i en uthållig växtodling
– hur påverkas avkastningsnivå,
växtnäringsläckage, energihushållning
och utsläpp av växthusgaser?
Jordbruket har många uppgifter. Den primära, själva grunden till det hela, är produktion. Det är inte minst aktuellt i dag, när världen upplever något av en livs-medelskris, förhoppningsvis tillfällig. Men jordbruket är också en stor förvaltare av mark och miljö, och denna uppgift har vuxit i betydelse.
Hur ska jordbruket hantera dessa olika uppgifter i den globala värld vi har i dag? Det fi nns olika syn-punkter på detta. Utvecklingen hittills har gett oss fl era exempel på att miljön har drabbats på olika sätt när jordbruket har intensifi erats. Är detta möjligt att undvika? Går det att förena bra och konkurrenskraftig produktion med bra miljöfunktion?
Dessa frågor tas upp till granskning i ljuset av det aktuella läget både vad gäller industriell produktion och odlingstekniken i jordbruket. Båda dessa områden har utvecklats mycket positivt bara de senaste åren.
R
apport 5871
Kväveförsörjning
i en uthållig växtodling
– hur påverkas avkastningsnivå, växtnäringsläckage,
energihushållning och utsläpp av växthusgaser?
NATURVÅRDSVERKET
– hur påverkas avkastningsnivå, växtnäringsläckage, energihushållning och utsläpp av växthusgaser?
Ekosystemen kräver kväve-effektivitet
Naturvårdsverket
Tel: 08-698 10 00, fax: 08-20 29 25 E-post: registrator@naturvardsverket.se Postadress: Naturvårdsverket, SE-106 48 Stockholm
Internet: www.naturvardsverket.se
ISBN 978-91-620-5871-5 ISSN 0282-7298
© Naturvårdsverket 2008
Tryck: CM Gruppen AB, Bromma 2008 Omslagsfoto: Kersti Linderholm
Förord
Hur världen ska kunna försörjas med livsmedel och energi på ett hållbart sätt är i dag en mycket aktuell fråga. Att landsbygden kunde/kan vara själv-försörjande är ingen nyhet. Enligt rapporten ”Ett fotavtryck av svensk livs-medelskonsumtion” (NV 5367) skulle Sverige kunna vara självförsörjande vad det gäller livsmedel. Trots detta importera Sverige i dag en ansenlig andel livsmedel och energi.
Då jordbruken hade god tillgång på arbetskraft och mark krävdes inget stort tillskott av externa produktionsmedel. Men i dag, när arbetskraften mesta dels fi nns i städerna, har de ersatts av maskiner och fossilt bränsle.
Kraven på effektivitet har ökat markant de senaste hundra åren, vilket kan vara en förklaring till att användandet av mineralgödsel och växtskydds-medel har ökat. Vid 1900-talets början producerade och förädlade en vuxen person mat till sig själv och ytterligare en person. I dag däremot, försörjer en förvärvsarbetande inom jordbruk och industri cirka 20 andra personer med livsmedel.
I takt med övergödningen, klimatutsläppen och andra miljörelaterade frågor så har det ifrågasatts om mineralgödsel är ett hållbart produktions-medel och framförts att jordbruket i stället borde förlita sig till kvävefi xering med baljväxter.
Naturvårdsverket har beställt tre rapporter för att belysa hållbarheten i dagens produktionsmetoder avseende mineralgödsel, kemiskt växtskydd och foder produktion. Rapporterna har varit föremål för allmän granskning, bland annat vid ett öppet seminarium 7 februari 2008. Denna rapport behandlar frågan om kväve försörjningen för det framtida jordbruket. Hur ska livsmedels- och bioenergi grödor försörjas med kväve, efter det att producerad stall gödsel utnyttjats på ett effektivt sätt?
I rapporten analyseras hur energibalans, växthusgasutsläpp och andra miljöfaktorer påverkas av mineralgödselkväve respektive kväve från biologisk fi xering och stallgödsel i produktionssystem med och utan djur.
Agr. Dr. Göte Bertilsson har skrivit rapporten och svarar ensam för inne-hållet. Kersti Linderholm och Ingrid Rydberg har för Naturvårdsverkets del beställt rapporten.
Stockholm december 2008 Anna-Helena Lindahl
Innehåll
FÖRORD 3
SAMMANFATTNING 7
SUMMARY 11
BAKGRUND 15
ARBETETS AVGRÄNSNING OCH UPPLÄGGNING 17
PERSPEKTIV PÅ DISKUSSIONEN OM PRODUKTERS MILJÖPÅVERKAN 18
KRITERIER FÖR BEDÖMNING AV MILJÖEFFEKTER OCH UTHÅLLIGHET 20
BERÄKNINGSPRINCIPER OCH AVGRÄNSNINGAR 21
GÖDSELTILLVERKNINGEN 22
VÄXTNÄRINGSEFFEKTIVITET I JORDBRUKET 23
ENERGI I VÄXTODLINGEN 25
Om mineralgödselns effekter i försök 25
UTSLÄPP AV VÄXTHUSGASER (GHG) I VÄXTODLINGEN 26
VÄXTPRODUKTION MED RESPEKTIVE UTAN MINERALGÖDSEL 29
BERÄKNINGAR PÅ ENERGI OCH VÄXTHUSGASER MED RESPEKTIVE UTAN MINERALGÖDSELKVÄVE 36
OM JÄMFÖRELSER MELLAN ODLINGSSYSTEM 39
BERÄKNINGAR FÖR OLIKA KVÄVEINTENSITETER 41
KÄNSLIGHETSANALYSER 44
GÖDSLING, EKONOMI OCH EKOLOGI 45
MINERALGÖDSELKVÄVE OCH FÖRSÖRJNING 47
Integrerad animalieproduktion 47
Stallgödsel 48
Baljväxtkväve 48
Utlakning av nitrat 49
REFERENSER 61 BILAGA 1 67 BILAGA 2 76 BILAGA 3 81 BILAGA 4 84 BILAGA 5 88 BILAGA 6 93 BILAGA 7 96 BILAGA 8 98 BILAGA 9 100
Sammanfattning
Rapporten behandlar frågan om framtida kväveförsörjning för jordbruket. Kväve är ett viktigt näringsämne vid produktion av mat och energi. Full och effektiv användning av stallgödsel förutsätts. Men komplettering kommer att behövas. Ska detta vara enbart kväve från baljväxter etc eller kan mineralgöd-selkväve vara en acceptabel metod? Råvaran är densamma, dvs kväve från luften. Rapporten behandlar denna fråga. Hur påverkas produktion, energi-förhållanden, växthusgasutsläpp och andra miljöfaktorer av mineralgödsel-kväve respektive mineralgödsel-kväve från biologisk fi xering och stallgödsel?
Jämförelse görs mellan
• Kreaturssystem med och utan mineralgödselkväve. • Växtodlingssystem med och utan mineralgödselkväve.
I den jämförelsen har försöksresultat från ekologisk odling fått representera systemen utan mineralgödselkväve.
ÖVERGRIPANDE SLUTSATSER
1. Effektivisering av kvävets globala kretslopp behöver hög prioritet. Jordbruket är en betydande aktör.
2. Enbart kommersiell styrning av odlingsåtgärder räcker inte för miljön – ett nog så utmanande konstaterande i dagens värld.
3. Mineralgödselkväve rätt använt kan ges en viktig roll i utvecklingen av ett miljöriktigt och uthålligt samhälle.
4. Sveriges jordbruk har ett försteg vad gäller att uppnå hög kväve-effektivitet.
STARKT MINSKADE UTSLÄPP VID KVÄVETILLVERKNINGEN GER NY BAS FÖR MILJÖ BERÄKNINGAR
Eftersom det gäller framtida användning har för mineralgödsel använts de energi- och utsläppsvärden som nu är på väg att få genomslag i industrin. Ny teknologi ger utsläppsvärden för dikväveoxid som är mindre än en tredjedel av dem som tidigare använts. Också energiförbrukningen har sänkts. Det leder till något modifi erade slutsatser jämfört med tidigare beräkningar.
RÄTT ANVÄND MINERALGÖDSEL GER INTE SÄMRE KLIMAT- OCH ENERGI VÄRDEN ÄN BIOLOGISKA ALTERNATIV OCH DEN GER STÖRRE MÖJLIGHETER.
Jämförelser har gjorts för två olika system, ren växtodling respektive kreaturs-hållning och för olika parametrar. Svenska långvariga försök har använts som underlag och det har konstaterats att de väl representerar samlad kunskap i frågan.
självklart variation kring dessa siffror beroende på jordar och grödor. Uttrycker man miljöpåverkan som utsläpp eller förbrukning per
produce-rad kg produkt tas inte hänsyn till begränsande markresurser eller alternativ
markanvändning. Vad gäller klimatpåverkan blir dessa värden ganska lika med respektive utan mineralgödsel. För energi ger mineralgödsel de bättre värdena för ren växtodling medan ekologisk drift krävt mindre energiinsatser i det kreaturshållande systemets växtproduktion. Men denna parameter får tolkas med försiktighet, eftersom förutsättningen är obegränsad tillgång på mark för produktion. Beräkningssättet med denna förutsättning skulle t ex ge mycket bra värden för produkter från svedjebruk eller lågproducerande hack-jordbruk, men det jordbruket bidrar enbart med självhushållning.
