AMMONIAKFORDAMPNING FRA FIBERSTRØELSE I KVÆGSTALDE Foto: VfL AF MARTIN NØRREGAARD HANSEN OG SØREN GUSTAV RASMUSSEN, AGROTECH NOVEMBER 2012
Ammoniakfordampning fra fiberstrøelse i kvægstalde Af Martin Nørregaard Hansen og Søren Gustav Rasmussen, AgroTech
INDHOLD 1. Sammenfatning... 3 2. Baggrund... 3 3. Formål... 5 4. Materialer og metoder... 5 5. Resultater og diskussion... 8 6. Konklusion... 11 7. Referencer... 11 Ammoniakfordampning fra fiberstrøelse. 2012 2
1. SAMMENFATNING Danske mælkeproducenter viser stigende interesse for at benytte fiberfraktionen fra gylleseparering som strøelse i sengebåse i kvægstalde som alternativ til andre strøelsestyper som halm, sand etc. Sammenlignet med andre strøelsestyper har fiberstrøelse imidlertid et højere indhold af ammonium, hvilket øger risikoen for kvælstoftab i form af ammoniakfordampning. AgroTech har i samarbejde med Videncenter for Kvæg og Runi A/S sammenlignet ammoniakfordampningen fra henholdsvis halm- og fiberstrøelse benyttet som strøelse i kvægstalde. Undersøgelsen blev gennemført i en kvægstald, hvor ammoniakfordampningen fra henholdsvis 1100 g fiberstrøelse og 300 gram halm udstrøet per dag per sengebås blev bestemt ved brug af et dynamisk emissionskammersystem tilpasset sengebåse. Fordampningen af ammoniak fra emissionskammersystemet blev bestemt ved et fotoakustisk multigas monitor system. Undersøgelsen viste, at brug af fiberstrøelse i kvægstalde medfører højere ammoniakfordampning end brugen af halmstrøelse. Fordampningen fra fiberstrøelsen er forholdsvis kortvarig og ophører ca. 12 timer efter fiberens udspredning. Brugen af fiberstrøelse har begrænset indvirkning på den samlede ammoniakfordampning fra kvægstalde. Daglig brug af fiberstrøelse blev beregnet til at øge den samlede ammoniakfordampning fra kvægstalde med under 0,6 %. 2. BAGGRUND Gylleseparering har igennem de sidste 10 år vundet indpas i dansk landbrug (Birkmose, 2010). Gylleseparering er defineret som en teknisk forarbejdning af gylle, der skaber produkter - også kaldet fraktioner, der er forskellige fra gylle med hensyn til tørstofindhold, sammensætning og koncentration af næringsstoffer. Separeringen sker ved hjælp af mekaniske gylleseparatorer. Der findes en række forskellige separeringssystemer, men i praksis adskiller langt de fleste systemer gyllen i en flydende fraktion og en fast fiberfraktion. Den flydende fraktion indeholder hovedparten af gyllens indhold af væske og ammoniumkvælstof (NH 4 ), mens den faste fiberfraktion indeholder hovedparten af gyllens indhold af fosfor, organiske kvælstof og tørstof (Møller et al., 2007, Møller et al. 2003). Den flydende fraktion benyttes som næringsstofkilde i planteproduktionen, mens hovedparten af den faste fiberfraktion, der produceres på landbrugsbedrifter, afsættes til biogasanlæg (Birkmose 2010). Erfaringer fra såvel udlandet som fra Danmark viser, at den faste fiberfraktion er velegnet som strøelse i kvægstalde (fiberstrøelse). Jævnlig tildeling af fiberstrøelse til sengebåse i løsdriftsstalde danner en blød, formbar og isolerende måtte, der øger koens komfort, og beskytter koen mod trykskader. Udenlandske undersøgelser har således fundet, at brugen af fiberstrøelse i kvægstalde medfører færre lammelser hos malkekøer og lavere omkostninger per ko sammenlignet med brugen af sand (Harrison et al., 2008). Danske og udenlandske brugererfaringer indikerer ligeledes, at brugen af fiberstrøelse fører til renere køer, færre klovproblemer, lavere omkostninger, højere ydelse og længere liggetid (Søgaard, 2012; Landbrugsinfo, 2011). Ammoniakfordampning fra fiberstrøelse. 2012 3
