REDUKTION AF KVÆLSTOFTAB FRA ØKOLOGISKE STALDSYSTEMER JANUAR 2009 AF MATHIAS ANDERSEN, TOVE SERUP & CAMILLA KRAMER Projekt er gennemført med støtte fra Fonden for Økologisk Landbrug og Direktoratet for Fødevareerhverv.
Reduktion af kvælstoftab fra økologiske staldsystemer Sammendrag I denne undersøgelse blev forskellige muligheder for at reducere kvælstoftabet fra økologiske staldsystemer undersøgt. Undersøgelsen omfatter dels et laboratorieforsøg, hvor effekten af eddikesyre, bioenzym, græsensilage og majsensilage som gylleadditiver blev testet under simulerede staldforhold. Forsøget viste, at eddikesyre i en koncentration på 0,66 % havde et potentiale for at nedbringe ammoniakemissionen med op til 47 % de første 48 timer efter tilsætningen, hvorefter eddikesyren mistede sin virkning. De resterende additiver var ikke i stand til at reducere ammoniakemissionen mere end 13 % inden for den samme periode. Undersøgelsen omfatter endvidere et fuldskalaforsøg i en økologisk svinestald, hvor eddikesyre blev iblandet renholdningsvandet, der periodisk overbruser udendørsarealerne. Denne kontinuerlige behandling viste sig at være nok til at nedbringe ammoniakemissionen fra staldens udearealer med 36 % i forhold til en kontrolstald med normal overbrusning. Disse tal underbygges af gødningsanalyser, der viser, at der var 18 % mere kvælstof i gødningen fra stalde behandlet med eddikesyre samt markant lavere ph. En teknologi, der kan reducere ammoniakemissionen med 36 %, er ikke alene en gevinst for miljøet og økologiens image. En økonomisk analyse viser, at den mængde kvælstof, der tilbageholdes i stalden, kan generere et merudbytte på marken, der mere end rigeligt opvejer udgifter til teknologien. En Investering i eddikesyretilsætning kommer efter vores beregninger 1,7 gange igen. Et system til køling af gylle i kanaler med skraber blev også vurderet. Køling af gylle har før vist sig at kunne reducere ammoniakemissionen fra staldanlæg, men imidlertid afhænger effekten af en god afsætning af varmen. I det testede system viste gyllekøling sig at give en billig og miljørigtig varmeproduktion, men effekten på ammoniakemissionen udeblev grundet for svag køling og manglende gyllegardiner. Undersøgelsen skal ses som et forsøg på belyse nogle mulige miljøteknologier, der kan bruges til at reducere kvælstoftabet fra økologiske staldsystemer. Disse teknologier er stadig i udviklingsfasen, og der er brug for yderligere forskning og dokumentation. 1
Indholdsfortegnelse Sammendrag... 1 Forord... 5 Formål... 5 Indledning... 5 Miljøgodkendelser af husdyrbrug... 6 Laboratorieforsøg... 7 Materialer og metode... 7 Laboratorieopstilling... 7 Resultater... 8 Eddikesyre... 8 Bioenzym... 9 Effekt og prisniveau for forskellige tilsætningsstoffer... 10 Afprøvning af eddikesyretilsætning til skyllevandet... 11 Baggrund for staldafprøvning... 12 Materialer og metoder... 13 Resultater... 14 Ammoniakreduktion... 14 ph effekt... 15 Kvælstof i gødning... 16 Gyllekøling... 17 Resultater... 18 Diskussion... 19 Eddikesyretilsætning... 19 Kvælstofpuljen... 20 2
Cost benefit analyse... 21 Cikorierod... 21 Gyllekøling... 22 Kvælstof en del af løsningen... 23 Perspektiver... 24 Konklusion... 24 Litteraturliste... 25 3
Mathias Andersen AgroTech A/S Institut for fødevare- og jordbrugsinnovation Afdeling for Miljø- og Klimateknologi Udkærsvej 15 DK-8200 Århus N E-mail: mxa@agrotech.dk Tove Serup Landscentret Økologi, Svineproduktion Udkærsvej 15 DK-8200 Århus N E-mail: TOS@Landscentret.dk 4
Forord Projekt er gennemført med støtte af Fonden for Økologisk Landbrug og Direktoratet for FødevareErhverv. Desuden rettes en særlig tak til Rugballegaard og landmand Brian Holm for godt samarbejde i forbindelse med projektet. Formål Formålet med projektet er at stille viden til rådighed om hvilke bæredygtige miljøteknologier, der kan begrænse kvælstoftabet (ammoniak) fra husdyrgødning i stald med særlig fokus på implementering i økologisk husdyrproduktion. Det langsigtede mål er at øge gødningsværdien (N-indholdet) samt begrænse nedfald af ammoniak i følsomme naturområder. Indledning Økologisk foder har typisk et højt indhold af råprotein. Foderet tildeles i staldsystemer med naturlig ventilation, hvor dyrene har et stort areal til rådighed. Reglerne tillader kun begrænset anvendelse af spalter, og arealet er fordelt mellem et inde- og et udeareal. Faktorer, der samlet betyder risiko for øget fordampning af kvælstof, hvilket er uheldigt ikke blot af hensyn til miljøet men også af hensyn til gødningsværdien, som ikke kan suppleres med kunstgødning. I konventionel husdyrproduktion er der gennem flere år arbejdet med at begrænse ammoniakemissionen. Kendt teknologi fra den konventionelle produktion kan ikke umiddelbart overføres til økologisk produktion, hvor det f.eks. ikke er tilladt at tilsætte svovlsyre til gylle eller benytte kemisk luftrensning. I nærværende projekt undersøges hvilke miljøteknologier, der kan anvendes i økologiske staldsystemer til svin og kvæg med det formål at tilbageholde mest muligt kvælstof i gødningen til brug for senere gødskning af afgrøder. En af grundstenene i økologisk produktion er det økologiske princip, der bygger på effektivt genbrug af materialer og energi for at bevare og forbedre miljøkvaliteten og dermed spare på ressourcerne. Ifølge IFOAM bør den økologiske balance opnås gennem design af landbrugssystemer, der beskytter og gavner det fælles miljø. (IFOAM 2005) 5
Miljøgodkendelser af husdyrbrug Den 1. januar i år 2009 blev det generelle krav til ammoniakreduktion for udvidelser skærpet til 25 %. Visse produktionsformer bl.a. økologisk svineproduktion er dog undtaget med henvisning til produktionens beskedne omfang og manglende mulighed for at benytte hjælpestoffer. Det er imidlertid i økologernes egen interesse at begrænse ammoniakemissionen, da dette dels gavner miljøet og dels hæver værdien af gødningen på marken. Er husdyrproduktionen placeret i nærheden af sårbare naturområder som f.eks. hede eller højmoser, gives der fra myndighedernes side ikke dispensation til. I en undersøgelse foretaget af Sveriges landbrugsuniversitet har man fundet en fordampning, der ligger ca. 4 gange over normen for konventionelle grise, (Nilsson 2007). Ca. halvdelen af denne kan forklares ud fra det højere proteinindhold i foderet, mens resten tilskrives det større fordampningsareal pr. gris. Det skal bemærkes, at foderet var placeret indendørs i de svenske stalde, hvilket erfaringsmæssigt kan betyde, at der afsættes mere gødning i de faste arealer, end hvis automaterne er udendørs. I økologisk produktion har man ikke de samme virkemidler som inden for konventionel produktion. Anvendelse af svovlsyre til luftrensning eller direkte tilsætning til gyllen er f.eks. ikke en mulighed, da svovlsyre stammer fra kemisk fremstilling eller er et spildprodukt fra røg rensningsprocesser. Luftrensning er i det hele taget ikke udviklet til stalde med naturlig ventilation. Det er dog en mulighed at lave en del-rensning ved at etablere mekanisk udsugning fra gyllekanaler til en luftrenser, som så kun renser den mest forurenede luft. En sådan rensning foregår enten biologisk eller med organiske syrer. Inden for staldindretning er der også et potentiale for forbedring. Det drejer sig her generelt om at få begrænset gylleoverfladen, hvilket bl.a. kan ske ved at installere spaltegulv i op til 50 % af arealet samt hyppige udmugninger vha. skrabersystemer. Inden for foderadditiver er syntetiske aminosyrer og fytase ikke tilladt, men der arbejdes i øjeblikket på at optimere sammensætningen af foder med mere letoptagelige proteinkilder. Tilsætning af cikorierod har desuden vist sig lovende i forhold til reduktion af ammoniak. Projektet indeholder 4 delelementer som er beskrevet i denne rapport: 1. Indsamling af information omkring gylleadditiver, der vil kunne godkendes til økologisk produktion, herunder laboratorieforsøg og økonomisk beregninger. 2. Fuldskala afprøvning af ny teknologi til reduktion af ammoniakfordampning fra en økologisk slagtesvinestald. 3. Afprøvning af gyllekølning/varmegenindvinding i en økologisk slagtesvinestald. 4. Studie af miljøteknologi, der kan benyttes i økologiske kvægstalde. 6
Laboratorieforsøg En forholdsvis enkel måde at vurdere potentialet for forskellige gylleadditiver under kontrollerede forhold er et laboratorieforsøg. Forud for selve forsøget blev der udført en række forundersøgelser for at afklare hvilken dosis, der var tilstrækkelig for at få en effekt af additivet. Disse data er ikke vist. Der foreligger desuden en økonomisk vurdering af de forskellige additiver. Materialer og metode Laboratorieforsøget blev udført i 14 stk. 63 liters plasttønder, se figur 1. Ti af tønderne indeholdte 50 kg økologisk svinegylle, mens de to sidste indeholdte væskefraktionen fra kildesepareret svinegylle. Det frie luftrum over gyllen på 13 liter blev ventileret af 0,5 watts ventilatorer, og luftskiftet blev kontrolleret af kritiske dyser, der lige nøjagtig tillod et luftskifte på 1,8 l/min, hvilket giver en opholdstid på ca. 7 min. En kritisk dyse er et lille glasrør, der har et stabilt flow over et stort trykområde. Temperaturen blev under hele forsøget holdt på 20 grader, og forholdene i forsøget blev så vidt muligt tilnærmet naturlige staldforhold for at simulere ammoniakemissionen fra en gyllekanal med ca. 50 cm gylle. Til gylleprøver blev der tilsat: Eddikesyre, græsensilage, majsensilage og bioenzym. Til den kildeseparerede væskefraktion blev der tilsat eddikesyre. Hver behandling blev gentaget med 2 replikationer og holdt op mod en dobbelt kontrol uden behandling. Koncentrationen af ammoniak og kuldioxid blev målt online med en kemoelektrisk ammoniaksensor fra Dräger og løbende kontrolleret og kalibreret med kitagawa testrør. Alle luftslanger er af teflon og varmeisoleret for at undgå kondensering. Der er desuden 40 µm filtre foran hver tøndes indsugning for at undgå tilstopning af støv i de kritiske dyser. Ph værdien blev målt før og efter hver tilsætning, og efter hver tilsætning blev tøndens indhold homogeniseret vha. en elektrisk blandemaskine. Også kontroltøndernes indhold blev homogeniseret. Resultaterne fremgår af tabel 1. Laboratorieopstilling Figur 1 viser, hvordan gylleadditiverne testes i 60 liters plasttønder i gyllelaboratoriet. Øverst til venstre ses en elektrokemisk sensor, der løbende måler ammoniakkoncentrationen. 7
