LEVEGÕTISZTASÁG-VÉDELEM
2.1 6.3
Mezőgazdasági tevékenységekből származó ammóniaemisszió kezelése Tárgyszavak: mezőgazdaság; ammónia; emisszió.
Az ammónia (NH3) és az ammónium-ion (NH4+) fontos szerepet játszik a természetes rendszerek trágyázásában, a csapadékok, aeroszolok és felhők savasságának kialakításában, illetve a finomrészecskés anyagok képződésében. Annak ellenére, hogy az NH3 a légkörben a savas kémiai formákat semlegesíti, az ökoszisztémában való leülepedésekor az NH4+ionnal együttesen fokozhatja a talaj savanyítását, és az arra érzékeny élőhelyek tápanyag-nitrogénjének dúsítását. Európa több országában a kéndioxid (SO2) 56%-os és a nitrogén savanyító oxidjainak (NOx) 15%-os emissziós csökkenése ellenére a savanyítás mértéke és a tápanyag-N szintje még mindig meghaladja a megengedett értéket, ami azt is jelenti, hogy ezeken a területeken 2010-re az NH3 valószínűleg a savanyító hatású, gázhalmazállapotú N-emisszió legjelentősebb részét képezi majd. A légköri ammónia elsődleges forrásai az Amerikai Egyesült Államokban és Európában egyaránt a mezőgazdasági tevékenységek, bár emittálódhat egyéb forrásokból is, például közlekedési eszközökből, hulladékelhelyezési és előállítási folyamatokból. Ezek a nem mezőgazdasági jellegű emissziók azonban viszonylag kis források nagy számából keletkeznek, tehát az NH3-emisszió legnagyobb csökkenése a mezőgazdasági tevékenységek korszerűsítésével érhető el. Az ammónia közvetlenül leülepedhet a természetes rendszerekben, vagy reakcióba léphet légköri savakkal, emberi egészségre veszélyes sók, például (NH4)2SO4, NH4NO3 vagy NH4Cl képződése és nedves vagy száraz kiülepedése mellett. A légkörben az ammónia viszonylag rövid, a szemcsés sók azonban sokkal hosszabb élettartamúak, ezáltal nagyobb távolságokra juthatnak el. Az Egyesült Államok keleti részén az NH4+-aeroszolok a finom részecskés anyagok fontos komponensei. 1995 és 2002 között megnőtt az NH4+ koncentrációja a csapadékban, ami egyúttal az NH3-emissziók növekedését is jelentette ugyanezen időszak alatt. A kibocsátott NH3 20– 40%-a valószínűleg közvetlenül az emissziós forrás közelében leülepe-
dett, a többi pedig átalakult NH4+ formává, amely helyben leülepedhetett, vagy nagyobb távolságokra szállítódhatott aeroszolként vagy csapadék formájában. Az ammónia NH4+-ionná alakulásának sebességét több tényező befolyásolja, például a relatív páratartalom, a hőmérséklet, illetve a nitrogén és kén oxidjainak elérhetősége. Az átalakítási sebesség meghatározhatja, hogy az NH3 helyben ülepedik-e le vagy nagyobb távolságokra szállítódik. Az Egyesült Államok New York államának délkeleti részén elhelyezkedő kutatási területen a vizsgálatok során arra a kérdésre kerestek választ, hogy a levegő és a csapadék NH4+ koncentrációját a helybeli mezőgazdasági tevékenységek (és ezáltal a helybeli NH3-emissziók), regionális SO2-emissziók vagy mindkettejük együttesen befolyásolják-e. Tanulmányozták a levegő és csapadék NH4+- és SO42−-koncentrációváltozásának tendenciáját, és az NH4+- és SO42−-koncentrációk, illetve az NH4+ és helybeli mezőgazdasági tevékenységek közötti korrelációkat.
Vizsgálati módszerek A kutatást New York állam délkeleti részén végezték. A vidék 60%-a erdősített, 15%-a városi és lakóterület, 20%-a pedig mezőgazdasági, ahol főleg tehenészettel foglalkoznak. A vizsgálatok során az aeroszolkoncentrációkat három szakaszos szűrőegységgel mérték, amelyet esővédőben elhelyezve megközelítően 10 méter magasságban állítottak fel a gyepfelület felett. A szűrőegységen keresztül vákuumpumpa segítségével folyamatos levegőáramlást biztosítottak. A szűrőket kétszeresen deionizált vízben 24 órán keresztül 2 °C-on sötétben extrahálták. Az üvegekbe töltött oldatokat ezután kloroformmal konzerválták, majd analizálták SO42−-ra ionkromatográfiával, NH4+-ra pedig folyamatos áramlásanalízissel. A vizsgálatokból heti koncentrációkat számítottak. Egy többrétegű száraz ülepedési modell segítségével óránkénti ülepedési sebességet is értékeltek. A heti fluxust a heti átlagos ülepedési sebesség és heti koncentrációk összefüggéséből számították. Végezetül ezen adatok segítségével értékelhették a ként és nitrogént tartalmazó anyagok összéves ülepedését. A közleményben rögzített adatok az 1988–2001 évre vonatkoznak. A kémiai analízishez minden egyes esőzés után csapadékmintákat gyűjtöttek nedves–száraz kollektor nedves oldalának felhasználásával. A csapadékmennyiségből csapadékmérő segítségével térfogatsúlyozott átlagkoncentrációkat számítottak. A közleményben a nedves ülepedésre vonatkozó adatok az 1984–2002 évet foglalták magukban.
