Intelligente landbouw. heeft de toekomst... DA N. Directly Available Nitrogen* *Direct beschikbare stikstof

Transcriptie

1 Intelligente landbouw heeft de toekomst... DA N * *Direct beschikbare stikstof 1

2 Intelligente landbouw heeft de toekomst... De uitdaging Minerale meststoffen gaan een cruciale rol spelen bij het oplossen van onze grote uitdaging: de groeiende wereldbevolking voeden en klimaatverandering beteugelen. Zij lopen voorop in de groene revolutie en dragen momenteel naar schatting bij aan meer dan de helft van de wereldwijde voedselproductie en proteïnevoorziening. Fertilizers Europe is van mening dat het Europese landbouwbeleid zich moet richten op het verbeteren van de productiviteit en efficiëntie in de landbouwsector. Daardoor kunnen Europese boeren Europa zelfvoorzienender maken en de bijdrage van Europa aan de wereldwijde voedselbehoefte vergroten. Bovendien werkt dit een duurzamere landbouwproductie in de hand. Door duurzame intensivering van de Europese landbouw via het efficiënt gebruik van minerale meststoffen helpt de sector om de belangrijkste beleidsdoelen van de EU in praktijk te brengen. DAN-meststoffen ( - direct beschikbare stikstof) bieden boeren en landbouwdeskundigen een nauwkeurige en betrouwbare manier om de voedsel- en energieproductie op een voor het milieu verantwoorde manier te vergroten. DAN-meststoffen, op basis van nitraat en ammonium, combineren de voordelen van de twee eenvoudigste vormen van reactieve stikstof die direct beschikbaar zijn voor planten. Deze brochure behandelt de voornaamste landbouwkundige gevolgen en milieueffecten van verschillende soorten stikstofmeststoffen die momenteel in Europa worden gebruikt en de voordelen van DANmeststoffen zoals ammoniumnitraat (AN), kalkammonsalpeter (KAS) en ammoniumnitrosulfaat. 2

3 De DAN-familie Het is heel belangrijk om de juiste stikstofmeststof te gebruiken omdat verschillende producten verschillende milieueffecten hebben, Daniella. Door goede landbouwmethoden te combineren met DAN-meststoffen wordt stikstof efficiënter ingezet en zijn de gevolgen voor het milieu minimaal, Danny. DAN-meststoffen zorgen ervoor dat wij voldoende te eten hebben. Ook als ik later groot ben, Dani. DA N 3

4 Intelligente landbouw heeft de toekomst... Inhoud Stikstof: essentieel voor leven 5 Stikstof in de natuur Minerale voedingsstoffen De stikstofcyclus 6 Stikstof uit nitraat Stikstof uit ammonium Stikstof uit ureum De wereld voeden 9 Voorzien in de Europese voedselbehoefte Opbrengst en kwaliteit optimaliseren Het milieu beschermen 12 Ammoniakemissies naar de lucht beperken Beheersen van uitspoeling Optimale meststofproductie Klimaatverandering inperken 15 Naar optimale landbouwtechnieken 16 Verbeteren van de meststofefficiëntie Meststofgebruik afstemmen op behoefte van de plant Nauwkeurigere verspreiding Optimale inzet van stikstofmeststoffen Aanpakken van verzuring Literatuur 18 4

5 DA N Stikstof: essentieel voor leven Over de jaren heen heeft de meerderheid van de Europese boeren DANmeststoffen ervaren als een effectieve en efficiënte bron van stikstof voor gewassen. Er worden echter ook andere bronnen van minerale stikstof gebruikt die op een andere manier reageren met de grond. Bij de evaluatie van de landbouwkundige gevolgen en milieueffecten van stikstof dient met deze verschillen rekening te worden gehouden. in het grondwater terechtkomen en leiden tot eutrofiëring van het oppervlaktewater, of ontsnappen naar de lucht, wat mogelijk vervuiling en opwarming van het klimaat veroorzaakt. Minerale voedingsstoffen De belangrijkste minerale meststoffen zijn afkomstig uit natuurlijk aanwezige grondstoffen die door industriële bewerking zijn omgezet in een vorm die planten beter kunnen opnemen: Van alle stikstof op aarde bevindt 99% zich in de atmosfeer. Deze stikstof is voor de meeste planten niet direct beschikbaar. Stikstof in de natuur Stikstof (N) is van levensbelang voor planten. Het bevordert de wortelgroei en fotosynthese en stimuleert bovendien de opname van andere voedingsstoffen zoals fosfor (P) en kalium (K). 99% van alle stikstof op aarde bevindt zich echter in de atmosfeer en slechts 1% is beschikbaar in de aardkorst. De stikstofmoleculen (N 2 ) in de atmosfeer zijn chemisch niet actief en worden door planten moeilijk opgenomen. Door landbouw wordt bovendien de reactieve stikstof in de grond verder uitgedund. Stikstof wordt door planten opgenomen en vervolgens van het land gehaald, meestal als eiwit, bij het oogsten van de gewassen. Dit moet weer worden aangevuld door organische en minerale bronnen van stikstof. Meststoffen, ongeacht of dit mest of minerale stikstof betreft, zijn daarom van groot belang voor duurzame landbouw. Een gebrek aan stikstof leidt tot afnemende bodemvruchtbaarheid, lage opbrengsten en slechte gewaskwaliteit. Aan de andere kant kan een overschot aan stikstof in de grond } Stikstof (N), onttrokken uit de lucht, is essentieel als een belangrijk onderdeel van plantaardige eiwitten. } Fosfor (P), gewonnen uit gedolven ertsen, is een onderdeel van nucleïnezuren en lipiden, en cruciaal voor de energieoverdracht. } Kalium (K), gewonnen uit gedolven ertsen, speelt een belangrijke rol in de stofwisseling van planten, zoals fotosynthese, activering van enzymen, osmoregulatie, etc. DA N DA N De voornaamste minerale bronnen van stikstof die in Europa worden gebruikt zijn: } Ammoniumnitraat (AN) - bevat stikstof in gelijke hoeveelheden + NH 4 (ammonium) en - NO 3 (nitraat). } Kalkammonsalpeter (KAS) - bevat ook dolomiet of kalksteen. } Ureum-ammoniumnitraat (UAN) - een oplossing in water van ureum en ammoniumnitraat. } Ureum bevat stikstof in amidevorm (NH 2 ). 5

