Nitrogen ac amaethyddiaeth – beth yw ein sefyllfa?

27/09/2022

Dr David Cutress: IBERS, Prifysgol Aberystwyth

• Pan ddatblygwyd cynhyrchiad nitrogen (N) synthetig, caniataodd hynny gynnydd enfawr mewn cynhyrchion amaethyddol a thwf y boblogaeth drwy’r byd i gyd
• Er bod N yn cyfyngu ar dwf, mae’r lefelau ohono a roddir yn rheolaidd yn rhy uchel, am fod planhigion yn defnyddio llai na’i hanner, gan achosi gwastraff yn y costau mewnbwn a pheri i hwnnw sy’n weddill niweidio’r amgylchedd
• Er bod y colledion yn effeithlonrwydd y N yn niweidiol, maen nhw ar y llaw arall yn cynnig potensial sylweddol ar gyfer gwelliannau a allai ostwng costau ac allyriadau cyffredinol amaethyddiaeth yn sylweddol
• Mae nifer o dechnolegau ac arferion yn bodoli a allai weithio – ar eu pennau eu hunain, neu wedi’u cyfuno – i ostwng yr angen am wrtaith N neu i wella effeithlonrwydd defnydd os yw’n cael ei ddefnyddio’n gywir

Mae nitrogen (N) yn ofyniad sy’n bresennol bob amser ac yn bwnc trafod mewn amaethyddiaeth. O ganlyniad i argaeledd N synthetig, oherwydd cynhyrchiad diwydiannol, newidiodd graddfa a phosibiliadau amaethyddiaeth drwy’r byd i gyd a gellid dadlau ei fod wedi galluogi’r twf dramatig yn y boblogaeth fyd-eang yn dilyn yr Ail Ryfel Byd. Mae N yn hanfodol i gynhyrchu planhigion, oherwydd mae’n ofynnol i wneud asidau amino (ar gyfer proteinau), asidau niwclëig (ar gyfer DNA), ac mae’n cael ei ddefnyddio er mwyn i gloroffyl allu datblygu a gweithredu’n gywir, felly mae’n hanfodol ar gyfer ffotosynthesis. Yn ôl hyn i gyd felly, os bydd N yn brin, bydd planhigion yn tyfu’n arafach, byddent yn cynhyrchu llai o gnwd a byddent yn fwy agored i ymosodiadau, clefyd a marwolaeth. O ganlyniad i hynny, yn y mwyafrif o systemau, rydym yn addasu ein priddoedd amaethyddol i sicrhau bod planhigion yn gallu goroesi a ffynnu. Ond, er gwaethaf yr arloesedd sy’n gysylltiedig â defnyddio gwrteithiau N synthetig, rydym yn dod yn gynyddol ymwybodol o’r problemau sy’n gysylltiedig â’u defnyddio’n anghywir ac yn ormodol yn wyneb y buddion cynhyrchu a thwf masnachol.

Costau N

Pan fyddwn yn siarad am gostau N, dydyn ni ddim yn golygu gwerthiannau’r gwrteithiau eu hunain yn unig (er bod hyn yn ffactor mawr i ffermwyr); rydym hefyd yn golygu’r goblygiadau ehangach fel y ‘costau’ cymdeithasol ac amgylcheddol.

Yn y DU, mae’r costau ar gyfer yr holl brif ffynonellau N (yn cynnwys amoniwm nitrad [AN], wrea gronynnol a nitrogen hylif [UAN]) wedi cynyddu o oddeutu £486 y dunnell ar gyfartaledd dros y pedair blynedd diwethaf neu fwy, sy’n gyfatebol â chwyddiant cyfartalog o 213%. Mae’r cynnydd enfawr hwn wedi rhoi straen mawr ar fusnesau ffermwyr wrth iddynt geisio cydbwyso costau cynhyrchu a chostau mewnbynnau. Mae’r ffigurau byd-eang wedi dangos tueddiadau o gynnydd mewn ffordd debyg i hyn dros yr un cyfnodau (er bod y ffigurau yn y fan yma’n cynnwys gwrteithiau nad ydynt wedi eu seilio ar nitrogen) gyda chwyddiant o oddeutu 185%. O ystyried y sefyllfa gyfan, mae’r newidiadau perthnasol ym mhrisiau gwerthiannau’r cnydau grawn mawr, gwenith ac india-corn, wedi gweld cyfartaledd o ddim ond 127% o gynnydd mewn gwerth tra bo cnydau fel reis wedi gweld gostyngiadau o 5 mlynedd yn eu gwerth. Mae hyn yn awgrymu anghydbwysedd sylweddol rhwng costau mewnbynnau i sicrhau cynnyrch a gwerth allbwn y bwyd a gynhyrchir. Yn ogystal, am fod cynhyrchiad gwrtaith N yn ddibynnol ar, ac yn cysylltu’n agos â, phrosesu tanwydd ffosil, mae digwyddiadau diweddar (fel y gwrthdaro rhwng Rwsia ac Wcráin) wedi ychwanegu at ansicrwydd a chostau uwch N.

