Efectele indirecte ale producției de animale asupra emisiilor de gaze cu efect de seră: producția de furaje și schimbările în categoriile de utilizare a terenurilor

Producția de hrană pentru animale are un impact semnificativ asupra emisiilor de gaze cu efect de seră și contribuie în mod semnificativ la amprenta globală de carbon a producției de animale. Aceste emisii includ toate cele trei mari gaze cu efect de seră: CO₂, N₂0 și CH₄. Producția de îngrășăminte și pesticide pentru cultivarea, prelucrarea și transportul furajelor, utilizarea combustibilului în producție și modificările asociate utilizării terenurilor sunt responsabile pentru emiterea celor mai mari cantități de CO₂. Emisiile de N₂0 provin în primul rând din utilizarea îngrășămintelor și din aplicarea gunoiului de grajd și, într-o măsură mai mică, din cultivarea leguminoaselor furajere (de exemplu, lucernă, trifoi, soia, mazăre, orez). Cantitatea de emisii de CH₄ provenite din producția de hrană pentru animale este mult mai mică decât emisiile de C0₂ și N₂0 [1]. În plus, producția de hrană pentru animale este deseori asociată cu schimbarea categoriei de utilizare a terenurilor datorită defrișării pădurilor sau a altor habitate naturale, ceea ce poate agrava și mai mult problema schimbărilor climatice.

Producția furajelor

Producția de hrană pentru animale, prelucrarea și transportul acesteia generează emisii de gaze cu efect de seră, care se estimează că reprezintă aproximativ 45 % din totalul emisiilor provenite din zootehnie [1]. Producția de furaje în creșterea păsărilor (carne și ouă) și a porcilor contribuie cu 60-80% la emisiile de GES, iar în cazul bovinelor (lapte și carne) cu 35-45% [2].

Evaluarea emisiilor de gaze cu efect de seră provenite din producția animalieră a arătat că cultivarea, prelucrarea și transportul furajelor, precum și eficiența utilizării acestora în organismul animal, sunt cei mai importanți factori care influențează cantitatea de gaze emise [3].

Producția de furaje este un proces complex care constă într-o serie întreagă de procese tehnologice interconectate (orizontal și vertical). În fiecare etapă a producției de furaje, se emite o anumită cantitate de gaze nocive. Particularitățile condițiilor agroecologice și ale tehnologiilor de hrănire și de creștere a animalelor contribuie în mod semnificativ la diferențele dintre nivelurile de emisii generate de producția de furaje la nivel regional și local. Prin urmare, modelele utilizate pentru a evalua acest tip de emisii sunt foarte complexe, deoarece este necesar să se includă un număr mare de factori care sunt importanți pentru analiză, precum și o cantitate mare de informații care să descrie fiecare dintre ei [4].

Figura 1 prezintă o reprezentare schematică a întregului proces de producție și prelucrare în producția de furaje pentru animale. Varietatea de furaje pentru animale este destul de mare. Unele substanțe nutritive sunt consumate direct acolo unde sunt cultivate, ceea ca în cazul pășunilor pentru rumegătoarele care pasc. În acest caz, nu există depozitare sau transport de nutrienți și nu există emisii corespunzătoare din aceste procese. În schimb, furajele conservate, cum ar fi silozul și fânul, trebuie să fie depozitate și, în unele cazuri, prelucrate, ceea ce afectează valoarea emisiilor rezultate din producția acestor furaje.

Amestecurile de furaje sunt structuri multicomponente compuse în principal din cereale și diverși aditivi, iar producția lor necesită o prelucrare industrială. Chiar dacă majoritatea nutrienților pentru hrănirea animalelor de fermă se bazează pe produse agricole, zootehnia modernă utilizează adesea subproduse de origine animală, precum și substanțe sintetice, cum ar fi vitamine, minerale, aminoacizi, enzime etc. Producția fiecăreia dintre componentele de mai sus consumă anumite inputuri și energie care afectează emisiile de gaze cu efect de seră. Depozitarea și transportul sunt surse suplimentare de emisii care apar între aproape fiecare fază din structura prezentată în Figura 1.

În toate verigile lanțului de producție, putem distinge între intrări, activități și efecte secundare, toate acestea având propriile caracteristici de emisie. Prin urmare, emisia totală a unei anumite verigi este rezultatul intrărilor și activităților utilizate. Pentru a calcula emisiile sunt necesare date de calcul și date de intrare corecte.

