Kortversion av pilotstudierapporten Utvärdering av tre åtgärder för att minska ammoniakemission från fastgödsellager

Transkript

1 Kortversion av pilotstudierapporten Utvärdering av tre åtgärder för att minska ammoniakemission från fastgödsellager Genomförande Platsspecifika förutsättningar Försöksplatsen var lokaliserad ca 15 km öster om Enköping på Verkesta gård. På gården produceras mjölk från en besättning på 67årskor med egen rekrytering. Verkesta hanterar sin gödsel som kletig fastgödsel. Det finns ingen urinseparering i ladugården utan långhalm, träck och urin trycks gemensamt direkt ut på plattan. På plattan får sedan urinen rinna av tillsammans med regnvatten och leds via plattans dränering till en pumpbrunn. Därefter pumpas vätskan vidare till en urinbehållare. Väderlek Försöket pågick från den 3 november 23 till den 17december 23. Väderförhållandena under denna period kan ses i tabell 1. november månad var relativt mild med ett mindre blött snöfall den november. Detta snöfall kom under den andra ammoniakemissionsmätningen. Den del av december som berörs av försöken var också mild men betydligt blåsigare än november (SMHI, 24). Vindriktningen under emissionsmätningarna var väst-syd-väst, syd-syd-väst och syd-ost för mättillfälle 1,2 och 3 respektive. Luft temp Vindhastighet Regnmängd Period C(medel) m/s (medel) mm (accum) 3 nov- 6 nov 6,8 1, nov-2 nov 2,1, nov-4 dec 4,5 2, dec-13 dec,4 3,8 7 Kompletterande nederbördsmängd 7-1 nov, nov och nov 24 Medel/Totalt 3,5 2,1 64 Tabell 1. Sammanfattning av väderförhållanden på försöksplatsen under pilotstudien. Försöksuppställning Försöken utfördes i fem låga lastväxlarcontainrar om 22 m 3 vardera vilka ställdes upp på ett led så att den förhärskande vindriktningen inföll rätvinkligt mot uppställningslinjen. Containrarna var 6 m långa, 2,4 m breda och 1,4 m höga. Avståndet från den fullskaliga lagringsplattan till pilotförsöksplatsen var 1 m. Varje container pallades upp så att den lutade mot den öppna baklämmen för att på så sätt efterlikna en sluttande lagringsplatta för fastgödsel med tre väggar.

2 2 Ungefär 37 kg kletig fastgödsel från Verkesta lastades upp mot framlämmen i vardera container. Ett lågt, till större delen täckt uppsamlingskärl med måtten 2,4 m x,6 m x,15 m lades ut framför varje container för att samla upp den vätska som dränerade från gödseln. Mastfästen svetsades fast, högst upp på de tre fasta sidoväggarna och nere vid botten vid den öppna baklämmen. För att simulera de ansamlingar av vätska som uppkommer på en fullskalig gödselplatta konstruerades halvmånsformade fördämningar på den öppna bottenytan framför gödselhögen i containrarna. De fem försöksleden sammanfattas i tabell 2 nedan. kod Gödselmängd (kg) Gödselkvallitet Containerlutning Åtgärd Täckt Fastare % Containern täckt med en MPDM-gummiduk Torv Fastare % Dränerad Fastare % 374 kg torv inblandat med gödesln vid upplägg i containern Extra väldränerad container genom dubbel containerlutning och borttagna fördämningar Kontroll Fastare 377 1% Ingen åtgärd Gödseln tagen från ställen på lagringsplattan Klet Kletigare % där extra mycket urin ansamlats Tabell 2. Sammanfattande ledbeskrivning för pilotförsöken. Invägning och karakterisering av gödsel Vid lastning av containrarna vägdes var skopa med gödsel genom att skopan ställdes av på en balkvåg. Skopans volym var 1,2 m 3. Ur varje skopa togs tre delprov ut för analys. Delproven från de fyra skopor som tillfördes varje container sammanfördes till ett samlingsprov som fick representera innehållet i containern. Totalt samlades således fem sådana samlingsprov in, ett från varje container. Samlingsproverna skickades till Alcontrol för analys av TS, tot-n, tot-c, NH 4 N, P, K och ph. Mängden avrunnen lakvätska från varje container observerades genom att mäta vätskedjupet i de utlagda uppsamlingskärlen. Vätskan i uppsamlingskärlen provtogs efter omblandning och analyserades med Agros kvävemätare för gödsel (Agros Nova Mk3) med avseende på koncentrationen av NH 4 -. Ammoniakmätningar Metodiken som användes för att kvantifiera ammoniakavgången beskrivs ingående av Schjoerring et al. (1992) och Karlsson (1994). I korthet är mätmetoden en mikrometerologisk massbalansmetod där fyra master med provtagare på fyra olika höjder placeras runt ett mätobjekt. Provtagarna är av typen passiva fluxprovtagare och består av två oxsalsyrebestrukna glasrör som är sammanfogade med en bit silikonslang. I den ena ändan sitter en tättslutande rostfri bricka med ett centrerat hål som har en diameter på 1 mm. Den andra ändan är öppen. Brickan har som uppgift att sänka lufthastigheten inuti provtagaren för att säkra fullgod bindning av ammoniak till oxalsyran. Vid varje mäthöjd placeras

