Je poľnohospodárstvo naozaj zodpovedné za globálne otepľovanie?

O uhlíkovej stope poľnohospodárstva resp. rastlinnej výroby sme v ostatných číslach časopisu Naše pole publikovali viacero príspevkov. V časopise Slovenský chov č. 4/2022 vyšiel príspevok od hore uvedených autorov, ktorý sa touto problematikou zaoberá z hľadiska živočíšnej výroby, pričom porovnáva veľkosť produkcie metánu prepočítaného na CO₂ s fotosyntetickou spotrebou tohto plynu plodinami určenými na kŕmenie hospodárskych zvierat. Výsledok tohto porovnania je prekvapujúci. Autori na našu žiadosť príspevok upravili a doplnili o ďalšie údaje a závery z oblasti rastlinnej výroby a preto predpokladáme, že zaujme aj našich čitateľov.

 

Kolegovia z Výskumného ústavu živočíšnej výroby vo svojom príspevku hľadajú odpoveď na konštatovanie, podľa ktorého vraj sektor poľnohospodárstvo je štvrtý najväčší sektor produkujúci emisie skleníkových plynov. Vyššie emisie sú zo sektorov ako energetika, doprava a priemysel. Skleníkové plyny, ako je oxid uhličitý (CO₂), metán (CH₄) a oxid dusný (N₂O) sú produkované poľnohospodárstvom približne na úrovni 7 %. Tvorba týchto plynov zvieratami je daná emisným faktorom (EF) vyjadreným množstvom produkovaného plynu v kg za rok jedným zvieraťom.

Oxid uhličitý je plyn, ktorý hrá zásadnú úlohu v regulácii globálnej klímy a v metabolizme rastlín a živočíchov. Akákoľvek nerovnováha v jeho kolobehu preto vyvoláva reakciu všetkých systémov zapojených do jeho cyklov.  Najviac zachyteného atmosférického CO₂ je v lesnej pôde a porastoch (71 %), v ornej pôde (17 %), v pasienkoch (2 %) a nakoniec približne 10 % uhlíka je zachyteného v produktoch z dreva (https://oeab.shmu.sk/emisie/polnohospodarstvo/trendy.html).

Hlavným zdrojom metánu zo živočíšnej výroby je črevná fermentácia prežúvavcov (enterická emisia). Z enterickej produkcie metánu pri trávení prežúvavcov sa tvorí v bachore asi 87 %, zvyšok sa tvorí v črevnom trakte. Okrem enterickej emisie sa metán tvorí pri skladovaní hnoja v anaeróbnych podmienkach. Na emisiách metánu z poľnohospodárstva sa živočíšna výroba podieľa 44 %, z toho 78,7 % tvorí enterická emisia (https://oeab.shmu.sk/emisie/polnohospodarstvo/trendy.html).

Emisie oxidu dusného vznikajú z dusíka obsiahnutého v hnoji počas skladovania. Veľkosť emisie závisí od obsahu dusíka a uhlíka v hnoji, doby jeho skladovania a spôsobu ošetrenia. Emisia oxidu dusného sa tvorí nitrifikáciou v aeróbnych podmienkach. Je to oxidácia amoniakálneho dusíka na dusitan a toho následne na dusičnan. Dusičnany sa potom transformujú na oxid dusný počas denitrifikácie v anaeróbnom prostredí.

Rôzne skleníkové plyny môžu mať rôzne účinky na otepľovanie Zeme. Skleníkové plyny sa navzájom líšia dvoma premennými, a to schopnosťou absorbovať energiu, čiže ich radiačnou účinnosťou a ich stabilitou v atmosfére, teda ako dlho v atmosfére zostávajú. Potenciál globálneho otepľovania (GWP), ktorý používa Medzivládny panel OSN pre zmenu klímy (IPCC) bol vyvinutý s cieľom umožniť porovnanie vplyvov rôznych plynov na globálne otepľovanie. Konkrétne ide o mieru toho, koľko energie pohltia emisie 1 tony plynu za dané časové obdobie v porovnaní s emisiami 1 tony oxidu uhličitého (CO₂). Táto miera (CO₂ ekvivalent – CO₂eq.) umožňuje vyjadriť uhlíkovú stopu, ktorá pozostáva z rôznych skleníkových plynov ako jedno číslo. Storočný časový horizont potenciálu globálneho otepľovania skleníkových plynov v pomere k CO₂ je pre metán 25 a oxid dusný 298. To znamená, že 1 tona metánu má otepľovací účinok ako 25 ton oxidu uhličitého a 1 tona oxidu dusného ako 298 ton oxidu uhličitého. (https://climatechangeconnection.org/emissions/co2-equivalents/).