În general, se poate spune că, în majoritatea cazurilor, emisia totală rezultă din emisiile generate de următoarele procese de producție a furajelor:

1. cultivarea culturilor

2. transportul

3. depozitarea

4. fertilizarea (utilizarea gunoiului de grajd, a îngrășămintelor artificiale și a reziduurilor de cultură)

5. utilizarea de utilaje

6. utilizarea pesticidelor

7. prelucrarea industrială

8. utilizarea combustibililor fosili și a energiei electrice

9. altele

Pentru o mai bună înțelegere a tehnologiei de producere a hranei pentru animale și a emisiilor de gaze cu efect de seră corespunzătoare succesiunea și interrelațiile dintre procesele individuale de producție sunt prezentate în Figura 2.

Producția de culturi include atât cultivarea plantelor în sine, cât și legătura acestora cu alte verigi din întregul lanț de producție: producția de semințe și de material vegetal tânăr, producția și aplicarea îngrășămintelor, transportul și depozitarea gunoiului de grajd, producția și utilizarea pesticidelor, producția și întreținerea echipamentelor de cultivare, utilizarea energiei fosile pentru activitățile de cultivare, emisiile de N²O și CH₄ din sol asociate cu aplicarea de N și drenarea solului de turbă etc., utilizarea și pierderile de energie în timpul depozitării înainte de utilizarea ulterioară în prelucrarea industrială și producția de amestecuri de animale [4].

Pentru cultivare se utilizează o serie de inputuri, cum ar fi îngrășăminte, pesticide și combustibili. Unele dintre aceste inputuri provoacă emisii de gaze cu efect de seră în timpul fazei de consum, cum ar fi azotul, care provoacă emisii de oxid de azot, și combustibilii, care provoacă emisii de dioxid de carbon. Se consideră că altele, cum ar fi pesticidele și îngrășămintele fosfatice sau potasice, nu provoacă emisii de gaze cu efect de seră în timpul fazei de consum. Utilizarea diferitelor utilaje pentru arat, fertilizat etc necesită un consum de energie în timpul utilizării în producția agricolă și generează emisii de GES asociate. Tabelul 1 prezintă estimarea emisiilor de GES în timpul producției de diferite furaje, cum ar fi iarba, porumbul și lucerna.

Table 1. Emisii de GES estimate pentru producerea ierbii, porumbului și lucernei (în grame de CO₂-eq per kilogram de produs) [4].

După cum s-a menționat anterior, amprenta de carbon a furajelor poate varia în funcție de o serie de factori, inclusiv tipul de furaje, metodele de producție utilizate și localizarea geografică a producției de furaje. Cu toate acestea, există anumite tipuri de furaje care au o amprentă de carbon mai mare decât altele. Unul dintre principalii factori care contribuie la amprenta de carbon a producției de furaje este utilizarea îngrășămintelor pe bază de azot [1, 4, 7]. Aceste îngrășăminte sunt utilizate de obicei în producția de culturi precum porumbul, soia și grâul pentru a crește randamentul acestor culturi.

Producția de îngrășăminte pe bază de azot este foarte energointensivă și poate elibera oxid de azot, un puternic gaz cu efect de seră al cărui potențial de încălzire este de aproximativ 300 de ori mai mare decât cel al dioxidului de carbon [4, 7]. În plus, producția și transportul îngrășămintelor de azot contribuie și ele la emisiile de gaze cu efect de seră. În consecință, culturile alimentare care necesită cantități mari de îngrășăminte azotate tind să aibă o amprentă de carbon mai mare [8].

Emisiile de gaze cu efect de seră per tonă de acid azotic variază de la 2,8 t CO₂ eq/t de acid azotic în Europa, America de Nord și restul lumii la 3,6 t CO₂ eq/t de acid azotic în China și India. Este important de reținut că, în aplicarea îngrășămintelor sintetice, se disting trei tipuri de nutrienți: N, P și K, cu emisii zero de GES din aplicarea fosforului și a potasiului [4].

Materia organică din sol poate fi menținută numai printr-o aprovizionare constantă cu materie organică proaspătă provenită din reziduurile de culturi, îngrășăminte verzi și gunoi de grajd.

