Загрязнение сельского хозяйства - Agricultural pollution

Загрязнение воды из-за молочного животноводства в районе Вайрарапа в Новой Зеландии (фотография 2003 г.)

Загрязнение сельского хозяйства относится к биотическим и абиотическим побочным продуктам сельскохозяйственной практики, которые приводят к загрязнению или деградации окружающей среды и окружающих экосистем и / или причиняют вред людям и их экономическим интересам. Загрязнение может происходить из различных источников, начиная от загрязнения воды из точечных источников (из одной точки сброса) до более диффузных, ландшафтных причин, также известных как загрязнение из неточечных источников и загрязнение воздуха . Попадая в окружающую среду, эти загрязнители могут оказывать как прямое воздействие на окружающие экосистемы, т. Е. Убивать местную дикую природу или загрязнять питьевую воду, так и эффекты ниже по течению, такие как мертвые зоны, вызванные сельскохозяйственными стоками, концентрируются в крупных водоемах.

Методы управления или их незнание играют решающую роль в количестве и воздействии этих загрязнителей. Методы управления варьируются от содержания животных и содержания животных до распространения пестицидов и удобрений в мировых сельскохозяйственных практиках. К плохим методам управления относятся плохо организованные операции по кормлению животных, чрезмерный выпас, вспашка, удобрения и неправильное, чрезмерное или несвоевременное использование пестицидов.

Загрязняющие вещества от сельского хозяйства сильно влияют на качество воды и могут быть обнаружены в озерах, реках, водно-болотных угодьях , эстуариях и грунтовых водах . Загрязняющие вещества от сельского хозяйства включают отложения, питательные вещества, патогены, пестициды, металлы и соли. Животноводство оказывает чрезмерное воздействие на загрязняющие вещества, попадающие в окружающую среду . Бактерии и патогенные микроорганизмы, содержащиеся в навозе, могут проникнуть в ручьи и грунтовые воды, если выпас скота, хранение навоза в лагунах и внесение навоза на поля не осуществляется должным образом. Загрязнение воздуха, вызванное сельским хозяйством в результате изменений в землепользовании и животноводстве, оказывает огромное влияние на изменение климата , и решение этих проблем было центральной частью Специального доклада МГЭИК об изменении климата и землепользовании .

Абиотические источники

Пестициды

Применение пестицидов с воздуха .

Пестициды и гербициды применяются на сельскохозяйственных землях для борьбы с вредителями, нарушающими урожайность сельскохозяйственных культур. Загрязнение почвы может происходить, когда пестициды сохраняются и накапливаются в почве, что может изменять микробные процессы , увеличивать поглощение химического вещества растениями и является токсичным для почвенных организмов . Степень стойкости пестицидов и гербицидов зависит от уникального химического состава соединения, который влияет на динамику сорбции и, как следствие, на судьбу и перенос в почвенной среде. Пестициды также могут накапливаться в животных, которые поедают зараженных вредителей и почвенные организмы. Кроме того, пестициды могут быть более вредными для полезных насекомых, таких как опылители, и естественных врагов вредителей (т. Е. Насекомых, которые охотятся на вредителей или паразитируют на них), чем сами вредители-мишени.

Выщелачивание пестицидов

Выщелачивание пестицидов происходит, когда пестициды смешиваются с водой и проходят через почву, в конечном итоге загрязняя грунтовые воды . Объем вымывания коррелирует с конкретными характеристиками почвы и пестицидов, а также с количеством осадков и орошения. Выщелачивание наиболее вероятно при использовании водорастворимых пестицидов, когда почва имеет тенденцию быть песчаной по текстуре; если чрезмерный полив происходит сразу после применения пестицидов; если адсорбционная способность пестицида к почве низкая. Выщелачивание может происходить не только с обработанных полей, но также с участков смешивания пестицидов, участков мойки оборудования для внесения пестицидов или участков захоронения.

Удобрения

Удобрения используются для обеспечения сельскохозяйственных культур дополнительными источниками питательных веществ, таких как азот, фосфор и калий, которые способствуют росту растений и повышают урожайность сельскохозяйственных культур. Хотя они полезны для роста растений, они также могут нарушать естественные биогеохимические циклы питательных веществ и минералов и представлять опасность для здоровья человека и окружающей среды.