Poľnohospodárstvo na Slovensku produkuje 2,77 mil. t CO₂eq (7 % celkových emisií). Emisie v poľnohospodárstve pochádzajú predovšetkým z chovu hospodárskych zvierat v podobe emisií metánu (1,23 mil. t) a tiež z obrábania pôdy a s tým spojenými emisiami N₂O a CO₂ (1,54 mil. t CO₂eq).

Emisie skleníkových plynov od dojníc sú závislé od živej hmotnosti a dojivosti. Podľa R. Kinsmana a kol. (https://www.journalofdairyscience.org/article/S0022-0302(95)76907-7/pdf) kravy s živou hmotnosťou 602 kg a dojivosťou 28,5 l mlieka produkujú denne v priemere 6 137 l oxidu uhličitého (od 5 032 do 7 427 l). Špecifická hmotnosť CO₂ je 1,951 kg.m³. To znamená, že denne kravy produkujú od 9,82 do 14,449 kg oxidu uhličitého, v priemere 11,97 kg, čo predstavuje ročnú produkciu CO₂ (EF-emisný faktor) 4 370,25 kg. Emisia metánu bola od 436 do 721 l, v priemere 587 l za 24 hodín. Po prepočítaní na emisný faktor pri špecifickej hmotnosti (0,707 kg.m³) to bolo 151,48 kg. Ide o enterickú emisiu, to znamená, že emisia z hnoja v tom nie je zahrnutá.

Pre tento príspevok boli prepočítané emisie metánu a oxidu dusného podľa metodiky Emissions from livestock and manure management, 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories pre kravy s rovnakou živou hmotnosťou aj dojivosťou. Okrem enterickej emisie sme stanovili emisiu aj z produkovaného hnoja a emisiu oxidu dusného. Emisiu metánu sme vypočítali z energie krmiva podávaného kravám, ktorú sme stanovili z potreby energie na záchov, pohyb, dojivosť a plodnosť, pri stráviteľnosti krmiva 75 %. Enterická emisia bola rovnaká, ako zistil spomínaný autor – 151,02 kg za rok. Po prepočte na dennú produkciu to bolo 585 l. Okrem tejto emisie sme stanovili emisiu z produkovaného hnoja, ktorá bola za rok 14,6 kg. To znamená, že celková emisia (EF) metánu od kravy s živou hmotnosťou 602 kg a dojivosťou 28,5 l mlieka denne bola 165,62 kg. Keď sme to premenili na CO₂eq (x25), aby sa dala stanoviť uhlíková stopa, bolo to 4 140,5 kg CO₂eq.

Okrem toho uniká z maštaľného hnoja, prípadne hnojovice, oxid dusný. Výška emisie oxidu dusného je závislá od produkcie dusíka v exkrementoch kravy. Pri danej živej hmotnosti a dojivosti krava produkuje 133,64 kg dusíka ročne. Pri tejto produkcii dusíka a pri skladovaní maštaľného hnoja v hnojisku a hnojovice v skladovacej nádrži od kráv chovaných v maštali bez pastvy je EF N₂O (produkcia za rok v kg) 1,05 kg, čo predstavuje 312,9 kg CO₂eq.

Keď sa spočítajú všetky emisie skleníkových plynov prepočítaných na CO₂eq, tak krava so živou hmotnosťou 602 kg a ročnou dojivosťou 10 734 l mlieka zanecháva za sebou uhlíkovú stopu 8 832,65 kg CO₂eq ročne (tabuľka 1). Pri pohľade na toto číslo sa dá konštatovať, že kravy sú významným prispievateľom emisií skleníkových plynov. Toto je ale len subjektívny pohľad, ktorý je niekedy predmetom diskusie v spoločnosti a aj vo vedeckých kruhoch.

 

Tab. 1: Emisie skleníkových plynov a uhlíková stopa kravy so živou hmotnosťou 602 kg a s priemernou dojivosťou 28,5 l denne.