Az ammóniaemissziók értékeit, amelyek pont- és nem pontforrás emissziók összegzését jelentik, az Egyesült Államok megfelelő környezetvédelmi adatbázisából merítették. A mezőgazdasági adatok szintén statisztikai adatbázisból származnak. A statisztikai elemzésben a mezőgazdasági NH3-emisszió reprezentálására a tejtermelés mértékét, és nem a tehenek számát használták fel, mivel annak ellenére, hogy a tehenek száma csökkent az utóbbi években, a tehenenkénti tejtermelés növekedett.
Vizsgálati eredmények A kutatási területen 1988 és 1999 között az NH4+ száraz és nedves kiülepedése egyaránt csökkent, míg 1999 és 2001, illetve 1999 és 2002 között a száraz illetve nedves kiülepedés növekedett (1. ábra). A levegő és csapadék NH4+-koncentrációi ugyanezt a tendenciát mutatták (2. ábra). Az átfogó csökkenés szignifikanciája – amint azt az egész periódusra vonatkozó lineáris regresszió is illusztrálja – nagyobb volt az NH4+ száraz ülepedése és száraz koncentrációja számára, mint az NH4+ nedves ülepedése és térfogatsúlyozott átlagkoncentrációja számára, talán amiatt, hogy a csapadék mennyisége évről évre nagy mértékben változik.
NH4+-N NH+4-N nedves ülepedés (kg/ha)
0,9 2,5
R2 = 0,16, p<0,09
0,8 0,7
2,0
0,6 0,5
1,5
0,4 1,0 R2 = 0,61, p<0,0009 0,5
0,3 0,2 0,1
NH+4-N száraz ülepedés (kg/ha) NH4+-N
1,0
3,0
0,0 0,0 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
1. ábra NH4+-N nedves ülepedése () 1984-től 2002-ig, illetve száraz ülepedése () 1988-tól 2001-ig a New York állam délkeleti részén elhelyezkedő kutatási területen. Az egyenes vonalak lineáris regressziókat jelentenek, a görbe vonalak mozgó átlagok az évenkénti és évszakonkénti variabilitás csökkentése céljából
2,0 R2 = 0,60, p<0,001
0,4
1,6
0,3 1,2 0,3 0,8
0,2
0,4
R2 = 0,20, p<0,05
0,2
+
0,4
NH4 koncentráció levegőben, µg/m
3
2,4
+
térfogatsúlyozott átlagos NH4 , mg/l
0,5
0,0 0,1 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
25 000
2 500
20 000
2 000
15 000
1 500
10 000
1 000
5 000
500
tejtermelés, 100 000 font
szarvasmarha
2. ábra Évenkénti térfogatsúlyozott átlagos NH4+-koncentráció csapadékban 1984-től 2002-ig (), és évenkénti átlagos + NH4 -koncentráció finom részecskés anyagokban 1988-tól 2001-ig () a New York állam délkeleti részén elhelyezkedő kutatási területen. Az egyenes vonalak lineáris regressziókat jelentenek, a görbe vonalak mozgó átlagok az évenkénti és évszakonkénti variabilitás csökkentése céljából
0 0 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 év
3. ábra Összes éves tejtermelés () és a szarvasmarhák száma () a New York állam délkeleti részén elhelyezkedő kutatási területen 1988-tól 2002-ig
3
0,6 R = 0,61, p<0,001
0,5
3,0
0,4 2,5 0,3 2,0 0,2 2
R = 0,58, p<0,0002
1,5
0,1
0,0 1,0 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
2-
2
SO4 koncentráció levegőben, µg/m
2-
térfogatsúlyozott átlagos SO4 , mg/l
3,5
4. ábra Évenkénti térfogatsúlyozott átlagos SO2– 4 -koncentráció csapadékban 1984-től 2002-ig (), és évenkénti átlagos 2– SO4 -koncentráció finom részecskés anyagokban 1988-tól 2001-ig () a New York állam délkeleti részén elhelyezkedő kutatási területen. Az egyenes vonalak lineáris regressziókat jelentenek, a görbe vonalak mozgó átlagok az évenkénti és évszakonkénti variabilitás csökkentése céljából
2
R = 0,93, p<0,0001
1,75
2-
részecske SO4 , µg/m
3
2,00
1,50
1,25 1,00 3,0
3,5
4,0
4,5
5,0 +
részecske NH4 , µg/m
5,5
6,0
3
