This presentation focuses on agricultural practices that potentially mitigate climate change, the influence of crop production on climate change and conclusions that can be drawn.
Beyond the EU: DORA and NIS 2 Directive's Global Impact
Systems of agricultural production - global changes of climate
1. Systems of agricultural
production
- global changes of climate
Chojnicki J., Dmuchowski W., Lenart S., Sosulski T.
Warsaw University of Life Sciences, 02-776 Warszawa, 159/37
Nowoursynowska Street , Poland, email: jozef_chojnicki@sggw.pl
Global Landscapes Forum
Warsaw, 16-17 November 2013
2. Annual GHG emissions from agriculture are expected to
increase in the coming decades due to escalating
demands for food and shifts in diet.
However, improved management practices and emerging
technologies may permit a reduction in emissions per
unit of food (or of protein) produced.
3. Agricultural practices that potentially mitigate
GHGs:
•
•
•
•
•
•
•
cropland management;
grazing land management/pasture improvement;
management of agricultural organic soils;
restoration of degraded lands;
livestock management;
manure/bio-solid management;
bio-energy production.
4. Influence of crop production
on climate change
Main processes:
Strengthening of warming – emission of N2O (GHG)
N2O is generated by the microbial transformation of
nitrogen in soils and manures and is often enhanced
when available nitrogen exceeds plant requirements,
especially under wet conditions
Reduction of warming – carbon sequestration in soil
5. Emission of N2O in Poland in 2011
(KOBIZE, 2013)
Sources
Gg
%
Total
87.9
100
Energy production
6.8
8.7
Industrial processes
3.5
4.0
Sewage
3.6
4.1
Agriculture
73.6
83.7
6. Properties of greenhouse gases
Gas
Life duration
in air / years
Strengthening of
warming
CO2
50-200
1
CH4
12
43
N2O
115
250
CFC-11
45
15 000
CFC-12
102
19 000
HCFC-22
12
13 000
7. Concentration of GHGs in the troposphere
Gas
Before 1750
Now
part in
warming
(Start of industrial
revolution)
CO2
280 ppmv
378 ppmv
1.46
CH4
0.70 ppmv
1.78 ppmv
0.48
N2O
0.27 ppmv
0.32 ppmv
0.18
O3
0.025 ppmv
0.034 ppmv
0.35
CFC, HCFC,
HFC
0 pptv
3-544 pptv
0.34
8. Productivity and environmental impact of
different farming systems
High-input
farming system
Productivity
Precision
agriculture
Integrated
system
Low-input farming
system
Organic system
Favourable impact on environment
9. Agricultural land on certified organic and
integrated farms in Poland in 2011
Farms
Agricultural land
in thousand ha
%
Total
15442.4
100
organic
605.5
3.9
integrated
10.7
0.1
10. Emission of N2O (kg ha-1) in different crop
production systems within 1996-2005
(Stalenga & Kawalec 2007)
Source of emission
ORG
CON
INT
N synthetic fertilizer
-
1.78
0.89
Organic fertilizer
0.32
-
0.40
N-fixing crop
0.20
-
0.14
total
0.52
1.78
1.43
ORG – organic; CON – conventional; INT - integrated
11. Nitrogen balance in different farming
systems in kg N/ha (Jończyk et al. 2007)
Farming system
Input
Output
Balance
Organic
95
85
11
Integrated
147
112
36
Conventional
167
119
49
Wheat
monoculture
192
121
71
12. Nitrogen losses from soil in various fertilization
systems of rye monoculture (calculated using the
balance method)
0
Mineral-organic
system
Organic
system
50%
Mineral
system
57%
20
kg·ha-1
40
35%
60
80
NPK
NPK + manure
Manure
Sosulski 2005, Department of
Agricultural Chemistry, SGGW
13. Effect of mineral, mineral-organic and organic
fertilization on N2O emissions from soil under rye
monoculture (monthly average)
16
(g N-N 2 O·ha -1 ·day -1 )
12
NPK
8
NPK+manure
manure
4
0
August
September
October
unpublished data, Sosulski T.,
Department of Agricultural Chemistry,
SGGW
14. Conclusions
• Crop production has significant influence on GHG emission
(N2O) in Poland (87% total emission) and is correlated with
the usage of mineral N fertilizers
• The level of nitrogen release depends on the applied
agricultural system:
ecological < inegrated < conventional < conventional –
monoculture
• Manure fertilization increases N2O emission more
significantly than mineral fertilization
15. • The level of organic carbon sequestration in soil depends
on the system of agriculture production: ecological >
inegrated > conventional > conventional – monoculture
• Ecological farming is most favourable in mitigation of
climate changes; however, its influence is insignificant due
to the small area covered by such farming
• Technologies applied in integrated and precision
agriculture will potentially have the largest influence on
mitigation of climate change
Editor's Notes
W rolnictwie industrialnym (konwencjonalnym intensywnym) cele ekonomiczno-produkcyjne zdecydowanie dominują nad celami środowiskowymi. W rolnictwie ekologicznym najważniejsze są cele środowiskowe, a więc priorytety gospodarowania stawiane są w tym systemie w odwrotnej kolejności niż w rolnictwie intensywnym. Rolnictwo integrowane równoważy wszystkie cele. W skali regionu i gospodarstwa produkcja rolnicza powinna być tak zorganizowana, aby racjonalnie uwzględnić cele ekonomiczno-produkcyjne, środowiskowe i społeczne. Na zamieszczonym wykresie zajmuje więc centralną przestrzeń pomiędzy rolnictwem industrialnym i ekologicznym. Pozostałe systemy rolnictwa realizują te główne cele w różnym stopniu, trudnym do jednoznacznego określenia.
