Tadeusz Marcinkowski 1, Marek Kiero czyk 1, Jerzy Barszczewski 2
1 uławski O rodek Badawczy w Elbl gu
2 Zakład Ł k i Pastwisk, Instytut Melioracji i U ytków Zielonych, Falenty
Wst p
Ulatnianie si amoniaku z szeroko rozumianej produkcji rolniczej nadal zaliczane jest do głównych antropogenicznych zanieczyszcze powietrza atmosferycznego.
Według ERISMANA i in. [2008] rolnictwo europejskie, przy du ym zró nicowaniu w uj ciu pa stwowym i regionalnym, odpowiedzialne jest w co najmniej 90% za emisj amoniaku do atmosfery oraz w 20% za emisj materii zawieszonej (w tym PM2.5 i PM10), w której powstawaniu udział amoniaku i tlenków azotu (NOX) jako prekursorów jest niepodwa alny. Emisja amoniaku z rolnictwa w Polsce w ocenie Krajowego Centrum Inwentaryzacji Emisji szacowana jest obecnie na około 280 tys. ton [OCHRONA
RODOWISKA 2008]. Ulatnia si on z licznych, na ogół rozproszonych ródeł emisji, a gdy jego st enie przekracza 3 mg NH3m-3, daje si identyfikowa organoleptycznie. W gospodarstwach rolnych i na obszarach u ytkowanych rolniczo s to mi dzy innymi grunty orne i u ytki zielone, gdzie emisja amoniaku ma miejsce zaws ze po zastosowaniu naturalnych i mineralnych nawozów azotowych, a jej intensywno jest wypadkow wielu czynników, w tym warunków pogodowych, rodzaju uprawy, rodzaju nawozów, dawki i stosowanej techniki aplikacji nawozów [MARCINKOWSKI, KIERO CZYK
2006; NDEGAWA i in. 2008]. Niewielka emisja amoniaku wyst puje równie z powierzchni li ci ro lin uprawnych zwłaszcza w warunkach intensywnego nawo enia azotowego.
Ten kierunek rozpraszania azotu z rolnictwa do rodowiska oraz potencjalne mo liwo ci jego ograniczania w warunkach produkcji ro linnej na u ytkach zielonych, oceniano na podstawie do wiadcze polowych przeprowadzonych w kilku wybranych uławskich gospodarstwach rolnych, specjalizuj cych si w produkcji mleka i ywca wołowego.
Materiał i metodyka bada
W latach 2004-2008 do wiadczalnie okre lano gazowe straty azotu w formie amoniaku po zastosowaniu na u ytki zielone gnojówki bydl cej, saletry amonowej i mocznika.
T. Marcinkowski, M. Kiero czyk, J. Barszczewski 148
Z uwagi na to, e badania wykonywano w trzech ró nych gospodarstwach, warunki prowadzonych do wiadcze polowych (tab. 1) były wyra nie zró nicowane tak pod wzgl dem czynników glebowych, klimatycznych i technologicznych. Pomiary emisji amoniaku wykonywano bezpo rednio po zastosowaniu nawozu na powierzchni poletka do wiadczalnego (około 400 m2) przez kolejne trzy doby, stosuj c w tym celu metod mikrometeorologicznej dozymetrii pasywnej [FERM i in. 2005]. Szczególn uwag przy ocenie emisji amoniaku zwracano na dawk i rodzaj zastosowanego nawozu oraz na technik i warunki jego aplikacji. Badania rozpocz to w roku 2004 i dotyczyły one okre lenia ilo ci ulatniaj cego si amoniaku z ł ki trwałej nawo onej, technik aplikacji rozbryzgowej pod drugi pokos, gnojówk bydl c w dawce 25 m3ha-1. Po rocznej przerwie badania na u ytkach zielonych wznowiono w roku 2006. Obejmowały one szacowanie emisji amoniaku z u ytków zielonych po nawo eniu gnojówk bydl c , sa-letr amonow i mocznikiem w ró nych terminach wegetacji ro lin ale w zbli onej dawce azotu ogółem równej 60-70 kg N ha-1. Do wiadczenie z gnojówk bydl c i saletr amonow , stosuj c podobn technik aplikacji, powtórzono w kolejnym roku bada . W roku 2008 emisj amoniaku oceniano po zastosowaniu na ru ł kow o wysoko ci około 10 cm, 24 m3ha-1 gnojówki bydl cej technik aplikacji doglebowej.
