Wpływ systemu chowu bydła na stężenie gazów cieplarnianych i amoniaku w oborach. Seminarium

Transkrypt

1 Wpływ systemu chowu bydła na stężenie gazów cieplarnianych i amoniaku w oborach Seminarium Standaryzacja obiektów zagrodowej infrastruktury technicznej ze szczególnym uwzględnieniem budowli i budynków inwentarskich" realizowane w ramach programu wieloletniego - działanie 8.2. dr inż. Kamila Mazur ZEBW ITP O/Warszawa 25 listopada

2 Cel prezentacji i badań Celem prezentacji było przedstawienie skali emisji gazów cieplarnianych i amoniaku z produkcji zwierzęcej, wyników badań emisji i stężeń wg literatury oraz wyników badań własnych w gospodarstwach produkujących mleko. Celem badań było określenie stężeń i emisji wybranych gazów cieplarnianych oraz amoniaku w różnych systemach utrzymania bydła mlecznego. 2

3 Wstęp Potencjał cieplarniany Gazy cieplarniane Zmiany klimatu: protokoły, strategie Produkcja zwierzęca jako źródło gazów cieplarnianych 3

4 Potencjał cieplarniany => definicja Global Warming Potential GWP- wskaźnik wprowadzony w celu ilościowej oceny wpływu poszczególnych gazów na efekt cieplarniany w odniesieniu do dwutlenku węgla (GWP=1) w przyjętym horyzoncie czasowym (zazwyczaj 100 lat). GWP zależy zarówno od efektywności danego gazu cieplarnianego oraz czasu życia w atmosferze. Oszacowanie czasu życia gazów cieplarnianych jest trudne, gdyż gazy te są dobrze wymieszane w atmosferze. Para wodna => czas życia w atmosferze wynosi ok. 9 dni. CO 2 => lat. CH 4 =>12 lat N 2 O => 150 lat gaz GWP CO 2 1 CH 4 21 N 2 O 310 Źródło: IPPC 4

5 Gazy cieplarniane Para wodna H 2 O produkt oddychania organizmów żywych Dwutlenek węgla CO 2 produkt oddychania organizmów żywych, z produkcji zwierzęcej nie wliczany do ewidencji emisji (pochłaniany przez rośliny w procesie fotosyntezy) Metan CH 4 produkt fermentacji w żwaczu Podtlenek azotu N 2 O,=> amoniak NH 3 jest pośrednio źródłem=> N z moczu przekształca się w amoniak NH 4 + a następnie w NO 3, potem ostatecznie w N 2 przy udziale uwalniania się N 2 O [Dijkstra J. i in. 2013] 5

6 Zmiany klimatu: protokoły, strategie Protokół z Kyoto, przyjęcie w 2005 r. przez Polskę Strategia Zrównoważonego Rozwoju Unii Europejskiej Programy strategiczne badań: przeciwdziałanie i adaptacja do zmian klimatu ze szczególnym uwzględnieniem rolnictwa jako wdrożenie Krajowego Programu Badań [NCBiR, 2011] 6

7 Rolnictwo jako źródło gazów cieplarnianych Emisje GC z kategorii 4. Rolnictwo w 2012 r. w Polsce Sektory Emisja [Gg ekw. CO 2 ] % udział w całk. emisji z kat. Rolnictwo % udział gazów w całk. emisji z kat. Rolnictwo CH 4 N 2 O Rolnictwo ,29 100,0 34,7 65,3 Fermentacja jelitowa 8977,08 24,49 26,6 0,0 Odchody zwierzęce 7336,13 20,01 8,0 14,6 Gleby rolne 20311,2 55,42 0,0 50,7 Spalanie odpadów roślinnych 30,88 0,08 0,1 0,0 Źródło: 7

