EMISJA AMONIAKU Z WYBRANYCH NAWOZÓW NATURALNYCH I MINERALNYCH

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2006 z. 512: 411-419

EMISJA AMONIAKU Z WYBRANYCH NAWOZÓW

NATURALNYCH I MINERALNYCH

Tadeusz Marcinkowski, Marek Kierończyk Żuławski Ośrodek Badawczy w Elblągu,

Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach

Wstęp ·

Konieczność ochrony powietrza na terenach użytkowanych rolniczo jest dzisiaj równie ^ważnym zadaniem, jak ^dbałość o czystość znajdujących się tam za- sobów wodnych. Wynika to przede wszystkim ze stale pogarszającej się jego ja-

kości, w następstwie przedostawania się do atmosfery różnego rodzaju zanieczysz-

czeń o charakterze pyłów oraz substancji ciekłych i gazowych, szkodliwych nie tylko dla ludzi, ale również dla całego świata przyrody ożywionej i nieożywionej.

Wśród substancji gazowych zanieczyszczających powietrze ważne miejsce zajmuje amoniak. Zdaniem wielu autorów [MISSELBROOK i in. 2005; WEBB i in. 2005] emisja amoniaku z nawozów naturalnych stanowi nie tylko jedno z najważniejszych, rol- niczych źródeł rozpraszania azotu, ale i zanieczyszczania środowiska. Na uwagę zasługują też gazowe straty amoniaku, które mają miejsce podczas stosowania,

zwłaszcza pogłównie, mineralnych nawozów azotowych zwierających amonowe i amidowe formy azotu. Ze współczesnych badań - często opartych na pomiarach

ilościowych - wynika, że w skrajnych przypadkach, podczas nawożenia, straty amoniaku z obornika mogą przekraczać 50%, a z gnojowicy nawet 80% pierwot- nej zawartości azotu amonowego [SAPEK i in. 2000; FERM i in. 2005]. Należy dodać, że procesom ulatniania amoniaku towarzyszy powstawanie tlenkowych postaci azotu, w tym podtlenku azotu, którego wydajność powstawania określana jest na

około 1 % zawartości azotu amonowego w oborniku i gnojowicy [FERM i in. 1999].

Celem pracy było określenie strat amoniaku podczas stosowania gos- podarskich nawozów naturalnych i wybranych mineralnych nawozów azotowych, w konkretnych warunkach produkcji rolniczej żuławskich gospodarstw rolnych.

Materiał i metodyka badań

Eksperymentalne pomiary masy ulatniającego się amoniaku z gospodar- skich nawozów naturalnych i mineralnych nawozów azotowych wykonywano w trakcie tzw. kampanii polowych, corocznie organizowanych w dwóch żuław­

skich gospodarstwach demonstracyjnych, zajmujących się towarową produkc_ją

mleka i żywca wołowego. W latach 2004-2005 doświadczalnie określono straty amoniaku podczas stosowania obornika bydlęcego pod uprawy polowe oraz gna-

412 T. Marcinkowski, M. Kierończyk

Tabela 1; Table 1 Ogólna charakterystyka prowadzonych doświadczeń polowych

. oraz warunków pomiarów emisji amoniaku

Conditions of fertilizers application on plots for measuring ammonia emissions Rodzaj i miejsce zas- Dawka Powierzchnia po-

Data pomiaru nawozu letka doświadczał-

Dale of measu- losowanego nawozu

Dose nego; Experimen- Uwagi

Type of fertilizer Notes

rement

and application place of fertilizer tal area (t·ha-¹⁾ (m2)

obornik - ściernisko niebo zachmurzone, prze-

09-12 IX 2004 po zbożu; solid ma- 24

lotne opady deszczu, maks.

nure - stubble field 400 temp. powietrza 20°c

after grain cloudy sky, small showers,

max. air temp. 20°C

obornik - ściernisko małe zachmurzenie, bez

26-29 IX 2005 po zbożu; solid ma-

28

opadów, maks. temp. po- nure - stubble field 500 wietrza 18°C; claudless sky,

after grain no rainfall, max. air temp.

