Сельскохозяйственное загрязнение относится к биотическим и абиотическим побочным продуктам сельскохозяйственной практики, которые приводят к загрязнению или деградации окружающей среды и окружающих экосистем и/или наносят вред людям и их экономическим интересам. Загрязнение может происходить из различных источников, начиная от точечного источника загрязнения воды (из одной точки сброса) до более рассеянных причин на уровне ландшафта, также известных как неточечное загрязнение и загрязнение воздуха . Попав в окружающую среду, эти загрязнители могут оказывать как прямое воздействие на окружающие экосистемы, то есть убивать местную дикую природу или загрязнять питьевую воду, так и эффекты ниже по течению, такие как мертвые зоны, вызванные сельскохозяйственным стоком, концентрируются в крупных водоемах.
Методы управления или их незнание играют решающую роль в количестве и воздействии этих загрязняющих веществ. Методы управления варьируются от управления и содержания животных до распространения пестицидов и удобрений в глобальных сельскохозяйственных практиках, что может иметь серьезные экологические последствия . Плохие методы управления включают плохо управляемые операции по кормлению животных, чрезмерный выпас, вспашку, удобрения и неправильное, чрезмерное или несвоевременное использование пестицидов.
Загрязнители от сельского хозяйства сильно влияют на качество воды и могут быть обнаружены в озерах, реках, водно-болотных угодьях , эстуариях и грунтовых водах . Загрязнители от сельского хозяйства включают отложения, питательные вещества, патогены, пестициды, металлы и соли. [1] Животноводство оказывает огромное влияние на загрязняющие вещества, которые попадают в окружающую среду . Бактерии и патогены в навозе могут попасть в ручьи и грунтовые воды, если выпас скота, хранение навоза в лагунах и внесение навоза на поля не контролируются должным образом. [2] Загрязнение воздуха, вызванное сельским хозяйством из-за изменений в землепользовании и методов животноводства, оказывает огромное влияние на изменение климата . Решение этих проблем было центральной частью Специального доклада МГЭИК об изменении климата и землепользовании [3] , а также в докладе ЮНЕП о действиях по качеству воздуха за 2024 год. [4] Смягчение последствий загрязнения в сельском хозяйстве является ключевым компонентом в развитии устойчивой продовольственной системы . [5] [6] [7]
Было приблизительно подсчитано, что при отсутствии мер борьбы с вредителями потери урожая до сбора урожая обычно составляют 40 процентов. [8] Устойчивость является серьезной проблемой. Например, 2,4-Д и атразин имеют продолжительность жизни до 20 лет (например, ДДТ, альдрин, дильдрин, эндрин, гептахлор и токсафен) или даже постоянную (как это наблюдается в таких веществах, как свинец, ртуть и мышьяк). [9] Степень устойчивости пестицидов и гербицидов зависит от уникальной химии соединения, которая влияет на динамику сорбции и последующую судьбу и транспорт в почвенной среде. [10] Пестициды также могут накапливаться в животных, которые поедают зараженных вредителей и почвенные организмы. Основная опасность, связанная с применением пестицидов, заключается в его воздействии на нецелевые организмы. [11] К ним относятся виды, которые мы обычно воспринимаем как полезные или желательные, такие как опылители, и естественные враги вредителей (т. е. насекомые, которые охотятся на вредителей или паразитируют на них). [12]
В принципе, биопестициды , пестициды, полученные из природных источников, [13] могли бы снизить общее сельскохозяйственное загрязнение. Их использование скромное. Более того, биопестициды часто страдают от тех же негативных последствий, что и синтетические пестициды. [14] В Соединенных Штатах биопестициды подлежат меньшему количеству экологических норм. Многие биопестициды разрешены в соответствии с Национальной органической программой , Министерством сельского хозяйства США , стандартами для органического производства сельскохозяйственных культур. [13]
Выщелачивание пестицидов происходит, когда пестициды растворяются в воде, и эти растворы мигрируют в нецелевые места. Выщелачивание является основным источником загрязнения грунтовых вод . На выщелачивание влияют почва, пестицид, а также осадки и орошение. Выщелачивание чаще всего происходит при использовании водорастворимого пестицида, когда почва имеет тенденцию быть песчаной по текстуре; если чрезмерный полив происходит сразу после внесения пестицида; если адсорбционная способность пестицида в почве низкая. Выщелачивание может происходить не только с обработанных полей, но и с зон смешивания пестицидов, мест мойки оборудования для внесения пестицидов или мест утилизации. [15]
Удобрения используются для обеспечения сельскохозяйственных культур дополнительными источниками питательных веществ, такими как азот, фосфор и калий, которые способствуют росту растений и повышению урожайности. Хотя они полезны для роста растений, они также могут нарушать естественные биогеохимические циклы питательных веществ и минералов и представлять опасность для здоровья человека и экологии.
