Universitetet for miljø- og biovitenskap

Transkript

1 IMT-Ra p p o r t nr. 20/2007Natal dispersal and social Spredeteknologi for bløtgjødsel (Fo r e l ø p i g ra p p o r t, k o n f i d e n s i e l l - m å ik k e of f e n t l i g g j ø r e s fø r oppdragsgiver tilrår det) John Morken Ins t i t u t t fo r ma t e m a t i s k e re a l f a g og te k n o l o g i Universitetet for miljø- og biovitenskap ISSN

2 Forord Institutt for matematiske realfag og teknologi, UMB, har på oppdrag fra Statens Landbruksforvalting (SLF) gjort en utredning om spredeteknologier for husdyrgjødsel. Oppdraget har også vært finansiert av SLF. Oppdraget har vært Statens landbruksforvaltning ynskjer underlagsmateriell for å avgjere kva for spreiemetodar som kjem inn under ordninga. Vi håpar Universitetet for miljø og biovitenskap kan hjelpe oss med dette. Det er viktig å få klarlagt kva for tap ulike spreiemetodar representerer. Vidare ynskjer vi underlagsmateriell for å setje ei grense for kor fort husdyrgjødsla må moldast ned etter spreiing. Utgangspunktet må vere at nedmoldinga skal skje raskare enn 18 timar etter spreiing, som er kravet i husdyrgjødselforskrifta. Som underlag for vurdering av tilskotssatsar, ynskjer vi eit vurdering av kostnadene med bruk av det aktuelle spreieutstyret. Det ferdige produktet skal vere eit notat eller ein liten rapport som vi skal bruke som underlag for vurderingane våre når ordninga skal setjast saman. Bakgrunnen for utredningen er: Statens landbruksforvaltning har fått i oppdrag å utforme ein ny tilskotsordning for miljøvenleg spreiing av husdyrgjødsel. Dette skal vere eit pilotprosjekt i Oppdraget er gjeve etter jordbruksoppgjeret, og er omtala i St.prp.nr. 77 ( ). Her heiter det at... Avtalepartene ønsker derfor å prøve ut et arealtilskudd for det arealet som gjødsles med stripespreder, injeksjonsutstyr eller som der gjødsla nedmoldes raskt etter spredning. Dette vil også redusere faren for avrenning av fosfor fra husdyrgjødsla Avtalepartene er enige om å iverksette et nasjonalt pilotprosjekt for miljøvennlig spredning av husdyrgjødsel. Den nye ordninga skal gje tilskot til spreiing av husdyrgjødsel på engareal med spreiingsmetodar som gjev lite tap av ammoniakk, som gjev liten avrenning av næringsstoff (særleg fosfor) og som reduserar luktforureininga. Og den skal gje tilskot til areal der husdyrgjødsla vert molda ned raskt. Med den forholdsvise korte tidsfristen vi har hatt til utarbeiding av rapporten har det ikke vært mulig å gjøre en fullstendig litteraturgjennomgang. Instituttet mener likevel at den kunnskap instituttet har opparbeidet seg på fagområdet gir et godt grunnlag til gjennomføringen av oppdraget. Ås, John Morken Side2

