Elements for devising a policy for abating agricultural ammonia emissions in France
Eléments pour une politique de réduction des émissions d`ammoniac d`origine agricole en France
Abstract
This report describes the sources of emissions of ammonia gas and their impact on the wider environment, on the cycling and utilisation of nitrogen in soils and on the health of humans and farm livestock. It summarises the research that has been undertaken to develop and evaluate methods for abating ammonia emissions and to identify the most cost-effective and widely applicable. EU Member States are signatories to international agreements to limit ammonia emissions and the report outlines the current policy for addressing the issues involved in five countries (the Netherlands, Denmark, the United Kingdom, Sweden and Germany). There is currently no formal policy for ammonia abatement in France so, within this report, options are considered through the use of the MARACCAS model (Model for the Assessment of Regional Ammonia Cost Curves for Abatement Strategies). Most of the ammonia released to the atmosphere is derived from urea excreted by farm livestock. It is well established that manures produced by housed livestock are the major sources of ammonia emission but that smaller emissions also occur from grazed pasture, nitrogen fertiliser use and from a wide range of non-agricultural sources such as wild animals and birds, sewage etc. Following emission, ammonia gas may be re-deposited nearby or, after reaction with acidic compounds in the atmosphere, be transported over long distances and across international boundaries before being deposited to land or surface waters as ammonium compounds. Deposition can damage natural and semi-natural vegetation through direct phytotoxity, nitrogen enrichment (eutrophication) or acidification of soils. These processes can not only adversely affect the growth of desirable plant species but also destroy the biodiversity of sensitive ecosystems, many of which may be of considerable conservation value. For these reasons, under the UNECE Gothenburg Protocol and the EU National Emissions Ceilings Directive countries have agreed to national limits (or "ceilings") on ammonia emission to be achieved by the year 2010. Reduction in emissions from large pig and poultry farms may also be required under the EU Integrated Pollution Prevention and Control Directive. Ammonia emissions can be reduced by the introduction of technical measures on livestock farms. Although a wide range of such measures has been addressed experimentally, relatively few have proved to be cost-effective, practical and widely applicable on commercial farms. These include livestock feeding strategies to reduce nitrogen excretion (and hence the potential for ammonia emission), new designs for livestock housing and, most importantly, methods for reducing emissions from the storage and spreading of manures. Restricting the use of urea based nitrogen fertilisers is a further option. National policy on ammonia abatement appears to vary from country to country, depending on the extent of the reduction in emissions required under international agreements and on the risk of damage to valuable national habitats. In the Netherlands, for example, there is legislation requiring farmers to fit covers to slurry stores and to use "low emission" machinery for slurry spreading. There is also regulation concerning the design of livestock housing and nitrogen management on farms. In Denmark and Sweden, there are controls in certain parts of the countries. Ammonia abatement policy in Germany is still at an early stage of development although large reductions are required under international agreements. Although there is concern about the impacts of ammonia in the UK, regulation is currently on a voluntary basis and supported by Codes of Good Agricultural Practice. It is still uncertain whether or not agreed reduction targets will be met without the need for further action. It is thought that the reduction target agreed for France (a 4% reduction from a 1990 baseline by 2010) will be achieved without the need for specific abatement measures. The MARACCAS model estimated current agricultural emissions for France to be 548.5 kt NH3 -N, compared with 584.9 kt by CITEPA 2000, with about 31 % arising from dairy cattle, 27% from beef, 10% from pigs, 15% from poultry, 2% from sheep/goats and 15% from nitrogen fertiliser use. The model was used to estimate the reduction in ammonia emission, and associated costs, that could be achieved by employing abatement techniques for housing, storing and spreading manures for each class of livestock. This showed, for example, that covering slurry stores and using "low emission" spreading techniques would reduce emissions from fattening pigs in France from about 37 kt NH3-N per year to 29 kt at a cost of 3.1 Euro/kg reduction. Similar measure for dairy cows would give a reduction from 167 kt NH3-N to 140 kt and cost 4.1 Euro/kg. Abatement for poultry was very expensive. Substituting urea fertiliser with ammonium nitrate would be a cost effective option. The model was also used to examine the effects and cost of different abatement strategies for France. This indicated that employing the most cost-effective measures for all classes of livestock and nitrogen fertilisers would reduce total, national emission by 15.5% at a cost of about 433.8 million Euros. Alternatively, using "low emission" slurry application techniques for cattle and pigs together with substitution of urea fertilisers would reduce total, national emissions by 13.8% at a cost of about 139.4 million Euros. Although there maybe no immediate requirement to reduce national ammonia emissions in France, it is important to be aware of the potential risk to valuable natural habitats at the national and regional scale within France. Ammonia emission also represents a significant source of inefficiency in nitrogen use on farms.