Resultater For overskuelighedens skyld har vi kun valgt at vise resultaterne af de koncentrationer, der havde effekt på ammoniakemissionen. Følgende grafer er eksempler på ammoniakkoncentrationen som funktion af tiden med og uden behandling med eddikesyre og bioenzym. Da luftskiftet var ens for alle tøndeforsøg, er reduktionen i ammoniakkoncentration proportionel med ammoniakemissionen. Eddikesyre Figur 2 viser ammoniakkoncentrationen som funktion af tiden. Den røde linje viser koncentrationen i gylle behandlet med eddikesyre, mens den blå linje viser koncentrationen i ubehandlet gylle. Man kan ud fra figur 2 se, at ammoniakkoncentrationen ved tilsætningen af eddikesyre reduceres fra 140 til 10 ppm til tiden 0. Herefter aftager virkningen langsomt frem til 48 timer, hvor effekten er forsvundet. Regnes den samlede reduktion over 2 døgn, opnås en reduktion på 47 %, se tabel 1. 8
Bioenzym Figur 3 viser ammoniakkoncentrationen som funktion af tiden. Den røde linje viser koncentrationen i gylle behandlet med 0,05 % bioenzym. Den grønne linje viser koncentrationen i gylle behandlet med 0,2 % bioenzym. Den blå linje viser koncentrationen af ammoniak fra ubehandlet gylle. 0,05 % bioenzym er den koncentration, som forhandleren anbefalede for produktet. Denne koncentration havde ingen effekt. I en koncentration 4 gange højere havde bioenzymet en begrænset effekt på knap 5 % set over 2 døgn. Bemærk at x-aksen på figur 3 kun går til 30 timer mens den på figur 2 går til 60 timer. 9
Effekt og prisniveau for forskellige tilsætningsstoffer Tabel 1 beskriver priser, forbrug og effekt af forskellige tilsætningsstoffer inden for 48 timer. Kun de 4 sidste additiver er testet i laboratoriet. Priserne på kemikalier er ca. priser fra 2008 oplyst af BRENNTAG Nordic. Additiv Pris kg -1 Forbrug % DKK Pris dyr -1 Effekt % DKK Myresyre 7,50 0,66 19 ikke målt Mælkesyre 7,50 0,66 19 ikke målt Benzoeesyre 12,50 0,66 31 ikke målt Citronsyre 9,00 0,66 23 ikke målt Eddikesyre 4,00 0,66 10 46,5 Græsensilage 0,50 2 5,2 13 Majsensilage 0,47 2 4,9 6 Bioenzym? 0,2? 4,5 Det ses, at den bedste effekt opnås ved tilsætning af eddikesyre med en betragtelig reduktion på op mod 47 %. De øvrige ligger på en reduktion under 13 %. Tilsætning af eddikesyre til kildesepareret gylle blev også afprøvet, data er dog ikke vist. Ved 2 % tilsætning af eddikesyre til væskefraktionen så vi en negativ effekt, hvor fordampningen af ammoniak steg. Dette skyldes ajlens høje ph, hvorved syren bliver neutraliseret, og derfor ikke hæmmer mikroorganismerne, men tværtimod stimulerede dem i form af en lettilgængelig kuldstofkilde. Priserne for de enkelte tilsætningsstoffer varierer meget, og det er værd at bemærke, at ensilage er det billigste additiv med en pris på omkring 5 kr. per produceret dyr. Ensilagen har dog kun en effekt på op til 13 %, men det skal ikke afvises, at andre typer af ensilage og ensileringer kan give en højere effekt. Prisen for bioenzymet ønskes ikke oplyst af producenten. Et gennemgående træk for alle additiver er, at effekten aftager med tiden, se figur 1 og 2. Det er derfor nødvendigt at tilføre additivet med mellemrum for at få den ønskede effekt. Dette problem kan løses ved at tilføre additiver løbende til skyllevandet, hvilket der kan ses eksempler på i kapitel 4. 10
Afprøvning af eddikesyretilsætning til skyllevandet På Rugballegaard afprøves tilsætning af eddikesyre til skyllevandet. Tilsætningen sker til renholdelsesvand for udearealet og er altså ikke tilsat drikkevandet. Svinene er jævnligt tilset af en dyrlæge, der ikke har fundet nogle gener af det eddikesyreholdige skyllevand. Renholdelsen består i, at ammoniakken, der fordamper, bindes til vandet, og gødningsrester holdes fugtige, så det er nemmere at skrabe arealet rent. Tilsætningen af eddikesyre foregår via en blandepumpe af mærket Drosatron, der er koblet på overbrusningsanlægget, se figur 4. Denne pumpe udnytter vandtrykket til at blande den ønskede mængde eddikesyre i skyllevandet. Vandforbrug per gris per dag til overbrusningen er tilpasset dansk svineproduktions anbefalinger på 0,3-1 L/gris/dag og skyller med en hyppighed på 30 