8 Produkcja zwierzęca jako źródło gazów cieplarnianych Udział gatunków zwierząt gospodarskich w globalnej emisji gazów cieplarnianych Bydło Emisja gazów cieplarnianych (mln ton- ekwiw. CO 2 rok -1 ) CO 2 CH 4 N 2 O Całkowita emisja 1166,2 (61%) 2072,8 (81%) 661,6 (60%) 3900,6 (70%) Małe przeżuwacze 69,9 (4%) 244,5 (10%) 202,6 (18%) 517,0 (9%) Trzoda chlewna 338,9 (18%) 237,3 (9%) 131,1 (12%) 707,3 (13%) Drób 332,2 (17%) - 107,3 (10%) 439,5 (8%) Razem 1907,2 (100%) 2554,5 (100 %) 1102,6 (100%) 5564,3 (100 %) Źródło: Philippe F.-X., Nicks B.,

9 Produkcja zwierzęca jako źródło gazów cieplarnianych Metan CH 4 głównym źródłem jest fermentacja jelitowa Dwutlenek węgla CO 2 głównym źródłem dwutlenku węgla w produkcji zwierzęcej jest wydychane powietrze. Źródłem tego gazu jest także mocz, przy rozpadzie mocznika powstaje amoniak (1 cząsteczka) i dwutlenek węgla (dwie cząsteczki). Podtlenek azotu N 2 O Emisja tego gazu w Polsce w 2011 r wyniosła 87,7 Gg tj. ok. 27,24 mln ton ekwiwalentu CO 2. Główne rolnicze źródła emisji: - gleby rolne 65 %, odchody zwierzęce 18,8 %, przemysł chemiczny 3,9 %, spalanie paliw 7,7 %, [KOBIZE, 2013] 9

10 Stężenie szkodliwych gazów Graniczne wartości zalecenia NH 3 20 ppm CO ppm H 2 S 0,5 ppm, chwilowo na czas usuwania nawozów 5 ppm CH 4 - NDS 2 %; wybuchowość 4-15% Wymagania prawne - warunki utrzymywania zwierząt Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 15 lutego 2010 r. w sprawie wymagań i sposobu postępowania przy utrzymywaniu gatunków zwierząt gospodarskich, dla których normy ochrony zostały określone w przepisach Unii Europejskiej. Dz.U Nr 56 poz. 344 z późn. zmianami - dotyczy cieląt Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 28 czerwca 2010 r. w sprawie minimalnych warunków utrzymywania gatunków zwierząt gospodarskich innych niż te, dla których normy ochrony zostały określone w przepisach Unii Europejskiej. Dz.U nr 116 poz. 778 dotyczy bydła, z wyjątkiem cieląt Dyrektywa 98/58/EC z dnia 20 lipca 1998 r. 10

11 Wymagania prawne budowle rolnicze Ustawa Prawo Budowlane z dnia 7 lipca 1994 r., tekst jednolity Dz. U. 2010, Nr 243, poz z dn.12 listopada 2010 r. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 25 marca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle rolnicze i ich usytuowanie, (Dz.U. 2013, poz. 472) Rozmieszczenie magazynów nawozów naturalnych (płyt obornikowych oraz zbiorników gnojowicy, jak również magazynów pasz objętościowych ma wpływ na stężenie szkodliwych gazów w budynkach inwentarskich. 11

12 Stężenie metanu Źródło: Top Agrar, Nr 10/2013 Stężenie metanu w ciągu doby w oborze podzielonej na sektory z różnymi systemami utrzymania 12

13 Wpływ temperatury powietrza na stężenie amoniaku NH 3 ppm Temperatura o C Źródło: Capdeville

14 NH 3 [g doba -1 DJP -1 ] Wpływ temperatury powietrza na emisję amoniaku Temperatura Źródło: Keck, Schrade, Zahner 2006, wg badań Brose 2000, Dore et al. 2004, Groot Koerkamp et al. 1998, Huis in t Veld et al. 2003, Kroodsma et al. 1993, Philips et al. 1998, Rom et al. 2004, Smitts et al

