تولید متان در نشخوارکنندگان: تأثیر تغذیه و اثرات زیستی متان بر اکوسیستم

"انتشار متان (CH₄) در نشخوارکنندگان یکی از چالش های زیست محیطی مهم است، زیرا متان یک گاز گلخانه ای قوی با اثر گرمایشی حدود ۲۸ تا ۳۶ برابر بیشتر از CO₂ در یک افق ۱۰۰ ساله است که تأثیر قابل توجهی بر تغییرات آب و هوایی دارد."

تولید متان در نشخوارکنندگان: تأثیر تغذیه و اثرات زیستی متان بر اکوسیستم

مقدمه

انتشار متان (CH₄) در نشخوارکنندگان یکی از چالش های زیست محیطی مهم است، زیرا متان یک گاز گلخانه ای قوی با اثر گرمایشی حدود ۲۸ تا ۳۶ برابر بیشتر از CO₂ در یک افق ۱۰۰ ساله است که تأثیر قابل توجهی بر تغییرات آب و هوایی دارد. نشخوارکنندگان (مانند گاو، گوسفند، بز و گاومیش) به دلیل فرآیندهای گوارشی خاص خود، مقادیر قابل توجهی متان تولید می کنند. این مقاله به بررسی فرآیند تولید متان در نشخوارکنندگان، عوامل تغذیه ای مؤثر بر آن و پیامدهای زیستی آن بر اکوسیستم می پردازد.

فرآیند تولید متان در نشخوارکنندگان

در دستگاه گوارش نشخوارکنندگان، میکروارگانیسم های شکمبه (مانند باکتریها، آرکیاها و پروتوزوا) نقش کلیدی در تجزیه مواد گیاهی دارند. متان عمدتاً در شکمبه تولید می شود. طی فرآیند تخمیر بی هوازی، کربوهیدرات های پیچیده به اسیدهای چرب فرار  (VFAs)، دی اکسید کربن (CO₂) و هیدروژن (H₂) تبدیل می شوند. آرکیاهای متانوژن از هیدروژن و CO₂ برای تولید متان استفاده می کنند که عمدتاً از طریق آروغ زدن دفع می شود. بخش کوچکی از متان نیز از تخمیر فضولات دامی در شرایط بیهوازی (مثلاً در کودهای دامی) منتشر می شود.

 

آمار انتشار متان از نشخوارکنندگان

• حدود ۳0٪ از متان منتشرشده توسط فعالیت های انسانی از دامداری ناشی می شود.
• یک گاو شیری سالانه حدود ۷۰ تا ۱۲۰ کیلوگرم متان تولید می کند.
• یک گاو گوشتی حدود ۴۰ تا ۶۰ کیلوگرم متان در سال منتشر می کند.
• کل انتشار متان از دام های نشخوارکننده در جهان حدود ۱۰۰ میلیون تن در سال تخمین زده می شود.

عوامل مؤثر بر تولید متان

• ترکیب خوراک: جیره های با فیبر بالا (مانند علوفه خشک) تولید متان را افزایش می دهند.
• فرآوری خوراک: خرد کردن و آسیاب کردن مواد خوراکی، تخمیر را تسریع کرده و ممکن است متان زایی را کاهش دهد.
• افزودنی های خوراکی: برخی ترکیبات مانند چربی ها، تانن ها و نیترات ها می توانند متان را کاهش دهند.

تأثیر تغذیه بر تولید متان

جیره غذایی نشخوارکنندگان تأثیر مستقیمی بر میزان تولید متان دارد. برخی راهکارهای تغذیه ای برای کاهش متان زایی عبارتند از:

الف) استفاده از خوراک های متراکم و کنسانتره

جیره های مبتنی بر غلات (مانند ذرت و جو) در مقایسه با علوفه خالص، تخمیر سریعتری داشته و متان کمتری تولید می کنند.

 

ب) افزودنی های کاهش دهنده متان

• چربی های خوراکی: اسیدهای چرب غیراشباع (مانند روغن های گیاهی) فعالیت متانوژن ها را مهار می کنند.
• تانن ها: ترکیبات فنولی موجود در برخی گیاهان (مانند یونجه و اسپرس) تولید متان را کاهش می دهند.
• نیترات و سولفات: این ترکیبات جایگزین پذیرنده های الکترونی در شکمبه شده و از تولید متان می کاهند.

ج) پروبیوتیک ها و آنزیم ها

استفاده از پروبیوتیک ها (مانند باکتریهای لاکتیک) و آنزیم های تجزیه کننده فیبر می تواند کارایی هضم را بهبود بخشیده و متان را کاهش دهد. 

 

اثرات زیستی متان بر اکوسیستم

الف) نقش متان در گرمایش جهانی

متان حدود ۲۸ برابر قویتر از CO₂ در به دام انداختن گرما است. حدود ۱6%-%۱4 از کل انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از دامداری است که بخش عمده ای از آن مربوط به متان است.

ب) تأثیر بر چرخه کربن

اگرچه متان در جو نسبتاً سریع (حدود ۱۲ سال) تجزیه می شود، اما افزایش غلظت آن تعادل چرخه کربن را بر هم می زند و به تغییرات اقلیمی کمک می کند. 

 

ج) پیامدهای زیست محیطی

• تغییر در الگوی کشاورزی: فشار برای کاهش متان ممکن است منجر به تغییر در سیستم های پرورش دام شود.
• تخریب خاک و آب: مدیریت نامناسب کودهای دامی (منبع دیگر متان) می تواند به آلودگی آبهای زیرزمینی و انتشار بیشتر گازهای گلخانه ای منجر شود.
• کاهش انتشار متان میذتواند به تحقق اهداف توافق نامه پاریس کمک کند.

راهکارهای کاهش تولید متان

بهینه سازی جیره غذایی: استفاده از ترکیباتی مانند جلبک های دریایی (Asparagopsis taxiformis) که متان را تا ۸۰٪ کاهش می دهند. 

مدیریت بهداشت و پرورش دام: بهبود بهره وری دامها باعث کاهش متان به ازای هر واحد تولید (شیر یا گوشت) می شود.

فناوری های جدید: توسعه خوراک های سنتتیک،‌ توسعه خوراکهای تخمیرشده یا اصلاح ژنتیکی میکروبیوم شکمبه و اصلاح نژاد دامها برای کاهش متان زایی.

استفاده از متان تولیدی

در برخی سیستم های پیشرفته، متان حاصل از کود دامی در بیوگاز جمع آوری و به عنوان منبع انرژی استفاده می شود.

 

نتیجه گیری

تولید متان در نشخوارکنندگان یک چالش زیست محیطی بزرگ است که از طریق مدیریت تغذیه و اصلاح روش های دامداری می توان آن را کاهش داد. تحقیقات بیشتر در زمینه افزودنی های خوراکی، پروبیوتیک ها و فناوری های نوین می تواند به توسعه دامداری پایدار و کاهش اثرات مخرب متان بر اکوسیستم کمک کند. 

این مقاله نشان می دهد که با ترکیب روش های تغذیه ای و مدیریتی، می توان هم بهره وری دامداری را افزایش داد و هم از تأثیرات منفی متان بر محیط زیست کاست.