डेयरी मवेशियों में एंटेरिक मीथेन उत्सर्जन एवं जलवायु परिवर्तन पर इसका प्रभाव
Chhaya Rani1, Arpita Sain1
1Animal Genetics Division, ICAR-Indian Veterinary Research Institute, Izatnagar
Corresponding author e-mail: chhayasingh451@gmail.com
मीथेन एक प्रबल ग्रीनहाउस गैस (जीएचजी) है जो जुगाली करने वाले पशुओं द्वारा आहार के एंटेरिक किण्वन के परिणामस्वरूप उत्सर्जित होती है। कार्बन डाइऑक्साइड की तुलना में इसकी भूमंडलीय ऊष्मीकरण की क्षमता 28 गुना अधिक होने के कारण, मीथेन को वैश्विक जलवायु परिवर्तन के लिए प्रमुख जिम्मेदार कारक के रूप में माना जाता है। पशुधन क्षेत्र की प्रमुख ग्रीनहाउस गैसौ में (जीएचजी) कार्बन डाइऑक्साइड (CO2), मीथेन (CH4) और नाइट्रस ऑक्साइड (N2O) आदि सम्मिलित है। पशुधन को कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) उत्सर्जन का शुद्ध योगदानकर्ता नहीं माना जाता है चूँकि पशु पौधों को आहार के रूप में ग्रहण करते हैं जोकि प्रकाश संश्लेषण के दौरान CO2 का उपयोग करते है। नतीजतन, पशु उत्पादन प्रणाली में मीथेन (CH4) और नाइट्रस ऑक्साइड (N2O) सबसे महत्वपूर्ण ग्रीनहाउस गैसें (जीएचजी) हैं जिनकी ग्लोबल वार्मिंग क्षमता (जीडब्ल्यूपी) काफी उच्च (क्रमशः, 28 और 298 CO2 समतुल्य) होती है। कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) के बाद मीथेन दूसरा सबसे प्रचुर मात्रा में एंथ्रोपोजेनिक (मानवजनित) ग्रीनहाउस गैस (जीएचजी) है, जो वैश्विक उत्सर्जन का लगभग 20 प्रतिशत है (यूएसईपीए, 2023)। कुल एंथ्रोपोजेनिक (मानवजनित) मीथेन (CH4) उत्सर्जन में कृषि का योगदान लगभग 47%-56% है। मीथेन उत्सर्जन अब ग्लोबल वार्मिंग में महत्वपूर्ण योगदानकर्ता है। 100 साल की अवधि में, मीथेन पृथ्वी को गर्म करने में कार्बन डाइऑक्साइड की तुलना में 28 गुना अधिक शक्तिशाली है। 20 वर्षों में, यह तुलना लगभग 80 गुना तक बढ़ गई है। जबकि मीथेन औसतन केवल एक दशक तक रहता है (300 से 1,000 वर्षों की तुलना में जब कार्बन डाइऑक्साइड वायुमंडल में रहता है), यह बहुत अधिक ऊर्जा भी अवशोषित करता है। उच्च ऊर्जा अवशोषण के साथ इस छोटे जीवनकाल का संयुक्त प्रभाव इसकी ग्लोबल वार्मिंग क्षमता में परिलक्षित होता है।
कृषि क्षेत्र से, जुगाली करने वाले पशुधन (गाय, भैंस, बकरी और भेड़) निरंतर प्राकृतिक रूमेन किण्वन प्रक्रिया के माध्यम से मीथेन (CH4) उत्पादन में वृद्धि में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं। जुगाली करने वाले पशुधन मीथेन (CH4) के प्राथमिक उत्पादक हैं। वे प्रतिदिन 250 से 500 लीटर मीथेन का उत्पादन कर सकते हैं। एंटेरिक किण्वन के परिणामस्वरूप 10.09 मिलियन टन मीथेन उत्सर्जित होता है, जो भारत में कृषि क्षेत्र से होने वाले कुल मीथेन उत्सर्जन का 73.3% है (INCCA, 2010)। जुगाली करने वाले पशुओं में, रुमेन सूक्ष्मजीव जैसे बैक्टीरिया, प्रोटोजोआ और कवक पाये जाते हैं और पशुओं द्वारा खाए गए आहार को किण्वन द्वारा वोलाटाइल फैटी एसिड (वीएफए), माइक्रोबियल प्रोटीन, कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन जैसे विभिन्न उत्पादों में विभाजित करते हैं।
