3
Methane production and theoretical consumption in UK livestock production: is a realistic balance possible? David S. Reay * Institute of Ecology and Resource Management, University of Edinburgh, Darwin Building, May®eld Road, Edinburgh, Scotland, EH9 3JU, UK Received 14 November 2000; received in revised form 4 April 2001; accepted 18 May 2001 Abstract Context abstract: Methane is an important greenhouse gas. Livestock production constitutes a large part of total UK methane emission. By comparing livestock derived methane production with three theoretical sinks, the possibility of balancing methane production with direct consumption is assessed. Ruminant livestock production contributes up to 40% of methane emission in the UK. With the increasing envi- ronmental and economic costs of greenhouse gas release, ways in which emission can be balanced with consumption must be explored. Three hypothetical sinks for ruminant livestock derived methane were examined. Only one sink appeared at all practicable in the context of modern farming. Under optimal conditions, high capacity methane oxi- dation in soil could conceivably reduce methane emissions where high concentrations of methane >1%) were con- sistently supplied. Ó 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. Keywords: Methanogenesis; Methanotrophy; Agriculture; Ruminants 1. Introduction Methane is an important greenhouse gas and its at- mospheric concentration has increased considerably in the last century Cicerone and Oremland, 1988). A sig- ni®cant source for global atmospheric methane 65±100 Tg yr 1 ) is that of release from ruminant livestock Lee et al., 2000; Moss et al., 2000), particularly cattle Crutzen et al., 1986; Vermorel, 1997; Harper et al., 1999). In the UK, methane emissions from agriculture, as part of total emissions, have risen from 30% in 1990 to nearly 40% by 1998. Of these agriculturally derived UK methane emissions, 90% arise from ruminant live- stock production MAFF, 2000). With the UK's com- mitment to reduce greenhouse gas emission to 12.5% below 1990 levels, it is important to explore ways by which methane production may be reduced or con- sumption increased. 2. Material and methods Methane production rates were calculated on a `per animal' basis for ®ve types of ruminant livestock Table 1), from previously published data Ehhalt, 1976; Ehhalt and Schmidt, 1978). Three possible biological sinks for ruminant livestock derived methane were examined. Soil mediated high anity methane oxidation, such as that commonly observed in UK forest soils, was ®rst assessed using a potential methane consumption rate 3 mg m 2 day 1 ), derived from a range of Northern European forest soils Smith et al., 2000). Estimates of the global sink size of soil mediated oxidation are of the order of 30±60 Tg yr 1 or up to 10% of total destruction Adamsen and King, 1993; Smith et al., 2000). The possibility of osetting methane production from each Chemosphere ± Global Change Science 3 2001) 419±421 www.elsevier.com/locate/cheglo * Tel.: +44-131-650-7722; fax: +44-131-662-0478. E-mail address: [email protected] D.S. Reay). 1465-9972/01/$ - see front matter Ó 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. PII: S 1 4 6 5 - 9 9 7 2 0 1 ) 0 0 0 2 1 - 6

Methane production and theoretical consumption in UK livestock production: is a realistic balance possible?

  • Upload
    david-s

  • View
    214

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Methane production and theoretical consumption in UK livestock production: is a realistic balance possible?

������� ����� � �� ������ ��� ������� � � ��� ������ ����� �� � � ���� �� � ������� ��� ����

��� �� ���� �

��������� � ���� � ��� �������� ���� ������ ���������� � ������ �� ������ ������� � ������� ����� ������ ��

��������� � !"�� �#

���� �� �� ������ !"""# ���� �� � ��� �� $�� � %�� � !""�# ������� �& ��� !""�

��������

'���(� ��������� ������� � �� ������� )�������� )��� * ������ ����� � ���� ����� � ���)� ���� $ ����

�� ������� �� �� �� +� ����� �) � ������ �� �� ������� ����� � , �� ����� ������ ��� � ���- ��� ��� � � ��

$ ������ �) ������� ����� � , �� ���� ������� � � ��������

��� ���� � ������ ����� � ���� ����� �� � �". $ ������� �� �� � � ��� ��� / �� ��� ������ �) ��� 0