	CO2	CH4	N2O	Spolu
Produkcia mlieka denne  (l)	6 137,00	641,80	1,48
Špecifická hmotnosť (kg/m3) *	1,951	0,707	1,938
Produkcia denne (kg)	11,97	0,71	0,003
EF – produkcia ročne (kg)	4 370,25	165,62	1,05
Potenciál globálneho otepľovania (CO2 eq.)	1	25	298
CO2eq ročne (kg)	4 370,25	4 140,50	312,90	8 823,65

*http://www.converter.cz/tabulky/hustota-plynu.htm

 

Pestovanie krmovín viaže uhlík

Chov hospodárskych zvierat nie je možný bez pestovania krmív. Prežúvavce skonzumujú veľké množstva objemových krmív, ktoré sa pre nich musia vypestovať. Rastliny rozvojom vegetatívnych orgánov (listy, stonky) asimilujú a premieňajú anorganické látky na organické zlúčeniny potrebné na rast. Pri fotosyntéze tvoria pomocou slnečnej energie organické látky z anorganických živín, najmä z atmosférického CO₂. Z toho vyplýva, že pri pestovaní hlavne objemových krmív pre zvieratá sa oxid uhličitý aj spotrebováva, čo otepľovanie spomaľuje. Tento fakt býva často opomínaný.

Fuseková (NP 6/2022) uvádza viacero agronomických faktorov, ktoré ovplyvňujú veľkosť uhlíkovej stopy jednotlivých druhov najviac pestovaných plodín. Stopa je rozdielna tak podľa samotných druhov plodín, ako aj vplyvom intenzity obrábania pôdy a vlastného spôsobu pestovania. Najvýznamnejším faktorom z hľadiska pestovateľských technológií je pritom intenzita dusíkatého hnojenia. Autorka uvádza, že napr. olejniny majú vyššiu uhlíkovú stopu ako obilniny, práve pre náročnosť na takéto hnojenie. Celkom osobitné postavenie majú z tohto hľadiska ďatelinoviny a strukoviny. Ďatelinoviny, ktorých takmer výlučným „odberateľom“ sú prežúvavce, teda hovädzí dobytok, sú z hľadiska spotreby dusíka samozásobovateľné, čo samo o sebe podstatne znižuje ich uhlíkovú stopu.

Pri znalosti uhlíkovej stopy kravy však nepoznáme, koľko uhlíka z atmosféry sa spotrebúva počas rastu plodín potrebných pre život kráv. Na to, aby sme stanovili množstvo rastlín potrebných pre kravu so živou hmotnosťou 602 kg a s  dojivosťou 28,5 l denne sme vypočítali potrebu živín (tabuľka 2) a na základe toho kŕmnu dávku.

 

Tab. 2: Potreba živín.

Živiny	Sušina (kg)	NEL       (MJ)	ME        (MJ)	PDI      (g)	NL         (g)	Vláknina (kg)	Ca         (g)	P         (g)
Záchovná potreba	10,30	39,04	65,10	394,00	597,67	2,42	26,67	17,70
Potreba na produkciu mlieka	8,04	84,90	141,42	1 339,18	2 276,60	1,87	80,35	48,21

 

Zostavili sme klasickú kŕmnu dávku z glycidovej kukuričnej siláže, bielkovinovej lucernovej siláže, lúčneho sena a kŕmnej zmesi pre dojnice s dojivosťou nad 25 l (tabuľka 3).

 

Tab.3: Potreba krmív.

Krmivo	Kŕmna dávka (kg)	Potreba ročne (t)	Výroba zelenej hmoty (t)
Siláž kukurice	26	9,49	11,388
Siláž lucerny siatej	9	3,29	4,34
Seno lúčne	2	0,73	1,31
Kŕmna zmes	6	2,19
-obsahuje  hrach 20 %		0,44	0,88
slama 1 : 1,1		0,48	0,96
-obsahuje bôb 10  %		0,22	0,44
slama 1 : 1,1		0,24	0,48

 

Kukurica, ako najvýznamnejší producent objemového krmu pre HD, má ako intenzívne hnojená plodina, naopak, horšie postavenie z hľadiska tvorby uhlíkovej stopy. Na druhej strane, ako rastlina s C₄ typom fotosyntézy, disponuje jej vyšším výkonom, a teda i vyššou „spotrebou“ CO₂. Tieto úvahy len potvrdzujú význam spojenia rastlinnej a živočíšnej výroby. V tab. 6 uvádzame vývoj jedného z rozhodujúcich ukazovateľov úrovne poľnohospodárskej výroby, akým je zaťaženia ornej pôdy hovädzím dobytkom. Aj keď za obdobie ostatných 70 rokov sa výmera ornej pôdy Slovenska znížila o 23 %, znížilo sa zaťaženie kráv pripadajúcich na 1 ha ornej pôdy o viac ako polovicu (z 0,31 ks na 0,14 ks).  