रुमेन की अवायवीय (एनरोबिक) परिस्थितियों के अंतर्गत, मेथानोजेनिक बैक्टीरिया मीथेन निर्माण के लिए हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करते हैं, जो मुख्य रूप से डकार के माध्यम से जुगाली करने वाले पशुओं द्वारा उत्सर्जित होता है। जुगाली करने वाले पशु कुल लगभग 4-12 % ग्रहण की गई एनर्जी को मीथेन के रूप में उत्सर्जित करके क्षय करते हैं, जो न पर्यावरण के लिए हानिकारक है, बल्कि इसके कारण पशुओं को ऊर्जा हानि भी होती है । यदि पशुओं की एनर्जी, प्रोटीन और खनिज तत्वों की उपलब्धता को अनुकूलित करके रुमेन किण्वन की दक्षता में सुधार किया जाए, तो मीथेन के रूप में ऊर्जा की हानि को कम किया जा सकता है जिससे इस ऊर्जा को दुग्धउत्पादन में वृद्धि के लिए परिवर्तित किया जा सकता है । दूसरे शब्दों में, पोषक तत्वों का अनुकूलन (संतुलन) एंटरिक मीथेन उत्सर्जन में कमी लाने तथा पशुओं की दुग्धउत्पादन में सुधार करने के लिए महत्वपूर्ण है।
मीथेन उत्सर्जन पर्यावरण के लिए हानिकारक क्यों है?
- मीथेन एक अदृश्य गैस है जो जलवायु संकट को गंभीर रूप से बढ़ा सकती है। यह एक हाइड्रोकार्बन है जो प्राकृतिक गैस का मुख्य घटक है, जिसका उपयोग स्टोव जलाने, घरों को गर्म करने और उद्योग के लिए ऊर्जा प्रदान करने के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है।
- वायुमंडल में, ग्रीनहाउस गैसें एक मोटी परत के रूप में कार्य करती हैं जो पृथ्वी को इन्सुलेट करती है, ऊर्जा को अवशोषित करती है और ग्रह से गर्मी छोड़ने की दर को धीमा कर देती है। मीथेन अपेक्षाकृत कम अवधि में ग्रह को अधिक सीमा तक गर्म करने में सक्षम है। पृथ्वी के तापन पर इसका तत्काल प्रभाव पड़ता है। हालाँकि, कार्बन डाइऑक्साइड-जो सैकड़ों वर्षों तक वायुमंडल में रहती है, के विपरीत मीथेन लगभग एक दशक तक ही वायुमंडल में रहती है।
- जैसे ही मीथेन हवा में उत्सर्जित होती है, यह कई हानिकारक तरीकों से प्रतिक्रिया करती है। मीथेन मुख्य रूप से ऑक्सीकरण के माध्यम से वायुमंडल से बाहर निकलती है, जिससे जल वाष्प और कार्बन डाइऑक्साइड बनती है। इसीलिए, मीथेन न केवल प्रत्यक्ष रूप से बल्कि अप्रत्यक्ष रूप से भी कार्बन डाइऑक्साइड के उत्सर्जन के माध्यम से ग्लोबल वार्मिंग में योगदान देती है।
- इसके अतिरिक्त, ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान, मीथेन हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स (ओएच) के साथ प्रतिक्रिया करती है। ये हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स (ओएच) प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले अणु “डिटर्जेंट” के रूप में कार्य करते हैं, जो हवा से मीथेन और कई अन्य प्रदूषकों को साफ करते हैं। इस प्रकार, मीथेन अन्य प्रकार के वायु प्रदूषकों को हटाने के लिए उपलब्ध हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स की मात्रा को कम कर देता है।
- वैश्विक मीथेन आकलन के अनुसार, मीथेन जमीनी स्तर पर ओजोन के निर्माण में भी योगदान देता है, एक गैस जो मनुष्यों, पारिस्थितिक तंत्र और फसलों के लिए हानिकारक है।
मीथेन उत्पादन को कौन – कौन से कारक प्रभावित करते है ?
