|
Miljøvurdering af landbrugsprodukter 5 Usikkerhed ved beregning af nøgletal for miljøpåvirkninger
Det har været et mål i projektet at udvikle og beskrive en metode til at beregne og formidle usikkerheder på nøgletal for miljøpåvirkninger pr. produkt ab gård (beregnet for enkeltbedrifter). Usikkerhederne skal bl.a. bruges til at vurdere, hvornår der er en sikker forskel mellem to bedrifters nøgletal. Det er beskrevet i kapitel 3, hvordan nøgletallene beregnes. I disse beregninger indgår eksterne og interne emissioner. De eksterne emissioner er beregnet ud fra standardtal for de produkter, der er anvendt på bedriften. Tallene stammer fra basisprojektet. Der er ikke beregnet usikkerheder på disse emissionsdata. De interne emissioner er beregnet ud fra inputdata og emissionskoefficienter (f.eks. lattergasemissioner) eller simple modeller (f.eks. nitratudvaskning) samt bedriftens næringsstofregnskab. I dette projekt er der ikke arbejdet med usikkerhederne på de anvendte emissionskoefficienter for f.eks. lattergas, metan og ammoniak. Der er generelt tale om enten internationalt eller nationalt anerkendte og anvendte koefficienter. Det ligger uden for dette projekts rammer at analysere og fastsætte usikkerheder for disse koefficienter. Det kan også anføres, at standardtallene til beregning af eksterne emissioner og emissions-koefficienterne til beregning af de interne emissioner er ens for alle bedrifter. Forskelle i nøgletallene mellem bedrifter vil i høj grad være bestemt af bedrifternes næringsstofregnskaber. Emissioner af ammoniak, nitrat og fosfat samt ændringer i jordpuljen afstemmes med bedriftens næringsstofregnskab. I dette projekt beskrives en metode til beregning af usikkerheder på næringsstofregnskaber med udgangspunkt i usikkerheden på de enkelte poster i næringsstofregnskabet. Metodens formål er at synliggøre den usikkerhed, der er forbundet med at opgøre de enkelte poster i næringsstofregnskabet og den samlede effekt på næringsstofoverskuddet. 5.1 Baggrund og metodeI studier af bedrifters næringsstofregnskaber ses sjældent en stringent vurdering af usikkerheden på de enkelte poster, endsige den samlede næringsstofbalance, og der kendes ingen eksempler fra Danmark. Kvælstofoverskuddet for en landbrugsbedrift beregnes via et regnskab over poster for kvælstof tilført bedriften via atmosfæren, dyr, foder, gødning og poster for kvælstof bortført fra bedriften med solgt kød, mælk, æg, husdyrgødning og afgrøde. Med undtagelse af posten for N fikseret fra luften fremkommer mængden af N i hver enkelt post som produktet af et kvantum og en koncentration. Poster med bilag for både kvantum og koncentration, f.eks. mælkesalg og indkøbt handelsgødning, er relativt sikre, mens køb og salg af husdyrgødning og korn mellem bedrifter samt N-fiksering og forskydninger i statuslagre er relativt usikre. Mængden af N fikseret fra luften fastlægges ud fra empiriske modeller korrigeret for gødskning og udbytte i de fikserende afgrøder Kristensen et al., 2004b). Enhver måling af enten kvantum (typisk vejning) eller koncentration (typisk kemisk analyse) er forbundet med en måleusikkerhed, der i princippet kan kvantificeres. Under praktiske forhold er det ikke muligt at analysere alle varer eller produkter, som bedriften udveksler med omgivelserne. Derfor vil opgørelsen af et N-overskud til en vis grad inddrage standardværdier typisk