Mitigation of ammonia, nitrous oxide and methane emissions from manure management chains: a meta‐analysis and integrated assessment

Abstract

Livestock manure contributes considerably to global emissions of ammonia (NH3 ) and greenhouse gases (GHG), especially methane (CH4 ) and nitrous oxide (N2 O). Various measures have been developed to mitigate these emissions, but most of these focus on one specific gas and/or emission source. Here, we present a meta-analysis and integrated assessment of the effects of mitigation measures on NH3 , CH4 and (direct and indirect) N2 O emissions from the whole manure management chain. We analysed the effects of mitigation technologies on NH3 , CH4 and N2 O emissions from individual sources statistically using results of 126 published studies. Whole-chain effects on NH3 and GHG emissions were assessed through scenario analysis. Significant NH3 reduction efficiencies were observed for (i) housing via lowering the dietary crude protein (CP) content (24-65%, compared to the reference situation), for (ii) external slurry storages via acidification (83%) and covers of straw (78%) or artificial films (98%), for (iii) solid manure storages via compaction and covering (61%, compared to composting), and for (iv) manure application through band spreading (55%, compared to surface application), incorporation (70%) and injection (80%). Acidification decreased CH4 emissions from stored slurry by 87%. Significant increases in N2 O emissions were found for straw-covered slurry storages (by two orders of magnitude) and manure injection (by 26-199%). These side-effects of straw covers and slurry injection on N2 O emission were relatively small when considering the total GHG emissions from the manure chain. Lowering the CP content of feed and acidifying slurry are strategies that consistently reduce NH3 and GHG emissions in the whole chain. Other strategies may reduce emissions of a specific gas or emissions source, by which there is a risk of unwanted trade-offs in the manure management chain. Proper farm-scale combinations of mitigation measures are important to minimize impacts of livestock production on global emissions of NH3 and GHG.

Evaluating the potential of dietary crude protein manipulation in reducing ammonia emissions from cattle and pig manure: A meta-analysis

“…NH 3 emission reductions from dietary manipulation of animal diets have been quantified using measured and reported NH 3 emissions from experimental studies Hou et al 2015). Although these results are very useful, they suffer from some drawbacks.…”

Emissões de gases de efeito estufa e amônia oriundas da criação de frangos de corte em múltiplos reúsos da cama

“…Vários países buscam melhorar as medições in situ de NH3 e GEE da atividade animal (GROOT KOERKAMP et al, 1998;SUTTON et al, 2008;MILES et al, 2011;HOU et al, 2015) mas, devido à ausência de padronização metodológica e às incertezas e variabilidades associadas às medições, torna-se um desafio quantificar e monitorar diretamente as emissões nos sistemas de criação (MILES et al, 2011;MENDES et al, 2014). Esse desafio é ainda maior para o Brasil devido as condições climáticas, expansão territorial, manejo e criação das aves de corte (MENDES et al, 2014), predominantemente, em instalações abertas, e controle ambiental mínimo (TINÔCO, 2001).…”

“…Alguns autores consideram que a intensificação por meio do confinamento animal aumenta o impacto ambiental (PETERSEN, 2007;HOU et al, 2015), pois acreditam que os dejetos dos animais acumulados ao longo da criação dentro das instalações, lagoas ou tanques de tratamentos, onde sofrem uma série de reações, como decomposição, hidrólise, volatilização de amônia (NH3), nitrificação, desnitrificação e fermentação, assim, favorecem a emissão de gases para o ambiente. Entretanto, Cerri et al (2009) defendem que a adoção do confinamento e a modernização dos setores agrícolas podem ser uma forma de aumentar a produtividade animal e a produção de carne, o que resultará, consequentemente, na diminuição da emissão de gases por produto.…”

“…Estudos realizados de forma independente em vários países têm buscado investigar as emissões de NH3 e GEE na atividade animal para melhor compreensão da dinâmica e excesso desses gases na atmosfera (GROOT KOERKAMP et al, 1998;WHEELER et al, 2006;BURNS et al, 2007;SUTTON et al, 2008;CALVET et al, 2011;MILES et al, 2011;HOU et al, 2015), principalmente a amônia, uma vez que provoca efeitos adversos ao meio ambiente (KRUPA, 2003), como acidificação de solos (Van BREEMEN et al, 1982) e eutrofização das águas de lagos e rios (PHOENIX et al, 2006), além de sua volatilização, que está relacionada a futuras deposições de N na superfície do solo e, por nitrificação, formar o N2O (emissão indireta). No entanto, dadas a expansão e variabilidade da área territorial brasileira (HOUGHTON et al, 1990;CASTANHEIRA;FREIRE, 2013) e as incertezas e variabilidade associadas às medições, o número de estudos dedicados à avaliação dos impactos e determinação dos potenciais de mitigação desses gases pelo manejo dos dejetos de frangos de corte ainda são escassos na literatura (CALVET et al, 2013;OGINK et al, 2013;TAKAI et al, 2013;MENDES et al, 2014).…”

“…Concomitantemente, a esta intensificação de produção animal, ocorre o aumento do impacto ambiental (PETERSEN, 2007;HOU et al, 2015) com emissões de GEE, dentre os quais se destacam o dióxido de carbono (CO2), o óxido nitroso (N2O) e o metano (CH4).…”