Home About Browse Search
Svenska


Modelling site-dependent environmental impacts of nitrogen fertiliser use in life cycle assessments of crop cultivation

Henryson, Kajsa (2019). Modelling site-dependent environmental impacts of nitrogen fertiliser use in life cycle assessments of crop cultivation. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis Agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2019:70
ISBN 978-91-7760-458-7
eISBN 978-91-7760-459-4
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
1MB

Abstract

Use of mineral nitrogen fertilisers in crop cultivation has enabled substantial yield increases, strengthening global food security. High yields also allow better resource efficiency and result in higher organic matter inputs to soil, increasing the potential for soil carbon sequestration. However, nitrogen fertilisers cause substantial greenhouse gas emissions and nutrient losses to water bodies when the excess nitrogen leaves the field in reactive form. Thus nitrogen fertiliser can either increase or decrease the environmental impact of crop cultivation, depending on soil management, site characteristics and the aspects considered.

Life cycle assessment (LCA) is a commonly used tool to assess the environmental impact of crop cultivation. In LCA, the impacts of all or part of the life cycle of a product, process or service are compiled. For crop cultivation, this generally includes production of inputs, machinery use and soil emissions. However, reactive nitrogen emissions, yield response and soil organic carbon dynamics are highly dependent on site conditions, relationships often poorly depicted in LCAs.

This thesis examined the influence of nitrogen fertiliser rate and site on the climate impact and marine eutrophication of crop cultivation as determined by LCA. Methods for quantifying nitrogen emissions from crop cultivation and their impacts were compared, and new methods for assessing marine eutrophication impacts in Sweden and including soil fertility effects of yield increase were developed.

The results showed that nitrogen fertiliser rate influenced the climate impact and marine eutrophication of crop cultivation, but that the effect of site was generally stronger. Site affected the two impact categories differently and also affected the nitrogen rate that gave the lowest impact. The level of impact and the effect of nitrogen rate and site also varied considerably with methodological choices, including: emissions models for soil nitrous oxide and nitrogen leaching, marine eutrophication characterisation model and accounting for the symbiotic relationship between yield and soil organic matter dynamics. These findings highlight the importance of careful model selection and interpretation of results when using LCA to assess the environmental impact of crop cultivation.

Authors/Creators:Henryson, Kajsa
Title:Modelling site-dependent environmental impacts of nitrogen fertiliser use in life cycle assessments of crop cultivation
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Användningen av kvävegödsel i växtodlingar har bidragit till att förbättra den globala livsmedelsförsörjningen genom att höja skördarna, vilket också ger bättre förutsättningar för resurseffektiv odling. Hög avkastning ger dessutom större potential att binda in kol i marken. Å andra sidan har kvävegödslingen också negativ påverkan på miljön, både under produktionen av mineralgödseln och när kvävet som inte tas upp av växten släpps ut. Detta ger bland annat växthusgasutsläpp, som påverkar klimatet, och tillskott av näringsämnen till vattendrag, som orsakar övergödning. Hur stor miljöpåverkan blir beror på odlingsmetoder, markens egenskaper, den geografiska platsen och vilka aspekter som inkluderas när miljöpåverkan utvärderas.

Livscykelanalys (LCA) är ett verktyg som ofta används för att bedöma miljöpåverkan av växtodling. I en LCA sammanställs miljöeffekterna av hela eller delar av en produkts livscykel. För växtodling innefattar det oftast produktionen av insatsvaror (till exempel gödsel, bränsle och bekämpningsmedel), maskinanvändning och markutsläpp av till exempel kol- och kväveföreningar. LCA-studier tar dock oftast inte hänsyn till att mängden markutsläpp varierar på grund av odlingsplatsens egenskaper.

I denna avhandling användes LCA för att undersöka hur växtodlingens klimatpåverkan och bidrag till marin eutrofiering (övergödning) påverkas av odlingsplats och hur mycket kvävegödsel som appliceras. Metoder för kvantifiering av växtodlingens kväveutsläpp och dess miljöeffekter jämfördes. Dessutom utvecklades en ny metod för att bedöma marin eutrofieringseffekt i Sverige, samt en ny metod för att inkludera bördighetseffekten av ökad tillförsel av organiskt material när skörden ökar.

Resultaten visade att mängden kvävegödsel som appliceras påverkar både klimatpåverkan och den marina eutrofieringseffekten av växtodlingen, men att odlingsplatsen i allmänhet hade ännu större betydelse. Platsen påverkade dessutom de två olika miljöeffekterna på olika sätt, och påverkade vilken kvävegiva som gav lägst miljöpåverkan. Metodval för beräkning av lustgasutsläpp och kväveläckage på fältnivå, karaktäriseringsmodell för marin eutrofiering, samt hur sambandet mellan skörd och organiskt material i marken modelleras hade också en stor betydelse för den kvantifierade miljöpåverkan.

Series/Journal:Acta Universitatis Agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2019
Volume:2019:70
Number:2019:70
Number of Pages:99
Papers/manuscripts:
NumberReferences
IHenryson, K.*, Hansson, P.-A. & Sundberg, C. (2018). Spatially differentiated midpoint indicator for marine eutrophication of waterborne emissions in Sweden. The International Journal of Life Cycle Assessment 23, 70-81.
IIHenryson, K.*, Sundberg, C., Kätterer, T. & Hansson, P.-A. (2018). Accounting for long-term soil fertility effects when assessing the climate impact of crop cultivation. Agricultural Systems 164, 185-192.
IIIHenryson, K.*, Hansson, P.-A., Kätterer, T., Tidåker, P. & Sundberg, C. (in press). Environmental performance of crop cultivation at different sites and nitrogen rates in Sweden. Nutrient Cycling in Agroecosystems 114(2), 139-155.
IVHenryson, K.*, Kätterer, T., Tidåker, P. & Sundberg, C. Impacts of nitrogen soil emissions in life cycle assessment of cereal cultivation– a comparison of different modelling options. Manuscript.
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Department of Energy and Technology, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-7760-458-7
ISBN for electronic version:978-91-7760-459-4
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Article category:Other scientific
Full Text Status:Public
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 2 Engineering and Technology > 207 Environmental Engineering > Other Environmental Engineering
(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 405 Other Agricultural Sciences > Environmental Sciences related to Agriculture and Land-use
Keywords:LCA, crop cultivation, greenhouse gases, climate impact, eutrophication, nitrous oxide, leaching, soil organic carbon, spatial differentiation
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-p-102486
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-p-102486
ID Code:16426
Faculty:NJ - Fakulteten för naturresurser och jordbruksvetenskap
Department:(NL, NJ) > Dept. of Energy and Technology
Deposited By: SLUpub Connector
Deposited On:06 Nov 2019 14:40
Metadata Last Modified:06 Nov 2019 14:40

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits