Upload
brandon-patrick
View
24
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Dokumentation for klimaeffekter. Jørgen E. Olesen. Landbrugets udledninger drivhusgasser (2006). Metan Husdyr: 2,6 Mt CO 2 -ækv (3,7 %) Lagring af husdyrgødning: 1,1 Mt CO 2 -ækv (1,5 %) Lattergas Lagring af husdyrgødning: 0,5 Mt CO 2 -ækv (0,7 %) - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
A A R H U S U N I V E R S I T E T
Faculty of Agricultural Sciences
Dokumentation for klimaeffekter
Jørgen E. Olesen
Landbrugets udledninger drivhusgasser (2006)
Metan Husdyr: 2,6 Mt CO2-ækv (3,7 %) Lagring af husdyrgødning: 1,1 Mt CO2-ækv (1,5 %)
Lattergas Lagring af husdyrgødning: 0,5 Mt CO2-ækv (0,7 %) Handels og husdyrgødning: 2,5 Mt CO2-ækv (3,5 %) Tab af kvælstof, især ved udvaskning: 2,2 Mt CO2-ækv (3,1 %) Afgrøderester og organiske jorder: 0,4 Mt CO2-ækv (0,6 %)
CO2 Dyrkning af organiske jorder: 1,1 Mt CO2-ækv (1,6 %) Kalkning: 0,2 Mt CO2-ækv (0,3 %) Mineraljord: -0,4 Mt CO2-ækv (-0,6 %)
Tallene i parentes angiver andel af samlede danske udledninger
Forventede reduktioner i drivhusgas-udledninger fra dansk landbrug i Kyoto-perioden (1990 til 2010)
Samlet forventes dansk landbrug under Kyoto-protokollen at bidrage til reduktioner på 5,1 mio. ton CO2/år, eller ca. 35% af den samlede reduktionsforpligtelse.
Kilde mio. ton CO2 Metan 0,3 Lattergas 2,9 Kulstof i mineraljord 1,5 Kulstof i lavbundsjord 0,1 Mindsket kalkning 0,3 I alt 5,1
Carbon and nitrogen flows on farms
Feed
Livestock
Soil/crops
Manure Import(CO2, N2O)
Export in meat/milk
Treatment(bioenergy)
Emissions (CH4, NH3, NO3, N2O)
Emissions (CO2, NH3, NO3, N2O)
Fertilis(CO2, N2O)
Emissions (CH4)
Forudsætninger for dannelse af metan
• Tilstedeværelse af metandannende bakterier
• Anaerobe (iltfrie) forhold
• Kulstofkilde (kulhydrater / organisk stof)
• Passende temperaturer
Betingelserne er opfyldt:• I vommen hos drøvtyggere,• I endetarmen hos enmavede dyr • I gødningslagre (især i gyllebeholdere)• På humusjorde og andre jordtyper afhængig af vandstand
og geo-kemiske betingelser
Metandannelse i vommen
Eddikesyre
C6H12O6 + 2H2O 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2
Propionsyre
C6H12O6 + 2H2 2CH3CH2COOH + 2H2O
Smørsyre
C6H12O6 CH3CH2CH2 COOH + 2CO2 + 2H2
Metan
4H2 + CO2 CH4 + 2H2O
Fodringens betydning
Øget foderoptagelse og produktion fortynder vedligehold
Øget produktionsniveau/foderniveau
foderoptagelse
kraftfoder/grovfoder forhold
propionsyre
eddike- og smørsyre
fordøjelighed i vommen
metan i % af bruttoenergi
Fodringens betydning
Mælkeydelse (kg/dag)
Metan emission per kg mælk (g/kg)
Kirchgessner et al., 1995
Fodring med fedt
Fedtsyrer forgæres ikke i vommen i modsætning til kulhydrater Fedtsyrer påvirker vomomsætningen
propionsyre metanogene bakterier protozoer i vommen
metanogene bakterier smørsyre
Umættede fedtsyrer mættes i vommen, bruger brint