Наиболее распространенными источниками азота являются NO 3 − (нитрат) и NH 4 + (аммоний). Эти удобрения значительно увеличили производительность сельскохозяйственных угодий:
При средней урожайности на уровне 1900 года для сбора урожая в 2000 году потребовалось бы почти в четыре раза больше земли, а обрабатываемая площадь заняла бы почти половину всех континентов, свободных ото льда, а не менее 15% от общей площади суши, которая требуется сегодня. [16]
— Вацлав Смил, Азотный цикл и мировое производство продовольствия, том 2, страницы 9–13
Хотя азотные удобрения приводят к повышению урожайности, они также могут отрицательно влиять на грунтовые и поверхностные воды, загрязнять атмосферу и ухудшать здоровье почвы . [ требуется ссылка ] Не все питательные вещества, вносимые через удобрения, усваиваются культурами, а остальная часть накапливается в почве или теряется в виде стока . Нитратные удобрения с гораздо большей вероятностью теряются в почвенном профиле через сток из-за его высокой растворимости и одинаковых зарядов между молекулой и отрицательно заряженными глинистыми частицами. [17] Высокие нормы внесения азотсодержащих удобрений в сочетании с высокой растворимостью нитрата в воде приводят к увеличению стока в поверхностные воды, а также к выщелачиванию в грунтовые воды, тем самым вызывая загрязнение грунтовых вод . Уровни нитратов выше 10 мг/л (10 частей на миллион) в грунтовых водах могут вызвать « синдром синего ребенка » (приобретенную метгемоглобинемию) у младенцев и, возможно, заболевания щитовидной железы и различные виды рака. [18] Фиксация азота, которая преобразует атмосферный азот (N 2 ) в аммиак, и денитрификация, которая преобразует биологически доступные соединения азота в N 2 и N 2 O, являются двумя наиболее важными метаболическими процессами, вовлеченными в азотный цикл, поскольку они являются крупнейшими входами и выходами азота в экосистемы. Они позволяют азоту перемещаться между атмосферой, которая составляет около 78% азота, и биосферой. Другими важными процессами в азотном цикле являются нитрификация и аммонификация, которые преобразуют аммоний в нитрат или нитрит, а органические вещества в аммиак соответственно. Поскольку эти процессы поддерживают относительно стабильные концентрации азота в большинстве экосистем, большой приток азота из сельскохозяйственных стоков может вызвать серьезные нарушения. [19] Обычным результатом этого в водных экосистемах является эвтрофикация , которая, в свою очередь, создает гипоксические и аноксические условия — оба из которых смертельны и/или вредны для многих видов. [20] Азотное удобрение также может высвобождать газы NH 3 в атмосферу, которые затем могут быть преобразованы в соединения NO x . Большее количество соединений NO x в атмосфере может привести к закислению водных экосистем и вызвать различные респираторные проблемы у людей. Удобрение также может высвобождать N 2 O, который является парниковым газом и может способствовать разрушению озона (O 3 ) в стратосфере. [21]Почвы, которые получают азотные удобрения, также могут быть повреждены. Увеличение доступного для растений азота увеличит чистую первичную продукцию урожая, и в конечном итоге микробная активность почвы увеличится в результате большего поступления азота из удобрений и соединений углерода через разложившуюся биомассу. Из-за увеличения разложения в почве ее органическое содержание будет истощено, что приведет к снижению общего здоровья почвы . [22]