sek. 2 gange i timen fra 8.00 til 20.00 (Jensen & Steinmetz 1999). Staldsystemet, der benyttes, er af typen strawflow, hvor halvdelen af udearealet har en smule hældning ned mod gyllekanalen foran stalden. Indearealet er med dybstrøelse og et overdækket liggeområde. Skyllevandet rammer kun den skråtstillede del af udearealet, hvor svinene afsætter størstedelen af deres gødning. Figur 4 viser forsøgsstalden på Rugballegaard, hvor der i overbrusningsvandet til udearealet iblandes en lille mængde eddikesyre. Blandingsforholdet styres af den blå blandingspumpe, der ses øverst i højre hjørne. I højre side af billedet ses en vaskeflaske, der hænger foran hver sti. Denne bruges til at måle den gennemsnitlige ammoniakkoncentration i hver sti. 11
Baggrund for staldafprøvning Baggrunden for at arbejde videre med eddikesyre under fuldskala forhold var først og fremmest den høje effekt på ammoniakemissionen samt en rentabel pris. Ud fra laboratorieforsøget fandt vi, at effekten af eddikesyren aftog over tid, hvorfor det var vigtigt, at syren i staldafprøvningen blev tilført kontinuerligt. Netop dette opfyldes ved at tilføre eddikesyren til skyllevandet, som jævnligt overbruser udearealet. Eddikesyre er en kortkædet fedtsyre, der er kendt for at have en antimikrobiel effekt f.eks. til syltning af madvarer. Eddikesyre virker ved at afkoble transportproteiner i cellemembranen på mikroorganismer, hvorved den mikrobielle aktivitet hæmmes. Desto lavere ph desto kraftigere er denne effekt. Ved at forsure gylle kan de naturlige forekommende kortkædede fedtsyrer i gylle aktives, og derved bremses den mikrobielle omsætning, som det er vist ved forsuring med svovlsyre (Ottosen, Poulsen et al. Article in Press). Ved at benytte en svag syre som eddikesyre vil ph sænkningen være relativt lavere, men til gengæld tilføres en større mængde af den antimikrobielle agent. Vi har fokuseret på syrebehandlingen i udearealet, da størstedelen af ammoniakken fordamper fra udearealerne. Dette kan læses ud fra en hollandsk undersøgelse omkring svins gøde- og vandladningsadfærd i økologiske staldsystemer (Ivanova-Peneva, Veliki et al. 2008; Ivanova- Peneva, Aarnink et al. 2008) I denne undersøgelse fremgår, at et urent indeareal forårsager en lidt højere fordampning end et urent udeareal. Her er dog et langt større urent udeareal, hvorved bidraget herfra er næsten 3 gange større end den samlede fordampning fra indearealet. Den større fordampning fra det urene indeareal er sandsynligvis resultatet af en højere gennemsnitstemperatur. Denne undersøgelse tager ikke højde for det større luftskifte i udearealet, hvorfor en 3 gange større fordampning sandsynligvis er underestimeret. Formålet med det hollandske forsøg var at klarlægge gøde- og vandladningsmønstret hos svin i relation til ammoniakfordampning for at kunne forudsige omfanget af fordampning fra såvel et rent som et urent område. Iagttagelserne viser tydeligt, at der var 2 tidspunkter med en høj forekomst af vandladning og gødningsafsættelse: én om morgenen og én om eftermiddagen/aftenen. Set i lyset af denne undersøgelse er der fornuft i at fokusere på bekæmpelse af ammoniakfordampning på udearealet og i dagstimerne. 12
Materialer og metoder For at vurdere effekten af syretilsætningen har vi udvalgt 4 ens sektioner, to sektioner med og to sektioner uden syrebehandling. Staldtypen er et strawflowsystem med dybstrøelse i indearealet. Hver sektion er afskærmet i siderne, således at opblandingen af luft mellem sektionerne er minimal. For at kunne udtage repræsentative gødningsprøver fra hver sektion er gyllekanalen, som løber foran stalden, ligeledes afskærmet sektionsvis, se figur 5. Der blev manuelt skrabt gylle ud af stalden en gang om dagen, og gyllekanalen blev tømt hver uge. Figur 5 viser forsøgsstalden på Rugballegaard. Der er 4 stier med 6 svin i hver. Stierne er afskærmet i siderne med presenning, således at opblanding af luften mellem stierne minimeres. Der blev ikke målt en specifik ammoniakemission fra staldanlægget, da luftskiftet er meget svært at vurdere. Vi har i stedet antaget, at luftskiftet er ens i alle sektioner, hvorefter forskellen i ammoniakkoncentration er proportionel med ammoniakemissionen. Koncentrationen af ammoniak blev målt med vaskeflaske efter impinger metoden. Staldluften blev suget til vaskeflasken fra et indsug placeret 10 cm over det faste gulv i stalden. Syren, der blev brugt i vaskeflaskerne, var en16 mm H 2 SO4. Luften fra stalden blev suget gennem syren med 1 L/min. og kontrolleret af kritiske ventiler. Luftslangerne til og fra vaskeflasken var teflonslanger, der var varmeisoleret for at undgå kondensering. Der var desuden 40 µm filtre foran indsugningen for at undgå tilstopning af støv. Svovlsyren i vaskeflasken blev udskiftet med en ny frisk blanding en gang om ugen, hvorefter en prøve kunne analyseres for ammonium vha. fotospektrometri. Der blev hver uge udtaget gylleprøver fra hver sektion af gyllekanalen. Der var på det tidspunkt typisk gylle fra ca. en uges produktion. Før udtagningen af prøven blev gyllen manuelt homogeniseret for at sikre repræsentative prøver. Ph blev målt direkte i prøven, og total N og P blev analyseret på laboratoriet vha. Hach Lange test kit. 13