3 Innhold Innledning... 3 Beskrivelse av ulike teknologier... 4 Spredning eng og voksende åker... 4 Spredning i åpen åker... 7 Vanntilsetning... 8 Klassifisering av teknologi... 8 Økonomi... 9 Konklusjon Framtidige utrednings- og forskningsoppgaver Referanser Innledning Mesteparten av husdyrgjødsla stammer fra storfe og gris (ref.). Nesten all denne gjødsla handteres som bløtgjødsel. Med unntak av noe hønsegjødsel handteres resten av gjødsla som fastgjødsel. For at hønsgjødsel skal handteres som bløtgjødsel må man tilsette vann. Fokusering på tetting av gjødsellagre tyder også på at saue- og getegjødsel også kan bli nokså bløt. Undertegnede har blitt kontaktet av gårdbrukere som har tilsatt vann til sauegjødsel for å lette handteringen av den som bløtgjødsel, på grunn av at den er for bløt til å handteres som fastgjødsel. Bløtgjødsel fra storfe og gris inneholder fra 3 til 5 kg nitrogen per tonn gjødsel. Av dette er ca. 50 % og 70 % ammoniakk i h.h.v. storfegjødsel og grisegjødsel. I tillegg inneholder gjødsla de fleste andre plantenæringsstoffene med fosfor som det viktigste med et innhold mellom 0,7 og 1 kg per tonn. Gjødsel defineres som regel ut fra tørrstoffinnholdet, og for bløtgjødsel ligger det på mellom 5 og 12 %. Tørrstoffinnhold og innhold av næringsstoffer avgjøres av en rekke faktorer der fôrsamensetning, mengde og type strø samt vanntilsetning trolig er de viktigste faktorene. Når bløtgjødsel lagres vil den gjennomgå en anaerob omsetning der noen av sluttproduktene er flyktige organiske fettsyrer. Det er disse som danner lukt når vi sprer gjødsel på overflata. Lukt er et resultat av sammensetning av ulike luktstoffer, styrkeforholdet mellom disse, samt totalkonsentrasjon. Når gjødsel blandes inn i jorda reduserer man konsentrasjonen (eller emisjon per tidsenhet). Den internasjonale avtalen om reduksjon av langtransporterte nitrogenoksider og ammoniakk, den såkalte Gøteborg protokollen fra 2001, resulterte i at Norge forpliktet seg til å begrense ammoniakkutslippene til under tonn. Beregninger utført av SSB tyder på at vi ar holdt oss under denne grensen, men at vi stadig nærmer oss denne grensen. Endring i dyretallet er hovedårsaken til denne endringen. I St.prp. 77, om jordbruksoppgjøret 2007, står det at det skal opprettes et nasjonalt pilotprosjekt for mer miljøvennlig handtering av husdyrgjødsel. Videre heter det at det er ønskjelig å øke andelen husdyrgjødsel som blir spredd med en mer miljøvennlig spredeteknologi og/eller nedmolding. Det skal settes i gang et prosjekt for å prøve ut et arealtilskudd for det arealet der det blir brukt mer miljøvennlig spredemetoder, eller der gjødsla blir moldet ned raskt. Rapporten skal kunne brukes som en veileding for Side3

4 hva som kan defineres som miljøvennlig spredeteknologi. Et annet et mål med rapporten er å beskrive hvilke konsekvenser spredning av gjødsel med ulike teknologier vil kunne få for fosforavrenning. Fosforavrenning er et resultat av: nedbør og plantedekke spredetidspunkt i forhold til planteverkst innblanding av gjødsla i jorda (umiddelbar nedharving, nedmoding, nedfelling ellerinjesering) Hoveddokunentene som ligger til grunn for rapporten er anbefalinger fra ekspertgruppen for ammoniakkutslipp under UN-ECE (UN-ECE, 2001), sluttrapporten fra EU-prosjektet Ammonia Losses From Agricultural Manure (prosjektnr. FAIR6-CT ) (Martinez et al., 2001), samt resultatene fra forskningsprosjektet Miljøvennlige driftsformer i landbruket (Morken and Nesheim, 2004). Beskrivelse av ulike teknologier Spredning eng og voksende åker I eng og stående åker kan en nytte stripespreder eller nedfeller. Stripespredning av grisegjødsel kan medføre 30 % mindre N-tap i forhold til breispredning i stående åker. Forsøk har vist at en kan oppnå 80 % reduksjon ved 50 cm høg åker med grisegjødsel. Under de samme forholdene har storfegjødsel, som er mer viskøs, gitt en reduksjon i ammoniakktap på mellom 10 og 30 % (Martinez et al., 2001). Antallet gårdbrukere som har stripespredere er vanskelig å anslå. Noen av disse tilsetter vann og sprer ut gjennom slangespredere. Firmaet Agromiljø leverer denne typen utstyr. Bedriften HMV har også utstyr til dette formålet, men er betydeligere mindre. Grunn nedfellingsteknikk kan man kun bruke på lettare jordarter, mens dyp nedfellingsteknikk også kan bli brukt på tyngre jordarter. En grunn nedfeller lager et V-forma spor i bakken, ca. 2 cm brett og 5 cm dypt. Sporet kan enten bli lagd ved av hjelp av to skråstilte skiveristler, en kniv eller et V-forma hjul. Grunne nedfellere kan plassere opptil 2,5 3 tonn gjødsel per daa. Teknikken er en del brukt i Danmark, Nederland og Tyskland. Det finnes derfor flere utenlandske produsenter. Den har bare i liten grad vært forsøkt brukt i Norge, kanskje i antall under 5. Dyp nedfeller består av en skiveristel og en tinde med nedføringsrør for gjødsel. Skiveristelen skjærer opp et vertikalt spor og gjødsla blir ført ned gjennom et rør montert på tinden. I enden på tinden er det en gåsefot som lager et horisontalt spor til plassering av gjødsla. Dybden av sporet er cm. Trekkraftbehovet er stort, ca hk per tinde. Dette begrenser både nedfellingsbredda og avstanden mellom tindene. Dyp nedfelling er ikke brukt komersielt verken i Norge eller i andre land. Her til lands har vi utvikla direkte gjødselinjisering (DGI), som har færre ulemper enn de andre nedfellerne. Trekkrafta er svært låg, og den kan brukes i hellende terreng (Morken et al., 2000). De ulike spreieteknikkene er vist i figur 2. Dette står stor kontrast med de andre nedfellerne, siden disse har maksimal hellingsgradient på 7-10 Side4