Наиболее распространенной формой фосфорного удобрения, используемого в сельскохозяйственной практике, является фосфат (PO 4 3- ), и он применяется в синтетических соединениях, которые включают PO 4 3- или в органических формах, таких как навоз и компост. [23] Фосфор является важным питательным веществом для всех организмов из-за ролей, которые он играет в клеточных и метаболических функциях, таких как производство нуклеиновых кислот и передача метаболической энергии. Однако большинству организмов, включая сельскохозяйственные культуры, требуется лишь небольшое количество фосфора, поскольку они эволюционировали в экосистемах с относительно низким его количеством. [24] Микробные популяции в почвах способны преобразовывать органические формы фосфора в растворимые формы, доступные для растений, такие как фосфат. Этот этап обычно обходится неорганическими удобрениями, поскольку он применяется в виде фосфата или других доступных для растений форм. Любой фосфор, который не усваивается растениями, адсорбируется частицами почвы, что помогает ему оставаться на месте. Из-за этого он обычно попадает в поверхностные воды, когда частицы почвы, к которым он прикреплен, разрушаются в результате осадков или ливневых стоков . Количество, которое попадает в поверхностные воды, относительно мало по сравнению с количеством, которое применяется в качестве удобрения, но поскольку он действует как ограничивающее питательное вещество в большинстве сред, даже небольшое количество может нарушить естественные биогеохимические циклы фосфора экосистемы. [25] Хотя азот играет роль в цветении вредоносных водорослей и цианобактерий, вызывающем эвтрофикацию, избыток фосфора считается самым большим способствующим фактором из-за того, что фосфор часто является самым ограничивающим питательным веществом, особенно в пресных водах. [26] Помимо истощения уровня кислорода в поверхностных водах, цветение водорослей и цианобактерий может производить цианотоксины, которые вредны для здоровья человека и животных, а также для многих водных организмов. [27]
Концентрация кадмия в фосфорсодержащих удобрениях значительно варьируется и может быть проблематичной. Например, моноаммонийфосфатное удобрение может иметь содержание кадмия всего от 0,14 мг/кг до 50,9 мг/кг. Это связано с тем, что фосфатная руда , используемая при их производстве, может содержать до 188 мг/кг кадмия (примерами являются месторождения на Науру и островах Рождества). Постоянное использование удобрений с высоким содержанием кадмия может загрязнять почву и растения. Европейская комиссия рассмотрела ограничения на содержание кадмия в фосфатных удобрениях . Производители фосфорсодержащих удобрений теперь выбирают фосфатную руду на основе содержания кадмия. [28] Фосфатные руды содержат высокие уровни фторида . Следовательно, широкое использование фосфатных удобрений увеличило концентрацию фторида в почве. Было обнаружено, что загрязнение продуктов питания удобрениями не вызывает особого беспокойства, поскольку растения накапливают мало фторида из почвы; Большую озабоченность вызывает возможность токсичности фторида для скота, который потребляет загрязненную почву. Также возможную озабоченность вызывает воздействие фторида на почвенные микроорганизмы. [29]
Радиоактивное содержание удобрений значительно варьируется и зависит как от их концентрации в исходном минерале, так и от процесса производства удобрений. Диапазон концентраций урана-238 может составлять от 7 до 100 пКи/г в фосфатной руде и от 1 до 67 пКи/г в фосфатных удобрениях. При использовании высоких годовых норм фосфорных удобрений это может привести к концентрации урана-238 в почвах и дренажных водах, которые в несколько раз превышают обычные. Однако влияние этих повышений на риск для здоровья человека от радионуклидного загрязнения пищевых продуктов очень мало (менее 0,05 мЗв/год). [ необходима цитата ]
Сельскохозяйственная техника и оборудование выделяют значительное количество вредных газов. [30]
Сельское хозяйство вносит большой вклад в эрозию почвы и отложение осадков за счет интенсивного управления или неэффективного земельного покрова. [31] По оценкам, деградация сельскохозяйственных земель приводит к необратимому снижению плодородия примерно на 6 миллионах га плодородных земель каждый год. [32] Накопление осадков (т. е. седиментация) в сточных водах влияет на качество воды различными способами. [ необходима ссылка ] Седиментация может снизить транспортную способность канав, ручьев, рек и судоходных каналов. Она также может ограничивать количество света, проникающего в воду, что влияет на водную биоту. Получающаяся в результате мутность от седиментации может влиять на пищевые привычки рыб, влияя на динамику популяции. Седиментация также влияет на транспортировку и накопление загрязняющих веществ, включая фосфор и различные пестициды. [33]