Resultater Følgende afsnit indeholder resultater for reduktionen af ammoniakemissionen fra staldene samt syreeffekt og total kvælstof i gylle før og efter behandling med eddikesyre. Ammoniakreduktion Figur 6 Søjlerne viser den gennemsnitlige koncentration af ammoniak i ppm 10 cm over gulvet i de udendørs arealer. Hver søjle er et udtryk for gennemsnittet over en uge fra 2 sektioner. De blå søjler viser ammoniakkoncentrationen i sektioner, der er behandlet med eddikesyre, mens de røde er fra ubehandlede sektioner. Det ses, at ammoniakkoncentrationen i de ubehandlede sektioner generelt stiger mod slutningen af måleperioden, hvilket er udtryk for, at svinene vokser og udskiller mere kvælstof. Der er for alle uger en signifikant lavere koncentration af ammoniak i de sektioner, hvor eddikesyre blev tilsat skyllevandet. Vi antager, at luftskiftet i de 4 sektioner er ens, hvorefter reduktionen i ammoniakemission kan udregnes til i gennemsnit at være 36 %. 14
ph effekt Figur 7 ph i gyllekanalen målt hver uge. De blå søjler viser ph i gyllen fra sektioner, der er behandlet med eddikesyre, mens de røde viser ph fra ubehandlede sektioner. Gyllen fra eddikesyre behandlede sektioner har alle markant lavere ph end gyllen fra de ubehandlede. Gennemsnitlig reduceres ph en med 0,4 ved behandlingen med eddikesyre. Figur 8 viser en gyllekanal fra en syrebehandlet stald Overfladen på gyllen i kanalerne fra de syrebehandlede staldsektioner skiftede karakter og var en smule skummet og changerende, se figur 8. 15
Kvælstof i gødning Figur 9 viser det samlede kvælstofindhold i gyllen udtrykt i mg N/L. De blå søjler er fra de behandlede sektioner, mens de røde er fra de ubehandlede sektioner. Ud fra figur 9 ses det, at der generelt er mere kvælstof i den gylle, der stammer fra de syrebehandlede sektioner. Den første uge er en undtagelse, idet der her ikke er nogen markant forskel. Sammenlignet med ammoniakkoncentrationen, figur 6 er der også her kun en lille forskel den første uge. I gennemsnit er der 18 % mere kvælstof i den behandlede gylle. Sammenligner man med de 36 % i reduceret ammoniakfordampning, svarer det til 14 % i tilbageholdt N, se figur 11 b. 16
Gyllekøling I en nybygget økologisk svinestald med køleslanger indstøbt i gyllekanalerne blev effekten af gyllekøling undersøgt. Formålet med undersøgelsen var dels at teste kølingens effekt på ammoniakemissionen og dels at måle varmepumpens energiforbrug til køling sammenholdt med kølingseffekten. Koncentrationen af ammoniak blev registreret i to forskellige sektioner, én med køling og én uden køling. Svinene fra de to sektioner havde i gennemsnit ca. samme vægt. Temperaturen på fremløbsvandet, overflade temperaturen på gyllen samt energiforbruget blev løbende moniteret. Stalden har naturlig ventilation i kip og fast gulv med spalter i både inde- og udearealerne. Gyllekanalen har linespil og en kummedybde på 40 cm. Staldanlægget indeholder 164 stipladser, hvor der tilsammen er 300 meter gyllekumme. Varmeproduktionen fra gyllekølingen bruges til opvarmning af smågrisestalden og stuehuset. Der er installeret to varmepumper på hver 12 kw. Pumpe nr. to starter først, når pumpe nr. et er udnyttet 100 %. Under forsøget var der kun køling på halvdelen af staldsektionerne for at kunne udtage kontrolmålinger i de ukølede sektioner. Figur 10 viser en skitse af en gyllekumme, hvori køleslanger er nedstøbt. Temperaturen er markeret forskellige steder i systemet. 17
Resultater Der blev registret følgende: Energiforbrug Ammoniakkoncentration i kølet og ukølet sektion Fremløb og returtemperatur fra køleslanger Temperatur i gylleoverfladen I en periode på 2 uger blev virkningsgraden på varmepumpen registreret til 3,6:1. Det vil sige, at 1 kwh strømforbrug bidrager med en kølingseffekt på 3,6 KWh. Det var ikke muligt at registrere forskel på ammoniakkoncentration imellem de to sektioner med og uden køling. Det skyldes sandsynligvis, at der ikke var køleeffekt nok til rådighed grundet for dårlig afsætning af varmen. Dette underbygges af, at gylletemperaturen kun bliver sænket lige efter fremløbet. I resten af gyllekanalen er temperaturen uændret. På figur 10 ses, hvordan en fremløbstemperatur på 8 grader er nok til at sænke temperaturen i gylleoverfladen fra 14 grader til 12,5, mens en returtemperatur på 11 grader ikke er nok. Køleslangerne er nedstøbt i bunden af gyllekummerne, hvilket betyder, at der dannes en temperaturgradient fra køleslangen og op til gylleoverfladen. Desto mere gylle, der står i kanalen, desto mere køling kræves der for at sænke overfladetemperaturen. Det er derfor vigtigt med regelmæssige udmugninger. I eksemplet fra figur 10 kræves der en difference på over 4,5 grader mellem køleslange og gylleoverflade, før kølingen har effekt på gylleoverfladen. Der blev kun registreret en maksimal sænkning af temperaturen på ca. 1,5 C køling på den første køleslange, som kommer direkte fra varmepumpen. På de resterende slanger kunne der ikke måles køleeffekt. 18
