Modul 2 · Poglavje 5
Emisije toplogrednih plinov iz uporabe gnojil
Velik del toplogrednih plinov, ki povzročajo globalno segrevanje, se sprosti v ozračje zaradi kmetijskih dejavnosti. Količina izpustov toplogrednih plinov zaradi kmetijskih dejavnosti in rabe zemljišč v svetovnem merilu je od leta 2018 dosegla 9,3 Gt ekvivalenta CO2 [1]. Medtem ko je količina izpustov na podlagi rastlinske in živalske proizvodnje v letu 2018 znašala 5,3 Gt ekvivalenta CO2, se je ta količina v primerjavi z letom 2000 povečala za približno 14 %.
Emisije toplogrednih plinov, ki izvirajo iz kmetijstva, so večinoma sestavljene iz metana (CH4) in dušikovega oksida (N2O). Največji izpust toplogrednih plinov med kmetijskimi dejavnostmi je enterični. Nastane kot posledica fermentacije in je njegov delež v vseh kmetijskih dejavnostih blizu 48 %. Eden najpomembnejših kmetijskih vložkov v rastlinsko pridelavo so gnojila, zaradi gnojil pa prihaja do znatnih emisij toplogrednih plinov v ozračje. 10 % plinov, izpuščenih v ozračje zaradi kmetijskih dejavnosti, je bilo leta 2020 realiziranih s sintetičnimi gnojili [2]. Poleg kemičnih gnojil, ki se uporabljajo v kmetijstvu, imajo pomemben delež kot vir emisij tudi živalski gnoj. V tabeli 1 je podana količina izpustov toplogrednih plinov iz kmetijstva po vsem svetu v letu 2020.
Tabela 1. Porazdelitev emisij toplogrednih plinov iz kmetijstva leta 2020 v svetovnem merilu
| Vir emisije | Količina emisije (Ekvivalent kiloton CO2) |
% |
|---|---|---|
| Črevesna fermentacija | 2849716 | 47.60 |
| Živalski gnoj, ki ostane na pašnikih | 772541 | 12.91 |
| Gojenje riža | 686111 | 11.46 |
| Sintetična gnojila | 625107 | 10.44 |
| Uporaba in ravnanje z živalskim gnojem | 399815 | 6.68 |
| Sežiganje savan | 211921 | 3,54 |
| Ostanki kmetijskih proizvodov | 191540 | 3.20 |
| Živalski gnoj, ki se nanese na tla | 165093 | 2.76 |
| Gojena organska tla | 46996 | 0.79 |
| Ostanki zgorelih kmetijskih pridelkov | 37387 | 0.62 |
| SKUPAJ | 5986227 | 100 |
Izpusti toplogrednih plinov v ozračje so se v zadnjih letih na splošno povečali. To stanje velja tudi za emisije toplogrednih plinov, ki izvirajo iz kmetijske proizvodnje, in stopnje emisij so se z leti povečale glede na izvedene dejavnosti. Vendar pa je povečanje emisij iz kmetijstva zaradi uporabe kemičnih gnojil doseglo veliko višje stopnje. Tabela 2 prikazuje emisije toplogrednih plinov nekaterih kmetijskih dejavnosti po letih. V 60-letnem obdobju je bila stopnja povečanja, ki je bila okoli 40-50% glede na dejavnost, realizirana s stopnjo, ki se približuje 10-kratniku v istem obdobju za sintetična gnojila. Poleg tega, kot je razvidno iz tabele 2, se med proizvodnjo teh gnojil poleg uporabe gnojil pojavi precejšnja količina emisij toplogrednih plinov.