Азот

Азотные удобрения снабжают растения формами азота, биологически доступными для усвоения растениями; а именно NO ₃^- (нитрат) и NH ₄⁺ (аммоний). Это увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность сельского хозяйства, но также может негативно повлиять на грунтовые и поверхностные воды, загрязнить атмосферу и ухудшить здоровье почвы . Не все питательные вещества, вносимые с помощью удобрений, поглощаются культурами, а оставшаяся часть накапливается в почве или теряется в виде стока . Нитратные удобрения с большей вероятностью попадут в почвенный профиль из-за их высокой растворимости и наличия одинаковых зарядов между молекулой и отрицательно заряженными частицами глины. Высокие нормы внесения азотсодержащих удобрений в сочетании с высокой растворимостью нитратов в воде приводят к увеличению стока в поверхностные воды, а также вымыванию в грунтовые воды, вызывая загрязнение грунтовых вод . Уровни нитратов выше 10 мг / л (10 частей на миллион) в грунтовых водах могут вызывать « синдром голубого ребенка » (приобретенную метгемоглобинемию) у младенцев и, возможно, заболевания щитовидной железы и различные типы рака. Фиксация азота, которая превращает атмосферный азот (N ₂ ) в более биологически доступные формы, и денитрификация, которая превращает биологически доступные соединения азота в N ₂ и N ₂ O, являются двумя наиболее важными метаболическими процессами, участвующими в круговороте азота, поскольку они самые большие поступления и выбросы 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 превращают аммоний в нитрат или нитрит и 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. Обычным результатом этого в водных экосистемах является эвтрофикация, которая, в свою очередь, создает гипоксические и аноксические условия, которые смертельны и / или опасны для многих видов. Азотные удобрения могут также выделять в атмосферу газы NH _3, которые затем могут быть преобразованы в соединения NO _x . Повышенное количество соединений NO _x в атмосфере может привести к подкислению водных экосистем и вызвать различные респираторные проблемы у людей. Удобрения могут также выделять N ₂ O, который является парниковым газом и может способствовать разрушению озона (O ₃ ) в стратосфере. Также могут быть повреждены почвы, которые получают азотные удобрения. Увеличение доступного для растений азота увеличит чистую первичную продукцию сельскохозяйственных культур, и, в конечном итоге, активность почвенных микробов возрастет в результате большего поступления азота из удобрений и соединений углерода через разложившуюся биомассу. Из-за увеличения разложения в почве содержание в ней органических веществ будет истощено, что приведет к ухудшению общего состояния почвы.

Альтернативой стандартным азотным удобрениям являются удобрения с повышенной эффективностью (EEF) . Существует несколько типов EEF, но они обычно делятся на две категории: удобрения с медленным высвобождением или удобрения с ингибиторами нитрификации. Удобрения с медленным высвобождением покрыты полимером, который задерживает и замедляет высвобождение азота в сельскохозяйственных системах. Ингибиторы нитрификации - это удобрения, покрытые соединениями серы, которые очень гидрофобны и помогают замедлить высвобождение азота. EEF обеспечивают более низкий и более стабильный приток азота в почву и могут уменьшить выщелачивание азота и улетучивание соединений NO _x , однако научная литература показывает как эффективность, так и неэффективность в снижении загрязнения азотом.

Фосфор

Наиболее распространенной формой фосфорных удобрений, используемых в сельском хозяйстве, является фосфат (PO ₄^3- ), и он применяется в синтетических соединениях, содержащих PO ₄^3-, или в органических формах, таких как навоз и компост. Фосфор является важным питательным веществом для всех организмов из-за роли, которую 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, потому что они эволюционировали в экосистемах с относительно низким его содержанием. Популяции микробов в почвах способны преобразовывать органические формы фосфора в растворимые формы, доступные для растений, такие как фосфат. Эту стадию обычно обходят с неорганическими удобрениями, потому что они вносятся в виде фосфатов 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, размываются в результате атмосферных осадков или ливневого стока. Количество, которое попадает в поверхностные воды, относительно невелико по сравнению с количеством, которое вносится в качестве удобрения, но поскольку оно действует как ограничивающее питательное вещество в большинстве сред, даже небольшое количество может нарушить естественные биогеохимические циклы фосфора в экосистеме. Хотя азот играет роль в цветении вредных водорослей и цианобактерий, вызывающих эвтрофикацию, избыток фосфора считается самым большим фактором, способствующим этому, поскольку фосфор часто является наиболее ограничивающим питательным веществом, особенно в пресных водах. Помимо снижения 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.

