Nepřímé vlivy hospodářské produkce na emise spleku: výroba krmiv a změna využití půdy

Výroba krmiva má významný dopad na emise skleníkových plynů a je hlavním přispěvatelem k celkové uhlíkové stopě živočišné výroby. Tyto emise zahrnují všechny tři hlavní skleníkové plyny: CO₂ , N₂0 a CH₄ . Výroba hnojiv a pesticidů pro pěstování, zpracování a přepravu krmiva, používání paliv při výrobě a související změny ve využívání půdy jsou zodpovědné za vypouštění největšího množství CO₂ . Emise N₂0 pocházejí především z používání hnojiv a hnojení a v menší míře z pěstování krmných luskovin (např. vojtěška, jetel, sója, hrách, rýže). Množství emisí CH₄ z výroby krmiv je mnohem nižší než emise C0₂ a N₂0 [1]. Kromě toho je výroba krmiva pro zvířata často spojena se změnou využívání půdy v důsledku kácení lesů nebo jiných přírodních stanovišť, což může problém změny klimatu dále prohloubit.

Odhaduje se, že asi 50 % emisí pochází z N₂0, který vzniká při hnojení pícnin, a CH₄ , který vzniká při rozmetání hnoje na pastvinách. Čtvrtina celkových emisí souvisí se změnami ve využívání půdy [1].

Výroba krmiv

Výroba krmiv, jejich zpracování a přeprava vytváří emise skleníkových plynů, které podle odhadů tvoří asi 45 % celkových emisí z živočišné výroby [1]. Produkce krmiv v chovu drůbeže (maso a vejce) a prasat přispívá 60–80 % k emisím skleníkových plynů a 35–45 % u skotu (mléko a maso) [2].

Hodnocení emisí skleníkových plynů z živočišné výroby ukázalo, že pěstování, zpracování a přeprava krmiva a také efektivita jeho využití v organismu zvířat jsou nejdůležitějšími faktory ovlivňujícími množství vypouštěných plynů [3].

Výroba krmiv je komplexní proces skládající se z celé řady vzájemně propojených (horizontálních a vertikálních) technologických procesů. V každé fázi výroby krmiva se uvolňuje určité množství škodlivých plynů. Zvláštnosti agroekologických podmínek a technologie krmení a chovu významně přispívají k rozdílům v úrovních emisí generovaných výrobou krmiv na regionální a místní úrovni. Proto jsou modely používané k hodnocení tohoto typu emisí velmi složité, protože je nutné zahrnout velké množství faktorů, které jsou pro analýzu důležité, a také velké množství informací popisujících každý z nich [4].

Na obrázku 1 je schematicky znázorněn celý proces výroby a zpracování při výrobě krmiv pro hospodářská zvířata. Rozmanitost krmiv pro zvířata je poměrně široká. Některé živiny se spotřebovávají přímo tam, kde se pěstují, což je případ například travních porostů pro pastvu přežvýkavců. V tomto případě nedochází k ukládání nebo přepravě živin a odpovídajících emisí z těchto procesů. Naproti tomu konzervovaná krmiva, jako je siláž a seno, je nutné skladovat a v některých případech zpracovávat, což ovlivňuje hodnotu emisí z výroby těchto krmiv.

Krmné směsi jsou vícesložkové struktury složené převážně z obilovin a různých přísad a jejich výroba vyžaduje průmyslové zpracování. I když většina živin pro krmení hospodářských zvířat pochází ze zemědělských produktů, moderní chov zvířat často využívá vedlejší produkty živočišného původu i syntetické látky, jako jsou vitamíny, minerály, aminokyseliny, enzymy aj. Výše uvedené složky spotřebovávají určité vstupy a energii, které ovlivňují emise skleníkových plynů. Skladování a přeprava jsou další zdroje emisí, které se vyskytují mezi téměř každou fází struktury znázorněné na obrázku 1.

Ve všech článcích výrobního řetězce můžeme rozlišovat mezi vstupy, činnostmi a vedlejšími účinky, z nichž všechny mají své vlastní emisní charakteristiky. Celková emise daného spoje je tedy výsledkem použitých vstupů a činností. Pro výpočet emisí je nutný správný výpočet a vstupní údaje.

Obecně lze říci, že ve většině případů jsou celkové emise výsledkem emisí generovaných následujícími procesy výroby krmiv:

1. pěstování plodin

2. přeprava

3. úložný prostor

4. hnojení (použití hnoje, umělých hnojiv a rostlinných zbytků)

5. používání strojů

6. používání pesticidů

7. průmyslové zpracování

8. využívání fosilních paliv a elektřiny

9. jiný

Pro lepší pochopení technologie výroby krmiv a odpovídajících emisí skleníkových plynů je na obrázku 2 znázorněna posloupnost a vzájemné vazby jednotlivých výrobních procesů.

