BÒ SỮA VỚI SỰ SẢN SINH KHÍ NHÀ KÍNH Đinh Văn Cải1

Sự sản sinh các khí nhà kính (GHG) và ảnh hưởng của chúng đến sự ấm lên toàn cầu đã thu hút sự quan tâm của từng quốc gia và của cả cộng đồng thế giới. Các hệ thống chăn nuôi bò sữa cùng với các vật nuôi nông nghiệp khác được ghi nhận như một trong những nguồn sinh ra khí nhà kính. Tuy nhiên chúng ta vẫn còn ít thông tin về sự sản sinh GHG từ các trang trại chăn nuôi bò thịt, bò sữa.

1. Khí nhà kính, hiệu ứng nhà kính và sự nóng lên của khí hậu toàn cầu.

Bầu khí quyển tự nó vẫn được cung cấp các chất khí nhà kính (Greenhouse gases- GHG), chúng giữ nhiệt và giữ ấm cho bề mặt Trái đất. Các khí nhà kính trong tự nhiên giữ cho nhiệt độ lớp không khí sát bề mặt Trái đất trung bình khoảng 33°C (59 °F). Các khí nhà kính chính như: hơi nước góp phần tạo ra khoảng 36- 70% hiệu ứng nhà kính; carbon dioxide (CO2): 9- 26%; methane (CH4) 4- 9% và ozon (O3): 3- 7%.

Trước cuộc cách mạng công nghiệp bùng nổ vào giữa thế kỷ 18, GHG được thải vào bầu khí quyển đã đạt đến mức độ cân bằng. Sự phát thải tự nhiên của những chất khí hấp thụ nhiệt tương xứng với lượng mà chúng có thể bị hấp thu. Từ khi cuộc cách mạng công nghiệp, hoạt động của con người đã làm tăng khối lượng các khí nhà kính, GHG được thải vào khí quyển vượt mức bình thường và tạo nên một cách biệt quá lớn so với khả năng của trái đất hấp thụ chúng. Nồng độ CO2 và CH4 hiện tại đã tăng tương ứng khoảng 36% và 148% kể từ giữa thế kỷ 18. Những chất khí này có thể tồn tại trong khí quyển ít nhất là 50 năm và lâu hơn.

Theo báo cáo của Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ- EPA (Environmental Protection Agency ) năm 2004, Ở Mỹ lượng CO2 chiếm đến 84,6% tổng các chất khí phát thải. Nguồn phát thải chính CO2 là sự đốt cháy các nguyên liệu hóa thạch. Đốt nhiên liệu hóa thạch tạo ra khoảng 3/4 lượng khí CO2 tăng thêm từ các hoạt động của con người trong vòng 20 năm qua. Hầu hết các đóng góp còn lại là do thay đổi mục đích sử dụng đất đặc biệt là phá rừng.

Năm 2004, ở Mỹ, CO2 phát thải từ đốt nguyên liệu hóa thạch chiếm 95%, CH4

chiếm 7,9% của tất cả các nguồn phát thải. NOx chiếm 5,5% tổng số khí phát thải và được tạo ra chủ yếu bởi quá trình sinh học diễn ra trong đất và nước. Tham gia vào quá trình tạo chất khí này còn bao gồm sự canh tác đất nông nghiệp, cháy rừng, sự đốt cháy nguyên liệu hóa thạch từ động cơ xe, máy, mỏ dầu, từ phân hữu cơ, sản xuất HNO3 và chất thải sinh hoạt.

Hiệu ứng nhà kính (Greenhouse effect) là quá trình mà theo đó các khí trong khí quyển (chủ yếu là khí nhà kính) cho bức xạ mặt trời xuyên qua, nhưng ngăn cản không cho bức xạ nhiệt từ bề mặt trái đất thoát ra vũ trụ (giống như nhà kính trồng cây ở vùng hàn đới), kết quả là làm ấm tầng dưới của khí quyển và bề mặt của hành tinh. Hiệu ứng này được Josep Fourier phát hiện vào năm 1824 và được Svante Arrhenius nghiên cứu đầu tiên một cách định lượng vào năm 1896.