Концентрация кадмия в фосфорсодержащих удобрениях значительно варьируется и может быть проблематичной. Например, моноаммонийфосфатное удобрение может иметь содержание кадмия 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 (например, месторождения на Науру и на островах Рождества). Постоянное использование удобрений с высоким содержанием кадмия может привести к загрязнению почвы и растений. Европейская комиссия рассмотрела пределы содержания кадмия в фосфорных удобрениях . Производители фосфорсодержащих удобрений теперь выбирают фосфоритную руду по содержанию кадмия. Фосфатные породы содержат большое количество фторидов . Следовательно, широкое использование фосфорных удобрений привело к увеличению концентрации фторидов в почве. Было обнаружено, что загрязнение пищевых продуктов удобрениями не вызывает особого беспокойства, поскольку растения накапливают мало фтора из почвы; Большую озабоченность вызывает возможность отравления фтором для домашнего скота, поедающего загрязненные почвы. Также возможную озабоченность вызывает воздействие фторида на почвенные микроорганизмы.

Кадмий

Концентрация кадмия в фосфорсодержащих удобрениях значительно варьируется и может быть проблематичной. Например, моноаммонийфосфатное удобрение может иметь содержание кадмия 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 (например, месторождения на Науру и островах Рождества). Постоянное использование удобрений с высоким содержанием кадмия может привести к загрязнению почвы и растений. Европейская комиссия рассмотрела пределы содержания кадмия в фосфорных удобрениях . Производители фосфорсодержащих удобрений теперь выбирают фосфоритную руду по содержанию кадмия.

Фторид

Фосфатные породы содержат большое количество фторидов . Следовательно, широкое использование фосфорных удобрений привело к увеличению концентрации фторидов в почве. Было обнаружено, что загрязнение пищевых продуктов удобрениями не вызывает особого беспокойства, поскольку растения накапливают мало фторида из почвы; Большую озабоченность вызывает возможность отравления фтором для домашнего скота, поедающего загрязненные почвы. Также возможную озабоченность вызывает воздействие фторида на почвенные микроорганизмы.

Радиоактивные элементы

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 фосфоритной 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 в несколько раз больше, чем обычно. Однако влияние этих повышений на риск для здоровья человека от загрязнения пищевых продуктов радионуклидами очень невелико (менее 0,05 мЗв / год).

Органические загрязнители

Навоз и твердые биологические вещества содержат множество питательных веществ, потребляемых животными и людьми в виде пищи. Практика возврата таких отходов на сельскохозяйственные угодья дает возможность вторичного использования питательных веществ в почве. Проблема заключается в том, что навоз и твердые биологические вещества содержат не только питательные вещества, такие как углерод, азот и фосфор, но также могут содержать загрязняющие вещества, в том числе фармацевтические препараты и средства личной гигиены (PPCP). Существует огромное количество разнообразных ППХП, потребляемых как людьми, так и животными, и каждый из них обладает уникальным химическим составом в наземных и водных средах. Таким образом, не все из них были оценены на предмет их воздействия на качество почвы, воды и воздуха. Агентство США по охране окружающей среды (EPA) обобщил осадка сточных вод из водоочистных установок по всей территории США , чтобы оценить уровень различных PPCPs настоящее время .