För parametern nettoproduktion av energi ger mineralgödslade system mycket bättre värden än ekologiska utan kvävegödsel. Om en del av produk-tionen användes som bioenergi påverkas också växthusgasutsläppen om vi räknar med att bioenergin ersätter fossil energi. Systemen med mineralgödsel kan då i tillägg till livsmedelsproduktion producera energi för samhället och minska utsläppen av växthusgaser.
DET ÄR VIKTIGT ATT MINERALGÖDSELKVÄVET ANVÄNDES EKOLOGISKT EFFEKTIVT
Mineralgödsel är en del av lösningen på energi- och växthusgasproblem under en förutsättning: att den används effektivt. Sverige ligger i dag mycket bra till där i jämförelse med de fl esta andra länder, men prisutvecklingen på spann-mål 2007 väcker frågetecken för framtiden. De kortsiktigt ekonomiskt opti-mala givorna kan bli för höga för att vara ekologiskt effektiva. Frågan är om marknads- och produktionsekonomi kan styra denna betydelsefulla del av den globala kvävecykeln på ett acceptabelt sätt. Där ligger en stor utmaning för internationell miljö- och handelspolitik.
På praktisk nivå fi nns dock ytterligare att göra för att styra gödslingen med hänsyn till både ekonomi och ekologi: olika analyser för styrning, rad-myllning av kväve, sensorstyrd precisionsodling m m. Detta kan befordras genom nationella åtgärder. Program fi nns redan, de har av allt att döma gett god verkan, men de kan behöva förstärkas.
EFFEKTIVISERING AV KVÄVETS GLOBALA KRETSLOPP BORDE VARA ETT ÖVERGRIPANDE MÅL
Ökad befolkning globalt, ökad standard och ökad urbanisering leder till en ökning av den kvävemängd som omsätts oavsett om man använder mine-ralgödsel eller inte. Och detta har konsekvenser för de fl esta ekosystem. Att effektivisera kvävecykeln bör därför föras upp som ett övergripande ekolo-giskt mål. En viktig del är kvävets effektivitet i jordbruket.
UTLAKNING, AMMONIAKAVGÅNG MM – MINERALGÖDSEL KVÄVE GER SNARAST MINDRE PROBLEM ÄN ALTERNATIV
Svenska arbeten visar på miljöfördelar för mineralgödsel vad gäller utlakning, ammoniakavgång m m., förutsatt att det används rätt. De motsägs inte av internationella rapporter, enligt vad som diskuteras i texten.
MARK, GÖDSLING OCH PRODUKTION
Om mer produktion behövs kan man antingen odla mer areal eller med bland annat gödsling öka produktionen på den areal man har. Markresurs och göds-ling samspelar. Gödsel kan sägas vara ”virtuell mark”. Tillgången på mark blir av allt att döma en alltmer knapp resurs. Citat ur en aktuell artikel som egentligen behandlar globala problem med kväveöverskott (Galloway et al 2008, översatt):
”Tekniken att i stor skala fi xera kväve är utan tvivel en stor fördel för mänskligheten. Kanske 40 % av mänsklighetens proteinintag har sin grund i mineralgödsel och beräkningar tyder på att 2 miljarder människor inte skulle fi nnas till i dag utan den moderna tillämpningen av den industriella Haber-Bosch processen. . .”
Trenden är att beroendet av mineralgödsel ökar och tillgångar på mark alltmer ansträngs. Flera uppsatser och rapporter i agronomi/ekologi kommer till slutsatsen att mineralgödsel behövs både i dagens och morgondagens värld. Det viktiga är inte att försöka bli kvitt mineralgödseln utan att arbeta för att den används ekologiskt effektivt.
KOMBINATION GÖDSLING – VÄXTFÖLJD – MARKVÅRD – KRETSLOPP
Diskussionen ovan har gällt om mineralgödsel kan användas som kväve-källa i ett framtida samhälle. Och det kan den, men den ska inte ersätta allt annat. Baljväxter och annan biologisk kvävefi xering kommer också att spela en större roll framöver som kvävekälla. De ger inte bara kväve utan också omväxling i odlingen och de bygger upp markstrukturen. En väl fungerande mark är viktig för effektivt kväveutnyttjande och små förluster. Växtföljden behöver ägnas större uppmärksamhet.
Rätt insatt kvävegödsling, oberoende av ursprung, är positiv för markvår-den. Den hjälper till att bygga upp eller hålla uppe humushalten. Det påverkar alltså markens kolbalans och därmed koldioxidutsläpp från marken. Men det är systemberoende och har inte tagits hänsyn till i jämförelserna ovan.
OM ODLINGSSYSTEM
Egentligen är det tre kategorier av system som diskuteras i rapporten: Utan mineralgödselkväve.
Med miljöanpassad användning genom styrmedel via stat och bransch. Med enbart kommersiell anpassning.
De försöksresultat som diskuteras i rapporten gäller främst jämförelser mellan de två första systemen ovan, och gäller alltså mineralgödsel använd
med miljöhänsyn. De två senare systemen hamnar båda i kategorin ”konven-tionell odling”, men de har olika miljöpåverkan.
Jordbruket påverkar en stor del av jordens yta och har stort genomslag. Rapporten poängterar att kvävegödslingen bör styras av ekologiska hänsyn och inte bara av ekonomiska faktorer.
Enbart kommersiell anpassning kan ge mer utsläpp och större överskott i systemen, vilket ger miljöpåverkan på många plan. Detta är en mycket viktig punkt i rapporten, och den får ökad tyngd genom klimatfrågan.
Det kan tilläggas att den aktuella rapporten som nämndes ovan (Galloway et al 2008), som behandlar globala problem med ökande kvävefl öden betonar att det är kvävets ”management” som behöver förbättras, inte att mineral-gödsel ska ersättas av något annat.
Samma budskap fi nns i en annan aktuell rapport (Greenpeace: Cool Farming. Bellarby et al). Man betonar att jordbruket världen över orsakar miljöproblem, att kvävet spelar en roll här men att mycket kan göras både vad gäller industriell teknik och åtgärder i jordbruket.
Summary
The report considers nitrogen alternatives for the agricultural development: mineral fertilizers or biologically fi xed nitrogen. How is agricultural produc-tion, energy use, greenhouse gases and other environmental issues infl uenced by the choice of nitrogen source?
Recycling of farm waste as manure etc as effi ciently as possible is consid-ered to be a necessary background. Recycling of nutrients from the society should be developed. In most agricultural systems legumes continue to play a role. This report concerns the source of the additional nitrogen needed to improve the agricultural production from this base.
The outlook of the report is the near future. Recent developments both in fertilizer production technology and agricultural technology and practices are considered, provided they have reached a state of practical signifi cance. Comparison is made between
- livestock systems with and without nitrogen mineral fertilizer.
- crop production systems with and without nitrogen mineral fertilizer. Experimental results from organic farming have been used to represent systems without nitrogen mineral fertilizer.
Main conclusions:
1. Mineral nitrogen fertilizers stand for a major part of the agricultural production of today. They give no inherent disadvantage in environmen-tal issues as energy consumption, climate change and leaching, provided they are appropriately used. Consequently, they have an important role in the development of an environmentally sound and sustainable society. 2. Recent technology improvements in fertilizer production and use are
important. The base for most environmental reports and investigations on the effects of fertilizer use is not valid any more. For guidance for the future revision is needed.
3. However, fertilizer nitrogen needs to be used with environmental conside-rations. Commercial guidance only of agricultural management practices such as fertilizer use is not suffi cient for the environment. The Code of Good Agricultural Practice of today is not suffi cient. The market is not enough – a challenging statement in the world of today.
4. Tightening of the global nitrogen cycle needs high priority. Nitrogen is a main active agent in the world ecology. Agriculture is a main actor in this cycle. Losses to the environment should be reduced. Recycling promoted. 5. Swedish agriculture has an advantage concerning nitrogen effi ciency
compared to most other countries. Several circumstances interact: nitro-gen tax, manure management rules, targeted advisory programs involving all stakeholders including farmers organizations and industries. This shows that progress is possible, although there is a price which is pre-sently paid by the farmers.
Important reductions of emissions from the fertilizer industry give
a new base for environmental calculations
Since the scope of the work is to look forward, recent emission data have been used. New technology in nitrous oxide reduction means reduction of green-house gases to a third of previously normal values from around year 2000. Also energy effi ciency has been improved. This means somewhat modifi ed conclusions compared to previously presented environmental calculations.
Mineral fertilizer nitrogen, appropriately used, gives more favourable
values concerning climate and energy than biological alternatives
Comparisons have been made for different systems, crop production and live-stock respectively, and at different nitrogen levels. Results from Swedish long-term experiments have been used as a base, and it has been checked that they well conform with results from other work both in Sweden and elsewhere and from practical agriculture.