Z ročnej potreby konzervovaných objemových krmív sa stanovilo, koľko zelenej hmoty treba dopestovať, aby sa z nej vyrobilo dané množstvo siláže a sena. Počítalo sa s 5 % stratou pri zbere a ďalšou 15 % stratou pri konzervovaní (zvyškové dýchanie a kvasenie) objemových krmív. Kukurica na siláž sa zberá pri sušine, v ktorej sa aj silážuje. Lucerna sa zberá pri nižšom obsahu sušiny a necháva sa presušiť na vyšší obsah pred silážovaním. V prípade, že sa lucerna kosí pri obsahu sušiny 200 g/kg a silážuje sa pri obsahu sušiny 350 g/kg je pomer zberanej a silážovanej lucerny 1 : 1,6. Rovnako sme postupovali aj pri lúčnom sene, kde sme použili pomer 1 : 4. Kŕmna zmes pre dojnice s dojivosťou nad 25 l denne obsahuje 20 % hrachu a 10 % bôbu (https://www.slov-lex.sk/static/prilohy/SK/ZZ/2006/440/20060701_3351114-2.pdf). Pri strukovinách použitých v kŕmnych zmesiach oproti zberaných sme použili pomer 1 : 2. Predpokladalo sa, že na 1 t zrna bolo vyprodukovaných 1,1 t slamy (Vyhláška MPaRV SR 338/2005, ktorou sa ustanovujú podrobnosti o postupe pre odber pôdnych vzoriek, spôsobe a rozsahu vykonávania agrochemického skúšania pôd, zisťovania pôdnych vlastností lesných pozemkov a o vedení evidencie hnojenia pôdy a stavu výživy rastlín na poľnohospodárskej pôde a na lesných pozemkoch).

Z množstva vyrobeného zeleného krmiva sa vypočítalo množstvo organických látok, ktoré obsahovali vybrané plodiny (tab. 4). Použili sme obsah organických látok v jednotlivých krmivách z publikácie P. Petrikovič a kol.: Výživná hodnota krmív, I. časť, Publikácie VÚŽV 3, 2000.

 

Tab. 4: Obsah organickej látky v zelenom krmive.

Krmivo	Sušina (kg/t)	Organické hmota v sušine (kg/t sušiny)	Organická hmota (kg/t zelenej hmoty–)
Kukurica	320	948	303
Lucerna siata	203	899	182
Lúčny porast	216	905	195
Hrach siaty	216	911	197
Bôb obyčajný	238	923	220

 

Uhlík tvorí základný stavebný kameň všetkých organických zlúčenín, a tým aj všetkých živých organizmov. Za predpokladu, že sa v organickej hmote rastlín tvorí uhlík podiel vo výške 50 %, je tak možné stanoviť množstvo uhlíka, ktoré rastliny vyprodukujú. Druhým predpokladom je, že uhlík v nadzemnej časti rastliny je vytvorený asimiláciou pri fotosyntéze. Prepočtom je potom možné určiť koľko CO₂ rastlina spotrebuje počas rastu.

Atómová hmotnosť atómu uhlíka je 12 a atómová hmotnosť kyslíka je 16, takže celkový počet atómovej hmotnosti CO₂ je 44 (12 + (16 x 2) = 44). To znamená, že množstvo CO₂ možno vyjadriť množstvom uhlíka, ktorý obsahuje. A to získame vynásobením množstva CO₂ koeficientom 0,2727 (12/44), napr. 1 kg CO₂ obsahuje 0,2727 kg uhlíka, pretože toto je množstvo uhlíka v CO₂  (https://ecometrica.com/assets/GHGs-CO2-CO2e-and-Carbon-What-Do-These-Mean-v2.1.pdf). Dá sa to aplikovať opačne, kedy sa stanovuje množstvo CO₂ z uhlíka 44/12, čo je 3,6667.

Množstvo vyprodukovanej organickej hmoty a uhlíka a spotreba oxidu uhličitého zo vzduchu rastlinami potrebnými na kŕmenie kravy so živou hmotnosťou 602 kg a dojivosťou 28,5 l mlieka denne je v tabuľke 5.

 

Tab. 5: Množstvo C a spotreba CO₂ v zelených rastlinách pre výrobu krmív.