Металлы

Основные поступления тяжелых металлов (например, свинца, кадмия, мышьяка, ртути) в сельскохозяйственные системы - это удобрения, органические отходы, такие как навоз, и отходы промышленных побочных продуктов. Неорганические удобрения особенно важны для проникновения тяжелых металлов в почву. Некоторые методы ведения сельского хозяйства, такие как ирригация, могут привести к накоплению селена (Se), которое происходит естественным образом в почве, что может привести к появлению водоемов ниже по течению, содержащих концентрации селена, токсичные для диких животных, домашнего скота и людей. Этот процесс известен как «эффект Кестерсона», одноименно названный в честь водохранилища Кестерсон в долине Сан-Хоакин (Калифорния, США), которое было объявлено свалкой токсичных отходов в 1987 году. Тяжелые металлы, присутствующие в окружающей среде, могут поглощаться растениями. , которые могут представлять опасность для здоровья человека в случае употребления в пищу пораженных растений. Некоторые металлы необходимы для роста растений, однако их избыток может иметь неблагоприятные последствия для здоровья растений.

Отходы черной металлургии , которые часто перерабатываются в удобрения из-за высокого содержания в них цинка (необходимого для роста растений), также могут включать следующие токсичные металлы: свинец , мышьяк , кадмий, хром и никель . Наиболее распространенными токсичными элементами в этом виде удобрений являются ртуть , свинец и мышьяк. Эти потенциально вредные примеси можно удалить во время производства удобрений; однако это значительно увеличивает стоимость удобрений. Высокочистые удобрения широко доступны, и, возможно, наиболее известны как водорастворимые удобрения, содержащие синие красители. Такие удобрения обычно используются в домашних условиях, например Miracle-Gro . Эти водорастворимые удобрения используются в питомниках растений и доступны в больших упаковках по значительно меньшей цене, чем в розничных продажах. Есть также некоторые недорогие гранулированные садовые удобрения, сделанные из ингредиентов высокой чистоты, что ограничивает производство.

Землеустройство

Эрозия почвы и отложения

Эрозия почвы: почва смывается с вспаханного поля через эти ворота в водоток за ними.

Сельское хозяйство в значительной степени способствует эрозии почвы и отложению наносов из-за интенсивного управления или неэффективного земельного покрова. По оценкам, деградация сельскохозяйственных земель приводит к необратимому снижению плодородия примерно на 6 млн га плодородных земель ежегодно. Накопление отложений (т.е. осаждение) в сточных водах по-разному влияет на качество воды. Отложения могут снизить транспортную способность канав, ручьев, рек и судоходных каналов. Это также может ограничить количество света, проникающего в воду, что влияет на водную биоту. Мутность, возникающая в результате осаждения, может повлиять на пищевые привычки рыб, влияя на динамику популяции. Осаждение также влияет на перенос и накопление загрязнителей, включая фосфор и различные пестициды.

Выбросы от обработки почвы и закиси азота

Естественные биогеохимические процессы в почве приводят к выбросу различных парниковых газов, в том числе закиси азота. Практика ведения сельского хозяйства может повлиять на уровень выбросов. Например, уровень обработки почвы также влияет на выбросы закиси азота .

Биотические источники

Парниковые газы из фекальных отходов

Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО) предсказала, что 18% антропогенных парниковых газов прямо или косвенно происходят от мирового животноводства. В этом отчете также говорится, что выбросы от животноводства были больше, чем от транспортного сектора. Хотя животноводство в настоящее время действительно играет роль в производстве выбросов парниковых газов , считается, что оценки являются искажением. Хотя ФАО использовала оценку жизненного цикла животноводства (т.е. все аспекты, включая выбросы от выращивания сельскохозяйственных культур на корм, транспортировку на убой и т. Д.), Она не применила ту же оценку для транспортного сектора.

Модель PNAS показала, что даже если бы животные были полностью исключены из сельского хозяйства и рациона США, выбросы парниковых газов в США снизились бы всего на 2,6% (или 28% выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве). Это связано с необходимостью замены навоза удобрениями, а также с заменой других побочных продуктов животного происхождения, а также с тем, что в настоящее время животноводство использует несъедобные для человека продукты питания и побочные продукты переработки волокна. Более того, люди будут страдать от большего количества дефицита основных питательных веществ, хотя они будут получать больший избыток энергии, что, возможно, приведет к еще большему ожирению.