Figur 1. Billede af sengebåse med fiberstrøelse. Fiberen danner et blødt, formbart leje, der beskytter køerne mod trykskader. Fiberstrøelse kan erstatte brugen af andre strøelsestyper som eksempelvis snittet halm eller sand. Fiberstrøelsen kan være et velegnet strøelsesmateriale, men har sammenlignet med andre strøelsestyper et højere kvælstofindhold i form af ammoniumkvælstof (NH + 4 ) og organisk kvælstof. Fiberstrøelsens ammoniumkvælstof kan potentielt fordampe som ammoniak, og i forbindelse med mikrobiel nedbrydning af fiberen (mineralisering) sker der en forholdsvis langsom omdannelse af fiberens organiske kvælstofindhold til ammoniumkvælstof. Fiberstrøelsens ammoniumindhold er i dynamisk ligevægt med ammoniak (NH 3 ) (ligning 1), som er flygtigt i gasfasen (NH 3(gas) ). Fiberstrøelsens ammoniumkvælstof kan derfor løbende tabes som ammoniak. NH 4 ( aq) NH 3 ( aq) NH 3 ( gas) (Ligning 1) Brugen af fiberstrøelse i kvægstalde kan derfor potentielt føre til et højere tab af ammoniak fra kvægstalde end brugen af andre typer af strøelsesmaterialer som halm eller sand. Omvendt kan der potentielt i strøelseslaget ske en mikrobiel immobilisering (fastlægning) af ammoniumkvælstof. Dette kan betyde, at det ammonium, der tilføres strøelsen eksempelvis via urin, kan indarbejdes som organisk bundet kvælstof, hvilket begrænser potentialet for ammoniaktab. Det er derfor ikke entydigt, i hvor høj grad brugen af fiberstrøelse vil føre til forøget ammoniaktab. Ammoniakfordampning fra fiberstrøelse. 2012 4
3. FORMÅL Formålet med undersøgelsen er at kvantificere ammoniakfordampningen fra henholdsvis halm og fiber benyttet som strøelse i kvægsengebåse. 4. MATERIALER OG METODER Undersøgelsen blev gennemført i en naturlig ventileret løsdriftsstald til malkekvæg ved Fasterlundvej 1, 6900 Skjern. Stalden er indrettet med sengebåse udstyret med gummimåtter, der dagligt strøs med frisk produceret fiberstrøelse. Fiberstrøelsen bliver umiddelbart før brug produceret ved separering af kvæggylle med en mekanisk skruepresse (Vincent Coorporation), som i Danmark forhandles af Runi A/S. Sammensætningen og dosering af såvel fiberstrøelse som halmstrøelsen kan ses i Tabel 1. Undersøgelsen blev gennemført den 31. oktober 2012 ved staldtemperaturer mellem 8,2 og 9,2 C. Forud for undersøgelsen blev en række repræsentative sengebåse dagligt i en periode på 14 dage strøet med 300 g snittet halm per sengebås, mens en tilsvarende række sengebåse dagligt blev strøet med 1.100 g fiberstrøelse per sengebås. Doseringen var valgt med henblik på at tilføre samme mængde tørstof til sengebåsene samt med henblik på at dosere tilsvarende mængder som benyttet under praktiske forhold. I praksis anbefales daglig tilførsel for at sikre køerne et tørt og blødt leje samt begrænse risikoen for yverbetændelse (Katholm J. 2012). Den forudgående strøning blev gennemført i 14 dage før emissionsmålingerne for at opbygge et velfungerende og repræsentativt lejemateriale forud for målingerne. Ammoniakfordampningen fra strøelsen blev bestemt ved at overdække to sengebåse strøet med fiberstrøelse og to sengebåse strøet med halm med dynamiske emissionskamre (Figur 2). Dette målesystem muliggjorde samtidige målinger af ammoniakfordampningen fra sengebåse strøet med henholdsvis halm- og fiberstrøelse. Hvert emissionskammer bestod af en kappe uden bund. Figur 2. Billeder af det dynamiske emissionskammersystem. Kamrene var indrettet med et styret luftflow og et automatisk online koncentrationsmålesystem med henblik på at kunne gennemføre samtidige bestemmelser af ammoniakfordampningen fra henholdsvis halm- og fiberstrøelse. Billedet til venstre viser emissionskamrene ved en supplerende måling gennemført i et værksted. Billedet til højre viser et emissionskammer indsat i en sengebås. Vægt i de sorte plastposer sikrede, at emissionskamrene sluttede tæt mod underlaget. Ammoniakfordampning fra fiberstrøelse. 2012 5