6 Intelligente landbouw heeft de toekomst... De stikstofcyclus Stikstof ondergaat transformaties in de bodem, afhankelijk van de samenstelling van de toegepaste stikstof. Nitraat wordt direct door planten opgenomen, maar doordat ammonium en ureum eerst moeten worden omgezet in nitraat kunnen er verliezen optreden. 1 2 Energie in de vorm van aardgas wordt gecombineerd met stikstof uit de lucht tot ammoniak, het basisbestanddeel van stikstofmeststoffen (AN, ureum). Stikstofmeststoffen kunnen worden toegepast in de vorm van minerale stikstof, ammonium, nitraat, ureum, of een combinatie, of als organische meststof en mest met complexe organische stikstofsamenstellingen en ammonium Door de hoge mobiliteit van nitraat wordt dit zeer snel opgenomen. De meeste planten geven de voorkeur aan nitraat boven ammonium. Ammonium wordt minder snel opgenomen dan nitraat. Ammonium is gebonden aan kleideeltjes in de grond en de wortels moeten deze bereiken. Het merendeel van het ammonium is daarom genitrificeerd voordat het door planten wordt opgenomen. Door nitrificatie door bodembacteriën wordt ammonium in een periode van enkele dagen tot enkele weken omgezet in nitraat. Tijdens dit proces komt stikstofoxide en stikstofmonoxide vrij in de atmosfeer. 6 7 Denitrificatie doet zich voor wanneer micro-organismen geen zuurstof krijgen (onderwaterzetting en grondverdichting). In dit proces zetten bodembacteriën nitraat en nitriet om in gasvormig stikstofoxide, stikstofmonoxide en stikstof. Dit ontsnapt naar de atmosfeer. Door immobilisatie transformeert minerale stikstof tot organische stof in de bodem. De activiteit van bodemmicroben wordt vooral gestimuleerd door ammonium. Immobiele stikstof is niet direct beschikbaar voor opname door planten, maar moet eerst worden gemineraliseerd. Bij het mineralisen van organische stof (en mest) komt ammonium vrij in de grond. 1 Productie 8 Via hydrolyse van ureum door bodemenzymen wordt ureum omgezet in ammonium en -gas. Afhankelijk van de temperatuur duurt hydrolyse een dag tot een week. De bodem-ph rond de ureumkorrels neemt tijdens het proces aanzienlijk toe, wat ammoniakvervluchtiging bevordert. AN DA N N 2 O + NO + N 2 N 2 O + NO NH 3 2 Gebruik 9 Vervluchtiging NH 3 3 Opname 4 Opname 5 Nitrificatie NO 2 NO 2 6 Denitrificatie NO 3 Organische stof NH Hydrolyse 7 Immobilisatie en mineralisatie Nitraat Ammonium 10 Uitspoeling 6 NO 3 Omzetting van ureum, ammonium en nitraat in de grond. Ureum heeft de hoogste omzettingsverliezen en nitraat de laagste.