Nawóz wprowadzano do gleby z aplikatura na zasadzie injekcji redlicowej, któr mo na okre li równie mianem injekcji szczelinowej (slot injection) na gł boko 1,5-2,0 cm i przy szeroko ci szczeliny około 1,0 cm. Podczas bada polowych pobierano próbki stosowanej w nawo eniu gnojówki bydl cej celem oznaczenia w niej zawarto ci azotu całkowitego i amonowego. Przemian nawozów mineralnych nie analizowano. Podczas wykonywania polowych (tab. 1) pomiarów emisji amoniaku rejestrowano równie panuj ce warunki meteorologiczne, w tym temperatur powietrza, szybko wiatru i opady atmosferyczne.
Wyniki i dyskusja
Uzyskane wyniki polowych pomiarów emisji amoniaku (tab. 2) wskazuj , e gazowe straty tej formy azotu mog by bardzo zró nicowane. W zale no ci od dawki i rodzaju u ytego nawozu oraz sposobu jego aplikacji, kształtowały si one w szerokim przedziale od 6,1 do 70,7% w stosunku do zastosowanej dawki azotu ogółem.
Najwi ksza emisja amoniaku miała miejsce podczas stosowania gnojówki bydl cej technik aplikacji rozbryzgowej. Bez wzgl du na termin wykonanego zabiegu nawo enia, kształtowała si ona w przedziale od 33,5 do 49,5 kg N ha-1. Pozwala to na przypuszczenie, e około 50% zastosowanego azotu ogółem ulotniło si z nawozu ju po upływie trzeciej doby od jego zastosowania a zatem straty rodowiskowe i produkcyjne s tutaj bardzo wyra ne. SOMMER i OLESN [2001], NDEGAWA i in. [2008]
twierdz , e przy tego rodzaju technologii nawo enia s one nie do unikni cia a jedynym realnym sposobem ich ograniczania jest zastosowanie techniki bezpo redniej aplikacji doglebowej. Przeprowadzone w roku 2008 do wiadczenie z wykorzystaniem do nawo enia aplikatura doglebowego, dozuj cego gnojówk na zasadzie płytkiej injekcji redlicowej (shallow slot injection), wyra nie potwierdza mo liwo uzyskania efektywnej redukcji strat amoniaku. W tym przypadku oszacowana do wiadczalnie emisja amoniaku z gnojówki bydl cej, zastosowanej w dawce 68 kg N ha-1 pod trzeci pokos traw, wynosiła 16,2 kg N-NH3 i była o około dwu-trzykrotnie ni sza ni przy tradycyjnej technice nawo enia.
S ZAC OWANIE I OGRANICZANIE EMISJI AMONIAKU ... 149 W ród czynników, które mog mie wpływ na uwalnianie amoniaku z nawozów naturalnych i mineralnych stosowanych w nawo eniu u ytków zielonych, liczni autorzy [THOMPSON i in. 1990] wymieniaj czynniki glebowe, w tym odczyn gleby, pojemno sorpcyjn wobec kationów, stopie wysycenia wod profilu glebowego oraz czynniki klimatyczne w tym szybko wiatru, temperatur i opady atmosferyczne. Z kolei HOLTMAN-HARTWIG i BOCKMAN [1994]; THOMPSON i in. [1990]; SOMMER i OLESN [1991]
zgodnie twierdz , e ze wzgl du na specyficzny „mikroklimat” panuj cy na powierzchni u ytku zielonego, du szorstko powierzchni, mo liwo bezpo redniego pobierania azotu w formie amonu i amoniaku przez ru ł kow , ograniczon mo li wo kontaktu nawozu z gleb , czynniki glebowe posiadaj tutaj znaczenie drugorz dne.
Natomiast realny wpływ na wielko emisji amoniaku mog mie temperatura i szybko wiatru, zwłaszcza przy „powierzchniowym” sposobie nawo enia. Podczas prowadzonych pomiarów (tab. 1) nie zauwa ono wyra nego wpływy temperatury powietrza na emisj amoniaku za wpływ wzrastaj cej szybko ci wiatru wydaje si prawdopodobny zwłaszcza przy szacowaniu ulatniania si amoniaku z gnojówki bydl cej.