Ce rapport aborde tout d`abord brièvement les sources d'émissions d'ammoniac et leur impact sur l'environnement, sur le cycle et l'utilisation de l'azote dans les sols ainsi que sur la santé humaine et animale. Il synthétise les travaux de recherche réalisés pour développer et évaluer des techniques de réduction des émissions d'ammoniac, afin d'identifier celles ayant un rapport efficacité/coût le plus élevé possible tout en étant largement applicables. Les Etats Membres de l'Union Européenne sont signataires d'accords internationaux visant à limiter les émissions d'ammoniac. Le rapport met en avant les politiques actuelles pour résoudre ce problème, menées par cinq pays (les Pays-Bas, le Danemark, le Royaume-Uni, la Suède et l'Allemagne). Jusqu'à présent, il n'y a pas de politique formalisée visant spécifiquement une réduction des émissions d'ammoniac en France ; des options sont donc considérées dans ce rapport en utilisant notamment le modèle MARACCAS (Model for the Assessment of Regional Ammonia Cost Curves for Abatement Strategies). La majorité de l'ammoniac émis dans l'atmosphère provient de l'urée excrétée par les animaux d'élevage. Il est clairement reconnu que les déjections produites par les animaux dans les bâtiments d'élevage sont la principale source d'émission d'ammoniac, mais des émissions moins importantes peuvent aussi être issues des pâturages, de l'utilisation d'engrais et de diverses sources non-agricoles telles que les animaux sauvages, les eaux usées, etc~ Une fois émis, le gaz ammoniac peut se déposer aux alentours de la source d'émission ou, après réaction avec des composés acides présents dans l'atmosphère, être transporté sur de longues distances au-delà des frontières nationales avant de se déposer sur la terre ou sur les eaux de surface sous forme d'ammonium. Les dépôts peuvent avoir des impacts néfastes sur les écosystèmes naturels et semi-naturels par phytotoxicité directe, enrichissement en azote (eutrophisation) ou acidification des sols. Ces processus peuvent, non seulement affecter la croissance d'espèces de plantes désirables, mais aussi altérer la biodiversité des écosystèmes sensibles qui nécessitent d'être conservés. Pour toutes ces raisons, les pays ont accepté les limites (ou plafonds) nationales d'émissions d'ammoniac à atteindre d'ici 2010, imposées par la signature du Protocole UN/ECE de Göteborg et de la Directive Européenne sur les Plafonds d'Emissions Nationaux. La réduction des émissions issues d'exploitations porcines et avicoles importantes pourra aussi être nécessaire au titre de la Directive Européenne sur la Réduction et la Prévention Intégrées de la Pollution (IPPC). Les émissions d'ammoniac peuvent être réduites en introduisant des mesures techniques au sein des exploitations d'élevage. Bien que la plupart de ces techniques fonctionnent expérimentalement, peu d'entre elles se sont avérées d'un rapport efficacité/coût élevé, pratiques et largement applicables à l`échelle de la ferme. Ces techniques comprennent des stratégies alimentaires pour réduire l'azote contenu dans les déjections animales (et donc le potentiel d'émission d'ammoniac), de nouvelles configurations des bâtiments d'élevage, et, élément le plus important, des méthodes pour réduire les émissions issues du stockage et de l'épandage des déjections. Limiter l'utilisation d'engrais à base d'urée est une autre option possible. Les politiques nationales sur la réduction des émissions d'ammoniac varient d'un pays à l'autre, dépendant de l'ampleur de la réduction fixée par les accords internationaux et des risques de dommages sur des écosystèmes nationaux