7 DA N Product Stikstofgehalte Ureum-N CO(NH 2 ) 2 Hydrolyse Ammonium-N (NH 4+ ) Nitrificatie Nitraat-N (NO 3- ) Opname Ammoniumnitraat (AN) Kalkammonsalpeter (KAS) Ureum-ammoniumnitraat Ureum 50% 100% 50% 50% 25% 50% 50% 25% Veel minerale stikstofmeststoffen bevatten stikstof als nitraat, ammonium of amide in verschillende verhoudingen. Alleen nitraat wordt makkelijk door planten opgenomen. Amide en ammonium worden omgezet in nitraat door hydrolyse en nitrificatie Ammoniakvervluchtiging vindt plaats wanneer ammonium wordt omgezet in ammoniak en dit ontsnapt naar de atmosfeer. Een hoge bodem-ph bevordert dit proces. De verliezen zijn het hoogst als dit proces zich afspeelt aan het grondoppervlak. Aan deze twee voorwaarden wordt voldaan wanneer ureum wordt verspreid en niet direct wordt ingewerkt en opgenomen. Uitspoeling van nitraat vindt vooral s winters plaats wanneer door neerslag restnitraat en gemineraliseerd nitraat tot onder de wortelzone wegspoelt. Nauwkeurige bemesting vermindert uitspoeling tijdens en na de groeiperiode. 1 Productie Ureum Stikstof uit nitraat Nitraat (NO 3- ) wordt makkelijk en snel door planten opgenomen. In tegenstelling tot ureum of ammonium is het direct en volledig beschikbaar als voedingsstof. Nitraat heeft een hoge mobiliteit in de grond en bereikt de plantenwortels snel. Het gebruik van stikstof in de vorm van ammoniumnitraat of Kalkammonsalpeter (KAS) betekent daarom een direct beschikbare bron van voedingsstoffen. De opname van negatief geladen nitraat houdt verband met de opname van positief geladen voedingsstoffen zoals magnesium, calcium en kalium. Het is belangrijk te beseffen dat alle stikstof in de grond, ongeacht of dit in de vorm van ureum, ammonium of nitraat is, uiteindelijk als nitraat wordt opgenomen door planten. Door direct nitraat te gebruiken, worden verliezen tijdens de transformatie van ureum naar ammonium en van ammonium naar nitraat voorkomen. Stikstof uit ammonium Ammonium (NH 4+ ) wordt langzaam opgenomen door planten. Bodemmineralen zitten vast aan een positief geladen ion dat minder mobiel is dan nitraat (NO 3- ). De plantenwortels moeten daarom naar het ammonium groeien. Het merendeel van het ammonium wordt door bodemmicroben omgezet tot nitraat. Dit nitrificatieproces is afhankelijk van de temperatuur en duurt een week tot enkele weken. Een ander deel van het ammonium wordt immobiel gemaakt door bodemmicroben en komt pas gedurende een langere periode vrij, waardoor er zich dus organische bodemmassa ophoopt. Stikstof uit ureum Plantenwortels nemen ureumstikstof niet rechtstreeks in significante hoeveelheden op. Ureum moet eerst door bodemenzymen worden omgezet in ammonium door middel van hydrolyse, wat afhankelijk van de temperatuur een dag tot een week in beslag neemt. Hydrolyse vereist vocht. CO (NH 2 ) 2 2 Gebruik kooldioxide (gas) CO(NH 2 ) 2 ureum NH 3 ammoniak (gas) + NH 4 - NO 3 - NO 2 NO N 2 O ammonium nitraat nitriet stikstofmonoxide (gas) stikstofoxide (gas) De door ureumhydrolyse verkregen ammonium gedraagt zich echter niet precies als ammonium uit ammoniumnitraat. Hydrolyse van ureum resulteert in kortstondige alkalinisatie in de directe omgeving van de gebruikte ureumkorrels. Hierdoor verschuift het natuurlijke evenwicht tussen ammonium (NH 4+ ) en ammoniakgas (NH 3 ) richting de tweede, wat leidt tot vervluchtigingsverliezen. Het gebruik van een urease-inhibitor draagt bij aan het beperken hiervan. Deze verliezen zijn de voornaamste reden voor de lagere waargenomen N-efficiëntie bij ureum. Dit is tevens waarom ureum, indien mogelijk, meteen in de grond moet worden ingewerkt. N 2 stikstof (gas) Ureum Yara 7

8 Intelligente landbouw heeft de toekomst... De FAO verwacht dat de wereldbevolking in 2050 tot 9,1 miljard zal zijn gestegen, wat betekent dat de voedselproductie met nog eens 70% zou moeten toenemen. 8

9 DA N De wereld voeden Door de stijging van de wereldbevolking en toenemende zorgen over het milieu wordt er nu op een geheel nieuwe manier naar landbouw gekeken. Hoe kan landbouwbeleid voedselzekerheid rijmen met milieubescherming? Hoe kunnen landbouwkundige prestaties worden afgezet tegen de druk op het milieu? Wat is de rol van minerale meststoffen en welke zijn de beste keuze? Voorzien in de Europese voedselbehoefte De FAO benadrukt dat gedurende de afgelopen vijf decennia de voedselproductie dankzij de groene revolutie is verdrievoudigd, voornamelijk door het gebruik van minerale meststoffen. Tegelijkertijd is de wereldbevolking gestegen van 3 tot 7 miljard mensen. De bevolking stijgt maar de beschikbare landbouwgrond is beperkt (Fig.1). De FAO verwacht dat de wereldbevolking in 2050 tot 9,1 miljard zal zijn gestegen, wat betekent dat de voedselproductie met nog eens 70% zou moeten toenemen. Bovendien loopt het potentiële landbouwareaal (land dat in landbouwgrond kan worden omgezet) terug, wat optimalisatie van de productie van het huidige areaal noodzakelijk maakt [ref.1]. De Europese landbouw is een van de meest efficiënte en productieve ter wereld. Toch is de Europese Unie nu wereldwijd de grootste importeur van landbouwproducten. Europa importeerde 65 miljoen ton meer dan het exporteerde, en de import is de afgelopen tien jaar met 40% toegenomen. Het gebied buiten de Europese Unie dat nodig is om deze import te produceren is bijna 35 miljoen hectare, een gebied ongeveer net zo groot als heel Duitsland [ref.2]. Om de uitdagingen van de 21 e eeuw het hoofd te kunnen bieden is verdere stijging van opbrengst en productiviteit noodzakelijk. Minerale meststoffen zijn essentieel om efficiënt gebruik van landbouwgrond te ondersteunen, bij te dragen aan het waarborgen van de voedselvoorziening op mondiale schaal en bossen en graslanden te beschermen tegen omzetting tot landbouwgrond, en zo verandering van grondgebruik en de daarbij behorende -verliezen te voorkomen. Zoals hierboven reeds is beschreven, is het gebruik van de juiste vorm van stikstof, zoals in DAN-meststoffen, van doorslaggevend belang. Het gebruik van de juiste vorm van stikstof, zoals die in DAN-meststoffen, is van doorslaggevend belang. Dit kan namelijk bijdragen aan het voeden van de wereld en bescherming van het milieu. Fig. 1 wereldbevolking ten opzichte van beschikbare landbouwgrond Landbouwgrond Arable area (ha per persoon) person) 0,3 0,25 0, De bevolking stijgt maar de beschikbare landbouwgrond is beperkt [ref. 1]. World Wereldbevolking population (billion) (miljard) 8,5 7,5 6,5 5,5 9