Effekt af foderrationer
Foder Standard Kraftf./grovfoder forhold
Grovfoder type Kulhydrat kilde Fedtniveau Fordøjelighed grovfoder
50% grovfoder
43% grovfoder
58%grovfoder
Majs ensilag
e
Byghelsæds ensilage
Foder roer
Cellevægge roepiller
Sukker melasse
400 g fedttilsku
d
800 g fedttilsku
d
Høj FK Lav FK Meget lav FK
Ration nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Arealkrav1
Græs (ha) 0,354 0,321 0,387 0,179 0,354 0,354 0,354 0,354 0,354 0,354 0,354Andet grovfoder (ha) 0,354 0,354 0,179 0,201 0,102Korn (ha) 0,287 0,344 0,229 0,287 0,287 0,287 0,146 0,235 0,183 0,287 0,287 0,287Oliefrø (ha) 0,307 0,365 0,248 0,307 0,307 0,307 0,307 0,307 0,336 0,365 0,307 0,307 0,307I alt (ha) 0,95 1,03 0,86 0,95 0,95 0,95 0,86 0,91 0,93 0,90 0,95 0,95 0,95
Metan (kg)1) IPCC 138 146 130 138 138 136 135 136 136 134 138 138 1372) Kirchgessner et al. (1995) 135 137 134 134 138 123 160 137 101 67 129 142 150
CO2 ækvivalenter fra metan (kg)4
1) IPCC 2898 3058 2729 2905 2897 2859 2844 2851 2951 3005 2905 2898 28772) Kirchgessner et al. (1995) 2835 2867 2813 2813 2890 2583 3365 2867 2121 1407 2706 2982 3150
CO2 i jord2 (kg) 656 594 716 331 656 656 656 656 656 656 656
Kg N i foder 224 241 206 181 190 198 219 226 217 210 229 215 200Kg N2O3 7,03 7,57 6,49 5,68 5,98 6,24 6,90 7,12 6,82 6,62 7,19 6,76 6,30CO2 ækv. fra N2O (kg)4 2179 2348 2011 1760 1854 1933 2139 2206 2116 2052 2229 2096 1953
CO2 ækv. i alt (tons)1) IPCC 4,4 4,8 4,0 4,7 4,8 4,5 4,3 4,4 4,4 4,3 4,5 4,3 4,22) Kirchgessner et al. (1995) 4,4 4,6 4,1 4,6 4,7 4,2 4,8 4,4 3,6 2,9 4,3 4,4 4,4
CH4 og N2O fra slurry stores
The methane production depends strongly on temperature. More methane from pig slurry than from cattle slurry (more VS) Methane oxidation in surface crust can reduce emissions No nitrous oxide from the slurry itself Nitrous oxide may be formed in the surface crust (in particular under
dry conditions).
80% of carbon release (CO2)
Low temperatureHigh oxygen
20% of carbonrelease
(CO2 and CH4)
CH4 (5-15% of total carbon release)
High temperatureLow oxygen
Varying N2O emissions have been measured
CH4 og N2O fra deep litter mats
Temperature of a compost heap
70°C 65°C 60°C 50°C 30°C
Airflow Airflow
CH4 og N2O fra stores of solid manures
Large differences between composting and non-composting manures The metane emissionen may constitute 0.01 to 0.2% of C-content Nitrous oxide emissions mainly originate from layers close to the
surface Both methane and nitrous oxide emissions will be increase by
compression of the manure
Biogas
Energy production (substitution of fossile energy sources – depends on addition of other organic energy sources)
Reduced methane emissions (requires collection of methane after the biogas reactor)
Reduced nitrous oxide from the manure after field application
Hvordan reduceres udledningerne af metan?