Tabela 2. Spremembe emisij toplogrednih plinov v kmetijstvu med leti
| Vir emisije | Količina emisij (kilotona CO2) | Stopnja spremembe (%)* | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1961 | 1970 | 1980 | 1990 | 2000 | 2010 | 2020 | ||
| Črevesna fermentacija | 1829661 | 2069925 | 2320767 | 2493671 | 2473802 | 2654500 | 2849716 | 56 |
| Gojenje riža | 487941 | 560752 | 609831 | 620854 | 653281 | 682752 | 686111 | 41 |
| Gnojilo, vneseno v tla | 109013 | 122615 | 144580 | 156499 | 145270 | 156386 | 165093 | 51 |
| Sintetična gnojila | 63209 | 174069 | 334374 | 425288 | 446178 | 559822 | 625107 | 889 |
| Proizvodnja gnojil | 152687 | 225708 | 361709 | 389142 | 155 | |||
* Stopnje sprememb temeljijo na količinah, realiziranih v letu 2020 v primerjavi z letom 1961 (ker za leto 1961 ni podatkov o vrednostih proizvodnje gnojil, temelji na letu 1990)Mechanism of Greenhouse Gas Release to the Atmosphere by Fertilizers
Emisije toplogrednih plinov iz kmetijstva so v glavnem sestavljene iz dušikovega oksida (N2O) iz gnojenja in plina metana (CH4) iz govedoreje. Kot je prikazano na sliki 1, čeprav sta plina N2O in CH4 manj pogosta v ozračju v primerjavi s plinom CO2, imata večji potencial globalnega segrevanja. V Svetu za globalne podnebne spremembe je bilo navedeno, da imajo enote mase plinov CH4 in N2O 25 oziroma 298-krat večji potencial globalnega segrevanja v primerjavi s plinom CO2 za obdobje 100 let [3]. Predvideva se, da se je izpust toplogrednih plinov, ki izvirajo iz kmetijstva, v ozračje v zadnjih letih močno povečal in če ne bomo sprejeli nobenih ukrepov, se bo količina N2O v ozračju povečala za 35-60 %, količina CH4 pa za 60 %. do leta 2030 [4].
Slika 1. Globalne stopnje emisij toplogrednih plinov (prirejeno po Ritchie et al., 2020 [5]).
Molekule dušikovega oksida lahko ostanejo v atmosferi povprečno 114 let [3]. Globalno gledano večina emisij N2O pride v ozračje po naravni poti, približno 40 % pa jih povzročijo človeške dejavnosti [6]. Emisije N2O, ki jih povzroča človek, se večinoma sproščajo v ozračje zaradi kmetijskih dejavnosti (slika 2). Uporaba dušikovih gnojil v kmetijskih dejavnostih močno vpliva na emisije N2O.
Slika 2. Viri emisij O2 v letu 2020 [7]
Dva glavna načina nastajanja N2O v kmetijskih tleh sta nitrifikacija in denitrifikacija. Pretvorba amonijevih ionov v nitratne ione s strani nekaterih mikroorganizmov v tleh je opredeljena kot nitrifikacija. Nitrifikacija poteka v prisotnosti kisika. Denitrifikacija je redukcija nitrata v prosti plinast dušik (N2) po različnih postopkih. Pri tem procesu, čeprav je pretvorba nitrata v plin N2 običajno končana, se majhna in spremenljiva količina dušika sprosti v ozračje v obliki plina N2O [8].

Slika 3. Shematski prikaz dušikovega cikla (prirejeno po Tilstra, et al. 2019 [9]).
Emisije dušikovega plina iz tal v ozračje se lahko pojavijo neposredno v obliki emisij N2O in imajo sevalni učinek, pa tudi prek emisij dušika, kot sta NO2 in NO (skupaj imenovana NOx) in drugih toplogrednih plinov, kot je ozon (O3). in metan (CH4). Ima posreden učinek tako, da vpliva na atmosferske koncentracije plinov [10]. Plin ozon, ki je močan oksidant, lahko povzroči nekatere težave pri rasti rastlin. Pri rastlinah, ki so dolgo časa izpostavljene ozonu, se proizvodnja ogljikovih hidratov zmanjša [11], poveča pa se občutljivost na bolezni in škodljivce [7].
Za razliko od drugih dušikovih gnojil se pri uporabi gnojila s sečnino v tla sprosti CO2, dodan v procesu industrijske proizvodnje. Sečnina (CH4N2O) se v prisotnosti vode in encimov ureaze spremeni v amonijeve (NH4+), hidroksilne (OH-) in bikarbonatne (HCO3-) ione. HCO3-, ki nastane kot rezultat reakcije, se loči na CO2 in H2O, ki nastaneta po dodatku apna [12]. Na ta način je sproščanje CO2 iz tal na nižji ravni v primerjavi s sproščanjem N2O pri uporabi dušikovih gnojil [8].
Emisije toplogrednih plinov iz sintetičnih dušikovih gnojil
Gnojenje je prva metoda, ki se uporablja za povečanje produktivnosti v rastlinski pridelavi. Dušik, hranilo, ki najbolj omejuje rast rastlin, je nepogrešljiv element kontinuitete in produktivnosti rastlinske pridelave. Dušikova gnojila so med najbolj uporabljenimi gnojili na svetu. Ocenjuje se, da je letna proizvodnja dušikovih gnojil v svetovnem merilu okoli 100 Tg N [13].