10 Intelligente landbouw heeft de toekomst... 95% van de Europese boeren vertrouwt op minerale meststoffen. Opbrengst en kwaliteit optimaliseren Het gebruik van de juiste meststoffenbron is essentieel. Verschillende minerale stikstofbronnen hebben verschillende effecten op opbrengst en gewaskwaliteit. Europese boeren weten dit al tientallen jaren. De verschillende prestaties van minerale stikstofbronnen zijn vooral het gevolg van verliesverschillen, met name wat betreft vervluchtiging en in mindere mate uitspoeling. Een aantal van deze verliezen wordt verergerd doordat de aanvoer van stikstof niet aansluit bij de opname door de plant. Onderzoek in Frankrijk, Duitsland en het Verenigd Koninkrijk heeft aangetoond dat DAN-meststoffen consistent tot hogere opbrengsten en betere gewaskwaliteit leiden. In de meeste onderzochte gevallen kunnen de achterblijvende prestaties bij het gebruik van UAN en ureum worden opgevangen door een hogere dosering, wat echter wel een grotere last voor het milieu oplevert. Optimale landbouwtechnieken en de inzet van hulpmiddelen voor precisielandbouw dragen bij aan een meer efficiënt gebruik van meststoffen en het minimaliseren van stikstofverliezen. 10

11 DA N Fig. 2 Fig. 3 Frankrijk (Fig. 2) Bij een optimale N-hoeveelheid, gemiddeld 182 kg/ha, leverde ammoniumnitraat in vergelijking met UAN 0,26 ton meer opbrengst op en zorgde het voor een eiwitgehalte dat 0,75 punten hoger lag. Om het economisch optimum te bereiken was bij het gebruik van UAN per hectare 27 kg extra stikstof nodig (15%) [ref. 3]. Duitsland (Fig. 3) In Duitsland werden tussen 2004 en onderzoeken gehouden met wintergraan en verschillende bodemsoorten. Met een optimale N-hoeveelheid van gemiddeld 210 kg/ha, leverde Kalkammonsalpeter (KAS) in vergelijking met ureum 2% meer opbrengst op en zorgde het voor een eiwitgehalte dat 0,23 punten hoger lag. Om het economisch optimum te bereiken was bij het gebruik van ureum per hectare 15 kg extra stikstof nodig (7,1%) [ref. 4]. Verenigd Koninkrijk (Fig. 4, 5 en 6) Het meest uitgebreide vergelijkende onderzoek naar verschillende vormen van stikstofmeststoffen vond tussen 2003 en 2005 plaats in opdracht van het Britse Department for Environment, Food and Rural Affairs (Defra, ministerie voor milieu, voedsel en plattelandszaken) [ref. 5]. Naast kwalitatieve verschillen benadrukte het onderzoek ook de verschillen in de onderzoeksresultaten met ureum en UAN. De noodzakelijke aanvullende stikstofdosering is daardoor niet goed in te schatten, waardoor ureum en UAN minder betrouwbaar zijn dan DAN-meststoffen. Frankrijk (Fig. 7) De resultaten van het ADA-experiment in Frankrijk (AN vs. ureum) tonen aan dat AN op de lange termijn (herhaaldelijk gebruik jaar na jaar) een betere stikstofefficiëntie laat zien dan ureum. Bij elke gebruikte hoeveelheid is de opbrengst met AN 4% tot 6% hoger dan met ureum (tarwe en koolzaad). Een extra dosering van 40 kg stikstof is noodzakelijk bij het gebruik van ureum om dezelfde opbrengst te behalen [ref. 6]. t / ha responscurves opbrengstvergelijking voor an en urean in frankrijk kg N 150 kg N N/ha / kg N De N-responscurves van de onderzoeken geven aan dat bij urean gemiddeld 27 kg stikstof extra nodig zou zijn geweest om economische optimum te behalen [ref. 3]. Fig. 4 extra n vereist voor dezelfde opbrengst % Om dezelfde opbrengst te behalen was aanzienlijk meer stikstof nodig bij ureum en urean dan bij ammoniumnitraat [ref. 5]. Fig. 6 opbrengst bij gelijke n-hoeveelheid t/ha 8,8 8,6 8,4 8,2 8,0 AN UAN +18 % +14 % De opbrengst met ureum en urean was ook lager vergeleken met ammoniumnitraat [ref. 5]. t / ha opbrengstvergelijking an/ureum op 55 locaties in duitsland 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Opbrengst Yield met with ureum urea Betere better opbrengsten yield met with KAS CAN Akkers fields Van de 55 optimaal met stikstof bemestte akkers in Duitsland, behaalde 75% een betere opbrengst met KAS en 25% een betere opbrengst met ureum [ref. 4]. Fig. 5 eiwitgehalte bij gelijke n-hoeveelheid 12,0 an AN uan UAN Ureum Urea an uan Ureum -0,31 t/ha -0,39 t/ha an uan Ureum % 12,8 12,6 12,4 12, Het eiwitgehalte was lager op akkers die waren bemest met ureum of urean dan op akkers bemest met ammoniumnitraat [ref. 5] % Fig. 7-0,5 % stikstofefficiëntie Opbrengstindex (100 = AN-dosering) Opbrengst: +4% NA UREUM -40 kg N -0,3 % N-dosering (kg/ha) Effect in tijd van verschillende toegediende vormen van N. (Réseau ADA , 30 testresultaten) met koolzaad, tarwe en gerst [ref 6]. 11