Биопестициды

Биопестициды - это пестициды, полученные из природных материалов (животных, растений, микроорганизмов, некоторых минералов). В качестве альтернативы традиционным пестицидам биопестициды могут снизить общее сельскохозяйственное загрязнение, поскольку они безопасны в обращении, обычно не оказывают сильного воздействия на полезных беспозвоночных или позвоночных и имеют короткое остаточное время. Однако существуют опасения, что биопестициды могут оказывать негативное воздействие на популяции нецелевых видов.

В Соединенных Штатах биопестициды регулируются EPA. Поскольку биопестициды менее вредны и оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, чем другие пестициды, агентству не требуется столько данных для регистрации их использования. Многие биопестициды разрешаются при Национальной органической программе , Департамента сельского хозяйства Соединенных Штатов , стандартов органического производства продукции растениеводства.

Интродуцированные виды

Инвазивные виды

Centaurea solstitialis , агрессивно инвазивный сорняк, вероятно, был занесен в Северную Америку с зараженными семенами кормовых культур. Такие сельскохозяйственные методы, как обработка почвы и выпас скота, способствовали его быстрому распространению. Он токсичен для лошадей, препятствует росту местных растений (уменьшение биоразнообразия и деградация природных экосистем) и является физическим препятствием для миграции местных животных.

Растущая глобализация сельского хозяйства привела к случайному переносу вредителей, сорняков и болезней на новые ареалы. Если они приживаются, они становятся инвазивными видами, которые могут воздействовать на популяции местных видов и угрожать сельскохозяйственному производству. Например, транспортировка шмелей, выращенных в Европе и отправленных в Соединенные Штаты и / или Канаду для использования в качестве коммерческих опылителей , привела к занесению паразитов Старого Света в Новый Свет. Это введение может сыграть роль в недавнем сокращении численности местных шмелей в Северной Америке. Виды, интродуцированные в сельское хозяйство, также могут гибридизоваться с местными видами, что приводит к снижению генетического биоразнообразия и угрожает сельскохозяйственному производству.

Нарушение среды обитания (экология), связанное с самими методами ведения сельского хозяйства, также может способствовать акклиматизации этих интродуцированных организмов. Загрязненная техника, домашний скот и корма, а также зараженные семена сельскохозяйственных культур или пастбищ также могут привести к распространению сорняков.

Карантин (см. Биозащита ) - это один 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, в которых он отсутствует. Всемирная торговая организация имеет международные правила , касающиеся карантин вредителей и болезней в рамках Соглашения по применению санитарных и фитосанитарных мер . В отдельных странах часто действуют собственные правила карантина. В Соединенных Штатах, например, Соединенные Штаты Министерство сельского хозяйство / животноводство и фитосанитарная инспекция (USDA / APHIS) управляет внутренним (в Соединенных Штатах) и иностранный (завоз из - за пределы США) карантинов. Эти карантины соблюдаются инспекторами на государственных границах и в пунктах въезда.

Биологический контроль

Использование биологических средств борьбы с вредителями или использование хищников, паразитоидов , паразитов и патогенов для борьбы с сельскохозяйственными вредителями может снизить загрязнение сельского хозяйства, связанное с другими методами борьбы с вредителями, такими как использование пестицидов. Однако преимущества введения неместных агентов биоконтроля широко обсуждаются. После выпуска введение агента биоконтроля может быть необратимым. Потенциальные экологические проблемы могут включать расселение из сельскохозяйственных местообитаний в естественную среду, а также переключение хозяев или адаптацию к использованию местных видов. Кроме того, прогнозирование результатов взаимодействия в сложных экосистемах и потенциальных экологических воздействий до выпуска может быть затруднено. Одним из примеров биоконтроля программы, в результате которой экологический ущерб произошли в Северной Америке, где паразитоид бабочек был представлен контроль непарного шелкопряда и browntail моли. Этот паразитоид способен использовать многие виды бабочек-хозяев и, вероятно, привел к сокращению и истреблению нескольких местных видов шелковой моли.