Vendar pa lahko dušikova gnojila povzročijo resne okoljske težave, če se ne uporabljajo previdno. Onesnaženje podtalnice z nitrati je eden od teh problemov. Drug pomemben problem je emisija dušikovih gnojil v ozračje s pretvorbo v plin N2O, ki ima aktivno vlogo pri globalnem segrevanju, kot posledica denitrifikacije po vnosu. Zelo majhen delež (0,5-3,0 %) dušika, uporabljenega na kmetijskih poljih, se dejansko sprosti v ozračje kot N2O [14, 15], vendar je njegov učinek zelo močan zaradi velikega potenciala globalnega segrevanja in njegove sposobnosti, da ostane v vzdušje za dolgo časa. Če ga ocenimo glede na potencial globalnega segrevanja, vsak 1 kg vnesenega dušika v tla ustreza 1,4–14,0 kg CO2 in se sprejme kot povprečje 4,65 kg CO2 [12].
N2O, sproščen v ozračje zaradi uporabe dušikovih gnojil, je največji vir N2O za ljudi [16]. Emisije toplogrednih plinov so se zaradi uporabe sintetičnih gnojil od leta 1961 povečale za približno 10-krat (to je začetek, ko lahko dostopamo do podatkov v svetovnem merilu, povezanih s tem). Emisije toplogrednih plinov iz sintetičnih gnojil predstavljajo približno 11 % vseh emisij iz kmetijstva [2].
Znatna količina teh emisij izvira iz azijske celine (slika 4).
Slika 4. Emisijska razmerja N2O iz sintetičnih gnojil v letih 2001-2011 po celinah [17].
Kitajska je največja proizvajalka in porabnica dušikovih gnojil na svetu. Približno 7 % vseh emisij toplogrednih plinov na Kitajskem izvira iz proizvodnje in uporabe dušikovih gnojil [18]. Emisije toplogrednih plinov zaradi uporabe sintetičnih dušikovih gnojil predstavljajo približno 55 % kmetijskih emisij na Kitajskem, uporaba sintetičnih dušikovih gnojil pa velja za najpomembnejši dejavnik, ki prispeva k emisijam N2O iz kmetijskih tal [19]. V ta namen so raziskovalci poskušali z metodo modeliranja ugotoviti količino izpustov toplogrednih plinov, ki jih povzroča proizvodnja in uporaba sintetičnih dušikovih gnojil za pšenico in koruzo, ki sta pomembna kmetijska proizvoda Kitajske. V skladu s tem je letna poraba sintetičnih dušikovih gnojil za pšenico in koruzo navedena kot 12,63 Mt. Emisije toplogrednih plinov, povezane s proizvodnjo sintetičnih dušikovih gnojil po vsej državi, so podane kot 41,44 Mt CO2 ekvivalentov za pšenico in 59,71 Mt za koruzo. Zaradi uporabe dušikovih gnojil je bil izpust N2O v ozračje ocenjen na 35,82 oziroma 69,44 Gg N2O leto-1 za pšenico in koruzo.
Eden najpomembnejših problemov, s katerimi se srečujejo po vsem svetu pri upravljanju sintetičnih dušikovih gnojil, je čas nanosa gnojila. Glavna stvar pri gnojenju je pripraviti dušik v tleh, ko ga rastlina potrebuje. V nasprotnem primeru bo dušik, ki presega potrebe rastline, izgubljen v obliki emisij N2O ali odplaknjen v tla. Prilagajanje tega je zapleteno vprašanje. Še posebej pri rastlinah, kot je koruza, kjer je potreba po dušiku v prvi vegetacijski dobi zelo nizka, v poznejših fazah pa se ta potreba močno poveča [10]. Dajanje dušikovih gnojil v obdobjih, ko rastline še niso posajene ali ko so njihove potrebe po vegetaciji zelo majhne, lahko povzroči izgubo velike količine dušika.