12 Intelligente landbouw heeft de toekomst... Het milieu beschermen dan-meststoffen (ammoniumnitraat en kas) lieten duidelijke milieuvoordelen zien in vergelijking met andere stikstofmeststoffen. zo zijn de co 2 -voetafdruk hiervan over de gehele levenscyclus, inclusief productie en gebruik, en de ammoniakvervluchtiging lager, zelfs als zij niet in de grond worden opgenomen. Ammoniakemissies naar de lucht beperken De European Emission Inventory (EMEP) schat dat 94% van alle ammoniakemissies wordt veroorzaakt door de landbouw, waarbij zo n 80% van deze uitstoot afkomstig is van organische bronnen. Ammoniakvervluchtiging is een rechtstreeks verlies van stikstof en dus een aanzienlijke last voor het milieu. Vervluchtigde ammoniak gaat over landsgrenzen heen en leidt tot verzuring en eutrofiëring van land en water. Bovendien draagt vervluchtigde ammoniak op aanzienlijke wijze bij aan het ontstaan van microdeeltjes (PM 2,5) die kunnen bijdragen aan ernstige gezondheidsproblemen. Daarom liggen er in het kader van het UN/ECE Gothenburg Protocol en de Europese richtlijn inzake nationale emissieplafonds (NEC) nu voorstellen voor maatregelen en limieten om de uitstoot van ammoniak uit alle bronnen te beheersen. Men weet al lange tijd dat ureum of urean meer vervluchtigingsverliezen kent dan ammoniumnitraat of KAS. Bij ureum kunnen de ammoniakverliezen worden beperkt door opname in de grond na de verspreiding. Dit is praktisch gezien echter alleen haalbaar voor gewassen die in de lente worden gezaaid. Fig. 8 gemiddelde ammoniakuitstoot per kg stikstof van verschillende meststoffen Vervluchtigingsverliezen [% N] Landbouwgrond Grasland EMEP defra emep Defra KAS AN 0,6% 3 (-3-10)% 1.6% 2 (-4-13)% UAN 6% 14 (8-17)% 12% N.v.t. Ureum 11,5% 22 (2-43)% 23% 27 (10-58)% De tabel bevat gegevens van de officiële European Emission Inventory (EMEP) en een onderzoek van het Britse Ministerie van Landbouw, Natuur en Voedsel. In alle gevallen zijn de vervluchtigingsverliezen bij ureum en urean aanzienlijk hoger dan bij DAN-meststoffen [ref. 7, 8 en 9]. Verliezen van grasland worden doorgaans geacht hoger te zijn dan van landbouwgrond, doordat meststoffen normaal gesproken over het oppervlak worden verspreid (Fig 8). Het gebruik van ureummeststoffen zorgt voor maximaal 58% ammoniakstikstofverliezen, afhankelijk van de locale omstandigheden. Mogelijke maatregelen voor het inperken van de ammoniakuitstoot door de landbouw zijn het gebruik van stikstofarm veevoer, stallen met lage uitstoot voor vee, varkens en pluimvee, luchtwassers, overdekte gieropslag, het gebruik van ammoniak arme methoden voor toediening van gier en mest, verbranden van pluimveemest en ureumvervangers (UNECE, 2007). 12

13 DA N Beheersen van uitspoeling Verhoogde nitraatconcentraties in gronden oppervlaktewater zijn niet wenselijk. De EU-nitratenrichtlijn van 1991 heeft de toelaatbare limiet vastgesteld op 50 mg/l. Nitraatuitspoeling is fundamenteel niet afhankelijk van de bron van stikstof. Deze kan afkomstig zijn uit organische bodemmassa, organische mest of onjuist gebruikte minerale meststoffen. Nitraatuitspoeling vindt plaats wanneer de grond wordt doordrenkt met water en het nitraat tot onder de wortelzone spoelt door doorsijpelend regen- of irrigatiewater. Nitraat is niet gebonden aan gronddeeltjes en blijft in de grondoplossing achter, alwaar het vrijelijk meestroomt met het bodemwater. Ammonium is voornamelijk gebonden aan kleideeltjes in de grond en daarom minder vatbaar voor uitspoeling. Ureum wordt door middel van hydrolyse snel omgezet in ammonium en daarna in nitraat door bacteriologische activiteit. Dit leidt tot uitstoot buiten de groeiperiode. Bovendien is de ureummolecuul zeer mobiel en kan deze na gebruik door zware neerslag rechtstreeks wegspoelen naar de ondergrond. Tijdens de groeiperiode is er nauwelijks sprake van uitspoeling. De meeste nitraatverliezen als gevolg van water vinden buiten de teeltperiode plaats, in de winter. Het algemene doel is daarom de nitraatconcentraties in de grond aan het einde van de teeltperiode te minimaliseren. Bij wintergraan zal het gebruik van stikstof tot aan economische optimalisatie de opbrengst maximaliseren en tegelijkertijd de nitraatconcentraties in de grond na de oogst aanzienlijk doen verminderen, met een overeenkomstig lager risico op uitspoeling. Het gebruik van de optimale stikstofhoeveelheid minimaliseert bovendien de hoeveelheid reststikstof (Fig. 9). Nitraatuitspoeling vindt plaats onafhankelijk van de bron van stikstof. Door optimale landbouwtechnieken kan uitspoeling tot een minimum worden beperkt. Uitspoeling kan worden geminimaliseerd door: } Vaststellen van het stikstofgehalte in de grond door het op de juiste wijze nemen van monsters en analyse. } Gedoseerd gebruik van stikstof om snelle opname door planten tijdens de groeiperiode te verzekeren. } Gebruik van DAN-meststoffen met een snelle, voorspelbare afgifte van stikstof. } Aanpassen van het stikstofgebruik aan de reële behoefte van gewassen, voor zover mogelijk, door de inzet van hulpmiddelen voor precisielandbouw. } Voldoende ruimte bieden voor een diep en uitgebreid wortelstelsel om stikstof efficiënter te gebruiken. } Behoud van een doorlatende bodemstructuur. } Opname van reststikstof door bodembeschermende tussengewassen. } Gebruik van evenwichtige voedingsstoffen voor de opname van de beschikbare stikstof. Fig. 9 graanopbrengst en reststikstof vs. n-gebruik Graanopbrengst Grain yield (t/ha) (t/ha) Optimale Optimum N-aanvoer N supply N application N-gebruik (kg rate N/ha) (kg N/ha) Reststikstof (kg N/ha) Residual Nitrogen (kg N/ha) Reststikstof in de grond na de oogst, en dus het risico op uitspoeling, neemt aanzienlijk af bij optimaal N-gebruik. [ref. 10]. 13