Hvert kammer var udstyret med et kontinuerligt og fastlagt luftsug og et tilsvarende luftindtag samt indre ventilation for at sikre opblanding af luften over den udlagte strøelse. Bestemmelse af ammoniakkoncentrationen i henholdsvis indgangs- og udgangsluften sammenholdt med bestemmelsen af luftudskiftningen muliggjorde en løbende bestemmelse af ammoniakfordampningen fra strøelsen under kammeret (Figur 3). Hvert emissionskammer dækkede et areal på 2,1 m 2, hvilket betød, at kammeret overdækkede hovedparten af sengebåsarealet. Figur 3. Skitse af principperne i det benyttede emissionskammersystem. Kammeret overdækker den udlagte strøelse (vist med brunt). Fordampningen af ammoniak fra strøelsen er vist med sorte pile. Den fordampede ammoniak opblandes i luften i kammeret. Kammerluften suges kontinuerligt ud af kammeret (C(ud)), og en tilsvarende mængde staldluft suges ind ved Cind. Fordampningen af ammoniak fra strøelsen bestemmes ved at måle forskellen i ammoniakkoncentration i ind- og udsugningsluft. Målesystemet bestemmer på den måde ammoniakfordampningen af den udlagte strøelse. Fordampningen af ammoniak fra sengebåse tilført henholdsvis fiber- og halmstrøelse blev bestemt for følgende perioder: 1. 0 til 1,5 timer efter udspredning af strøelse 2. 1,5 til 3 timer efter udspredning af strøelse 3. 24 timer efter udspredning af strøelse. Periode 1. Umiddelbart efter udspredningen af strøelse i sengebåsene blev emissionskamrene placeret over strøelsen. Ammoniakemissionen blev bestemt fra strøelsens afslutning til 1,5 timer efter strøelsestidspunktet. Periode 2. Halvanden time efter strøning blev det simuleret, at en ko lagde sig i sengebåsene. Dette indebærer, at en vis mængde urin og gødning via koens ben overføres til strøelsen, at strøelsen trykkes af koens vægt, samt at en andel af strøelsen forsvinder fra sengebåsene. I forsøget blev simuleringen gennemført ved, at en person fire gange gik fra gangareal til sengebås og trådte strøelsen flad og fjernede 20 % af den udlagte strøelse. Herefter blev der igen målt i 1,5 timer. Periode 3. 24 timer efter strøning blev ammoniakfordampningen fra strøelsen bestemt i en sammenhængende periode på 1,5 timer. Af praktiske årsager blev denne måling gennemført på den strøelse, der var udspredt 24 timer før starten af periode 1. Ammoniakfordampning fra fiberstrøelse. 2012 6
Luftens indhold af ammoniak over strøelsen blev bestemt ved en online multigas fotoakustisk multigas monitor (INNOVA, 1412). Ammoniakfordampningen blev beregnet ved følgende ligning Hvor E NH3 = Fordampningen af ammoniak, mg NH 3 per sengebås per time j = Delperioden der måles på det aktuelle emissionskammersystem C = Målt ammoniakkoncentration i delperioden j, mg NH 3 m -3 luft u = Udgangsluft fra emissionskamre i = Indgangsluft til emissionskamre F = Luftskiftet i emissionskammersystemet, m 3 luft t -1 Alle målinger blev gentaget to gange. Alle sammenlignede målinger blev gennemført samtidigt for at sikre, at bestemmelserne blev gennemført under ens klimatiske og driftsmæssige forhold. Sammensætningen af strøelsen blev bestemt ved udtagning af fire repræsentative prøver af henholdsvis halm- og fiberstrøelsen. Prøvernes indhold af total kvælstof, NH 4 kvælstof, tørstof og ph blev bestemt ved ekstern analyse. Tabel 1. Dosering, sammensætning og kvælstofindhold af udstrøet fiber- og halmstrøelse. Standardafvigelsen er vist i parentes. Strøelsestype Tildelt mængde Tørstof Total kvælstof NH 4 kvælstof ph g/dag g/kg g/kg g/kg Fiber 1100 420 (35) 7,15 (0,14) 0,81 (0,08) 8,29 (0,09) Halm 300 876 (23) 3,84 (0,15) 0,28 (0,05) 6,45 (0,13) Ammoniakfordampning fra fiberstrøelse. 2012 7
