Modulul 2 · Capitolul 5

Emisiile de gaze cu efect de seră generate de utilizarea îngrășămintelor

ENTRCSROSRSL

O parte semnificativă din gazele cu efect de seră care cauzează încălzirea globală sunt eliberate în atmosferă ca rezultat al activităților agricole. Cantitatea de emisii de gaze cu efect de seră datorate activităților agricole și utilizării terenurilor la nivel global a ajuns la 9,3 Gt echivalent CO2 până în 2018 [1]. În timp ce cantitatea de emisii bazată pe producția vegetală și animală a fost de 5,3 Gt echivalent CO2 în 2018, această cantitate a crescut cu aproximativ 14% în comparație cu anul 2000.

Emisiile de gaze cu efect de seră provenite din agricultură constau în principal din gazele metan (CH4) și oxidul nitric (N2O). Cea mai mare emisie de gaze cu efect de seră în cadrul activităților agricole este de origine enterică. Aceasta apare ca rezultat al fermentației, proporția acesteia raportată la toate activitățile agricole fiind de aproape de 48%. Unul dintre cele mai importante inputuri agricole în producția vegetală este reprezentat de îngrășăminte, datorită cărora se produce o emisie semnificativă de gaze cu efect de seră în atmosferă. 10% din gazele emise în atmosferă în 2020 datorită activităților agricole au fost realizate datorită utilizării îngrășămintelor sintetice [2]. În afara îngrășămintelor chimice utilizate în agricultură, gunoiul de animale are, de asemenea, o cotă importantă ca sursă de emisie. În Tabelul 1 este prezentată cantitatea de emisii de gaze cu efect de seră provenite din agricultură la nivel mondial în 2020.

Tabelul 1. Distribuția globală a emisiilor de gaze cu efect de seră în agricultură în 2020.

Sursa emisiei

Cantitatea emisă

(Kilotone de CO2 echivalent)

%
Fermentație enterică 2849716 47,60
Gunoi de grajd rămas pe pășune 772541 12,91
Cultivarea orezului 686111 11,46
Îngrășăminte sintetice 625107 10,44
Utilizarea gunoiului de grajd 399815 6,68
Incendii de savană 211921 3,54
Reziduuri ale producției agricole 191540 3,20
Gunoi de grajd aplicat pe sol 165093 2,76
Soluri cultivate organic 46996 0,79
Produse reziduale agricole arse 37387 0,62
TOTAL 5986227 100

Tabelul 2. Modificarea în timp a emisiilor de gaze din agricultură.

Sursa emisiei Cantitatea emisă (Kilotone de CO2 echivalent) Rata de modificare (%)*
1961 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Fermentație enterică 1829661 2069925 2320767 2493671 2473802 2654500 2849716 56
Cultivarea orezului 487941 560752 609831 620854 653281 682752 686111 41
Aplicarea îngrășămintelor 109013 122615 144580 156499 145270 156386 165093 51
Îngrășăminte sintetice 63209 174069 334374 425288 446178 559822 625107 889
Producerea îngrășămintelor 152687 225708 361709 389142 155

*Ratele de modificare se bazează pe compararea datelor în 2020 față de 1961 (deoarece nu există date referitoare la producerea îngrășămintelor în 1961 raportarea este făcută la anul 1990)

În ultimii ani a avut loc o creștere generală a emisiilor de gaze cu efect de seră în atmosferă. Această situație este valabilă și pentru emisiile de gaze cu efect de seră provenite din producția agricolă, ratele de emisii crescând de-a lungul anilor în funcție de activitățile desfășurate. Cu toate acestea, creșterea emisiilor din agricultură datorită utilizării îngrășămintelor chimice a atins rate mult mai mari. Tabelul 2 arată emisiile de gaze cu efect de seră ale unor activități agricole de-a lungul anilor. Într-un interval de 60 de ani, rata de creștere, care a fost de aproximativ 40-50% în funcție de activitate, a avut o valoare reprezentând de aproape 10 ori cea corespunzătoare îngrășămintelor sintetice. În plus, așa cum se poate observa din Tabelul 2, exceptând utilizarea îngrășămintelor, o cantitate semnificativă de emisii de gaze cu efect de seră are loc în timpul producerii acestora.

Mecanismul de emisie a gazelor cu efect de seră în atmosferă din cauza îngrășămintelor

Emisiile agricole de gaze cu efect de seră constau în principal din oxid de azot (N2O), rezultat din fertilizare și din metan (CH4), rezultat din creșterea bovinelor. După cum este arătat în Figura 1, deși gazele N2O și CH4 sunt mai puțin comune în atmosferă în comparație cu gazul CO2, acestea au un potențial mai ridicat de încălzire globală. În Panelul privind Schimbările Climatice Globale, s-a afirmat că masele unitare ale gazelor CH4 și N2O au un potențial de încălzire globală de 25, respectiv 298 de ori mai mare în comparație cu gazul CO2 pe o perioadă de 100 de ani. Se prevede că emisiile de gaze cu efect de seră provenite din agricultură către atmosferă au crescut semnificativ în ultimii ani și, dacă nu se iau măsuri, cantitatea de N2O din atmosferă va crește cu 35-60 %, iar cantitatea de CH4 cu 60 % până în 2030 [4].