14 Intelligente landbouw heeft de toekomst... Verschillende meststoffen hebben verschillende gevolgen op de landbouw en milieu. Om de invloed van een stikstofmeststof te beoordelen is het uitvoeren van een analyse van de hele levenscyclus noodzakelijk. DAN-meststoffen hebben in het verleden in Europa bovengemiddeld gepresteerd. Optimale meststofproductie Minerale stikstofmeststoffen worden geproduceerd door het onttrekken van stikstof uit de atmosfeer. Dit proces vereist energie en zorgt voor de uitstoot van, een broeikasgas dat mede verantwoordelijk is voor klimaatverandering. Door voortdurende verbeteringsslagen opereren Europese fabrieken vandaag de dag bijna op het technologische energieminimum en behoren de Europese ammoniakinstallaties momenteel tot de beste van de wereld (Fig. 10 en 11). Naast kan bij de productie van meststoffen ook het sterke broeikasgas stikstofoxide vrijkomen. Bij leden van Fertilizers Europe is nieuwe katalysatortechnologie toegepast om de hoeveelheid vrijgekomen stikstofoxide tijdens de productie te minimaliseren. Het effect op klimaatverandering van een meststof kan worden gemeten door de -voetafdruk ervan, uitgedrukt in kilogram -equivalent per kilogram geproduceerde stikstof. Om echter de ware klimaateffecten van een product te doorgronden, is het noodzakelijk een analyse van de gehele levenscyclus te maken, waarin alle stappen, van productie tot opname door planten, worden meegenomen. Verderop vindt u een uitgebreide vergelijking van de respectievelijke -voetafdrukken van verschillende soorten meststof (Fig. 12). In de toekomst, met behulp van technologie voor de afvang en opslag van, zal nitraatmeststof nog sterker naar voren komen als de ideale meststof. uit industriële processen en stroomopwekking vereist een kostbaar zuiverings- of concentratieproces alvorens het beschikbaar is voor afvang en opslag. De afkomstig van de productie van DAN-meststoffen is reeds gezuiverd en klaar voor afvang en opslag. Fig. 10 Fig. 11 vooruitgang op het vlak van energiezuinigheid bij ammoniakproductie energiezuinigheid van ammoniakfabrieken wereldwijd (regionaal gemiddelde) GJ per ton ammoniak Haber-Bosch-proces Stoomreforming van aardgas Technologische grens = 27 GJ/t NH 3 GJ LHV per ton ammoniak, Europa (EU-27) VS Saudi- Arabië Noord- Afrika Oekraïne Rusland Het energieverbruik van Europese meststoffabrieken is steeds verder teruggebracht en bevindt zich momenteel bijna op het technologische minimum [ref. 11]. De gemiddelde energiezuinigheid van Europese ammoniakfabrieken behoort tot de beste ter wereld [ref. 12]. 14

15 DA N Klimaatverandering inperken het produceren, transporteren en gebruiken van minerale meststoffen draagt zowel direct als indirect bij aan de uitstoot van broeikasgassen, met name koolstofdioxide (co 2 ) en stikstofoxide (n 2 o). Aan de andere kant verhogen meststoffen de agrarische productiviteit en bevorderen zij de -opname van het gewas en opslag in de grond. Meststoffen zorgen voor hogere opbrengsten en verlagen de noodzaak om nieuw land te cultiveren, waardoor broeikasgasuitstoot als gevolg van gewijzigd grondgebruik wordt voorkomen - de herbestemming van grondgebruik alleen al is verantwoordelijk voor 12% van de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen [ref 13]. Door een analyse van de gehele levenscyclus wordt de totale uitstoot en opname van broeikasgassen vastgesteld. Bij dezelfde behaalde totaalopbrengst ligt de -voetafdruk van DAN-meststoffen ongeveer 25% lager. Via een analyse van de levenscyclus van meststoffen wordt de uitstoot en opname van broeikasgassen vastgesteld gedurende de productie, het transport en de opslag van meststoffen, alsmede gedurende het gebruik en de gewasgroei (oftewel in elke fase van het leven van een meststof). Hierdoor wordt duidelijker wat er gedaan kan en moet worden om de algehele -balans te verbeteren. Om de verschillende soorten broeikasgassen te vergelijken, zijn ze omgezet in -equivalenten ( -eq). Verschillende soorten meststoffen hebben verschillende -voetafdrukken. Ureum stoot tijdens de productie minder uit dan ammoniumnitraat. Dit verschil slaat om tijdens de verspreiding, omdat dan de in de moleculen besloten vrijkomt. Gemiddeld is de verwachting dat na het gebruik van ureum meer N 2 O door de grond wordt afgegeven dan na het gebruik van een DAN-meststof [ref 14]. De -voetafdruk gedurende de gehele levenscyclus van ureum is daarom hoger dan die van DAN-meststoffen. Bovendien moeten vervluchtigingsverliezen van ureum en lagere N-efficiëntie worden gecompenseerd door een hogere dosering van zo n 15%, waardoor de -voetafdruk verder toeneemt. Het is dus van cruciaal belang om bij het bepalen van de -voetafdruk van een meststof de gehele levenscyclus van het product mee te nemen (Fig. 12). Kg -equivalent/kg N Fig. 12 vergelijking co 2 -uitstoot van verschillende soorten meststoffen KAS DA N door productie door gebruik AN UAN Ureum Ureum + 15%N N 2 O door productie N 2 O door gebruik door transport De -voetafdruk over de hele levenscyclus van ammoniumnitraat is lager dan die van ureum en urean. En door de lagere efficiëntie van ureum en urean te compenseren met een hogere dosering wordt het verschil zelfs nog duidelijker [ref. 15]. 15