Ændret mikrobiologi Mere fedt i foder i kvægfoder Stivelse i stedet for sukker i kvægfoder Metanhæmmende stoffer i kvægfoder Forsuring af gylle
Opsamle metan Biogas
Lavere temperatur Lagring af gylle udendørs Lufttæt overdækning af faste gødningslagre
Metanoxidation Flydelag og låg på gyllebeholdere
Dannelse af lattergas (N2O)
• N2O kan stamme fra både nitrifikation og denitrifikation
• N2O dannes især under suboptimale forhold for mikro-organismerne (f.eks. lav ilt eller lav pH) eller i overgange mellem iltrige (aerob) og iltfattige (anaerobe) forhold.
• Er i praksis ofte knyttet sammen med ”overgødskning” og/eller uhensigtsmæssig timing af gødskningen
NH3NO2
N2O
NO3
N2
Nitrifikation (aerob)
Denitrifikation(anaerob)
Nitrifikationsinhibitorer
Planteoptag
Crop rotation experiment at Foulum
Lattergas fra vinterhvede ved AU-DJF Foulum
Dato
01-09 01-11 01-01 01-03 01-05
Latte
rgas
udl
edni
ng (
g N
2O
-N/h
a/da
g)
-5
0
5
10
15
KonventionelØkologisk, ingen gødningØkologisk, med gødning
Reduktionsmuligheder:- Efterafgrøder- Mere N-effektive afgrøder- Timing af gødskning
Lattergas fra vinterhvede ved Foulum (FO) + Flakkebjerg (FL)
Total N applied in fertilizer and manure (kg N ha-1)
80 100 120 140 160 180
Nitr
ou
s o
xide
em
issi
on
s (k
g N
2O
-N h
a-1 a
-1)
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
FO; conventional
FO; organic
FL; conventional
FL; organic
Hvordan reduceres udledningerne af lattergas?
Undgå dannelse og ophobning af nitrat i jordenVedvarende plantedække (efterafgrøder)Delt gødskningEffektiv optag og udnyttelse af N i afgrøderneBiologisk N-fiksering i stedet for gødskning
Reducere nedmuldning af plantemasse med højt N-indholdHøste plantemassen (efterafgrøder, grøngødning) til
brug i biogasanlæg
SOC
Crop
Roots
SoilDissolved and particulate organic carbon
Soil C cycle
Root respiration -CO2
Microbial respiration - CO2
Decomposition - CO2
Litter /debris
Microbes
Root turnover &rhizodeposition
temperature, moisture, pH, nature & quantity of C inputtillage etc.
Factors affecting SOC turnover:
Kulstof-input (mængde og kvalitet) (planterester, gødning)
Nedbrydningshastighed (jordens fugtighed, temperatur, jordbearbejdning)
Andre tab (erosion)
Faktorer der påvirker kulstofindhold i jorden
HUM ROMFOM
CO2 CO2 CO2
CO2CO2CO2
Subsoil
Topsoil
Flows (t C/ha/yr), stocks (t C/ha)
4.35.0
0.10.12
34.8 26.5
22.4 42.2
4.2 0.46 0.01
0.03 0.27 0.003
0.74 0.01
0.02 0.01
0.10 0.28 0.01
A vertically stratified model of soil carbon flows
0 20 40 60 80 100
Sub
soil
C (
t C/h
a)
50
60
70
80
90
100
Top
soil
C (
t C/h
a)
50
60
70
80
90
100
Wheat straw removalWheat, straw + manureGrassland
Development of soil carbon over time (100 years)
Soil respiration in winter wheat
Contribution of soil and root respiration to total CO2 efflux in various cropping systems
Cropping system
C4 O4M O4CC O2MCC O4MCC
kg C
O2-
C h
a-1 d
ay-1
0
1000
2000
3000
4000
5000
Soil respiration Root respiration
Wheat roots
Winter wheat root DM (0-30 cm depth)
Cropping system
C4 O4/M O2/M/CC O4/CC O4/M/CC
kg D
M h
a-1
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Winter wheat root DM (30-60 cm depth)
