Greenhouse gas and ammonia emissions in modelled cereal crop production under Polish agricultural conditions : An example spring barley

• Autorzy: Konieczna Anita , Koniuszy Adam

Identyfikatory

DOI

10.24425/jwld.2024.150257

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Based on the analysis of statistical data, the average area under cultivation and average yields of barley in Poland in 2010-2020 were calculated. Barley is one of the most important cereals grown in Poland. Its cultivation area occupied an average of 920,595 ha in these years, with average yields of 3.66 Mg∙ha^-1. Barley is a cereal grown mainly as a spring cereal. The average area under spring species in these years accounted for 95% (875,771 ha) of the total area under this cereal, and the average yield of spring varieties was 3.60 Mg∙ha^-1. In order to estimate emissions of greenhouse gases (GHG) and ammonia (NH₃), the sources of emissions - inorganic fertilisers, fuel consumption - were analysed for selected barley cultivation technologies, differentiated by yield level, and variant model production technologies were developed to obtain projected yields. Emissions were calculated for individual greenhouse gases (N₂O, CH₄ and CO₂) and they were recalculated according to the greenhouse potential of each gas (GWP - global warming potential) to be able to compare the total amount of greenhouse gas emissions for the analysed variants. Greenhouse gas emissions for cultivation technology ranged from 134.53 to 136.48 kg CO₂ eq for 1 Mg yield. A more accurate Tier 2 method was used to estimate NH₃ emissions, taking into account soil conditions and climate zone. The estimated ammonia emissions from the application of mineral fertilisers were from 0.99 kg to 2.35 kg for 1 Mg yield.

Słowa kluczowe

EN

agriculture; air pollution; barley crop; crop technology; GHG emission; NH3 emission

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2024
• Tom: no. 61
• Strony: 39--47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Konieczna Anita

• Institute of Technology and Life Sciences – National Research Institute, Hrabska Ave., 3, Falenty, 05-090 Raszyn, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8874-2399

autor

Koniuszy Adam

• Department of Renewable Energy Engineering, West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Pawła VI St., 1, 71-459 Szczecin, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3747-4221