16 Intelligente landbouw heeft de toekomst... Naar optimale landbouwtechnieken De gouden regel voor het gebruik van stikstofmeststoffen blijft eenvoudig: gebruik het juiste product in de juiste hoeveelheid, op de juiste plek en op het juiste moment. Meststoffen met een betrouwbaar afgifteprofiel die met precisie kunnen worden gebruikt verminderen de verliezen en verhogen de opname door planten. Verbeteren van de meststofefficiëntie Meststofgebruik afstemmen op behoefte van de plant Stikstof moet in voldoende hoeveelheid aanwezig zijn om de groei en opbrengst van planten niet te beperken. Het teveel aan stikstof dat de behoeften van planten op de korte termijn overschrijdt, kan in het milieu terechtkomen of onnodige consumptie tot gevolg hebben. Het precies afstemmen van de beschikbaarheid van stikstof op zowel de behoeften van planten als op de voedingsstoffen in de grond zorgt voor maximale opbrengsten, minimale effecten op het milieu en optimale winstcijfers (Fig. 13). Gedoseerd gebruik wordt in de meeste omstandigheden gezien als best practice op landbouwgebied. Meststoffen met een voorspelbare afgifte van voor planten beschikbare stikstof zijn het beste geschikt voor gedoseerd gebruik. Dit geldt voor ammoniumnitraat en KAS, maar over het algemeen niet voor ureum. Hydrolyse van ureum en vervluchtigingsverliezen zijn in sterke mate afhankelijk van de weersomstandigheden na de verspreiding, met name neerslag. Het is onmogelijk dit betrouwbaar te voorspellen, waardoor er ofwel te veel ofwel te weinig stikstof wordt gebruikt. Het onderzoek van het Defra benadrukt de onbetrouwbaarheid van ureum en zag vervluchtigingsverliezen die uiteenliepen van 2% tot 58% van de gebruikte stikstof. Fig. 13 gedoseerd gebruik van danmeststoffen bij wintergraan Gewasbewaking 3e bemesting Stikstofopname door planten Evenwichtige voedingsstoffen is een andere randvoorwaarde voor het economisch gebruik van meststoffen. Onvoldoende aanvoer van fosfor, kalium of zwavel kan het efficiënt inzetten van stikstof belemmeren. Door periodiek grondmonsters te nemen, worden de werkelijke hoeveelheid voedingsstoffen in de grond en de meststofbehoefte bekend. Op de markt zijn verscheidene hulpmiddelen verkrijgbaar om de stikstofbehoefte van planten te meten en het gebruik van stikstof via meststoffen overeenkomstig aan te passen. Gewasbewaking 2e bemesting Meststofbehoefte Nauwkeurigere verspreiding 1e bemesting Hoeveelheid stikstof in grond Gelijkmatige verspreiding zorgt voor optimale aanvoer van stikstof. DAN-meststoffen hebben een hogere dichtheid en lagere stikstofconcentratie dan ureum en zijn daarom gelijkmatiger te verspreiden. De wind kan de gelijkmatige verspreiding van ureum verder verslechteren, waardoor er plaatselijk te veel of te weinig wordt gebruikt. Februari Maart April Mei Juni Juli Augustus Uitlopen Uitschieten van de stengel In de aar schieten Bloeien In Duitsland is vergelijkend onderzoek verricht naar de strooiverliezen van ureum ten opzichte van KAS. Bij een strooibreedte van slechts 21 meter resulteerde een matige wind van 4 m/s al in een variatie van 26% in het gebruik van ureum, tegenover slechts 6% met KAS [ref. 16]. De werkelijke meststofbehoefte is afhankelijk van zowel de hoeveelheid stikstof in de grond als de behoeften van de plant. Moderne bewakingshulpmiddelen maken gewasbewaking mogelijk en dragen bij aan een nauwkeurige dosering van het gebruik [ref. 4]. 16