Rostlinná výroba zahrnuje jak samotné pěstování plodin, tak i její propojení s dalšími články v celkovém výrobním řetězci: produkci osiva a mladého rostlinného materiálu, výrobu a aplikaci hnojiv, dopravu a umístění hnoje, výrobu a použití pesticidů, výrobu a údržbu pěstebních zařízení, energii z fosilních paliv, využití pro pěstitelskou činnost, půdní emise N₂O a CH₄ spojené s aplikací N a drenáží rašeliny, využití a energetické ztráty při skladování před dalším využitím v průmyslovém zpracování a výrobě směsí pro hospodářská zvířata [4].

K pěstování plodin se používá řada vstupů, jako jsou hnojiva, pesticidy a paliva. Některé z těchto vstupů způsobují emise skleníkových plynů během fáze spotřeby, jako je dusík, který způsobuje emise oxidů dusíku a paliva, která způsobují emise oxidu uhličitého. Jiné látky, jako jsou pesticidy a fosfátová nebo draselná hnojiva, nejsou považovány za způsobující emise skleníkových plynů během fáze spotřeby. Použití různých strojů pro orbu, hnojení atd. vyžaduje spotřebu energie při použití v zemědělské výrobě a způsobuje s tím spojené emise skleníkových plynů. Tabulka 1 ukazuje odhad emisí skleníkových plynů během produkce různých pícnin, jako je tráva, kukuřice a vojtěška.

Tabulka 1. Odhadované emise skleníkových plynů při produkci trav, kukuřice a vojtěšky (v gramech ekvivalentu CO₂ na kilogram produktu) [4].

Jak již bylo zmíněno dříve, uhlíková stopa krmiva pro zvířata se může lišit v závislosti na řadě faktorů, včetně typu krmiva, použitých výrobních metod a geografického umístění výroby krmiva. Existují však některé druhy krmiv, které mají větší uhlíkovou stopu než jiné. Jedním z hlavních faktorů přispívajících k uhlíkové stopě výroby krmiva je používání hnojiv na bázi dusíku B [1; 4; 7]. Tato hnojiva se obvykle používají při produkci plodin jako je kukuřice, sója a pšenice pro zvýšení výnosů těchto plodin.

Výroba dusíkatých hnojiv je velmi energeticky náročná a může uvolňovat oxid dusný, silný skleníkový plyn, jehož potenciál oteplování je asi 300krát větší než u oxidu uhličitého [4;7]. K emisím skleníkových plynů navíc přispívá i samotná výroba a přeprava dusíkatých hnojiv. V důsledku toho potravinářské plodiny, které vyžadují velké množství dusíkatých hnojiv, mají tendenci mít větší uhlíkovou stopu [8].

Emise skleníkových plynů na tunu kyseliny dusičné se pohybují od 2,8 t CO₂ eq/t kyseliny dusičné v Evropě, Severní Americe a zbytku světa do 3,6 t CO₂ eq/t kyseliny dusičné v Číně a Indii. Je důležité si uvědomit, že při aplikaci syntetických hnojiv se rozlišují tři typy živin: N, P a K, s nulovými emisemi skleníkových plynů z aplikace fosforu a draslíku [4].

Půdní organickou hmotu lze udržovat pouze neustálým přísunem čerstvé organické hmoty z rostlinných zbytků, zeleného hnojení a zvířecích hnojů.

Hnůj je důležitým zdrojem organické hmoty, zejména na orné půdě. Aplikace hnoje jako hnojiva pro pícniny a jeho ukládání na pastviny však způsobuje značné množství emisí oxidů dusíku, které tvoří asi polovinu těchto emisí [9]. Když jsou zvířata chována na pastvinách, jejich exkrementy (moč a výkaly) se likvidují do půdy. Emise skleníkových plynů z pastvy by proto měly být započítány jako součást celkových emisí skleníkových plynů z živočišných produktů.

Při použití velkého množství hnoje může mít vysoký obsah N negativní účinky. To se projevuje vysokým vyplavováním dusičnanů a emisemi amoniaku, a tím eutrofizací a acidifikací. Při aplikaci chlévské mrvy na pastviny nebo ornou půdu (částečně) nahrazuje používání syntetických hnojiv (N, P a K) a teoreticky lze zamezit emisím z výroby syntetických hnojiv [4].

Přestože produkce krmiv často vede ke zvýšeným koncentracím dusíku v zemědělských půdách, dobré hospodaření s hnojem může snížit potřebu umělých hnojiv.