Figura 1. Ratele globale de emisie a gazelor cu efect de seră (adaptare după Ritchie și colab., 2020 [5]).

Moleculele de oxid nitric pot rămâne în atmosferă în medie 114 ani. Global, majoritatea emisiilor de N2O pătrund în mod natural în atmosferă, aproximativ 40 % fiind cauzate de activitățile umane. Emisiile antropice de N2O, în mare parte, sunt eliberate în atmosferă prin activități agricole. Utilizarea îngrășămintelor azotoase în activitățile agricole are un mare efect asupra emisiilor de N2O.

Emisia de azot din sol în atmosferă poate surveni direct sub formă de emisie de N2O și poate avea un efect radiativ, precum și prin emisiile de azot sub formă de NO2 și NO (denumite împreună NOx) și alte gaze cu efect de seră precum ozonul (O3) și metanul (CH4). Aceste emisii au un efect indirect prin modificarea concentrațiilor atmosferice ale gazelor. Ozonul, care este un puternic oxidant, poate cauza unele probleme în creșterea plantelor. Plantele expuse ozon pentru o perioadă îndelungată înregistrează o scădere a producției de carbohidrați și o creștere a sensibilității la boli și dăunători [7,11].

Spre deosebire de alte îngrășăminte azotoase, atunci când ureea este aplicată în sol, CO2-ul adăugat în procesul de producție industrială este eliberat. Ureea (CH4N2O) se transformă în ioni de amoniu (NH4+), hidroxil (OH-) și bicarbonat (HCO3-) în prezența apei și a enzimelor ureazei. HCO3- format ca rezultat al reacției este separat în CO2 și H2O după adăugarea de var [12]. În acest fel, eliberarea de CO2 din sol este la nivele mai scăzute în comparație cu eliberarea de N2O rezultată din aplicarea de îngrășăminte azotoase [8].

Figura 2. Surse de emisie de N2O în 2020 [7]

Figura 3. Reprezentare schematică a ciclului azotului (adaptare după Tilstra și colabl. 2019 [9]).

Emisiile de gaze cu efect de seră datorate îngrășămintelor sintetice pe bază de azot

Fertilizarea este principala metodă folosită pentru a crește productivitatea în producția agricolă. Azotul, elementul nutritiv care limitează cel mai mult creșterea plantelor, este un element indispensabil pentru continuitatea și productivitatea producției vegetale. Îngrășămintele azotoase se numără printre cele mai utilizate îngrășăminte la nivel global. Producția anuală de îngrășăminte azotoase este estimată la aproximativ 100 Tg N la nivel global [13].

Cu toate acestea, îngrășămintele azotoase pot provoca unele probleme grave de mediu dacă nu sunt utilizate cu grijă. Poluarea cu nitrați în apele subterane este una dintre aceste probleme. O altă problemă importantă este emisiile produse în atmosferă prin transformarea îngrășămintelor în gaz N2O ca rezultat a denitrificării după aplicarea acestora, aceste emisii jucând un rol activ în încălzirea globală. O foarte mică parte (0,5-3,0 %) din azotul aplicat pe câmpurile agricole este eliberată efectiv în atmosferă sub formă de N2O [14,15], însă efectul este foarte puternic datorită potențialului ridicat de încălzire globală al acestui gaz și capacității sale de a rămâne în atmosferă pentru o perioadă lungă de timp. Făcând o evaluare în termeni de potențial de încălzire globală, fiecare 1 kg de azot aplicat în sol corespunde cu 1,4-14,0 kg de CO2, acceptându-se o valoare medie de 4,65 kg de CO2[12].

N2O eliberat în atmosferă din cauza utilizării îngrășămintelor azotoase reprezintă cea mai mare sursă umană de N2O [16]. Emisiile de gaze cu efect de seră au crescut aproximativ de 10 ori datorită utilizării îngrășămintelor sintetice începând din 1961 (momentul de la care avem acces la date la nivel global legate de acest aspect). Emisiile de gaze cu efect de seră din îngrășămintele sintetice reprezintă aproximativ 11% din totalul emisiilor din agricultură [2]. Un procent semnificativ din aceste emisii provine de pe continentul asiatic (Figura 4)

Figura 4. Procentul de emisii de N2O datorat îngrășămintelor sintetice în perioada 2001-2011 pe continente [17].