कई कारक जुगाली करने वाले पशुओं में मीथेन (CH4) उत्पादन की मात्रा को प्रभावित करते हैं, जिनमें भोजन सेवन का स्तर, भोजन का प्रकार और गुणवत्ता, ऊर्जा की खपत, पशु का आकार, विकास दर, उत्पादन का स्तर और पर्यावरणीय तापमान शामिल हैं। इसके अलावा, कई अन्य कारक जैसे मौसम, पशु की आयु, पशु का प्रबंधन और रुमेन में प्रोटोजोआ की आबादी आदि भी मीथेन उत्पादन को प्रभावित करते हैं। इन कारकों में हस्तक्षेप से मवेशियों से मीथेन उत्सर्जन को कम किया जा सकता है। किण्वन की दर और प्रकार, भोजन चबाने, लार निकलना व डाइजेस्टा काईनेटीक्स आदि जैसे पशु कारकों से भी प्रभावित होती है।
मीथेन न्यूनीकरण के लिए क्या तरीके अपनाए जा सकते है?
जुगाली करने वाले पशुओं में मीथेन उत्पादन में कमी, रूमेन किण्वन दर में कमी (माइक्रोबियल गतिविधि में दमन) या वाष्पशील फैटी एसिड (वीएफए) उत्पादन में बदलाव के परिणामस्वरूप हो सकती है। रुमेन में मीथेन के उत्पादन और प्रोपियोनेट की उपस्थिति के बीच एक विपरीत संबंध है। यदि एसीटेट और प्रोपियोनेट का अनुपात 0.5 से अधिक होता है, तो हाइड्रोजन मीथेन बनाने के लिए उपलब्ध हो जाता है। यदि उत्पादित हाइड्रोजन का उपयोग मीथेनोजेन द्वारा सही ढंग से नहीं किया जाता है, जैसे कि जब बड़ी मात्रा में किण्वित कार्बोहाइड्रेट खिलाया जाता है, तो इथेनॉल या लैक्टेट बन सकता है, जो माइक्रोबियल विकास, आहार पाचन और वीएफए के किसी भी अन्य उत्पादन को रोकता है।
- आयनोफोर एंटीबायोटिक्स का उपयोग: जुगाली करने वाले पशुओं में किण्वन में सबसे प्रभावी एंटीबायोटिक मोनेंसिन है, हालांकि अन्य जैसे निगेर्सिन, ग्रैमिसिडिन और लासालोसिड उपलब्ध हैं। मोनेंसिन का उत्पादन स्ट्रेप्टोमाइसेस सिनामोनेंसिस द्वारा किया जाता है और यह दुग्धउत्पादन बढ़ाने के लिए जाना जाता है। ये दवाएं रुमेन मेथेनोजेन्स की विविधता और मात्रा में बदलाव नहीं करती हैं। वे केवल बैक्टीरिया की आबादी को ग्राम-पॉजिटिव से ग्राम-नेगेटिव में परिवर्तित करते हैं यानि रूमेन किण्वन में एसीटेट से प्रोपियोनेट में बदलाव। यही कारण है कि मोनेंसिन मीथेनोजेन की आबादी में परिवर्तन करके मीथेन उत्पादन को प्रभावित नहीं करता है, बल्कि बैक्टीरिया और प्रोटोजोआ के विकास को रोकता है।