5. ábra Levegőben található részecskés SO2– 4 + és NH4 éves átlagos koncentrációi közötti korreláció (1988–2001) a kutatási területen
2,00 2
1,75
+
részecske NH4 , µg/m
3
R = 0,69, p<0,0002
1,50
1,25
1,00 400
500
600
700
800
900
1 000
1 100
tejtermelés, 100 000 font
6. ábra A kutatási terület levegőjének éves átlagos részecske (1988–2001) és a délkelet New York állambeli terület éves tejtermelése közötti korreláció
NH4+-koncentrációja
+
csapadék NH2 , mg/l
0,40 0,35 0,30 0,25 R2 = 0,31, p<0,01
0,20 0,15 0,10 1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
2-
csapadék SO4 , mg/l
+ 7. ábra A csapadék SO2– 4 és NH4 éves térfogatsúlyozott átlagkoncentrációi közötti korreláció (1984–2002) a kutatási területen
Az NH4+-koncentráció és ülepedés kezdeti csökkenése párhuzamba állítható a szarvasmarha-állomány és tejtermelés csökkenésével; azonban a helyi mezőgazdaságnak ez az ágazata további hanyatlást mutatott 1999 és 2001 között is (3. ábra). A részecske SO42−-koncentráció 1988 és 1999 között csökkent, majd 1999 és 2001 között növekedett; SO42−
térfogatsúlyozott átlagkoncentrációja a csapadékban azonban az 1984– 2002 periódusban végig csökkent (4. ábra). A kutatási hely környezetében az átlagos éves részecske NH4+-koncentráció jobban korrelált a részecske SO42−-koncentrációval, mint az éves átlagos tejtermeléssel (5. és 6. ábra). Az NH4+ és SO42− közötti korreláció gyengébb volt a csapadékban, mint a légköri részecskék esetében (7. ábra), illetve az erdős területeken a mezőgazdasági területeknél.
A vizsgálati eredmények értékelése Az NH4+-koncentráció levegőben és csapadékban megfigyelhető csökkenő tendenciája az 1999-es év folyamán párhuzamba állítható ugyanezen időszak helyi össz tejtermelésének változásával, ezért kezdetben feltételezték, hogy a helyi mezőgazdasági irányvonalak okozták a megfigyelt NH4+-koncentrációváltozást. Azonban 1999 után a tejtermelés tovább csökkent, míg az NH4+ és SO42− koncentrációja a levegőben emelkedni kezdett. A kutatási terület levegőjében ennek az 1999 és 2001 közötti SO42−-koncentrációnövekedés oka nem tisztázott, bár felmerülhet annak a lehetősége, hogy a levegő olyan területekről áramlott be, ahol ezen időszak alatt nőtt a kénemisszió, annak ellenére, hogy az összes amerikai emisszió csökkent. A levegőben és csapadékban az NH4+koncentrációk szignifikánsan korreláltak SO42− mennyiségével; az NH4+ levegőben mérhető koncentrációi jobban korreláltak SO42− mennyiségével, mint az éves tejtermeléssel, ami a helyi mezőgazdaság mennyiségi mutatójának tekintendő. A kutatók munkájuk során előzetesen azt is kimutatták, hogy a kutatási területen a SO42−-koncentráció és -ülepedés jobban korrelált a regionális (a kutatási területtől délkeletre és délnyugatra fekvő területek), mint a helyi SO2-emissziókkal. Ezen eredmények összevetéséből következik, hogy a kutatási területre való SO42−-szállítás sokkal meghatározóbb tényezője lehet az NH4+-koncentrációnak és az ezt követő NH4+-ülepedésnek, mint a helyi NH3-emisszió. Az Egyesült Államok keleti részén az SO42−, NOx és NH4+ regionális szállítása jól ismert jelenség. A vizsgálati eredmények arra utalnak tehát, hogy a kénemisszió változásai változásokat eredményezhetnek az NH4+-koncentrációban és NH4+ ülepedésben is, különösen NH4+ száraz koncentrációjában és ülepedésében a receptorhelyeken, messze az emissziós forrás területétől. Egyes szakértők szerint a kénemissziók csökkenése az NH4+ülepedésben is csökkenést eredményezhet.