Doświadczenie założono w 1994 r. w Stacji Doświadczalnej IUNG w Osinach (woj. lubelskie), w którym ocenia sie różne systemy gospodarowania (ekologiczny, integrowany i konwencjonalny prowadzony w dwóch wersjach – uproszczone zmianowanie i monokultura pszenicy ozimej).
Doświadczenie założono na glebie płowej o składzie granulometrycznym piasku gliniastego mocnego przechodzącego w glinę lekką. Na powierzchni pola dominuje kompleks 4 -żytni bardzo dobry z pewnymi powierzchniami kompleksu pszennego dobrego. Pole doświadczalne o powierzchni około 20 ha jest podzielone na części, z których każda reprezentuje inny system gospodarowania. W każdym systemie stosuje sie inny płodozmian i całokształt agrotechniki dostosowany do jego specyfiki:
SYSTEM EKOLOGICZNY - obejmuje 5-polowy płodozmian: ziemniak – pszenica jara z wsiewką koniczyny czerwonej z domieszka białej i z trawami, która użytkuje sie dwa lata – pszenica
ozima + międzyplon ścierniskowy (mieszanka krzyżowych ze strączkowymi).
1. Nawożenie organiczne: kompost - 30 t/ha pod ziemniaki oraz biomasa międzyplonu ścierniskowego.
2. Nawożenie mineralne , w związku ze spadkiem zasobności gleby stosuje się nawozy mineralne dopuszczone do stosowania w rolnictwie ekologicznym: potasowe w dawce około 50 kg K2O/ha oraz fosforowe w dawce około 40 kg/ha P2O5.
3. Środki ochrony roślin – Novodor do zwalczania stonki ziemniaczanej oraz w ostatnich latach preparaty miedziowe do zwalczania zarazy ziemniaczanej.
4. Odchwaszczanie zasiewów - zabiegi mechaniczne oraz dodatkowo w ziemniaku ręczne pielenie przed ostatnim obredlaniem.
SYSTEM INTEGROWANY prowadzony jest w 4-polowym płodozmianie: ziemniak – pszenica j. + międzyplon ścierniskowy z gorczycy białej – strączkowe (łubin wąskolistny) – pszenica ozima + międzyplon z gorczycy białej.
1. Nawożenie organiczne: kompost - 30 t/ha pod ziemniaki i biomasa międzyplonów ścierniskowych oraz słoma łubinu.
2. Nawożenie mineralne – dawki fosforu i potasu określane są według pobrania składnika z plonem średnio w rotacji zmianowania. Dawki azotu koryguje sie na podstawie zawartości azotu mineralnego w glebie wczesną wiosną oraz stanu odżywienia pszenicy azotem (test SPAD).
3. Chemiczne środki ochrony roślin są stosowane w sytuacji przekroczenia przez agrofagi progów szkodliwości, w przypadku chwastów jako uzupełnienie pielęgnacji mechanicznej.
SYSTEM KONWENCJONALNY - uproszczone zmianowanie: rzepak ozimy – pszenica ozima –pszenica jara.
1. Nawożenie organiczne – przyorywana słoma rzepaku i pszenicy ozimej.
2. Nawożenie mineralne, według zaleceń IUNG dla intensywnych technologii produkcji.
3. Chemiczne środki ochrony roślin – w dawkach niezbędnych dla skutecznego ograniczenia agrofagów i wylegania.
Monokultura pszenicy ozimej.
1. Nawożenie organiczne – słoma przyorywana co 2 lata
2. Nawożenie mineralne, według zaleceń IUNG dla intensywnych technologii produkcji.
3. Chemiczne środki ochrony roślin – w dawkach niezbędnych do skutecznego ograniczenia agrofagów i wylegania. Stosuje sie dodatkowo specjalistyczne zaprawy przeciwko Gaeumannomyces graminis.