China este cel mai mare producător și consumator de îngrășăminte azotoase din lume. Aproximativ 7% din toate emisiile de gaze cu efect de seră din China provin din producția și utilizarea îngrășămintelor azotoase [18]. Emisiile de gaze cu efect de seră provenite din utilizarea îngrășămintelor azotoase sintetice reprezintă aproximativ 55% din emisiile agricole din China, utilizarea de îngrășăminte azotoase sintetice fiind considerată cel mai important factor care contribuie la emisiile de N2O din solurile agricole [19]. Astfel, cercetătorii au încercat să determine folosind modelarea, cantitatea de emisii de gaze cu efect de seră datorită producției și folosirii îngrășămintelor azotoase sintetice pentru grâu și porumb, produse agricole importante în China. Consumul anual de îngrășăminte azotoase sintetice pentru grâu și porumb este raportat ca fiind de 12,63 milioane tone. Emisiile de gaze cu efect de seră asociate producției de îngrășăminte azotoase sintetice în întreaga țară sunt date ca fiind de 41,44 milioane tone CO2 echivalente pentru grâu și 59,71 milioane tone pentru porumb. Ca rezultat al aplicării îngrășămintelor azotoase, eliberarea de N2O în atmosferă a fost estimată la 35,82 și 69,44 Gg N2O an-1 pentru grâu și respectiv porumb.

Una dintre cele mai importante probleme întâmpinate la nivel mondial în gestionarea îngrășămintelor azotoase sintetice este momentul aplicării îngrășămintelor. Fertilizarea optimă reprezintă furnizarea azotul în sol atunci când planta are cea mai mare nevoie de el. În caz contrar, azotul în exces față de necesarul plantei va fi pierdut sub formă de emisie de N2O sau va fi spălat în sol. Reglarea acestui aspect este o problemă complicată, mai ales la plante precum porumbul, unde necesarul de azot este foarte mic în prima perioadă de vegetație, dar crește considerabil în etapele ulterioare de dezvoltare [10]. Furnizarea îngrășămintelor azotoase în perioade în care plantele nu sunt încă plantate sau când cerințele lor pentru vegetație sunt foarte reduse, poate duce la pierderea unei cantități mari de azot.

Câțiva factori de mediu care influențează eliberarea de gaze cu efect de seră de către îngrășăminte

Oxidul de azot din soluri este afectat de diferiți factori de mediu. Cantitatea de N2O formată depinde de cantitatea de oxigen din porii solului, iar direcția reacției depinde de temperatură. În condiții de temperatură scăzută, conversia compușilor de azot încetinește, în timp ce rata conversiei crește odată cu creșterea temperaturii. Pe măsură ce saturația cu apă a solurilor crește, concentrația de O2 scade. Un alt factor care afectează eliberarea de N2O din solurile agricole este cantitatea de amoniu (NH4+) care poate fi utilizată pentru nitrificare și concentrația de nitrit (NO2-) care va fi utilizată în denitrificare. În plus, în solurile cu textură ușoară, neutre sau ușor acide, eliberarea de N2O crește odată cu prezența azotului NO3 în mediu.

Într-un studiu s-a încercat determinarea efectelor îngrășămintelor sintetice și organice asupra emisiilor de gaze cu efect de seră în soluri cu structuri diferite [20]. În acest scop, fluxurile de gaze cu efect de seră au fost măsurate timp de 8 săptămâni prin aplicarea îngrășămintelor de azot sub formă de uree și lichid de dejecții de porc în două soluri diferite cu textură nisipoasă și respectiv lutoasă. S-a descoperit că emisiile de gaze N2O și CH4 în aplicarea de uree amoniu nitrat și dejecții de porc sunt mai mari în solul nisipos decât în solul lutos. Se crede că emisia este mai redusă deoarece capacitatea mare de schimb cationic și adsorbția crescută a NH4+ reduc prezența azotului. În plus, s-a afirmat că volumul mai mare de pori umpluți cu apă în solul nisipos în comparație cu solul lutos ar putea intensifica denitrificarea și producția de metan.

Emisiile datorate aplicării îngrășămintelor azotoase pot varia în funcție de sol și de proprietățile îngrășămintelor utilizate, precum și de compoziția și cantitatea de microorganisme din sol. Într-un studiu privind acest subiect, s-a dorit determinarea posibilelor efecte ale diferitelor îngrășăminte azotoase asupra emisiilor de gaze cu efect de seră în diferite interacțiuni sol, plantă și microorganism [21]. În studiu au fost testate trei tipuri diferite de îngrășăminte pe două soluri diferite cu proprietăți diferite în cultivarea orzului. În general, rezultatele au arătat că fertilizarea a crescut puternic respirația plantelor, rezultând nivele mai ridicate de emisie a CO2 și, ca urmare a secreției crescute a rădăcinilor, s-a detectat a activitate microbiană intensificată. La sfârșitul studiului, s-a subliniat că evaluarea structurii microorganismelor solului este de primă importanță în determinarea efectului fertilizării azotoase asupra potențialului global de încălzire indus de sol. Un accent deosebit s-a pus pe contribuția oxidanților de amoniu bacterieni și arheeni la emisiile de N2O. Deoarece emisiile de N2O se pot intensifica datorită nitrificării, studiul a subliniat importanța determinării proporțiilor optime de ioni NH4+ și ioni NO3- și folosirii de inhibitori de nitrificare în timpul fertilizării.