Gunoiul de grajd este o sursă importantă de materie organică, în special pe terenurile cultivate. Cu toate acestea, aplicarea gunoiului de grajd ca îngrășământ pentru culturile furajere și depunerea acestuia pe pășuni determină o cantitate semnificativă de emisii de oxizi de azot, reprezentând aproximativ jumătate din aceste emisii [9]. Atunci când animalele sunt ținute pe pășuni, excrementele lor (urină și fecale) sunt eliminate în sol. Prin urmare, emisiile de GES provenite de la pășunat ar trebui să fie contabilizate ca parte a emisiilor totale de GES provenite de la produsele de origine animală.

Atunci când gunoiul de grajd este aplicat în cantități mari, conținutul ridicat de N poate avea efecte negative. Acest lucru se manifestă prin niveluri ridicate de levigare a nitraților și emisii de amoniac și, prin urmare, prin eutrofizare și acidificare. Atunci când gunoiul de grajd este aplicat pe pajiști sau pe terenuri cultivate, acesta înlocuiește (parțial) utilizarea îngrășămintelor sintetice (N, P și K) și, teoretic, pot fi evitate emisiile rezultate din producția de îngrășăminte sintetice [4].

Deși producția de furaje duce adesea la creșterea concentrațiilor de azot în solurile agricole, o bună gestionare a gunoiului de grajd poate reduce nevoia de îngrășăminte artificiale.

Furajele sunt adesea transportate pe distanțe lungi până la animalele care le vor consuma. Acest transport are ca rezultat emisii de gaze cu efect de seră, în special CO₂ și oxizi de azot emiși de camioane și alte vehicule. Emisiile rezultate din transportul furajelor și al componentelor acestora variază foarte mult, dar recomandarea lui Welling și colaboratorii [4] este o implementare a unei metode unice de calcul standardizate, independentă de componentele care alcătuiesc furajele. Blonk și colaboratorii [5] raportează, de asemenea, variații în ceea ce privește contribuția emisiilor de GES provenite din transport la totalul emisiilor de GES în producția de carne de vită. Acești autori au constatat că, pentru producția de carne de vită în sistemul vacă-vițelușă din Irlanda, contribuția transportului la emisiile totale de GES a fost mai mică de 4%. Producția de carne de porc a contribuit de patru ori mai mult la emisiile totale (16%).

Emisiile provenite din combustibili fosili și electricitate în producția de furaje apar în aproape toate etapele de producție, dar sunt încă asociate în principal cu transportul și funcționarea utilajelor [4, 8]. Combustibilii fosili sunt în general utilizați pentru a transporta furajele și inputurile utilizate în producția acestora (pentru a alimenta camioane, nave și alte vehicule de transport). Emisiile de gaze cu efect de seră sunt cauzate în principal de arderea acestor combustibili, eliberând direct CO₂. Acest lucru poate fi deosebit de semnificativ pentru inputurile și furajele care sunt produse într-o parte a lumii și apoi transportate pe distanțe mari către fabricile de furaje, depozite sau ferme. În plus față de aceste emisii de ardere, emisiile de gaze cu efect de seră (inclusiv emisiile de metan și N₂O) sunt generate în timpul producției și transportului acestor combustibili, al producției de bunuri de capital, precum și al producției și funcționării rețelei de distribuție [4]. Contribuția emisiilor asociate poate varia de la 5 % până la aproape 40 % din emisiile provenite exclusiv din combustie [5]. Electricitatea este generată din combustibili fosili și din alte surse de energie, cum ar fi energia nucleară și hidroenergia. Combinația de surse de energie pentru producerea de energie electrică este diferită pentru fiecare sistem energetic. Eficiența conversiei energiei fosile în energie electrică variază în funcție de tipul de tehnologie utilizată [4].

Prelucrarea industrială a furajelor poate avea un impact semnificativ asupra emisiilor de gaze cu efect de seră (GES), atât direct, cât și indirect. Impactul direct se referă în principal la consumul de energie electrică și de combustibili fosili asociat cu utilizarea utilajelor industriale și a mecanizării în procesele tehnologice de prelucrare și producție, precum și la transportul materiilor prime și al nutrienților. În plus, emisiile de GES generate în alte etape ale producției de furaje pot fi strâns legate de emisiile generate în timpul prelucrării industriale (de exemplu, producția de aditivi, suplimente, enzime etc.). Ca exemplu, producția unui kilogram de aminoacid sintetic treonină duce la emiterea a 16978 de grame de CO₂-eq [4]. În acest context, este important să menționăm influența pe care utilizarea furajelor prelucrate industrial o poate avea asupra proprietăților gunoiului de grajd. Și anume, compoziția mai bogată în nutrienți a acestor furaje se reflectă și în proprietățile gunoiului de grajd, ceea ce poate duce la creșterea emisiilor de CH₄ și de oxizi de azot (N₂O). Se poate concluziona că, în cadrul sectorului producției de furaje, etapa de prelucrare industrială este un domeniu important în eforturile de reducere a amprentei de carbon.

