Ridurre l'impatto ambientale e i costi di produzione aumentando l'efficienza d'uso delle risorse: aspetti nutrizionali e gestionali

Transcript

1 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

2 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

3 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?

4 Terminologia L effetto serra è diverso per i diversi gas coinvolti Gli effetti delle emissioni si uniformano con la CO 2 equivalente (IPCC 2007): Anidride carbonica 1 kg di CO 2 = 1 kg di CO 2 equivalente Metano 1 kg di CH 4 = 25 kg di CO 2 equivalente Nitrossido di azoto 1 kg di N 2 O= 298 kg di CO 2 equivalente Carbon footprint (impronta del carbonio): quantità di gas serra (come CO 2 eq) per un certo prodotto od attività Unità di misura in zootecnia: kg di CO 2 eq. per animale per giorno o anno kg di CO 2 eq./kg di latte o carne kg di CO 2 eq./kg di SS ingerita

5 FAO (2006) Zootecnia: impatto su GHG Contributo zootecnia alle emissioni totali di gas serra (in CO 2 equivalenti) di origine antropica = 18% (incluso uso suoli) CO 2 = 9 %; CH 4 = 37 %; N 2 0 = 65 % IPCC (2007) Contributo agricoltura alle emissioni totali di gas serra (in CO 2 equivalenti) di origine antropica = 13.5% FAO (2010) Contributo filiera bovini da latte alle emissioni antropogeniche totali di gas serra (in CO 2 equivalenti) = 4.0% (filiera del latte e carne prodotta in allevamenti da latte) 2.7% senza includere il contributo della carne prodotta

6

7 Emissione totale di GHG del settore delle produzioni animali in Italia Polli 0.00% Conigli 0.00% Ovini Caprini 7.08% 0.61% Equini 0.01% Bufalini 0.02% Suini 13.95% Bovini da latte 53.90% Bovini da carne 24.43% (Atzori, Mele, Pulina, 2010) Emissioni GHG agricoltura: 6.6% del totale, zootecnia 3%

8 CO 2 eq nelle aziende zootecniche emissioni assorbimento Emissioni dirette di: CO 2 : respirazione animale, reflui (non considerate) CH 4 : fermentazioni enteriche, fermentazione dei reflui N 2 O: reflui, fertilizzazione delle colture Emissioni indirette per: Uso e cambiamento d uso del suolo Produzione, condizionamento,trasporto alimenti zootecnici Uso energia Assorbimento di: CO 2 nelle colture (C biomassa vegetale = 40% SO) C nei prodotti animali (latte, carne, animali vivi)

9 GHG e specie animale Emissioni annuali: enteriche vs. deiezioni Specie Fermentazioni enteriche, % Reflui, % Bovini da latte Bovini da carne Suini Avicoli 0 100

10 Biochimismo AGV ruminali Acetato: C 6 H 12 O 6 2 C 2 H CO H Butirrato: C 6 H 12 O 6 C 4 H CO H Propionato: ½C 6 H 12 O 6 piruvato+co 2 fumarato+ 2H C 3 H CO 2 ½C 6 H 12 O 6 C 3 H (lattato)-h 2 O acrilato + 2H C 3 H Metanogeni HCOOH + 6 H CH H 2 O CO H CH H 2 O La produzione di CH 4 per i ruminanti è un esigenza fisiologica

11 % acidi grassi volatili Rapporto concentrati:foraggi e AGV ruminali % concentrato: fieno Razioni ricche in foraggi: alta produzione di metano e CO 2 Razioni ricche in concentrati: bassa produzione metano e CO 2 perdita energetica da CH 4 : 5-10 % dell E.L. della razione

12 GHG da deiezioni e reflui zootecnici Metano (CH 4 ) 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)

13 GHG da deiezioni e reflui zootecnici Nitrossido di N (N 2 O) 65% delle emissioni Emissioni dirette processi aerobici di nitrificazione (NH 4+ NO 3- ) dell ammoniaca contenuta nelle deiezioni seguiti da processi anaerobici di denitrificazione (NO 3- N 2 O N 2 ) da trattamento deiezioni solide da animali che liberano le deiezioni nel suolo (feedlot o animali al pascolo) Emissioni indirette processi di volatilizzazione di NH 3 e NO x 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)

14 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

15 Alimentazione e produzione di metano 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

16 Alimentazione: lipidi vegetali Effetto della somministrazione di lino estruso in quantità crescenti A livello ruminale catturano H 2 nei processi di bioidrogenazione e inibiscono i metanogeni 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

17 Altre strategie di mitigazione dell emissione di metano Metabolismo H 2 Batteri metanogeni Ridurre la produzione di H 2 promuovere vie alternative per la sua utilizzazione Utilizzare sostanze inibenti Uso di biotecnologie vaccinazione: - 8% di CH 4 (Wright et al., 2004); poco ripetibile probiotici: batteri acetogeni (ma bassa efficienza uso H 2 ), lieviti (risposte incerte e molto variabili; pochi dati in vivo) defaunazione: - 20% di CH 4 (Morgavi et al., 2008); residui nei prodotti? Uso di additivi

18 Uso di additivi Antibiotici Additivi chimici Estratti vegetali (tannini, saponine, oli essenziali Acidi organici (Malato, fumarato) Nitrati Urea Inibiscono i metanogeni, disponibilità H 2, ac. propionico Inibizione dei metanogeni e dei protozoi Shift H 2 verso produzione di acido propionico Forte affinità per H 2 con produzione di ammoniaca Non ammessi dalla legislazione EU, pochi studi in vivo, possibili effetti tossici Riduzione CH 4 : 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 CH 4 senza ridurre la digeribilità (Martin et al., 2010) Riduzione CH 4 : 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) Riduzione CH 4 : 23% in pecore (Nolan et al., 2010) Problemi: possibile tossicità

19 Mitigazione GHG da deiezioni e reflui zootecnici CH 4 Produrre deiezioni povere di SO fermentescibile Compostaggio aerobico, produzione anaerobica biogas N 2 0 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 N 2 0 del 10-20% (Mosier et al., 1998)

20 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

21 GHG e livello produttivo 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

22 g di metano per kg latte (Kirchgessner et al., 1991) GHG e livello produttivo Produzione di latte (kg/d) CO 2 eq/kg di latte: da 1.3 (USA, Europa) a 7.5 (Africa, Asia)

23 GHG e livello produttivo L aumento della produttività non sempre si accompagna a diminuzioni nette di GHG, perché: minori produzioni di CH 4 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

24 GHG e tecniche di allevamento 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

25 GHG e tecniche di pascolamento 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)

26 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 CO 2 eq/kg di PV in ovini da carne vs CO 2 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)

27 Sistema di allevamento Biologico Alto rapporto foraggio:concentrato Bassa produttività Convenzionale Basso rapporto foraggio:concentrato Alta produttività Minore quantità di deiezioni accumulate in stalla Minor uso di fertilizzanti, fitofarmaci e mangimi Maggiore quantità di deiezioni accumulate in stalla Maggior uso di fertilizzanti, fitofarmaci e mangimi Biologico: kg di CO 2 eq./kg di latte o carne in genere uguale o maggiore dei sistemi convenzionali

28 I sistemi zootecnici di ambienti montani e la C footprint In generale: - a basso impatto anche in termini di emissioni di CO 2 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

29 Per un efficace controllo delle emissioni: quali scelte? 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

30 CONCLUSIONI 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

31