Diskussion Der er mange forskellige måder at nedbringe kvælstoftabet på, og der er ikke én løsning, der er den rigtige. I de fleste tilfælde skal der sættes ind på flere områder med flere forskellige virkemidler. Nogle virkemidler kræver blot en smule omtanke, mens andre kan være sværere at implementere. Vi har i dette projekt beskæftiget os med gyllekøling og syretilsætning, der begge har potentiale for at nedbringe ammoniakemissionen. Hvilken teknologi, der bedst egner sig, er op til en vurdering med baggrund i de specifikke forhold, der findes på den enkelte gård. Eddikesyretilsætning Resultaterne fra denne undersøgelse peger på en markant effekt af eddikesyretilsætningen til skyllevandet. Den relative høje reduktion af ammoniakfordampning på 47 %, der blev fundet i laboratoriet, kunne genfindes i fuldskalaforsøget på Rugballegaard, hvor der blev fundet en reduktion af ammoniak på 36 %. Den lidt lavere reduktion i fuldskala kan skyldes, at ikke hele udearealet blev behandlet med syre samt måleusikkerhed. På alle måledage var ammoniakkoncentrationen markant lavere i de syrebehandlede stalde, og ph var også markant lavere i gyllen. Denne tendens er også afspejlet i gylleanalyserne for total N, hvor alle måledage med undtagelse af den første viser markant højere indhold af N. At der ikke ses nogen effekt på N-indholdet i gyllen den første måledag, kan skyldes, at der var problemer med en dryppende dyse i en af de syrebehandlede staldsektioner, hvilket resulterede i en fortynding af gyllen. Dette kan også ses ud fra fosforindholdet i gyllen, der også var tilsvarende lavere i denne sektion. 19
Kvælstofpuljen Figur 11 viser hvor stor en del af den samlede mængde kvælstof, der under normale forhold fordamper fra gødningen. Den grønne ost viser, hvor stor en del af kvælstofpuljen, der kan tilbageholdes ved hjælp af syrebehandling. Økologiske svin udskiller normalt 4,6 kg. N per produceret dyr (Olesen, 2007), hvilket svarer til 100 % på figur 11. Kvælstoftabet fra stalden er ifølge svenske undersøgelser fra samme staldsystem, som vi har arbejdet med (Strawflow) 35 % svarende til 1,65 kg N. Hvis man behandler skyllevandet med eddikesyrer, som det er vist i denne undersøgelse, kan man reducere ammoniaktabet med 36 %, hvilket svarer til 14 % af den samlede mængde kvælstof, se den grønne ost på figur 11. Analysen af total N i gyllen viste et 18 % højere indhold af kvælstof. Dette er lidt mere kvælstof end, hvad der fordampede fra stalden. Forklaringen på forskellen er sandsynligvis, at eddikesyren også reducerer tabet fra gyllekanalen, og i dette forsøg var placeret uden for stalden. 20
Cost benefit analyse En besætning på 150 DE svarer til en produktion på 5250 slagtesvin om året. Et økologisk svin udskiller 4,6 kg (Olesen, Jeppsson et al. 2007), hvilket med denne produktion giver en årlig produktion på 24.150 kg N. Ifølge svenske undersøgelser forsvinder 1,6 kg N per svin fra stalden som følge af ammoniakog lattergasfordampning, hvilket svarer til en fordampning på 35 %. Dette giver i vores eksempel et samlet tab på 8.453 kg N. 36 % af fordampningen kan ved hjælp af syreskylning tilbageholdes, hvilket svarer til 3.043 kg N. Hvis økologerne opfylder harmonikravene, må de tilføre gødning svarende til 1,4 DE/ha for svin, hvilket ca. svarer til 140 kg total N/ha. Med en udnyttelsesprocent på 75 % for svinegylle giver det 105 kg N, som planterne kan udnytte. Vi har i denne udregning været konservative og ikke taget højde for det N-tab, der må påregnes fra lager og udbringning. Med et udgangspunkt på 105 kg plantetilgængeligt N/ha giver 1 kg ekstra N et gennemsnitligt merudbytte på 19 kg kerne per ha. 1 Hvis vi regner med, at økologisk foderhvede kan afsættes til 1,60 kr./kg, giver dette i udbytteforøgelse en ekstra fortjeneste på 92.507 kr. om året Driftsomkostningerne til forsuring af renholdningsvandet er 10 kr. per svin, hvilket giver samlet 52.500 kr. om året. Hvis vi trækker disse udgifter fra, opnås en fortjeneste på over 40.000 kr. om året. En investering i eddikesyretilsætning kommer altså 1,7 gange igen. Cikorierod En alternativ metode til at øge mængden af organiske syrer i gyllen kan være et foderadditiv. Et foderadditiv, der har vist sig lovende, er inulin, der er et udtræk fra cikorieroden. Det har i en undersøgelse vist sig, at ammoniakemissionen kunne nedsættes med op til 34 % ved tilsætning af 15 % inulin til foderet (Hansen, Schäefer et al. 2005). En så massiv tilsætning er dog en meget dyr løsning. Cikorierod har i mindre iblandingsprocenter vist en positive effekt på tilvæksten hos svin, samt at kunne reducere parasitbelastningen, hindre udbrud af svinedysenteri og fjerne ornelugt, (Hansen, Mejer et al. 2006; Thomsen, Knudsen et al. 2007). Den gavnlige effekt opnås ved, at inulin stimulerer mælkesyre- og bifidobakterier i tarmen, der hæmmer fremvækst af patogene bakterier. Effekten resulterer yderligere i, at svinegyllen indeholder flere organiske fedtsyrer, der sænker ph i gyllen, hvilket har en positiv indvirkning på ammoniakemissionen. 