Az Egyesült Államok keleti részén a csapadék NH4+-koncentrációja azokon a területeken a legnagyobb, ahol az NH3-emissziók is a legnagyobb mértékűek. Azonban az NH4+-aeroszolok jelenléte az NH3 forrásterületektől messzebbre fekvő helyeken azt jelzi, hogy az emittálódó NH3 bizonyos része – rendszerint SO42−-tal – átalakul részecskés anyagokká és nagy távolságokra szállítódik. Az Egyesült Államok keleti és középnyugati részén az NH3-emisszió 1990 óta növekedő tendenciát mutat, amely feltehetően azzal a következménnyel jár, hogy a keleti rész néhány területén a csapadék NH4+koncentrációja, különösen délkeleten pedig a részecskés NH4+-koncentrációk növekedtek. Északkeleten azonban az NH4+-koncentráció a részecskés anyagokban változatlan maradt vagy csökkent. Úgy tűnik, hogy ez az NH4+ a részecskés anyagokban nagy részben kötődik SO42−-tal, amelynek koncentrációja az SO2-emisszió csökkenésének köszönhetően a legutóbbi évtizedben csökkent. Ez az eredmény arra utal, hogy az észak-keleti részen az NH4+-ülepedést erősen befolyásolja a SO42−-szállítás és SO2-emisszió. Európában a mezőgazdasági tevékenységeken belül az NH3emisszió körülbelül 80–90%-a a haszonállatok salakanyagaiból keletkezik, ezért kiemelkedő jelentőségű, hogy a trágyakezelés különböző szakaszaiban értékeljék az NH3-emissziók csökkentési módszereinek hatását, gazdaságosságát. Az NH3-emissziók csökkentési lehetőségeinek értékelése Korábbi publikációkban kimutatták, hogy az NH3-emisszió és a haszonállatok salakanyagaiban fellelhető összes ammóniás-N mennyisége összefüggésben áll egymással. Egyes szakértők szerint az NH3-párolgás csökkenthető a tejelő teheneknek adagolt takarmányban levő nyersfehérje csökkentésének, és a kiválasztott N és összes ammóniás-N menynyiségének arányában. A szervesnitrogén-tárolás folyamán végbemenő kisebb átalakulásától eltekintve (habár a komposztálás folyamatában a mineralizáció jelentős lehet) az összes ammóniás-N-készlet nem változik a trágyakezelés folyamán, bár csökkenhet gáz fázisú emisszió vagy kilúgozás során bekövetkező veszteséggel, illetve alomként, például alomszalmaként felhasznált szerves anyagban végbemenő immobilizációval. A trágyakezelés egyes szakaszaiban (begyűjtés, tárolás, trágyaszórás) az összes ammóniás-N bizonyos aránya elveszik főként NH3 formájában, a maradék pedig halad tovább a következő fázisba. A trágyakezelés korai sza-
kaszában, például a begyűjtéskor bevezetett emissziócsökkentési eljárás az összes ammóniás-N konzerválásával növeli a későbbiekben, például a tároláskor vagy szétszóráskor felszabaduló NH3 mennyiségét. A bevezetett intézkedések gazdaságosságát túlbecsülhetik, ha a potenciális növekedést az utána bekövetkező veszteségekben nem veszik figyelembe. Az NH3-emisszió mértékét befolyásolják olyan tényezők is, mint például hőmérséklet, pH, szélerősség, illetve a levegő hatásának kitett friss vizelet vagy iszap (hígtrágya) felszíne. Az évenkénti változékonyságot napjainkban még nem értékelik annak következtében, hogy az időjárás változásait és a környezeti hatásokat állandónak tartják az évek folyamán. Az eljárások jövőbeni fejlesztése során azonban figyelembe kell venni az időjárás évenkénti változását abból a célból, hogy javítsák az emissziók havonkénti felbontásának pontosságát és modellezzék az éghajlatváltozás NH3-emisszióra kifejtett potenciális következményeit. A vizsgálatok során az emissziócsökkentő lépéseket gazdaságosságuk szempontjából rangsorolják. Az első helyre a legkisebb költség/kg csökkentett NH3-N jellemzővel rendelkező eljárást helyezik, majd ezt követi a többi lépés növekvő egységnyi költség sorrendjében. Ily módon felállítható egy költségfüggvény, amelynek segítségével megadható az NH3-emissziókban bekövetkező csökkenés átfogó költségének folyamatos függvénye, illetve specifikálható a szükséges csökkentő intézkedések kombinációja. Ezt az eljárást számos európai országban kifejlesztették az emissziók és csökkentési lehetőségek értékelése céljából. Tömegáramlási eljárás esetében figyelembe kell venni a szintén összes ammóniás-N-ből származó dinitrogén-oxid (N2O), nitrogén(II)-oxid és dinitrogén (N2) emisszióját.
Az ammóniaemisszió csökkentésére alkalmazható eljárások Az NH3-emissziók csökkentését a helyi talajviszonyok, trágyafajták és mezőgazdasági technológiák figyelembevétele mellett hat szekcióban vizsgálják: 1. nitrogén- (N-) kezelés, 2. haszonállatok takarmányozási stratégiái, 3. csökkentett emissziók az összegyűjtő rendszerekből, 4. csökkentett emissziók a tárolás folyamán, 5. csökkentett emissziók a szétszórás folyamán illetve utána, 6. csökkentett emissziók ásványi-N műtrágyákból.
A különböző csökkentési lehetőségek megvitatásához a módszereket három kategóriába osztották a jelenlegi ismeretek és hatékonyságuk változása függvényében (1. táblázat). 1. táblázat Haszonállattartásból származó NH3-emissziók csökkentési módszereinek kategóriái Kategória
Definíció
1.
megfelelő szintű kutatási tevékenységek alapján a gyakorlatban megvalósíthatónak tartják; elegendő mennyiségi adattal rendelkeznek a csökkentési hatékonyságra vonatkozóan, legalább kísérleti szinten
2.
biztató eljárások, bár a kutatási adatok jelenleg még nem elegendőek, vagy csökkentési hatékonyságuk mennyiségi meghatározása nehézségekbe ütközik; ez nem jelenti azt, hogy a helyi körülményeknek megfelelően nem lehet alkalmazni az NH3-csökkentő stratégia részeként
3.
