ACTION 1 REDUCTION OF NITROGEN EXCRETED IN LIVESTOCK FARMS THROUGH THE APPLICATION OF HIGH N EFFICIENCY RATIONS

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1 Achieving good water quality status in intensive animal production areas ACTION 1 REDUCTION OF NITROGEN EXCRETED IN LIVESTOCK FARMS THROUGH THE APPLICATION OF HIGH N EFFICIENCY RATIONS Pizzighettone 19 Settembre 2013 Efficienza alimentare ed escrezione dell azoto nei bovini CRA AGRICULTURAL RESEARCH COUNCIL Fodder and dairy productions research center (CRA FLC) branch office Cremona Luciano Migliorati

2 Schema di presentazione: *Concetti generali per ottimizzare l uso della proteina alimentare e le strategie nutrizionali ed alimentari *Risultati sperimentali riguardanti due attività di ricerca impiegando diete a ristretto tenore proteico con l aggiunta di aminoacidi ed escrezione dell azoto «Progetto RENAI fin. MiPAF». *Risultati sperimentali riguardanti due anni di attività su due aziende dimostrative del progetto AQUA con riduzione del tenore proteico della dieta

3 Concetti generali *La quantità di proteine presente negli alimenti e nei foraggi è variabile, esse rappresentano il nutriente più costoso della razione e l azoto in esse contenuto è correlato alle emissioni ammoniacali responsabili dell inquinamento ambientale. E importante capire come l azoto sia utilizzato dalla bovina per: -abbattere il costo della razione -ridurre l impatto negativo della diffusione di questo elemento nell ambiente -aumentare il profitto

4 Uso della proteina alimentare nella bovina La stima della CP si basa sul presupposto che l azoto presente nei vari alimenti sia simile come valore e come utilizzo da parte della bovina. Il metodo basato sulla stima della MP consente di definire ed affinare la formulazione della razione e l utilizzo della proteina da parte della bovina, poiché prende in considerazione l effettivo uso biologico della proteina nell animale e consente di: -migliorare l efficienza d uso della proteina alimentare -diminuire le escrezioni di N nell ambiente

5 Metabolismo azotato nel Rumine Proteine vere Proteina indegradabile (RUP)/aminoacidi Degradabile (RDP) Amino Acidi NH 3 Scheletri carboniosi Energia Tenue NPN (DIP) Proteina microbica Saliva Eccesso NH 3 Catabolismo aminoacidi Fegato - Urea Escrezione nel latte e nelle urine

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7 INPUT Alimenti zootecnici Inefficienza digestiva N in feci Inefficienza metabolica N in urine Costi di mantenimento (animali in crescita 50% ss ingerita bovine da latte 25% ss ingerita) OUTPUT (alimenti di origine animale) Efficienza complessiva: (output/input, %) -produzione latte -crescita 25-35%

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10 Azoto nelle feci Azoto feci è rappresentato da N non digerito dipende Digeribilità degli alimenti influenza produzione N escreto

11 Azoto nelle urine N urine è prodotto nel fegato a partire da NH 3 liberata dal rumine e dal catabolismo degli aminoacidi dipende Proteina nella razione influenza produzione N escreto

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14 Urea nel latte e escrezione urinaria di azoto Jonker, 1998

15 Urea nel latte: utile indicatore della nutrizione azotata In equilibrio con urea del sangue Dipende: Dall apporto di proteina della razione Dallo stato metabolico dell animale (catabolismo AA) Dall individuo e dal livello produttivo Dal rapporto energia/azoto fermentescibile della razione Indica la quota di azoto non trattenuto dall animale Urea elevata=azoto escreto con le urine elevato = maggiore volume delle urine

16 Urea nel latte: utile indicatore per tener controllato l apporto di azoto e l equilibrio totale della dieta per consentire di evitare: Inutili costi economici Sprechi energetici Eliminare eccessive quantità di azoto nell ambiente Rischi inutili per la fertilità degli animali

17 Urea nel latte è correlata con l apporto di proteina della razione Relazione fra proteina della razione e MUN Nousiainen, 2004

18 Efficienza di conversione dell azoto in proteina del latte e quantità di proteina secreta Nousiainen, 2004

19 Concetti generali per ottimizzare l uso della proteina alimentare Ridurre le perdite di azoto a livello ruminale Favorire la produzione di proteine microbiche ruminali Bilanciare il rapporto fra proteina degradabile e non degradabile nel rumine in funzione del fabbisogno dei microrganismi per la sintesi proteica Apportare l energia necessaria alla sintesi microbica Sincronizzare disponibilità di energia e proteina ai fini della sintesi microbica