5 grader. DGI kan være problemisk å bruke på siltjord og på stiv leire som er tørr. Under slike betingelser blir gjødsla liggende på overflata. DGI har vært i markedet siden Produsenten har solgt mellom 200 og 300 maskiner. Et litteraturstudie (Martinez et al., 2001) viste at dyp nedfelling (Deep injection) og grunn nedfelling med etterfølgende valser som lukker sporet med gjødsel i (closed slot injection) var de beste teknologiene med hensyn til ammoniakktap (Figur 1). DGI (Pressurised injection) gav tap som låg i samme intervallet som åpen nedfelling (Open slot injection). Figur 1. Ammoniakktap i prosent av tilført ammoniakk for ulike tilføringsteknologier. (Etter (Martinez et al., 2001)). Broadspread = breispreiing, Bandspread = stripespreiing, Open slot injection = åpen nedfelling, Closed slot injection = grunn nedfelling med etterfølgende valser, Pressurised injection = DGI, Deep injection = dyp nedfelling. Side5

6 Stripespreder (Foto: Star) Grunn nedfeller (Foto: BS Vognen) Dyp nedfeller (foto: J. Morken) DGI (Foto: J. Morken) Figur 2. Ulike spredeteknikker for spredning av bløtgjødsel i eng. Side6

7 Spredning i åpen åker Ammoniakktapet er størst like etter spredning, og det avtar med tiden fra spredning til eventuell innarbeiding Dersom man sprer gjødsel på åpen åker kan en innarbeide gjødsla i jorda ved nedharving og nedpløying. Ammoniakktapet øker med tida frå spreiing til innarbeiding, og hvor stor andel av gjødsla som blir gjemt av jord. Nedharving eller nedpløying kan kun gjøres på pløyd jord eller jord som senere skal bli sådd. Dette er også de eneste metodene for reduksjon av ammoniakktap fra spredning av fastgjødsel og halvfast gjødsel. En undersøkelse gjennom modellering av tid fra spredning til nedmolding (Morken and Nesheim, 2004), viste at ikke bare tiden fra spredning til nedmolding hadde betydning, men også hvorvidt man spredde gjødsla på stubben og pløyde den ned, eller om man harvet den ned etter pløying. Undersøkelser har vist at nedfellere samt stripespredere som er beregnet til eng også kan brukes på åker som er under vekst. I tillegg er det utviklet nedfellere som er beregnet å bruke på pløyd åker før såing (svartjordsnedfellere). For tiden importerer ingen slike nedfellere. 60,0 Ammoniakkutslipp, %% av tilfør 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 Harv, vår Harv, haust Plog, vår Plog, haust 0, Tid frå tilføring til innarbeiding, timar Figur 3. Ammoniakktap fra spreding av bløtgjødsel på stubb. Innarbeiding ved pløying eller harving 3, 9 og 18 timer etter spreding, samt spreding både vår og høst. Side7