18°C

obornik - ściernisko zachmurzenie, niewielkie

27-30 IX 2005 po zbożu; solid ma- 30

opady deszczu, maks. temp.

nure - stubble field 500 powietrza 19°C; cloudy sky,

after grain small rainfall, max. air

temp. 19°C

gnojówka - użytek ,. małe zachmurzenie, bez

08-11 VII 2004 zielony; liquid ma- 15 546 opadów, maks. temp. 22°C

nure - grassland claudless sky, no rainfall,

max. air temp. 22°C saletra amonowa - 0,175 100 ^małe zachmurzenie, bez 13-16 VII 2004 ^użytek zielony; am- opadów, maks. temp. 19°C

monium nitrate - claudless sky, no rainfall,

grassland max. air temp. 19°C

niebo zachmurzone, opady

mocznik - użytek deszczu o rńżnej intensyw-

20-23 VII 2004 zielony; carbamide - 0,130 100 ności, maks. temp. powiel-

grassland rza 19°C; cloudy weather,

rainfall of variable inten- sity, max. air temp. l9°C

małe zachmurzenie, bez

mocznik -użytek opadów, maks. temp. po-

04--07 VII 2005 zielony; carbamide - 0,130 100 wietrza 30°C; claudless sky,

grassland no rainfall, max. air temp.

30°c

małe zachmurzenie, bez

mocznik - użytek opadów, maks. temp. po-

09-12 VII 2005 zielony; carbamide - 0,130 100 wietrza 22°C; claudless sky,

grassland no rainfall, max. air temp.

22°c

-

jówki bydlęcej, saletry amonowej i mocznika stosowanych na użytki zielone. Mo- nitoring emisji amoniaku prowadzono techniką mikrometeorologicznej dozyme- trii pasywnej [FERM 1995; MARCINKOWSKI 2000] przez trzy kolejne doby, tj. łącznie

przez okres 72 godzin. Badania wykonane w roku 2004 (tab. 1) obejmowały po- miary strat amoniaku z użytków zielonych nawożonych pod trzeci pokos gnojów-

ką bydlęcą w dawce 15 m³·ha-¹ bądź saletrą amonową lub mocznikiem w dawce nasypowej odpowiednio 0,175 i 0,130 t·ha-1• Jesienią tego roku przeprowadzono

EMISJA AMONIAKU Z WYBRANYCH NAWOZÓW NATURALNYCH ... 413 również badania strat amoniaku z obornika bydlęcego (dawka 24 t·ha-1), który zastosowano na ściernisko po pszenicy i przykryto glebą na trzeci dzień po nawo-

żeniu. Stosując podobną metodyką i terminy badań, pomiary strat amoniaku kon- tynuowano w roku 2005. Dotyczyły one szacowania emisji gazu z użytków zielo- nych nawożonych mocznikiem (pomiary wykonano w dwóch powtórzeniach) oraz z upraw polowych, pod które zastosowano obornik bydlęcy w dawce 28 i 30 t·ha-:. W pierwszym przypadku obornik przykryto glebą natychmiast po zastoso- waniu, zaś w drugim po upływie trzeciej doby. Do aplikacji obornika używano roztrząsaczy z wałkami pozion1ymi, zaś gnojówkę rozlewano przy użyciu tradycyj- nych wozów asenizacyjnych, posiadających u wylotu zaworu spustowego płytkę rozbryzgową. Podczas badań polowych pobierano próbki stosowanych nawozów naturalnych ce!el!'Y oznaczenia w nich zawartofri azotu całkowitego i amonowego.

Próbek nawozów mineralnych nie analizowano. Również podczas· trwania kampa- nii polowych (tab. 1) rejestrowano panujące warunki meteorologiczne, w tym

zwłaszcza opady atmosferyczne oraz maksymalną i minimalną temperaturę po- wietrza.

