Животноводство – один из крупнейших источников антропогенных выбросов азота, на его долю приходится около трети от общего объёма. Особенно неэффективно белок корма в молоко и мясо преобразуют жвачные животные, выводя большую часть азота с мочой и фекалиями. Учёные проанализировали, могут ли биологически активные вещества из растений – танины, сапонины и эфирные масла – сократить этот экологический след. Общий вывод обзора даёт сдержанный оптимизм: некоторые соединения действительно меняют характер выведения азота, но доказать, что это повышает эффективность его усвоения и сокращает выбросы парниковых газов, в большинстве случаев не удаётся.
Проблема зарождается в рубце жвачных. Когда микроорганизмы расщепляют белок, образуется аммиак. Если его не усваивают другие микробы, он попадает в кровь, преобразуется в печени в мочевину и выводится с мочой. Именно азот из мочи наносит наибольший вред окружающей среде: он приводит к испарению аммиака, вымыванию нитратов в почву и выбросам закиси азота – парникового газа, чей согревающий потенциал за 100 лет в 273 раза выше, чем у углекислого газа, по данным МГЭИК.
Масштаб потерь можно измерить. Например, когда содержание сырого протеина в рационе дойных коров голштинской породы увеличивали с 13,5% до 19,4%, доля азота, выводимого с мочой, возрастала с 24% до 36% от потреблённого. При этом эффективность преобразования азота корма в белок молока падала с 36% до 25%. После попадания в окружающую среду мочевина быстро разлагается, и объём выбросов зависит от способа обращения с навозом. Так, при разбрасывании твёрдого навоза теряется 3% содержащегося в нём азота в виде аммиака, а в случае жидкой фракции в условиях влажного климата – уже 24%.
Наиболее изученная группа веществ – танины. В рубце они связываются с белками, замедляя их расщепление микробами. В результате азот выводится не столько с мочой, сколько с фекалиями. Метаанализ 97 исследований подтвердил этот эффект, однако он сопровождался ухудшением усвояемости питательных веществ, при этом общее количество азота, задержанного в организме животного, не увеличивалось. Результаты отдельных экспериментов противоречивы: в одних случаях добавки с танинами сокращали выбросы закиси азота из почвы до 98%, в других – наоборот, увеличивали, несмотря на благоприятное изменение путей выведения.
Применение танинов также сопряжено с издержками. У дойных коз экстракт квебрахо в высоких дозах снижал усвояемость белка и удои. Добавка экстракта акации в низкопротеиновый рацион молочных коров уменьшила выработку молока на 8%. Существуют и практические трудности: в одном из опытов коровы на пастбище просто отказались есть гранулы с экстрактом каштана. Авторы обзора подчёркивают, что состав коммерческих экстрактов и побочных продуктов вроде виноградного жмыха сильно варьируется, поэтому их нельзя считать взаимозаменяемыми.
Результаты по другим растительным компонентам ещё более неоднозначны. Эфирные масла в одних опытах показывали положительный эффект, но в большинстве исследований не влияли на усвоение азота. Иногда большего эффекта удавалось достичь простым снижением доли белка в рационе, чем введением добавок. Отдельные алкалоиды и другие соединения демонстрируют потенциал в лаборатории, но их действие на практике либо не подтверждается в полевых условиях, либо пока невозможно сформулировать рекомендации по их применению в кормлении.
Учёные также указывают на методологические сложности: многие легко измеряемые показатели, такие как концентрация аммиака в рубце или мочевины в молоке, могут быть неверно истолкованы. В перспективе нужные вещества можно будет «встраивать» в кормовые растения с помощью генного редактирования, но пока это лишь теория. Авторы обзора заключают, что необходимы долгосрочные исследования в реальных фермерских хозяйствах. Такие испытания должны учитывать не только баланс азота в организме животного, но и выбросы при хранении навоза, влияние на почву, урожайность и экономическую целесообразность, включая отрицательные результаты.