Nekateri okoljski dejavniki, ki vplivajo na izpust toplogrednih plinov iz gnojil
Na dušikov oksid v tleh vplivajo različni okoljski dejavniki. Količina nastalega N2O je odvisna od količine kisika v prazninah tal, smer reakcije pa od temperature. V nizkotemperaturnih razmerah se pretvorba dušikovih spojin upočasni, medtem ko se hitrost pretvorbe poveča z naraščajočo temperaturo. Ko se razmerje nasičenosti z vodo v tleh poveča, se koncentracija O2 zmanjša. Drugi dejavnik, ki vpliva na sproščanje N2O iz kmetijskih tal, je količina amonija (NH4+), ki se lahko uporabi za nitrifikacijo, in koncentracija nitrita (NO2-), ki se uporablja za denitrifikacijo. Poleg tega se v rahlo teksturiranih, nevtralnih ali rahlo kislih tleh sproščanje N2O poveča s prisotnostjo dušika NO3 v okolju [8].
V študiji so skušali ugotoviti vplive sintetičnih in organskih gnojil na emisije toplogrednih plinov v tleh z različno strukturo tal [20]. V ta namen so bili pretoki toplogrednih plinov izmerjeni 8 tednov z uporabo gnojila iz sečnine, amonijevega nitrata (UAN) in tekočega prašičjega gnoja v dveh različnih tleh s peščeno ilovnato in ilovnato strukturo. Ugotovljeno je bilo, da so emisije plinov N2O in CH4 pri uporabi sečnine, amonijevega nitrata in prašičjega gnoja višje v peščenih ilovnatih tleh kot v ilovnatih tleh. Menijo, da je količina emisij manjša, saj visoka kapaciteta kationske izmenjave in povečana adsorpcija NH4+ zmanjšata prisotnost dušika. Poleg tega je bilo navedeno, da je večji volumen por, napolnjenih z vodo, v peščeno ilovnati zemlji morda podpiral denitrifikacijo in proizvodnjo metana v primerjavi z glineno zemljo.
Emisije zaradi vnosa dušikovih gnojil se lahko razlikujejo glede na tla in lastnosti uporabljenih gnojil ter sestavo in količino talnih mikroorganizmov. V študiji na to temo je bilo želeno ugotoviti možne učinke različnih dušikovih gnojil na emisije toplogrednih plinov v različnih interakcijah tal, rastlin in mikroorganizmov [21]. V študiji so testirali tri različne vrste gnojil na dveh različnih tleh z različnimi lastnostmi pri gojenju ječmena. Na splošno so rezultati pokazali, da je gnojenje močno povečalo dihanje rastlin, kar je povzročilo višje ravni emisij CO2, zaradi povečanega izločanja korenin pa so bile odkrite višje mikrobne aktivnosti. Ob koncu študije je bilo poudarjeno, da je vrednotenje strukture talnih mikroorganizmov primarnega pomena pri proučevanju vpliva gnojenja z dušikom na potencial globalnega segrevanja tal. Poseben poudarek je bil na prispevku bakterijskih in arhejskih oksidantov amoniaka k emisijam N2O. Ker se emisije N2O lahko povečajo zaradi nitrifikacije, je bilo poudarjeno, da je pomembno določiti optimalna razmerja ionov NH4+ in ionov NO3- ter med gnojenjem uporabiti inhibitorje nitrifikacije.
Učinki gnojil s povečano učinkovitostjo na zmanjšanje emisij
Povečanje učinkovitosti gnojil, kar zmanjša možne izgube v tleh in omogoči rastlinam, da izkoristijo vsebovana hranila v večji meri, je metoda, ki je v zadnjih letih postala prednostna. Ta gnojila, ki se na splošno imenujejo gnojila za izboljšanje produktivnosti, je Združenje ameriških uradnikov za nadzor rastlinske hrane (AAPFCO) opredelila kot "izdelke gnojil z lastnostmi, ki povečajo absorpcijo rastlin in zmanjšajo izgubo hranil" [22]. V takšnih izdelkih se uporabljajo različne metode, kot so premazovanje, inkapsulacija in dodajanje inhibitorjev, katerih namen je povečati učinkovitost dušikovih gnojil. Na ta način je možno razpršiti sproščanje dušika v širokem obdobju, izgube pa so minimalizirane.