Without fertilizer nitrogen the production in crop systems is reduced by about 45% and in livestock systems by about 25%, which explains why fer-tilizers can have positive environmental effects in spite of emissions during manufacturing.
When comparing systems at the level “emissions per kg of agricultural produce” the values for greenhouse gases are fairly equal for systems with or without fertilizer nitrogen. For energy in crop production fertilizer systems have the better values while for livestock organic systems have the better values. At this level no consideration is given to limiting land resources or alternative land use, which means that this parameter should be interpreted with care.
If we consider net energy produced the systems with fertilizer nitrogen gives much better values than organic. If part of the production is used for bioenergy replacing fossil oil also greenhouse gases are affected. Systems with mineral fertilizer can in addition to food produce energy for the society and reduce emissions of greenhouse gases. In fact, the bioenergy pathway is not necessary for this effect on greenhouse gases. If agricultural production can be reduced, it is better to farm a part of the land with normal effi ciency and use the surplus for longterm grass than to farm all the land with reduced produc-tion.
It is important that fertilizer nitrogen is used with ecological effi ciency
Mineral fertilizers can contribute to the solution of energy- and greenhouse problems on one condition: that they are used effi ciently. Sweden is in a favou-rable position compared to other countries, but the price development on cereals during 2007 raises concern also here. Economical nitrogen optimum has been pushed above the zone of ecological effi ciency. We cannot depend on market- and production economy to guide this important part of the global nitrogen cycle in an acceptable way. This is a big challenge for international environment and trade policy development.
At a practical level several measures of available for combining economic and environmental effi ciency: analyses and programs for site-specifi c recom-mendations, fertilizer placement, sensor guided precision agriculture etc. This can be promoted by national programs. These exist already to some extent, judging from the situation in Sweden they seem to have a good effect, but a strengthening is needed.
Improvement and tightening of the global nitrogen cycle should be
an overriding goal
Population growth, standard growth and increased urbanization leads to increased nitrogen fl ows regardless if fertilizers are used or not. This has con-sequences for most ecosystems. This could be harder to deal with than the climate issue. To tighten the nitrogen cycle should be an overriding ecological goal. An important part is the nitrogen effi ciency in agriculture.
Leaching, ammonia volatilization etc – mineral fertilizer nitrogen
gives rather less problems than alternatives
Swedish work shows environmental advantages for fertilizers, provided appro priate use in acceptable agricultural systems. This is not contradicted by international work. However, it has to be recognized that there is considerable scope for improvement in many systems all over the world.
Global food supply
The background given above gives no reasons to question continued use of fertilizer nitrogen. But organic production, where one important point is that mineral nitrogen is not used, is an important topic in the discussion of today, and this makes it necessary to raise the issue.
Mineral nitrogen provides food for 40% of the population of today. In 20 years it is estimated to be 60%. Can it be replaced by something else? Can we accept restrictions allowing us to reduce agricultural production with 40%. And if so – on what grounds? The energy consumption and greenhouse gas emissions of fertilizer manufacturing have been arguments, but that base is not strong today.
Several ecologists/agronomists have been interested in this issue. Also those critical to the actual development come to the conclusion that mineral nitrogen is necessary both today and in the future. The important thing is to use it appropriately.
Combination fertilizer use – rotation – soil conservation – recycling
The discussion above concerns the role of fertilizers in a sustainable society. Yes, they have an important role, but they should not replace everything else. Legumes and other biological nitrogen fi xation will probably increase in importance. They provide nitrogen but also diversity in agricultural systems and are positive for the soil structure. A well functioning soil is important for the nitrogen effi ciency. The rotation needs more attention.
Properly used nitrogen fertilizer is positive for the soil conservation. It helps keeping up soil organic matter. This means that it affects the soil carbon balance and carbon dioxide release from the soil. The effect is system depen-dent and has not been included in the main comparisons in this report.
About agricultural systems
Three categories of agricultural systems are discussed in the report: - Without mineral fertilizer nitrogen.
- Fertilizer used with environmental considerations. - Systems with only commercial management.
The report comes to the conclusion that systems where fertilizer is used with environmental considerations are not environmentally inferior to systems wit-hout fertilizer nitrogen. They are often better. They give also better prospects of meeting the diverse needs of the society. An important development is technical improvement in fertilizer manufacturing as well as in agricultural use.
It is also stressed that commercial optimization of fertilizer use is not suffi -cient for the needs of the future. In most cases it means unnecessarily higher losses to the environment and more surplus in the systems. This is a serious system shortcoming in view of the challenges facing agricultural production and environment.
Bakgrund
Stora krav ställs på det framtida jordbruket. Världens försörjningsbehov ökar i takt med att vi blir fl er på jorden.
Om 50 år är vi troligen 3 miljarder fl er människor än i dag, och det kommer att behövas mer mat (Smil 2001). Stämmer beräkningarna skulle det betyda ett ökat behov på mer än 50 %, förutsatt att inga andra förändringar sker.
Det fi nns annat som konkurrerar med matproduktionen om åker marken. Bioenergi från åkermark har blivit en viktig fråga. Mark – för odling, för bebyggelse, energi och natur – har blivit en alltmer knapp resurs.
Större delen av jordens befolkning bor numera i städer. Andelen stads-bor passerade nyligen 50% och beräknas fortsätta att växa. Ur försörjnings-synpunkt är det en ogynnsam utveckling. Stora befolkningskoncentrationer är svåra att försörja och ännu svårare är det att återföra restprodukter tillbaka till åkermarken och därmed få ett kretslopp av näringsämnen.
I diskussionen kring jordbrukets negativa påverkan på miljön ifrågasätts ofta jordbrukets produktionsmedel, särskilt mineralgödsel (handelsgödsel/ konstgödsel) och växtskyddsmedel. Det fi nns alternativ i viss utsträckning: Odlingssystemet kan få kväve via biologisk fi xering, särskilt av baljväxter, och ogräs och sjukdomar kan hållas tillbaka på ett fl ertal olika sätt.
Hur ser helhetsbilden ut för olika alternativ?
Den frågeställning som ligger till grund för den här rapporten är: ”Är användningen av mineralgödselkväve ett hållbart framtidsalternativ?”. Det är en fråga med mycket stor räckvidd både i tid och rum.
Det kan diskuteras om mineralgödseln står för 40 eller 50 % av den glo-bala jordbruksproduktionen, men det är den storleksordningen som gäller. Frågan ställer stora krav på utförande och tolkning av försök och studier. Det är självklart att mineralgödsel inte alltid behövs. Jordens egen näringsleverans kan i en del fall vara fullt tillräcklig för grödan.
Mineralgödsel kan ersättas av organiska gödselmedel av olika slag så länge skalan är begränsad och det fi nns en omvärld att hämta näring från. Det fi nns inget konkurrensförhållande mellan stallgödsel och mineral gödsel.
Stallgödseln ska användas i så hög grad som möjligt och så effektivt som möjligt. Detsamma gäller kretsloppsprodukter som exempelvis slam och kom-post eller därav utvecklade produkter. Mineralgödseln är ett komplement, och
syftet med den här rapporten är att jämföra resursåtgång och miljöpåverkan i de fall extra kväve behövs. Alternativen är kvävefi xering i fält eller fabrik.
Biologisk kvävefi xering är en kvävekälla bland andra som hör hemma i jordbruket. Men det ses också som ett alternativ till mineralgödselkväve.
Den konkreta frågan blir då: Vad blir konsekvenserna för jordbruks-produktionen och samhället om biologisk kvävefi xering i stor skala ska ersätta mineralgödselkväve?
Den helhetsbild som är intressant gäller framtiden. Som grund behövs aktuella data. Det har skett en stark teknisk effektivitetsutveckling de senaste åren, både inom industrin och jordbruket.
Trots det grundas diskussionen huvudsakligen på historiska data. Inte sällan används data från vetenskapliga rapporter från 1980-talet som i sin tur baseras på data från 1970-talet.
Det är viktigt att den aktuella utvecklingen beskrivs med tillräcklig tyngd och tydlighet för att kunna användas för en framtidsdiskussion. Bara inom Sverige fi nns ett fl ertal olika produktionsförhållanden: Slättjordbruk med ren växtproduktion, mellanbygder där boskap av olika slag är viktiga, jordbruk med betydande produktion av svin eller fjäderfä, grönsaksodlingar, med mera. Det måste bli många olika lösningar och kombinationer när framtiden disku-teras.
Det är mosaik och mångfald vi talar om, inte ensidiga standardlösningar. Vi har en begränsad markyta att nyttja, människan tar sedan aktiva beslut kring till vad och hur marken ska användas. Åsikterna om vad som ger bäst effekt och vilka behov som är störst varierar.
I Västeuropa har vi haft ett läge med produktionsöverskott och mark-överskott. Det är möjligt att den perioden nu är slut och att produktionen av livsmedelsråvaror och bioenergi får högre prioritet. Lokalt kan man i vissa fall köpa miljöfördelar genom att minska produktionen på olika sätt. Det kan vara positivt för lokala miljöfrågor, men i global skala är det ingen lösning Där behövs i stället ökad produktion och detta perspektiv måste tas hänsyn till också lokalt.