Естественные биогеохимические процессы в почве приводят к выбросам различных парниковых газов, включая закись азота. Методы ведения сельского хозяйства могут влиять на уровень выбросов. Например, было показано, что уровни обработки почвы также влияют на выбросы закиси азота . [34]
С точки зрения экологии, внесение удобрений , перепроизводство и использование пестицидов в традиционном сельском хозяйстве нанесли и продолжают наносить огромный ущерб во всем мире местным экосистемам , здоровью почвы , [35] [36] [37] биоразнообразию, грунтовым водам и запасам питьевой воды , а иногда и здоровью и плодородию фермеров . [38] [39] [40] [41] [42]
Органическое земледелие обычно снижает некоторое воздействие на окружающую среду по сравнению с традиционным земледелием, но масштаб сокращения может быть трудно поддающимся количественной оценке и варьируется в зависимости от методов ведения сельского хозяйства. В некоторых случаях сокращение пищевых отходов и изменение рациона питания могут принести большую пользу. [42] Исследование, проведенное в Техническом университете Мюнхена в 2020 году, показало, что выбросы парниковых газов от органически выращенных растительных продуктов были ниже, чем от традиционно выращенных растительных продуктов. Стоимость парниковых газов от органически произведенного мяса была примерно такой же, как и от неорганически произведенного мяса. [43] [44] Однако в той же статье отмечалось, что переход от традиционных к органическим методам, вероятно, будет полезен для долгосрочной эффективности и экосистемных услуг и, вероятно, со временем улучшит почву. [44]
Исследование оценки жизненного цикла, проведенное в 2019 году, показало, что перевод всего сельскохозяйственного сектора (как растениеводства, так и животноводства) в Англии и Уэльсе на методы органического земледелия приведет к чистому увеличению выбросов парниковых газов , поскольку для компенсации более низкой органической урожайности внутри страны потребуется увеличение использования земель за рубежом для производства и импорта сельскохозяйственных культур. [45]Ресурсосберегающее земледелие основано на принципах минимального нарушения почвы, использования мульчи и/или покровных культур в качестве почвенного покрова, а также диверсификации видов сельскохозяйственных культур. [46] Оно позволяет сократить использование удобрений, что в свою очередь снижает выбросы аммиака и парниковых газов. [4] [47] Оно также стабилизирует почву, что замедляет выбросы углерода в атмосферу. [48]
Навоз и биотвердые отходы , хотя и имеют ценность как удобрения, также могут содержать загрязняющие вещества, включая фармацевтические препараты и средства личной гигиены (PPCPs). Большое разнообразие и огромное количество PPCPs, потребляемых животными. [49]
Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО) предсказала, что 18% антропогенных парниковых газов напрямую или косвенно поступают от скота в мире. В этом отчете также предполагалось, что выбросы от скота были больше, чем от транспортного сектора. Хотя в настоящее время скот играет роль в производстве выбросов парниковых газов , утверждается, что оценки являются искажением. Хотя ФАО использовала оценку жизненного цикла животноводства (т. е. все аспекты, включая выбросы от выращивания культур для корма, транспортировки на убой и т. д.), они не применяли ту же оценку для транспортного сектора. [50]
Альтернативные источники [51] утверждают, что оценки ФАО слишком занижены, заявляя, что мировая животноводческая отрасль может быть ответственна за 51% выбросов парниковых газов в атмосферу, а не за 18%. [52] Критики говорят, что разница в оценках возникает из-за использования ФАО устаревших данных. Независимо от этого, если отчет ФАО о 18% точен, это все равно делает животноводство вторым по величине загрязнителем парниковых газов.
