Oxid dusný a metan – tyto dva plyny posilují skleníkový efekt silněji než jejich „známější kolega“ oxid uhličitý. Metan je asi 20krát a oxid dusný dokonce 300krát silnější. Většina skleníkových plynů, které souvisejí s lidskou činností, pochází z průmyslu a dopravy – ze spalování fosilních paliv.
Ale zanedbatelný není ani vliv zemědělství a dalšího využívání půdy. S oxidem uhličitým v tomto oboru problém není. Rostliny ho při fotosyntéze rozkládají a uhlík ukládají do biomasy. Celková bilance CO2 vzniklého a spotřebovaného v zemědělství je pro životní prostředí příznivá.
S metanem a oxidem dusným je to horší. První z nich se na posilování skleníkového efektu v souvislosti se zemědělstvím podílí zhruba z jedné třetiny, oxid dusný ze dvou třetin. Například z rýžovišť uniká poměrně velké množství metanu.
V naší republice se podle Národní inventarizace skleníkových plynů, kterou každoročně sestavuje Český hydrometeorologický ústav, podílí zemědělství na emisích zhruba pěti procenty. Jde především o metan, který se tvoří v útrobách dobytka. Kromě toho tento plyn spolu s oxidem dusným uniká také z půd pastvin, polí a při skladování a užívání organických hnojiv.
Ve světě probíhají různé výzkumy, které se snaží zjistit, jaká potrava je pro dobytek nejvhodnější, aby se tvorba metanu v jeho útrobách snížila. Ve Švédsku se například nyní rozjíždí projekt, při němž vědci vybaví krávy s různým jídelníčkem detektorem pro sledování hladiny metanu v bezprostředním okolí krávy.
Zaostřeno na půdy Odborníci z Ústavu půdní biologie Biologického centra Akademie věd ČR a z Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích už několik let zkoumají emise oxidu dusného a metanu z půd, především z pastvin. „Začali jsme se jimi zabývat kolem roku 2000, kdy nás dánští kolegové přizvali ke spolupráci na evropském projektu MIDAIR.
Týkal se omezování emisí skleníkových plynů v zemědělství a my jsme se v rámci tohoto projektu soustředili právě na pastviny a zimoviště skotu,“ popisuje začátky výzkumu profesor Miloslav Šimek z Ústavu půdní biologie AV ČR a z Přírodovědecké fakulty JU.
Zatímco o metanu unikajícím z útrob skotu se toho ví hodně, emise ze zemědělské půdy jsou i pro vědce poměrně novou záležitostí. Koncem minulého roku zveřejnil tým Dany Elhottové z Ústavu půdní biologie AV ČR ve spolupráci s kolegy z Helmholtzova výzkumného centra v Mnichově studii, která se zabývala mikroorganismy odpovědnými za unikání metanu z půdy zimoviště skotu.
Výzkum probíhal na ekofarmě v Borové u Českého Krumlova. Odborníci si vybrali tři místa na pastvině, kde zvířata přezimují. „Pochopitelně mají k dispozici přístřešek, ale kupodivu se jim líbí venku. I několikadenní telata si bez problému lehají do sněhu,“ říká profesor Šimek.
Vědci se zaměřili na tři stanoviště – poblíž místa, kde zvířata dostávala krmení, a tudíž se tam zdržovala nejčastěji, pak na středně zatížené části pastviny a naopak v jednom odlehlém koutu pozemku, kam krávy zavítaly málokdy.
Měření se odehrávalo po dva roky v intervalu několika týdnů. Odborníci pokaždé na pastvinu umístili komoru (kovový kbelík, ale obecně mohou mít komory různý tvar i velikost) s malým otvorem na boku, ucpaným pryží. Když se do komory „nachytaly“ emise z půdy, propíchli vědci zátku injekční jehlou a natáhli si do stříkačky vzorek plynu. V laboratoři pak pomocí plynového chromatografu zjistili jeho složení.
Nejvyšší emise zjistili v místě, kde krávy trávily nejvíc času. „Prudký nárůst jsme zaznamenali pokaždé, když se oteplilo – tedy při zimních oblevách nebo na jaře,“ komentuje výsledky profesor Šimek.