Efectele utilizării îngrășămintelor cu eficiență crescută în reducerea emisiilor

Creșterea eficacității îngrășămintelor, atât minimizând posibilele pierderi în sol, cât și permițând plantelor să beneficieze de nutrienți într-un procent cât mai mare, a devenit recent o temă de interes importantă. Aceste îngrășăminte, denumite în general îngrășăminte îmbunătățite pentru productivitate, sunt definite de Asociația Oficialilor de Control al Îngrășămintelor din Plante din America (AAPFCO) drept "produse de îngrășăminte cu proprietăți care cresc absorbția plantelor și reduc pierderea de nutrienți" [22]. Pentru producerea acestor îngrășăminte se utilizează diferite metode, cum ar fi acoperirea, încapsularea și adăugarea de inhibitori, meniți să mărească eficiența îngrășămintelor azotoase. În acest fel, se poate realiza o eliberare pe o perioadă extinsă a azotului minimizându-se pierderile.

Îngrășămintele cu eliberare lentă și controlată și îngrășămintele cu adăugare de inhibitori au o eficiență mai mare în utilizarea azotului și au potențialul de a reduce emisiile de N2O datorate fertilizării. Mai jos sunt prezentate câteva rezultate prezentate de Halvorson și colaboratorii, 2014 [23], cu studii realizate în diferite momente. Acestea au fost efectuate în condiții de agricultură irigată pentru cultivarea porumbului:

Un material cu eliberare controlată realizat cu uree acoperită cu un polimer duce la o reducere a emisiilor de N2O cu 42% în comparație cu ureea și cu 14% în comparație cu îngrășământul de nitrat de amoniu cu uree (UAN) în condiții de arătură minimă și fără arătură, nefiind evidențiate diferențe în valorile emisiilor în condiții de arătură convențională. Aplicarea îngrășământului inhibitor de uree a redus valoarea emisiilor de N2O cu 46% față de ureea normală și cu 21% față de îngrășământul de nitrat de amoniu cu uree.

În cazul aplicării inhibitoare a îngrășământului de nitrat de amoniu cu uree (UAN), valoarea emisiilor a scăzut cu 61 % față de ureea normală și cu 41% față de îngrășământul de nitrat de amoniu cu uree.

Într-un studiu în care s-a utilizat o sursă de UAN cu eliberare lentă, scăderea emisiilor de N2O s-a dovedit a fi de 57% pentru uree și 28% pentru UAN.

Într-un studiu realizat în regiunile centrale ale Chinei s-a încercat determinarea efectelor surselor de îngrășăminte azotoase asupra emisiilor de gaze cu efect de seră în câmpurile de orez [24]. În acest scop, au fost comparate loturi de control fără îngrășământ (N0), altele numai cu aplicare de îngrășăminte anorganice (IF), numai cu aplicare de îngrășăminte organice (OF), aplicare mixtă de îngrășăminte anorganice și cu eliberare lentă (SRIF) și aplicare mixtă de îngrășăminte anorganice și organice (OFIF). Conform rezultatelor obținute în studiu, sursele de îngrășăminte azotoase au afectat semnificativ emisiile de CH4 și N2O. În comparație cu lotul de control (N0), IF, SRIF, OF și OFIF au crescut emisiile de CH4 cu 55 %, 42 %, 51 % și respectiv 66 % , iar emisiile de N2O cu 165%, 93%, 130% și respectiv 251%. În urma studiului, cercetătorii au sugerat că aplicarea îngrășămintelor chimice împreună cu îngrășămintele cu eliberare lentă este o strategie durabilă pentru a crește producția de orez și pentru a reduce emisiile de gaze cu efect de seră, dar costurile ridicate ale îngrășămintelor noi ar trebui să fie subvenționate de instituțiile publice.

Emisiile de gaze cu efect de seră în timpul producerii îngrășămintelor

Tehnica Haber-Bosch pentru producția de amoniac (NH3) folosind azot (N) și hidrogen (H) este metoda principală de producție a îngrășămintelor azotoase în lume, necesitând temperaturi ridicate și o cantitate mare de energie [25]. Se estimează că aproximativ 1,2% din energia folosită în lume este consumată în timpul producției de îngrășăminte, același procent (1,2%) din totalul gazelor cu efect de seră fiind emise [26]. În timpul producției de amoniac sunt necesari aproximativ 1250 m3 de gaze naturale pentru 1 tonă metrică de amoniac anhidru [27]. Producția de amoniac și uree se numără printre principalele surse de emisii de CO2 din activitățile umane. Prin urmare, în funcție de utilizarea lor, îngrășămintele nu numai că emit gaze cu efect de seră, dar duc la producerea unei cantități semnificative în timpul producției lor. Cantitatea de gaze cu efect de seră eliberate în atmosferă în timpul producției de îngrășăminte la nivel global în 2020 a fost raportată ca fiind de 389,142 de kilotone de CO2 echivalent [2].