Wyniki i dyskusja

W warunkach przeprowadzonych doświadczeń polowych straty azotu amo- niakalnego z obornika (tab. 2) były wyraźnie zróżnicowane i w zależności od zas- tosowanej dawki nawozu oraz terminu jego wymieszania z glebą, kształtowały się

w szerokim przedziale wartości od 9,5 do 27,5% początkowej zawartości w nim azotu ogólnego. W przebiegu dynamiki uwalniania się amoniaku, oprócz warun- ków meteorologicznych, decydujące znaczenie miał czas, jaki upływał od chwili jego zastosowania do chwili wymieszania z glebą. Wykazano, że straty azotu amo- niakalnego z obornika przyk1ytego glebą przed upływem doby od rozrzucenia,

kształtują się na poziomie około 9,5% zastosowanej dawki azotu ogółem. W po- dobnych warunkach przeprowadzonego doświadczenia polowego, straty azotu z obornika, zast0~owanego w dawce 120 i 150 kg N·hll-¹ i przykrytego glebą po

upływie trzeciej doby, były ponaddwukrotnie większe i kształtowały się na pozio- mie odpowiednio 20,7 i 27,6% zastosowanej dawki azotu ogółem. Zatem ze

względów ekologicznych, a także ekonomicznych, konieczność natychmiastowego i bezwarunkowego wymieszania nawozu z glebą, natychmiast po zastosowaniu, winna być bezwzględnie zalecana. Jednak najwyższe straty amoniaku - rzędu

49,5% azotu ogółem - zanotowano po zastosowaniu na łąkę trwałą gnojówki by-

dlęcej w dawce 92,5 kg N·ha-¹ i przy użyciu tradycyjnego wozu asenizacyjnego z zastosowaniem rozbryzgowej techniki aplikacji. Skalę strat amoniaku potwier-

dzają wcześniej przeprowadzone badania przez PIETRZAKA [2000], gdzie analogicz- ne straty amoniaku z gnojówki bydlęcej zastosowanej w zbliżonej dawce na łąkę trwałą, osiągały wartość rzędu 41,7% azotu ogółem. Głównych przyczyn tak du-

żych strat azotu upatruje się zarówno w wysokiej zawartości azotu amonowego w gnojówce (tab. 2), jak i w zastosowanej - rozbryzgowej technice aplika~ji, która w pizeciwieństwie do zalecanych obecnie technik doglebowej lub pasmowej, sprzyja wysokim stratom azotu [UN/ECE 2001 ]. Na uwagę zasługują stosunkowo wysokie straty azotu również w formie amoniaku, które występują podczas stoso- wania na użytkach zielonych mineralnych nawozów azotowych w postaci saletry amonowej i mocznika. Doświadczalnie określona emisja amoniaku po zastosowa-

Rodzaj nawozu Fertilizer type Obornik Solid manure Gnojówka Liquid manure Saletra am. Ammonium n. Mocznik Carbamide

Tabela 2; Table 2 Straty azotu amoniakalnego podczas aplikacji wybranych nawozów naturalnych i mineralnych Ammonia emission from liquid manure, solid manure, ammonium nitrate and carbamide after application Straty azotu w kolejnych dobach po aplikacji nawozów Ilość N og. Ilość N-NH4 Losses of nitrogen in days following fertilizer application Miejsce w nawozie w nawozie % N ogółem (% N-NH,) zastosowania N tot. in N-NH4 in (kg N-NH1·ha•I) % total N (% N-NH4) Place of measure-applied applied ments manum manure doba; day doba; day razem razem (kg·ha-1) (kg·ha-

1 )

1 2 3 total 1 2 3 total 1202> 36 21,6 2,3 1,0 24,9 18,0(60) 1,9(6,3) 0,9(2,7) 20,8(69) grunt orny 140 42 11,1 2,1 0,0 13,2 7,9(19) 1,5(3,6) 0,0 9,5(23) arabie land

..