Åtgärder för att nå miljömålen kommer ibland i konfl ikt med varandra. (NV 5671, SJV 2008:3). Vi kan till exempel minska förluster av kväve från marken genom reducerad bearbetning. Men det kan gynna ogräs, vilket ger ökat behov av kemisk bekämpning. Vi skulle behöva förbättra kretsloppet av näring, men det kan leda till anrikning av oönskade ämnen som kadmium. Vi skulle vilja ha fl er betande djur, men det leder till högre utsläpp av växthus-gasen metan. Det fi nns många fl er exempel.
Vad som syns viktigt är att ta fram relevanta grunddata för att diskutera framtiden. De behöver konkretiseras genom några exempel. Men framtiden innebär en mångfald av olika lösningar. Just häri kan ligga fröet till optimism.
Det framhålls ibland att ”maten räcker”, vi har inget behov av ökad pro-duktion. Vad som krävs är bättre fördelning, lägre förluster och minskat svinn i de olika produktkedjorna.
På sikt krävs också ett annat konsumtionsmönster med mer vegetabilier, samt en annan mer lokalt betonad samhällsorganisation. Detta är viktiga frågor att arbeta med. Så här långt går de senare trenderna i helt motsatt riktning. Vi får hoppas att detta så småningom ändras, vilket skulle under-lätta utvecklingen av ett hållbart samhälle. Men inom rimlig tid minskas inte behovet av ökad jordbruksproduktion totalt. Vad vi kan hoppas på är att ökningstrenden planar ut.
Arbetets avgränsning och
uppläggning
Denna rapport behandlar enbart kväveförsöjningen. Uppdraget var att belysa:
Energieffektiviteten av kvävegödsling i svensk växtodling med mineral-gödsel kontra kvävefi xering i baljväxter. Dvs en jämförande studie om resurs-effektiviteten i att binda luftens kväve genom industriella processer jämfört med kvävefi xerande bakterier.
Flera andra växtnäringsämnen är viktiga för en hållbar odling, liksom andra produktionsmedel, men dessa behandlas inte i denna rapport. Fosforgödsling har behandlats i en tidigare Naturvårdsverksrapport med nummer 5518 (Fosforgödsling och odlingsekonomi med perspektiv på miljö-mål). Växtskydd behandlas i ett parallellt framtaget manus som skrivits av Christer Nilsson.
I inledningen har använts en del referenser från 1990-talet. Det var nöd-vändigt för att få de perspektiv som behövdes. Emellertid har utvecklingen både tekniskt och kunskapsmässigt gått så pass snabbt inom områdena indu-striell gödselmedelsproduktion och jordbruksteknik att tidigare beräkningar inte är användbara varken för bedömning av aktuellt läge eller framtid. Därför görs ingen sammanfattande genomgång av tidigare arbeten vad gäller jordbrukets energieffektivitet eller utsläpp av växthusgaser, men en del tas upp i diskussionen. Huvudpunkter i uppläggningen:
1. Olika kriterier för bedömning av miljöeffekter och uthållighet.
2. Sammanfattningar av relevanta och aktuella data för produktion och miljöpåverkan.
3. Scenaria för energi och växthusgaser grundade på försök med odlings-system och kvävegödsling.
4. Helhetskonsekvenser för försörjning, miljö och uthållighet. 5. Diskussion.
Perspektiv på diskussionen om
produkters miljöpåverkan
Inte minst Naturvårdsverket har publicerat mycket material, särskilt i sam-band med framtidsprojektet 2021 från 1990-talet. Mycket förtjänar att lyftas fram också i dag.
OM LIVSCYKELANALYSER (LCA) OCH MÄRKNING
”Klimatmärkning” är en aktuell fråga. Bakom en sådan måste ligga en hel-hetsanalys, någon ansats till LCA. I SNV Rapport 5225 ( På väg mot miljö-anpassade produkter, 2002) diskuteras sådana frågor. Man framhåller att det är viktigt att man förstår att LCA kan utföras på olika sätt och med olika förutsättningar. Gränsdragningsfrågorna, vad som ingår i analysen, är mycket viktiga. Lättast är att fokusera på en fråga, t ex utsläpp, men då fi nns risk att t ex resursfrågor (som behov av landareal) inte beaktas. Att väga in olika frågor är svårt. En alltför snäv LCA kan leda fel, speciellt när det gäller plats-bunden påverkan såsom hävd av betsmark. Viktigt är även att uppdatera LCA-analyser när produktionsförhållanden ändras.
SLUTSATSER FRÅN FRAMTIDSPROJEKTET 2021 (SNV RAPPORT 4747, 1997)
Som bas för arbetet togs fram två typer av jordbruk:
1. Vägvinnaren, som utnyttjar produktionsutvecklingen på bästa sätt men med miljöhänsyn.
2. Stigfi nnaren, som mera liknar en ekologisk brukare, använder mindre insatser och får mindre skördar och djurproduktion.
Vägvinnaren kan för Sveriges del både förse en växande befolkning med livs-medel och ge utrymme för bioenergi. Stigfi nnaren ger lokal försörjning men litet utrymme för bioenergi. I en sammanfattande diskussion förs fram att den bästa lösningen kan vara en kombination av båda, med Vägvinnaren i utpräg-lade jordbruksområden och Stigfi nnaren i mellanbygder
ENERGIN I LIVSMEDELSKEDJAN
En kunskapsbas är SNV rapport 4732 (Energifl öden i livsmedelskedjan, 1997). Det både sammanfattas och utvidgas i rapporten 4830 (Att äta för en bättre miljö, 1997). En mer detaljerad grund fi nns i Kungl. Skogs- och Lantbruksakademiens Tidskrift, 1995 nr 6: Hans Erik Uhlin: Lantbrukets energibalans. Dessa redogörelser har visserligen några år på nacken, men de tillhör ändå ”vår tid”.
Nyare undersökningar (Edström et al 2005, Engström et al 2007) ger också perspektiv på frågan, men de har inte haft samma mål att kartlägga hel-heten. Siffrorna för olika undersökningar är därför inte jämförbara.
En sammanfattning av värden från SNV rapport 4732:
Hela livsmedelskedjan använder ungefär en fjärdedel (100 TWh) av Sveriges energikonsumtion.
Av dessa 100 TWh använder jordbruket ungefär 17. Konsumtionen (inköp, förvaring och tillagning) behöver ungefär 40.
Av jordbrukets förbrukning på 17 TWH går 12 till växtodlingen och därav är ungefär 2 energi för mineralgödseltillverkning (men dessa räknas inte in i Sveriges statistik).
EN FRÅGA OM HELHETSPERSPEKTIV
Vid en livscykelanalys (LCA) skall resultatet uttryckas per ”funktionell enhet”, dvs. t ex i utsläpp av koldioxidekvivalenter per kg vete. I industriell produktion är det ganska självklart bättre miljömässigt ju bättre detta värde är. Blir produktionen av en miljömässigt bättre produkt dyrare får marknaden reagera på detta.
Vad gäller livsmedel fi nns ett större samhällsengagemang vilket komplice-rar. T ex får viltkött bra miljövärden. Inga resurser har ju direkt använts (men kanske en del skogsägare tycker annorlunda). Ska vi då från samhällets sida styra över till viltkött? Ge offentliga inköpare direktiv att gå i den riktningen? Det förefaller självklart att vi inte kan bygga en försörjning i dag på vilt, så det gör man nog inte. Men exemplet visar att ett ”utsläppsvärde” per kg pro-dukt inte ger tillräcklig grund för samhällelig styrning. Det behöver komplet-teras med tillgänglighet, produktionspotential och kanske pris.
I standarden för LCA betonas särskilt nödvändigheten av en ”review”, en helhetsdiskussion med deltagande av olika parter (Finkbeiner et al 2006). För livsmedelssidan är det särskilt viktigt. Livsmedelsproduktionen är komplex. Det kan vara viktigt att inte bara kvantifi era utan också specifi cera var och hur en påverkan manifesteras. Frågor som biologisk mångfald kan behöva tas speciell hänsyn till. Påverkan måste alltid ställas i relation till produktionens lokalisering.
Kriterier för bedömning av
miljöeffekter och uthållighet
Jämförelser har gjorts mellan
• Kreaturssystem med och utan mineralgödselkväve • Växtodlingssystem med och utan mineralgödselkväve
Försöksresultat från ekologisk odling har fått representera system utan mine-ralgödselkväve. Där har man gjort ansträngningar att på bästa sätt få bra resultat utan mineralgödsel och det är nödvändigt att ha en sådan referens-punkt. I denna rapport är det växtnäringsaspekten som diskuteras och inte andra dimensioner av jordbruk (växtskydd mm).
Men hur ska man jämföra? Följande är några exempel:
3 Bästa miljövärde per hektar av odlingen.
3 Bästa miljövärde per hektar av driftsenheten, t ex spannmål plus energi-gröda.
3 Bästa miljövärde per enhet produkt, för t ex energi eller växthusgaser per kg vete.
3 Bästa sammanfattande miljöindex per enhet produkt, fl era aspekter sammanvägda, även t ex ianspråktagande av markresurs och kanske biologisk mångfald.
