Системные меры по снижению выбросов парниковых газов в животноводческих хозяйствах. Обзор

В статье приведен обзор различных подходов к решению проблем, возникающих при выделении парниковых газов от деятельности животноводческих хозяйств. Сектор животноводства жвачных животных находится под пристальным вниманием по экологическим соображениям из-за его значительного вклада в выбросы кишечного метана (СН4) и влияния на глобальное изменение климата. При этом дан анализ основных источников выброса метана в сельскохозяйственном секторе АПК, в том числе — по видам домашнего скота и птицы. Оценено влияние системы кормления, используемых кормов и кормовых добавок, хранения навоза на потери азота. В этой связи рассмотрен ряд перспективных научных и практических разработок, направленных на снижение выбросов и выработку стратегии борьбы с прямыми выбросами парниковых газов (ПГ) в животноводстве, которые не ставят под угрозу продуктивность животных, особенно в контексте цели устойчивого развития. Были рассмотрены практические действия, предусматривающие выработку комплекса мер по снижению выбросов парниковых газов. Потенциальные стратегии смягчения их последствий были разделены на следующие основные категории: разведение животных, изменение рационов их кормления и манипуляции с рубцом. Также был предпринят ряд других мер, способствующих повышению продуктивности скота и снижению негативного воздействия на природную среду. Рассмотрены эколого-экономические методики оценки выбросов вредных газов при производстве животноводческой продукции и отмечена необходимость разработки более простых экономически эффективных технологий для количественной оценки выбросов парниковых газов и с целью поиска решений для сохранения благоприятного климата. При оценке выбросов вредных газов учитываются размеры потерь и совокупный экологический ущерб. Реализация стратегий по сокращению выбросов должна привести к повышению продуктивности животных и к снижению негативного влияния животноводства на природную среду.

1. Ungerfeld, E. M., Beauchemin, K. A., Muñoz, C. (2022). Current perspectives on achieving pronounced enteric methane mitigation from ruminant production. Frontiers in Animal Science, 2, Article 795299. https://doi.org/10.3389/fanim.2021.795200

2. Glasson, C. R. K., Kinley, R. D., de Nys, R., King, N., Adams, S. L., Packer, M. A. et al. (2022). Benefits and risks of including the bromoform containing seaweed Asparagopsis in feed for the reduction of methane production from ruminants. Algal Research, 64, Article 102673. 10.1016/j.algal.2022.102673

3. Gros, V., Williams, J., Aardenne, J. A., Salisbury, G., Hofmann, R., Lawrence, M. G. et al. (2003). Origin of anthropogenic hydrocarbons and halocarbons measured in the summertime European outflow. Atmospheric Chemistry and Physics, 3(4), 1893-1923. https://doi.org/10.5194/acp-3-1223-2003

4. Berlin, J., Sund, V. (2010). Environmental life cycle assessment (LCA) of ready meals: LCA of two meals; pork and chicken a screening assessment of six ready meals. Goteborg: SIK — Institutet för livsmedel och bioteknik, 2010.

5. Kiehl, J. T., Kevin, E. Trenberth, K.E. (1997). Earths Annual Global Mean Energy. Bulletin of the American Meteorological Society, 78(2), 197-208. https://doi.org/10.1175/1520-0477(1997)078<0197:EAGMEB>2.0.CO;2

6. Moares, L. E., Strathe A. B., Fadel, J. G., Casper, D. P., Kebreab, E. (2014) Prediction of enteric methane emissions from cattle. Global Change Biology, 20(7), 2140-2148. https://doi.org/10.1111/gcb.12471

7. Dourmad, J.-Y, Rigolot, C, van der Werf, H. (17-20 May, 2008). Emission of greenhouse gas, developing management and animal farming systems to assist mitigation. Livestock and Global Climate Change, 2008, Hammamet, Tunisia, hal-01460853f

8. Gerber, P. J., Hristov, A. N., Henderson, B., Makkar, H., Oh, J., Lee, C. et al. (2013). Technical options for mitigation of direct methane and nitrous oxide emissions from livestock: a review. Animal: an International Journal of Animal Bioscience, 7(Suppl 2), 220-234. https://doi.org/10.1017/S1751731113000876