3 3 två provtagare, vända åt olika håll för att mäta både bakgrund och källa. I detta försök placerades provtagarparen på höjderna:,18;,73; 1,82 respektive 4 meter över containerkanten som i sin tur var 1,4 meter hög. Totalt gjordes tre mätningar med denna utrustning. Provtagarna har en begränsning för hur mycket ammoniak de kan binda vilket är anledningen till att ammoniak mätningen delas upp i tre delar. Mätningarna kan dock inte ses som upprepningar då det är känt att färsk gödsel initialt avger en större mängd ammoniak och att emissionen avklingar relativt snabbt. En sammanfattning av mättillfällen, exponeringstider och regerande vindriktning under mätperioden kan ses i tabell 3 nedan. Mätnings nr. Datum Mätningens längd (h) Medelvindriktning under mätperioden Anmärkning 1 3 nov - 11 nov 192 Väst-Syd-Väst Tillfällen med regn under mätningen 2 14 nov - 25 nov 264 Syd-Syd-Väst Ett blött snöfall under mätningen Tillfällen med minusgrader under 3 9dec - 17 dec 192 Syd-Ost mätningen Tabell 3. Sammanfattning av mättillfällen, exponeringstider och regerande vindriktning under mätperioden. Resultat Gödselkarakterisering Gödseln som användes vid försöken klassificeras enligt karakteriseringsstandarden som klass tre och fyra (European Committee for Standardization, 22). Den gödsel som användes i ledet som benämns klet återfinns i klass fyra medan den gödsel som kalls fast och användes i alla andra led bäst stämmer överens med klass tre. Fysikaliska och kemiska egenskaper för de olika fraktionerna sammanfattas i tabell 4 nedan. Gödsel Fastare gödsel i led: täckt, torv, dränerat och kontroll Kletigare gödsel i led: klet Volymvikt (kg/m3) TS (%) Tot-N NH4-N Tot-C P K C/N kvot 817, 18,4 5,7 2,6 79,7,8 5,1 14,1 8,6 918, 15,1 5,1 2,4 57,4,8 4,7 11,2 8,5 ph Torv i led: torv 25, 51,7 6,7,4 258,5,1,1 38,5 4,3 Tabell 4. Fysikalisk och kemisk karakterisering av den gödsel som användes i försöken.

4 4 Kväveförluster Ammoniakemission På grund av ett blött snöväder under den andra mätperioden blev denna mätning omintetgjord genom att en del oxalsyra med bunden ammoniak sköljdes ur rören innan de togs in för analys. Då mätningarna utfördes under november och december månad var temperaturen relativt låg. Detta ledde till generellt låga ammoniakemissioner. Resultaten från de två kompletta mätningarna indikerar att täckning, tillsats av torv och kletigare gödsel gav något lägre kväveförluster i form av ammoniakemission (totalt ungefär 5 g N under mätperioden, Fig. 1.) än kontrollen och ledet med förbättrad dränering (totalt ungefär 6 g N under mätperioden, Fig. 1.). Överlag följer ammoniakavgången det mönster som tidigare visats för fastgödsel med en hög initial emission som avklingar med tiden (Sannö et al., 23). I torvledet registrerades den högsta initiala ammoniakavgången på 27,4 g NH 3 /dygn men också den brantaste minskningen i ammoniakemission till,15 g NH 3 /dygn vid den avslutande mätningen (Fig. 2.). Även gödseltemperaturen i torvledet var markant högre än i de andra försöksleden, 14,5 C jämfört med 4,9-5,5 C för övriga led vid första mätningen och 12,5 C jämfört med -3,2 C för övriga led vid den andra mätningen. Kontrolledet hade en initial ammoniakavgång på 22,8 g NH 3 /dygn som efter 4 dygns lagring avklingade till 9,44 g NH 3 /dygn (Fig. 3.). Det täckta ledet visade den lägsta emissionen och gick från 2,4 till 6,6 g NH 3 /dygn från den första till den andra mätningen medan dräneringsledet visade sig ge den högsta emissionen och gick från 23,8 till 1,3 g NH 3 /dygn under försöket (Fig. 2.). Från den kletledet avgick 2,8 g NH 3 /dygn vid det första mättillfället och 7,3 g NH 3 /dygn vid det andra (Fig. 3.). Figur 1 till 3 visar dygnvis ammoniakavgång samt total kväveförlust i form av ammoniak från de olika leden. 7 6 Total kväveförlust (g) Figur 1. Total kväveförlust i form av ammoniak från de olika försöksleden.