Gnojila s počasnim in nadzorovanim sproščanjem ter gnojila z dodanimi inhibitorji imajo večjo učinkovitost izrabe dušika in lahko zmanjšajo emisije N2O zaradi gnojenja. Nekaj rezultatov, ki so jih predstavili Halvorson et al., 2014 [23], ki so zbirali svoje študije na to temo v različnih obdobjih, so podani spodaj. Študije potekajo v pogojih namakanja in pri gojenju koruze:
Sečnina z nadzorovanim sproščanjem, prevlečena s polimerom, zmanjša emisije N2O za 42 % v primerjavi s sečnino in 14 % v primerjavi z gnojilom iz sečnine, ki vsebuje amonijev nitrat (UAN) v okoljih brez obdelave tal in minimalne obdelave tal, pri običajnih pogojih obdelave tal ni bilo razlik v vrednostih emisij. Uporaba inhibitornega gnojila s sečnino je zmanjšala vrednost emisij N2O za 46 % v primerjavi z običajno sečnino in za 21 % v primerjavi z sečnino amonijevim nitratom.
Pri uporabi inhibitornega gnojila sečnina amonijev nitrat (UAN) se je emisijska vrednost zmanjšala za 61 % v primerjavi z običajno sečnino in za 41 % v primerjavi z gnojilom sečnina amonijev nitrat.
V študiji z uporabo vira SAN s počasnim sproščanjem je bilo ugotovljeno zmanjšanje emisij N2O za 57 % za sečnino in 28 % za SAN.
V študiji, izvedeni v osrednjih regijah Kitajske, so poskušali ugotoviti učinke virov dušikovih gnojil na emisije toplogrednih plinov na riževih poljih [24]. V ta namen je kontrolna parcela brez gnojila (N0), samo uporaba anorganskih gnojil (IF), samo uporaba organskih gnojil (OF), mešana uporaba anorganskih gnojil in gnojil s počasnim sproščanjem (SRIF) ter mešana uporaba anorganskih in organskih gnojil ( OFIF) se primerjajo teme. Glede na rezultate, pridobljene v študiji, so viri dušikovih gnojil pomembno vplivali na emisije CH4 in N2O. V primerjavi z izvedbo nadzora (N0) so IF, SRIF, OF in OFIF emisije CH4 povečale za 55 %, 42 %, 51 % in 66 % ter emisije N2O za 165 %, 93 %, 130 % oziroma 251 %. Kot rezultat študije so raziskovalci predlagali, da je uporaba kemičnih gnojil skupaj z gnojili s počasnim sproščanjem trajnostna strategija za povečanje proizvodnje riža in zmanjšanje emisij toplogrednih plinov, vendar bi morale javne ustanove subvencionirati visoke stroške gnojil, ki nastanejo.
Emisije toplogrednih plinov med proizvodnjo gnojil
Haber-Boscheva tehnika za proizvodnjo amoniaka (NH3) z uporabo dušika (N) in vodika (H) je primarna metoda proizvodnje dušikovih gnojil na svetu in ta metoda zahteva visoko temperaturo in veliko energije [25]. Ocenjuje se, da se približno 1,2 % porabljene energije na svetu porabi med proizvodnjo gnojil, prav tako se proizvede enaka stopnja (1,2 %) skupnih emisij toplogrednih plinov [26]. Pri proizvodnji amoniaka je za 1 metrično tono brezvodnega amoniaka potrebno približno 1250 m3 zemeljskega plina [27]. Proizvodnja amoniaka in sečnine sta med glavnimi viri emisij CO2 zaradi človekovih dejavnosti. Zato gnojila glede na njihovo uporabo ne samo oddajajo toplogredne pline, ampak jih med proizvodnjo tudi sprostijo. Količina toplogrednih plinov, izpuščenih v ozračje med proizvodnjo gnojil na svetovni ravni leta 2020, je po poročanju znašala 389142 kiloton ekvivalenta CO2 [2].
Emisije toplogrednih plinov pri proizvodnji gnojil se zelo razlikujejo glede na vrsto uporabljenega gnojila in proizvodno tehnologijo. Glede na zapletene procese v proizvodni fazi je jasno, da bo izračun podatkov o emisijah težak in omejen. Ocena življenjskega cikla (LCA) je široko uporabljena metoda za odkrivanje emisij. To vrednotenje je aplikacija, ki izračuna rezultate vseh dejavnosti, izvedenih v proizvodni fazi, ki neposredno ali posredno vplivajo na življenje in je opredeljena kot ekološki indikator. V tej oceni so vplivi izdelkov in procesov na okolje temeljito analizirani, tj. vključene so emisije iz proizvodnje in uporabe. Emisijski faktorji zagotavljajo udobje, ki ne zahteva podrobnih izračunov emisij v oceni življenjskega cikla [28]. Faktor emisije je tipična količina toplogrednih plinov, izpuščenih v ozračje na enoto dejavnosti. Raziskovalci so izvedli študijo, v kateri so zbrali objavljene emisijske faktorje, povezane z dušikom, fosforjem in nekaterimi sestavljenimi gnojili, ki se uporabljajo kot vhodni podatki v izračunih bilance toplogrednih plinov. Nekatere rezultate, podane v tej študiji, poskušamo povzeti v tabeli 3. Glavni toplogredni plini, ki nastanejo med proizvodnjo dušikovih gnojil, so CO2, ki nastane kot posledica izgorevanja zemeljskega plina, uporabljenega pri sintezi amoniaka. in N2O, ki se sprošča pri proizvodnji dušikove kisline. CO2, izpuščen zaradi uporabe fosilnih goriv med proizvodnjo fosforjevih gnojil, in CO2, izpuščen med transportom surovin, sta bila glavna toplogredna plina v proizvodnji.