Pe scurt, producția de furaje are un impact semnificativ asupra emisiilor de gaze cu efect de seră, iar eforturile de atenuare a schimbărilor climatice trebuie să abordeze acest aspect. Strategiile de reducere a amprentei de carbon a producției de furaje pot include creșterea eficienței utilizării îngrășămintelor, promovarea practicilor durabile de utilizare a terenurilor și reducerea distanțelor de transport al culturilor furajere și al altor inputuri. În cele din urmă, pentru a reduce emisiile de gaze cu efect de seră și pentru a atenua efectele schimbărilor climatice, este necesară o abordare holistică care să cuprindă întregul lanț de aprovizionare cu animale.

Schimbarea categoriei de utilizarea a terenurilor

Terenurile agricole ocupă aproape 40% din suprafața totală a uscatului, din care aproximativ 60% sunt destinate hrănirii animalelor [10]. Datorită creșterii preconizate a populației, se așteaptă ca cererea și consumul de produse animaliere să crească. Acest lucru ar duce în mod inevitabil la o creștere a cererii de terenuri arabile necesare pentru cultivarea culturilor utilizate pentru hrana animalelor. Acesta este un proces al cărui scenariu este deja cunoscut din punct de vedere istoric, deoarece intensificarea întregii agriculturi, inclusiv a creșterii animalelor, a avut loc încă de la începutul secolului al XX-lea. Partea negativă a acestui proces este cu siguranță schimbarea categoriei de utilizare a terenurilor, care se referă în principal la transformarea pădurilor și a pășunilor în terenuri arabile pentru producția de furaje. Acest lucru poate duce la o creștere a eliberării de dioxid de carbon în atmosferă, în timp ce, pe de altă parte, procesul de absorbție și stocare a dioxidului de carbon devine dezactivat. Pe scurt, în acest fel, este perturbat echilibrul ciclului carbonului în natură, ceea ce, în condițiile moderne de industrializare accelerată, are efecte dezastruoase asupra mediului, în special în ceea ce privește schimbările climatice.

Mai exact, prin procesul de fotosinteză, plantele absorb dioxidul de carbon din atmosferă și îl stochează în biomasa de deasupra solului și din sol. Este important de subliniat faptul că terenurile forestiere au o capacitate mai bună de a absorbi carbonul în comparație cu terenurile cultivate și pășunile, ceea ce face ca acestea să fie principalul rezervor alături de ocean (Figura 4).

Tabelul 2. Emisiile GES datorate schimbării categoriilor de utilizare a terenurilor [4]

Conversia terenurilor forestiere în terenuri cultivate și pășuni duce la eliberarea în atmosferă a unei cantități mari de carbon stocat. Conform literaturii de specialitate, au fost elaborate mai multe metode pentru a estima emisiile de GES cauzate de schimbarea utilizării terenurilor, dar nu există încă un consens între oamenii de știință cu privire la fiabilitatea acestora. Tabelul 2 prezintă o comparație a valorilor emisiilor obținute prin diferite metode de evaluare selectate [7].

Chiar dacă schimbarea categoriei de utilizare a terenurilor în epoca modernă a contribuit deja în mod semnificativ și negativ la schimbările climatice, studiile arată că sunt încă posibile îmbunătățiri [1, 8]. Potrivit Grupului interguvernamental de experți privind schimbările climatice (IPCC) [12], punerea în aplicare în timp util și continuă a unor practici agricole îmbunătățite și a unor măsuri forestiere este importantă pentru atenuarea schimbărilor climatice, deoarece acestea pot contribui în mod semnificativ la eliminarea dioxidului de carbon din atmosferă. În primul rând, acest lucru include o gestionare îmbunătățită a terenurilor cultivate și a pășunilor - de exemplu, utilizarea mai eficientă a îngrășămintelor pentru a preveni levigarea nitraților nefolosiți, practici de cultivare a solului care reduc la minimum eroziunea solului, refacerea solurilor organice și refacerea solurilor degradate.

Bibliografie

[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/