hatástalansága bizonyított, gyakorlati alkalmazása valószínűleg kizárt
N-kezelés A terméshozam követelményeit kielégítő N-felhasználás óvatos egyensúlyban tartása hatékonynak mutatkozik az (NO3−) nitrátkilúgozás csökkentésében, s lehetőséget nyújt N2O- és NO-emissziók csökkentésére a nitrifikációnak és denitrifikációnak köszönhetően. Azonban a nitrogénkezelés lehetősége az NH3-emissziók csökkentése céljából kevésbé jelentős, mivel az NH3-emisszió már a talaj felszínén végbemegy, mielőtt az alkalmazott nitrogén belépne a talaj ásványi N-készletébe. Az NH3-emisszió nagyobb mértékű csökkentésének eléréséhez tehát specifikus csökkentési intézkedések szükségesek. A trágyaalkalmazást követő NH3-emisszió csökkentése konzerválja a nitrogént a terméshozamfelvétel számára, és a trágya N-felhasználása sokkal hatékonyabb. A kiegyensúlyozott nitrogéntrágyázás előnyei főként a legelőn érvényesülnek, ahol a túlzott trágyázás következtében a takarmány szükségtelenül nagy N-koncentrációjának kockázata csökkenni fog. Ez csökkenti a legelő állatok nitrogénfelvételét, és a legelőhelyekről származó NH3emissziók lehetőségét. A túlzott trágyázás elkerülése csökkenti a megművelhető termények közvetlen veszteségét.
Haszonállatok takarmányozási stratégiái a nitrogénkiválasztás csökkentésére A haszonállatok takarmányát azzal a célkitűzéssel készítik, hogy az energiaszükséglet kielégítésére elegendő szénhidrátot szolgáltasson. Mivel ezek a táplálékok rendszerint fűfélékre/zöldtakarmányra vagy szójára alapulnak, gyakran tartalmaznak túlzott mennyiségű fehérjét. Ha a termeléshez szükséges mennyiségű fehérjékt visznek be a takarmánynyal, csökkenthető a nitrogénkiválasztás. A többlet fehérje-N többnyire karbamid (háziszárnyasokban húgysav) formájában választódik ki, ami a haszonállatok salakanyagaiból származó NH3-emisszió fő forrását képezi. A fehérjebevitel mérséklése tehát az NH3-emisszió nagyobb mértékű csökkenését eredményezi. A megfelelő takarmányozási módszerek a pH csökkentésével is ugyanezt a hatást fejtik ki az NH3-emisszióra. A nitrogén mennyisége a nem kérődző állatok salakanyagában oly módon is csökkenthető, hogy a táplálékban lévő fehérjekoncentrációt az életciklus különböző szakaszainak szükségleteihez igazítják. A hízósertés például a levágási tömeg elérésével kevesebb fehérjét igényel, mint az első elválasztás idején. A fehérjebevitel még tovább csökkenthető, ha az étrendbe adagolt szintetikus aminosavakkal optimalizálják az esszenciális aminosavtartalmat. Lizin és metionin felhasználásával a csökkentés mérsékelt költséggel jár, egyéb aminosavak alkalmazása azonban a takarmányozási költségek jelentős növekedését eredményezi. A haszonállatok trágyájának elhelyezése Napjainkban még nem áll rendelkezésre megbízható és hatékony módszer a természetes szellőzésű épületekből származó emissziók csökkentésére. A szabadban tartott állatok esetében azonban az alomként használt szalma mennyiségének növelésével csökkenthető az emisszió. Ennek az eljárásnak az is az előnye, hogy az összes ammóniás-nitrogénnek a szalmában való immobilizálásával nem lép fel emissziónövekedés a trágya tárolása vagy szétszórása során. Az épületekből kiáramló emisszió mérsékelhető az állat számára hozzáférhető hely, és ezáltal a salakanyaggal szennyezett alapterület csökkentésével is. Ez az eljárás azonban kedvezőtlen hatásokat idézhet elő az állat közérzetében. Sertésólak NH3-emissziója csökkenthető az iszapos vagy trágyás felszíni terület csökkentésével, és/vagy az iszap/trágya épületen kívüli fedett raktártérbe történő gyakori áthelyezésével. Baromfiólakban az épületek aljzatának alommal (fűrészporral) történő beborításával, a
víz kiömlésének minimalizálására megfelelő itatók elhelyezésével a csirkék szárazon tarthatók, s ez szintén segít az NH3-emisszió csökkentésében. Tojótyúkok elhelyezésekor az emisszió ugyancsak jelentősen mérsékelhető a trágya szárításával. Az állati ürülékek gyakori eltávolításával bizonyos mértékű csökkenés minden esetben elérhető. Trágya tárolása A legnagyobb mértékű ammóniaveszteség az épületekből és az állati trágyák szétterítéséből származik, bár a tárolt hígtrágyából és istállótrágyából szintén jelentős mennyiségű NH3 emittálódik. A hígtrágyát az állatok tartózkodási helyéről való eltávolítás után betonból, acélból vagy fából készült tartályokban (vagy silókban) vagy derítőtavakban tárolják. Az utóbbiak rendszerint nagyobb felszíni terület/térfogat aránnyal rendelkeznek, mint az előzőek, és emiatt nagyobb az NH3-emisszió lehetősége is. A trágyatárolás folyamán végrehajtható NH3-emissziót csökkentő módszerek összefoglalása a 2. táblázatban látható. 2. táblázat NH3-emissziót csökkentő módszerek a hígtrágya tárolása folyamán Csökkentési hatékonyság (%)
Kategória
Módszer
1.