9. Beauchemin, K. A., Ungerfeld, E. M., Eckard, R. J., Wang, M. (2020). Review: Fifty years of research on rumen methanogenesis: lessons learned and future challenges for mitigation. Animal, 14(S1), S2-S16. https://doi.org/10.1017/S1751731119003100

10. McAllister, T. A., Newbold, C. J. (2008). Redirecting rumen methane to reduce methanogenesis. Australian Journal of Experimental Agriculture, 48(1-2), 7-13. https://doi.org/10.1071/EA07218

11. Eckard, R. J., Grainger, C., de Klein, C. A. M. (2010). Options for the abate-ment of methane and nitrous oxide from ruminant production: a review. Livestock Science, 130(1-3), 47-56. https://doi.org/10.1016/j.livsci.2010.02.010

12. Knapp, J. R., Laur, G. L., Vadas, P. A., Weiss, W.P., Tricarico, J.M. (2014). Invited review: enteric methane in dairy cattle production: quantifying the opportunities and impact of reducing emissions. Journal of Dairy Science, 97(6), 3231-3261. https://doi.org/10.3168/jds.2013-7234

13. Pereira, L. G. R., Machado, F. S., Campos, M. M., Guimarães, R., Tomich, T. R., Reis, L. G. at al. (2015). Enteric methane mitigation strategies in ruminants: A review. Revista Colombiana de Ciencias Pecuarias, 28(2), 124-143. https://doi.org/10.17533/udea.rccp.v28n2a02

14. Gerber, P. J., Steinfeld, H., Henderson, B., Mottet, A., Opio, C., Dijkman, J. et al. (2013). Tackling climate change through livestock — A global assessment of emissions and mitigation opportunities. Rome: FAO. Retrieved from https://www.fao.org/3/i3437e/i3437e.pdf Accessed June 18, 2022

15. Beauchemin, K. A., McAllister, T. A., McGinn, S. M. (2009). Dietary mitigation of enteric methane from cattle. CAB Reviews: Perspectives in Agriculture, Veterinary Science, Nutrition and Natural Resources, 4.35, 1-18. https://doi.org/10.1079/PAVSNNR20094035

16. Herrero, M., Conant, R. T., Havlik, P., Thornton, P. K., Conant, R. T., Smith, P. et al. (2016). Greenhouse gas mitigation potentials in the livestock sector. Nature Climate Change, 6(5), 452-461. https://doi.org/10.1038/nclimate2925

17. Llonch, P., Haskell, M. J., Dewhurst, R. J., Turner, S. P. (2017). Current available strategies to mitigate greenhouse gas emissions in livestock systems: An animal welfare perspective. Animal, 11(2), 274-284. https://doi.org/10.1017/S1751731116001440.

18. Бельчикова, Е. (2021). Создана добавка для коровьего корма, которая снизит выбросы метана и поможет заработать фермерам. Электронный ресурс https://yandex.ru/turbo/techinsider.ru/s/science/news-699933-sozdana-dobavka-dlya-korovego-korma-kotoraya-snizitvybrosy-metana-i-pomozhet-zarabotat-fermeram/ Дата обращения 10.06.2022

19. Самарджич, М., Валентини, Р., Васенев, И. И. (2014). Экологическая оценка удельной эмиссия парниковых газов при производстве и потреблении мясной продукции в условиях Центрального региона России. Достижения науки и техники АПК, 9, 61-64.

20. Eugene, M., Klumpp, K., Sauvant, S. (2021) Methane mitigating options with forages fed to ruminants. Grass Forage Science. 76(2), 196-204. https://doi.org/10.1111/gfs.12540

21. Pal, A., Kamthania, M. C., Kumar, A. (2014). Bioactive compounds and properties of seaweeds-a review. Open Access Library Journal, 1(04), Article e752. https://doi.org/10.4236/oalib.1100752

22. Gaillard, C., Bhatti, H. S., Garrido, M., Lind, V., Roleda, M. Y., Weisbjerg, M. R. (2018). Amino acid profiles of nine seaweed species and their insitu degradability in dairy cows. Animal Feed Science and Technology, 24, 210-222. https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2018.05.003