- फ़ीड योज्य (एडीटिव्स) के रूप में पौधों के अर्क (एक्स्ट्रेक्ट): रुमेन मीथेन उत्पादन को कम करने की उनकी क्षमता के लिए पौधों के अर्क से कुछ फ़ीड योज्यों (एडीटिव्स) का विश्लेषण किया गया है। ऐसे पौधों के अर्क सैपोनिन, टैनिन और आवश्यक तेल होते हैं, लेकिन पिछले वर्षों में कई अन्य खाद्य योजकों का भी अध्ययन किया गया है। अध्ययनों में रुमेन मीथेन उत्पादन के खिलाफ लेस्पेडेज़ा क्यूनेटा से संघनित टैनिन का उपयोग किया गया और पाया गया कि ग्राम/किग्रा शुष्क पदार्थ ( ड्राई मैटर) के सेवन (डीएमआई) के संदर्भ में मीथेन उत्सर्जन 57% तक कम हो गया। अन्य लेखकों ने पाया कि प्रति किलोग्राम शुष्क पदार्थ (डीएम) में बबूल अकेसिया मर्न्सिल युक्त 41 ग्राम टैनिन का सेवन करने वाली भेड़ें अपने सामान्य चारे की तुलना में 13% कम मीथेन का उत्पादन करती हैं। अन्य अध्ययनों में, सैपोनिन को इन विट्रो में प्रोटोजोआ संख्या को बाधित करने और मेथनोजेनेसिस के लिए हाइड्रोजन की उपलब्धता को सीमित करता पाया गया है।
- फ़ीड योज्य के रूप में लिपिड का उपयोग: लिपिड फ़ीड अनुपूरण (सप्लीमेंटसन) के लिए एक विकल्प है जिसका मेथनोजेनेसिस प्रक्रिया पर प्रभाव के लिए अध्ययन किया गया है। तेल, जैसे कि नारियल तेल, का उपयोग रुमेन किण्वन के विरुद्ध इस्टिमुलेटर में किया गया और देखा गया कि मुख्य घटक (लॉरिक एसिड) मेथनोजेनेसिस को रोकता है। लेकिन यह चारे की पाचनशक्ति पर नकारात्मक प्रभाव डालता है इसलिए पशु को 10% से अधिक लिपिड न खिलाएं।
- डीफ़ौनसन: डीफ़ौनसन उस प्रक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है जो रूमेन से प्रोटोजोआ की आबादी को खत्म कर देता है। यह ज्ञात है कि रुमेन में मिथेनोजेन प्रोटोजोआ से चिपके होते हैं और वे हाइड्रोजन स्थानांतरण में भागीदारी के साथ सहजीवी संबंध साझा करते हैं। मिथेनोजेन्स प्रजातियां जो प्रोटोजोआ से चिपके हैं, रुमेन में 9 से 37% मीथेन उत्पादन के लिए जिम्मेदार हैं और इस कारण से रुमेन में प्रोटोजोआ की आबादी को प्रभावित करने वाले उपचार मिथेनोजेनेसिस प्रक्रिया पर प्रभाव डाल सकते हैं।
- रूमेन मेथनोगेंस के खिलाफ टीकाकरण: पिछले वर्षों में, शोधकर्ताओं ने अन्य रूमेन सूक्ष्मजीवों को प्रभावित किए बिना मीथेनोजेन को रोकने के लिए एक नए तरीका खोजने की कोशिश की है। मेथनोब्रेविबैक्टर रुमिनेंटियम, स्ट्रेन एम1 के जीनोम अनुक्रम ने रूमेन में पाए जाने वाले सबसे महत्वपूर्ण मिथेनोजेन की जीवन शैली पर नया दृष्टिकोण प्रदान किया है जोकि मीथेनोजेनेसिस प्रक्रिया के खिलाफ एक टीके के मूल्यांकन में भी आवश्यक है, जो दीर्घकालिक मीथेन शमन (मिटिगेसन) तकनीक हो सकती है। इसके अलावा, जुगाली करने वाले पशुओं में रूमेन से मीथेन के उत्पादन को कम करने के लिए कई रणनीतियाँ, जैसे जानवरों को उचित आहार देना, जानवरों की आवाजाही कम करना आदि भी शामिल है।
मीथेन उत्सर्जन को कम करने के लिये और क्या उपाय किये जा सकते हैं?