Tabela 3. Faktorji emisije toplogrednih plinov nekaterih gnojil (prirejeno po Wood & Cowie, 2004 [28])
Proizvod |
Država | Vsebnost | g CO2 | Vir | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N:P:K | kg N | na kg P2O5 | na kg K2O | kg na proizvod | CO2:N2O:CH4 | |||
| AN | evropsko povprečje | 35.0:0:0 | 7031 | - | - | 2461 | 39.6:59.5:0.9 | [29] |
| AN | Nizozemska | 33.5:0:0 | 7109 | - | - | 2381 | 38.5:60.9:0.5 | [30] |
| AN | Združeno kraljestvo | 33.5:0:0 | 6537 | - | - | 2190 | 29.1:69.7:1.2 | [31] |
| KAN | Švedska: | 27.6:0:0 | 8467 | - | - | 2337 | 38.3:60.9:0.8 | [29] |
| KAN | evropsko povprečje | 26.5:0:0 | 7482 | - | - | 1983 | 39.8:60.6:0.9 | [29] |
| Urea | evropsko povprečje | 46:0:0 | 4019 | - | - | 1849 | 97.5:0.1:2.3 | [29] |
| Urea | Evropi | 46:0:0 | 1707 | - | - | 785 | - | [32] |
| UAN | evropsko povprečje | 32:0:0 | 5763 | - | - | 1844 | 59.1:39.5:1.4 | [29] |
| UAN | evropsko povprečje | 32:0:0 | 4093 | - | - | 1310 | - | [26] |
| UAN | Sodobna evropska tehnologija | 32:0:0 | 2000 | - | - | 640 | - | [26] |
| TSP | evropsko povprečje | 0:48:0:0 | - | 1084 | - | 520 | 96.7:0.5:2.8 | [29] |
| TSP | evropsko povprečje | 0:48:0:0 | - | 354 | - | 170 | - | [26] |
| MAP | evropsko povprečje | 11:52:0 | 6393 | 1352 | - | 238 | 97.9:0.3:1.9 | [29] |
| MAP | evropsko povprečje | 11:52:0 | 2818 | 596 | - | 310 | - | [26] |
| DAP | evropsko povprečje | 18:46:0 | 4812 | 1883 | - | 866 | 97.8:0.2:1.9 | [29] |
| NPK | Švedska | 17:04:13 | 9416 | 40018 | 12313 | 1601 | 40.2:59.0:0.8 | [29] |
| NPK | Švedska | 20:05:04 | 9546 | 38183 | 47729 | 1909 | 37.9:61.4:0.8 | [29] |
| NPK (Acid) | evropsko povprečje | 15:15:15 | 7496 | 7496 | 7496 | 1124 | 52.1:46.9:1.0 | [29] |
| NPK (Nitro) | evropsko povprečje | 15:15:15 | 7896 | 7896 | 7896 | 1184 | 50.8:48.2:1.1 | [29] |
Ob pregledu tabele 3 je razvidno, da obstajajo znatne razlike med različnimi študijami glede emisijskih faktorjev za vsak izdelek gnojila. Poročalo se je, da so te razlike posledica razlik v obratih, mehanizmov za nadzor emisij in razlik v vložkih surovin.
