Går jorden under? Økologisk jordbrugs klimabelastning hvad kan der gøres?

Transkript

1 UNIVERSITET Går jorden under? det historiske perspektiv og menneskets rolle Økologisk jordbrugs klimabelastning hvad kan der gøres? 1. DECEMBER 2009 Forskningsprofessor Jørgen E. Olesen

2 Observeret temperatur ændring (målt serie) CRU, UEA

3 Observed temperatur stigning (målt serie) NOAA

4 McCarthy (2009) AARHUS Årsager til nylige klimaændringer

5 Observeret temperatur stigning over land og hav NOAA

6 En danskers klimafodaftryk (ton CO 2 ) Kyoto: 13 t DS: 24 t Forbrug: 19t Mål 2050, 2-3 tons på forbrug 6 Chrintz, NIRAS

7

8 Husdyrproduktion er ansvarlig for 18% af de globale drivhusgasemissioner. Den globale husdyrproduktion er stærkt stigende (kødproduktionen vil fordobles fra 2000 til 2050). Konsekvens af populations- vækst, globalisering og stigende velfærd. Der produceres ca. 230 mil. tons kød/år, stigende til 465 mil. tons 2050 Udledningen fra 1 kg globalt produceret kød er således 30 kg CO 2 /kg ekskl. mælk. AARHUS Landbrugets bidrag til klimaændringer Fossil energi (direkte og indirekte) Metan og lattergas emissioner Ændringer i jordens kulstoflager (fald/stigning) Bidrag til afskovning (især i troperne) Bidrag til produktion af bioenergi

9 Landbrugets globale bidrag til drivhusgasser Andel af globale udledninger af drivhusgasser (%)

10 Dansk landbrugs bidrag til klimagasser Udledninger Drivhusgas Kilde Mio. ton CO 2 -ækv % af DK Metan (CH 4 ) Husdyrs fordøjelse 2,6 3,7 Lagring af husdyrgødning 1,1 1,5 Lattergas (N 2 O) Lagring af husdyrgødning 0,5 0,7 Handels- og husdyrgødning 2,5 3,5 Tab af kvælstof (især udvaskning) 2,2 3,1 Afgrøderester og organisk jord 0,4 0,6 Kuldioxid (CO 2 ) Brændstofforbrug 1,6 2,3 Dyrkning af organisk jord 1,1 1,6 Kalkning 0,2 0,3 Kulstof i mineraljord -0,4-0,6 I alt 11,8 16,9 10

11 Udviklingen i udledningerne af metan og lattergas Drivhusgasemissioner (mill. ton CO 2 -ækv) Metan (CH 4 ) Lattergas (N 2 O) CH 4 +N 2 O

12 Forventede reduktioner i drivhusgas-udledninger fra dansk landbrug i Kyoto-perioden (1990 til 2010) Kilde mio. ton CO 2 Metan 0,3 Lattergas 2,9 Kulstof i mineraljord 1,5 Kulstof i lavbundsjord 0,1 Mindsket kalkning 0,3 I alt 5,1 Samlet forventes dansk landbrug under Kyoto-protokollen at bidrage til reduktioner på 5,1 mio. ton CO 2 /år, eller ca. 35% af den samlede reduktionsforpligtelse.

13 Dannelse af metan Tilstedeværelse af metandannende bakterier Anaerobe (iltfrie) forhold Kulstofkilde (kulhydrater / organisk stof) Passende temperaturer Betingelserne er opfyldt: I vommen hos drøvtyggere, I endetarmen hos enmavede dyr I gødningslagre (især i gyllebeholdere) På humusjorde og andre jordtyper afhængig af vandstand og geo-kemiske betingelser

14 Hvordan reduceres udledningerne af metan? Ændret mikrobiologi Mere fedt i foder i kvægfoder Stivelse i stedet for sukker i kvægfoder (dvs. majs i stedet for roer) Forsuring af gylle Avle efter dyr med lav metanudslip (?) Opsamle metan Biogas Lavere temperatur Lagring af gylle udendørs Lufttæt overdækning af faste gødningslagre Metanoxidation Flydelag og låg på gyllebeholdere

15 Dannelse af lattergas (N 2 O) N 2 O kan stamme fra både nitrifikation og denitrifikation N 2 O dannes især under suboptimale forhold for mikro-organismerne (f.eks. lav ilt eller lav ph) eller i overgange mellem iltrige (aerob) og iltfattige (anaerobe) forhold. Er i praksis ofte knyttet sammen med overgødskning og/eller uhensigtsmæssig timing af gødskningen Nitrifikations inhibitorer N 2 O N 2 Denitrifikation (anaerob) NH 3 NO 2 NO 3 Planteoptag Nitrifikation (aerob)