csekély felszín a térfogathoz képest
20–50
1.
szilárd tető, sátor vagy kupak
80
1.
természetes kéregképződés
35–50
2.
rugalmas úszó műanyag fedőlemez
60
2.
olaj, finom duzzasztott agyag aggregátum
Korlátozó tényező
nem megfelelően tesztelt, való- 40 színűleg a kezeléstől és más tényezőktől függően változik; az alkalmazást megelőzően a hígtrágya homogenizálását igényli
A felszíni terület/térfogat arány csökkentése az NH3-emisszió mértékét is csökkenti. Az iszaptárolókból származó NH3-emissziók csökkentésének leghatékonyabb eszköze az olyan speciális szerkesztésű fedél, amely biztosít-
ja, hogy a tárolótartályban az iszap felett az ammónia elegendően nagy koncentrációban helyezkedhessen el, megelőzve a további párolgást. A talajszint feletti, acéllemezből vagy betonból készült kör alakú tartályok esetében az ilyen fedők az NH3-emissziókat körülbelül 80%-kal csökkenthetik. A fedelek elhelyezésekor kismértékű szellőzést lehetővé kell tenni a metánképződés megelőzése céljából. A lagúna típusú tartályok esetében a nagy, esetleg szabálytalan felszíni terület következtében a fedél illesztése gyakorlati nehézségekbe ütközik. Egyéb módszer, mint például természetes vagy mesterséges réteg kialakítása a tárolt hígtrágya felszínén, kevésbé hatékony, nehezebben kivitelezhető, viszont kevésbé költséges. A szilárd tető és lebegő fedő kizárja a csapadékot és csökkenti a tárolt hígtrágya térfogatát. Nedves területeken a hígtrágya szétterítésében bekövetkező költségcsökkenés részben kiegyenlítheti a fedők költségét. A szarvasmarháktól származó hígtrágyán megfelelő körülmények között természetes réteg alakulhat ki, ha a keverést, illetve kiürítést a lehetőségek szerint a legkevesebbre csökkentik, mivel ezek a tevékenységek növelik az NH3-emissziót. A réteg fenntartása céljából a tartályt alulról kell tölteni. Habár a tartályok lefedése sokkal kevésbé hatékony, mint a trágya megfelelő elhelyezéséből vagy szétszórásából származó emissziócsökkentés, mégis fontos lehet olyan területeken, ahol a tartály élőhelyek és légköri nitrogénülepedésre érzékeny területek közelében helyezkedik el. Összességében pedig ez az egyik legkönnyebben nyomon követhető és ellenőrizhető intézkedés. Csökkentett emissziót eredményező szétszórási (trágyázási) módszerek Az NH3-emisszió csökkentésében elsőbbséget kapnak azok a módszerek, amelyek nem növelik a későbbi kezelési szakaszokból származó emissziót, gazdaságosak, a gyakorlatban megvalósíthatóak és széles körben alkalmazhatóak. A trágya talajon való szétszórása a haszonállatokból származó összes NH3-emisszió 35–50%-át képezi. A vizsgálati eredmények alapján a trágya talajon történő szétszórása során végrehajtható csökkentési módszerek a legjelentősebb potenciális előnyökkel rendelkeznek, s egyben a leggazdaságosabbak közé is tartoznak. Az alábbi eljárások bizonyítottan hatékonyak: 1. sávos szórás vontatott tömlővel, 2. sávos szórás vontatott barázdatalppal,
3. nyitott hornyú, vékony injektálás, 4. a hígtrágya és istállótrágya kiszórása gyors beforgatással követve. A hígtrágya keskeny sávokban, s nem a teljes talaj vagy termény felszínén való alkalmazása mérsékeli az emissziót azáltal, hogy csökkenti a levegő hatásának kitett hígtrágya felszínét. Az emissziócsökkentés kisebb mértékű, ha a termény gyengén fejlett. A sávos szórás végrehajtható vontatott tömlővel vagy vontatott barázdatalppal. A vontatott tömlős megoldás hajlékony tömlőkön keresztül helyezi a hígtrágyát a talajszintre, alkalmazható fejlődő szántóföldi termények, csupasz talaj és frissen vágott füves terület esetében 10–50%-os emissziócsökkentéssel. A vontatott tömlő általában hatékonyabban alkalmazható szántóföldön, mint füves területen, illetve kevésbé viszkózus hígtrágya esetében. Vontatott barázdatalp segítségével az hígtrágyát olyan szilárd csövön keresztül rakják le, amely a földfelszínen átgördülő fémtalpakban végződik, s a gyep felemelésével az hígtrágyát a talajfelszínre juttatja. Ez a módszer 70%-kal csökkenti az NH3-emissziót. A sávos szórógépek és injektorok meredeken lejtős területeken nem alkalmazhatóak. Az injekció alkalmazása a hígtrágya földfelszín alá való helyezésével csökkenti a levegő hatásának kitett felszíni területet, növeli a talajjal érintkezést, amely