Tabelul 3. Factori de emisie a GES pentru unele îngrășăminte (adaptare după Wood & Cowie, 2004 [28])

Produs Țara Conținut g CO2 echivalent Sursa
N:P:K kg N per kg P2O5 per kg K2O kg per product CO2:N2O:CH4
AN Media Europeană 35,0:0:0 7031 - - 2461 39,6:59,5:0,9 [29]
AN Olanda 33,5:0:0 7109 - - 2381 38,5:60,9:0,5 [30]
AN Regatul Britanic 33,5:0:0 6537 - - 2190 29,1:69,7:1,2 [31]
CAN Suedia 27,6:0:0 8467 - - 2337 38,3:60,9:0,8 [29]
CAN Media Europeană 26,5:0:0 7482 - - 1983 39,8:60,6:0,9 [29]
Uree Media europeană 46:0:0 4019 - - 1849 97,5:0,1:2,3 [29]
Uree Europa 46:0:0 1707 - - 785 - [32]
UAN Media europeană 32:0:0 5763 - - 1844 59,1:39,5:1,4 [29]
UAN Media europeană 32:0:0 4093 - - 1310 - [26]
UAN Tehnologia modernă europeană 32:0:0 2000 - - 640 - [26]
TSP Media europeană 0:48:0:0 - 1084 - 520 96,7:0,5:2,8 [29]
TSP Media europeană 0:48:0:0 - 354 - 170 - [26]
MAP Media europeană 11:52:0 6393 1352 - 238 97,9:0,3:1,9 [29]
MAP Media europeană 11:52:0 2818 596 - 310 - [26]
DAP Media europeană 18:46:0 4812 1883 - 866 97,8:0,2:1,9 [29]
NPK Suedia 17:04:13 9416 40018 12313 1601 40,2:59,0:0,8 [29]
NPK Suedia 20:05:04 9546 38183 47729 1909 37,9:61,4:0,8 [29]
NPK (Acid) Media europeană 15:15:15 7496 7496 7496 1124 52,1:46,9:1,0 [29]
NPK (Nitro) Media europeană 15:15:15 7896 7896 7896 1184 50,8:48,2:1,1 [29]

Emisiile de gaze cu efect de seră din producția de îngrășăminte variază foarte mult în funcție de tipul de îngrășământ utilizat și tehnologia de producție. Datorită proceselor complexe din faza de producție, estimarea exactă a emisiilor este dificilă și limitată. Evaluarea ciclului de viață (LCA) este o metodă larg utilizată pentru a determina emisiile. Această evaluare este realizată de o aplicație care calculează rezultatele tuturor activităților desfășurate în timpul fazei de producție și care au un efect direct sau indirect asupra vieții, și este definită ca un indicator ecologic. În această evaluare, este analizat în detaliu impactul produselor și proceselor asupra mediului, adică evaluarea include emisiile din producție și utilizare. Factorii de emisie ajută la evaluarea ciclului de viață, fără a necesita calcularea detaliată a emisiilor [28]. Un factor de emisie reprezintă cantitatea tipică de gaze cu efect de seră eliberate în atmosferă per unitate de activitate. Cercetătorii au efectuat un studiu în care au compilat factorii de emisie publicați în literatura de specialitate în legătură cu producția de azot, fosfor și unele îngrășăminte compuse pentru a fi utilizați ca intrări în calculul balanței gazelor cu efect de seră. Unele dintre rezultatele prezentate în acest studiu sunt rezumate în Tabelul 3. Principalele gaze cu efect de seră care apar în timpul producției de îngrășăminte azotoase sunt CO2, care se formează ca rezultat al arderii gazelor naturale folosite în sinteza de amoniac, și N2O, care este eliberat în timpul producției de acid azotic. CO2 emis datorită utilizării combustibililor fosili în timpul producției de îngrășăminte pe bază de fosfatat și în timpul transportului materiilor prime au fost principalele gaze cu efect de seră în producție.

Analizând Tabelul 3 se poate observa că există diferențe semnificative între diferite studii în ceea ce privește factorii de emisie pentru fiecare produs utilizat ca îngrășământ. S-a raportat că aceste diferențe se datorează diferențelor între plante, mecanismelor de control al emisiilor și diferențelor în materiile prime folosite.

Într-un studiu care examinează emisiile de gaze cu efect de seră rezultate din producția și utilizarea îngrășămintelor organice și anorganice, au fost selectate peste 200 de articole dintre multe studii originale, iar rezultatele au fost compilate [33]. În studiu, s-au evaluat factorii de emisie în timpul producției de îngrășăminte. În producția de îngrășăminte azotoase sintetice, în funcție de tipul de îngrășământ și sursa de hidrogen folosită în timpul producției, s-a raportat că factorul de emisie variază între 1 și 10 kg de echivalente de CO2 per 1 kg de N, în timp ce factorul de emisie raportat pentru producția de îngrășăminte fosfatate variază între 1-1,5 kg CO2-echivalent.kg-1 P2O5. Se menționează că există informații insuficiente despre emisiile din producția de îngrășăminte potasice. Cercetătorii au subliniat că în general există variații între factorii de emisie datorită diferențelor între materiile prime utilizate și diferențelor de aplicare a fertilizatorilor între țări.

Emisiile generate în timpul producției de compost au variat într-un interval larg. Factorul de emisie pentru o tonă de deșeuri solide a fost raportat între 1-2300 kg echivalente de CO2. Emisiile din transport au fost în general foarte reduse pentru toate tipurile de îngrășăminte.

S-a raportat că îngrășămintele organice au emisii ridicate, în special în timpul stocării pe termen lung. În plus, în timpul stocării deșeurilor sau îngrășămintelor organice lichide, emisiile de CH4 scad, în timp ce există o creștere a emisiilor de N2O. Emisiile din stocarea îngrășămintelor sintetice sau a compostului au fost raportate ca fiind neglijabile, dar s-a menționat că există puține date despre stocarea compostului.

Emisiile de gaze cu efect de seră datorate gunoiului de grajd

Deșeurile animale au o cotă semnificativă în emisiile de gaze cu efect de seră provenite din agricultură. Managementul deșeurilor animale, gunoiul lăsat în pășuni și gunoiul aplicat pe sol produce aproximativ 22% din emisiile de gaze cu efect de seră din agricultură. Emisiile de gaze cu efect de seră provenite din deșeurile animale rezultate din activitățile de creștere a animalelor sunt gazele metan (CH4) și oxidul de azot (N2O). Emisiile de gaze cu efect de seră prin intermediul deșeurilor animale variază în mod semnificativ în funcție de numeroși factori. Panelul Interguvernamental pentru Schimbările Climatice (IPCC) stabilit în cadrul Programului Națiunilor Unite pentru Mediu, în evaluarea riscurilor schimbărilor climatice cauzate de activitățile umane, oferă metodologii pentru estimarea inventarelor naționale de emisii de gaze cu efect de seră. În acest scop, factorii de emisie ai gazului CH4, bazate pe "Raportul internațional privind inventarul emisiilor de gaze cu efect de seră" al IPCC și pe o temperatură medie anuală de 20°C, sunt prezentați în Tabelul 4. În tabel, se iau în considerare valorile din Europa de Est pentru bovine, porci și bivoli, în timp ce valorile corespunzătoare țărilor dezvoltate sunt utilizate pentru alte animale.

Tabelul 4. Factorii de emisie pentru metan în managementul gunoiului de grajd (adaptat după IPCC 2006 [35])

Animale din fermă

Factor de emisie

(kg CH4 animal-1an-1 )

Bovine pentru lapte 27
Alte bovine 13
Porci 5
Porci pentru montă 8
Bivoli 11
Oi 0.28
Capre 0.20
Cămile 2.37
Cai 2.34
Măgari 1.10
Avicultură 0.02
Curcani 0.09
Rațe 0.03

Odată cu creșterea populației a crescut și numărul animalelor crescute într-un sistem închis pentru a satisface nevoile de hrană. Îngrășămintele de origine animală sunt larg utilizate în câmpurile arabile. Aceste produse, care au o mare importanță pentru îmbunătățirea sănătății solului, contribuie și ele direct sau indirect la emisiile de gaze cu efect de seră. Cantitățile potențiale de emisii de gaze cu efect de seră din dejecțiile animale din diferite țări sunt prezentate în Tabelul 5.

Tabelul 5. Emisia de dioxid de carbon (CO2), metan (CH4) și oxid de azot (N2O) datorate gunoiului de origine animală produs în unele țări (adaptare după Thangarajan și colab., 2013 [36])

Țara animal type Cantitatea și Rata Potențială a Emisiilor de Gaze cu Efect de Seră
CO2–C (Gg an-1) % din total emisii CH4 CO2 –C eq. (Gg an-1) % din total emisii N2O CO2 –C eq. (Gg an-1 ) % din total emisii
Australia

Pui

Bovine

Porci

Oi

357

8781

158

4509

0,09

2,10

0,04

1,08

56

1850

41

907

0,05

1,66

0,04

0,81

118

1947

53

1162

0,51

8,36

0,23

4,99

SUA

Pui

Bovine

Porci

Oi

9040

30837

4493

372

0,16

0,54

0,08

0,01

1417

6497

1151

75

0,21

0,97

0,17

0,01

2983

6837

1506

96

0,97

2,23

0,49

0,03

Noua Zeelandă

Pui

Bovine

Porci

Oi

58

3240

23

2156

0,18

9,76

0,07

6,50

9

683

6

434

0,03

2,54

0,02

1,62

19

718

8

556

0,18

6,87

0,07

5,32

China

Pui

Bovine

Porci

Oi

20674

27525

32960

8875

0,67

0,90

1,07

0,29

3242

5800

8444

1786

0,45

0,81

1,17

0,25

6822

6103

11047

2288

2,58

2,31

4,18

0,87

Bangladej

Pui

Bovine

Oi

982

7572

121

5,96

46,00

0,73

154

1595

24

0,02

6,38

24

324

1679

31

7,26

37,65

0,70

Africa de Sud

Pui

Bovine

Porci

Oi

689

4510

110

1623

0,22

1,43

0,03

0,51

108

950

28

327

0,25

2,20

0,07

0,76

227

1000

37

418

1,10

4,84

0,18

2,02

Germania

Pui

Bovine

Porci

Oi

491

4208

1835

138

0,05

0,51

0,22

0,02

77

887

470

28

0,16

1,86

0,99

0,06

162

933

615

36

0,29

1,70

1,12

0,06

Bibliografie

  1. FAO, (2020). Emissions due to agriculture. Global, regional and country trends 2000–2018. FAOSTAT Analytical Brief Series No. 18. Rome

  2. FAOSTAT, (2023). https://www.fao.org/faostat/en/#data/GT

  3. IPCC, 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, KB Averyt , M. Tignor and HL Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 996 pp.

  4. FAO, (2011) “Climate Change Mitigation Finance for Smallholder Agriculture”. A guide book to harvesting soil carbon sequestration benefits.

  5. Ritchie, H., Roser M., Rosado, P., (2020). "CO₂ and Greenhouse Gas Emissions". Published online at OurWorldInData.org. Retrieved from: 'https://ourworldindata.org/co2-and-greenhouse-gas-emissions

  6. IPCC, (2013). Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. [Stocker, TF, D. Qin, G.-K. Plattner , M. Tignor , SK Allen, J. Boschung , A. Nauels , Y. Xia, V. Bex and PM Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1585 pp.

  7. Environmental Protection Agency (EPA), (2022). Ecosystem Effects of Ozone Pollution. https://www.epa.gov/ground-level-ozone-pollution/ecosystem-effects-ozone-pollution (accessed 12.03.2023.)

  8. Kayıkçıoğlu, H.H., Okur, N., (2012). Greenhouse gas in the release agriculture role. Adnan Menderes University. zir. fac. Magazine , 9(2): 25-38

  9. Tilstra, A., El-Khaled, YC, Roth, F. et al. (2019). Denitrification Aligns with N2 Fixation in Red Sea Corals. Sci Rep. 9, 19460 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-55408-z

  10. Gregorich, E., Janzen, HH, Helgason, B., Ellert, B. (2015). Nitrogenous Gas Emissions from Soils and Greenhouse Gas Effects. Advances in Agronomy, 39–74. doi:10.1016/bs.agron.2015.02.004

  11. Betzelberger, A.M., Yendrek , C.R., Sun, J., Leisner, C.P., Nelson, R.L., Avg, D.R., Ainsworth, E.A., (2012). Ozone exposure response for US soybean cultivars: linear reductions in photosynthetic potential, biomass, and yield. Plant Physiol. 160, 1827e1839

  12. Snyder, C.S., Bruulsema, T.W., Jensen, T.L., Fixen, P.E. (2009). Review of greenhouse gas emissions from crop production systems and fertilizer management effects. Agriculture, Ecosystems and Environment, 133: 247–266

  13. Erisman, J.W., Sutton, M.A., Galloway, J., Klimont, Z., Winiwarter, W. (2008). How a century of ammonia synthesis changed the world. Nature Geoscience, 1(10), 636–639. doi:10.1038/ngeo325

  14. Stehfest, E., Bouwman, L., (2006). N2O and NO emissions from agricultural fields and soils under natural vegetation: summarizing available measurement data and modeling of global annual emissions. Nutr . Cycling Agroecosyst . 74, 207e228

  15. Linquist, B., van Groenigen, K.J., Adviento-Borbe, M.A., Pittelkow, C., van Kessel, C., (2012). An agronomic assessment of greenhouse gas emissions from major cereal crops. Global Change Biol. 18, 194e209

  16. Gellings, C.W., Parmenter, K.E. (2016). Energy efficiency in fertilizer production and use. Efficient Use and Conservation of Energy; Gellings , CW, Ed.; Encyclopedia of Life Support Systems, 123-136

  17. FAO, (2014). Agriculture, Forestry and Other Land Use Emissions by Sources and Removals by Sinks. FAO Statistics Division Working Paper Series ESS/14-02