på koncentrationer af tørstof, protein eller total-N. Enhver standardværdi er udtryk for et gennemsnit med en spredning, der kan estimeres. Både måleusikkerheden og den naturlige variation omkring en standard.værdi skaber en vis variabilitet eller usikkerhed for størrelsen af både en given post i N-regnskabet og den samlede N-balance på en bedrift. Kendes usikkerheden på hver af de enkelte variabler, der indgår i beregningen af næringsstofbalancen, kan usikkerheden på summen af inputvariable henholdsvis outputvariable samt differencen mellem disse beregnes under forudsætning af, at usikkerhederne for de enkelte variable er uafhængige. Hertil benyttes nogle statistiske metoder. Usikkerheden karakteriseres oftest ved en af følgende termer: Varians. Kan betragtes som den gennemsnitlige kvadratiske afvigelse mellem den estimerede værdi og den sande værdi (den værdi man ville få hvis man kunne bestemme værdien uden usikkerhed). Variansen betegnes oftest med symbolet σ2. Spredning. Er kvadratroden af variansen og måles i samme enhed, som variablen - her kg N/ha og betegnes her med symbolet og er givet ved Variationskoefficienten. Er den relative spredning udtrykt i procent af middelværdien. Den betegnes oftest med symbolet CV og er givet ved For summer og differencer af to eller flere uafhængige variabler gælder, at variansen på summen eller differencen er summen af varianserne på hver af de enkelte variabler. Betegner vi
variablerne x1, x2,... og xn får vi, at variansen på summen af disse eller differencen mellem disse bliver Beregningen forudsætter uafhængige variable, hvilket er antaget. For produktet eller kvotienten mellem to eller flere uafhængige variabler gælder, at den kvadrerede variationskoefficient på produktet/kvotienten tilnærmelsesvis er lig med summen af de
kvadrerede variationskoefficienter. Betegner vi igen variablerne x1, x2,... og xn , bliver variationskoefficienten på produktet eller kvotienten for disse tilnærmelsesvis Kender man spredningen på en normalfordelt variabel, kan man beregne et 95 % konfidensinterval for den sande værdi som den estimerede værdi±2xspredningen, dvs. 5.2 Variationskoefficienter for enkeltposterSom grundlag for at beregne den samlede usikkerhed er spredning og variationskoefficienter for de enkelte poster i næringsstofregnskabet kvantificeret ud fra den i afsnit 5.1 beskrevne metode. Tabel 5.1 rummer en oversigt over antagne spredninger på kvantum og indhold for hver post i næringsstofregnskabet. De viste spredninger er udtryk for et konservativt skøn. Den usikkerhed, der videre beregnes som kvadratroden af summerede varianskoefficienter, antages dermed at være udtryk for den relative usikkerhed på kvælstofindholdet - under forudsætning af, at variablerne er uafhængige (f.eks. at der ikke er nogen tendens til, at proteinprocenten stiger/falder med stigende tørstofprocent). Tabel 5.1 Variationskoefficienter for de enkelte poster i et næringsstofregnskab
I bilag D er vist en komplet oversigt over forudsætninger for de i tabel 5.1 viste variationskoefficienter. 5.2.1 Eksempel på beregning af variationskoefficientI det følgende er givet et eksempel på beregning af variationskoefficienten for posten "Korn". Det antages, at mængden af korn er kendt via vejning, hvorimod indhold af tørstof og protein er antaget at følge henholdsvis norm og tabelværdi (85 % tørstof og 11 % protein).