V študiji, ki je preučevala emisije toplogrednih plinov, ki izhajajo iz proizvodnje in uporabe anorganskih in organskih gnojil, je bilo med številnimi izvirnimi študijami izbranih več kot 200 člankov, rezultati pa so bili posredovani [33]. V študiji so bili emisijski faktorji ocenjeni med proizvodnjo gnojil. Pri proizvodnji sintetičnih dušikovih gnojil se glede na vrsto gnojila in vir vodika, ki se uporablja med proizvodnjo, po poročanju giblje faktor emisije med 1 in 10 kg ekvivalenta CO2 na 1 kg N. Medtem ko je faktor emisije, sporočen za fosforjeva gnojila proizvodnja se giblje med 1-1,5 kg CO2-eq.kg-1 P2O5. Navedeno je, da ni dovolj informacij o emisijah iz proizvodnje kalijevih gnojil. Raziskovalci so na splošno poudarili, da obstajajo razlike v emisijskih faktorjih zaradi razlik v surovinah in razlik v uporabi med državami.
Emisije, ki nastajajo pri proizvodnji komposta, so se gibale v širokem razponu. Emisijski faktor za eno tono trdnih odpadkov je bil sporočen kot 1-2300 kg ekvivalenta CO2. Na splošno je bilo ugotovljeno, da so emisije iz prometa zelo nizke za vse vrste gnojil
Poročalo se je, da imajo organska gnojila visoke emisije, zlasti med dolgotrajnim skladiščenjem. Ugotovljeno je bilo, da medtem ko se emisije CH4 zmanjšajo med skladiščenjem tekočih organskih odpadkov ali gnojil, se povečajo emisije N2O. Poročali so, da so emisije iz skladiščenja sintetičnih gnojil ali komposta zanemarljive, vendar je bilo tudi navedeno, da je malo podatkov o skladiščenju komposta.
Emisije toplogrednih plinov zaradi živalskega gnoja
Živalski gnoj ima pomemben delež v emisijah toplogrednih plinov, ki izvirajo iz kmetijstva. Ravnanje z živalskim gnojem, gnojem, ki ostane na pašnikih, in gnojem, uporabljenim v tleh, povzroči približno 22 % emisij toplogrednih plinov iz kmetijstva [2]. Emisije iz živalskega gnoja, ki nastanejo pri živinoreji, so plini metan (CH4) in dušikov oksid (N2O) [34]. Emisije toplogrednih plinov zaradi živalskega gnoja se zelo razlikujejo glede na številne dejavnike. IPCC, ki ga je ustanovil Okoljski program Združenih narodov v pristojnosti sprejemanja odločitev za ocenjevanje tveganj podnebnih sprememb, ki jih povzročajo človekove dejavnosti, ponuja metodologije, ki se uporabljajo pri ocenjevanju nacionalnih popisov emisij toplogrednih plinov. V ta namen so v tabeli 4 podani faktorji emisije plina CH4, ki temeljijo na "Nacionalnem poročilu o popisu emisij toplogrednih plinov IPCC" in na podlagi povprečne letne temperature 20 °C za različne živali. V tabeli so upoštevane vzhodnoevropske vrednosti za govedo, prašiče in bivole, medtem ko se za ostale živali uporabljajo vrednosti razvitih držav.
Tabela 4. Faktor emisije metana pri ravnanju z živalskim gnojem (prirejeno po IPCC 2006 [35])
| Žival | Emisijski faktor (kg CH4 na žival-1.leto-1 ) |
|---|---|
| Govedo molznica | 27 |
| Drugo govedo | 13 |
| prašič | 5 |
| Plemenski prašič | 8 |
| ovce | 0.28 |
| Koza | 0.20 |
| kamela | 2.37 |
| Konj | 2.34 |
| Osel in mula | 1.10 |
| piščanec | 0.02 |
| puran | 0.09 |
| Raca | 0.03 |
Z naraščajočo človeško populacijo se povečuje tudi število živali, ki se gojijo v zaprtem sistemu za zadovoljevanje svojih potreb po hrani. Gnojila iz živali se pogosto uporabljajo na obdelovalnih poljih. Ti izdelki, ki so zelo pomembni za izboljšanje zdravja tal, posredno ali neposredno prispevajo tudi k emisijam toplogrednih plinov. Potencialne količine emisij toplogrednih plinov živalskih gnojil, pridobljenih iz različnih držav, so predstavljene v tabeli 5.
