Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Is agricultural management promoting carbon sequestration better for the climate? Comparing the carbon footprint of intervention management and conventional management using an LCA

Brilioth, Tom LU (2024) MVEM14 20241
Centre for Environmental and Climate Science (CEC)
Abstract
Improved management of agricultural soils to sequester carbon from the atmosphere is considered an important climate mitigation measure. Intensive agriculture often leads to degradation of soil organic carbon (SOC), contributing to climate change and loss of soil ecosystem services. Interventions in agricultural management can halt or reverse the loss of SOC. Annual SOC change rates for intervention and conventional management were taken from a review on long-term time series data. The purpose of this study is to compare the GHG emissions of management scenarios from a life cycle perspective. The intervention scenario differs from the conventional scenario by using manure to replace inorganic fertiliser, having reduced tillage, and leaving... (More)
Improved management of agricultural soils to sequester carbon from the atmosphere is considered an important climate mitigation measure. Intensive agriculture often leads to degradation of soil organic carbon (SOC), contributing to climate change and loss of soil ecosystem services. Interventions in agricultural management can halt or reverse the loss of SOC. Annual SOC change rates for intervention and conventional management were taken from a review on long-term time series data. The purpose of this study is to compare the GHG emissions of management scenarios from a life cycle perspective. The intervention scenario differs from the conventional scenario by using manure to replace inorganic fertiliser, having reduced tillage, and leaving crop residues in the field. Production functions were used to describe the relationship between SOC, nutrient inputs and yields. Using life cycle assessment (LCA) methods, the greenhouse gas (GHG) emissions of each scenario are estimated based on regional data combined with a LCA database. The functional unit is yields converted into cereal units for a full crop rotation, after 20 years of modelled SOC changes. This study shows that an intervention management has substantially lower GHG emissions compared to the conventional scenario. Much of the total difference between scenarios is attributed to the difference in SOC changes, which are positive in the intervention scenario and negative in the conventional. Soil N2O emissions were high in both scenarios but were lower in the intervention scenario because of lower inorganic fertiliser application. However, the method for assessing soil N2O emissions produces rougher estimations than the method for SOC changes, and the full effects of management on N2O emissions has not been quantified in this study. Higher SOC in the intervention scenario also resulted in lower N input and higher yields, causing lower emissions per functional unit. Lower GHG emissions resulted also from replacing inorganic fertiliser with manure and reducing tillage. In conclusion, intervention agriculture is shown to perform substiantially better than conventional in terms of GHG emissions, but further research should investigare uncertainties in the result. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Jordbrukets matproduktion är helt nödvändigt för mänskligheten, samtidigt som det moderna jordbruket bidrar till en stor klimatpåverkan. Produktion av konstgödsel och bekämpningsmedel, dieseldrivna traktorer och skördetröskor och transporter orsakar en stor del av problemet, utsläppen från våra jordar en annan. Intensiv odling leder ofta till att organiskt kol som varit bundet i marken går förlorat till atmosfären som koldioxid, medan en del av kvävet man gödslar med avgår till atmosfären i form av den potenta växthusgasen lustgas (N2O). Samtidigt går det att vända utvecklingen med alternativa odlingsmetoder, för att återskapa markens kollager vilket även gynnar bördigheten. Att bedöma hur olika odlingsmetoder påverkar kolet i marken är... (More)
Jordbrukets matproduktion är helt nödvändigt för mänskligheten, samtidigt som det moderna jordbruket bidrar till en stor klimatpåverkan. Produktion av konstgödsel och bekämpningsmedel, dieseldrivna traktorer och skördetröskor och transporter orsakar en stor del av problemet, utsläppen från våra jordar en annan. Intensiv odling leder ofta till att organiskt kol som varit bundet i marken går förlorat till atmosfären som koldioxid, medan en del av kvävet man gödslar med avgår till atmosfären i form av den potenta växthusgasen lustgas (N2O). Samtidigt går det att vända utvecklingen med alternativa odlingsmetoder, för att återskapa markens kollager vilket även gynnar bördigheten. Att bedöma hur olika odlingsmetoder påverkar kolet i marken är komplicerat, val av mätmetoder och modeller spelar stor roll för att få ett pålitligt resultat. Därför har forskare vid Lunds universitet sammanställt och analyserat data från långvariga odlingsexperiment, och på så sätt uppskattat vilken förändring av kol olika odlingsmetoder ger upphov till.