1 )

14,9 2,4 0,1 17,4 24,8 4,0 0,2 29,0 1l dotyczy amidowej formy azotu; amid nitrogen content !) za; after (MARCINKOWSKI 2005)

.i,. ... .i,. ~ ~

., a.

i

" o

EMISJA AMONIAKU Z WYBRANYCH NAWOWW NATURALNYCH ... 415

niu na łąkę trwałą pod drugi pokos saletry amonowej w dawce 60 kg N·ha-¹

kształtowała się na poziomie 4,24 kg N·ha-¹·72 h-^1• Zdecydowanie wyższe wartości

emisji amoniaku zanotowano po zastosowaniu, w podobnych warunkach

doświadczania polowego, mocznika również w dawce 60 kg N·ha-^1• W trzykrotnie powtórzonym doświadczeniu uzyskane wartości emisji amoniaku kształtowały się

na poziomie od 12,9 do 20,2 kg N·ha-¹·72 h-1, co odpowiadało stratom azotu od 21,5 do 33,6%, bardzo wysokim, w stosunku do zastosowanej dawki czysteg0

składnika w nawozie.

Wnioski

1. W warunkach przeprowadzonego doświadczenia, straty amoniaku z oborni- ka przykrytego glebą przed upływem doby od zastosowania kształtowały się

na poziomie 9,5% zawartości w nim azotu ogólnego. Straty amoniaku z obornika przykrytego glebą po upływie trzeciej doby były ponaddwukrot- nie większe.

2. Najwyższe straty amoniaku, rzędu 49,5% azotu ogółem w nawozie, wystę­

pują przy nawożeniu gnojówką bydlęcą użytków zielonych przy zastosowa- niu rozbryzgowej techniki aplikacji.

3. Stosunkowo wysokie straty azotu w postaci amoniaku mają również mie.isce podczas stosowania niektórych mineralnych nawozów azotowych, zwłaszcza

na użytkach zielonych. Doświadczalnie ustalony współczynnik emisji amo- niaku dla saletry amonowej wynosił 7,1 %, a dla mocznika kształtował się

.w przedziale od 21,5 do 33,6%.

Literatura ..

FERM M. 1995. The horizontal ammonia ftux technique. /nstructions for sampling and analysis. IVL Gothenburg, Sweden: 9 ss.

FERM M., KLEMEDTSSON K.A., WESLJEN P., KLEMEDTSSON L. 1999. Emission of NH3 and

Np

FERM M., MARCINKOWSKI T„ KIERONCZYK M., PIETRZAK

s.

MARCINKOWSKI T. 2000. Emisja amoniaku z gospodarskich składowisk obornika w świetle pomiarów ilościowych. Zesz. Nauk. AR w Szczecinie 84: 269-274.

MARCINKOWSKI T. 2005. Ocena strat amoniaku z użytków zielonych w zależności od dawki i rodzaju stosowanych nawozów naturalnych i mineralnych. Zesz. Probl.

Post. Nauk. Rol. 505: 229-234.

MISSELBROOK T.H., NICHOLSON F.A., CHAMBERS B.J., JOHNSON R.A. 2005. Measuring ammonia emissions from applied manure: an intercomparison of commonly used samplers and techniques. Environmental Pollution 135: 389-397.

PIETRZAK S. 2000. Gospodarowanie nawozami 01r;anicznymi pochodzenia zwierzęcego

w aspekcie ochrony jakości wody. Dobre praktyki w rolnictwie. RCDRRiOW, Przysiek: 38-51.

416 ^T. Marcinkowski, M. Kierończyk

SAPEK A., SAPEK B., PIETRZAK S. 2000. Rola produkcji rolniczej w rozpraszaniu składni­

ków nawozowych do środowiska. Dobre praktyki w rolnictwie. Przysiek:

RCDRRiOW: 5-31.

UN/ECE. 2001. Framework adviso,y code of good agricu/tural practice for reducing ammonia emissions. Ammonia Expert Group Proc. Berne, 18-20 IX 2000. Envir.

Document. No. 133: 37-53.