Krmivo	Produkcia organickej hmoty (kg)	Produkcia uhlíka (kg)	Spotreba CO2 (kg)
Siláž kukurice	3 454,66	1 727,33	6 333,55
Siláž lucerny siatej	791,34	395,67	1 450,80
Seno lúčne	256,86	128,43	470,91
Kŕmna zmes	564,05	282,02	1 034,08
Spolu	5 066,91	2 533,46	9 289,34

 

Ďalším aspektom spojenia rastlinnej a živočíšnej výroby je ukladanie pôdneho organického dusíka do pôdy (sekvestrácia). Podľa Růžeka a kol. (NP 4/2022) predstavuje zvýšené ukladanie uhlíka do pôdy významnú možnosť znižovania uhlíkovej stopy v poľnohospodárstve. Samotné zachytávanie uhlíka v pôde vedie k jej regenerácii. Barančíková (NP 5/2022) doslova uvádza, že na intenzívne obhospodarovaných orných pôdach sú pre vyrovnanú bilanciu zásob pôdneho organického uhlíka nevyhnutné aj externé zdroje organického uhlíka z organického hnojenia, napríklad vysoké dávky kvalitného maštaľného hnoja. Keďže celkovo majú orné pôdy Slovenska nízky sekvestračný potenciál, stáva sa živočíšna výroba, resp. produkcia organických hnojív významnou aj z hľadiska ukladania uhlíka do pôdy. Okrem pozitív pri udržiavaní pôdnej úrodnosti predstavuje táto skutočnosť významný príspevok k uhlíkovej neutralite poľnohospodárstva.

Tab. 6:
Vývoj plôch ornej pôdy, viacročných krmovín, stavov HD a zaťaženia ornej pôdy týmito stavmi.
Rok	Orná pôda	VRK	Podiel VRK	Dobytok	Kravy	Zaťaženie HD	Zaťaženie kráv
	tis. ha	tis. ha	na o. p.  %	spolu	v tis. ks	ks/ha	ks/ha
				v  tis  ks
1950	1 733	220	12,69	1 136	544	0,66	0,31
1955	1 737	247	14,22	1 258	630	0,72	0,36
1960	1 760	275	15,63	1 316	642	0,75	0,36
1965	1 720	277	16,10	1 370	570	0,80	0,33
1970	1 683	357	21,21	1 399	582	0,83	0,35
1975	1 592	241	15,14	1 350	580	0,85	0,36
1980	1 516	224	14,78	1 503	585	0,99	0,39
1985	1 517	224	14,77	1 603	587	1,06	0,39
1990	1 509	357	23,66	1 563	549	1,04	0,36
1995	1 479	225	15,21	925	355	0,63	0,24
2000	1 480	150	10,14	646	258	0,44	0,17
2005	1 355	125	9,23	525	205	0,39	0,15
2010	1 354	160	11,82	467	160	0,34	0,12
2015	1 350	141	10,44	456	139	0,34	0,10
2021	1 326	132	9,95	419	115	0,32	0,09

 

Uhlíková stopa kravy so živou hmotnosťou 602 kg a dojivosťou 10 400 l je 8 832,65 kg CO₂ eq. za rok, na druhej strane rastliny, ktoré sa musia dopestovať pre takúto kravu spotrebujú pri fotosyntéze 9 289,34 kg oxidu uhličitého. To znamená že rastliny potrebné pre výživu kravy spotrebujú zo vzduchu viac o 465 kg CO₂ ako je produkcia CO₂eq tejto kravy za rok. Z uvedeného vyplýva, že pri chove kráv je rovnováha kolobehu uhlíka zachovaná a jednoznačne tvrdiť, že kravy sú prispievateľom ku globálnemu otepľovaniu, nie je úplne korektné. V tejto prípadovej štúdii bol dusíkový cyklus v poľnohospodárstve zanedbaný.

 

Autori: Ing. V. Brestenský, CSc.¹, MVDr. Z. Palkovičová PhD.¹, Ing. O. Pastierik, PhD.¹, Ing. Kristína Tonhauzer, PhD.², Ing. Ján Huba, CSc.¹, Ing. Pavel Zubal, CSc.³

¹Národné poľnohospodárske a potravinárske centrum – Výskumný ústav živočíšnej výroby Nitra
²Slovenský hydrometeorologický ústav, Bratislava
³Výskumný ústav rastlinnej výroby Piešťany