Международному исследованию потенциальных агентов биоконтроля помогают такие агентства, 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 веществ. Растения и животные. Чтобы предотвратить сельскохозяйственное загрязнение, перед интродукцией требуются карантин и обширные исследования потенциальной эффективности организма и воздействия на окружающую среду. В случае одобрения предпринимаются попытки колонизировать и рассредоточить агент биоконтроля в соответствующих сельскохозяйственных условиях. Постоянно проводится оценка их эффективности.

Генетически модифицированные организмы (ГМО)

(Вверху) Нетрансгенные листья арахиса с обширным повреждением личинками кукурузного мотылька . (Внизу) Арахисовые листья, генетически модифицированные для производства токсинов Bt, защищены от травоядных повреждений.

Генетическое заражение и экологические последствия

Однако ГМО-культуры могут привести к генетическому загрязнению местных видов растений в результате гибридизации. Это может привести к повышенной засоренности растения или исчезновению местных видов. Кроме того, трансгенное растение само может стать сорняком, если модификация улучшает его приспособленность в данной среде.

Есть также опасения, что организмы, не являющиеся мишенями, такие как опылители и естественные враги, могут быть отравлены случайным проглатыванием растений, продуцирующих Bt. Недавнее исследование, в котором проверялось влияние пыльцы Bt кукурузы, опудриваемой близлежащими растениями молочая, на питание личинок бабочки-монарха, показало, что угроза для населения монарха была низкой.

Использование ГМО-сельскохозяйственных культур, разработанных для обеспечения устойчивости к гербицидам, также может косвенно увеличить количество сельскохозяйственных загрязнений, связанных с использованием гербицидов . Например, более широкое использование гербицидов на кукурузных полях, устойчивых к гербицидам, на среднем западе США снижает количество молочая, доступного для личинок бабочки-монарха .

Регулирование выпуска генетически модифицированных организмов различается в зависимости от типа организма и соответствующей страны.

ГМО как инструмент уменьшения загрязнения

Хотя могут возникнуть некоторые опасения относительно использования ГМ-продуктов, это также может быть решением некоторых существующих проблем загрязнения животноводства. Один из основных источников загрязнения, особенно витаминов и минералов в почвах, происходит из-за недостаточной эффективности пищеварения у животных. Повышая эффективность пищеварения, можно минимизировать как затраты на животноводство, так и ущерб окружающей среде. Одним из успешных примеров этой технологии и ее потенциального применения является Enviropig .

Enviropig является генетически модифицированной Йоркширский свиньи , который выражает фитазы в слюне. Зерновые, такие как кукуруза и пшеница, содержат фосфор, который находится в неудобоваримой от природы форме, известной как фитиновая кислота. Затем в рацион добавляют фосфор , важное питательное вещество для свиней, поскольку он не расщепляется в пищеварительном тракте свиней. В результате почти весь естественный фосфор, содержащийся в зерне, выводится с фекалиями и может способствовать повышению его уровня в почве. Фитаза - это фермент, который способен расщеплять неперевариваемую фитиновую кислоту, делая ее доступной для свиней. Способность Enviropig переваривать фосфор из зерен устраняет потери этого естественного фосфора (сокращение на 20-60%), а также устраняет необходимость в добавлении питательных веществ в корм.

Управление животными

Управление навозом

Одним из основных источников загрязнения воздуха, почвы и воды являются отходы животноводства. Согласно отчету Министерства сельского хозяйства США за 2005 год, более 335 миллионов тонн «сухих» отходов (отходы после удаления воды) ежегодно производятся на фермах в Соединенных Штатах. При кормлении животных ежегодно производится примерно в 100 раз больше навоза, чем количество ила сточных вод, перерабатываемых на городских предприятиях по очистке сточных вод в США. Загрязнение из диффузных источников от сельскохозяйственных удобрений труднее отслеживать, контролировать и контролировать. Высокие концентрации нитратов обнаружены в грунтовых водах и могут достигать 50 мг / литр (предел Директивы ЕС). В канавах и руслах рек загрязнение удобрениями питательными веществами вызывает эвтрофикацию. Это хуже зимой, когда зяблевая вспашка высвободила выброс нитратов; Зимние дожди усиливаются, увеличивая сток и выщелачивание, а также снижается поглощение растениями. EPA предполагает, что одна молочная ферма с 2 500 коровами производит столько же отходов, как и город с населением около 411 000 человек. Национальный исследовательский совет США определили запахи как наиболее существенной проблема выбросов животных на местном уровне. В различных системах животноводства принято несколько процедур обращения с отходами, чтобы иметь дело с большим количеством отходов, образующихся ежегодно.