8 Vanntilsetning Tilsetning av vann har en sikker effekt på ammoniakktapet. Egne forsøk har vist at ammoniakktapet øker med 10 % per prosent tørrstofføkning. EU-prosjektet viste 11 % økning per prosent tørrstofføkning. Figur 4. Ammoniakktap som funksjon av tørrstoffinhold (etter (Morken and Nesheim, 2004). Klassifisering av teknologi Tabellen gir en vurdering av teknologiene i forhold til ammoniakktap og lukt. Ammoniakktapene er i samsvar med anbefalingene fra (UN-ECE, 2001). Tallene kan avvike noe fra figur 2, men er de tallene som er anbefalt å bruke av UN-ECE, og velger derfor å bruke disse tallene. Luft er en mer subjektiv vurdering, men forfatteren har brukt resultater fra en engelsk undersøkelse (Pahl et al., 2001) i vurderingen. Tabell 1. Evaluering av ulike spredeteknikkers egenskaper i forhold til ammoniakktap og luktspredning fordelt på vekter og tid på året for spredning. Teknologi Eng Åpen åker Vår Sommer Høst Vår Voksende Høst åker Stripespreder 20 (+) 20 (+) - 20 (+) 20 (+) 20 (+)* Vanntilsetning * Stripespreder og * vanntilsetng. DGI ** ** Skivenedfellere ** ** Dyp nedfelling ** ** Svartjordsnedfeller Nedharving 3 t Nedpløying 3 t *=kan brukes i forbindelse med nedharving/nedpløying Side8

9 **=regelverket må endres +++++= mest luktreduksjon Når vi har vurdert DGI til lavere ammoniakkreduksjon enn det forskning har vist, er det ut fra hensynet til at forholdene for injisering ikke alltid kan være optimale. Det går fram av figuren at kombinasjon med vann (50 %) og stripespredning kan forventes å gi reduksjoner på nivå med skivenedfelling og DGI. Ut fra erfaringer kan imidlertid ikke forvente at det lukt blir like mye redusert. Dyp nedfelling er mest effektiv, men er ikke aktuell i bruke både ut fra kapasitetshensyn og skader på jordoverflata. I likhet med rapporten fra UN-ECE er det vurdert å sette grensa for tid fra spredning til innarbeiding til 3 timer. Da er det mulig å oppnå samme reduksjoner som ved nedfelling og injeksjon på eng. Ut fra ønske om redusert ammoniakktap hadde det vært ønskelig med enda kortere periode, men det er trolig vanskelig å gjennomføre. Fosforavrenning er et resultat av planteopptak, nedbør, og erosjonsfare. Man tilstreber å spre gjødsla i vekstsesongen for at det skal være planter som kan ta opp fosforet. Det er derfor spesielt høstspredning som er kritisk i forhold til fosfortap. Da er det lite planteopptak og relativt store nedbørsmengder. Dersom jorda også er pløyd eller harvet øker eroderbarheten. Vi vet for lite om bruk av husdyrgjødsel om høsten ved redusert jordarbeiding, eller nedfelling av gjødsla på eng om høsten, men trolig vil fosforavrenningen kunne reduseres dersom en større mengde ble brukt på arealer for redusert jordarbeiding framfor å bli brukt på pløyd åker. Det er også viktig å være klar over lystgassproduksjon ved nedfelling av gjødsel. Det har vært gjort undersøkelser i andre land, og disse har konkludert med at så lende gjødsla innarbeides i i sjiktet 0 5 cm er det lite fare, men dypere nedfelling kan gi lystgassproduksjon dersom det er forhold som gir oksygenmangel (vannmettet jord). Av de nevnte metodene er det nedpløying som kan være problematisk. Disse forholdene vet vi for lite om under norske forhold. Økonomi Investering i nedfellere medfører en merinvestering på ca. kr Dette gjelder både DGI og skivenedfellere. Stripespredere har en merinvestering på ca. kr ,-. For å kunne vurdere om dette kan være en lønnsom investering, må vi forutsette en pris på gjødsla. Siden det er tapet av ammoniakk (og dermed utnytting av nitrogen) som endres brukes nitrogenprisen som en vurdering av lønnsomheten. Nitrogenprisen har imidlertid variert mye det siste året. Her vil vi forutsette en pris på kr. 7,- per kg (den har variert fra 3 til 10). I betraktningen må vi anslå et ammoniakktap ved vanlig spredning. Anslår dette til 60 %. Med et ammoniakkinnhold på 3 kg/tonn gjødsel, og en reduksjon på 60 %, vil dette bety 1,08 kg per tonn gjødsel. Avskriving av på 10 år gir årlig utgift på kr ,-. Figuren viser forventet økonomisk resultat som funksjon av gjødselmengde. Figuren viser at ved 2000 m 3 /år, kan resultatet bli 0 for nedfelling og DGI. I figuren er det også gjort et overslag over forventet økonomisk resultat som funksjon av gjødselmengde ved stripespredning. Selv om investeringen blir noe lavere (ca. kr. Side9