20 Strategie nutrizionali ed alimentari *Coprire in modo preciso i fabbisogni azotati dei microrganismi *Coprire in modo preciso i fabbisogni aminoacidici dell animale *Favorire il riciclo dell azoto ureico agevolando il trasferimento di urea dal sangue al tratto gastrointestinale *Ridurre l attività proteolitica del rumine utilizzando sostanze che legandosi alle proteine ne riducano la digeribilità o che agiscano direttamente sulle proteasi o sui microrganismi *Ottimizzare la sintesi proteica nel rumine -combinando opportunamente foraggi e fonti energetiche -aumentando l energia disponibile -riducendo nel rumine la popolazione di protozoi ciliati che consumano batteri e proteine microbiche

21 Fabbisogni riferiti a vacche fresche Latte kg 35 Ingestione s.s. kg 23.6 Proteina metabolizzabile g/giorno 2407 Proteina metabolizzabile % 10.2 Proteina rumino degradabile (RDP %) 9.7 Proteina rumino indegradabile (RUP %) 5.5 Proteina grezza (RUP+RDP) (%) 15.2 Vacche di 680 kg con BCS=3.65; 90 giorni di lattazione; 3,5% di grasso; 3% di proteine; 4,85 di lattosio ( Fonte NRC, 2001)

22 Obiettivo della ricerca «RENAI» Contenere l apporto di N alimentare senza influire negativamente sulla produzione cercando di migliorare le prestazioni e riducendo le escrezioni azotate mediante: integrazione con amminoacidi essenziali; ottimizzazione dell apporto di energia fermentescibile;

23 Attività Attività 1: Verificare se l aggiunta di metionina (HMBi-MetaSmart - Adisseo) ad una dieta al 14% PG consente di avere una produzione di latte e di proteina pari a quella ottenibile con una dieta al 16.5% PG. Attività 2: Verificare se l aggiunta di lisina rumino-protetta (Relys- Vetagro) ad una dieta al 14% PG integrata con metionina (HMBi) migliora l utilizzazione dell azoto. Calcolo dell escrezione azotata.

24 Schema sperimentale attività 1 20 vacche Frisone con mungitura robotizzata divise in tre gruppi omogenei (gg. lattazione 165, ds 93) 3 diete con 2 livelli proteici: uno di controllo al 16.5% di PG sulla s.s. alto-(a), due di trattamento al 14% di PG sulla s.s., a) senza aggiunta di supplementi, basso-(b), b) con aggiunta di 22 g/giorno di MetaSmart (isopropyl estere di HMB-HMBi-Adisseo) basso +metionina- (B+HMBi). Durata: 2 settimane di adattamento e 2 di controlli sperimentali, ogni gruppo ha ricevuto le diete sopra riportate.

25 Dieta unifeed attività 1 Alimenti Kg/capo/giorno Silo-mais 24 Fieno-medica 5 Mais-fiocchi 4.5 Bietole-polpe disidratate 1.5 Soia-farina estrazione 1 Soia-fiocchi 1 Sali minerali 0.4 Bicarbonato di sodio 0.1 Aggiunta di concentrato nell autoalimentatore del robot a)- 2.5 kg di concentrato al 15% PG b)- 2.5 kg di concentrato al 30% PG

26 Analisi delle razioni impiegate nell attività 1 Tesi MetaSmart- 37%MP-met B (14% PG ) B+HMBi (14% PG) 22g/d A (16.5% PG) PG (% s.s.) Amido (% s.s.) Enl (mcal/kg) MP (g/d) MP-Lys (g/d); MP-Lys,%MP MP-Met (g/d); MP-Met,%MP (6.7) 48.2 (2.1) (6.6) 56.3 (2.4) (6.5) 50.2 (2.0) MP-Lys,%MP / MP-Met,%MP 3.2/1 2.7/1 3.2/1

27 Produzione di latte e composizione nell attività 1 Tesi B (14% PG ) B+HMBi (14% PG) A (16.5% PG) Latte (kg/d) Grasso (%) Proteine (%) Grasso (kg/d) Proteine (kg/d) Urea (mg/dl) 23.8 a 24.3 a 29.5 b 1.45 SE Acidità Titolabile ( SH/100ml) 7.3 b 7.5 b 6.7 a 0.17 a,b diversi per P<0.05

28 Calcolo dell escrezione azotata nell attività 1 Tesi B B+HMBi A (14% PG ) (14% PG) (16.5% PG) N Ingerito* (g/d) 456 a 470 a 519 b N Latte* (g/d) N fecale* (g/d) 174 a 175 a 187 b N urinario* (g/d) 136 a 139 a 170 b N escreto* (g/d) N escreto* (kg/anno) Riduzione escrezione N in % -15% a,b diversi per P<0.05; *Jonker et al. 1998