  18. Zhang, W.-F., Dou, Z.-X., He, P., Ju, X.-T., Powlson, D., Chadwick, D., Zhang, F.-S. (2013). New technologies reduce greenhouse gas emissions from nitrogenous fertilizer in China. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(21), 8375–8380. doi:10.1073/pnas.1210447110

  19. Chai, R., Ye, X., Ma, C., Wang, Q., Tu , R., Zhang, L., Gao, H. (2019). Greenhouse gas emissions from synthetic nitrogen manufacture and fertilization for main upland crops in China. Carbon Balance and Management, 14(1). doi:10.1186/s13021-019-0133-9

  20. Jarecki, M.K., Parkin, T.B., Chan, A.S.K., Hatfield, J.L., Jones, R. (2008). Greenhouse Gas Emissions from Two Soils Receiving Nitrogen Fertilizer and Swine Manure Slurry. Journal of Environmental Quality, 37(4), 1432–1438. doi:10.2134/jeq2007.0427

  21. Inselsbacher, E., Wanek, W., Ripka, K., Hackl, E., Sessitsch, A., Strauss, J., Zechmeister-Boltenstern, S. (2010). Greenhouse gas fluxes respond to different N fertilizer types due to altered plant-soil-microbe interactions. Plant and Soil, 343(1-2), 17–35. doi:10.1007/s11104-010-0597-6

  22. Association of American Plant Food Control Officials, (2013). AAPFCO Official Publication 65. AAPFCO, Little Rock, AR.

  23. Halvorson, A.D., Snyder, C.S., Blaylock, A.D., Del Grosso, S.J. (2014). Enhanced-Efficiency Nitrogen Fertilizers: Potential Role in Nitrous Oxide Emission Mitigation. Agronomy Journal, 106(2), 715. doi:10.2134/agronj2013.0081

  24. Zhang, Z.S., Chen, J., Liu, T.Q., Cao, C.G., Li, C.F. (2016). Effects of nitrogen fertilizer sources and tillage practices on greenhouse gas emissions in paddy fields of central China. Atmospheric Environment, 144, 274–281. doi:10.1016/j.atmosenv.2016.09.0

  25. Modak, J.M. (2002). News process for ammonia synthesis. Resonance, 7(9), 69-77.

  26. Kongshaug, G. (1998). Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions in Fertilizer Production. IFA Technical Conference, Marrakech, Morocco, 28 September-1 October, 1998, 18pp.

  27. Gellings, C.W., Parmenter , K.E. (2016). Energy efficiency in fertilizer production and use. Efficient Use and Conservation of Energy; Gellings , C.W., Ed.; Encyclopedia of Life Support Systems, 123-136.

  28. Wood, S.W., Cowie, A. (2004). A review of greenhouse gas emission factors for fertiliser production.http://www.sciencetheearth.com/uploads/2/4/6/5/24658156/2004_wood_a_review_of_greenhouse_gas_emission_factors.pdf

  29. Davis, J., Haglund, C. (1999). Life Cycle Inventory (LCI) of Fertiliser Production. Fertiliser Products Used in Sweden and Western Europe. SIK-Report No. 654. Master’s Thesis, Chalmers University of Technology

  30. Kramer, K.J., Moll, H.C., Nonhebel , S. (1999). Total Greenhouse Gas Emissions Related to the Dutch Crop Production System. Agriculture, Ecosystems and Environment, 72, 9-16

  31. Elsayed, M.A., Matthews, R., Mortimer, N.D. (2003). Carbon and Energy Balances for a Range of Biofuels Options. Report by Resources Research Unit, Sheffield Hallam University for DTI Sustainable Energy Programs

  32. Kuesters, J., Jenssen, T. (1998). Selecting the Right Fertilizer from an Environmental Life Cycle Perspective. IFA Technical Conference, Marrakech, Morocco, 28 September-1 October, 1998, 7pp.

  33. Walling, E., Vaneeckhaute, C. (2020). Greenhouse gas emissions from inorganic and organic fertilizer production and use: A review of emission factors and their variability. Journal of Environmental Management, 276, 111211. doi:10.1016/j.jenvman.2020.11121

  34. Black, G., Alone, I., Sayar, M. (2019). Konya Province Animal Husbandry Fertilizer Welded Greenhouse Gas Emissions Status. National Environment Science Research Journal, 2 (2), 57-60. Retrieved from https://dergipark.org.tr/tr/pub/ucbad/issue/47445/599015

  35. IPCC, 2006. Intergovernmental Panel on Climate Change Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/ .

  36. Thangarajan, R., Bolan, N.S., Tian, G., Naidu, R., Kunhikrishnan, A. (2013). Role of organic amendment application on greenhouse gas emission from soil. Science of The Total Environment, 465, 72–96. doi:10.1016/j.scitotenv.2013.01.031