az NH3 gyors immobilizációját eredményezi az agyagrészecskéken és szerves anyagon. Az injektálás mélységétől függően az emisszió 90%-kal is csökkenthető, viszont vékony talajrétegen, nagy mennyiségű kő- vagy szikladarab esetén, illetve természetes füves területeken és meredek lejtőkön a gyakorlatban kivitelezhetetlen. A tapasztalatok alapján a vékony, nyitott hornyú injektor jól működik keskeny rétegű talajon, s további előnye, hogy az NH3-emisszió csökkentése mellett a gyep sérülését is minimálisra csökkenti. Ezek a gépek keskeny nyílásokat vágnak, amelyek megtartják az hígtrágyát. Segítségükkel hatékony ammóniaemisszió-csökkentés érhető el, feltéve, hogy az hígtrágya felhasználásának sebessége nem lépi túl az injekciós nyílás hígtrágyabefogadó kapacitását. A hígtrágyából és istállótrágyából származó emisszió legerősebben közvetlenül a szétszórás után érezhető. Az emisszió 90%-kal csökkenthető, ha a hígtrágyát vagy istállótrágyát a szétterítést követő néhány órán belül szántással beforgatják a megművelt földbe. Az elegyítés késésével a hatékonyság gyorsan csökken, különösen a hígtrágya esetében. A gyakorlatban, ahol csak lehet, a szántást végző ekének a trágyaszóró mögött kell elhelyezkednie. A hígtrágya és baromfitrágya esetében a nagyobb sebességű tárcsa vagy kultivátor használata a szántással
megegyező hatékonyságú, mivel a trágya kevesebb ideig marad a felszínen. A korlátozott számú kísérleti munka a trágyabeépülésre vonatkozóan arra utalt, hogy a forgókapás kultivátor 60%-kal, a tárcsás borona 50%-kal csökkenti az emissziót. Az 1. kategóriába tartozó módszerek emissziócsökkentési hatékonysága a 3. táblázatban látható. A trágyaszórást követő további emissziócsökkentő eljárásokat a 4. táblázat foglalja össze. 3. táblázat Az 1. kategória módszereinek emissziócsökkentő hatékonysága a haszonállatoktól származó trágya szétterítését követően Módszer
Csökkentési hatékonyság (%)
Vontatott tömlő
30
Vontatott barázdatalp
40
Nyitott hornyú injektálás
60
Zárt hornyú injektálás
80
Híg- vagy istállótrágya elegyítése szántóföldbe
80–90
4. táblázat A 2. kategória módszerei az NH3-emisszió csökkentésére haszonállatoktól származó trágya alkalmazását követően Módszer
Korlátozó tényező
Hígtrágya hígítása
növeli a tárolási kapacitást és a trágya szétszórásának költségeit; felszíni lefolyás nagyobb kockázata
Hígtrágya mechanikus szétválasztása
emissziók szilárd frakciókból
Víz alkalmazása a szétszórást követően Megfelelő időzítés; az optimális évszak, nap és mennyiségi meghatározása vagy megbízható napszak kiválasztása csökkentés előállítása nehézségekbe ütközik Nyomás alatt tartott injektálás
az hígtrágyaot 5–8 bar nyomással nyomják a talajba; köves vagy lejtős területeken alkalmazható; további értékelés szükséges
Hatékonyságuk az éghajlati viszonyok vagy kezelési eljárások függvényében nagy mértékben változó. A 3. kategória módszereit − mint például adalékanyagok használata a hígtrágya–pH vagy hígtrágyaszétválasztás csökkentésére – a táblázat nem tartalmazza, mivel a mezőgazdasági gyakorlatban nem tartják bizonyítottan megfelelőnek. N-műtrágyák A N-műtrágyák alkalmazását követő NH3-emisszió főként karbamidból származik, amelyből a veszteség körülbelül 10-szerese az ammónium-nitráténak. Ennek következtében az alternatív N-műtrágyák alkalmazása előnyösebb. A karbamid használatából származó NH3-emisszió minimálisra csökkentése érdekében a műtrágyát az alkalmazást követően azonnal bele kellene forgatni a talajba, azonban ez korlátozott mértékben megvalósítható, mivel a N-műtrágyák többségét fejlődő szántóföldi termények esetében használják. Az alkalmazás megfelelő időzítése segíthet az emisszió csökkentésében (közvetlen esőzés előtt alkalmazható; forró, száraz körülmények között azonban nem), habár ezt a gyakorlatban nehéz kivitelezni. Ureázinhibitor alkalmazása az NH3-emissziót 90%-ig csökkentheti, viszont az eljárás igen drága. Az ammóniumszulfátból megfigyelhető NH3-veszteség pH-függő, pH = 7 fölött határozottan növekedő tendenciát mutat. Európában az emisszióban és az ezt követő SOx leülepedésben megfigyelhető csökkenés vezetett az Sműtrágyák alkalmazásának növekedéséhez. Költséggörbe-képzés eredményei A költséggörbe-elemzésből származó eredmények