29 Schema sperimentale 2 24 vacche Frisone con mungitura robotizzata divise in tre gruppi omogenei (gg. lattazione 134, ds 64) 3 diete con lo stesso livello proteico: 14% di PG sulla s.s.; basso-(b), 14% di PG sulla s.s.+ 25g di HMBi; basso+metionina- (B+HMBi), 14% di PG sulla s.s.+ 25g HMBi + 50g di Relys (33% L- Lisina - Vetagro) basso +metionina+lisina(b+hmbi+lys) Durata: 2 settimane di adattamento e 2 di controlli sperimentali, ogni gruppo ha ricevuto le diete sopra riportate

30 Dieta unifeed attività 2 Alimenti Kg/capo/giorno Silo-mais 24 Fieno-medica 5 Mais-farina 3.2 Mais-fiocchi 1.3 Bietole-polpe disidratate 1.5 Soia-farina estrazione 1 Soia-fiocchi 1 Sali minerali 0.4 Bicarbonato di sodio 0.1 Aggiunta di concentrato nell autoalimentatore del robot a)- 2.5 kg di concentrato al 15% PG

31 Analisi delle razioni impiegate nell attività 2 Alimenti B (14% PG ) B+HMBi (14% PG) B+HMBi+Lys (14% PG) MetaSmart- 37%MP-Met 25g/d 25g/d Relys - 23%MP-Lys 50g/d PG (% s.s.) Amido (% s.s.) Enl (mcal/kg) MP (g/d) MP-Lys (g/d); MP-Lys,%MP MP-Met (g/d); MP-Met,%MP MP-Lys,%MP / MP- Met,%MP (6.7) 48.2 (2.1) (6.6) 57.4 (2.5) 166 (7.1) 57.4 (2.4) 3.2/1 2.6/1 3/1

32 Produzione di latte e composizione nell attività 2 Tesi B B+HMBi B+HMBi+Lys SE (14% PG ) (14% PG) (14% PG) Latte (kg/d) Grasso (%) Proteine (%) 3.42 cd 3.32 c 3.46 d 0.06 Grasso (kg/d) Proteine (kg/d) Urea (mg/dl) 28.9 b 28.9 b 25.5 a 0.81 Acidità Titolabile ( SH/100ml) 6.69 b 6.51 b 6.11 a 0.12 a,b diversi per P<0.05; c,d P=0.08

33 Calcolo dell escrezione azotata nell attività 2 Tesi B B+HMBi B+HMBi+Lys (14% PG ) (14% PG) (14% PG) N Ingerito* (g/d) N Latte* (g/d) N fecale* (g/d) N urinario* (g/d) 166 b 166 b 147 a N escreto* (g/d) N escreto* (kg/anno) Riduzione escrezione N in % - 8% a,b diversi per P<0.05 *Jonker et al. (1998)

34 Obiettivo della ricerca vacche da latte progetto «AQUA» -Dimostrare che è possibile intervenire sulle caratteristiche delle razioni alimentari e/o di gestione della mandria al fine di aumentare l efficienza di ritenzione dell azoto, tenendo conto dei livelli produttivi di questi allevamenti; -Ridurre l impatto delle aziende zootecniche sulla qualità delle acque senza compromettere i livelli produttivi.

35 Attività L attività si è svolta presso 4 aziende dimostrative da latte situate: -Consorzio Grana Padano az. Pinotti (Cremona) -Parmigiano-Reggiano az. Mori (Reggio Emilia) -alta qualità az. Sgambaro (Padova) -alta qualità az. Bolzon (Udine)

36 REDUCTION OF NITROGEN EXCRETED IN LIVESTOCK FARMS THROUGH THE APPLICATION OF HIGH N EFFICIENCY RATIONS WHERE?

37 Schema sperimentale attività Pinotti 120 vacche Frisone di cui 108 in mungitura in unico gruppo Tesi:2 diete con 2 livelli proteici: controllo al 16% di PG sulla s.s. (C), da luglio 2011 a giugno 2012 (1 anno); trattamento al 15,2% di PG sulla s.s., (T) da luglio 2012 a giugno 2013 (2 anno); Durata: 1 anno per tesi

38 Dieta unifeed Grana Padano - Pinotti lug2011-giu2012 lug2012-giu2013 Alimenti Kg/capo/giorno Kg/capo/giorno Silo-mais Fieno-medica 6 6 Mais-farina 3 Orzo-farina 3 Mais/orzo-fiocchi 5,8 Nucleo 36%PG/ss 5,5 5,2 Sali minerali ,15

39 Analisi delle razioni impiegate nell azienda Pinotti Tesi C 1 anno T 2 anno PG (% s.s.) PG-byp (%s.s.) 6,4 5,5 PG-deg (%s.s.) 9,6 9,7 Enl (mcal/kg) ,65 MP (g/d) MP-Lys (g/d); MP-Lys,%MP MP-Met (g/d); MP-Met,%MP 150 (6,0) 47 (1,9) 148 (6.1) 49 (2.0) MP-Lys,%MP / MP-Met,%MP 3.2/1 3/1