1 PGS.TS. Viện Khoa học kỹ thuật nông nghiệp miền Nam. Tel: 0903730420; email: dinhvancaiias@yahoo.com.vn

1

Sự nóng lên của khí hậu toàn cầu (global warming) là hiện tượng tăng nhiệt độ trung bình của không khí và các đại dương trên Trái đất mà người ta đã quan sát được trong các thập kỷ gần đây. Trong thế kỉ 20, nhiệt độ trung bình của không khí gần mặt đất đã tăng 0,6 ± 0,2 °C (1,1 ± 0,4 °F). Từ năm 1979, nhiệt độ đất liền tăng 0,25°C mỗi thập kỷ, còn đại dương 0,13°C mỗi thập kỷ.

Có hai yếu tố chính ảnh hưởng đến sự nóng lên toàn cầu: sự hủy hoại tầng ozon và sự tăng phát thải GHG. Các khí nhà kính xuất hiện trong tự nhiên như CO2, CH4, N2O và O3 (ozone), trong đó CO2, CH4 và N2O có ảnh hưởng trực tiếp đến sự nóng lên toàn cầu và nồng độ của nó trong khí quyển là kết quả từ những hoạt động của con người. Những chất khí sản ra từ các hoạt động công nghiệp bao gồm chlorofluorocarbone (CF2Cl2, CFCl3, CF3Cl) và hydrochlorofluorocarbone (HCFCl2, HCF2Cl). Đây là các hợp chất hữu cơ thuộc nhóm chất có tên thương mại là Freon, kí hiệu là CFCs, thường được dùng làm chất tải lạnh trong máy điều hòa nhiệt độ hoặc tủ lạnh, chúng góp phần phá hủy tầng ozone. Có một vài chất khí có ảnh hưởng gián tiếp đến sự nóng lên toàn cầu như CO, NOx và những hợp chất bay hơi không phải CH4. Những chất này ảnh hưởng đến sự hình thành hay phá hủy ozone tầng đối lưu và tầng bình lưu.

Theo tổ chức liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) thì methan là chất khí có tác dụng gây hiệu ứng nhà kính cao gấp 20 lần so với CO2 và N2O có tác dụng gây hiệu ứng nhà kính cao gấp 296 lần so với CO2. Chúng là thủ phạm của sự nóng lên toàn cầu.

2. Bò sữa, bò thịt là những vật nuôi chính sản sinh ra khí nhà kính

Gần đây rất nhiều các thông tin công cộng đã mô tả ngành chăn nuôi như một sự “đe dọa dấu mặt” và góp phần làm xấu môi trường ở từng khu vực và trên toàn cầu. Một mô hình GHG bò sữa (dairyGHG) đã được phát triển để ước tính sự phát thải GHG thực tế từ các hệ thống sản xuất sữa. DairyGHG sử dụng phương pháp đánh giá chu kì sống từng phần để tính toán lượng khí thải CH4, N2O và CO2 và các nguồn hấp thu khí thải trong hệ thống sản xuất sữa. Sự nóng lên toàn cầu bởi CH4, N2O và CO2 phát thải từ trang trại (bao gồm cả lượng phát thải từ các sản phẩm đầu vào) được tính toán bằng đơn vị đương lượng CO2 (equivalent units - CO2e) và được tính từ lượng Carbon phát thải chia cho tổng sản lượng sữa sản xuất ra. Mô hình DairyGHG cho thấy lượng Carbon sản ra từ sản xuất sữa của hầu hết các nông trại là vào khoảng 0,5-0,8 CO2e kg cho 1kg sữa.

Sự sản sinh khí Methane (CH4)Methane được sinh ra do sự phân hủy các chất hữu cơ bởi vi sinh vật trong điều

kiện yếm khí. Trong các nguồn CH4 do con người tạo ra thì ngành nông nghiệp là lớn nhất. Nông nghiệp chiếm khoảng 7% tổng số GHG phát thải. Trong đó, CH4 từ quá trình lên men trong ống tiêu hóa động vật chiếm khoảng 20%, từ phân gia súc chiếm khoảng 7% tổng CH4 thải ra. Động vật nhai lại (bò thịt, bò sữa, dê, cừu) đóng góp chính vào việc tạo ra CH4 vì chúng có dạ dày 4 túi, trong đó dạ cỏ có dung tích lớn nhất (khoảng 200 lít), tại đây xảy ra quá trình lên men vi sinh vật. Những chất khí tạo thành nằm ở phần trên của dạ cỏ gồm CO2, CH4 chiếm tỷ trọng lớn nhất, Bảng 1.