alapján az Egyesült Királyság haszonállattartásának leggazdaságosabb intézkedései az alábbiak: baromfitrágya-tárolók lefedése; híg sertéstrágya szántóföldi területbe való azonnali beforgatása tárcsával; szarvasmarha-hígtrágyát tároló derítőkben a rétegképződés lehetővé tétele; baromfitrágya és szarvasmarha-hígtrágya azonnali bekeverése a szántóföldi területbe tárcsával. A trágya szántóföldi területbe való beforgatásának gazdaságosságát a trágyában levő összes ammóniás-N koncentrációja befolyásolja. A szarvasmarha-hígtrágyát tároló derítők rétegezése jó minősítésű a rangsorban, a nagy veszteségek és a szarvasmarha-hígtrágya rétegeződésének jelentéktelen költsége következtében. A rétegképződés kevésbé volt gazdaságos a talajszint feletti hígtrágyatárolók esetében, mivel míg a m3-kénti költségek hasonlóak voltak, a tárolókból való veszte-
ség sokkal kevesebb volt a kisebb felszíni terület/térfogat arányuk következtében. Az alacsony emissziójú hígtrágya-kijuttató gépek rossz minősítést kaptak, mivel igen költségesek. A hígtrágya vontatott barázdatalppal való alkalmazása füves területen azonban viszonylag jó minősítést kapott, mivel a módszer a szétszórás után körülbelül 60%-kal csökkentheti az emissziót. A ráfordítás–hasznosság arány ábrázolása a 8. ábrán látható. 350
költség GBP x 10
6
300 250 200 150 100 50 0 0
10
20
30
40
emissziócsökkenés t x 10
50
60
8
8. ábra NH3-emisszió csökkentésének költséggörbéje az Egyesült Királyságban haszonállat tartására vonatkozóan. Az emissziókat metrikus tonnában adták meg Ezen előzetes eredmények csak az Egyesült Királyságra alkalmazhatóak. Az NH3-emisszió csökkentési költségeinek értékelése Svájcban az intézkedések alábbi, emelkedő költségek szerinti sorrendjét eredményezte: takarmányozási módszerek az étrend optimalizálásához; Nkiválasztás csökkentése speciális takarmányokkal, hígtrágya gyors beforgatása (ha megvalósítható), karbamid helyettesítése más Nműtrágyákkal, szilárd trágya gyors beforgatása, hígtrágya alkalmazása vontatott tömlővel, hígtrágya alkalmazása vontatott barázdatalpakkal, mesterséges rétegek kialakítása az hígtrágyatárolókon, hígtrágya hígítása, hígtrágyatárolók szilárd lefedése, illetve speciális begyűjtési rendszer. Az eljárások gazdaságossága az egyes európai országok között eltérő a mezőgazdasági gyakorlatok és helyi költségek eltéréseinek következtében. A legtöbb európai országban azonban jó minősítést kap a trá-
gya gyors talajba forgatása, a tárolótartályok lefedése, illetve a hígtrágya csökkentett emissziójú berendezéssel való alkalmazása.
Az emissziócsökkentési vizsgálatokból levonható következtetések A vizsgálati eredmények alapján az ammóniaemisszió csökkentését célzó intézkedések rangsorolása – eltérően a többi európai országtól – az Egyesült Királyságban és Svájcban hasonló tendenciát mutat. Mindkét országban az egyik leggazdaságosabb intézkedésnek a trágya szántóföldbe történő elegyítését tekintik, majd ezt követi a hígtrágya – sávos szóróval vagy injekcióval való – adagolása, illetve az hígtrágyatárolók lefedése. Gazdaságossági szempontból az utolsó helyre kerülnek azok a lépések, amelyek az épületekből kiáramló emisszió csökkentését célozzák. További vizsgálatokra van szükség az istállótrágya és baromfitrágya beépülésének, illetve a tárcsák és kultivátorfogak alkalmazásának hatékonyságára vonatkozóan. Mindkét vizsgálat eredményei nyomatékosítják annak igényét, hogy tisztázzák a légköri szennyező anyagok közötti kémiai kapcsolódásokat, s kifejlesszenek olyan szennyezőanyag-csökkentő módszereket, amelyek egyszerre többféle szennyeződésre irányulnak, hogy megelőzzék vagy legalábbis minimálisra csökkentsék a kritikus szintek meghaladását. Összeállította: Molnár Kinga Kelly, V. R.; Lovett, G. M. stb.: Trends in atmospheric ammonium concentrations in relation to atmospheric sulfate and local agriculture. = Environmental Pollution, 135. k. 3. sz. 2005. jún. p. 363–369. Webb, J.; Menzi, H. stb.: Managing ammonia emissions from livestock production in Europe. = Environmental Pollution, 135. k. 3. sz. 2005. jún. p. 399–406.
Egyéb irodalom Tax Á.: Tőzsdén értékesíthető levegőtisztaság, avagy az emissziókereskedelem és -hitelesítés folyamata. = Környezetvédelem, 2006. júl. 4. sz. p. 7.