Proteinmængden beregnes som Varemængde x Tørstofindhold x Proteinindhold. Benyttes den tidligere nævnte formel for produkter kan den samlede variationskoefficient på
proteinmængden i korn beregnes som: Da kvælstofindholdet blot er en konstant (0,16) ganget med proteinindholdet, bliver variations.koeffi.cienten på kvælstofindholdet også 9,4 %. Den absolutte usikkerhed, spredningen, på kvælstof.mængden kan herefter beregnes som 0,094*N, hvor N er den bestemte (estimerede) kvælstofmængde. Her er det antaget, at N i mængden af "korn" er bestemt i én arbejdsgang. Hvis mængden i stedet er bestemt ad flere gange - og der hver gang er lavet uafhængige vejninger, vandbestem.melser og proteinbestemmelser - bliver usikkerheden mindre. Hvor meget usikkerheden bliver mindre, afhænger dels af antal uafhængige bestemmelser og af N-mængden i de enkelte partier. 5.2.2 Usikkerhed ved beregning af fikseringFikseringen er i rene bælgplanteafgrøder beregnet som en funktion af udbytte (Hvid, 2004), baseret direkte på koefficienter fundet i forsøg (Høgh-Jensen, et al., 2003). I afgrødeblandinger af bælgplante og enkimbladede, for eksempel kløvergræs og byg/ært helsæd, beregnes fikseringen afhængigt af udbytte, udsædsmængde og N-gødskning. For kløvergræs som funktion af udbytte og N-handelsgødskning (Kristensen et al., 2004b). Usikkerheden ved denne kvantificering er høj i enkeltmarker, men mindre ved en samlet beregning for alle bedriftens marker. For kløvergræsmarker vurderes den samlede usikkerhed til 25 % på bedriftsniveau, når kun nettoudbytte og gødskning kendes. Beregningen heraf følger samme princip som i eksemplet ovenfor. I rene bælgplanteafgrøder med kendt udbytte vurderes den samlede usikkerhed ligeledes til at være 25 % på bedriftsniveau. 5.3 Variationskoefficienter for næringsstofoverskudVariationskoefficienterne for det samlede input og output samt for næringsstofoverskuddet i et konkret næringsstofregnskab kan beregnes ud fra størrelsen af de enkelte poster og
variationskoefficienterne angivet i tabel 5.1. Estimatet for spredningen på det samlede input i et næringsstofregnskab fremkommer som kvadratroden af summen af variansen på de
enkelte inputposter. Spredningen på hver enkelt post beregnes som næringsstofmængde x variationskoefficient / 100. Hvis vi betegner de enkelte inputposter x1, x2...xn får vi, at
spredningen på det samlede input bliver Variationskoefficienterne for det samlede input og output samt for næringsstofoverskuddet beregnes da som spredningen i procent af henholdsvis det samlede input, output og overskud. 5.4 Eksempel på beregning af usikkerhed på næringsstofregnskaber for forskellige bedriftstyperTil illustration af betydningen af de udledte usikkerheder er i dette afsnit vist usikkerheder på næringsstofregnskaber for fire bedriftstyper, nemlig konventionelle kvægbrug, økologiske kvægbrug, svinebrug og konventionelle bedrifter med en dyretæthed under 0,7 DE pr. ha. Næringsstofregnskaberne for de fire bedriftstyper er baseret på gennemsnitstal for grønne regnskaber udarbejdet i perioden 1999-2002. Fra 1999-2002 er der samlet Grønne Regnskaber fra 326 bedrifter, der medvirkede ved udviklingen af de grønne regnskaber i årene 1999-2001 (Hvid, 2002) og fra implementeringen i 2002 (Hvid, 2003a, Hvid, 2003b, Hvid, 2003c,) Kvæg- og svinebedrifter er defineret som bedrifter med over 0,7 DE/ha. Planteavlsbedrifter er defineret som bedrifter med under 0,7 DE/ha. Tabel 5.2 Antal brug, gns. areal og dyrehold på bedrifter med grønt regnskab
I tabel 5.3 er for hver bedriftstype vist størrelsen af posterne i næringsstofregnskabet samt spredningen på hver enkelt post. Spredningen er beregnet på grundlag af de variationskoefficienter, der er vist i tabel 5.1. I tabel 5.3 er medtaget start- og slutlagre af husdyrgødning og afgrøder som henholdsvis input- og outputposter i næringsstofregnskabet, hvilket svarer til den måde et næringsstofregnskab bliver præsenteret i et grønt regnskab for et landbrug. Start- og slutlagrene af husdyrgødning og afgrøder udgør en relativ stor andel af den samlede omsætning. Da der samtidig er tale om poster, der er behæftet med en forholdsvis stor usikker, har netop disse poster stor betydning for usikkerheden på det beregnede kvælstofoverskud. På de konventionelle kvægbrug knytter usikkerheden på det beregnede kvælstofoverskud sig især til lagrene af husdyrgødning og i nogen grad til kvælstoffikseringen. På de økologiske kvægbrug er det især kvælstoffikseringen, der bidrager til usikkerheden på kvælstofoverskuddet, fordi der er tale om en stor post med en stor usikkerhed. På svinebrugene indkøbes langt mere foder end på kvægbrug (opgjort pr. ha). Selv om usikkerheden på indkøbt foder er relativt lille, så bidrager det alligevel væsentligt til usikkerheden på det beregnede kvælstofoverskud, fordi der omsættes store mængder foder. På svinebrugene er det dog de store beholdninger af husdyrgødning, der bidrager mest til usikkerheden på kvælstofoverskuddet. På planteavlsbrugene er usikkerheden på kvælstofoverskuddet især knyttet til salg og beholdninger af afgrøder. Tabel 5.3 Kvælstofregnskab for fire bedriftstyper med angivelse af spredning på alle poster inkl. start- og slutlagre af afgrøder og husdyrgødning, kg N pr. ha.