15 Wielkość emisji gazowych z systemów utrzymania różnych grup technologicznych bydła (kg/rok/szt.) Gaz Para wodna Dwutlenek węgla CH 4 N 2 O Para wodna Dwutlenek węgla CH 4 N 2 O Para wodna Dwutlenek węgla CH 4 N 2 O Ściółkowy słomiasty 3456,4 2664,8 108,4 0, ,4 1944,6 56,3 0,01 Ściółkowy trocinowy System utrzymania Głęboka ściółka słomiasta Krowy mleczne 3562,1 3732,6 2545,3 2989,4 112,91 123,53 0,045 0, ,1 1823,8 57,4 0,016 Jałówki 3567,1 2078,3 79,32 0,019 Cielęta 1941, ,23 21,2 0,002 Głęboka ściółka trocinowa 3862,8 2844,1 126,32 0, ,9 1924,5 84,27 0, ,2 1046,3 24,47 0,004 Bezściółkowy 3956, ,80 119,20 0, ,2 1998,2 66,73 0,022 Rusztowy 3723,7 2129,7 67,58 0, ,4 987,8 19,6 0,006 Źródło: Walczak

16 Emisja amoniaku wg literatury w różnych systemach utrzymania bydła Autor Emisja amoniaku kg/krowę/rok System ściółkowy głęboka ściółka System bezściółkowy z podłogą szczelinową Dolle, Capdeville J od 3 do 8 Demmers T.G.M ,7 8,3 Koerkamp G. i in ,75 8,53 8,64 17,5 Swensson, Gösta Gustarsson 2002 większa emisja amoniaku z obory wolnostanowiskowej z gnojowicą niż z obory uwięziowej z obornikiem (zbadano 34 obory) Źródło: opracowanie własne 16

17 Skutki wysokich stężeń gazów Zwierzęta Obsługa NH 3 choroby górnych dróg oddechowych, silnie drażniący CO 2 spadek zawartości tlenu przyspieszenie oddychania, spadek wydajności mlecznej Para wodna w połączeniu z wysoką temperaturą stres cieplny Budynek korozja 17

18 Sposoby ograniczania stężenia gazów cieplarnianych nawozy naturalne dobór rodzaju ściółki częste czyszczenie dodatki do ściółki (dodatki mineralne haloizyt) dodatki do nawozu: formaldehyd do gnojowicy dodatki bakterii wytwarzających kwasy organiczne, które wiążą amoniak w postaci soli zatrzymując go w ściółce obniżanie temperatury: ściółki, gnojowicy (panele do odzysku ciepła) żywienie : zbilansowane, dodatki do pasz wspomagające procesy trawienne: mikrobiologiczne fitogenne (garbniki, olejki eteryczne, kwasy organiczne, terpeny, alkaloidy, flawonoidy, saponiny i fitosterole) mineralne (haloizyt) budynek inwentarski układ przestrzenno-funkcjonalny budynku (np. zewnętrzne korytarze paszowe) odpowiednia wymiana powietrza 18

19 Możliwości redukcji gazów cieplarnianych - odpowiednia gospodarka nawozami naturalnymi poziom gnojowicy w kanale powinien wynosić maksymalnie 80 cm, ze względu na mikroklimat w oborze; dokładne czyszczenie podłóg szczelinowych; częste ścielenie legowisk utylizacja nawozów naturalnych (biogazownie) Źródło: materiały ZEBW Źródło: materiały ZEBW Źródło: materiały ZEBW Źródło: WOLF SYSTEM 19

20 Możliwości redukcji gazów cieplarnianych - wymiana powietrza Zalecane wielkości wentylacji zimą 90 m 3 /h minimum - w przypadku systemu na głębokiej ściółce wielkość wymiany powiększa się o 50 % latem m 3 /h dla krów mlecznych, dla krów o większej wydajności powiększa się o 25% Warunki dobrej wentylacji powierzchnia otworów nawiewnych: powierzchnia otworów wywiewnych usytuowanie budynku względem stron świata: oś budynku północpołudnie odpowiednia różnica wysokości pomiędzy otworami wlotowymi i wylotowymi, w zależności od rodzaju budynku (izolowany lub nie izolowany) regulowane otwory wlotowe i wylotowe 20