Модель PNAS показала, что даже если бы животные были полностью удалены из сельского хозяйства и рациона США, выбросы парниковых газов в США сократились бы всего на 2,6% (или на 28% выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве). Это связано с необходимостью замены навоза животных удобрениями и замены других побочных продуктов животного происхождения, а также с тем, что домашний скот теперь использует несъедобные для человека продукты питания и побочные продукты переработки волокон. Более того, люди страдали бы от большего количества дефицитов основных питательных веществ, хотя они бы получали больший избыток энергии, что, возможно, привело бы к большему ожирению. [53]
Растущая глобализация сельского хозяйства привела к случайному переносу вредителей, сорняков и болезней в новые ареалы. Если они закрепляются, они становятся инвазивным видом, который может повлиять на популяции местных видов [54] и поставить под угрозу сельскохозяйственное производство. [12] Например, транспортировка шмелей, выращенных в Европе, и отправка в Соединенные Штаты и/или Канаду для использования в качестве коммерческих опылителей привела к заносу паразита Старого Света в Новый Свет. [55] Это занос может сыграть роль в недавнем сокращении популяции местных шмелей в Северной Америке. [56] Виды, завезенные в сельское хозяйство, также могут гибридизироваться с местными видами, что приводит к снижению генетического биоразнообразия [54] и ставит под угрозу сельскохозяйственное производство. [12]
Нарушение среды обитания, связанное с сельскохозяйственными методами, также может способствовать появлению этих завезенных организмов. Загрязненная техника, скот и корма, а также загрязненные семена сельскохозяйственных культур или пастбищ также могут привести к распространению сорняков. [57]
Карантины (см. биобезопасность ) являются одним из способов регулирования предотвращения распространения инвазивных видов на политическом уровне. Карантин — это правовой инструмент, ограничивающий перемещение зараженного материала из районов, где присутствует инвазивный вид, в районы, где он отсутствует. Всемирная торговая организация имеет международные правила, касающиеся карантина вредителей и болезней в соответствии с Соглашением о применении санитарных и фитосанитарных мер . Отдельные страны часто имеют свои собственные правила карантина. Например, в Соединенных Штатах Министерство сельского хозяйства США / Служба инспекции здоровья животных и растений (USDA/APHIS) администрирует внутренние (в пределах Соединенных Штатов) и внешние (импорт из-за пределов Соединенных Штатов) карантины. Эти карантины обеспечиваются инспекторами на государственных границах и в портах въезда. [13]
Использование биологических агентов по борьбе с вредителями или использование хищников, паразитоидов , паразитов и патогенов для борьбы с сельскохозяйственными вредителями имеет потенциал для снижения загрязнения сельскохозяйственной среды, связанного с другими методами борьбы с вредителями, такими как использование пестицидов. Однако преимущества внедрения неместных агентов биологического контроля широко обсуждались. После высвобождения внедрение агента биологического контроля может быть необратимым. Потенциальные экологические проблемы могут включать распространение из сельскохозяйственных местообитаний в естественную среду, а также переключение хозяина или адаптацию к использованию местного вида. Кроме того, прогнозирование результатов взаимодействия в сложных экосистемах и потенциальных экологических последствий до высвобождения может быть затруднено. Один пример программы биологического контроля, которая привела к экологическому ущербу, произошел в Северной Америке, где паразитоид бабочек был введен для борьбы с непарным шелкопрядом и молью-бурохвостом. Этот паразитоид способен использовать многие виды хозяев бабочек и, вероятно, привел к упадку и исчезновению нескольких местных видов шелкопряда. [58]
Международное исследование потенциальных агентов биологического контроля осуществляется такими агентствами, как Европейская лаборатория биологического контроля, Министерство сельского хозяйства США/ Служба сельскохозяйственных исследований (USDA/ARS), Институт биологического контроля Содружества и Международная организация по биологическому контролю вредных растений и животных. Для предотвращения сельскохозяйственного загрязнения перед внедрением требуется карантин и обширные исследования потенциальной эффективности организма и его экологического воздействия. В случае одобрения предпринимаются попытки колонизировать и распространить агент биологического контроля в соответствующих сельскохозяйственных условиях. Проводятся постоянные оценки их эффективности. [13]