Bibliografia

• Buendia, E. et al. (eds.) (2019) Agriculture, forestry and other land use. Vol. 4. 2019 Refinement to the 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. Hayama: IPCC. Available at: https://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2019rf/vol4.html (Accessed: September 30, 2023).
• Camargo, G.T.G., Ryan, M.R. and Richard, T.L. (2013) “Energy use and greenhouse gas emissions from crop production using the farm energy analysis tool,” Bioscience, 63, pp. 263–273. Available at: https://doi.org/10.1525/bio.2013.63.4.6.
• Clune, S., Crossin, E. and Verghese, K. (2017) “Systematic review of greenhouse gas emissions for different fresh food categories,” Journal of Cleaner Production, 140, pp. 766–783. Available at: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.04.082.
• Communication (2011) Communication from the Commission to the European Parliament, The Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions. A Roadmap for moving to a competitive low carbon economy in 2050. COM (2011) 112 final. Available at: https://eur-lex.europa.eu/resource.html?uri=cellar:5db26ecc-ba4e-4de2-ae08-dba649109d18.0002.03/DOC_1&format=PDF (Accessed: September 30, 2023).
• EEA (2019) “3.D Crop production and agricultural soils,” in EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook 2019. Technical guidance to prepare national emission inventories. EEA Report, 13, pp. 1–38. Available at: https://www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-guidebook-2019/part-b-sectoral-guidance-chapters/4-agriculture/3-d-crop-production-and/view (Accessed: October 05, 2023).
• Eggleston, H.S et al. (eds.) (2006) Agriculture, forestry and other land use. Vol. 4. 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. Hayama: IPCC. Available at: www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/vol4.html (Accessed: September 30, 2023).
• Fabbri, C. et al. (2023) “Short-term response of greenhouse gas emissions from precision fertilization on barley,” Agronomy, 13, 96. Available at: https://doi.org/10.3390/agronomy13010096.
• Faber, A. et al. (2023) “Nitrogen relationships in Polish cropping systems,” Journal of Water and Land Development, 56, pp. 27–36. Available at: https://doi.org/10.24425/jwld.2023.143741.
• GUS (2012a) Produkcja upraw rolnych i ogrodniczych w 2010 r. [Production of agricultural and horticultural crops in 2010]. Warszawa: Główny Urząd Statystyczny. Departament Rolnictwa. Available at: https://stat.gov.pl/cps/rde/xbcr/gus/rl_produkcja_upraw_roln_i_ogrod_w_2010.pdf (Accessed: October 05, 2023).
• GUS (2012b) Produkcja upraw rolnych i ogrodniczych w 2011 r. [Production of agricultural and horticultural crops in 2011]. Warszawa: Główny Urząd Statystyczny. Departament Rolnictwa. Available at: https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/rolnictwo-lesnictwo/uprawy-rolne-i-ogrodnicze/produkcja-upraw-rolnych-i-ogrodniczych-w-2011-r-,9,9.html (Accessed: October 05, 2023).
• GUS (2013) Produkcja upraw rolnych i ogrodniczych w 2012 r. [Production of agricultural and horticultural crops in 2012]. Warszawa: Główny Urząd Statystyczny. Departament Rolnictwa. Available at: https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/rolnictwo-lesnictwo/uprawy-rolne-i-ogrodnicze/produkcja-upraw-rolnych-i-ogrodniczych-w-2012-r-,9,10.html (Accessed: October 05, 2023).
• GUS (2014) Produkcja upraw rolnych i ogrodniczych w 2013 r. [Production of agricultural and horticultural crops in 2013]. Warszawa: Główny Urząd Statystyczny. Departament Rolnictwa. Available at: https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/rolnictwo-lesnictwo/uprawy-rolne-i-ogrodnicze/produkcja-upraw-rolnych-i-ogrodniczych-w-2013-r-,9,11.html (Accessed: October 05, 2023).
• GUS (2015) Produkcja upraw rolnych i ogrodniczych w 2014 r. [Production of agricultural and horticultural crops in 2014]. Warszawa: Główny Urząd Statystyczny. Departament Rolnictwa. Available at: https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/rolnictwo-lesnictwo/uprawy-rolne-i-ogrodnicze/produkcja-upraw-rolnych-i-ogrodniczych-w-2014-r-,9,12.html (Accessed: October 05, 2023).
• GUS (2016) Produkcja upraw rolnych i ogrodniczych w 2015 r. [Production of agricultural and horticultural crops in 2015]. Warszawa: Główny Urząd Statystyczny. Departament Rolnictwa. Available at: https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/rolnictwo-lesnictwo/uprawy-rolne-i-ogrodnicze/produkcja-upraw-rolnych-i-ogrodniczych-w-2015-roku,9,14.html (Accessed: October 05, 2023).