Hvis man vil vurdere, om der er sikker forskel mellem beregnede kvælstofoverskud for to enkelte år, er det rimeligt at medtage usikkerheden på start- og slutbeholdningerne som det er gjort i tabel 5.3. Hvis man i stedet vil vurdere om der er sikker forskel mellem beregnede kvælstofoverskud for to bedrifter set over en årrække, er det tilstrækkeligt at medtage usikkerheden på netto lagerforskydningen. Denne fremgangsmåde er anvendt i tabel 5.4 på det samme datagrundlag som i tabel 5.3. Det fremgår, at spredningen på de beregnede kvælstofoverskud bliver væsentligt reduceret, især for svinebrugene og de konventionelle kvægbrug. Tabel 5.4 Kvælstofregnskab for fire bedriftstyper med angivelse af spredning på alle poster inkl. lagerforskydning, kg N pr. ha.
5.5 Betydning af usikkerheden på næringsstofregnskabet for usikkerheden på nøgletallene for miljøpåvirkning pr. produktI regnearket Emipro beregnes ammoniakfordampning, denitrifikation, nitratudvaskning og ændringer i jordpuljen i første omgang ud fra emissionskoefficienter og simple modeller. Efterfølgende korrigeres de beregnede værdier, så summen af emissionerne og ændringen i jordpuljen stemmer med det beregnede kvælstofoverskud for bedriften. Det betyder, at usikkerheden på kvælstofoverskuddet bliver overført forholdsmæssigt til de nævnte emissioner. Ud over den ovenfor beregnede usikkerhed kommer en ukendt usikkerhed på fordelingen af kvælstofoverskuddet på de nævnte poster. Disse usikkerheder er ikke uafhængige, da en overvurdering af én post betyder at en anden post er undervurderet. Eftersom ændringen i jordpuljen er beregnet uafhængigt af bedriftens N-omsætning, og usikkerhederne på tab af ammoniak og nitratudvaskning ikke er kendte, er det måske ikke korrekt at korrigere alle emissionerne proportionalt. Dette skal afvejes med den relativt store men ukendte usikkerhed, der er på beregningerne af især tabene af ammoniak, nitratudvaskning og jordpuljeændring under alle omstændigheder. Hvis man i stedet for ovennævnte fremgangsmåde beregner nitratudvaskningen som differens mellem bedriftens kvælstofoverskud og summen af beregnede værdier for ammoniakfordampning, denitrifikation og ændring i jordpuljen, bliver hele usikkerheden på det beregnede kvælstofoverskud knyttet til nitratudvaskningen. Usikkerheden på en bedrifts næringsstofregnskab kan anvendes til at vurdere en væsentlig del af datagrundlaget for beregningen af nøgletal for miljøpåvirkninger pr. produkt. Usikkerheden på næringsstofregnskabet er en del af usikkerheden på nøgletallene pr. produkt. Det fremgår af kapitel 6, at for miljøpåvirkningerne forsuring og næringssaltbelastning udgør emissionerne af ammoniak og nitrat på bedriften en meget stor del af den samlede påvirkning. Da beregningen af disse emissionerne i stor udstrækning er bestemt af bedriftens næringsstofbalance, vurderes det, at der er en sammenhæng mellem usikkerhed på næringsstofbalancen og den samlede usikkerhed på nøgletallene