10 100.00), blir tapet av ammoniakk større, slik at ved et volum på 2000 m 3 /år vil man oppnå en negativ differanse på kr ,-. Forholdet blir imidlertid mer likt nedfelling dersom man blander inn vann i gjødsla fordi ammoniakktapet reduseres. Man må regne med noe større investeringer (pumper og slanger). Størrelsen er avhengig av nødvendig lengde på slange, men er rimelig anslag er at investeringene er på samme nivå som for nedfelling og DGI Stripespredning Nedfelling Spart mineralgjødsel, kr Mengde, m3 Figur 5. Spart innkjøp av nitrogen som funksjon av gjødselmengde for nedfelling inkludert DGI og stripespredning uten vanntilsetning. Konklusjon Ut fra Tabell 1 foreslås det å at miljøvennlig spredning av husdyrgjødsel kan innbefatte: Spredning på eng og voksende åker o Vannutblanding og stripespredning o Mekanisk nedfelling (mindre fall enn 10 grader og lette jordarter) o DGI Åpen åker o Nedpløying eller nedharving innen 3 timer o Svartjordsnedfellere o Mekaniske nedfellere på redusert jordarbeidingsarealer o DGI på redusert jordarbeidingsarealer o Økonomiske betraktinger av ulike teknologier tyder på at det er bedre lønnsomhet i nedfelling framfor stripespredning. Imidlertid kan stripespredning med vannutblandet gjødsel gi omtrent like små tap av ammoniakk som det nedfelling og injeksjon kan gi. Lønnsomheten vurderes dermed å være like god. Side10

11 Det foreslås at vannutblanding og stripespredning defineres som miljøvennlig spredeteknologi, selv om man ikke kan forvente like god luktreduksjon. Framtidige utrednings- og forskningsoppgaver Utslipp av ammoniakk til luft er godt dokumentert. Virkning av teknologi på lukt er lite dokumentert, og burde vært bedre utredet i løpet av forsøksperioden. Den største mangelen på kunnskap er virkning av injersering og nedfelling på avrenning av fosfor. Teoretisk synes det som om injesering og nedfelling på høsten i eng eller åker uten forutgående pløying vil kunne redusere avrenningen av fosfor i forhold til nedharving eller nedpløying på grunn av at jordoverflata beholdes urørt. Det er usikkert hvilke konsekvenser dette vil kunne ha på nitratavrenning. Forskningsprosjekt som belyser disse problemstillingene hadde vært ønskelig både fra miljøsynspunkt, men også fra et økonomisk synspunkt da høstspredning vil medføre redusert behov for lager, og redusert negativ effekt av jordpakking (det er dokumentert at de negative avlingsmessige konskvensene er lavere ved høstspredning enn ved vår eller sommerspredning). Trolig kan dette også ha konsekvenser for utslipp av drivhusgasser da utslippet er en funksjon av lagringsvolum og lengda på lagringsperioden. Man bør også være oppmerksom på eventuell lystgassemisjon ved nedfelling av gjødsel, og dette er også et tema som burde bli belyst i forsøksperioden. Referanser Martinez, J., B. Pain, H. Menzi, and J. Morken Ammonia losses from field applied manure - An overview of the abatement strategies. Research Centre Foulum, Tjele, Danmark. Morken, J., and L. Nesheim Utnytting og tap av næringsstoffer i husdyrgjødsel: framtidege utfordringar NLH, Norges landbrukshøgskole, Institutt for matematiske realfag og teknologi, Ås. Morken, J., J.M. By, and D.H. Lervåg Use Of Pressurized Slurry Injection On Steeply Sloping Terrain, pp. 7 p AgEng paper, Warwick, England. Pahl, O., R.J. Godwin, M.J. Hann, and T.W. Waine Cost-effective pollution control by shallow injection of pig slurry into growing crops. Journal of Agricultural Engineering Research 80: UN-ECE UNECE FRAMEWORK CODE FOR GOOD AGRICULTURAL PRACTICE FOR REDUCING AMMONIA. Side11