fragiles. Aux Pays-Bas, par exemple, la loi impose aux éleveurs de couvrir les fosses de stockage des déjections et d'utiliser des techniques "faiblement émettrices" lors de l'épandage du lisier. Il existe aussi des règles sur la configuration des bâtiments d'élevages et sur la gestion de l'azote sur les exploitations. Au Danemark et en Suède, des mesures ont été mises en place dans certaines régions. La politique de réduction des émissions en Allemagne n'en est encore qu'à ses prémices bien que la réduction imposée par les accords internationaux soit considérable. Même si une prise de conscience du problème ammoniac existe au Royaume-Uni, la législation actuelle est purement volontaire et est appuyée par les Codes de Bonne Pratique Agricole. Les objectifs de réduction fixés pourront peut-être être atteints sans avoir recours à une action supplémentaire. Il est estimé que l'objectif de réduction fixé pour la France (4% de réduction par rapport au niveau d'émission de 1990 à atteindre d'ici 2010) pourra être atteint sans avoir à mettre en place des mesures spécifiques de réduction (il n`est cependant pas exclu que des objectifs plus ambitieux soient fixés à l`occasion de nouvelles négociations). Le modèle MARACCAS évalue les émissions françaises actuelles d'ammoniac d'origine agricole à 548,5 kt NH3-N, comparativement au niveau calculé par le CITEPA en 2000 s'élevant à 584,9 kt. Des émissions calculées par le modèle, 31% proviendraient des vaches laitières, 27% des autres bovins, 10% des porcs, 15% des volailles, 2% des caprins et ovins et 15% de l'utilisation d'engrais azotés. Le modèle a été utilisé pour évaluer les réductions des émissions d'ammoniac et les coûts associés, qui pourraient être atteints en employant des techniques de réduction dans les bâtiments d'élevage, au stockage et à l'épandage pour chaque catégorie d'animaux. Ceci montre, par exemple, que la couverture des fosses de stockage des déjections et l'utilisation de techniques d'épandage faiblement émettrices pourraient réduire les émissions issues de porcs à l'engraissement de 37 kt NH3-N par an à 29 kt pour un coût de 3,1 Euros par kilogramme d'ammoniac réduit. Les mêmes mesures appliquées aux élevages de vaches laitières donneraient une réduction de 167 kt NH3-N à 140 kt NH3-N pour un coût de 4,1 Euros/kg. Les mesures de réduction applicables aux élevages avicoles sont très onéreuses. Le modèle a aussi été utilisé pour déterminer les effets et les coûts de différentes stratégies de réduction pour la France. Employer les techniques ayant le rapport efficacité/coût le plus élevé pour toutes les catégories d'animaux et pour les engrais réduirait ainsi le total des émissions nationales de 15,5% pour un coût d'environ 433,8 millions d'Euros. Utiliser les techniques "faiblement émettrices" pour les élevages bovins et porcins seulement et remplacer les engrais à base d'urée pourrait être une alternative, réduisant le total des émissions nationales de 13,8% pour un coût d'environ 139 millions d'Euros. Bien qu'il ne soit peut-être pas nécessaire de prendre immédiatement des mesures pour réduire les émissions nationales d'ammoniac en France, il est important de mieux connaître les risques encourus par les écosystèmes sensibles à une échelle nationale et régionale. Les émissions d'ammoniac rendent aussi l'utilisation d'azote dans les exploitations moins efficace. Par ailleurs, une meilleure gestion de l`azote provenant des élevages, pourrait conduire à une réduction de la pollution par un accroissement du recyclage agricole raisonné (sol/plante) de cet élément.
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