16 Sædskifteforsøget ved Foulum

17 Lattergas fra vinterhvede ved AU-DJF Foulum Lattergas udledning (g N 2 O-N/ha/dag) Reduktionsmuligheder: - Efterafgrøder? - Mere N-effektive afgrøder - Timing af gødskning Konventionel Økologisk, ingen gødning Økologisk, med gødning Dato

18 Lattergas fra ved AU-DJF Foulum N 2 O emission [g N 2 O-N/ha/dag] vinterhvede Efterår/vinter - efterafgrøde vårbyg 2008/05/ /06/ /07/ /08/ /09/ /10/ /11/ /12/ /01/ /02/ /03/ /04/ /05/01 Gødning Vanding Vanding Vanding Vanding Med husdyrgødning Uden husdyrgødning Gødning -5

19 Hvordan reduceres udledningerne af lattergas? Undgå dannelse og ophobning af nitrat i jorden Vedvarende plantedække (efterafgrøder) Delt gødskning Effektiv optag og udnyttelse af N i afgrøderne Biologisk N-fiksering i stedet for gødskning Reducere lattergasdannelse Nitrifikations-inhibitorer Undgå opdyrkning af lavbundjorder (humusjord) Reducere nedmuldning af planter med højt N-indhold Høste plantemassen (efterafgrøder, grøngødning) til brug i biogasanlæg

20 Faktorer der påvirker kulstofindhold i jorden Kulstof-input (mængde og kvalitet) (planterester, gødning) Nedbrydningshastighed (jordens fugtighed, temperatur, jordbearbejdning) Andre tab (erosion) Roots Soil Factors affecting SOC turnover: temperature, moisture, ph, nature & quantity of C input tillage etc. Crop Root respiration - CO 2 Litter / Microbial respiration - CO 2 debris Decomposition - CO 2 Microbes Root turnover & rhizodeposition SOC Soil C cycle Dissolved and particulate organic carbon

21 Udvikling i jordkulstof over 100 år 100 Topjord (t C/ha) Underjord (t C/ha) Hvede, halm fjernet Hvede, halm og husdyrgødning Græsmarker

22 Rod-biomasse i vinterhvede Winter wheat Root DM (0-30) Winter wheat root C (0-30) Winter wheat root N (0-30) Mg DM ha kg C ha kg N ha C4-CC O2+CC O4-M+CC O4-CC O4+CC 0 C4-CC O2+CC O4-M+CC O4-CC O4+CC 0 C4-CC O2+CC O4-M+CC O4-CC O4+CC Cropping system Cropping system Cropping system Winter wheat root DM (30-60) Winter wheat root C (30-60) Winter wheat root N (30-60) Mg DM ha kg C ha kg N ha C4-CC O2+CC O4-M+CC O4-CC O4+CC 0 C4-CC O2+CC O4-M+CC O4-CC O4+CC 0 C4-CC O2+CC O4-M+CC O4-CC O4+CC Cropping system Cropping system Cropping system

23 Rod-biomasse i vårbyg Spring barley Root DM (0-30) Spring barley root C (0-30) Spring barley root N (0-30) Mg DM ha kg C ha kg N ha C4-CC O2+CC O4-M+CC O4-CC O4+CC 0 C4-CC O2+CC O4-M+CC O4-CC O4+CC 0 C4-CC O2+CC O4-M+CC O4-CC O4+CC Cropping system Cropping system Cropping system Spring barley root DM (30-60) Spring barley root C (30-60) Spring barley root N (30-60) Mg DM ha kg C ha kg N ha C4-CC O2+CC O4-M+CC O4-CC O4+CC 0 C4-CC O2+CC O4-M+CC O4-CC O4+CC 0 C4-CC O2+CC O4-M+CC O4-CC O4+CC Cropping system Cropping system Cropping system

24 Hvordan reduceres udledningerne af CO 2? Ophør med dræning og dyrkning af lavbundsjorder Eventuel kombination med bioenergi Øge kulstoflagringen i mineraljord Øge tilbageførsel af C-rige planterester i efterafgrøder, gødning og afgrøderester Reduceret jordbearbejdning, især direkte såning

25 Fødevarers klimabelastning baseret på energiindhold Fødevarer i supermarkedet kg CO 2 -ækv. pr. MJ Oksekød 1,47 Gul ost 0,84 Letmælk 0,59 Svinekød 0,46 Kylling, hel fersk 0,41 Æg 0,31 Løg 0,20 Rugbrød, frisk 0,09 Hvedemel 0,08 Gulerødder 0,08 Franskbrød, frisk 0,07 Kartofler 0,06 Havregryn 0,05