for de to miljøpåvirkninger. Emissioner af lattergas og metan, der vejer tungt i forbindelse med miljøpåvirkningen drivhuseffekt, bliver beregnet på grundlag af emissionskoefficienter, der kun i begrænset omfang tager højde for individuelle forhold på bedriften. Derfor er der risiko for, at nøgletal for drivhuseffekt er mere usikre end de øvrige nøgletal. Referencer Anon., 2002: Model for frivillige grønne regnskaber for landbrugsbedrifter. http://www.lr.dk/planteavl/diverse/ModelGR.htm. Dansk Landbrugsrådgivning, Landscentret. Halberg, N., 1999: Indicators of resource use and environmental impact for use in a decision aid for Danish livestock farmers. Agric Ecosyst Environ 76, 17-30. Høgh-Jensen, H. and Kristensen, E. S., 1995: ESTIMATION OF BIOLOGICAL N-2 FIXATION IN A CLOVER-GRASS SYSTEM BY THE N-15 DILUTION METHOD AND THE TOTAL-N DIFFERENCE METHOD. Nitrogen leaching in ecological agriculture 11(1-4):203-219. Høgh-Jensen, H., Loges, R., Jensen, E. S., Jørgensen, F. V. and Vinther, F. P., 2003: Empirical model for quantification of symbiotic nitrogen fixation in leguminous crops. Agricultural Systems http://www.orgprints.org/, 1-31. Hvid, S. K., 2002: Næringsstofoverskud på kvæg-, svine- og planteavls-bedrifter i demonstrationsprojekt med grønne regnskaber 1999 og 2000.
http://www.lr.dk/planteavl/informationsserier/ Hvid, S. K. 2002a: Grønt Regnskab. Beskrivelse af de enkelte posters beregning i næringsstofregnskabet.
http://www.lr.dk/edb/informationsserier/bedriftsloesning Hvid, S. K., 2003a: Næringsstofregnskaber for kvægbrug 2002. http://www.lr.dk/planteavl/informationsserier Hvid, S. K., 2003b: Næringsstofregnskaber for planteavlsbrug 2002. http://www.lr.dk/planteavl/informationsserier Hvid, S. K., 2003c: Næringsstofregnskaber for svinebrug 2002. http://www.lr.dk/planteavl/informationsserier Hvid, S. K., 2004: Beregning af kvælstoffiksering. http://www.lr.dk/system/soegning/search.asp.07-497. Planteavlsorientering. Landscentret; Planteavl. Kristensen, E. S. and Kristensen, I. S., 1992: Analyse af kvælstofoverskud og -effektivitet på økologiske og konventionelle kvægbrug. Statens Husdyrbrugsforsøg. Beretning nr. 710:1-59. Kristensen, I. S., Kristensen, T. and Nielsen, A. H., 2004a: Omlægning til økologisk mælkeproduktion - konsekvenser for kvælstofomsætning, -udnyttelse og tab. I "Forbedret kvæl.stofudnyttelse i marken og effekt på kvælstoftab". Danmarks JordbrugsForskning. DJF rapport Markbrug nr. 103:154-174.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
. 
, hvor μ er middelværdien. 
, dvs. at spredningen på en sum eller differens bliver 
. 
. Tilnærmelsen er bedre
jo mindre variationskoefficienterne er, og regnes normalt at være tilfredsstillende, hvis varia.tions.koefficienterne er mindre end ca. 30 %. 
. 
= 9,4 %. 
. Spredningen på det samlede output beregnes på tilsvarende vis. Spredningen på næringsstofoverskuddet fremkommer som kvadratroden
af summen af variansen på de totale input og output.