Однако ГМО-культуры могут привести к генетическому загрязнению местных видов растений посредством гибридизации. Это может привести к увеличению сорности растения или вымиранию местных видов. Кроме того, само трансгенное растение может стать сорняком, если модификация улучшит его приспособленность к данной среде. [12]
Также существуют опасения, что нецелевые организмы, такие как опылители и естественные враги, могут быть отравлены случайным проглатыванием растений, продуцирующих Bt. Недавнее исследование, проверяющее влияние пыльцы кукурузы Bt, опыляющей близлежащие растения молочая, на питание личинок бабочки-монарха, показало, что угроза для популяции монарха была низкой. [12]
Использование ГМО-культур, разработанных для устойчивости к гербицидам, также может косвенно увеличить количество сельскохозяйственного загрязнения, связанного с использованием гербицидов . Например, возросшее использование гербицидов на полях кукурузы, устойчивой к гербицидам, в Среднем Западе США уменьшает количество молочая, доступного для личинок бабочки-монарха . [12]
Регулирование выпуска генетически модифицированных организмов различается в зависимости от типа организма и соответствующей страны. [59]
Хотя могут быть некоторые опасения относительно использования ГМ-продуктов, это также может быть решением некоторых существующих проблем загрязнения в животноводстве. Одним из основных источников загрязнения, в частности, переноса витаминов и минералов в почве, является отсутствие пищеварительной эффективности у животных. Улучшая пищеварительную эффективность, можно минимизировать как стоимость животноводческого производства, так и ущерб окружающей среде. Одним из успешных примеров этой технологии и ее потенциального применения является Enviropig. [ необходима цитата ]
Enviropig — это генетически модифицированная йоркширская свинья, которая вырабатывает фитазу в слюне. Зерновые, такие как кукуруза и пшеница, содержат фосфор, который связан в естественно неперевариваемой форме, известной как фитиновая кислота. Затем в рацион добавляется фосфор , необходимое питательное вещество для свиней, поскольку он не может быть расщеплен в пищеварительном тракте свиней. В результате почти весь фосфор, естественным образом содержащийся в зерне, теряется в фекалиях и может способствовать повышению его уровня в почве. Фитаза — это фермент, который способен расщеплять иначе неперевариваемую фитиновую кислоту, делая ее доступной для свиньи. Способность Enviropig переваривать фосфор из зерна устраняет отходы этого естественного фосфора (снижение на 20–60%), а также устраняет необходимость добавления питательного вещества в корм. [60]
Одним из основных источников загрязнения воздуха, почвы и воды являются отходы животноводства. Согласно отчету Министерства сельского хозяйства США за 2005 год, на фермах в Соединенных Штатах ежегодно производится более 335 миллионов тонн отходов «сухого вещества» (отходы после удаления воды). [61] Операции по кормлению животных производят примерно в 100 раз больше навоза, чем количество ила человеческих сточных вод, перерабатываемого на муниципальных очистных сооружениях США каждый год. Загрязнение диффузных источников от сельскохозяйственных удобрений сложнее отслеживать, контролировать и контролировать. Высокие концентрации нитратов обнаруживаются в грунтовых водах и могут достигать 50 мг/л (предельное значение Директивы ЕС). В канавах и руслах рек загрязнение питательными веществами от удобрений вызывает эвтрофикацию. Это ухудшается зимой, после того как осенняя вспашка высвобождает всплеск нитратов; зимние осадки сильнее, что увеличивает сток и выщелачивание, и наблюдается более низкое поглощение растениями. EPA предполагает, что одна молочная ферма с 2500 коровами производит столько же отходов, сколько город с населением около 411 000 человек. [62] Национальный исследовательский совет США определил запахи как самую значимую проблему выбросов животных на местном уровне. Различные системы животноводства приняли несколько процедур управления отходами для работы с большим количеством отходов, производимых ежегодно.