Bảng 1. Thành phần đặc trưng của các chất khí trong dạ cỏ (tính theo %)Hydrogen (H): 0,2

2

Oxygen (O2): 0,5Nitrogen (N): 7,0Methane (CH4): 26,8Carbon dioxide (CO2): 65,5Source: Sniffen, C.J. and H. H. Herdt. The Veterinary Clinics of North America: Food Animal Practice, Vol 7,No 2. Philadelphia, PA: W. B. Saunders Company, 1991.

Tỷ lệ các chất khí này phụ thuộc vào sinh thái dạ cỏ và sự cân bằng lên men. Bình thường thì tỷ lệ CO2 gấp 2-3 lần CH4. Ước tính với một con bò trưởng thành, có 132-264 galons chất khí dạ cỏ được sản sinh ra từ sự lên men và được ợ ra mỗi ngày. Sự ợ hơi này rất quan trọng đối với con vật để tránh bệnh chướng hơi nhưng đó lại là cách để CH4

được bài thải vào khí quyển. Ngoài ra CH4 cũng được tạo ra do quá trình vi sinh vật phân hủy phân gia súc trong điều kiện yếm khí.

Theo báo cáo của EPA, từ năm 1990-2004, trong tổng lượng phát thải bởi chăn nuôi, bò thịt giữ tỷ lệ phát thải CH4 lớn nhất, ước tính khoảng 74%. Bò sữa ước tính khoảng 24%, phần còn lại là của ngựa cừu lợn và dê. Nói chung sự phát thải GHG đang tăng lên do tăng số đầu bò thịt, bò sữa và chất lượng thức ăn đã được cải tiến được sử dụng cho vỗ béo bò thịt.

Một nghiên cứu của Huawei Sun và ctv, 2008 cho biết trung bình methanol và Ethanol phát thải là 0,33 và 0,51 gam/bò/giờ tương ứng ở bò cạn sữa và phân bò cạn sữa, 0,7 và 1,27 gam/bò/giờ tương ứng ở bò vắt sữa và phân của chúng. Trung bình CH4 phát thải có liên quan chính với sự lên men từ đường tiêu hóa của bò hơn là phân bò và giá trị này là 12,35 và 18,23 gam/bò/giờ tương ứng đối với bò cạn sữa và bò vắt sữa. Bò vắt sữa phát thải khí GHG và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) nhiều hơn so với bò cạn sữa.

Bảng 2. Số bò sữa và lượng khí phát thải từ bò sữa năm 2001 ở Mỹ

Tổng số bò sữa: 12.994.849 conMethane (CH4): 2.079.176 tấnAmmonia (NH3): 705.435 tấnHydrogen Sulfide (H2S): 111.384 tấnNhững hợp chất hữu cơ dễ bay hơi: 40.841 tấnNitrous Oxide (N2O): 8.772 tấn

Nguồn: EPA; http://milk.procon.org

3

Bảng 3. So sánh sự phát thải khí từ bò sữa và các nguồn khác ở Mỹ năm 2001

Nguồn phát thảiCH4

Tấn(% tổng)

N2OTấn(% tổng)

1. Bò sữa 2.079.176(7,9%)

8.772(0,5%)

2. Bãi chôn rác thải 6.078.000(23,3%)

Không có số liệu

3. Hệ thống khí tự nhiên 5.971.000(22,9%)

Không có số liệu

4. Lên men từ đường tiêu hóa (đường hậu môn, ợ hơi kể cả bò sữa)

5.356.000(20,5%)

Không có số liệu

5. Khai thác than 2.644.000(10,1%)

Không có số liệu

6. Chất thải (sự phân hủy chất thải của gia súc kể cả bò sữa)

1.911.000(7,3%)

35.274(2%)

7. Xử lí chất thải (bao gồm chất thải từ người và công nghiệp)

1.232.000(4,7%)

27.558(1,5%)

8. Phương tiện vận chuyển (xe tải, xe con..) 154.000(0,6%)

176.370(9,9%)

9. Sản xuất sắt thép 51.000(0,2%)

Không có số liệu

10. Tất cả các nguồn khác do con người tạo ra (đốt rừng, sản xuất hóa học, sản xuất nông nghiệp)

2.683.000(10,3%)

1.547.645(86,6%)

Nguồn: EPA; http://milk.procon.org

Những trại bò lớn có gây ô nhiễm môi trường không?