1 Data over udbytteforøgelse, der ligger til grund for beregningen, stammer fra 66 Landsforsøg i konventionel vinterhvede med forfrugt korn i perioden 2003-2008 stillet til rådighed af Torkild Birkmose, Landscentret Planteproduktion. Ifølge Peter Mejnertsen, Landscenteret Økologi kan disse data direkte sammenlignes med en tilsvarende økologisk produktion op til 2/3 af kvælstofnormen. 21
Gyllekøling Gyllekøling er en god og effektiv måde at udnytte varmeenergien i gyllen og kan bruges til opvarmning af f.eks. stuehuset, der er knyttet til bedriften. Den begrænsende faktor er at finde noget fornuftigt at bruge den indvundne varme på. Hvis man ikke kan afsætte varmen, bliver gyllekøling en dyr løsning. Kan man derimod bruge varmen er gyllekøling en klimarigtig teknologi, der reducerer CO 2 udledningen ved at mindske forbruget af forsilt brændstof. Det var ikke muligt at registrere effekt af køling i nærværende forsøg. Dette skyldes sandsynligvis, at der ikke var køleeffekt nok til rådighed grundet for dårlig afsætning af varmen. Dette underbygges af, at gylletemperaturen kun bliver sænket lige efter fremløbet. I den aktuelle forsøgsstald var der ikke installeret gyllegardiner i kanalerne mellem sektionerne. Det blev via en røgmaskine konstateret, at luft fra gyllekanalen bevægede sig hurtigt mellem sektionerne med meget høje ammoniakkoncentrationer til følge. Desto hurtigere luften passerer hen over gylleoverfladen, desto mere ammoniak frigives der fra overfladen. Det kan derfor kraftigt anbefales, at der monteres gyllegardiner på begge sider af væggene mellem sektionerne i sådanne stalde. Luftskifte mellem de kølede og de ukølede sektioner kan have været medvirkende årsag til, at det i vores forsøg ikke var muligt at måle nogen effekt af gyllekøling ved at sammenligne ammoniakkoncentrationen mellem sektionerne. Figur 12 er et eksempel på, hvordan luft fra gyllekanalen via varmeforskelle kan transporteres fra den ene staldsektion til den anden. Figur 12 Gennemtræk via en gyllekanal mellem 2 sektioner kan føre til opkoncentration af ammoniak i sektioner med større varmeproduktion. Dette kan minimeres med gyllegardiner, (vist med lysegrøn). Undersøgelsen løb kun over 2 uger. En statistisk sikker undersøgelse kræver flere ammoniak målinger både sommer og vinter samt gødningsprøver til kontrol af effekten. Det anbefales også at undersøge effekten af gyllekøling i udearealet. I en tidligere undersøgelse fra en konventionel drægtighedsstald med delvist spaltegulv og linespilsanlæg var den gennemsnitlige effekt af kølingen hen over året på 31 % reduktion af ammoniak. Den producerede varme fra kølingen blev afsat til gulvvarme i pattegrishulerne, (Petersen 2005). 22
Kvælstof en del af løsningen Kvælstof er en faktor, som i øjeblikket udgør en stor begrænsning for produktionsomfanget i økologisk jordbrug, og som forventes at blive større ved udfasningen i brugen af den konventionelle gylle. Samtidig bærer kvælstoffet også skylden for de største miljøproblemer. Dette skyldes, at kvælstof via biologiske omsætninger indgår i en lang række kemiske forbindelser, hvoraf nitrat let transporteres med regnvandet væk fra marken, og andre forbindelser som ammoniak og lattergas mistes ved fordampning. Udvaskning af nitrat har betydning for grundvands-kvaliteten samt for iltsvind i ferskvandssystemer og kystnære farvande. Ammoniakemissionen er en væsentlig kilde til eutrofieringen af både terrestriske og marine økosystemer. Det er især følsomme naturområder som heder og højmoser, der lider skade af ammoniaknedfald, da disse områder er tilpasset et kvælstofbegrænset miljø. Lattergas, der hovedsagelig stammer fra denitrifikation i mark, stalde og gødningslagre, bidrager til den stigende drivhuseffekt og dermed den globale opvarmning. Etablering af miljøteknologi i staldanlæg er kun en af mange værktøjer der kan bruges til at begrænse kvælstoftabet. Der må sættes ind på alle niveauer både fra stald, lager og udbringning. Her er 13 gode råd for hvordan man kan begrænse kvælstoftabet: 1. Øge udnyttelsen af kvælstof i foder for derved at mindske kvælstoffet i gyllen. 