Fel y nodwyd eisoes, mae’r gost i’r amgylchedd yn fawr hefyd oherwydd y defnydd o addasiadau N synthetig, ac mae’r gwrteithiau hyn yn cyfrif am fwy na ’10% o’r holl allyriadau amaethyddol uniongyrchol <https://fenixservices.fao.org/faostat/static/documents/GT/2021_Analytic…; drwy’r byd i gyd, neu oddeutu ’2.5% or allyriadau byd-eang i gyd <https://www.wri.org/data/world-greenhouse-gas-emissions-2018&gt;. Mae’r ffigurau’n awgrymu bod ychydig ’dros draean or allyriadau nwyon tŷ gwydr <https://assets.researchsquare.com/files/rs-1007419/v1_covered.pdf?c=163…; sy’n gysylltiedig â gwrtaith N yn dod o’u cynhyrchu a’u cludo, tra bo’r ddwy ran o dair sy’n weddill yn dod o’u rhoi ar diroedd amaethyddol. Mae’r rhain, wedi eu cyfuno, yn gyfartal â 1,244.9 miliwn tunnell o CO₂ sy’n gyfatebol ag allyriadau, yn 2018, sydd yr un fath â’r allyriadau cyfartalog o oddeutu 76 miliwn o geir (gan ddefnyddio cyfrifiad milltiredd cyfartalog ceidwadol o 7,800 milltir fesul car fesul blwyddyn).

Daw’r allyriadau hyn o ffynonellau uniongyrchol ac anuniongyrchol, gan gynnwys y rhain:

• Mae N gormodol mewn priddoedd yn achosi i’r cylch N symud, gan arwain at drosi’r gormodedd i N₂O drwy nitreiddiad a dadnitreiddiad
• Mae gallu anweddu amoniwm i nwy amonia’n achosi allyriadau i lawr y llif drwy drwytholchi/dŵr ffo, ewtroffigedd ac asideiddio a gall droi’n N₂O
• Mae lefelau uchel o N mewn priddoedd yn tueddu i atal rhyngweithio mycorhisol gan arwain at fwy o N rhydd i’w droi’n N₂O ac i anweddu

Ar sail yr amcangyfrifon o ffigurau mewnlifiad, ffigurau gallu anweddu a ffigurau trwytholchi a dŵr ffo cnydau mewn deunydd gwybodaeth - gan ddefnyddio amcangyfrif ceidwadol o 1 miliwn tunnell o N yn cael ei roi bob blwyddyn yn y DU a chyfartaleddau costau gwrtaith N AHNE ar gyfer Mehefin 2022

Ochr yn ochr ag effeithiau sy’n ymwneud ag allyriadau, mae effeithiau anffafriol eraill ar yr ecosystem sy’n gysylltiedig ag arferion dwys N synthetig. Er enghraifft, mae dulliau defnyddio N synthetig wedi amharu ar y llwybrau gosod N biolegol arferol yn yr ecosystemau, gan wneud y rhain yn llai effeithlon. I’r un graddau, mae N sy’n llygru, ar ffurf ocsidau N yn bennaf (NOx), yn asideiddio priddoedd a ffynonellau dŵr o ddŵr ffo ac yn achosi ewtroffigedd mewn ffynonellau dŵr, sydd oll yn cael effeithiau niweidiol ar fioamrywiaeth. Mae gronynnau niweidiol yn yr awyr sy’n gysylltiedig â gallu anweddiad N hefyd wedi eu cysylltu â risgiau iechyd uwch i bobl ac anifeiliaid ac yn cyfrannu at niwloedd tocsig.