17 DA N Fig. 14 biomassa en stikstofinventarisatie Sensortechnologie inventarisatie relatieve biomassa Sensortechnologie inventarisatie stikstofaanbeveling Optimale inzet van stikstofmeststoffen Hulpmiddelen voor precisielandbouw kunnen nog verder bijdragen aan de nauwkeurigheid van de verspreiding. Door middel van sensortechnologie hebben boeren directe controle over het gebruik van meststoffen en beschikken zij over een GPS-overzicht van de hoeveelheid voedingsstoffen. De stikstofbehoefte van planten wordt constant gemeten gedurende de verspreiding waardoor, bij gelijkmatige verspreiding van nitraatmeststoffen, de hoogste opbrengst bij minimale inzet van stikstof wordt gegarandeerd. Vele vergelijkende onderzoeken naar het gebruik van sensortechnologie ten opzichte van gangbare landbouwpraktijken laten een stijging van het proteïnegehalte van planten met 0,2-1,2%, een opbrengststijging van 7% en een daling van het stikstofgebruik met 12% zien (Fig. 14). Deze technologie wordt ook toegepast in combinatie met satelliettechnologie om verspreidingskaarten te genereren. Biomassa Biomass <5,5 (5,1%) 5,5-6,0 (5,8%) 6,0-6,5 (7,3%) 6,5-7,0 (8,4%) 7,0-7,5 (11,3%) 7,5-8,0 (13,3%) 8,0-8,5 (13,6%) 8,5-9,0 (15,2%) 9,0-9,5 (12,4%) >9,5 (7,8%) Kg N/ha >110 (10,3%) (10,2%) (12,8%) (18,1%) (18,3%) (19%) <60 (11,5%) Stikstofsensoren gebruiken automatisch de optimale stikstofhoeveelheden (blauw) op basis van inventarisatie van actuele biomassa en chlorofyl (groen) en voorkomen zowel over- als onderbemesting. Wintergraan, Duitsland [ref. 17]. Fig. 15 0m 100m Aanpakken van verzuring kalkbehoefte 120 Lime demand Bij bepaalde grondsoorten kunnen stikstofmeststoffen een verzurend effect hebben, wat met behulp van bekalking moet worden gecorrigeerd. Het gebruik van meststoffen met hoge stikstofefficiëntie vermindert de potentiële verzuring en bekalkingsbehoefte. Meststoffen zoals KAS bevatten kalksteen of dolomiet en besparen dus extra kosten en tijd doordat extra bekalking niet nodig is (Fig. 15). kg CaO/100kg N KAS 27% an UAN Ureum UAN + 10% N Ureum + 15% N De kalkbehoefte van KAS of ammoniumnitraat is aanzienlijk lager dan die van ureum [ref. 18]. Stikstofsensoren bieden direct informatie over de werkelijke stikstofbehoefte. DAN-meststoffen verbeteren de stikstofefficiëntie en verminderen verliezen. 17

18 Intelligente landbouw heeft de toekomst... Literatuur [ref. 1] Voedsel- en Landbouworganisatie van de Verenigde Naties (2003): World Agriculture towards 2015/2030. [ref. 2] Von Witzke H., Noleppa, S. (2010): EU agricultural production and trade: can more efficiency prevent increasing land-grabbing outside of Europe? Humboldt Universität zu Berlin. [ref. 3] Lesouder C., Taureau J. (1997): Fertilisation azotée, formes et modes d actions. Perspectives Agricoles N 221. [ref. 4] [ref. 5] [ref. 6] [ref. 7] [ref. 8] Yara International, Research Centre Hanninghof, Duitsland. Dampney P., Dyer C., Goodlass G., Chambers B. (2006): Component report for DEFRA project NT2605/ WP1a. Crop Responses. UNIFA, Frankrijk : Long term experimental network for ADA group of members Dampney P., Chadwick D., Smith K., Bhogal A. (2004): Report for DEFRA project NT2603. The behaviour of some different fertiliser-n materials. Chadwick D., Misselbrook T., Gilhespy S., Williams J., Bhogal A., Sagoo L., Nicholson F., Webb J., Anthony S., Chambers B. (2005): Component report for Defra project NT2605/WP1b. Ammonia Emissions and crop N use efficiency. [ref. 9] EMEP/CORINAIR Technical Report No. 16/2007. [ref. 10] Baumgärtel G., Engels T. Kuhlmann H. (1989) : Wie kann man die ordnungsgemaße N-Düngung überprüfer? DLG-Mitteilungen 9, [ref. 11] Naar Anundskas, A. (2000): Technical improvements in mineral nitrogen fertilizer production. In: Harvesting energy with fertilizers. Fertilizers Europe, Brussel. [ref. 12] Fertilizers Europe, Brussel. [ref. 13] Bellarby, J, Foereid, B, Hastings, A, Smith. P (2008): Cool Farming: Climate impacts of agriculture and mitigation potential. Greenpeace International, Amsterdam. [ref. 14] Bouwman, A.F., L.J.M. Boumans, N.H. Batjes, 2002: Modeling global annual N 2 0 and NO emmissions from fertilized fields. Global Biochemical Cycles 16, 4, 1080, 1-9. [ref. 15] Naar Brentrup, F. (2010). Yara International, Research Centre Hanninghof, Duitsland. [ref. 16] Stamm, R. (2006). Streufchler bei Seitenwind. DLZ Agrarmagazin [ref. 17] Agricon: [ref. 18] Sluijsmans C.M.J. (1970): Influence of fertilizer upon liming status of the soil. J. Plant Nutr. Soil Sci.,

19 DA N Maak kennis met de DAN-familie op: 19

20 DA N Fertilizers Europe vertegenwoordigt de meerderheid van de producenten van stikstofmeststoffen in Europa en staat bekend als speciale brancheorganisatie voor de informatieverstrekking over minerale meststoffen. De vereniging onderhoudt contact met een breed scala aan instituten, wetgevers, belanghebbenden en consumenten die op zoek zijn naar informatie over meststoftechnologie en onderwerpen die verband houden met de huidige uitdagingen op het gebied van landbouw, milieu en economie. De website van Fertilizers Europe biedt informatie over relevante onderwerpen aan iedereen die geïnteresseerd is in de bijdrage van meststoffen aan wereldwijde voedselzekerheid. Fertilizers Europe Avenue E. Van Nieuwenhuyse 4/6 B-1160, Brussel, België Tél: Fax: dan@fertilizerseurope.com Group Fertilizers Europe twitter.com/fertilizerseuro