5. RESULTATER OG DISKUSSION Forud for strøning på måledagen blev der målt lidt højere ammoniaktab fra halmstrøelsen sammenlignet med fiberstrøelsen, hvilket vurderes at skyldtes, at de fiberstrøede sengebåse fremstod mere tørre og rene end de halmstrøede sengebåse (Figur 4). Figur 4. Billeder af sengebåse strøet med henholdsvis halm- (tv) og fiberstrøelse (th). De udvalgte sengebåse var dagligt strøet med henholdsvis halm- og fiberstrøelse 14 dage forud for undersøgelsen. Udspredningen af fiberstrøelse øgede ammoniakfordampningen fra sengebåse markant, mens halmtildelingen kun påvirkede ammoniakfordampningen marginalt (Figur 5). Den højere ammoniakfordampning fra fiberstrøede sengebåse vurderes at skyldes fiberstrøelsens højere ammoniumindhold (Tabel 1). Ammoniaktabet var højst umiddelbart efter strøelsestidspunktet, hvorefter det gradvist faldt. 80 Ammoniakfordampning, mg NH 3 t 1 70 60 50 40 30 20 10 0 10 Før strøning a Fiber Halm b 0,1 0,6 1,0 1,6 2,2 2,7 Timer efter strøning Figur 5. Målt fordampning af ammoniak (NH3) per sengebås før og efter strøning med henholdsvis fiber- og halmstrøelse. Pilen mærket med a viser strøelsestidspunktet. Pilen mærket med b viser tidspunktet, hvor strøelsen blev forurenet med gødning i forbindelse med simulering af, at en ko lagde sig i lejet. Ammoniakfordampning fra fiberstrøelse. 2012 8
Halvanden time efter strøelsestidspunktet, blev det simuleret, at en ko lagde sig i sengebåsen. Dette medfører, at en vis mængde strøelse fraføres strøelsesmåtten, samt at gødning tilføres strøelsesmåtten via koens klove. Den tilførte gødning øgede ammoniakemissionen fra halmstrøede sengebåse, mens det reducerede faldet i ammoniakfordampningen fra de fiberstrøede sengebåse (Figur 5). Staldundersøgelsen kunne af praktiske årsager kun gennemføres i en kortere periode. Udviklingen i ammoniakfordampningen fra udlagt strøelse blev derfor undersøgt over et døgn i en supplerende undersøgelse gennemført i et værksted ved en gennemsnitstemperatur på 10,5 grader (Figur 2). I denne supplerende undersøgelse blev ammoniakfordampningen fra 1100 g fiber og 300 g halmstrøelse bestemt over 24 timer på samme måde som i staldundersøgelsen. Ammoniakkoncentration, mg NH 3 m 3 luft 7 6 5 4 3 2 1 0 Baggrund Fiber Halm 0 5 10 15 20 25 Timer efter strøning Figur 6. Udviklingen i ammoniakkoncentration i luft over fiber- og halmstrøelse 24 timer efter udspredning. Langtidsundersøgelsen viste ligesom staldundersøgelsen højere ammoniakkoncentrationer i luft over fiberstrøelse, mens ammoniakkoncentrationen over halmstrøelse svarede til baggrundskoncentrationer (Figur 6). Ammoniakkoncentrationen var høj umiddelbart efter udspredningen og faldt til baggrundsniveau 10 til 15 timer efter strøningstidspunktet. Resultaterne af den supplerende undersøgelse blev brugt til at simulere ammoniakfordampningen over et døgn fra henholdsvis fiber- og halmstrøelse udbragt i sengebåse ( Figur 7). Ammoniakfordampning fra fiberstrøelse. 2012 9