Преимуществами обработки навоза являются уменьшение количества навоза, который необходимо транспортировать и вносить в посевы, а также меньшее уплотнение почвы. Также уменьшается количество питательных веществ, а это означает, что для разбрасывания навоза требуется меньше пахотных земель. Обработка навоза также может снизить риск для здоровья человека и риски биобезопасности за счет уменьшения количества патогенов, присутствующих в навозе. Неразбавленный навоз или жидкий навоз в сто раз более концентрированный, чем бытовые сточные воды, и могут переносить кишечного паразита Cryptosporidium , которого трудно обнаружить, но который может передаваться людям. Щелок для силоса (из ферментированной влажной травы) даже сильнее, чем навозная жижа, с низким pH и очень высокой биологической потребностью в кислороде. При низком pH силосный щелок может вызывать сильную коррозию; он может воздействовать на синтетические материалы, вызывая повреждение складского оборудования и приводя к случайной утечке. Все эти преимущества можно оптимизировать, используя правильную систему управления навозом на правильной ферме в зависимости от имеющихся ресурсов.

Обработка навоза

Компостирование

Компостирование - это система управления твердым навозом, основанная на использовании твердого навоза из упаковочных загонов с подстилкой или твердых частиц из сепаратора жидкого навоза. Есть два метода компостирования: активный и пассивный. Во время активного компостирования навоз периодически сбивается, тогда как при пассивном компостировании этого не происходит. Было обнаружено, что пассивное компостирование снижает выбросы парниковых газов из-за неполного разложения и более низкой скорости диффузии газа.

Разделение твердой и жидкой фаз

Навоз можно механически разделить на твердую и жидкую части для упрощения обработки. Жидкости (4-8% сухого вещества) можно легко использовать в насосных системах для удобного распределения по культурам, а твердая фракция (15-30% сухого вещества) может использоваться в качестве подстилки стойла, разбрасывать по культурам, компостировать или экспортировать.

Анаэробное пищеварение и лагуны

Анаэробная лагуна на молочной ферме

Анаэробное сбраживание - это биологическая обработка жидких отходов животноводства с использованием бактерий в местах, где отсутствует воздух, что способствует разложению твердых органических веществ. Горячая вода используется для нагрева отходов, чтобы увеличить скорость производства биогаза . Оставшаяся жидкость богата питательными веществами и может использоваться на полях в качестве удобрения и метана, который можно сжигать непосредственно на биогазовой плите или в двигателе-генераторе для производства электроэнергии и тепла. Метан примерно в 20 раз более мощный парниковый газ, чем углекислый газ, который имеет серьезные негативные последствия для окружающей среды, если не контролировать его должным образом. Анаэробная обработка отходов - лучший метод борьбы с запахом, связанным с удалением навоза.

В лагунах с биологической очисткой также используется анаэробное сбраживание для расщепления твердых частиц, но гораздо медленнее. Лагуны хранятся при температуре окружающей среды в отличие от обогреваемых баков для разложения. Для правильной работы лагуны требуются большие площади суши и большие объемы разбавления, поэтому они не работают во многих климатических условиях на севере Соединенных Штатов. Лагуны также обладают преимуществом уменьшения запаха, а биогаз становится доступным для тепла и электроэнергии.

Исследования показали, что выбросы парниковых газов сокращаются с использованием систем аэробного сбраживания. Сокращение выбросов парниковых газов и кредиты могут помочь компенсировать более высокую стоимость установки более чистых аэробных технологий и облегчить внедрение производителями экологически более совершенных технологий для замены существующих анаэробных лагун.

Смотрите также

использованная литература

Эта статья включает материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа Исследовательской службы Конгресса : Джаспер Вомач. «Отчет для Конгресса: Сельское хозяйство: Глоссарий терминов, программ и законов, издание 2005 г.» (PDF) .

Languages

In other projects