�������� �� ���� � ���� $ )�������� )�� �������- ,��� � ,� �� �� �� � ��� �� ������� , �� ������� �

���� �� �(����� 1���� ������� ��� � ��� $� ��� ���� � ������ �� �� ������� ,��� �(�� ��� 2��� �� � ��

������� �� ��� ����� ����� � ��� ����(� $ ���� $��� �)� ���� �� ��� �� � ��- � )� ����� �� ������� ( 0

�� � � � � ��� ���� ����� ����� ������� �� �� �� ,���� � )� ��������� �� $ ������� 34�.5 ,��� ��0

� ������� ����� �� � !""� 6���� �� �� ���� *�� %�� � )��� ��������

#�������$ ������)���� �# �����������# %)� �������# ��� �����

� ���� ������

������� � �� ������� )�������� )�� �� �� ��0

������ � ��������� � ��� ������� ��� ������ �

��� ���� ������� 3' ����� �� 2������- �7&&5� % � )0

� 8���� ����� $� )���� �������� � ������� 39:;�""

1) ����5 � ���� $ ������� $�� ��� ���� � ������ 3*���� ���- !"""# ��� �� ���- !"""5- ���� ������� ������

3'���<�� �� ���- �7&9# =������- �77># ?����� �� ���-

�7775� @� ��� ��- ������� �� �� �� $�� �)� �������-

�� ���� $ ���� �� �� ��- ���� � ��� $�� A". � �77"

� ������ �". �� �77&� 2$ ����� �)� ���������� �� ��

�� ������� �� �� ��- 7". �� �� $�� ��� ���� � ��0

���� ����� � 3�%BB- !"""5� / �� ��� ��C� ��0

� ����� � ����� )�������� )�� �� �� � � �!�:.

���, �77" ������- � � ������� � �(���� ,��� ��

,� �� ������� ����� � ��� �� ����� � ��0

����� � ��������

� �������� �� ����� �

������� ����� � ����� ,��� ��������� � � D���

�� ���C ��� � $� 8�� ����� $ ��� ���� � ������ 31����

�5- $�� ���� ���� ���� ��� ��� 36�����- �7>9# 6�����

�� ���� �- �7>&5� 1���� ��� ��� � �) ��� � ��� $�

��� ���� � ������ �� �� ������� ,��� �(�� ���

� � �� ��� � )� �E� �� ������� ( �� �- ����

�� ���� ������ ������ � �� $���� � ��- ,�� 8���

������� �� �) � ����� �� ������� ������� � ����

3�A �) ��! ����5- �� �� $�� � ���)� $ ������6������ $���� � �� 3�� �� �� ���- !"""5� 6�� ����� $

��� )���� � �� � <� $ � � �� ��� ( �� � ��� $ ���

��� $ A";9" 1) ���� � �� � �". $ ���� ������� �3%����� �� � �)- �77A# �� �� �� ���- !"""5� 1��

��� � � �� $ F���� �) ������� ����� � $�� ����

'��������� ; G���� '���)� �� ���� A 3!""�5 ��7;�!�

,,,������ �����H�����H���)�

� 1���� I��0�A�09:"0>>!!# $�(� I��0�A�099!0"�>&�

%���� �������$ �� �����J������� 3���� ����5�

��9:077>!H"�HK 0 ��� $��� ������ � !""� 6���� �� �� ���� *�� %�� � )��� ��������

L@@� � � � 9 : 0 7 7 > ! 3 " � 5 " " " ! � 0 9

Page 2: Methane production and theoretical consumption in UK livestock production: is a realistic balance possible?