Ammoniakfordampning, mg NH 3 t 1 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Fiber målt Halm målt Fiber simuleret Halm simuleret 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Timer efter strøning Figur 7. Udviklingen i ammoniakfordampning fra fiber- og halmstrøede kvægsengebåse 24 timer efter strøning. Resultaterne viser dels de gennemførte målinger og dels simulerede målinger udarbejdet på baggrund af resultaterne fra den supplerende undersøgelse (Figur 6). Undersøgelsen viser, at brugen af fiberstrøelse fører til højere ammoniakfordampning fra stalden end brugen af halmstrøelse. Ammoniakfordampningen aftager forholdsvis hurtigt og er stort set ophørt ca. 12 timer efter strøelsestidspunktet. På baggrund af de gennemførte målinger blev den gennemsnitlige ammoniakfordampning fra henholdsvis fiber- og halmstrøede sengebåse beregnet. Beregningen viser, at brugen af fiberstrøelse øger den samlede ammoniakfordampning med ca. 70 g ammoniak per sengebås per år svarende til ca. 25 kg kvælstof pr år fra en stald med 400 køer. Sættes denne forøgelse i sammenhæng med den samlede emission per årsko, fører dette til, at den gennemsnitlige ammoniakfordampning per årsko øges med under 0,6 % (Tabel 2). Tabel 2. Gennemsnitlig ammoniakfordampning fra henholdsvis fiber- og halmstrøelse benyttet som strøelse af sengebåse i kvægstalde, samt strøelsestypernes indflydelse på den samlede ammoniakfordampning fra malkekøer i sengestalde med spalter. I beregningerne er det antaget, at der dagligt tilføres 1100 gram fiberstrøelse og 300 gram halmstrøelse. Strøelses type Målt ammoniak fordampning mg NH 3 /sengebås/t Målt ammoniak fordampning g NH 3 /sengebås/år Norm ammoniakfordampning a g NH 3 /ko/år Andel af norm ammoniakfordampning b % Fiber 9,3 81,6 12.762 0,64 Halm 1,3 11,9 12.762 0,09 Difference 8,0 69,7 0 0,55 a) b) Normtal husdyrgødning 2011. Tallet er gældende for malkekøer (stor race) i sengestald med spalter og gylle i kanal system med bagskyl. (Poulsen H.D., 2011). 12.762 g NH 3 /ko svarer til 10.510 g NH 3 -N/ko. Under antagelse af at antallet af sengebåse svarer til antallet af årskøer. Ammoniakfordampning fra fiberstrøelse. 2012 10
6. KONKLUSION Undersøgelsen viste, at brugen af fiberstrøelse i kvægstalde medfører højere ammoniakfordampning end andre strøelsestyper med et lavere ammoniumindhold som eksempelvis halm. Fordampningen er forholdsvis kortvarig og ophører ca. 12 timer efter fiberstrøelsens udspredning. Brugen af fiberstrøelse har begrænset indvirkning på den samlede ammoniakfordampning fra kvægstalde. Daglig brug af fiberstrøelse er beregnet til at øge den samlede ammoniakfordampning fra kvægstalde med under 0,6 %. 7. REFERENCER Birkmose T.S. 2010. Status over anvendelsen af gylleseparering i Danmark, maj 2010. LandbrugsInfo. Online: https://www.landbrugsinfo.dk/tvaerfagligeemner/gylleseparering/sider/pl_10_187.aspx. LandbrugsInfo, 2011. Fiberstrøelse i sengebåse. Brug af fiberfraktion fra separeret gylle som strøelse I sengebåse er helt nyt i Danmark. Indtryk fra DLBR studietur til Tyskland. https://www.landbrugsinfo.dk/byggeri/stalde/kvaegstalde/staldteknik/stroeelse/sider /2198-Fiberstroeelse-i-sengebaase.aspx Harrison E., Bonhotal J., Schwarz M.. Using manure solids as bedding. Final Report from Cornell waste management institute. http://cwmi.css.cornell.edu/beddingfinalreport.pdf Katholm J. 2012. Pas på yverbetændelse ved fiberstrøelse. Landbrug og Fødevarer, Kvægnyt nr. 20. 2. november, 2012, p 3. Møller H.B., Jensen H.S, Tobiasen L., Hansen M.N. 2007. Heavy metal and phosphorus content of fractions from manure treatment and incineration. Møller H.B., Hansen M.N. Maahn M. 2003. Separation af gylle med skruepresse, dekanter centrifuge og ved kemisk fældning. Grøn Viden, Markbrug nr. 286. Poulsen H.D. 2011. Normtal 2011. Normtal for husdyrgødning. On-line. http://anis.au.dk/fileadmin/djf/anis/normtal2011_28032012.pdf. P 6. Søgaard L.S. 2012. Stor interesse for fiberstrøelse. I Særnummer Kvægkongres 2012. Nr. 05, 9 marts 2012. Landbrug og Fødevarer. P 4. Ammoniakfordampning fra fiberstrøelse. 2012 11