FTIR-metodik för gårdsanalys av ammoniak i flytgödsel från mjölkkor och för att följa kväveomsättning i simulerad stallmiljö

Sammanfattning av slutrapport
I projektet utarbetades kalibreringar för analys av ammoniak och urea i flytgödsel från mjölkkor med FTIR-spektroskopi, dagens standardteknik för analys av leverantörsmjölk. Koncentrationerna av såväl ammoniak-N som urea-N kan med metoden skattas med ett prediktionsfel omkring 0,1 g/l. För ammoniak-N var värden från tre våglängder tillräckliga, vilket gör att portabla instrument med fasta filter kan användas. Urea-N krävde 13 våglängder för att ge en lika tillförlitlig skattning. Före analys fälldes proven med triklorättiksyra och centrifugerades. För att metoden skall kunna användas i fält måste provprepareringen förenklas. Ett inkubationsexperiment tydde på att ureasaktiviteten i träck från producerande kor är tillräcklig för att hydrolysera all urea från kornas urin till ammoniak och koldioxid inom 24 timmar utom vid foderstater med råproteinhalt över 170 g/kg ts och en omgivningstemperatur under 20º C.

Populärvetenskaplig sammanfattning
För att kunna täta det djurhållande lantbrukets kretslopp behöver näringsämnena från stallgödseln återföras till odlingssystemet och tas upp av växterna utan förluster på vägen. Det innebär särskilda svårigheter för kvävet. En stor del av det kväve som lämnar mjölkkorna bakvägen finns som urea i urinen. När urea kommer i kontakt med enzymet ureas hydrolyseras (spjälkas) det snabbt till ammoniak och koldioxid. Ammoniak är vid högt pH en flyktig gas, som lätt förloras till omgivningen, hela vägen från stallmiljön och ut på åkern. För att minimera förlusterna är det därför angeläget att minska ammoniakbildningen. Det är också angeläget att utnyttja det ammoniakkväve som sprids i växtodlingen så bra som möjligt. I båda fallen är snabba och billiga analysmetoder användbara.

Den teknik som i några decennier använts för rutinanalys av mjölk, FTIR-spektroskopi, är också användbar för analys av olika ämnen i många andra vätskor i koncentrationer ned till ca 0,1 g/l. Metoden är mycket robustare än Nära Infraröd spektroskopi (NIR) genom att den bygger på kända samband mellan kemiska bindningar och absorbans och inte ständigt behöver uppdateras med nya kalibreringar. I ett projekt vid SLU, Institutionen för husdjurens utfodring och vård, har kalibreringar med FTIR-instrument utvecklats för ammoniak och urea i flytgödsel. Syftet var dels att snabbt kunna analysera ammoniakinnehållet i gårdsprover vid spridning, gärna med ett bärbart instrument, dels att kunna analysera både urea och ammoniak samtidigt vid experiment i stallmiljö.

Med de kalibreringar som gjordes i projektet gick det skatta innehållet av såväl ammoniakkväve som ureakväve med ett prediktionsfel omkring 0,1 g/l. Gårdsprover av flytgödsel innehåller i regel 1-4 g ammoniakkväve/l. För att analysera ammoniakkväve var det tillräckligt med avläsning från tre våglängder. Det gör att portabla instrument med fasta filter skulle kunna användas. För ureakväve krävdes det värden från 13 våglängder för att ge samma resultat. Även det är inom räckhåll för ett instrument med fasta filter. För att kunna använda metoden i fält måste provprepareringen förenklas. Proven måste vara tillräckligt fria från partiklar för att kunna passera genom instrumentet.

I projektet gjordes också ett inkubationsexperiment där träck och urin från mjölkkor blandades i normala flytgödselproportioner och provtogs upprepade gånger under ett dygn. Experimentet efterliknar vad som händer i en flytgödselränna eller pumpbrunn med nyproducerad flytgödsel. Ureasaktiviteten i träcken var då tillräcklig för att hydrolysera all urea till ammoniak inom 24 timmar, med undantag för när gödseln motsvarande den från kor med proteinstark utfodring (mer än 170 g råprotein/kg ts) hamnade i sval omgivning (under 20º C).