5 Lager med inblandad torv 2 g NH3/dygn 15 Täckt lager Extra väldränerat lager Tid (dygn) från 3129 Figur 2. Dygnvis ammoniakavgång från försöksled med ammoniakbegränsande åtgärder Kontrollager g NH3/dygn Lager med kletigare gödsel Tid (dygn) från 3129 Figur 3. Dygnvis ammoniakavgång från försöksled utan ammoniakbegränsande åtgärder. Ammoniumkväve i dräneringsvätska Avrinning av kväve i ammoniumform följde ett förväntat mönster. Kletgödselledet, med högst vattenhalt, förlorade mest kväve genom avrinning, närmare bestämt 454 g N (Fig. 4.). Både täckningen och tillsats av torv gav en minskning av kväveavrinningen. Det täckta ledet och torvledet förlorade 126 och 115 g N respektive (Fig. 4.). Detta skall jämföras med kontrolledet som förlorade 39 g N (Fig. 4.). Även ur det extra väldränerade ledet lakades jämförelsevis mycket kväve ut. Den totala avrinningsförlusten från dräneringsledet blev 437g N(Fig. 4.).

6 6 Total kväveförlust (g N) Figur 4. Kväveförluster från led A till E genom utlakning av ammonium. Sammanlagd kväveminskning i fastgödsellager Om man beaktar både ammoniakavgång och ammoniumavrinning ser man tydligare effekten av de undersökta åtgärderna. Jämfört med kontrolledet där kväveinnehållet sammanlagt minskade med 893 g N kunde 31 % mer kväve behållas inom fastgödsellagret både genom att täcka lagret och genom att blanda in 1 % torv (Fig. 5.). Kväveminskningen för dessa båda led stannade därmed vid 614 g N (Fig. 5.). Åtgärden att förbättra dräneringen resulterade i en reduktion av totalt kväveinnehåll med 154 g N, vilket är en ökning med 18 % jämfört med kontrolledet. Kväveinnehållet i kletgödselledet minskade med 962 g N, dvs. 8% mer än kontrollen (Fig. 5.). 12 Lakförlust Emissionsförlust 1 Total kväveförlust (g N) Figur 5. Sammanlagd kväveförlust till följd av ammoniakemission och ammoniumutlakning. Procentuell kväveförlust I figur 5 presenterades den totala kväveminskningen. Här bör dock nämnas att den utlakade näringen i normalfallet tas om hand via lagringsplattans dränering och lagras i urinbehållare. Om urinbehållaren är täckt och påfyllnad sker under ytan som föreskrivs enligt Jordbruksdepartementets förordning om miljöhänsyn i jordbruket minimeras kväveförlusterna från behållaren (Jordbruksdepartementet, 1998). Under dessa förutsättningar bör man inte behandla utlakad näring som en

7 7 ren förlustpost varför enbart emissionsförlusterna är medräknade då de procentuella kväveförlusterna för de olika leden presenteras i figur 6 nedan. Beräkningsunderlaget till figur 6 återfinns i bilaga 1. Kontrolledet och ledet med effektivare dränering förlorade vardera 3,5 % och 3,6 % av det ursprungliga kvävet (N-tot in) medan det täckta ledet och ledet med torvtillsats förlorade 2,4 % respektive 2,3 % (Fig. 6.). Kväveförlusten för ledet med den kletigare gödseln uppgick till 3,2 % av det ursprungliga kvävet (Fig. 6.). Resultaten tyder således på att täckningen och tillsatsen av torv visade sig vara mest effektivt medan effektivare dränering och kletigare gödsel inte hade någon effekt. Täckningen och tillsatsen av torv medförde således en sänkning av den gasformiga kväveförlusten med mer än 3 % jämfört med kontrollen. 4, 3,5 Andel förlorat kväve (%) 3, 2,5 2, 1,5 1,,5, Figur 6. Förlorat kväve som procentuell andel av ingående mängd total kväve (N-tot