WEBB J., MENZI H., PAIN B.F., MISSELBROOK T.H., DAMMGEN U., HENDRIKS H., DóHLER

H. 2005. Managing ammonia emissions from livestock production in Europe. Envi- ronmental Pollution 135: 399-406.

Słowa kluczowe: nawozy naturalne i mineralne, emisja amoniaku

Streszczenie

Emisja amoniaku z nawozów naturalnych stanowi jedno z najważniejszych,

rolniczych źródeł rozpraszania azotu i zanieczyszczania środowiska. Na uwagę zasługują też gazowe straty amoniaku, które mają miejsce podczas stosowania,

zwłaszcza pogłównie, mineralnych nawozów azotowych zwierających amonowe i amidowe formy azotu. W latach 2004-2005 doświadczalnie, z wykorzystaniem metod mikrometeorologicznej dozymetrii pasywnej, określano straty amoniaku podczas stosowania obornika bydlęcego pod uprawy polowe oraz gnojówki bydlę­

cej, saletry amonowej i mocznika, stosowanych pogłównie na użytkach zielonych.

Wykazano, że straty azotu amoniakalnego z obornika zastosowanego w dawce 140 kg N·ha-^1, przykrytego glebą przed upływem doby od rozrzucenia, kształtują się na poziomie około 9,5% początkowej davv'ki azotu ogółem. Natomiast straty azotu z obornika zastosowanego w dawce 120 i 150 kg N·ha-¹ i przykrytego glebą

po upływie trzeciej doby są ponaddwukrotnie większe i kształtują się na poziomie odpowiednio 20,7 i 27,6% zastosowanej dawki azotu ogółem. Najwyższe straty amoniaku, rzędu 49,5% azotu ogółem, zanotowano po zastosowaniu na łąkę trwałą gnojówki bydlęcej w dawce 92,5 kg N·ha-¹ i przy zastosowaniu rozbryzgo- wej techniki aplikacji. Natomiast zastosowanie na łące trwałej pod drugi pokos saletry amonowej lub mocznika w dawce 60 kg N·ha-¹ wiązało si~ ze stratami azotu amoniakalnego na poziomie 7,1 % dla saletry amonowej i od 21,5 do 33,6%

dla mocznika.

AMMONIA EMISSION PROM SELECTED ORGANJC NATURAL AND MINERAŁ FERTILIZERS

Tadeusz Marcinkowski, Marek Kierończyk

Regional Division in Elbląg,

Institute. of Land Reclamation and Grassland Farming, Falenty Key words: organie and minerał fertilizer, ammonia emission

EMISJA AMONIAKU Z WYBRANYCH N/,WOZÓW NATURALNYCH ... 417

Summary

Ammonia emission from natural fertilizers is one of the most important agricultural source of nitrogen dispersion and environment pollution. Ammonia gas Iosses should be also noticed - they occur during spreading, particularly at plants top-dressing with minerał nitrogen fertilizers containing amid and ammo- nium nitrogen.

In years 2004-2005 the ammonia losses were experimentally estimated using method of micrometeorological passive dosimetry. The measurements were made immediately after plant fertilization:

on arabie land - with solid cattle manure,

on grasslands - with cattle urine, ammonium nitrate and carbamide.

lt was found that ammonia nitrogen losses from solid manure spread at the rate of 140 kg N·ha-¹ and covered with soi! within 24 hours were about 9.5% of nitrogen starter rate. Nitrogen Iosses from solid manure spread at rates: 120 and 150 kg N·ha-¹ covered with soi! after three days were more than twice higher and were respectively: 20.7 and 27.6% applied nitrogen dose. The highest ammonia Iosses - about 49.5% of nitrogen - were noted when the cattle urine at rate of 92.5 kg N·ha-¹ was applied on permanent meadow using drop splashing tech- nique for application. However, ammonium nitrate or carbamide application on permanent meadow under second cut at rate of 60 kg N·ha-¹ generated ammonia nitrogen Iosses respectively: 7.1 % for ammonium nitrate and 21.5-33.6% for car- bamide.

Doc. dr hab. Tadeusz Marcinkowski Instytut Melioracji i Uzytków Zielonych

Żuławski Ośrodek Badawczy ul. Giermków 5

82-300 ELBLĄG

e-mail: tamar@neostrada.pl