Nie ulega jednak w tpliwo ci, e w przypadku nawo enia u ytków zielonych nawozami mineralnymi, zwłaszcza w postaci stałej, brak mo liwo ci ich wymieszania z gleb , nale y do podstawowych czynników powoduj cych straty azotu w formie amoniaku. Bez wzgl du na termin wysiewu nawozów, współczynnik gazowych strat tej formy azotu (tab. 2) dla saletry amonowej, zale nie od zastosowanej dawki nawozu, przyjmował stosunkowo du e warto ci i wynosił od 6,1 do 8,3% za dla mocznika przy dawce 60 kg N ha-1 był najwy szy i wynosił 29%.
Wnioski
1. Polowe pomiary emisji amoniaku wykonane bezpo rednio po zastosowaniu na ru ł kow gnojówki bydl cej, saletry amonowej i mocznika jednoznacznie wskazuj , e dawka, rodzaj nawozu oraz sposób jego aplikacji to główne czynniki kształtuj ce skal ulatniania si amoniaku ze stosowanych na u ytkach zielonych nawozów naturalnych i mineralnych.
2. W omawianych warunkach realny sposób ograniczenia emisji amoniaku, zwłaszcza przy stosowaniu gnojówki bydl cej, mo liwy jest poprzez zastoso-wanie w nawo eniu techniki bezpo redniej aplikacji doglebowej.
3. W przypadku gnojówki bydl cej, dozowanej na powierzchni runi ł kowej na zasadzie płytkiej injekcji redlicowej, pozwala to dwu a nawet trzykrotnie ograniczy emisj amoniaku w porównaniu do rozbryzgowej techniki nawo enia.
Literatura
ERISMAN J., BLEEKER A., HANSEN A., VERMEULEN A. 2008. Agricultural air quality in Europe and the future parspektives. Atmospheric Environment 42: 3209-3217.
FERM M., MARCINKOWSKI T., KIERO CZYK M., PIETRZAK S. 2005. Measurements of am-monia emissions from manure storing and spreading stages in Polish commercial farms. Atmospheric Environment 36: 7106-7113.
HOLTMAN-HARTWIG L., BOCKMAN O.C. 1994. Ammonia exchange between crops and air.
T. Marcinkowski, M. Kiero czyk, J. Barszczewski 150
Norwegian Journal of Agricultural Science (supplement) 14: 5-40.
MARCINKOWSKI T., KIERO CZYK M. 2006. Emisja amoniaku z wybranych nawozów naturalnych i mineralnych. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 512: 411-419.
NDEGAWA P.M., HRISTOV A.N., AROGO J., SHEFFIELD R.E. 2008. A review of ammonia emission mitigation techniques for concentrated animal feeding operations. Biosystems Engineering 100: 453-469.
OCHRONA RODOWISKA 2008. GUS: 556 ss.
SOMMER S.G., OLES N J.E. 1991. Effects of dry matter content and temperature on am-monia loss from surface-applied cattle slury. Journal of Environmental Quality 20:
679-683.
THOMPSON R.B., PAIN B.F., REES Y.J. 1990. Ammonia volatilization from cattle slurry following surface application to grassland. II. Influence of application rate, wind speed and applying slurry in narrow bands. Plant and Soil 125: 119-128.
Słowa kluczowe: u ytki zielone, gnojówka bydl ca, emisja amoniaku
Streszczenie
Emisja amoniaku ze ródeł rolniczych nadal zaliczana jest do głównych an-tropogenicznych zanieczyszcze powietrza atmosferycznego. W roku 2007, według Krajowego Centrum Inwentaryzacji Emisji, całkowita emisja tego gazu wynosiła w Polsce 287 tys. ton, w tym z rolnictwa około 280 tys. ton. Licz cy si ładunek emitowanego amoniaku zwi zany jest z nie prawidłowym stosowaniem w produkcji ro linnej, naturalnych i mineralnych nawozów azotowych. Ten kierunek rozpraszania azotu do rodowiska oraz potencjalne mo liwo ci jego ograniczania w warunkach produkcji ro linnej na u ytkach zielonych, oceniano na podstawie do wiadcze polowych przeprowadzonych w kilku uławskich gospodarstwach rolnych, specjalizuj cych si w produkcji mleka i ywca wołowego. W latach 2004-2008 stosuj c metod mikrometeorologicznej dozymetrii pasywnej okre lano straty amoniaku po zastosowaniu na u ytki zielone gnojówki bydl cej, saletry amonowej i mocznika.