Effeithlonrwydd y defnydd o N

Gyda’r dulliau cyfredol o amaethu, rydym angen meintiau mawr o N i fwydo’r boblogaeth ddynol enfawr o 7.8 biliwn (yn ogystal â chnydau ychwanegol ar gyfer cynhyrchiad da byw). Yn wahanol i faetholion eraill, nid oes diffyg cyflenwad o N, oherwydd dyma’r elfen fwyaf toreithiog yn ein hawyrgylch, ond mae’r problemau gyda N yn ymwneud i raddau mawr ag effeithlonrwydd y ffordd y mae’n cael ei ddefnyddio. Mae rhoi gormod o N, sy’n fwy na gofynion y cnwd, yn achosi gollyngiadau sylweddol i’r amgylchedd ac yn golygu bod ffermwyr yn aml iawn yn ‘taflu arian i lawr y draen’ neu, yn llythrennol, i’r awyr/afonydd. Mae amcangyfrifon cyfartalog byd-eang blaenorol wedi awgrymu mai dim ond tua 40–50% o N sy’n cael ei roi ar gnydau sy’n mewnlifo i’r cnydau hynny’n effeithlon. Mae hyn yn gyfatebol â cholledion o 411,000–500,000 tunnell fetrig o leiaf o wrtaith N yn y DU, neu £293-£357 miliwn y flwyddyn, am nad yw planhigion yn cymryd yr N i mewn (ar sail ffigurau nitrogen amaethyddol cyfan y DU o 2019). Yr hyn sy’n waeth yw bod dadansoddiadau mwy diweddar o effeithlonrwydd N wedi awgrymu bod yr ystod hon yn llawer ehangach mae’n debyg, gyda dim ond rhwng 18% a 49% o N yn cael ei ddefnyddio’n effeithiol, gan awgrymu bod llawer o systemau’n gweithredu’n llawer is na’r cyfartaleddau a awgrymwyd yn flaenorol.

Gan ystyried bod ychydig bach llai na dwy ran o dair o’r holl allyriadau o N synthetig yn dod o ddefnydd tir amaethyddol, i bob 10% o gynnydd mewn effeithlonrwydd mewnlifiad i gnydau y gellid ei gael yn fyd-eang, gallem weld gostyngiadau posibl o 2.2% yn yr allyriadau nwyon tŷ gwydr byd-eang cyfan o amaethyddiaeth^[1]. Mae hyn yn golygu, os byddai gennym y sefyllfa orau bosib lle mae gan gnydau effeithlonrwydd defnydd nitrogen o 100%, byddai amaethyddiaeth yn dod yn niwtral o ran allyriadau (neu’n agos at fod), er gwaethaf allyriadau methan da byw, a hynny i raddau mawr am fod N₂O yn nwy tŷ gwydr llawer mwy pwerus. Yn ogystal â hynny, os byddai modd cysylltu pob 10% o gynnydd mewn effeithlonrwydd defnydd yn uniongyrchol â gostyngiad o 10% mewn cynhyrchiad diwydiannol gwrtaith N, byddai hyn yn gostwng effaith gyffredinol allyriadau nwyon tŷ gwydr byd-eang amaethyddiaeth ymhellach o 0.7% bob tro ^[2]. Drwy wyrdroi’r sefyllfa hon, dylai fod yn bosibl cael canlyniadau tebyg i hyn drwy dargedu N yn fwy detholus i’r mannau lle mae ei angen, a hynny er mwyn gostwng y gwastraff gormodol sydd ar gael i lygru ac i gynhyrchu nwyon tŷ gwydr anuniongyrchol, gan hefyd ostwng costau prynu N yn y lle cyntaf. Ond mae hefyd strategaethau gwelliannau eraill i’w hystyried.

Gwelliannau a dulliau eraill

Mae’r ganolfan Cyfnewid Gwybodaeth wedi tynnu sylw mewn erthyglau blaenorol at nifer o strategaethau sy’n gallu lleihau effeithiau N, gostwng yr angen am N neu gynyddu ei effeithiolrwydd. Ond, mae’r rhain wedi cael eu trafod ar eu pennau eu hunain yn aml. Yn y fan hon, byddwn yn dod â’r opsiynau a’r gwelliannau sydd o dan ystyriaeth at ei gilydd fel un corff ac yn rhoi dolenni erthyglau sydd â gwybodaeth fanylach i dderbyn ystyriaeth bellach gennych.

