отходах крупного рогатого скота

Исследование Ли направлено не только на сокращение выбросов метана, выделяемого коровами, но и на сокращение азота и фосфора, выделяемых в их навозе. Он изучает, можно ли уменьшить количество белка и фосфора в национальной потребности в кормах для мясного и молочного скота без ущерба для питания и силы коровы.

Некоторые фермеры дают своим животным больше фосфора, чем требуется, в надежде повысить уровень продуктивности коров. Но, по его словам, это происходит все реже и реже.

«Большинство фермеров хорошо знают об опасностях этого», — сказал он.

По словам Ли, риск давать коровам больше фосфора или других питательных веществ заключается в том, что избыток попадает в их навоз и мочу.

Но даже после того, как это произойдет, есть возможность уменьшить воздействие этих отходов на окружающую среду.Ли проверяет, может ли химическая или биологическая добавка, добавленная в коровий навоз, изменить разложение навоза, чтобы он выделял меньше метана. Кроме того, он проверяет, может ли другая добавка ограничить количество азота в навозе, который превращается в газообразный аммиак по мере разложения навоза. Сокращение потерь азота из навоза может также улучшить качество навоза как удобрения.

«Мы хотим уменьшить воздействие коровьих отходов на окружающую среду, но мы также хотим улучшить продуктивность коров», — сказал Ли. «У нас будет значительный рост населения во всем мире, и нам нужно накормить всех этих людей».