Cropping system
C4 O4/M O2/M/CC O4/CC O4/M/CC
kg D
M h
a-1
0
100
200
300
400
Muligheder for yderligere reduktion (nuværende teknologi)
Bioenergi Halm, biogas, afbrænding af gødning Energiafgrøder: pileflis, energimajs
Husdyr Øget fedtfodring til malkekøer
Forbedret håndtering af husdyrgødning Køling i stalde, overdækning af gødningslagre
Forbedret N-udnyttelse i marken Øget biologisk N-fiksering
Arealanvendelse Efterafgrøder, reduceret jordbearbejdning Udtagning af arealer på lavbund og højbund
Olesen et al. (2006)
Drivhusgasemissioner fra europæiske kvægbrug
N overskud (kg N ha-1)
0 100 200 300
Em
issi
on
er
(t C
O2-æ
kv h
a-1 å
r-1)
0
5
10
15
20
KonventionelØkologisk
N effektivitet, output/input (%)
10 15 20 25 30E
mis
sio
ne
r (t
CO
2-æ
kv M
J-1)
200
300
400
500
600a b
Øget N overskud (f.eks. flere dyr pr. ha) øger emissionerne per ha.Større effektivitet mindsker udledningerne per produceret enhed.
Grain and potato yield and carbon input
Simple soil carbon model
ddC hA kCt
C is the content of carbon in soil (t C ha-1)t is time (year)k is the turnover rate (yr-1)h is the humification constant (0.20 for residues, 0.35 for manure)A is the amount of crop residues (t C ha yr-1)
Crop residues
Manure
Soil C
CO2 CO2
humification
N2O emissions without and with BNF
GHG emissions (net CO2 and N2O)
GHG emissions decline with increasing N surplus
Nitrogen surplus (kg N/ha/year)
-20 0 20 40 60 80 100
GH
G e
mis
sio
ns
(Mg
CO
2-e
q/ha
/ye
ar)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Increasing N surplus in this systems generally mean higher C storage
Org-GM
GHG emissions per unit product (grain and potato)
CO2 fodaftryk fra økologisk vs. konventionelt produceret mad (g CO2 per kg)
Kilde: ITC/FiBL 2007
Økologiske og konventionelle gulerødder
Input Gødning kg N Gødning kg P Husdyrgødning, kg N Electricitet, kWh Diesel, MJ
Udbytte Gulerødder , ton
Emissioner Nitrate-N, kg Ammoniak-N, kg Lattergas-N, kg
8348-
51814981
61,6
1782
--
270518
18758
52,8
150258
--
135518
15768
40,0
39158
KonventionelØkologiskintensiv
ØkologiskekstensivPer Ha
Livscyklusvurdering (LCA) af gulerødder
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Konv. gulerod Øko. gulerod (intensiv.) Øko. gulerod (ekstensiv)
Drivhuseffekt
Næringssalt-belastning
Forsuring Arealforbrug
Conv. carrot Org. carrot (intensive) Org. Carrot (extensive)
GHG emission
Eutrophi-cation
Acidifii-cation
Area
Hvad så nu?
Kort sigt Implenmentere de mest lovende tiltag til reduktion
Bedre udnyttelse af affaldsprodukter (halm og husdyrgødning) Fremme biogas Fremme flerårige energiafgrøder (pil, lucerne) Udtagning af lavbundsarealer
Bedre dokumentation af tiltagene Reducere omkostningerne ved implementering
Længere sigt (kræver forskning og udvikling) Nye sorter med bedre N-effektivitet og N-fiksering Dyrkningssystemer med permanent vegetationsdække Dyrkningssystemer uden jordbearbejdning Teknologiske systemer til behandling af husdyrgødning, hvor
kvælstof ikke giver anledning til metan og lattergas Nye fodringssystemer til kvæg med mindre metan