Lustgas från mark - jordbrukets stora utmaning

Transkript

1 Lustgas från mark - jordbrukets stora utmaning FD Åsa Kasimir Klemedtsson Inst. f. Geovetenskaper, Göteborgs universitet asa.kasimir@gvc.gu.se Nässjö

2 N 2 O, nu den tredje viktigaste långlivade växthusgasen Koncentration av N 2 O vid WMO/GAW luftprovtagningsstationer, som funktion av latitud och år

3 N 2 O i atmosfären För-industriell [N 2 O]=270 nmol / mol Tillförsel: 10,2 Tg N 2 O-N / år Bortförsel: 10,2 Tg N 2 O-N / år Steady-state Atmosfär Ekosystem Crutzen et al. (2008) Atmos. Chem. Phys. 8,

4 N 2 O i atmosfären För-industriell [N 2 O]=270 nmol / mol Tillförsel: 10,2 Tg N 2 O-N / år Bortförsel: 10,2 Tg N 2 O-N / år År 1995 [N 2 O]=315 nmol / mol Tillförsel: 15,8 Tg N 2 O-N / år Bortförsel: 11,9 Tg N 2 O-N / år Antropogen global tillförsel: 5,6-6,5 Tg N 2 O-N / år Därav jordbruk: 4,3-5,8 Tg N 2 O-N / år

5 IPCC Physical Science Basis, AR4 chapter 2 - The primary driver for the industrial era increase of N 2 O was concluded to be enhanced microbial production in expanding and fertilized agricultural lands.

6 N-fixering Global tillförsel av kväve från atmosfärens N 2 till "reaktivt N" T= Tg N år Fossila bränslen BNF odlade Haber-Bosch BNF, hav BNF, land Åska (Galloway et al. 2004, Biogeochemistry)

7 AR5 I, Climate Change 2013, the Physical Science Basis Chapter 6

8

9 Nr-cycle connected to C-cycle C N

10 Gruber & Galloway, Nature 2008

11 Erisman et al. Nature Geoscience 2008

12 Hole in the Pipe NO N 2 O NO N 2 O N 2 NH 4 + NO 3 - Nitrifikation Denitrifikation Utlakning (Firestone & Davidsson, 1989) AR5: A global denitrification rate is much more difficult to constrain than the BNF

13 Fritt oorganiskt Nr Immobilization Organic N Mineral N NH 4 + NO 2 - NO 3 - Mineralization Netto mineralisering avgörande för N 2 O

14 Svensk rapportering till klimatkonventionen (UNFCCC) TABLE 4.D SECTORAL BACKGROUND DATA FOR AGRICULTURE Inventory 2011 Agricultural Soils Submission 2013 v1.1 (Sheet 1 of 2) SWEDEN GREENHOUSE GAS SOURCE AND SINK CATEGORIES IMPLIED EMISSION ACTIVITY DATA AND OTHER RELATED INFORMATION EMISSIONS FACTORS Description Value N 2 O kg N/yr kg N 2 O-N/kg N (2) (Gg) 1. Direct Soil Emissions N input to soils Synthetic Fertilizers Nitrogen input from application of synthetic fertilizers 168,303, Animal Manure Applied to Soils Nitrogen input from manure applied to soils 62,299, N-fixing Crops Nitrogen fixed by N-fixing crops 35,840, Crop Residue Nitrogen in crop residues returned to soils 47,057, Cultivation of Histosols (2) Area of cultivated organic soils (ha/yr) 144, Other direct emissions (please specify) 0.03 Use of sewage sludge as fertilizers (specify) 1,556, Pasture, Range and Paddock Manure N excretion on pasture range and paddock 45,126, Indirect Emissions Atmospheric Deposition Volatized N from fertilizers, animal manures and other 36,829, Nitrogen Leaching and Run-off N from fertilizers, animal manures and other that is lost through leaching and run-off 53,283, Other (please specify) 2.21 Cultivation of mineral soils Area of cultivated mineral soils (ha) 2,815,

15 N 2 O emission, kg N ha -1 yr -1 IPCC EF för direkt emission från jordbruksmark = 1% av N-givan hamnar i N 2 O y = 0,0125x + 0,91 R 2 = 0, N application, kg N ha -1 yr -1 Bouwman A.F., Nutrient Cycling in Agroecosystems 1996

16 FIE (Fertiliser Induced Emission) Har blivit till ett begrepp i.e. emission beror av gödsling

17 N 2 O från Sandjord, Mellby i Halland. Två led med 120 kg N ha -1 år -1, Kalcium Ammonium Nitrat, och en ogödslad kontroll. Samma emission från alla led: 2 kg N 2 O-N ha -1 år -1. Markens brukningshistoria avgörande, inte gödslingen Control Broadcasting Drilling 150 µg N 2 O-N m -2 h May June May June July August September October November December February March April May June

18 Logården experimental farm Organic Spring Wheat Green Manure Ley Winter Oil Seed Rape Winter Wheat Green Manure Ley Winter Rye Field Beans Integrated Spring Wheat Green Manure Ley Green Manure Ley Winter or Spring Rape Winter Wheat Oats Field Beans Manual Chambers