��� ���� �� ���� ������� � � � ) ��� ���� $ ���0

�� � ,��� ,�� �����$�� �(�� ���

B�������� ���� ������� ( �� � �� �� ��� ��

����������- ���� �� ���� ���� �� �� � �) ��

%����� 3�77!5 ,�� ���� ��� ���� B� ��� �����

���������� 3������������ �����5 � ������� ��0

����� � ���� $ ����� �"��� ���� �� ���� ,�� ���-, �� �� ������� � $ ��� ������� � )� ������� ��0

������� �� 34�.5 �� �"9 ��� �� ����� ���� � ��� $��0�������

B �����- � )� ����� �� � � �� ��� ( �� �- ����

�� ���� ������ $� ���8�� ���� � �� 3+���� ��

'���- �77!5- ,�� �������� ���� � )� ����� �� � ��

��� )������ ����� ���8�� ������� �� �� ��- �����)�

��� � �(��� )���� ���� ��� � �� � ������� � �� ��0

�� �� ������� 3� )����� �� ���- �77:5� % ������� ��0

����� � ���� �"�! ��� ),�� ���� �� �� $��

�������� �(��� ����� � �� � �� �� � � 3���� ��

���- !""�5- ,�� ������ � ����� $ ��� ���� �������

����� �� 1�� ����� �� ,�� ���� � �� ��� �� � �

���� $ : ��- � ���� ��� �� $ "�> ) ���A �� ��0� ���� �(����� $ ��� � � � � )� ��������� �� $

������� 34�.5�

� �������

1�� ���� $ ��������� ,��� � � ��M� �� �

������� ������� ����� � $�� ��� 8�� ����� $ � ��0

���� , �� � )� �E� �� ������� ( �� � ,�� ��)� ��

��������� ������ ����� � ��� ����(� $ ����

$��� �) 31���� �5� � � �����- ��� ����� $ $��������

���� ���������� ������� ��������� � ������� ��0

� ���� � ������ ������� ����� � ,�� ���� ���)� ��

,���� ������ ���� 1�� ��� � � �� �( ��� $� $����� �0

��� � �� ������� $ ����������� , �� ���� � )���

������� ( �� � ����� � �� ���� ���� $ ��� ������ ��

�(�� �� ���� 3�& �����5� ?,����- �� ������� � ��0

��� �� $ �� ����� ����� � $�� ���� $ ��)� ���

,�� �� ��M� �� � ���� ���� $�������� ���� ���0

������� �������� � ���� �� � �� ��

1�� ���� $ � )� ����� �� � D�� ��C � �- ��M� ��

� ������� ��� ���� � ������ ����� �- ,�� ����� ����

�, �!�!: �! �� ������� @$ ���� � �� ��� �� ��� �0������ ����� � , �� � )� ������� ��������� ��

34�.5- �� �� ��� �� ���� �� ��� �� � �� $� ���

������� ( �� �- ������� ����� � ��� �� �F��0

� ���� �������� ���� � )��� ����� �� ����� $ � �

�� ��� ������� ( �� � 34��: ��� ),��� ���5���� ���� ��� ��� ����- ���� ���� ������ ����

����� � �� � �� 3� )����� �� ���- �77:5- �� ��� ��0

� � � �� $ �� �) ���� ������� ����� 3N� �! � � �� �����5�( ����

� ����������

1�� ��� $ �� �� � )� ����� �� � �� �� � �) ���

��������� � � )� ������� ��� �������- ���� �� , �0

��� �) ����H� �� �) �������- � ��� )� �)� ?,����- �

���� �� ��� ��� ����� �(����� $ ��� � � � � )� ��0

������� �� $ ������� � ��� ���� � �� ����� ���� ����

� � ��������� ,�� ��� � �� �� ��� �� �� ���� �0

� ��� ,���� ������ �� �����������- �� ,��� �� ��0

M� � �) ��)���� �(����� � ������� ��������� �� �

�(���� $ �.�

?������ �����- � ��� $ �"" � �� �,�- ���� ��0

�� �) !"" � $ ������� ��� �� 36����� �� ���� �-

�7>&5- �� ���� � � , ���� �) ��� ������ �)

:" �� �" �� � � 3!""" �A ���� �����5- ,��

����� � ������� ��������� � �� � ��� ��� $ �.