Pomiary emisji amoniaku wykonywano bezpo rednio po aplikacji nawozu na powierzchni poletka do wiadczalnego (około 400 m2) przez kolejne trzy doby. W ocenie strat amoniaku szczególn uwag zwracano na dawk i rodzaj zastosowanego nawozu oraz na technik jego aplikacji. Najwy sz emisj rz du 49,5 kg N ha-1 zanotowano podczas stosowania gnojówki bydl cej w dawce 70 kg N ha-1 pod drugi odrost traw technik aplikacji rozbryzgowej, najni sz za rz du 16,2 kg N ha-1 gdy pod trzeci odrost traw zastosowano gnojówk bydl c w podobnej dawce, ale technik aplikacji doglebowej. W tym przypadku emisja amoniaku z gnojówki bydl cej była porównywalna do emisji tego gazu podczas stosowania mocznika w dawce 60 kg N ha-1 pod wiosenny pokos traw.
ESTIMATION AND LIMITATION OF AMMONIA EMISSION FROM GRASSLAND WITH FERTILIZED LIQUID MANURE
Tadeusz Marcinkowski 1, Marek Kiero czyk 1, Jerzy Barszczewski 2
1 Regional Division, Elbl g
S ZAC OWANIE I OGRANICZANIE EMISJI AMONIAKU ... 151
2 Department of Meadows and Pastures,
Institute for Land Reclamation and Grassland Farming, Falenty
Key words: grassland, cattle liquid manure, ammonia emission
Summary
The ammonia emission from agriculture is still among principal anthropogenic air pollutions. According to National Centre of Emission Inventory, in 2007 the total emission of this gas was 287 thousand tons in Poland, including, about 280 thousand tons from agriculture. That considerable load of gaseous ammonia losses is related to the improper using of natural and mineral fertilizers in plant production. This direction of nitrogen dispersal in the environment was estimated by field research carried out in few farms specializing in milk and livestock production, situated in the uławy Region.
In 2004-2008, with micrometeorological passive dosimetry usage, ammonia losses were determined after applying liquid manure, urea and ammonium nitrate on grasslands. The measures of ammonia emission were directly done after the fertilizer application on the area of experimental field (about 400 m2) during next three days. In estimation of ammonia losses particularly important were the dose, type and technique of fertilizer application. The highest emission was 49.5 kg N ha-1 for liquid manure at 70 kg N ha-1 dose after the second regrowth of grass with the splash technique application. The lowest emission was 16.2 kg N ha-1 when the liquid manure in similar dose was applied under the third regrowth of grass directly into the soil. In this case, ammonia emission from the liquid manure was comparable to the emission of this gas from urea application under spring mow grasses at dose 60 kg N ha-1.
Doc. dr hab. Tadeusz Marcinkowski uławski O rodek Badawczy ul. Giermków 5
82-300 ELBL G
e-mail: tadmar.imuz@op.pl
Ogólna charakterystyka prowadzonych do wiadcze polowych oraz warunków pomiarów emisji amoniaku w gospodarst
Conditions of fertiliser application on plots for measuring ammonia emissions on the farms
Emisja amoniaku z u ytków zielonych po zastosowaniu gnojówki bydl cej, saletry amonowej i mocznika Ammonia emission from liquid manure, ammonium nitrate and urea after grassland application Rodzaj nawozu
Type of fertliser
Data pomiaru Date of measurement
Zastosowana technika aplikacji nawozu Application technology
Zawarto N og.
w nawozie N tot. content in
fertilizer (kg ha-1)
Emisja amoniaku w kolejnych dobach po aplikacji naw
Gnojówka Liquid manure
08-11.07.04 19-22.05.06 25-28.08.07 04-07.08.08
rozbryzgowa; splash rozbryzgowa; splash rozbryzgowa; splash doglebowa; slot injection
88 70 68 68
19,4 20,5 15,0 9,3 Saletra amonowa
Ammonium n.
18-21.07.06 17-20.04.07
r czna; manual rzut owa; throw
60 85
2,0 3,6
Mocznik; Urea 09-12.04.061) r czna; manual 60 14,9
1) za [MARCINKOWSKI,KIERO CZYK 2006]
ZES ZYTY PR OB LEMOWE POST PÓW NAUK ROLNICZYCH 2009 z. 538: 155-161