N naturiol mewn systemau

Mae ffyrdd eraill yn bodoli o newid y crynodiad o N yn ein priddoedd nad ydynt yn gofyn rhoi N synthetig arnynt. Mae codlysiau yn gallu sefydlogi’r N toreithiog sydd ar gael yn yr awyrgylch yn weithredol, felly nid oes angen llawer o wrtaith N arnynt, os oes angen N o gwbl, ac maen nhw’n gwella’r lefelau N yn y priddoedd o’u cwmpas. Mae strategaethau sy’n cynnwys ymgorffori codlysiau mewn arferion rheoli tir drwy dyfu cnydau gorchudd yn gyfnodol, rhyng-gnydio, a defnyddio glaswelltir gyda rhywogaethau toreithiog, a strategaethau eraill, oll wedi dangos buddion amrywiol er bod yr effeithiau mwyaf effeithiol i’w gweld mewn ymgorfforiad parhaol tymor hirach. Mae ffyngau mycorhisol hefyd yn helpu i wella galluoedd planhigion i ddwyn mwy o N o’r pridd, ac yn arwain at well cynhyrchion cnydau pan mae meintiau isel o wrtaith, neu ddim gwrtaith o gwbl, yn cael ei ychwanegu at systemau. Mae systemau cymysg lle mae cnydau a da byw’n rhyngweithio yn caniatáu ailgylchu mwy naturiol o N o dda byw yn ôl i mewn i briddoedd (naill ai drwy gnydau a da byw ar yr un pryd, neu bori cyfnodol ar adegau penodol), ac maent yn dod â’r budd ychwanegol o annog presenoldeb mwy o chwilod tail, sy’n chwarae rhan bwysig yn y cylch N ac mewn bioamrywiaeth yn gyfan gwbl. Mae gan stribedi byffro ar lannau afonydd ran gref i’w chwarae mewn gostwng effeithiau niweidiol N ymhellach i mewn i’r amgylchedd drwy weithredu i bob pwrpas fel rhwystr i atal unrhyw N gwastraff gormodol rhag symud i mewn i gyrsiau dŵr.

Ychwanegu gwahanol N at briddoedd

Gallwn ni ystyried ychwanegu ffynonellau N mwy cynaliadwy at ein systemau, ac mae rhai o’r rhain wedi eu datblygu’n well nag eraill. Mae ychwanegu gwrtaith/slyri at gaeau’n ddull cyffredin a thraddodiadol o ychwanegu maetholion yn ôl at y priddoedd, ac er nad yw hyn yn gofyn cynhyrchiad diwydiannol, fel N synthetig, mae ystyriaethau mewn perthynas ag allyriadau yn gysylltiedig â’i storio ynghyd â’r allyriadau cysylltiedig o gynhyrchiad da byw.

Yn wahanol i N synthetig, mae cyfansoddiad y maetholion mewn slyri/gwrtaith yn fwy amrywiol ac, heblaw ei fod wedi cael ei brofi’n gywir, mae’n anodd gwybod i ba raddau y bydd ei ddefnyddio’n darparu’r hyn y mae cnwd/porfa ei angen, a faint fydd yn cael ei wastraffu. Gall amser y flwyddyn a’r dull o’i roi gael effaith fawr hefyd ar ba mor dda mae’r N yn cael ei ddefnyddio. Gan feddwl yn fwy cylchol, gallai systemau ystyried ailgylchu eu maetholion mewn ffyrdd eraill – fel compostio neu dreuliad anerobig (AD) deunydd gwastraff. Gall y dulliau hyn yn aml gynhyrchu cynhyrchion sydd â lefelau o faetholion mwy sefydlog a dadansoddadwy na, dyweder, defnyddio gwrtaith uniongyrchol, a gallent ychwanegu gwerth at gynhyrchion a allai gael eu gwastraffu fel arall. Hefyd, gall AD yn arbennig ddarparu cyd-fuddion cynhyrchu mathau eraill o ynni i’w defnyddio neu eu gwerthu. Mae gwaith datblygu cyfredol yn digwydd i wneud y gwrteithiau eu hunain yn well ac i wella effeithlonrwydd cyffredinol eu defnydd. Mae gwrteithiau sy’n rhyddhau N yn araf ar gael yn fasnachol sy’n honni eu bod yn gwella’r mewnlifiad i blanhigion, ond mae strategaethau hefyd yn cael eu hastudio sy’n cynnwys gorchudd clyfar ar wrteithiau N i dargedu eu rhyddhad i blanhigion dim ond pan maent ei angen (i ostwng gwastraff/i wella effeithlonrwydd), ac mae llawer ohonynt yn defnyddio nanodechnoleg i ymchwilio hyn.

Gwella effeithlonrwydd y defnydd o N

Y dull olaf o wella’r sefyllfa N yw gwella effeithlonrwydd ei fewnlifiad a sut mae’n cael ei roi. Mae’n bwysig profi’r pridd yn rheolaidd er mwyn gwybod beth mae planhigion ei angen, a dylid cofio yn union pa mor bwysig yw hyn wrth ystyried ystyriaethau cnwd a phorfa blynyddol. Mae technolegau ar gael yn rhwydd sy’n caniatáu i briddoedd gael eu mapio’n fwy cywir i ganfod eu lefelau maetholion ac, i’r un graddau, i’w gwneud hi’n haws rhoi maetholion ar y lefelau cywir. Mae technolegau rhoi gwrtaith ar wahanol raddfeydd a thechnolegau rheoli maetholion eraill sy’n benodol berthnasol i safle yn allweddol ymysg y rhain, ac maen nhw wedi dangos rhai o’r perfformiadau gorau o ran cynnal neu wella’r cynnyrch gan hefyd ostwng faint o wrtaith N a roddir (o 30-40% fel arfer) ar draws yr holl dechnolegau a ystyrir.