, �� � !� �� ?,����- �� � ������� � ��� � $ ��� � �

� ��� ��� , �� $���� � � $�� ��� �� @� ���� ��-

������� ��������� �� , �� � ���� � ��� ��� � ���� �

�� � )��� ��� ���� ��� � �� ��- $� D� � ���������C �

�F��� ���� �� �� ��� ����� � ������� �� �� �- ���

���������� ������ � ,�� ���� � ����� ����

��� ���

1���� �

������� ����� � ����� $ ���� ,������ � ������ �� � <� $ ������� �) ������� � ��� ��M� �� � ������� ����� � $�

���� �� ���

* ������

����

������� ����� ��

3�� ���� �� �����5? )� �E� �� �2+

� $���� � ��

��! �� ������

? )� ����� �� �2+

� ��������

3� �� �����5

? )� ����� �� �2+

� $���� � �

��! �� ������'����� & �"-""" 9""-""" !:

?��� 9�9 AA-�:" �7>-A"" !�

����� ��7 7""" ��!-:"" 9

G�� "�7 �9"" 97-""" A

L ) "�: !:"" A>-:"" ��9

���� �� $�� 6����� �� ���� � 3�7>&5 �� 6����� 3�7>95����� �� $�� +���� �� '��� 3�77!5����� �� $�� � �) �� %����� 3�77!5���� �� $�� ���� �� ��� 3!""�5�

�!" �&�& ���� ' (�����)���� * +����� (��� � ������� ! ,-../0 1/ *1-/

Page 3: Methane production and theoretical consumption in UK livestock production: is a realistic balance possible?

1����� ��� ����� ��� $ ������� ������ ��

����� �� � ���- ���� �� ���� ��� ����- ��� ��,���

� )��� �������� ��� %� ���� ���� ) �� �� �� $ �, ��0

�� �� � ����� � )�������� )�� ����� � � � �� ��� ���

��� 2������- � � � ���� ���� ��� )������� ����� �� �

� ������ ���� ������� �� �� � ��� � �� ��� ��

� �� $ ����� 3��)�- �� ����)�� � $�� ���� � �5-

������ ���� �� ��� � �� ������ B����� � ������ ����)�0

���� ����� ��� , �� �� ���� �� � ����� � �) �������

�� �� ��� / �� � � � �� �) �� ������ ���- �������

����)� �E� ���� �� ������� �� � $�� ���� � �-

�������� �� ����� �� � ��� ���� � ������ �� ��

������� � ��� �� ��� ��� ��� 3��%�� ���� �� ���- �779#

=�� ���� �� �������- �779# %����� �� ������0

���- �77&# %������ �� ���- �777# �� ��� �� ?�)����-

�7775� @$ ���� ����� �� ��� �� �� ��� �� � � ���)�

����� �� ��� � ��) ���)� � ��0�����- ��� �� ��� $��

������� �� ������� ��� ��� ����� � �����

)�������� )�� �� �� ���

����������

%�����- %�L���- � �)- G���- �77A� ������� ������� � �

����������� �� ������� � $���� � ��� �����- ���� ��� <��0

� �- �� �������� � ,���� �� � ��)��� %��� � ��

6�� �������� � ��� �)� :7 3!5- �&:;�7"�

%�����- ��'�- ���������- ��%�- �77&� ��� $ � ����

� ���( �0������ < �) ������ �� � ����� ��� ��� ����0

��� ����� �� + ������� 1�����)� 9� 3!5- &7;7:�

%������- �- @,���- ��- ? �- 1�- �777� 6F��� $ ���

� � � $ $������� � ������� ����� � �� ��� ���

� ���)�� ��� � � ��� O����� $ �� �� �� ���� &! 3�5-

>&";>&>�

+����- ��- '���- ��- �77!� � ��� �� $ '?� ( �� � �

( � � �� �(��� � ��� ��� � � � � )� '?� � ( �) ��� ��

B6�� � ��� �)� 6��)� �"�- !9�;!>"�

' �����- ��O�- 2������- ����- �7&&� + )����� ��� �������

$ �������� � �������� G���� + )����� ��� '����� !