Krmivo se často dopravuje na velké vzdálenosti ke zvířatům, která je zkonzumují. Tato přeprava má za následek emise skleníkových plynů, zejména CO₂ a oxidů dusíku vypouštěných nákladními automobily a jinými vozidly. Emise vznikající při přepravě krmiva a jeho složek se značně liší, ale doporučení Wellinga et al [4] je implementací jedinečné standardizované metody výpočtu nezávislé na složkách, které krmivo tvoří. Blonk et al. [5] také uvádějí rozdíly v příspěvku emisí skleníkových plynů z dopravy k celkovým emisím skleníkových plynů při produkci hovězího masa. Tito autoři zjistili, že u produkce hovězího masa v Irsku byl příspěvek dopravy k celkovým emisím skleníkových plynů nižší než 4 %. Produkce vepřového masa se na celkových emisích podílela čtyřikrát více (16 %).

Emise z fosilních paliv a elektřiny při výrobě krmiv se vyskytují téměř ve všech fázích výroby, ale stále jsou spojeny hlavně s dopravou a provozem strojů [4; 8]. Fosilní paliva se obecně používají k přepravě krmiva a vstupů používaných při jeho výrobě (k pohonu nákladních automobilů, lodí a dalších dopravních prostředků). Emise skleníkových plynů jsou způsobeny především spalováním těchto paliv, z nichž se přímo uvolňuje CO₂ . To může být zvláště významné pro vstupy a krmiva, která jsou vyráběna v jedné části světa a poté přepravována na velké vzdálenosti do krmiváren, skladů nebo farem. Kromě těchto emisí ze spalování vznikají emise skleníkových plynů (včetně emisí metanu a N₂O) při výrobě a přepravě těchto paliv, výrobě investičních celků a výrobě a provozu distribuční sítě [4]. Příspěvek souvisejících emisí se může pohybovat od 5 % do téměř 40 % emisí ze samotného spalování [5]. Elektřina se vyrábí z fosilních paliv a dalších zdrojů energie, jako je jaderná energie a vodní energie. Kombinace zdrojů energie pro výrobu elektřiny je pro každý energetický systém jiná. Účinnost přeměny fosilní energie na elektřinu se liší v závislosti na typu použité technologie [4].

Průmyslové zpracování krmiv může mít významný dopad na emise skleníkových plynů (GHG), a to přímo i nepřímo. Přímé dopady se týkají především spotřeby elektřiny a fosilních paliv související s používáním průmyslových strojů a mechanizace v technologických procesech zpracování a výroby a přepravou surovin a živin. Kromě toho mohou emise skleníkových plynů generované v jiných fázích výroby krmiv úzce souviset s emisemi vznikajícími při průmyslovém zpracování (např. výroba aditiv, doplňků, enzymů atd.). Například produkce jednoho kilogramu syntetické aminokyseliny threoninu vede k emisi 16978 gramů CO_{2 -}eq [4]. V této souvislosti je důležité zmínit vliv, který na vlastnosti kejdy může mít použití průmyslově zpracovaných krmiv. Totiž nutričně bohatší složení takových krmiv se odráží i ve vlastnostech kejdy, což může vést ke zvýšeným emisím CH₄ a oxidů dusíku (N₂O). Lze konstatovat, že v odvětví výroby krmiv je fáze průmyslového zpracování důležitou oblastí ve snaze snížit uhlíkovou stopu.

Stručně řečeno, výroba krmiv má významný dopad na emise skleníkových plynů a úsilí o zmírnění změny klimatu musí tento problém řešit. Strategie ke snížení uhlíkové stopy produkce krmiva mohou zahrnovat zvýšení efektivity používání hnojiv, podporu postupů udržitelného využívání půdy a zkrácení přepravních vzdáleností krmných plodin a dalších vstupů. Nakonec je ke snížení emisí skleníkových plynů a zmírnění dopadů změny klimatu zapotřebí holistický přístup, který zahrnuje celý dodavatelský řetězec hospodářských zvířat.

Změna využití půdy

Zemědělská půda zabírá téměř 40 % celkové plochy půdy, z čehož asi 60 % je určeno pro krmení hospodářských zvířat [10]. Vzhledem k předpokládanému růstu populace se očekává zvýšení poptávky a spotřeby živočišných produktů. To by nevyhnutelně vedlo ke zvýšené poptávce po orné půdě potřebné k pěstování plodin používaných ke krmení dobytka. Jde o proces, jehož scénář je již z historického hlediska znám, neboť od počátku 20. století probíhá intenzifikace veškerého zemědělství včetně chovu zvířat. Negativní stránkou tohoto procesu je jistě změna využití půdy, která se týká především přeměny lesů a travních porostů na ornou půdu pro výrobu krmiv. To může vést ke zvýšenému uvolňování oxidu uhličitého do atmosféry, zatímco na druhé straně se znemožní proces vstřebávání a ukládání oxidu uhličitého. V souhrnu je tímto způsobem narušena rovnováha koloběhu uhlíku v přírodě, což má v moderních podmínkách zrychlené industrializace katastrofální dopady na životní prostředí, zejména z hlediska klimatických změn.