19 C2 and B1 C5 and B7 C3 and B4 Median för de olika grödorna (kg N 2 O-N ha -1 år -1 ): C2 and B1 Logården, lerjord B7 B4 B5 Winter Rye (C2 = Oats) 0, C6 and B2 Field Beans 0, µg N2O-N m -2 h B4 B7 C6 and B2 B4 Y Data C2 and B1 B2 B5 C5 and B7 B1 Wheat Green Manure 0,09 0, Oct Jan Apr Jul Oct Jan Apr Jul Oct Jan Apr Jul Oct Median för de olika åren (kg N 2 O-N ha -1 år -1 ): 0,4 0,4 0,1 0,03

20 Inte högre emission efter handelsgödsel kg N i NP 60 kg N i Axan µg N2O-N m -2 h µg N2O-N m -2 h Apr May -20 Apr May

21 Spannmål odlad på mineraljord i norra Europa Låg emission från Logården, integrerat vårvete på lerjord Medelemission kg N 2 O-N ha -1 yr -1 Ogödslat: 2,2 ± 0,3 Gödslat 3,4 ± 0,7 Logården: 0,9 ± 0,1 Kasimir Klemedtsson & Smith, 2011 Biogeosciences

22 N 2 O intensitet Lustgasemission i förhållande till skördens kväveupptag g N 2 O-N per kg N i biomassa ovan jord Kvävegödsling, Kg N ha -1 år -1 efter Van Groenigen et al. 2010, Towards an agronomic assessment of N 2 O emissions: a case study for arable crops. European Journal of Soil Sciences

23 Dränering av organogen mark frigör kol och kväve C N

24 Process - våtmark I vattenmättad jord ansamlas växtrester (torv) för att nedbrytningen är långsam i syrefri miljö. N 2 O = zero CH 4 CO 2 C N I Sverige 7 Mha våtmarker

25 Process dränerad mark Upplagrat växtmaterial börjar brytas ner, varvid kol och växtnäringsämnen som kväve frigörs. skogsmark CO 2 N 2 O von Arnold et al CO 2, ton C ha -1 yr -1 Drain level: Well 3.0 ( ) Poorly 1.9 ( ) Ditch C N Ernfors et al., 2007 N 2 O, kg N ha -1 yr -1 Boreal 2.6 (0.2-19) Temperate 3.3 (0.1-44)

26 Svensk rapportering till klimatkonventionen (UNFCCC) TABLE 4.D SECTORAL BACKGROUND DATA FOR AGRICULTURE Inventory 2011 Agricultural Soils Submission 2013 v1.1 (Sheet 1 of 2) SWEDEN GREENHOUSE GAS SOURCE AND SINK CATEGORIES IMPLIED EMISSION ACTIVITY DATA AND OTHER RELATED INFORMATION EMISSIONS FACTORS Description Value N 2 O kg N/yr kg N 2 O-N/kg N (2) (Gg) 1. Direct Soil Emissions N input to soils Synthetic Fertilizers Nitrogen input from application of synthetic fertilizers 168,303, Animal Manure Applied to Soils Nitrogen input from manure applied to soils 62,299, N-fixing Crops Nitrogen fixed by N-fixing crops 35,840, Crop Residue Nitrogen in crop residues returned to soils 47,057, Cultivation of Histosols (2) Area of cultivated organic soils (ha/yr) 144, Other direct emissions (please specify) 0.03 Use of sewage sludge as fertilizers (specify) 1,556, Pasture, Range and Paddock Manure N excretion on pasture range and paddock 45,126, Indirect Emissions Atmospheric Deposition Volatized N from fertilizers, animal manures and other 36,829, Nitrogen Leaching and Run-off N from fertilizers, animal manures and other that is lost through leaching and run-off 53,283, Other (please specify) 2.21 Cultivation of mineral soils Area of cultivated mineral soils (ha) 2,815,

27 IPCC Wetland supplement

28 Organogen jord, morotsodling och ingen gödsling N 2 O flux / g m -2 h a) Sep Oct Nov -1 conc / g N g dry soi l NO b) NO 3 - NH NH 4 + conc / g N gdry soil -1 Under 149 dagar 41 (± 2.8) kg N 2 O ha c) 0 WFPS / % air temperature / o C d) air temperature rain -5 0 Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec rain/ mm

29 Mera Falköpingmätningar Gräs Spannmål = 2 kg N 2 O ha -1 år -1 = 1 kg N 2 O-N ha -1 år -1 = 15 kg N 2 O ha -1 år -1 = 10 kg N 2 O-N ha -1 år -

30 Falköping skog

31

32 NUE, Nitrogen-use Efficiency N 2 O NH 4 NO 3 SOM NH % 60% kg N ha -1 i matjorden NO 3 - Flöden och process-täthet avgör om det blir N över för andra processer; nitrifikation, denitrifikation, ammonikavdunstning, utlakning

33 Markfuktighet

34 Produktion styr Bleken and Bakken, 1997: Mängd N som behöver tillsättas i primärproduktionen för att erhålla en produkt som innehåller 1 kg N: 1 kg N i Produkt Kg kväve till åker: Grönsaker och spannmål 3 kg N Mjölkprodukter 14 kg N Köttprodukter, ätbara delar 21 kg N 1 kg N i Mjöl 2 kg N sprids 1 kg N i Mjölk 13 kg N sprids 1 kg N i Kött 20 kg N sprids

35 Överflöd av Nr bör undvikas