3�5- !77;A!>�

'���<��- L�O�- %�������- @�- �� ���- /�- �7&9� ������� ����0

� � �� ���� � �� ����- , � ��� �����- ���� ���� �0

��� $����- �� ������� 1����� A&+- !>�;!&��

6�����- ��?�- �7>9� 1�� �������� � ����� $ �������� @��

�����)��- ?�G�- G��������- G�- L$��� )- � 36��5- � ��0

� �� L���� � �� �� � <�� � $ G����� 6� G��<� �G-

G�� �)��- ��� �A;!!�

6�����- ��?�- ���� �- ��- �7>&� ������ �� � ��� $

�������� � �������� L�)��� ��9- �:!;�9��

?�����- *�%�- ������- 2�1�- B�����- O���- +����- B���- �777�

� ���� ����������� $ ������� �� �� �� $�� )��< �)

�� $���� ������� O����� $ %� ��� �� ���� >> 395-

�!7!;��"��

� )�����- ��- �,���- ��+�- '���- ��- �77:� '���� �� $�

������� ( �� � � ���8�� ���� � �� ������� �

��������0����� � � � ������� %��� � �� 6�� ��0

������ � ��� �)� 9� 3!5- :7!;9"��

� �)- G���- %�����- %�L���- �77!� 6F���� $ ����������� �

������� ������� � � � $���� � � �� � ���� �������� $

��� ���������� ������������ ������ %��� � �� 6�� 0

�������� � ��� �)� :& 375- !>:&;!>9A�

�� ���- %�=�- ?�)����- ����- �777� 2������ � �� $� � �) ���

����� $ ��� ��� ������)���� �� %������ �� O����� $

%)� �������� �������� :" 3&5- �A�:;�A�7�

*��- ��'�- *��- ?�O�- 2�- P���- !"""� ������� ����� � $��

����� � $�������� � � ��� ������ %� ��;%������ �� O��0

��� $ %� ��� �� ����� �A- �>�;�&��

��%�� ����- 1�%- 2� ��- 6���- ���� ��- G�/�- '���)- ��O�-

�779� � �����- ��� �������� �� � ��� �) ��� ������� $

������� ����� � � ��� ������ '��� �� O����� $

%� ��� �� ���� >9 3!5- !A�;!�A�

� � ���� $ %)� �������- B �� B ���� ��- !"""� 1�� � � �)

$��� $ �� ���� ����)� �� �)� ������� � ��� �� ��

� �)�- ���� � �- �� >�

���- %���- O����- O�L�- �,��- O�- !"""� �������

����� � �� ��� ������ �� ���� ��� � � )���� ,���0

�)� %������ �� Q����� � �7 3A5- !A�;!:A�

����- ����- ��R�,�� - ��- �������- O�'�- �� �����- �-

�,���- ��+�- !""�� 6F���� $ ���0��� � ��� ��� � �� ��

���� �� $ ������� ( < �) ������ � � $���� � ��� � �

+ �)� �� + ���� ���� AA 3�!;�A5- �9�A;�9!A�

�� ��- ��%�- ��� �- ��6�- +���- +�'�- +�����- *���- � �� ��-

+���- ?�����- ��- +�����- ��- +����- /�- '�� �������- ��-

L� ���- %�- B,���- ��- ������- %�- �� ��- ��- ���0

������- *�- ��� � �0*�������- %�- ��)����- %�-

2������ - L�- !"""� 2( �� � $ �������� � ������� �

������ 6������ � ��- ����� �� , �� ���� �����0

����- �� ������� �� �� � ��� )���� �������� �� � ��� G����

'���)� + �)� 9- >7�;&"A�

=�� ����- '�O�- �������- ��@�- �779� '���� $ �����

������)���� �� 6�� �������� �� �� �) �� %�����0

���� �! 3�;!5- >A;7>�

=������- ��- �77>� P����� ������� �� �� �� $ )��� ��

� ) � �� �����- )��� �� �M� ��� � B������ =�� �� ��

, �� ���� �) ��� ���)� �� ����� � ����� L���� ��

%� ����� �" 3!5- �:A;�9��

�&�& ���� ' (�����)���� * +����� (��� � ������� ! ,-../0 1/ *1-/ �!