3 Nationell försörjning och bästa miljöfunktion, scenaria. 3 Global försörjning och bästa miljöfunktion.
3 Global uthållighet på lång sikt.
Detta arbete gäller svenska eller nordeuropeiska förhållanden. Det förefal-ler dock rimligt att även Sverige ska bidra till den globala försörjningen och inte drastiskt minska produktionen i ett läge där det globala samhället måste öka. I så fall skulle vi exportera vår miljöpåverkan. Å andra sidan måste vissa minskningar kunna accepteras om kompenserande miljöfördelar därmed uppnås. Absoluta kriterier för produktions- och miljömål varken kan eller behöver ställas upp här, men konsekvensen av olika scenaria kan tas fram och diskuteras.
Global uthållighet på lång sikt är naturligtvis nödvändig, men det faller utanför ramen för detta arbete. Det får ses som en pågående process som nyss har börjat och ett strategiskt mål. Det som här diskuteras är mer taktiska överväganden på vägen mot ett sådant mål.
Beräkningsprinciper och
avgränsningar
För miljöberäkningar, LCA, fi nns en standard i ISO14040 systemet. Den ger en stadga när det gäller jämförelser av produkter men är inte färdigutveck-lad när det gäller storskalig jordbruksproduktion. En avgörande resurs, land-arealen, kommer inte in på ett naturligt sätt. För jordbruk, och i synnerhet om man har aspekten storskalig försörjning, kan man inte förutsätta att det fi nns utrymme att utvidga arealen för att kompensera en eventuellt lägre pro-duktion. Det har i så fall andra konsekvenser, som avskogning. Lösningar för att inkludera arealresursen har diskuterats i fl era arbeten (Cederberg 1998, Mattsson et al 2000). En möjlighet är att inkludera arealbehovet i en samlad miljöbedömning (Brentrup 2003 ). En annan möjlighet är att arealbehovet blir föremål för en separat bedömning, I detta arbete hanteras skillnader i arealbe-hov genom beräkning på möjlighet till kompletterande bioenergiproduktion.
Det fi nns en annan areal- och resursaspekt. Vi antar att en spannmålsod-lare är granne med en grisproducent. Han kan få den växtnäring han behöver i form av stallgödsel från grannen till ett lågt pris och låga transportinsat-ser. Han kan få hög skörd utan mineralgödsel och det ger bra energivärden i produktionen. Det är en mycket bra lokal lösning. Men det syns självklart att detta inte är ”representativt” och kan utvidgas till hela spannmålsproduktio-nen. I många fall är dock försök som används för energianalyser organiserade på detta sätt. Ett ”bio-led” kan ha fått 50 ton fl ytgödsel och jämföres med mineralgödslat led. Ett annat exempel är ”trädor” och gröngödslingar. De bör självklart ses som en del av systemet och inte avgränsade från den gröda som kommer efter och drar nytta av dem. I detta arbete är huvudgrunden sam-manhängande odlingssystem med en fullständig resurskartläggning för hela systemet.
En viktig fråga är avgränsningen av det system beräkningen gäller. I denna beräkning är resursåtgången för insatsvaror (gödsel, maskiner, diesel) tagen hänsyn till. Däremot är föregående steg, resursåtgång för att bygga gödsel-fabriker, maskinfabriker och raffi naderier, inte medräknat, men en över-slagskalkyl om effekten av detta göres i bilaga 3. Skördeprodukten följes till gårdslager och transport dit och torkning är inkluderat. Mer perspektiv ges i bilaga 3 och 4.
Detta arbete kan inte ses som en LCA-analys enligt regelverket. Energi-försörjning etc. är inte kartlagt i alla detaljer i enskilda fall och går inte till-baka till energiråvaror. I stället är aktuell utveckling tagen hänsyn till. Föremål för analys är inte specifi ka praktiska produkter utan snarare produktionssys-tem där dagens praktiskt fungerande utvecklingsfront tagits tillvara.
För att ge perspektiv på metoder och beräkningar fi nns jämförelser i bilaga 4. Där sammanfattas och kommenteras två andra ganska aktuella och tongivande arbeten från Schweiz respektive England.
Gödseltillverkningen
Följande tabell är ett utdrag ur Jenssen & Kongshaug (2003). Sedan dess har utvecklingen gått ytterligare framåt. T ex innebär dagens teknik för växthus-gaser 2,5 CO2-ekv/kg N jämfört med tabellens 3,0.
Tabell 1.
Energi och växthusgaser vid gödseltillverkning., utveckling i tiden. Växthusgaser uttryckt i kg koldioxidekvivalenter betecknas med GHG (GreenHouse Gases) Ackumulerad energiåtgång och växthusgaspåverkan för olika produkter enligt Jenssen & Kongshaug. Källans tabellvärden har omräknats till att gälla per kg N.
Energiförbrukning per kg N (MJ) GHG (CO2+N2O) per kg N
Gödselmedel Old Av Eur Modern Old Av Eur Modern
CAN, 26,5 %N 56 40 32 7,5 6,9 3,0
AN, 33,5 %N 55 39 30 7,5 6,8 3,0
NPK 15-15-15 68 45 33 5,8 5,3 2,7
I tabellen visas värdena för tre betydelsefulla gödselmedel av typer som är viktiga för svenskt lantbruk. CAN och AN är ammoniumnitratgödselmedel, NPK 15-15-15 är av nitrofosfattyp. Det ska observeras att också för NPK (angivna halter är i N, P2O5 resp. K2O) har värdena räknats per kg N. Fosfor och kalium har med dessa värden kommit med ”gratis”.
”Old” är teknik från 1970-1980, nästa siffra är för medel Europeisk produktion i början på 2000-talet och ”Modern” är ungefär Best available Technology 2003. Tilläggas kan att det förekommer i svensk debatt LCA-analyser om livsmedelsproduktion där siffror upp mot 9 används Det ska observeras att “Modern” särskilt vad gäller växthusgaser är en betydande för-bättring. Den har åstadkommits med ny reningsteknik. Efter 2003 har utveck-lingen gått vidare och värdet är nu 2,5 för växthusgaser i stället för tabellens 3 (Yara 2007).
Enligt den leverantör av gödselmedel till svensk jordbruk som har cirka 65 % marknadsandel av kväve (N) i Sverige, påbörjades under 2006 ett inves-teringsprogram för att minska lustgasemissionerna från salpetersyrafabri-kerna.
Programmet kommer att vara slutfört i början av 2009. Man förväntar då att nå ned till 2.5 ton CO2-ekvivalenter per ton N. (Erlingson, muntligt 2007).
Med denna bakgrund förefaller det motiverat att använda växthusgasvär-det 3 CO2-ekv per kg N för framtidsinriktade beräkningar. Då fi nns en viss marginal för störningar och utrymme för vidareutveckling.
Växtnäringseffektivitet i jordbruket
Kvävets funktion i jordbruket har förbättrats under det senaste decenniet. Ett nyckeltal är bortförseln i förhållande till totalt tillfört kväve i mineralgödsel och stallgödsel. Statistiska Centralbyrån redovisar följande siffror för åren 1995, 1997, 1999, 2001 och 2003:
55 %, 61 %, 60 %, 61 %, 62 %. (SCB m fl 2007). Det gäller bruttoeffek-tiviteten för jordbruket inklusive djurproduktionen, förluster i stall och göd-sellagring är inräknade.
Ser vi mera i detalj på mineralgödsel på åkern har under perioden skett både en teknisk utveckling och en kunskapsutveckling:
• precisionsodling med sensor- och GPS-teknik,
• klorofyllmätare och andra metoder för direkt mätning av grödans kväve-status,
• fortsatt utveckling av kombisådd,
• kontinuerlig anpassning av mineralgödseltyper anpassade för olika situa-tioner,
• spridare med möjlighet att variera givan under gång,
• utökning av försöksbasen för anpassade rekommendationer. För rena växtodlingsgårdar kan uppnås kväveeffektiviteter på 70-75 % (Odling i Balans) mätt som bortförsel med skördeprodukt i relation till tillför-sel. I tillförseln är då inräknad deposition från atmosfären. Ser vi bara på till-förd mineralgödsel jämfört med bortförseln kan siffran bli nära 90 % vissa år. Å andra sidan fi nns år med speciella skördeproblem och då blir talen lägre.
Problemet i praktiken är att kvävebehovet varierar inom ett fält på grund av markvariationer, växtsjukdomar mm och mellan år på grund av väder-variationer. Precisionsodlingsteknik och förbättrade metoder för att bestämma grödans aktuella kvävestatus hjälper till att höja kväveutnyttjandet.
