ridurre l'impatto ambientale e i costi di produzione...

Ridurre l'impatto ambientale

e i costi di produzione

aumentando

l'efficienza d'uso delle risorse:

aspetti nutrizionali e gestionali

Antonello Cannas Università di Sassari

Luca Battaglini, Università di Torino

Luisa Biondi, Università di Catania

Marcello Mele, Università di Pisa

Enrico Sturaro, Università di Padova

1. Basi biologiche della produzione di gas serra – Gas serra e C footprint

– Gas serra da fermentazioni ruminali ed enteriche

– Gas serra derivanti dalle deiezioni animali

2. Alimentazione e produzione di gas serra – Composizione della razione

– Ingestione

– Additivi

3. Principali effetti tecniche di allevamento – Effetto livello produttivo

– Specie

– Tecniche di allevamento ed efficienza gestionale

– Sistemi produttivi alpini o di alta montagna

4. Conclusioni

nell’utimo secolo forte aumento concentrazione dei gas

ad effetto serra, che riflettono calore verso la terra

delle temperature

aumento causato dall’uomo o da eventi astronomici?

Carbon footprint (impronta del carbonio): quantità di gas

serra (come CO2 eq) per un certo prodotto od attività

Unità di misura in zootecnia:

kg di CO2 eq. per animale per giorno o anno

kg di CO2 eq./kg di latte o carne

kg di CO2 eq./kg di SS ingerita

L’effetto serra è diverso per i diversi gas coinvolti

Gli effetti delle emissioni si uniformano con la “CO2

equivalente” (IPCC 2007):

Anidride carbonica 1 kg di CO2= 1 kg di CO2 equivalente

Metano 1 kg di CH4= 25 kg di CO2 equivalente

Nitrossido di azoto 1 kg di N2O= 298 kg di CO2 equivalente

Terminologia

Zootecnia: impatto su GHG

FAO (2006)

Contributo zootecnia alle emissioni totali di gas serra (in

CO2 equivalenti) di origine antropica = 18% (incluso uso suoli)

• CO2 = 9 %; CH4 = 37 %; N20 = 65 %

IPCC (2007)

Contributo agricoltura alle emissioni totali di gas serra (in

CO2 equivalenti) di origine antropica = 13.5%

FAO (2010)

Contributo filiera bovini da latte alle emissioni

antropogeniche totali di gas serra (in CO2 equivalenti) =

• 4.0% (filiera del latte e carne prodotta in allevamenti da latte)

• 2.7% senza includere il contributo della carne prodotta

Polli 0.00%

Bovini da latte53.90%

Bovini da carne24.43%

Bufalini0.02%

Caprini0.61%

Equini0.01%

Ovini7.08% Suini

13.95%

Conigli 0.00%

Emissione totale di GHG del settore

delle produzioni animali in Italia

(Atzori, Mele, Pulina, 2010)

Emissioni GHG agricoltura: 6.6% del totale, zootecnia 3%

Assorbimento di:

CO2 nelle colture (C biomassa vegetale = 40% SO)

C nei prodotti animali (latte, carne, animali vivi)

Emissioni dirette di:

CO2: respirazione animale, reflui (non considerate)

CH4: fermentazioni enteriche, fermentazione dei reflui

N2O: reflui, fertilizzazione delle colture

Emissioni indirette per:

Uso e cambiamento d’uso del suolo

Produzione, condizionamento,trasporto alimenti zootecnici

Uso energia

CO2 eq nelle aziende zootecniche

emissioni– assorbimento

GHG e specie animale

Specie Fermentazioni enteriche, %

Reflui, %

Bovini da latte 79 21

Bovini da carne 67 33

Suini 12 88

Avicoli 0 100

Emissioni annuali: enteriche vs. deiezioni

Biochimismo AGV ruminali

Acetato: C6H12O6 2 C2H402 + 2 CO2 + 8 H

Butirrato: C6H12O6 C4H802 + 2 CO2 + 4 H

Propionato:

½C6H12O6 piruvato+CO2fumarato+ 2H C3H602 + CO2

½C6H12O6 C3H602 (lattato)-H2O acrilato + 2H C3H602

Metanogeni

HCOOH + 6 H CH4 + 2 H2O

CO2 + 8 H CH4 + 2 H2O

La produzione di CH4 per i ruminanti è

un’esigenza fisiologica

Rapporto concentrati:foraggi e AGV ruminali

% concentrato: fieno

%

acid

i g

rassi

vo

lati

li

Razioni ricche in foraggi: alta produzione di metano e CO2

Razioni ricche in concentrati: bassa produzione metano e CO2

• perdita energetica da CH4: 5 -10 % dell’ E.L. della razione

Metano (CH4)

prodotto ed emesso quando le deiezioni sono conservate

in condizioni anaerobiche e in forma liquida o

semiliquida (stoccaggio di lungo periodo)

con deiezioni “ricche”