21 Cel i zakres badań Celem badań była ocena parametrów mikroklimatu w oborach, w tym: temperatury powietrza, stężenia amoniaku, stężenia dwutlenku węgla. Zbadano obory w systemach: stanowiskowym ściółkowym 3 obory boksowym ściółkowym 2 obory boksowym bezściółkowym 1 obora na głębokiej ściółce 2 obory z podłożem samospławialnym 1 obora o rocznej wydajności stada co najmniej 6000 l mleka w klasie ekstra, z co najmniej IV poziomem mechanizacji (dzienne jednostkowe nakłady robocizny poniżej10 rbmin dzień -1 DJP -1 ) 21

22 Metodyka Zastosowano Normę Branżową 1986 BN-86/ IBMER Aparatura Termohigrobarometry temperatura powietrza Mierniki dwugazowe MX BRID stężenie NH 3 i CO 2 22

23 System utrzymania krów stanowiskowy, płytka ściółka stanowiskowy, płytka ściółka stanowiskowy, płytka ściółka wolnostanowiskowy głęboka ściółka wolnostanowiskowy głęboka ściółka wolnostanowiskowy z podłożem samospławialnym wolnostanowiskowy boksowy, płytka ściółka wolnostanowiskowy boksowy, płytka ściółka wolnostanowiskowy boksowy bezściółkowy z podłogą szczelinową Wyniki badań Wentylacja: nawiew/ wywiew grawitacyjna: okna/ pionowe kanały wentylacyjne o przekroju prostokątnym, o wym. 0,25m 0,25m grawitacyjna: otwory w ścianach podłużnych pod oknami/ kanały wentylacyjne o przekroju kołowym Ø0,60 m; dodatkowo wentylator osiowy Kubatura m3 DJP-1 66,85 28,5 grawitacyjna: okna /pionowe kanały wentylacyjne 22,8 o przekroju prostokątnym 1,2m1,2m. grawitacyjna: okna (powierzchnia 68,41 niewystarczająca)/ szczelina kalenicowa grawitacyjna okna/ szczelina kalenicowa 40,67 grawitacyjna: otwory( zbyt małe) w ścianach wzdłużnych/ szczelina kalenicowa 62,7 grawitacyjna: otwory w ścianach nad oknami/ 107,8 szczelina kalenicowa grawitacyjna: okna/ szczelina kalenicowa 36,2 grawitacyjna, mobilne kurtyny/ szczelina kalenicowa 74,43 Źródło: opracowanie własne 23

24 Wyniki badań Temperatura powietrza w badanych oborach Nr obory System utrzymania Temperatura powietrza o C średnia / min. -ma STANOWISKOWA ŚCIÓŁKOWA 17,5 / 15,6-20,2 21,9 / 19,2-23,6 21,6 / 17,4-26,4 4 GŁ. ŚCIÓŁKA 21,0 / 15,7-29,6 5 GŁ. ŚCIÓŁKA 25,8 / 20,2-39,2 6 Z PODŁOŻEM SAMOSPŁAWIALNYM 24,5 / 17, BOKSOWA ŚCIÓŁKOWA 11,5 / 7,6-15,8 8 BOKSOWA ŚCIÓŁKOWA 23,9 / 19,5-27,3 9 BOKSOWA BEZŚCIÓŁKOWA 17,7 / 11,9-21,8 Źródło: opracowanie własne 24

25 Wyniki badań Źródło: opracowanie własne Wykres zależności stężenia amoniaku od temperatury powietrza w oborze z podłożem samospławialnym 25