James Owen, biên tập viên của Tạp chí “National Geographic” đã viết trong số tháng 8 năm 2005 bài báo có tựa đề "California Cows Fail Latest Emissions Test," như sau:

“Một con bò sữa hàng năm phát thải vào môi trường khoảng 9 kg chất khí, được biết đến như là những hợp chất hữu cơ bay hơi, nhiều hơn một chiếc xe con hoặc một chiếc xe tải nhẹ”.

Tổ chức FAO của Liên Hiệp Quốc đã viết trong một báo cáo năm 2006 "Livestock's Long Shadow: Environmental Issues and Options," như sau:

“Chăn nuôi gia súc đã nổi lên như là một trong số 2 hoặc 3 thủ phạm chính đối với những vấn đề môi trường quan trọng nhất, ở từng quy mô từ địa phương đến toàn cầu.

Với nhiệt độ tăng lên, mực nước biển tăng lên, sự tan chảy những núi băng, sông băng (ở các cực trái đất), sự thay đổi các dòng đại dương và thời tiết, biến đổi khí hậu là sự thách thức nghiêm trọng nhất đối với loài người.

4

Lĩnh vực chăn nuôi gia súc đã đóng góp một vai trò chính yếu, chịu trách nhiệm đối với 18% GHG phát thải được đo bằng đương lượng CO2. Điều này còn cao hơn phần đóng góp do giao thông vận tải gây ra.

Ngành chăn nuôi phát thải 37% khí methane có nguồn gốc từ con người tạo ra, hầu hết số này từ lên men trong đường tiêu hóa của động vật nhai lại (như bò sữa). Nó cũng phát thải 65% N2O (có tiềm năng gây hiệu ứng nhà kính cao gấp 296 lần CO2) chủ yếu là từ phân gia súc.

Ở Mỹ, methane từ lên men đường tiêu hóa đã đạt đến 5,5 triệu tấn vào năm 2002, chủ yếu có nguồn gốc từ bò thịt bò sữa. Chiếm 71% tổng phát thải nông nghiệp và 19% tổng phát thải trên cả nước”.

3. Chiến lược khẩu phần nuôi dưỡng để giảm khí CH4 phát thải

Đã có nhiều nghiên cứu ở Canada, Úc, châu Âu và Mỹ về chiến lược làm giảm phát thải khí CH4 từ chăn nuôi bò thịt và bò sữa. Hướng chính là tập trung vào dinh dưỡng, đặc biệt là trên những con bò sữa chăn thả. Một số loại khẩu phần có thể làm giảm CH 4

bao gồm việc bổ sung thêm chất ion hóa, mỡ, sử dụng cỏ chất lượng cao và sử dụng nhiều thức ăn hạt ngũ cốc. Những chiến lược nuôi dưỡng làm giảm CH4 thông qua sự vận động của quá trình lên men dạ cỏ, theo hướng ức chế hình thành CH4 và protozoa.

Một hướng nghiên cứu khác cũng được triển khai là việc bổ sung thêm các chất như probiotic, aceton, kháng sinh sinh học (thuốc kháng vi sinh vật có nguồn gốc vi sinh vật), axít hữu cơ, thảo dược (thí dụ như tannin). Về mặt lâu dài, có thể chọn lọc di truyền những con bò có hiệu quả sử dụng thức ăn tốt hơn. Một vài chiến lược chi tiết đã được đề nghị để giảm CH4 như sau:

1. Tăng hiệu quả sử dụng đạm trong thức ăn của con vật để sản xuất ra sữa thịt cũng có thể làm giảp phát thải CH4. Điều này có thể đạt được bằng cách nuôi dưỡng bởi thức ăn xanh hoặc thức ăn hạt chất lượng tốt, dễ tiêu hóa. Tuy nhiên, cần xem xét đến sự phát thải khí trong quá trình sản xuất và vận chuyển thức ăn xanh và thức ăn hạt.

2. Làm thay đổi môi trường dạ cỏ như bổ sung chất ion hóa, cải tiến hiệu quả thu nhận vật chất khô và ngăn chặn sản sinh acetat, kết quả là làm giảm lượng hydro được giải phóng. Trong một số công trình nghiên cứu đã xuất bản, CH4 đã giảm 10%, tuy nhiên ảnh hưởng của chất ion hóa có “tuổi thọ” ngắn. Những nghiên cứu về chất ion hóa vẫn cần được tiếp tục nghiên cứu.