Allevamenti bovini con vasconi di lungo stoccaggio

Allevamenti senza terra (suinicoli, avicoli, cunicoli)

deiezioni secche o quelle liberate al pascolo non

portano alla produzione di quantità significative di metano

(condizioni aerobiche)

GHG da deiezioni e reflui zootecnici

GHG da deiezioni e reflui zootecnici

Nitrossido di N (N2O) 65% delle emissioni Emissioni dirette

processi aerobici di nitrificazione (NH4+

NO3-)

dell’ammoniaca contenuta nelle deiezioni seguiti da

processi anaerobici di denitrificazione (NO3- N2O N2)

da trattamento deiezioni solide

da animali che liberano le deiezioni nel suolo (feedlot o

animali al pascolo)

Emissioni indirette

processi di volatilizzazione di NH3 e NOx e percolamento

I trattamenti aerobici delle deiezioni (fra cui lo

spandimento) riducono le emissioni di metano ma

aumentano quelle di protossido di azoto (FAO, 2006)





– Ingestione

– Additivi


– Specie



4. Conclusioni

Si riduce la produzione di metano nel rumine per

kg di alimento usato quando:

aumenta l’ingestione giornaliera ( la digeribilità, %

di ac. propionico)

la % di fibra e foraggi nella razione, la % di

concentrati, di amido e zuccheri

si aumenta la degradabilità dell’amido

si migliora la qualità dei foraggi

si macina la fibra

si aggiungono grassi insaturi alla razione

si usano alcuni additivi

Alimentazione e produzione di metano

Alimentazione: lipidi vegetali

Effetto della somministrazione di lino

estruso in quantità crescenti

Martin et al, 2007

Effetti: -3.8% di metano per ogni 1% lipidi aggiunti alla dieta

(Martin et al., 2010)

Oltre il 6% di grasso nella dieta possibili effetti negativi sulla

digeribilità della fibra e sul contenuto di grasso nel latte

A livello ruminale

catturano H2 nei processi

di bioidrogenazione e

inibiscono i metanogeni

Altre strategie di mitigazione

dell’emissione di metano

Metabolismo H2 Ridurre la produzione di H2 promuovere

vie alternative per la sua utilizzazione

Batteri metanogeni Utilizzare sostanze inibenti

Uso di biotecnologie

vaccinazione: - 8% di CH4 (Wright et al., 2004); poco ripetibile

probiotici: batteri acetogeni (ma bassa efficienza uso H2),

lieviti (risposte incerte e molto variabili; pochi dati in vivo)

defaunazione: - 20% di CH4 (Morgavi et al., 2008); residui nei

prodotti?

Uso di additivi

Uso di additivi

Antibiotici

Additivi chimici

Inibiscono i

metanogeni,

disponibilità H2,

ac. propionico

Non ammessi dalla legislazione EU, pochi

studi in vivo, possibili effetti tossici

Estratti vegetali

(tannini, saponine,

oli essenziali

Inibizione dei

metanogeni e dei

protozoi

Riduzione CH4: 15-40% in piccoli

ruminanti (Puchala et al., 2005; Tiemann et al., 2008)

Problemi da risolvere: + prove in vivo per

fissare dosi e modalità di preparazione degli

additivi per stabilizzare gli effetti sul CH4

senza ridurre la digeribilità (Martin et al., 2010)

Acidi organici

(Malato, fumarato)

Shift H2 verso

produzione di

acido propionico

Riduzione CH4: 75% con 10% di fumarato

incapsulato (Wallace et al., 2006)

Problemi da risolvere: eccessiva variabilità

degli effetti (altri studi in vivo non hanno

confermato l’effetto sopra riportato)

Nitrati

Urea

Forte affinità per

H2 con

produzione di

ammoniaca

Riduzione CH4: 23% in pecore (Nolan et

al., 2010)

Problemi: possibile tossicità

Mitigazione GHG da deiezioni e

reflui zootecnici

CH4

Produrre deiezioni “povere” di SO fermentescibile

Compostaggio aerobico, produzione anaerobica biogas

N20

Riduzione concentrazione e migliore sincronizzazione N

delle razioni riduzione N deiezioni

Riduzione concimazioni pascoli e colture foraggere

Additivi per ridurre processi di denitrificazione

Possibili riduzioni complessive di emissioni di N20 del

10-20% (Mosier et al., 1998)





– Ingestione

– Additivi


– Specie



4. Conclusioni

la produzione di GHG aumenta in termini assoluti col

crescere del livello produttivo per l’aumento

dell’ingestione

Tuttavia:

Per kg di prodotto (latte, carne), diminuisce al crescere

del livello produttivo

I gas prodotti per il mantenimento degli animali

sono diluiti in una maggiore quantità di prodotto

Gli animali molto produttivi usano razioni con meno

foraggi e fibra

GHG e livello produttivo

GHG e livello

produttivo

(Kirchgessner et al., 1991)

g d

i m

eta

no

per

kg

latt

e

Produzione di latte (kg/d)

CO2 eq/kg di latte: da

1.3 (USA, Europa) a 7.5

(Africa, Asia)

L’aumento della produttività non sempre si accompagna a

diminuzioni nette di GHG, perché:

minori produzioni di CH4 enterico ma maggiori emissioni

dalle deiezioni per calo digeribilità (Johnson et al., 2000)

con più latte per capo si ha una riduzione del numero di

animali che è necessario allevare per fare latte ma:

− forte riduzione della carne prodotta da animali da latte

− è necessario allevare più animali da carne per

mantenere costante la produzione complessiva di carne

− emissioni complessive (latte + carne) variano poco

(Zehetmeier et al., 2012)

maggiore uso di alimenti extra-aziendali

GHG e livello produttivo

Riduzione della C footprint:

sino a -25% di metano migliorando l’efficienza

riproduttiva degli allevamenti (Garnsworthy, 2004)

ridurre età al primo parto

- 8% metano in vacche da latte con un serio piano di

controllo delle mastiti (Stott et al., 2010)

riduzione patologie

In generale, migliorare la carriera produttiva utile e

l’efficienza produttiva, ridurre le categorie improduttive

GHG e tecniche di allevamento

Riduzione della C footprint al PASCOLO:

aumentare il carico animale e la velocità di rotazione

nell’uso dei pascoli (McCaughey et al., 1997):

- 21% di metano passando da 1 a 2 vitelloni per ha

- 9% di metano passando da pascolamento continuo a

pascolamento a rotazione - 25% di metano pascolando leguminose vs. graminacee

limitare gli eccessi di azoto (concimazioni, orari di

pascolamento)

GHG e tecniche di pascolamento

GHG e specie animale

Ovini e caprini vs. bovini

PRO: > ritmi di accrescimento (come % del PV) > prolificità,

più breve periodo nascita-primo parto, carriera produttiva

più lunga (adulti)

CONTRO: > livello di ingestione, < produzioni di latte (non

sempre) per kg di PV, > movimento

8.6 CO2 eq/kg di PV in ovini da carne vs. 10.5 CO2 eq/kg

di PV in bovini da carne (Ledgard et al., 2011; NZ)

Valori simili tenendo conto del fatto che parte della

carne bovina è prodotta da bovini da latte

nessuna differenza confrontando allevamenti ovini e

bovini da carne con tecniche di allevamento simili

(Edwards-Jones et al. 2009; UK)

Biologico

Sistema di allevamento

Convenzionale Alto rapporto

foraggio:concentrato

Bassa produttività

Minore quantità di deiezioni

accumulate in stalla

Minor uso di fertilizzanti,

fitofarmaci e mangimi

Basso rapporto

foraggio:concentrato

Alta produttività

Maggiore quantità di deiezioni

accumulate in stalla

Maggior uso di fertilizzanti,

fitofarmaci e mangimi

Biologico: kg di CO2 eq./kg di latte o carne in genere

uguale o maggiore dei sistemi convenzionali

I sistemi zootecnici di ambienti

montani e la C footprint

In generale:

- a basso impatto anche in termini

di emissioni di CO2 equivalente

- interessante modello di

integrazione sostenibile tra

gestione delle superfici e

processi produttivi

Perché a basso impatto?

- prevalente impiego di foraggi locali (erba da pascolo e

fieni da prati e prati-pascoli permanenti )

catturano il C riducendo la produzione di GHG

Battaglini et al., 2006, Garnett, 2010

specie e razze idonee (possibilmente autoctone)

caratterizzate da capacità di adattamento a condizioni

climatiche difficili e in grado di utilizzare convenientemente

foraggi spontanei

riduzione di impiego:

- di N da fertilizzanti di sintesi

- di energia fossile

- di alimenti concentrati provenienti da ambienti distanti dalle

aree montane sostanziale riduzione delle emissioni per unità di

superficie e per unità animale allevata

evitare

- lavorazioni profonde dei suoli

- conversioni di pascoli in arativi

- gestioni pastorali scorrette

Per un efficace controllo delle emissioni:

quali scelte?

Le produzioni dirette di GHG dipendono da numerose

variabili, fra loro intercorrelate

Numerose tecniche di mitigazione possibili

Numerose tecniche di mitigazione in fase di studio

Le strategie di mitigazione devono tener conto:

di tutto il processo produttivo: interazione fra

emissioni dirette ed indirette (LCA)

delle specie animali e delle attitudini produttive

considerate

delle condizioni locali

CONCLUSIONI

ridurre l'impatto ambientale e i costi di produzione...

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