• GUS (2017) Produkcja upraw rolnych i ogrodniczych w 2016 r. [Production of agricultural and horticultural crops in 2016]. Warszawa: Główny Urząd Statystyczny. Departament Rolnictwa. Available at: https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/rolnictwo-lesnictwo/uprawy-rolne-i-ogrodnicze/produkcja-upraw-rolnych-i-ogrodniczych-w-2016-roku,9,15.html (Accessed: October 05, 2023).
• GUS (2018) Produkcja upraw rolnych i ogrodniczych w 2017 r. [Production of agricultural and horticultural crops in 2017]. Warszawa Główny Urząd Statystyczny. Departament Rolnictwa. Available at: https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/rolnictwo-lesnictwo/uprawy-rolne-i-grodnicze/produkcja-upraw-rolnych-i-ogrodniczych-w-2017-roku,9,16.html (Accessed: October 05, 2023).
• GUS (2019) Produkcja upraw rolnych i ogrodniczych w 2018 r. [Production of agricultural and horticultural crops in 2018]. Warszawa: Główny Urząd Statystyczny. Departament Rolnictwa. Available at: https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/rolnictwo-lesnictwo/uprawy-rolne-i-ogrodnicze/produkcja-upraw-rolnych-i-ogrodniczych-w-2018-roku,9,17.html (Accessed: October 05, 2023).
• GUS (2020) Produkcja upraw rolnych i ogrodniczych w 2019 r. [Production of agricultural and horticultural crops in 2019]. Warszawa: Główny Urząd Statystyczny. Departament Rolnictwa. Available at: https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/rolnictwo-lesnictwo/uprawy-rolne-i-ogrodnicze/produkcja-upraw-rolnych-i-ogrodniczych-w-2019-roku,9,18.html (Accessed: October 05, 2023).
• GUS (2021) Produkcja upraw rolnych i ogrodniczych w 2020 r. [Production of agricultural and horticultural crops in 2020]. Warszawa: Główny Urząd Statystyczny. Departament Rolnictwa. Available at: https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/rolnictwo-lesnictwo/uprawy-rolne-i-ogrodnicze/produkcja-upraw-rolnych-i-ogrodniczych-w-2020-roku,9,19.html (Accessed: October 05, 2023).
• IPCC (2014) Climate change 2014: Synthesis report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.)]. Geneva. Available at: https://www.ipcc.ch/report/ar5/syr/ (Accessed: October 05, 2023).
• Jacobs, A. et al. (2017) “Greenhouse gas emission of biogas production out of silage maize and sugar beet – An assessment along the entire production chain,” Applied Energy, 190, pp. 114–121. Available at: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.12.117.
• Jadczyszyn, T., Kowalczyk, J. and Lipiński, W. (2010) “Zalecenia nawozowe dla roślin uprawy polowej i trwałych użytków zielonych [Fertilizer recommendations for field crops and permanent grasslands],” Materiały szkoleniowe, 95. Puławy: IUNG-PIB.
• Konieczna, A. (2020) Emisje gazów cieplarnianych i NH 3 w technologiach produkcji roślinnej – cz. 1. Opracowanie etapowe do Zadania Statutowego ZAEE 2019–2021 pt. „Emisje gazów cieplarnianych i innych zanieczyszczeń powietrza oraz koszty prac maszynowych w wybranych technologiach produkcji roślinnej” [Emissions of greenhouse gases and NH3 in crop production technologies – part 1. Phase study for ZAEE Statutory Task 2019–2021 “Emissions of greenhouse gases and other air pollutants and costs of machinery work in selected crop production technologies”]. Warszawa: ITP.
• Konieczna, A. et al. (2019) “Emisje tlenku azotu(I) i ditlenku węgla z aplikacji nawozów nieorganicznych i naturalnych w wybranych technologiach upraw kukurydzy na kiszonkę [Nitrous oxide and carbon dioxide emissions from the application of inorganic and natural fertilizers in selected silage maize cultivation technologies],” Przemysł Chemiczny, 6, pp. 901–906. Available at: https://doi.org/10.15199/62.2019.6.7.
• Konieczna, A. et al. (2021) “GHG and NH 3 emissions vs. energy efficiency of maize production technology: Evidence from Polish farms; A further study,” Energies, 14, 5574. Available at: https://doi.org/10.3390/en14175574.
• Li, C. et al. (2016) “Effect of different land use and land use change on ammonia oxidiser abundance and N2O emissions, Soil Biology and Biochemistry, 96, pp. 169–175. Available at: https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2016.02.005.
• Lovarelli, D. et al. (2019) “Barley production in Spain and Italy: Environmental comparison between different cultivation practices,” Science of The Total Environment, 707, 135982. Available at: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135982.
• Malyan, S.K. et al. (2019) “Mitigation of greenhouse gas intensity by supplementing with Azolla and moderating the dose of nitrogen fertilizer,” Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 20, 101266. Available at: https://doi.org/10.1016/j.bcab.2019.101266.