23. Nunes, N., Valente, S., Ferraz, S., Barreto, M. C., Pinheiro de Carvalho, M. A. A. (2018) Nutraceutical potential of Asparagopsis taxiformis extracts and assessment of a downstream purification strategy. Heliyon, 4(11), Article e00957. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2018.e00957

24. Roque, B. M., Venegas, M., Kinley, R. D., de Nys R., Duarte, T. L., Yang, X. at al. (2021). Red seaweed (Asparagopsis taxiformis) supplementation reduces enteric methane by 80 percent in beef steers. PLoS ONE, 16(3 March), Article e024782017. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0247820

25. Duan, X.-J., Zhang, W.-W., Li, X.-M., Wang, B.-G. (2006). Evaluation of antioxidant property of extract and fractions obtained from a red alga, Polysiphonia urceolata. Food Chemistry, 95(1), 37-43 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2004.12.015

26. Morais, T., Inacio, A., Coutinho, T., Ministro, M., Cotas J., Pereira L. et al. (2020). Seaweed potential in the animal feed: a review. Marine Science and Engineering, 8, Article 559. https://doi.org/10.3390/jmse8080559

27. Roque, B. M, Salwen, J. K, Kinley, R, Kebreab, E. (2019). Inclusion of Asparagopsis armata in lactating dairy cow’s diet reduces enteric methane emission by over 50 percent. Journal of Cleaner Production, 234, 132-138. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.06.193

28. Kinley, R. D., Martinez-Fernandez, G., Mathews, M. K., de Nys, R. D., Magnusson, M., Tomkins, N. W. (2020). Mitigating the carbon footprint and improving the productivity of ruminant livestock agriculture using red seaweed. Journal of Cleaner Production, 259, Article 120836. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120836

29. Machado, L., Tomkins, N., Magnusson, M., Midgley, D. J., de Nys, R., Rosewarne, C. P. (2018). In vitro response of rumen microbiota to the antimethanogenic red macroalga Asparagopsis taxiformis. Microbial Ecology, 75, 811-818. https://doi.org/10.1007/s00248-017-1086-8

30. Tomkins, N. W., Colegate, S. M., Hunter, R. A. (2009). A bromochloromethane formulation reduces enteric methanogenesis in cattle fed grain-based diets. Animal Production Science, 49(12), 1053-1058. https://doi.org/10.1071/EA08223

31. Wang, Y., Xu, Z., Bach, S. J., McAllister, T. A. (2009). Sensitivity of Escherichia coli to seaweed (Ascophyllum nodosum) phlorotannins and terrestrial tannins. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 22(2), 238-245. https://doi.org/10.5713/ajas.2009.80213

32. Saggar, S. (2010). Estimation of nitrous oxide emissions from ecosystems and its mitigation technologies. Agriculture, Ecosystems and Environment, 136(3-4), 189-191. https://doi.org/10.1016/j.agee.2010.01.007

33. Environmental Protection Agency (2010). Inventory of U.S. greenhouse gas emissions and sinks: 1990-2008. Washington (DC): U. S. Environmental Protection Agency. Retrieved from https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-12/documents/508_complete_ghg_1990_2008.pdf Accessed June 15, 2022

34. Гриднева, Т. Т. (2012). Эмиссия вредных газов при производстве животноводческой продукции. Вестник ВНИИМЖ, 4(8), 61-69.

35. Borhan, M. S., Mukhtar, S., Capareda, S., Rahman, S. (2012). Greenhouse gas emissions from housing and manure management systems at confined livestock operations. Chapter in a book: Waste Management — An Integrated Vision, Rijeka (Croatia): InTech. 259-296. https://dx.doi.org/10.5772/51175

36. Sajeev, E. P. M., Winiwarter, W., Amon, B. (2018). Greenhouse gas and ammonia emissions from different stages of liquid manure management chains: Abatement options and emission interactions. Journal of Environmental Quality, 47(1), 30-41. https://doi.org/10.2134/jeq2017.05.0199