Rostliny totiž procesem fotosyntézy absorbují oxid uhličitý z atmosféry a ukládají jej do nadzemní a podzemní biomasy. Je důležité zdůraznit, že lesní půda má lepší schopnost absorbovat uhlík ve srovnání s ornou půdou a pastvinami, což z ní činí hlavní zásobárnu spolu s oceánem (obrázek 4).

Tabulka 2. Emise skleníkových plynů v důsledku změn ve využívání půdy (šedá pole) – srovnání různých metodik hodnocení [4]

Přeměna lesní půdy na ornou půdu a pastviny má za následek uvolnění velkého množství uloženého uhlíku do atmosféry. Podle literatury bylo vyvinuto několik metod pro odhad emisí skleníkových plynů způsobených změnami ve využívání půdy, ale mezi vědci stále neexistuje shoda ohledně jejich spolehlivosti. Tabulka 2 ukazuje srovnání hodnot emisí získaných různými vybranými metodami hodnocení [7].

I když změny ve využívání půdy v moderní době již významně a negativně přispěly ke změně klimatu, výzkum ukazuje, že zlepšení jsou stále možná [1; 8]. Podle Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) [12] je pro zmírnění změny klimatu důležité včasné a průběžné zavádění zlepšených zemědělských postupů a opatření v oblasti lesnictví, protože mohou významně přispět k odstranění oxidu uhličitého z atmosféry. V první řadě to zahrnuje lepší hospodaření s ornou půdou a pastvinami – například efektivnější používání hnojiv k zabránění vyplavování nevyužitých dusičnanů, postupy zpracování půdy, které minimalizují erozi půdy, obnovu organických půd a obnovu degradovaných půd.

Reference

[1] Gerber, P. J., Steinfeld, H., Henderson, B., Mottet, A., Opio, C., Dijkman, J., Falcucci, A., & Tempio, G. (2013). Tackling climate change through livestock: A global assessment of emissions and mitigation opportunities. Tackling Climate Change through Livestock: A Global Assessment of Emissions and Mitigation Opportunities. https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/20133417883

[2] Sonesson, U., C.  Cederberg, & M.  Berglund. (2009). Greenhouse gas emissions in milk production. Decision support for climate certification. Report 2009:3. Available from http://www.klimatmarkningen.se/wp-content/ uploads/2009/12/2009-2-feed.pdf

[3] 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), 1–11. https://doi.org/10.1016/j.livsci.2009.11.007

[4] Vellinga, T. V., Blonk, H., Marinussen, M., Zeist, W. J. van, & Starmans, D. a. J. (2013). Methodology used in FeedPrint: A tool quantifying greenhouse gas emissions of feed production and utilization (No. 674; p. 121). Wageningen UR Livestock Research. https://library.wur.nl/WebQuery/wurpubs/438366

[5] Blonk, H., Cabbage, A., Luske, B., Waart, S. De, Pierick, E. Ten (2012). Environmental effects of Dutch consumption of protein-rich products: consequences of replacing animal proteins in 2008. WUR. https://www.wur.nl/nl/publicatie-details.htm?publicationId=publication-way-333639373832

[6] Blonk, T.J. and Ponsioen, 2010. Towards a tool for assessing carbon footprints of animal feed.Report Blonk Milieu Advies, November 2009, Gouda, the Netherlands, 62 pp.

[7] Cheng, M., McCarl, B., & Fei, C. (2022). Climate Change and Livestock Production: A Literature Review. Atmosphere, 13(1), Article 1. https://doi.org/10.3390/atmos13010140

[8] 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

[9] Gerber, P. J., Hristov, A. N., Henderson, B., Makkar, H., Oh, J., Lee, C., Meinen, R., Montes, F., Ott, T., Firkins, J., Rotz, A., Dell, C., Adesogan, A. T., Yang, W. Z., Tricarico, J. M., Kebreab, E., Waghorn, G., Dijkstra, J., & Oosting, S. (2013). Technical options for the mitigation of direct methane and nitrous oxide emissions from livestock: A review. Animal, 7(s2), 220–234. https://doi.org/10.1017/S1751731113000876

[10] Land use in agriculture by the numbers | Sustainable Food and Agriculture | Food and Agriculture Organization of the United Nations. (n.d.). Retrieved 31 March 2023, from https://www.fao.org/sustainability/news/detail/en/c/1274219/

[11] Carbon Sequestration | Definition, Methods, & Climate Change | Britannica, 2023. Retrieved 31 March 2023, from https://www.britannica.com/technology/carbon-sequestration

[12] AR6 Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change—IPCC. (n.d.). Retrieved 31 March 2023, from https://www.ipcc.ch/report/sixth-assessment-report-working-group-3/