26 Wyniki badań Stężenie amoniaku [ppm] [g h -1 DJP -1 ] Emisja amoniaku [g h-1 DJP-1] 8,78 7,66 6,1 4,93 4,07 4,23 4,5 3,41 2,96 1,73 1,27 1,47 0,88 1,06 0,93 0,77 0,21 0,21 Źródło: opracowanie własne Średnie dobowe stężenie i emisja amoniaku w badanych oborach w okresie wiosenno-letnim 26

27 Wyniki badań CO 2 [g h -1 DJP -1 ] Źródło: opracowanie własne Średnie dobowe stężenie i emisja dwutlenku węgla w badanych oborach w okresie wiosenno-letnim 27

28 Podsumowanie Średnie dobowe stężenie amoniaku i dwutlenku węgla we wszystkich oborach nie przekraczało granic zalecanych standardami tj. 20 ppm dla amoniaku oraz 3000 ppm dla dwutlenku węgla Najwyższe stężenie amoniaku stwierdzono w oborze boksowej ściółkowej 8,78 ppm, na drugim miejscu była obora stanowiskowa ściółkowa 7,66 ppm, na trzecim miejscu była obora boksowa bezściółkowa 6,1 ppm; najniższe stężenia tego gazu było w drugiej oborze stanowiskowych ściółkowej 4,936 ppm. Najwyższe stężenie dwutlenku węgla stwierdzono w trzech oborach stanowiskowych(1105,8 ppm/ 1143,5 ppm/ 1351,6ppm), a najniższe w dwóch z głęboką ściółką (718 ppm/ 737,1 ppm), mimo wysokich średnich temperatur (21,9 o C /21,6 o C). 28

29 Bibliografia 1. Capdeville 1995, Le conditionnement des locau d elevege, Electricite de France Direction de la distribution, ss Dijkstra Jan, Oenema O, van Groenigen JW, Spek JW, van Vuuren AM, Bannink A Diet effects on urine composition of cattle and N 2 O emissions, Animal Jun;7 Suppl 2:, s Dyrektywa 98/58/EC z dnia 20 lipca 1998 r. 4. Keck M., Schrade S., Zahner M. 2006, Minderungmassnamen in der Milchviehhaltung, w: Emissionen der Tierhaltung, Messung, Beurteilung und Minderung von Gasen, Stauben und Keimen, KTBL-Tagung, 5-7 Dezember 2006, Darmstadt, KTBL - Schrift 449, s KOBIZE, 2014, 6. Kośla T Metodyka badań z higieny zwierząt i prewencji weterynaryjnej, Wydawnictwo SGGW, ss NCBiR 2011, Krajowy Program Badań. Założenia polityki naukowo technicznej i innowacyjnej państwa, Załącznik do uchwały nr 164/2011 Rady Ministrów z dnia 16 sierpnia Philippe F.-X., Nicks B., Review on greenhouse gas emissions from pig houses: Production of carbon dioide, methane and nitrous oide by animals and manure, Agriculture, Ecosystems & Environment, Vol. 199, 1 January 2015, s , 9. Romaniuk W. Overby T Systemy utrzymania bydła, ss Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 12 lutego 2010 r. w sprawie wymagań i sposobu postępowania przy utrzymywaniu gatunków zwierząt gospodarskich, dla których normy ochrony zostały określone w przepisach Unii Europejskiej, Dz.U. nr 56 poz. 344 i nr 171 poz. 1157, z późn. zm. 11. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 28 czerwca 2010 r. w sprawie minimalnych warunków utrzymywania gatunków zwierząt gospodarskich innych niż te, dla których normy ochrony zostały określone w przepisach Unii Europejskiej, Dz.U nr 116 poz Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 25 marca 2013 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle rolnicze i ich usytuowanie, Dz.U. 2013, poz Top Agrar, Nr 10/ Walczak J. 2012, Emisja gazów cieplarnianych z utrzymania zwierząt gospodarskich, ss.12, Instytut Zootechniki 15. Zähnaer M., Keck M., Hilty R. 2005, Ammoniak- Emissionen von Rindviehställen, FAT Berichte, Nr. 641/205, s.12 29

30 Dziękuję za uwagę 30