I en del rapporter anges ett lågt utnyttjande som en nackdel för mineral-gödsel. Delvis är det riktigt. Användningen bör fortfarande förbättras och effektiviseras och processen fortgår. I stora delar av världen är kväveutnytt-jandet lågt. Delvis är det dock en missuppfattning av begreppet utnyttjande. Kväveutnyttjandet kan uttryckas och beräknas på olika sätt (se Bilaga 8,
Kväve från stallgödsel och biologisk fi xering är också utsatt för förluster, ofta i större grad än kväve från mineralgödsel. Det märks på kväveutnyttjan-det (tabell 2).
Tabell 2.
Odlingssystemförsöken i Skåne medeltal för kväveomsättning med och utan mineralgödsel. Omlopp 3, 2000-2005, medel 3 försöksplatser. Källa: www.odlingssystem.se.
Kg N per hektar Bortfört m skörd Tillfört Biol N-fi x. Balans
A. Konv. med mineralgödsel 84 89 12 17
E. Ekologiskt 55 17 74 36
I tabell 2 redogöres för kvävefl öden i försök med och utan mineralgödsel. Konventionellt har tillförts 101 kg N, varav 84 (84 %) blev skördeprodukt. Ekologiskt har tillförts 91 kg N (fi xeringen är beräknad med Stank in Mind) varav 55 kg (60 %) blev skördeprodukt. Den högre balansen (restposten) i det ekologiska ledet kan inte spåras i ökade markförråd. Trots det högre räkne-mässiga överskottet begränsades den ekologiska skörden av kvävebrist. Kväve har förlorats på olika sätt. Det biologiska kvävet har varit mer utsatt för för-luster än mineralgödselkvävet.
Energi i växtodlingen
Energi åtgår som drivmedel i fältarbeten och som insats i den allmänna drif-ten, alltifrån maskintillverkning till gårdsunderhåll. En stor post, ofta den största, är energiåtgången för tillverkning av mineralgödselkväve.
Växtodlingens huvuduppgift är att producera livsmedelsråvaror, egentligen energi, för människor och djur. Maten värderas ju med energimåttet kilokalo-rier. Normalt producerar växtodlingen nyttiga produkter som innehåller 6-8 gånger mer energi än som satts in. Vid vidareförädling till animalier uppstår dock stora energiförluster och helhetssiffran för växtodling plus animaliepro-duktion är åtskilligt lägre.
Energiförhållandena kan uttryckas på olika sätt. Energikvoten anger för-hållandet mellan energi i skördeprodukt och vad som satts in. Nettoenergin anger skillnaden mellan dessa, dvs. den energi som odlingen bidragit med till samhället. Vad skall användas? Faktum är att jordbrukets huvuduppgift är att producera energi för samhället, både som mat och kanske också som rena energiråvaror. Jordbruket binder solenergi. Nettoenergi beskriver denna funktion bäst. Om jordbrukets uppgift vore att spara energi passar energikvot bättre.
Ett annat energimått är insatt energi per producerad enhet, mätt i t ex MJ eller kWh per kg spannmål. Det är ett bra mått förutsatt att andra resurser eller miljöfaktorer inte påverkas och att produktionsvolymer och kostna-der vägs in vid jämförelser. För framtidsbedömningar bör det inte användas ensamt.
Om mineralgödselns effekter i försök
Bördighetsförsöket Örja (SLU, Markvetenskap, försöksdatabasen), medeltal höstvete 6 omlopp: utan kväve 2800 kg/ha, 100 kg kväve 6800. Merskörd är 4000 kg för 100 kg kväve, alltså 40 kg kärna per kg N. Ett kg kväve har kostat ca 40 MJ att framställa och använda (Europeiskt medel år 2000), 40 kg kärna har ett energivärde av 600 MJ, vilket kan realiseras direkt som bio-energi i ett värmeverk om man vill. Insatsen av bio-energi i kvävegödsel gav 15 gånger tillbaka i detta långliggande försök.
Beräkningar bör emellertid ske för hela odlingssystem, vilket ligger bakom rapportens beräkningar (bilaga 2).
Utsläpp av växthusgaser (GHG)
i växtodlingen
För växtodlingen är de viktiga gaserna koldioxid och dikväveoxid. Endast dessa behandlas här. Metan är viktig, men påverkas föga av växtodlingen under våra förhållanden.
KOLDIOXID
Källor är drivmedel och energianvändning i den allmänna driften.
Koldioxidutsläpp vid gödseltillverkningen är sammanslaget med andra växt-husgaser till en siffra för GHG för gödseltillverkning.
Men vidare fi nns ett utbyte med marken, som brukar anses vara för osä-kert att ta hänsyn till vid beräkningarna. I den mån markens kolinnehåll (halten organisk substans) ändras sker ett koldioxidutbyte med atmosfären. Detta påverkas av driftsåtgärder och gödsling. Gödslingen är en positiv faktor som ökar kolbindningen i marken. Skillnaden mellan icke kvävegödslat och 100 kg kväve i de skånska bördighetsförsöken är ca 300 kg organiskt kol per år, ca 1000 kg GHG per hektar och år eller en bindning av 10 kg GHG per kg N inom det område där kvävet ökar skörden. Överdosering av kväve är däremot inte positiv.
Andra kvävekällor som biologisk fi xering, har också positiv effekt och för en rättvisande bedömning måste man se på hela systemet. Dock torde det inte vara fel att säga att så länge kvävet ökar skörden i växtodlingssystem typiska för Sverige och skörderester återgår till marken har vi en kolbindning på 1-3 kg C per kg N eller 3-10 kg GHG per kg N. Det är ingen obetydlig siffra i sammanhanget, men hittills har den inte tagits hänsyn till. Och den kan användas fel. Förutsättningen är att kvävet ökar skörden och att det inte undantränger en biologisk fi xering. Att ersätta biologiskt kväve, t ex att kvävegödsla en bra klövervall, är ingen vinst. Man måste se på hela systemet under ett antal år.
Kolbindningen i marken har inte inkluderats i de beräkningar som ligger bakom Tabell 7 (utom i en tabellrad som specifi cerats). Men markens kol-balans är en betydande faktor och den förtjänar större uppmärksamhet.
DIKVÄVEOXID (N2O, LUSTGAS)
Denna väger mycket tungt i sammanhanget. Utsläpp sker vid gödseltillverk-ning som ovan nämnts och vidare vid kväveomsättgödseltillverk-ningar i marken. Eftersom växtodling innebär omsättning av kväve kan utsläpp av dikväveoxid inte und-vikas, men de påverkas av odlingsåtgärder.
Avgång från marken sker episodiskt och för kvantifi ering fordras konti-nuerlig mätning under lång tid. IPCC (Intergovernmental Panel on Climat Change) arbetar med emissionsfaktorer för olika sammanhang, men det ingår också i deras system att dessa kan modifi eras efter mer lokala mätningar. Naturvårdsverket har i sin rapportering till IPCC delvis använt modifi erade
emissionsfaktorer Det hela är under utveckling och förändras med tiden. Följande tabell 3 ger en beskrivning av detta.
Tabell 3. Emissionsfaktorer för dikväveoxid, % av kvävemängden som avgår som N2O-N.
Källor: Intergovernmental Panel on Climat Change (IPCC 2006), Naturvårdsverkets rapportering till FN:s klimatkonvention 2007. IPCC 1997 IPCC 2006 SNV 2006 Beräkn. i denna rapport Mineralgödselkväve i marken 1,25 1 0,8 0,8 Tillförd stallgödsel 1,25 1 2,5 2,5 Biologisk fi xering 1,25 0 1,25 0
Skörderester och rötter 1,25 1 1,25 1
Utlakningsförluster 2,5 0,75 0,75
Den svenska emissionsfaktorn för dikväveoxid från stallgödsel är hög, men eftersom stallgödselgivan är nästan lika för konventionellt och ekologiskt i försöken påverkas inte jämförelsen.
Från 1997 till 2006 har emissionsfaktorn för mineralgödselkväve sänkts något (IPCC 2006). Biologisk kvävefi xering antogs tidigare ge viss produk-tion av dikväveoxid, men man har inte konkret kunnat visa detta och faktorn för biologisk fi xering för direkt skördeprodukt sattes 2006 till noll. Däremot, när biologisk fi xering ger skörderester som berikar marken för senare grödor räknas det med emission.
Radmyllning av mineralgödsel minskar bildning av dikväveoxid enligt en del rapporter (Liu et al 2006, Svensson et al 1999) . Vidare är anpassad göds-ling och undvikande av överdosering viktigt. Svenskt jordbruk har kommit långt här och den något reducerade emissionsfaktorn syns mycket motiverad.
Separat kapitel fi nns med känslighetsanalyser för de olika faktorerna.
EN AKTUELL DISKUSSION
Atmosfärforskaren Paul Crutzen, nobelpristagare i ämnet atmosfärkemi, är medförfattare till en rapport som i skrivande stund inte publicerats men ändå diskuteras (Crutzen et al 2007). Atmosfärmätningar visar att mängden dikväve oxid ökar mer än emissionsfaktorerna kan förklara. De måste därför vara underskattade och särskilt nämns faktorn för mineralgödselkväve. Det fi nns en diskussion om rapportens metodik och slutsatser. Om vi utgår från att grunden är riktig. får vi följande bild: Biosfären släpper ifrån sig mer dikväve-oxid än beräknat. Vi vet av statistik att mineralgödselkväve ökar, vi vet också att antalet människor ökar, att urbaniseringen ökar, att konsumtionen av mat ökar (och också produktionen som väl är), att trafi ken ökar osv. För mineral-gödselkväve kan vi följa kedjan: kvävet producerar korn, kornet blir foder till en gris och blir gödsel plus en slaktkropp, denna blir avfall plus kött och char-kuterier, de senare ätes av människor och sen blir det matavfall och toalettav-fall. I alla delar av denna kedja kan kväve avgå som dikväveoxid.