• Meyer-Aurich, A. et al. (2012) “Impact of uncertainties on greenhouse gas mitigation potential of biogas production from agricultural resources,” Renewable Energy, 37, pp. 277–284. Available at: https://doi.org/10.1016/j.renene.2011.06.030.
• Muzalewski, A. (2015) Zasady doboru maszyn rolniczych w ramach PROW na lata 2014–2020 [Rules for selection of agricultural machinery under the 2014–2020 PROW]. Warszawa: Instytut Technologiczno-Przyrodniczy, Oddział w Warszawie. Available at: https://jakiciagnik.pl/zasady-doboru-maszyn.html (Accessed: October 05, 2023).
• Muzalewski, A. (2018) Emisje szkodliwych gazów z produkcji surowców dla zaawansowanych biopaliw [Emissions of harmful gases from the production of feedstocks for advanced biofuels]. [Prezentacja na seminarium dot. projektu FORBIO „Promowanie zrównoważonej produkcji surowców dla zaawansowanych biopaliw na gruntach niewykorzystanych w Europie Presentation at a seminar on the FORBIO project “Promoting sustainable production of feedstocks for advanced biofuels on underutilized land in Europe”]. Seminar 24 May 2018. Warszawa.
• Muzalewski, A. (2020) Zużycie paliwa (ON) podczas zbioru zbóż kombajnem 125 kW, w zależności od plonu ziarna [Fuel consumption (ON) during grain harvesting with a 125 kW combine, depending on the grain yield]. Warszawa: ITP, ZAEE.
• Obwieszczenie (2022) “Obwieszczenie Marszałka Sejmu Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 3 marca 2022 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu ustawy o systemie zarządzania emisjami gazów cieplarnianych i innych substancji [Announcement of the Marshal of the Sejm of the Republic of Poland of March 3, 2022 on the announcement of the uniform text of the Law on the system of managing emissions of greenhouse gases and other substances],” Dz.U. 2022 poz. 673. Available at: https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20220000673 (Accessed: October 5, 2023).
• Radzimirski, S. and Taubert, S. (2009) “Inwentaryzacja emisji wybranych zanieczyszczeń sektora transportu drogowego w 2008 r. [Inventory of emissions of selected pollutants of the road transport sector in 2008],” Praca Instytutu Transportu Samochodowego, 7904.
• Rajaniemi, M., Mikkola, H. and Ahokas, J. (2011) “Greenhouse gas emissions from oats, barley, wheat and rye production,” Agronomy Research Biosystem Engineering, Special Issue 1, pp. 189–195. Available at: https://agronomy.emu.ee/vol09Spec1/p09s123.pdf (Accessed: October 5, 2023).
• Romashchenko, M. et al. (2023) “Optimisation of crop rotations: A case study for corn growing practices in forest-steppe of Ukraine,” Journal of Water and Land Development, 56, pp. 194–202. Available at: https://doi.org/10.24425/jwld.2023.143760.
• Rozporządzenie (2018) “Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie wykazów zawierających informacje i dane o zakresie korzystania ze środowiska oraz o wysokości należnych opłat [Regulation of the Minister of the Environment on lists containing information and data on the extent of use of the environment and the amount of fees due],” Dz.U. 2018 poz. 2527. Available at: https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20180002527 (Accessed: October 05, 2023).
• Tworkowski, J. et al. (2015) “Energetyczna efektywność produkcji biomasy wierzby systemem Eko-Salix [Energy efficiency of willow biomass production with the Eco-Salix system],” Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 582, pp. 91–100.
• Ustawa (2009) “Ustawa z dnia 17 lipca 2009 r. o systemie zarządzania emisjami gazów cieplarnianych i innych substancji [Law of July 17, 2009 on the system of managing emissions of greenhouse gases and other substances],” Dz.U. 2009, 130 poz. 1070. Available at: https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20091301070 (Accessed: October 05, 2023).
• Wardal, W.J. et al. (2019) “Uwarunkowania prawne stosowania dodatku kwasu siarkowego do gnojowicy w celu zmniejszenia strat azotu [Legal conditions for the use of the additive sulfuric acid to slurry to reduce nitrogen losses],” Przemysł Chemiczny, 8, pp. 1179–1183. Available at: https://doi.org/10.15199/62.2019.8.1.
• Żyłowski, T. (2019) “Evaluation of the technical efficiency and carbon footprint reduction potential of spring barley cultivation,” Annals of the Polish Association of Agricultural and Agribusiness Economists, 21(3), pp. 561–571. Available at: https://doi.org/10.5604/01.3001.0013.2805.