37. Montes, F., Meinen, R., Dell, C., Rotz, A., Hristov, A. N., Oh, J. et al. (2013). Special topics — Mitigation of methane and nitrous oxide emissions from animal operations: II. A review of manure management mitigation options. Journal of Animal Science, 91(11), 5070-5094. https://doi.org/10.2527/jas.2013-6584

38. Holly, M. A., Larson, R. A., Powell, J. M., Ruark, M. D., Aguirre-Villegas, H. (2017). Greenhouse gas and ammonia emissions from digested and separated dairy manure during storage and after land application. Agriculture, Ecosystems and Environment, 239, 410-419. https://doi.org/10.1016/j.agee.2017.02.007

39. Battini, F., Agostini, A., Boulamanti, A. K., Giuntoli, J., Amaducci, S. (2014). Mitigating the environmental impacts of milk production via anaerobic digestion of manure: case study of a dairy farm in the Po Valley. Science of the Total Environment, 481(1), 196-208. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.02.038

40. Petersen, S. O., Sommer. S. G. (2011). Ammonia and nitrous oxide interactions: Roles of manure organic matter management. Animal Feed Science and Technology, 166-167, 503-513. https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2011.04.077

41. Lam, S.K., Suter, H., Mosier, A.R., Chen, D. (2016). Using nitrification inhibitors to mitigate agricultural N2O emission: a double-edged sword? Global Change Biology, 23(2), 485-489. https://doi.org/10.1111/gcb.13338

42. Grossi, G., Goglio, P., Vitali, A., Williams, A.G. (2019). Livestock and climate change: impact of livestock on climate and mitigation strategies. Animal Frontiers, 9(1), 69-76. https://doi.org/10.1093/af/vfy034

43. Williams, A., Chatterton, J., Hateley, G., Curwen, A., Elliott, J. (2015). A systems-life cycle assessment approach to modelling the impact of improvements in cattle health on greenhouse gas emissions. Advances in Animal Biosciences, 6(1), 29-31. https://doi.org/10.1017/S2040470014000478

44. Васенев И. И., Бузылев, А. В., Велик, А. В. (2007). Геоинформационно-методическое обеспечение агроэкологической оптимизации и прецензионного земледелия в условиях черноземной зоны России. Известия Тимирязевской Сельскохозяйственной Академии, 2, 28-55.

45. Pieper, M., Michalke, A., Gaugler, T. (2020). Calculation of external climate costs for food highlights inadequate pricing of animal products. Nature Communications, 11(1), Article 6117. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19474-6

46. Jose, V.S., Sejian, V., Bagath, M., Ratnakaran, A. P., Lees, A.M., Al-Hosni, Y.A.S. at al. (2016). Modeling of Greenhouse Gas Emission from Livestock. Frontiers in Environmental Science, 4(APR), Article 27. https://doi.org/10.3389/fenvs.2016.00027

47. Petersen, S. O., Blanchard, M., Chadwick, D., Del Prado, A., Edouard, N., Mosquera, J. at al. (2013). Manure management for greenhouse gas mitigation. Animal, 7(Specialissue2), 266-282. https://doi.org/10.1017/S1751731113000736

48. Amani, P., Schiefer, G. (2011). Review on suitability of available LCIA methodologies for assessing environmental impact of the food sector. International Journal on Food System Dynamics, 2(2), 194-206. https://doi.org/10.18461/ijfsd.v2i2.228

49. Gibbons, J. M., Ramsden, S. J., Blake, A. (2006). Modelling uncertainty in greenhouse gas emissions from UK agriculture at the farm level. Agriculture, Ecosystems and Environment, 112(4), 347-355. https://doi.org/10.1016/j.agee.2005.08.029

50. De Vries, M., de Boer, I.J.M. (2010). Comparing environmental impacts for livestock products: A review of life cycle assessments. Livestock Science, 128(1-3), 1-11. https://doi.org/10.1016/j.livsci.2009.11.007

51. Bryant, J.R., Snow, V.O. (2008). Modelling pastoral farm agro-ecosystems: A review. New Zealand Journal of Agricultural Research, 51(3), 349-363. https://doi.org/10.1080/00288230809510466