पशु के खान-पान तथा प्रबंधन की वास्तविक परिस्थिति में ही मीथेन उत्सर्जन की माप के लिए एक अंतरराष्ट्रीय स्तर पर स्वीकृत सल्फर हेक्साफ्लोराइड (एसएफ 6) ट्रेसर तकनीक का उपयोग किया जाता है। देश में अधिकांश छोटे किसानों द्वारा अपनाए जाने वाले आहार के पारंपरिक तरीको में आम तौर पर एनर्जी, प्रोटीन और खनिज तत्वों का असंतुलन होता है। पशु को दिये जाने वाले इस प्रकार के आहार से जो न केवल दुग्धउत्पादन की लागत बढ़ाते है बल्कि प्रति किग्रा उत्पादित दुग्धके लिए मीथेन का उत्सर्जन भी अधिक करते हैं। इस संबंध में, एनडीडीबी ने देश के विभिन्न कृषि-जलवायु क्षेत्रों में 200 से अधिक दुधारू पशुओं पर किसानों के घर पर जाकर गाय और भैंसों को पारंपरिक एवं साथ ही साथ पशु का आहार संतुलित कर तथा आहार खिलाने से प्राप्त होने वाले एंटेरिक मीथेन उत्सर्जन का अध्ययन किया और पाया की आहार को संतुलित कर खिलाने से प्रति किलोग्राम दुग्धउत्पादन पर एंटेरिक मीथेन उत्सर्जन में 10-15 % तक कमी आयी है। इसके अलावा, दुग्धउत्पादन की लागत में कमी व दुग्धउत्पादन में सुधार से डेरी किसानों की आय में भी वृद्धि हुई है। इस प्रकार, आहार संतुलन एंटेरिक मीथेन उत्सर्जन में कमी लाने के लिए एक महत्वपूर्ण उपाय है ।
कृषि क्षेत्र में: किसान पशुओं को अधिक पौष्टिक चारा प्रदान कर सकते हैं ताकि वे बड़े, स्वस्थ और अधिक उत्पादक हों और इस प्रकार प्रभावी रूप से कम में अधिक का उत्पादन कर सकें। भारतीय कृषि अनुसंधान परिषद ने ‘हरित धारा’ (Harit Dhara) नामक एक एंटी-मिथेनोजेनिक फीड सप्लीमेंट विकसित किया है, जो मवेशियों द्वारा किये जाने वाले मीथेन उत्सर्जन में 17-20% की कटौती कर सकता है और इसके परिणामस्वरूप दुग्धका उत्पादन भी बढ़ सकता है।
सरकार की भूमिका: भारत सरकार को एक खाद्य प्रणाली संक्रमण नीति की परिकल्पना करनी चाहिये ताकि लोग अलग तरह से खाद्य के उत्पादन और उपभोग से संलग्न हो सकें। सरकार को एक व्यापक नीति विकसित करनी चाहिये जो किसानों को पादप-आधारित खाद्य उत्पादन के संवहनीय तरीकों की ओर ले जाए, औद्योगिक पशुधन उत्पादन एवं उससे जुड़े इनपुट से सब्सिडी को दूसरी ओर मोड़ सके और एकल समाधान के विभिन्न पहलुओं के रूप में रोज़गार सृजन, सामाजिक न्याय, गरीबी में कमी, पशु सुरक्षा और बेहतर सार्वजनिक स्वास्थ्य को अवसर दे सके।
निष्कर्ष
पशुधन में, जुगाली करने वाले पशु मीथेन के प्राथमिक उत्पादक हैं। वे प्रतिदिन 250 से 500 लीटर मीथेन का उत्पादन कर सकते हैं। सामान्य तौर पर, ग्रीनहाउस गैसों, विशेष रूप से मीथेन, के वैश्विक उत्सर्जन में पशु प्रबंधन का महत्वपूर्ण योगदान है। मीथेन उत्पादन को कम करने के कई विकल्प उपलब्ध हैं और वर्तमान में व्यवहार में भी है, किन्तु कोई भी विकल्प सरल और स्थायी समाधान प्रदान नहीं करता है। रसायनों, आयनोफोर्स, पौधों के द्वितीयक मेटाबोलाइट्स या ऐसे अन्य अनुप्रयोगो का उपयोग मीथेन कटौती पर क्षणिक प्रभाव डालता है। कम मीथेन उत्सर्जित करने वाले जानवरों का चयन और प्रजनन एक समाधान है जिसके लिए अधिक समय सीमा की आवश्यकता है। हालाँकि, हम जैव प्रौद्योगिकी से मीथेन उत्पादन को कम करने, जानवरों की दक्षता में वृद्धि करके संख्या को कम करने, उच्च गुणवत्ता वाले चारे और चरागाहों का उत्पादन, वैकल्पिक चारे और केंद्रित फ़ीड का उपयोग करने की दिशा में प्रगति प्राप्त कर सकते हैं जिसमें टैनिन और सैपोनिन जैसे तत्वों तथा प्रोबायोटिक्स का उपयोग भी आवश्यक है ।