2. Tilpasse foderets proteinindhold og -sammensætning til dyrenes aktuelle behov 3. Indrette stalden således, at gylleoverfladen minimeres (spalter, v-formede kanaler og skrabersystemer) 4. Minimer gyllens opholdstid i stalden ved hyppige udmugninger og udslusninger. 5. Undgå høje luftbevægelser hen over gylleoverfladen, evt. vha. gyllegardiner i gyllekanalen. 6. Tildæk gødningslagre. 7. Nedbringe husdyrgødningen effektivt og hurtigt i jorden, således at ammoniakfordampning minimeres. 8. Efter udbringningen afpasses gødskningen efter behovet i den enkelte afgrøde, herunder tages højde for eftervirkninger fra forudgående græsmarker og gødningstildeling. 9. Undgå udbringning af kvælstofgødning forud for eller i afstrømningsperioden. 10. Mindske intensiteten i jordbearbejdningen om efteråret samt anvende forårspløjning frem for efterårspløjning i det omfang, det er muligt. 11. Alsidigt sædskifte med balance mellem kvælstofforbrugende og kvælstoffikserende planter. 12. Tilpasse valg af afgrøder og efterafgrøder i sædskiftet til næringsstofforsyningen samt risikoen for tab af næringsstoffer. 13. Dyrke effektive efterafgrøder, som kan opsamle jordens mineralske kvælstof i efteråret forud for afstrømningsperioden. 23
Perspektiver Der er nødvendigt, at der sker en udvikling af den økologiske produktionsform for at opfylde målsætningerne om miljømæssig bæredygtighed. De miljømæssige fordele ved økologisk jordbrug er en af hjørnestenene i økologisk produktion. Økologisk produktion belaster miljøet mindre med pesticider og kunstgødning samt har et markant lavere medicinforbrug, men mht. til kvælstoftab er der plads til forbedring. Det vores håb, at dette projekt kan danne afsæt for yderligere forskning i miljøaspekterne ved økologisk fødevareproduktion, der på kort sigt kan være med til at mindske miljøbelastningen fra den økologiske produktion. Vi har i dette projekt beskrevet en teknologi til renholdelse af udearealet, der er nem og billig at implementere i et eksisterende staldsystem. De foreløbige resultater viser, at teknologien har en markant effekt på tilbageholdelsen af kvælstof, hvilket i øget gødningskvalitet kan tilbagebetale driftsomkostningerne. Perspektiverne for økologiske slagtesvineproducenter er derfor et mere bæredygtigt landbrug. Konklusion Der blev i denne undersøgelse belyst flere forskellige miljøteknologier til begrænsning af kvælstoftabet. Den mest lovende teknologi viste sig at kunne reducere ammoniakfordampningen med 36 % fra en økologisk slagtesvinestald vha. eddikesyretilsætning til skyllevandet. Teknologien er beregnet til at koste 10 kr. per produceret dyr, hvilket skal holdes op mod en 14 % øget kvælstofmængde i gødningen. Den øgede mængde kvælstof kan potentielt veksles til et væsentligt merudbytte, der fuldt ud kan betale for forbruget af syre. Gyllekøling kan være en god løsning, hvis der på gården er et stort behov for varme. Er dette ikke tilfældet, kan gyllekøling ikke anbefales til reduktion af ammoniak. Generelt er der flere lavpraktiske tiltag, der kan sættes ind for at nedsætte kvælstoftabet fra stalden. Hyppig udmugning og udslusning af gylle er bare nogle af mange tiltag, der umiddelbart vil have en stor effekt på kvælstoftabet. 24
Litteraturliste Hansen, C. F., A. Schäefer, et al. (2005). "Indflydelse af inulin i foderet på udskillelsen af lugt og ammoniak fra slagtesvin." Landsudvalget for Svin, Den rullende Afprøvning Meddelelse nr. 724(Slagteriernes Forskningsinstitut). Hansen, L. L., H. Mejer, et al. (2006). "Influence of chicory roots (Cichorium Intybus L) on boar taint in entire male and female pigs." Animal Science 82(3): 359-368. IFOAM (2005). Principles of Organic Agriculture, IFOAM General assembly in Adelaide. Ivanova-Peneva, S. G., S. Veliki, et al. (2008). Excreting behaviour of pigs from organic housing systems in relation to ammonia emission. IFOAM congress. Modena, Italien. Ivanova-Peneva, S. G., A. J. A. Aarnink, et al. (2008). "Ammonia emissions from organic housing systems with fattening pigs." Biosystems Engineering 99(3): 412-422. Jensen, T. & H. V. Steinmetz (1999). "Overbrusningsanlæg i svinestalde - en oversigt over nytteværdi, funktion og brug." Den rullende Afprøvning, Dansk Svineproduktion Erfaring nr. 9910. Nilsson, T. (2007). Ekologisk produktion fyrdubblar utsläppen. ATL Landbrukets Affårstidning. 25 oktober Olesen, A.-C., K.-H. Jeppsson, et al. (2007). Ekologisk slaktgrisproduktion. Del 2 - Produktion, djurhälsa, välfärd, funktion och miljö. SLU, JBT. Rapport 147. Ottosen, L. D. M., H. V. Poulsen, et al. (Article in Press). "Observations on microbial activity in acidified pig slurry." Structures and Environment. Thomsen, L. E., K. E. B. Knudsen, et al. (2007). "The effect of fermentable carbohydrates on experimental swine dysentery and whip worm infections in pigs." Veterinary Microbiology 119(2-4): 152-163. 25