Precis samma kedja har vi om vi startar med biologiskt kväve från t ex gröngödsling.
EFFEKTIVISERA KVÄVECYKELN
Det angelägna budskapet blir: effektivisera kvävefl ödena i alla led, producera kväveeffektivt, undvik spill och förluster, för åter avfall på ett kväveeffektivt sätt. Det leder i sig till att använt mineralgödselkväve minskar.
Växtproduktion med respektive utan
mineralgödsel
När mineralgödselns roll diskuteras är dess inverkan på skörden en nödvändig bakgrund. Det är skörden, merproduktionen, som ska vägas mot den kostnad, både ekonomiskt och miljömässigt, som tillverkningen och användningen av mineralgödsel medför. En rätt kvantifi ering och ett rätt perspektiv på denna fråga är därför helt avgörande.
Den ekologiska produktionen avstår från mineralgödselkväve och arbetar med odlingssystem som är anpassade till detta. De försöksresultat och pro-duktionserfarenheter som gäller denna sektor ger en grund för att diskutera mineralgödselns roll. Det bör också ge den bästa möjliga utgångspunkten för odlingssystem utan mineralgödselkväve. Den formellt sett bästa basen för en riktig jämförelse, vore odling utan mineralgödsel men med kemisk bekämp-ning, men det får ses som en konstruktion utan praktisk anknytning.
Rubrikens frågeställning kan inte besvaras i rena kvävegödslingsförsök. Där har man inte provat alternativ. I ekologisk odling används inte mineral-gödselkväve och försök och erfarenheter därifrån ger perspektiv på frågan. Ekologisk odling betyder också skillnader i bekämpning, vilket också påver-kar skörden. Analyser i försök visar dock att kvävet är en stark skördebe-gränsande faktor. I nedanstående beräkningar har skördeskillnader tillskrivits kväve, men verkligheten kan vara något mer komplex. Bördighetsförsöken, där enbart kvävet skiljer, ger dock större skördeskillnader med respektive utan kväve, än försök med olika odlingssystem (se avsnitt Beräkningar på olika
kväveintensiteter och tabell 7.).
Vid studier av kvävets betydelse har skörden och skördeökningen avgö-rande betydelse. En insats av mineralgödsel medför både monetära kostnader och miljökostnader på grund av utsläpp och resursförbrukning vid tillverkning och spridning. Det är skördeökningen som ska vägas mot dessa kostnader.
Skörd och skördeskillnader behandlas utförligt i Bilaga 1. Den bildar underlag till följande tabell som gäller försök och studieodlingar i Europa.
Tabell 4. Sammanfattning från Bilaga 1.
Produktion i ekologisk drift i % jämfört med konventionell drift
Växtodling Kreaturshållande Odlingssyst.försöken Skåne 1987-99 55 75 Dito, 2000-05 56 76 Bjärröd (Gesslein, Kirchmann) 55 Logården <50 Kvinnersta 80 Lanna Ca 50 Mellby <50 Apelsvoll, Norge Ca 56 Ca 83 DOK, Schweiz Ca 75
Ytterligare perspektiv från England och Schweiz ges i bilaga 4.
I Statistiska Centralbyråns och Jordbruksverkets skördestatistik rapporte-ras skördar i ekologisk drift på ca 55 % av konventionellt för spannmål som medel för både växtodlingsgårdar och kreaturshållande gårdar tillsammans (Bilaga 1).
Det förefaller tydligt att ekologisk drift har helt andra möjligheter på krea-turshållande gårdar än på rena växtodlingsgårdar. Det är logiskt med tanke på vallarnas kvävefi xerande förmåga och att vallen kan utnyttjas direkt som pro-duktionsmedel av nötkreatur som foder.
För fortsatta beräkningar användes data för Odlingssystemförsöken i Skåne. De stämmer väl med medelbilden: produktionsnivån 55 % för ekolo-gisk växtodling och 75 % för ekoloekolo-gisk kreatursdrift (vad gäller produktion från åkern) jämfört med konventionell. Även SCB:s skördestatistik belägger denna bild.
SCB:s statistik och svenska fältförsök visar att växtodlingsystem utan mineralgödsel bara av-kastar drygt hälften mot system med kväve i mineralgödsel. Det innebär att energigrödor kan odlas på den mark som blir över vid oförändrad mat- och foderproduktion.
Ibland framförs att ekologisk drift bara ger smärre skördeminskningar. Orsaker till det kan vara att bara data från kreaturshållande eller starkt stall-gödslade system används. En annan orsak kan vara att gröngödslingsåret utelämnas och att enbart skörd enskilda år diskuteras, inte produktionen från hela systemet.
För klövervallar och ärtväxter är skördeminskningen inte så stor vid odling utan mineralgödselkväve. Men det kan ibland förklaras av att försöken utförts på tidigare uppgödslade jordar eller jordar med naturligt högt närings-innehåll t ex mullrika jordar.
I arbetet gäller en huvudberäkning resultat från Odlingssystemförsöken i Skåne, från vilka det fi nns sammanhörande data för skördar, kvalitetsfakto-rer, kvävefl öden och energiinsats. Bakgrunden är 18 års försök på 3 platser (www. odlingssystem.se) och 4 system jämföres:
”Konventionell växtodling”, ”Ekologisk växtodling”, ”Konventionell kreaturs drift (simulerad)” och ”Ekologisk kreatursdrift (simulerad).
En annan huvudberäkning gäller Bördighetsförsöken, där olika kväve givor använts i 50 år. Även här fi nns olika system: Kreaturslöst respektive kreaturs-drift (simulerad), vardera med 4 olika kvävegivor. Dessa beräkningar på sam-manlagt 6 olika system (12 om kväveintensiteterna tas med) varav hälften använder vall och stallgödsel, ger en bred bas.
Det underlag som används i rapporten åskådliggöres i fi gur 1:
Figur 1
Schema över använt underlag
Odlingssystemförsök
Sverige/Norden Odlingssystemförsökinternationellt
Praktisk ekologisk odling, Sverige Bördighetsförsök Sverige Olika kvävegivor Beräkning för Odlingssystemförsöken i Skåne Skördesiffror, kväveflöden, energiförbrukning
Beräkning för olika N-intensiteter Bördighetsförsöket Örja (Landskrona)
Dataförankring Perspektiv
Data och diskussion:
Energi
V
äxthusgas
I första hand utnyttjas näringen i stallgödseln. Spridning av fl ytgödsel med släpslang.
Marken bidrar med en del kväve till växten. Jordbearbetning påskyndar frigörelse av markens
kväve. Foto: Kersti Linderholm
Man måste välja rätt tidpunkt för utlastning och körning av organisk gödsel för att undvika
Gröngödslingsgröda med klöver. Foto: Karl Delin Om stallgödseln inte räcker för grödans kvävebehov så kan man odla
... men för mycket kväve ger liggsäd som försvårar eller omöjliggör bärgning av skörden (korn).
Foto: Kersti Linderholm
För lite kväve ger mindre skörd i förhållande till jordens kapacitet att producera. Här är ett
tydligt exempel på kvävebrist i spannmål ... Foto: Kersti Linderholm
Vårsådd med kombisåmaskin, där mineralgödsel och utsäde samtidigt placeras ut med
Det kan vara svårt att lägga stallgödsel jämnt. Fältet är gödslat med enbart stallgödsel och
visar att kvävegödslingen är ojämn. Foto: Kersti Linderholm
Tidig skörd av gödslad vall. Foto: Kersti Linderholm
Tidig skörd av vall ger lägre skörd av biomassa, men högre kvalitet i form av protein och energi. Näringsrikt vallfoder ersätter kraftfoder som ofta är importerat. Båda vallarna på bilderna nedan är några år gamla och insådda med klöver.
Beräkningar på energi och
växthusgaser med respektive utan
mineralgödselkväve
Vi har nu den grund som behövs för jämförande beräkningar vad gäller ener-gihushållning och växthusgaser i odlingssystem med respektive utan mineral-gödsel. Beräkningarna redovisas mer i detalj i bilaga 2.
FÖRUTSÄTTNINGAR
Data för mineralgödsel grundade på Best Available Technology 2005: 35 MJ (32 för tillverkning och 3 för transport och hantering) och 3 kg GHG (CO2+N2O) per kg N. Jämförelse med 1999 års medelvärden göres.
Skördeeffekter i enlighet med Odlingssystemförsöken i Skåne.
Från dessa försök hämtas också resursåtgång (diesel, maskiner, övrig energi enligt Törner 1999). Specifi kation i bilaga 2.