Преимуществами переработки навоза являются сокращение количества навоза, которое необходимо транспортировать и вносить в сельскохозяйственные культуры, а также уменьшение уплотнения почвы. Также сокращается количество питательных веществ, что означает, что для внесения навоза требуется меньше пахотных земель. Переработка навоза также может снизить риск для здоровья человека и риски биологической безопасности за счет сокращения количества патогенов, присутствующих в навозе. Неразбавленный навоз или жижа в сто раз более концентрированы, чем бытовые сточные воды, и могут переносить кишечного паразита Cryptosporidium , которого трудно обнаружить, но который может передаваться людям. Силосная жидкость (из ферментированной влажной травы) еще сильнее, чем навозная жижа, с низким pH и очень высокой биологической потребностью в кислороде. При низком pH силосная жидкость может быть очень едкой; она может воздействовать на синтетические материалы, вызывая повреждение оборудования для хранения и приводя к случайным утечкам. Все эти преимущества можно оптимизировать, используя правильную систему управления навозом на правильной ферме на основе имеющихся ресурсов. [ необходима ссылка ]
Компостирование — это система управления твердым навозом, которая использует твердый навоз из загонов с подстилкой или твердые частицы из сепаратора жидкого навоза. Существует два метода компостирования: активный и пассивный. Навоз периодически перемешивается во время активного компостирования, тогда как при пассивном компостировании этого не происходит. Было обнаружено, что пассивное компостирование имеет более низкие выбросы парниковых газов из-за неполного разложения и более низкой скорости диффузии газа. [ необходима цитата ]
Навоз можно механически разделить на твердую и жидкую часть для более легкого управления. Жидкости (4–8% сухого вещества) можно легко использовать в насосных системах для удобного распределения по культурам, а твердую фракцию (15–30% сухого вещества) можно использовать в качестве подстилки в стойлах, распределять по культурам, компостировать или экспортировать. [ необходима цитата ]
Анаэробное сбраживание — это биологическая обработка жидких отходов животных с использованием бактерий в зоне, где нет воздуха, что способствует разложению органических твердых веществ. Горячая вода используется для нагрева отходов с целью увеличения скорости производства биогаза . [63] Оставшаяся жидкость богата питательными веществами и может использоваться на полях в качестве удобрения и метанового газа, который можно сжигать непосредственно на биогазовой печи [64] или в генераторе двигателя для производства электроэнергии и тепла. [63] [65] Метан примерно в 20 раз более эффективен как парниковый газ, чем углекислый газ, который оказывает значительное негативное воздействие на окружающую среду, если не контролировать его должным образом. Анаэробная обработка отходов — лучший метод контроля запаха, связанного с управлением навозом. [63]
Биологические очистные лагуны также используют анаэробное сбраживание для расщепления твердых веществ, но гораздо медленнее. Лагуны поддерживаются при температуре окружающей среды в отличие от нагреваемых емкостей для сбраживания. Лагунам требуются большие площади земли и большие объемы разбавления для правильной работы, поэтому они не работают хорошо во многих климатических условиях на севере Соединенных Штатов. Лагуны также предлагают преимущество в виде уменьшения запаха, а биогаз становится доступным для тепла и электроэнергии. [66]
Исследования показали, что выбросы парниковых газов сокращаются при использовании систем аэробного сбраживания. Сокращение выбросов парниковых газов и кредиты могут помочь компенсировать более высокую стоимость установки более чистых аэробных технологий и способствовать внедрению производителями экологически более совершенных технологий для замены текущих анаэробных лагун. [67]
В этой статье использованы материалы из общественного достояния Джаспера Вомаха. Отчет для Конгресса: Сельское хозяйство: Глоссарий терминов, программ и законов, издание 2005 г. (PDF) . Исследовательская служба Конгресса .