3. Việc nghiền và đóng viên thức ăn xanh có thể giảm phát thải khí CH4 tới 40% tuy nhiên chi phí liên quan đến quá trình này có thể quá cao không khả thi.

4. Khẩu phần bổ sung thêm mỡ có tiềm năng giảm CH4 đến 37%. Điều này xảy ra thông qua quá trình thủy phân sinh học các axít béo không no, làm tăng sự sản sinh axít probionic và ức chế protozoa. Tuy nhiên ảnh hưởng của khẩu phần mỡ rất khác nhau và khả năng gây độc của mỡ đối với vi sinh vật dạ cỏ cũng là một vấn đề phải xem xét. Chiến lược này có thể ảnh hưởng xấu đến đến thành phần sữa và làm giảm lợi nhuận của người sản xuất.

5

Có một vài cách tiếp cận mới để làm giảm CH4 nhưng không thực tế lắm. Thí dụ như loại bỏ protozoa dạ cỏ đã làm giảm CH4 tới 20%. Cũng có thể phát triển các chiến lược khích thích sự phát triển của các dòng vi khuẩn acetic để chúng có thể khử hydro của CH4 và chuyển hóa thành axit acetic. Chúng biến đổi CO2 và hydro thành acetat mà con vật có thể sử dụng như một nguồn năng lượng. Hiện nay đang có một nghiên cứu phát triển một loại vaccine mà nó kích thích tạo kháng thể trong động vật mà khi nó ở trong dạ cỏ, nó sẽ hoạt hóa chống lại các chủng sinh methame

Những giải pháp giảm CH4 như vừa mô tả trên gặp phải khó khăn là nó có thể gây độc tiềm năng đối với vi sinh vật dạ cỏ và con vật. Vi sinh vật nhanh chóng thích nghi với sự thay đổi vì vậy tuổi thọ của giải pháp rất ngắn, ngoài ra còn kéo theo tăng chi phí và sự bổ sung cho những con vật chăn thả trên đồng cỏ cũng là những cản trở.

4. Kết luậnNhững trại chăn nuôi bò quy mô lớn mỗi ngày đang thải vào môi trường một lượng

lớn chất thải dạng rắn, lỏng và khí không thân thiện với môi trường sống. Quản lí những chất thải này không tốt sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự trong sạch của không khí, nguồn nước và lan truyền dịch bệnh cho chính những người chăn nuôi và láng giềng của họ. Sự ô nhiễm này nhìn thấy được ngay, có thể gọi đây là ô nhiễm trực tiếp. Việc phát thải khí nhà kính từ các trang trại chăn nuôi bò góp phần vào hiện tượng nóng lên của khí hậu toàn cầu đã được khẳng định. Loại ô nhiễm này không dễ dàng nhìn thấy và không ảnh hưởng tức thì, có thể gọi là ô nhiễm gián tiếp. Dạng ô nhiễm này không kém phần nguy hại đến môi trường sống của con người. Để giảm ô nhiễm trực tiếp thì biện pháp quản lí nguồn chất thải có vai trò quan trọng nhất, kế đến là giải pháp thiết kế chuồng trại và trồng cây xanh quanh trại. Để giảm ô nhiễm gián tiếp cần nghiên cứu chế độ nuôi dưỡng thích hợp để con vật giảm sản sinh khí nhà kính. Đó là những giải pháp tích cực để tiếp tục sự phát triển không ngừng cuộc sống chúng ta trên hành tinh này.

Tháng 12-2009

Tài liệu tham khảo

1. Huawei Suna, Steven L. Trabueb, Kenwood Scogginb, Wendi A. Jacksonc, Yuee Panc, Yongjing Zhaod, Irina L. Malkinac, Jacek A. Koziele and Frank M. Mitloehnerc, © 2008, 677 S. Segoe Rd., Madison, WI 53711 USA

2. The Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), 2006. "Livestock's Long Shadow: Environmental Issues and Options,"

3. James Owen, 2005. "California Cows Fail Latest Emissions Test," published in National Geographic.

4. http://www.das.psu.edu/research- xtension/dairy/pdf/carbonanddairy.pdf5. http://milk.procon.org6. http://www.apat.gov.it/site/greenhouse.pdf7. http://jeq.scijournals.org/cgi

6