Tabela 5. Emisije ogljikovega dioksida (CO2), metana (CH4) in dušikovega oksida (N2O) iz živalskega gnoja, proizvedenega v nekaterih državah (prirejeno po Thangarajan et al., 2013 [36])
| Država | Vrsta živali | Količina in stopnja potencialnih emisij toplogrednih plinov | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CO2–C (emisij na leto1) | % skupnih emisij | CH4 CO2 –C eq. (emisij na leto-1) | % skupnih emisij | N2O CO2 –C eq. (emisij na leto-1 ) | % skupnih emisij | |||
| Avstralija | piščanec govedo prašič ovca |
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 |
|
| ZDA | piščanec govedo prašič ovca |
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 |
|
| Nova Zelandija | piščanec govedo prašič ovca |
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 |
|
| Kitajska | piščanec govedo prašič ovca |
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 |
|
| Bangladeš | piščanec govedo prašič ovca |
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 |
|
| Južna Afrika | piščanec govedo prašič ovca |
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 |
|
| Nemčija | piščanec govedo prašič ovca |
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 |
|
Viri
FAO, (2020). Emissions due to agriculture. Global, regional and country trends 2000–2018. FAOSTAT Analytical Brief Series No. 18. Rome
FAOSTAT, (2023). https://www.fao.org/faostat/en/#data/GT
IPCC, 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth AssessmentReport 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.
FAO, (2011) “Climate Change Mitigation Finance for Smallholder Agriculture”. A guide book to harvesting soil carbon sequestration benefits.
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
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.
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.)
Kayıkçıoğlu , HH, & Okur , N., (2012). greenhouse gas in the release agriculture role . Adnan Menderes University . zir . fac . Magazine , 9(2): 25-38
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
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
Betzelberger , AM, Yendrek , CR, Sun, J., Leisner , CP, Nelson, RL, Avg, DR, & Ainsworth, EA, (2012). Ozone exposure response for US soybean cultivars: linear reductions in photosynthetic potential, biomass, and yield. Plant Physiol. 160, 1827e1839
Snyder, CS, Bruulsema , TW, Jensen, TL, & Fixen . PE (2009). Review of greenhouse gas emissions from crop production systems and fertilizer management effects. Agriculture, Ecosystems and Environment, 133: 247–266
Erisman , JW, Sutton, MA, 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
Stehfest , E., & Bouwman , L., (2006). N 2 O 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
Linquist , B., van Groenigen , KJ, Adviento-Borbe , MA, Pittelkow , C., & van Kessel, C., (2012). An agronomic assessment of greenhouse gas emissions from major cereal crops. Global Change Biol. 18, 194e209
Gellings , CW, & Parmenter , KE (2016). Energy efficiency in fertilizer production and use. Efficient Use and Conservation of Energy; Gellings , CW, Ed.; Encyclopedia of Life Support Systems, 123-136
FAO, (2014). Agriculture, Forestry and Other Land Use Emissions by Sources and Removals by Sinks. FAO Statistics Division Working Paper Series ESS/14-02
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
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
Jarecki , MK, Parkin , TB, Chan, ASK, Hatfield, JL, & 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
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
Association of American Plant Food Control Officials, (2013). AAPFCO Official Publication 65. AAPFCO, Little Rock, AR.
Halvorson, AD, Snyder, CS, Blaylock, AD, & Del Grosso, SJ (2014). Enhanced-Efficiency Nitrogen Fertilizers: Potential Role in Nitrous Oxide Emission Mitigation. Agronomy Journal, 106(2), 715. doi:10.2134/agronj2013.0081
Zhang, ZS, Chen, J., Liu, TQ, Cao, CG, & Li, CF (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
Modak , J.M. (2002). News process for ammonia synthesis. Resonance, 7(9), 69-77.
Kongshaug , G. 1998. Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions in Fertilizer Production. IFA Technical Conference, Marrakech, Morocco, 28 September-1 October, 1998, 18pp.
Gellings , CW, & Parmenter , KE (2016). Energy efficiency in fertilizer production and use. Efficient Use and Conservation of Energy; Gellings , CW, Ed.; Encyclopedia of Life Support Systems, 123-136.
Wood, SW, & 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
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
Kramer, KJ, Moll, HC & Nonhebel , S. (1999). Total Greenhouse Gas Emissions Related to the Dutch Crop Production System. Agriculture, Ecosystems and Environment, 72, 9-16
Elsayed , MA, Matthews, R. & Mortimer, ND (2003). Carbon and Energy Balances for a Range of Biofuels Options. Report by Resources Research Unit, Sheffield Hallam University for DTI Sustainable Energy Programs
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.
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
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
IPCC, 2006. Intergovernmental Panel on Climate Change Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/ .
Thangarajan , R., Bolan, NS, 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