„Je to logické – v zimě se na zemi hromadí výkaly, ale je příliš nízká teplota na to, aby intenzivněji probíhaly mikrobiální procesy a uvolňoval se metan,“ vysvětluje Dana Elhottová. „Pak se oteplí a v půdě je vše připraveno: živiny i vláha. Mikrobiální společenstvo se během několika hodin aktivuje a emise metanu rychle narůstají,“ pokračuje expertka.
K velice podobným výsledkům došli jihočeští odborníci v předchozích výzkumech, kde se soustředili na oxid dusný. Také jeho emise z půdy zimovišť narůstají s každou oblevou a po silnějších deštích.
Záhadné organismy Vedle množství plynů unikajících z půdy se čeští experti pochopitelně zabývají také tím, jaké organismy tyto emise způsobují. Odebírají proto vzorky půdy a zkoumají DNA v ní nalezených mikrobů.
V hojné míře našli mikroby z říše archea, rodu Methanosarcina. Ty se přirozeně vyskytují v trávicím traktu přežvýkavců a v anaerobním prostředí (tedy bez přístupu vzduchu) se účastní přeměny rostlinné biomasy na jednodušší látky, stravitelné pro zvířata. Vedlejším produktem těchto přeměn potravy je právě metan. Obecně jsou archea velmi starobylou skupinou mikroorganismů, některé znaky mají shodné s bakteriemi, jiné s houbami nebo prvoky. Vědci se donedávna domnívali, že žijí jen v extrémních prostředích – například ve velmi horké, slané nebo kyselé vodě. Díky novým metodám využívajícím analýzy DNA se ale ukazuje, že jsou mnohem hojnější.
Metan produkující archea se běžně vyskytují nejen v trávicích traktech dobytka, ale i v sladkovodních a mořských sedimentech, mokřadech a bažinách... a překvapivě také v půdě pastvin. I tam, především v rozdupaných místech pokrytých kravskými exkrementy a blátem, totiž vznikají mikroprostředí bez přístupu kyslíku, kde se těmto zajímavým mikroorganismům daří.
„Dnes už víme, že archea jsou v půdách běžně přítomná. V půdách zimoviště se skupina metanogenních archeí zkoumá snáz, protože se tu díky aktivitě skotu vyskytuje ve větším množství,“ vysvětluje Dana Elhottová.
„Dobře známe totiž jen ty mikroorganismy, které dokážeme namnožit a pěstovat v laboratoři. A jak se techniky zdokonalují, daří se nacházet některé formy i na místech, kde je dřív nikdo nehledal,“ pokračuje odbornice. Přesto podle jejích slov stále známe jen nepatrný zlomek druhů mikroorganismů, které v prostředí kolem nás existují – a to platí nejen o archeích, ale také o bakteriích a mikroskopických houbách.
Postřik proti metanu?
Nyní se jihočeští odborníci chtějí zaměřit na hledání mikroorganismů, které metan v půdě nevyrábějí, ale naopak ho spotřebovávají. Je známo, že metanotrofní mikroorganismy existují, k rozkladu metanu ale potřebují kyslík. Pokud by se prokázala existence mikrobů schopných konzumovat metan v anaerobním půdním prostředí, znamenalo by to velký průlom ve vědě a zároveň naději na praktické využití. Nedávné objevy v usazeninách na mořském dně přitom naznačují, že takové mikroorganismy existují.
„Pokud by se potvrdil jejich výskyt nejen v moři, ale i v půdách, otevřelo by se nové pole biotechnologií. Teoreticky si umím představit mikrobiální preparáty, které by alespoň částečně odbourávaly metan unikající z pastvin, ale také ze skládek organických hnojiv – hromad hnoje nebo nádrží s kejdou či močůvkou. Ale to už se pohybujeme v rovině hypotetických úvah,“ podotýká profesor Šimek.
Metanotrofní organismy by teoreticky mohly rozkládat metan na vodu a oxid uhličitý. Ten je sice také skleníkovým plynem, ale dvacetkrát méně účinným než metan. Trvalo by ovšem celé roky, než by se podařilo přípravek s takovými mikroorganismy uvést do praxe. A hlavně – nejdřív musí vědci prokázat, zda vůbec existují.
***
Umím si představit preparáty, které by alespoň částečně odbourávaly metan unikající z hnoje nebo nádrží s močůvkou