Opsiwn arall yw ystyried gwella’r planhigyn, yn hytrach na’r gwrtaith. Mae bridio wedi’i dargedu wedi bod yn digwydd ers blynyddoedd i wella cynnyrch cnydau, ac yn aml iawn, mae rhywogaethau cnydau modern wedi eu bridio i fod angen meintiau enfawr o fewnbwn N, ond maen nhw hefyd yn rhoi allbynnau mawr. Fodd bynnag, gall bridio hefyd ganolbwyntio ar effeithlonrwydd defnydd nitrogen gan blanhigion er mwyn gostwng yr angen am N. Gallai hyn gael ei gyflymu trwy ddefnyddio prosesau addasu genynnau wrth i ni ddysgu rhagor am enynnau penodol mewn planhigion sy’n rheoleiddio sut maen nhw’n defnyddio N. Neu, wrth sôn am godlysiau, gallwn edrych ar wella faint o N maen nhw’n ei sefydlogi o’r awyrgylch, neu roi galluoedd sefydlogi nitrogen i rywogaethau (fel grawnfwydydd) oedd yn methu gwneud hynny yn y gorffennol.

Crynodeb

Mae N yn un o’r ystyriaethau unigol pwysicaf o fewn systemau cnwd a phorfa amaethyddol, ac felly y bydd bob amser, oherwydd mae mor hanfodol i allu’r planhigyn i fyw. Rydym wedi gweld newidiadau enfawr yn y ffordd y mae N yn cael ei ddefnyddio mewn amaethyddiaeth, ond mae’r ffocws cyfredol ar ystyriaethau amgylcheddol yn golygu bod angen i ni edrych ar hyn yn fwy gofalus nag erioed o’r blaen. Mae defnydd N mewn amaethyddiaeth yn weddol aneffeithlon ar y cyfan, ond mae hyn yn golygu bod cyfle mawr i wneud newidiadau sy’n gallu gwella effeithlonrwydd y defnydd yn enfawr. Nid yn unig y dylai hyn helpu ffermwyr i symud cydbwysedd eu mewnbynnau a’u hallbynnau er budd iddyn nhw, gan ostwng costau a gwella elwau, dylai hefyd arwain at ostyngiadau cyffredinol yn ôl-troed carbon amaethyddiaeth a’i rôl mewn llygredd amgylcheddol.

Atodiad cyfrifiadau

[1] Allyriadau o'r N cyfan a roddir ar dir amaethyddol bob blwyddyn55 gan dybio bod 45% o N yn cael ei ddefnyddio gan gnydau yna mae 55% yn achosi allyriadau= 14.123 Megatunnell
 
CO2 cyf fesul % N sy’n cael ei wastraffu

10 % = 141.239 Megatunnell o CO₂ cyf

Felly mae defnyddio cyfanswm allyriadau byd-eang o 50 biliwn o dunelli o CO₂ cyf (50,000 megatunnell) a % amaethyddiaeth (heb gynnwys llosgi cnydau a datgoedwigo = 12.7%) (ffynhonnell <https://ourworldindata.org/emissions-by-sector&gt;) = 6350 Megatunnell o CO2 cyf i amaethyddiaeth yn flynyddol

Mae pob 10% yn gyfatebol â (141.239 Mt CO2 eq6350 Mt CO2 eq)×100 =2.224%

[2] Gan dybied bod cynnydd o 10% yn yr effeithlonrwydd mewnlifiad N = gostyngiad o 10% yn y N gofynnol yn fyd-eang

468.0824 Megatunnell o CO2 cyf yn cael ei gynhyrchu drwy gynhyrchu a chludo N ar hyn o bryd (ffynhonnell)

Felly, mae 10% = 46.80824 Megatunnell o CO2 cyf ac yn defnyddio cyfanswm yr allyriadau amaethyddiaeth sydd wedi ei gyfrifo yn [1]

46.80824 Megatunnell o CO2 eq6350 Mt CO2 eq×100=0.737%

Os hoffech fersiwn PDF o'r erthygl hon, cysylltwch á

heledd.george@menterabusnes.co.uk