Växthusgaser: CO2 från energi enligt standardvärden. N2O enligt Intergovernmental Panel on Climat Change (IPCC 2006), med vissa modifi e-ringar enligt SNV 2006 enligt tabell 3 ovan. CO2-utbyte med marken tas inte hänsyn till.
Värden redovisas på tre sätt: 1. Per hektar odling.
2. Per enhet produktion (torrsubstansproduktion, med viss modifi kation). 3. Per hektar av driftsenheten, om konventionell produktion kompletteras
med bioenergi.
Den senare kräver en förklaring. Om ekologisk produktion ger 55 % av kon-ventionell kräves bara 0,55 ha konkon-ventionell odling för att ge samma pro-duktion som ett hektar ekologisk. Om inte den totala avkastningen räcker vid ekologisk produktion är det inget storskaligt möjligt alternativ. Om den räcker får vi konventionell produktion från 0,45 ha att använda för annat, t ex bioenergi, Då ger konventionell produktion dels samma mängd livsmedel som ekologisk, dels ett tillskott av bioenergi som sparar fossila bränslen.
För kompletterande bioenergiproduktion används energivärdet 10 MJ/kg ts i organisk substans. Det ligger ungefär mitt emellan etanolproduktion och rent värmevärde vid direktförbränning (15-19 MJ/kg. Det antas att försökens växtproduktion direkt används och resursförbrukningen för odling av bioen-ergi är densamma som för jordbruksprodukter. Emellertid kunde bioenbioen-ergi- bioenergi-grödor odlas på ett effektivare sätt om man planerar för det.
Denna princip att se på alternativ användning av marken diskuteras av Jungk et al (2002). Man ser det som nödvändigt att se på helheten på detta sätt. Principen används också för Danmarks del av Dalgaard (2002), som fi nner att organisk produktion kan ge bättre energi- och växthusgasvärden
för Danmark om man ser till landarealen utan produktionshänsyn. Om man inkluderar bioenergi som en möjlighet ändras bilden. (Med nya värden för mineralgödsel kommer också proportionerna att ändras till mineralgödselns fördel).
I tabellerna 4, 5, 6 och 8 diskuteras scenarier där bioenergi från produce-rad spannmål kommer in som komplement. Det fi nns alternativ till detta: bio-energi från t ex Salix, växtföljdsvallar, långsiktig träda som får bli gräsmark, beskogning. I bilaga 5 utvidgas med fl er alternativ, som ska ses som stiliserade och förenklade räkneexempel baserade på de premisser som angetts.
Det här är till stor del fi losofi ska frågor. Hur ska mänsklighetens olika behov tillfredställas på bästa sätt bland alla de alternativ som fi nns? Mycket är uppe till diskussion i dag. ”Bioenergin leder till ökade sojapriser som i sin tur ökar avskogning i Amazonas”, osv. Det tycks helt klart i denna diskus-sion att den ordinarie produktion som bioenergigrödor undantränger ska kompenseras och det är den miljöeffekten som ska beräknas. Då bör kanske också andra produktionsförändringar beaktas på samma sätt. Om vi minskar produktionen av spannmål, måste det kompenseras någon annanstans? Om vi ökar – sparas natur någon annanstans? Det fi nns nog inga bra svar. Ytterligare kombinationer av jordbruk, bioenergi och mark för kolbindning mm diskute-ras i bilaga 5.
Tabell 5
Energiförhållanden, Odlingssystemförsöken 1987-2005, 35 MJ/kg N
Växtodling Kreatursdrift
Enhet: MJ Konv Ekol Bäst system Konv Ekol Bäst system
Per ha odling, insats 9466 5251 Ekol 11522 7194 Ekol Per kg torrsubstans 1,86 1,88 Lika 1,60 1,34 Ekol Per ha, m bioenergi -13534 5251 Konv -6878 7194 Konv Prod. Nettoenergi 67034 36749 Konv 108000 80400 Konv
Energikvot 8,1 8,0 Lika 9,4 11,2 Ekol
Minustecken för förbrukning betyder ett positivt nettobidrag.
Per hektar odling blir det självklart mindre insats utan mineralgödsel. Per kg torrsubstans, ibland kallat specifi k energiförbrukning, blir det mar-ginellt bättre för konventionellt i ren växtodlingsdrift men tydligt bättre för ekologiskt i kreatursdriftens växtodling. Detta belyser hur parametern ”ener-giförbrukning per kg” fungerar: Om vi behöver säg 20 % mer vallfoder är det energieffektivare att skaffa 20 % mer mark för icke gödslad klövervall än att öka den befi ntliga vallens produktion med 20 % genom gödsling. Styrning efter denna parameter förutsätter obegränsade produktionsmöjligheter. I detta fallet är gödslingen i det konventionella systemet motiverad både ekonomiskt och energimässigt men den kan energimässigt inte konkurrera med ogödslad klövervall.
I kombination med bioenergi ger det konventionella alternativet ett stort bidrag till samhällets energiförsörjning medan ekologiskt konsumerar energi.
Nettoenergin, den produktion samhället lever av, är betydligt större för konventionellt i båda driftsformerna.
Energikvoten är hög men varierande.
Tabell 6
Växthusgaser (GHG), Odlingssystemförsöken 1987-2005, 3 kg GHG/kgN
Växtodling Kreatursdrift
Konv Ekol Bäst system Konv Ekol Bäst system
Per hektar odling, insats 1524 952 Ekol 2464 1780 Ekol Per kg torrsubstans 0,30 0,34 Konv 0,34 0,33 Lika Per hektar, m bioenergi -187 952 Konv 1095 1780 Konv
Vid det gamla värdet 7 kg GHG/kg N
Per kg torrsubstans 0,38 0,34 Ekol 0,38 0,33 Ekol
Per hektar odling blir det mindre växthusgaser från ekologiskt än konventio-nellt.
Per kg producerad torrsubstans blir värdena mycket lika, med någon fördel för konventionellt i växtodlingsdriften.
I kombination med bioenergi är konventionell odling fördelaktigast. I tabellen fi nns en rad med ”gammalt värde” för växthusgaser från gödsel-tillverkning. I det alternativet blir det fördel för ekologisk drift. Detta ger dels ett perspektiv på beräkningarna, dels visar det att de industriella förbättringar som gjorts är viktiga.
Om jämförelser mellan
odlingssystem
Ovan har talats om ”konventionellt” och ”ekologiskt”, och det syftar på siff-ror från konkreta odlingssystem i ett försöksprojekt. Syftet har varit att utreda om mineralgödselkväve har en plats i ett hållbart jordbruk. Vid denna jämfö-relse är det inte fruktbart att jämföra system utan stallgödsel med system med stallgödsel. Jämförelsen har därför varit
• Kreaturssystem med och utan mineralgödselkväve • Växtodlingssystem med och utan mineralgödselkväve
I den jämförelsen har försöksresultat från ekologisk odling fått representera systemen utan mineralgödselkväve Det har visats att skördesiffrorna från för-söken väl kan representera den erfarenhet som fi nns från både Sverige och andra länder. Det är dock klart att det fi nns andra möjliga system som skulle kunna ge andra siffror. T ex skulle kvävegödslingen i den konventionella delen kunnat ges som radmyllning till fl era grödor och den ekologiska växtodlingens gröngödslingsvall kunde kombinerats med en vallskörd, vilket hade förbättrat produktionsresultatet. Förbättringsmöjligheter fi nns för båda systemen.
”Konventionellt” betyder att tillgänglig teknik, inkl mineralgödsel och syntetiska växtskyddsmedel kan användas. Men det är en otillräcklig distink-tion för en allmän diskussion. Man borde skilja mellan:
”Konventionellt, vinstmaximerat inom ramen för lagar och bestämmelser” och ”Konventionellt, integrerat med extra miljöhänsyn”. Det är ingen klar defi nition, lagar och bestämmelser varierar mellan länder, men denna fråga måste upp på bordet. ”Konventionellt” i beräkningarna här är självklart inte representativt för allt jordbruk som får använda mineralgödsel och kemiskt växtskydd. Det är en miljömässigt genomarbetad variant.
De jämförelser som gjorts i beräkningarna här gäller ”Konventionellt inte-grerat med extra miljöhänsyn” enligt svensk modell och ”Ekologiskt enligt EU´s direktiv”.
Vad innebär då ”extra miljöhänsyn ”? Vi får här se internationellt och globalt. Vad karakteriserar svensk växtodling jämfört med den på andra håll? Vad gäller för odlingssystemförsöken som ju är beräkningsbas? I vad mån kan beräkningarna generaliseras?
Några punkter för svensk växtodling och gödsling av relevans för rappor-tens frågeställning:
3 Sverige har kväveskatt till skillnad från nästan alla andra. Det påverkar storleken på den ekonomiska givan.
3 I Sverige tillämpas en fullständig ekonomisk bas vid beräkning av rekom-mendationer. Även merkostnader för merskörden tas hänsyn till och det sänker ekonomiskt optimum. Det borde vara naturligt men tillämpas föga på andra håll.