I den här studien jämförs två scenarier inom sydsvenskt jordbruk, ett med konventionell intensiv odling och ett med åtgärder för att öka halten av kol i marken. Enligt ovan nämnda studie av långvariga odlingsexperiment kommer det konventionella scenariot leda till fortsatta förluster av kol, medan åtgärdsscenariot leder till en inlagring av kol. Syftet med denna uppsats är att beräkna den totala skillnaden i växthusgasutsläpp mellan scenarierna. I åtgärdsscenariot används en del naturgödsel i stället för konstgödsel, jorden bearbetas mindre och mer växtrester lämnas på åkern. Därför är det inte bara påverkan på jorden som kan skilja sig åt, utan även användningen av resurser och energi. Med hjälp av metoden livscykelanalys bedöms alla delar i produktionen, från sådd till skörd, inklusive tillverkning och leverans av konstgödsel och bekämpningsmedel. Jordbruksdata specifik för regionen eller för Sverige kombineras med livscykeldatabasen ecoinvent för att beräkna bidraget till den globala uppvärmningen.

Resultatet visar att scenariot med åtgärder har en betydligt lägre klimatpåverkan än det konventionella scenariot. Den främsta orsaken är kolinlagringen i åtgärdsscenariot i kontrast mot den fortsatta förlusten av kol i det konventionella scenariot. Den högre kolhalten i marken bedömds över tid ge ökade skördar och ett minskat behov av gödsling. Åtgärdsscenariot har lägre utsläpp från konstgödselanvändningen, även om transporten av stora mängder naturgödsel delvis motverkar detta. En reducerad jordbearbetning leder till mindre dieselanvändning och minskade utsläpp. Utsläppen av kväveoxid från jorden utgör en betydande andel av utsläppen, men är lägre i åtgärdsscenariot då man använder mindre konstgödsel. Det finns dock en osäkerhet i hur olika odlingsmetoder faktiskt påverkar dessa utsläpp, vilket behöver undersökas vidare i framtiden.

Studiens slutsats är att åtgärder i jordbruket för att öka kolhalten i marken är bra för klimatet, men att de inte är tillräckliga för att göra jordbruket klimatneutralt. Det är viktigt att ha pålitliga metoder för att beräkna utsläppen av koldioxid och kväveoxid från jorden, eftersom de påverkas mest av förändrade odlingsmetoder. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Brilioth, Tom LU
supervisor
organization
alternative title
Är odlingsmetoder som främjar kolinlagring bättre för klimatet? En jämförelse av klimatpåverkan från jordhälsofrämjande och konventionella odlingsmetoder från ett livscykelperspektiv.
course
MVEM14 20241
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Agricultural management, Soil organic carbon, SOC, Life cycle assessment, LCA, Carbon sequestration
language
English
id
9166118
date added to LUP
2024-06-20 11:15:46
date last changed
2024-06-20 14:19:11
@misc{9166118,
  abstract     = {{Improved management of agricultural soils to sequester carbon from the atmosphere is considered an important climate mitigation measure. Intensive agriculture often leads to degradation of soil organic carbon (SOC), contributing to climate change and loss of soil ecosystem services. Interventions in agricultural management can halt or reverse the loss of SOC. Annual SOC change rates for intervention and conventional management were taken from a review on long-term time series data. The purpose of this study is to compare the GHG emissions of management scenarios from a life cycle perspective. The intervention scenario differs from the conventional scenario by using manure to replace inorganic fertiliser, having reduced tillage, and leaving crop residues in the field. Production functions were used to describe the relationship between SOC, nutrient inputs and yields. Using life cycle assessment (LCA) methods, the greenhouse gas (GHG) emissions of each scenario are estimated based on regional data combined with a LCA database. The functional unit is yields converted into cereal units for a full crop rotation, after 20 years of modelled SOC changes. This study shows that an intervention management has substantially lower GHG emissions compared to the conventional scenario. Much of the total difference between scenarios is attributed to the difference in SOC changes, which are positive in the intervention scenario and negative in the conventional. Soil N2O emissions were high in both scenarios but were lower in the intervention scenario because of lower inorganic fertiliser application. However, the method for assessing soil N2O emissions produces rougher estimations than the method for SOC changes, and the full effects of management on N2O emissions has not been quantified in this study. Higher SOC in the intervention scenario also resulted in lower N input and higher yields, causing lower emissions per functional unit. Lower GHG emissions resulted also from replacing inorganic fertiliser with manure and reducing tillage. In conclusion, intervention agriculture is shown to perform substiantially better than conventional in terms of GHG emissions, but further research should investigare uncertainties in the result.}},
  author       = {{Brilioth, Tom}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Is agricultural management promoting carbon sequestration better for the climate? Comparing the carbon footprint of intervention management and conventional management using an LCA}},
  year         = {{2024}},
}