26 Drivhusgasemissioner fra europæiske kvægbrug Emissioner (t CO 2 -ækv ha -1 år -1 ) a Konventionel Økologisk Emissioner (t CO 2 -ækv MJ -1 ) 600 b N overskud (kg N ha -1 ) N effektivitet, output/input (%) Øget N overskud (f.eks. flere dyr pr. ha) øger emissionerne per ha. Større effektivitet mindsker udledningerne per produceret enhed. Olesen et al. (2006)

27 CO 2 fodaftryk fra konventionel og økologisk mad ITC/FiBL 2007

28 Økologiske systemer klimafordele (i princippet) Emissioner Økologi understøtter kulstoflagring og jordfrugtbarhed Økologi understøtter recirkulering af næringsstoffer Fokus på effektiv N-udnyttelse fører til lave lattergasemissioner Biologisk N-fiksering fører til lave lattergasemissioner Princippet om at undgå brug af ikke-fornybare resource må føre til lavt forbrug af fossil energi Ingen energiforbrug til produktion af gødninger og pesticider Tilpasning til klimaændringer Frugtbare jorder øger modstandskraft mod tørke og oversvømmelser Alsidige sædskifter er mere tolerante over for klimaekstremer

29 Økologiske dyrkningssystemer - problemstillinger Produktivitet Udbytterne er ofte for lave i forhold til konventionel produktion Stor afhængighed af husdyrgødning for at sikre gode udbytter Rodukrudt er et stort problem i systemer til planteproduktion Grøngødningsafgrøder (f.eks. kløvergræs) øger jordens frugtbarhed, men mindsker sædskiftets produktivitet Miljø Kvælstofudvaskningen øges ved stubbearbejdning om efteråret (bekæmpelse af rodukrudt) Grøngødningsafgrøder øger potentialet for nitratudvaskning Husdyrgødning, grøngødning og efterafgrøder har potentielt høje udledninger af lattergas

30 Muligheder for reduktion (nuværende teknologi) Energibesparelser Reduceret transport af husdyrgødning, reduceret vanding Bioenergi Biogas, halm, pileflis, lucerne, kløvergræs, (energimajs, raps) Husdyr Høj produktivitet (ydelse), evt. fedtfodring til malkekøer Forbedret håndtering af husdyrgødning Køling i stalde, overdækning af gødningslagre Forbedret N-udnyttelse i marken Biologisk N-fiksering Recirkulering af efterafgrøder og planterester gennem biogas Arealanvendelse Efterafgrøder Mindre jordbearbejdning (ingen stubbearbejdning i efteråret) Ophør af dræning og dyrkning af lavbundsarealer

31 Biogas af husdyrgødning af planterester Energiproduktion (erstatning af fossil energi) afhænger af tilførsel af andre biologiske energikilder, f.eks. afgrøderester og organisk affald Reduceret metan fra husdyrgødningen (kræver opsamling af metan også efter afgasningen) Reduceret lattergas efter udbringning i marken Mindre kulstoflagring i jorden Øget kvælstofudnyttelse af husdyrgødning og planterester (udbytter)

32 Sædskifteforsøget ved Foulum

33 Sædskiftesystemer UE/MG ME/MG ME/UG O2 Økologisk recirkulation /N-fix recirkulation /N-fix N-fix O4 Økologisk Import import/n-fix N-fix C4 Konventionelt import import - Gødningsmængder: ca. 70 kg total-n/ha i gennemsnit Mere til hvede og kartofler (110) end til vårbyg (60)

34 Udbytter ved Flakkebjerg (sandblandet ler) ( )

35 Hvad så nu? Kort sigt Implementere de mest lovende tiltag til reduktion Bedre udnyttelse af affaldsprodukter (halm og husdyrgødning) Fremme biogas Fremme flerårige energiafgrøder (pil) Udtagning af lavbundsarealer Reducere omkostningerne ved implementering Længere sigt (kræver forskning og udvikling) Nye sorter med bedre N-effektivitet og N-fiksering Dyrkningssystemer med permanent vegetationsdække Dyrkningssystemer uden jordbearbejdning Teknologiske systemer til behandling af husdyrgødning, hvor kvælstof ikke giver anledning til metan og lattergas Nye fodringssystemer til kvæg med mindre metan Avle kvæg og får med lave udledninger af metan