40 Produzione di latte e composizione nell azienda Pinotti Tesi C T Sign. 1 anno 2 anno Latte (kg/d) 34,4 35,9 * SE of the difference FCM (kg/d) 33,0 34,7 * Grasso (%) 3,79 3,83 NS Proteine (%) 3,55 3,50 * Grasso (kg/d) 1,29 1,36 NS Proteine (kg/d) 1,20 1,24 NS Cellule s. (*000/ml) NS *diversi per P<0.05

41 Produzione (kg/capo/d) 38,0 Azienda Pinotti - Produzione di latte 37,0 36,0 35,0 34,0 33,0 32,0 Medie: 34,4-35,9 31,0 30,0 29,0 28,0 Lug Ago Set Ott Nov Dic Gen Feb Mar Apr Mag Giu Data controllo 2011_ ,0 % PG 2012_ ,2 % PG

42 Grasso (%) 4,5 Azienda Pinotti - Grasso del latte 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 Medie: 3,79-3,83 1,0 0,5 0,0 Lug Ago Set Ott Nov Dic Gen Feb Mar Apr Mag Giu Data controllo 2011_ ,0 % PG 2012_ ,2 % PG

43 Proteina (%) 3,7 Azienda Pinotti - Proteina del latte 3,7 3,6 3,6 3,5 3,5 3,4 3,4 3,3 Medie: 3,55-3,50 3,3 3,2 Lug Ago Set Ott Nov Dic Gen Feb Mar Apr Mag Giu Data controllo 2011_ ,0 % PG 2012_ ,2 % PG

44 Escrezione azotata vacca in lattazione g/giorno nell azienda Pinotti Tesi C 1 anno T 2 anno Sign. SE of the difference N Ingerito* (g/d) 588 a 567 b * N Latte* (g/d) NS N escreto* (g/d) 387 a 361 b * N escreto g/kg of milk 11,2 10,0 N escreto* (kg/anno) Riduzione escrezione N in % -7% *diversi per P<0.05;

45 Emissioni di azoto netto al campo per vacca mediamente presente nell azienda Pinotti giu.2011-lug.2012(1 )vs giu.2012-lug.(2 )2013 Tesi C (16%PG) 1 anno T (15,2%PG) 2 anno N Ingerito (kg/capo/anno) SE of the difference N Latte (kg/capo/anno) N escreto (kg/capo/anno) N al campo (kg/capo/anno) Riduzione N al campo -7%

46 Escrezioni aziendali di azoto netto (kg/anno) Pinotti giu.2011-lug2012 (1 ) vs giu.2012-lug2013 (2 ) Bilancio alimentare (kg/anno) Azoto netto al campo 1 anno Azoto netto al campo 2 anno Vacche Rimonta Vacche + rimonta Sup. nec. in zona vulnerabile (ha) 86,5 82,0 Bilancio secondo DM 7/4/2006 Vacche Rimonta Vacche + rimonta Sup. nec. in zona vulnerabile (ha) 76,1 76,1

47 Schema sperimentale az Mori 225 vacche Frisone di cui 190 in mungitura in unico gruppo (gg. lattazione 222) Tesi: 2 diete con 2 livelli proteici: controllo al 14,75% di PG sulla s.s. (C), da luglio 2011 a giugno 2012 (1 anno); trattamento al 14,2% di PG sulla s.s., (T) da luglio 2012 a giugno 2013 (2 anno); Durata: 1 anno per tesi

48 Dieta unifeed Parmigiano-Reggiano az Mori lug2011-giu2012 Lug2012-giu2013 Alimenti Kg/capo/giorno Kg/capo/giorno Silo-mais - - Fieno-medica 8 6,75 Fieno-prato stabile 5,5 6,75 Mais-farina 8 8 Nucleo 28%PG 4 4 Sali minerali 0.1 0,1 Bicarbonato di sodio

49 Analisi delle razioni impiegate nell azienda Mori Tesi C 1 anno T 2 anno PG (% s.s.) 14,75 14,2 PG-byp (% s.s.) 6,25 6,0 PG-deg. (% s.s) 8,5 8,2 Enl (mcal/kg) 1,6 1,6 MP (g/d) MP-Lys (g/d); MP-Lys,%MP 119 (5,0) 120 (5,0) MP-Met (g/d); MP-Met,%MP 37 (1,6) 40 (1,7) MP-Lys,%MP / MP-Met,%MP 3.2/1 3/1

50 Produzione di latte e composizione nell azienda Mori Tesi C 1 anno T 2 anno Sign. SE of the difference Latte (kg/d) 27,4 27,1 NS 0,43 FCM (kg/d) 26,5 26,5 NS 0,10 Grasso (%) 3,89 3,95 NS 0,04 Proteine (%) 3,70 3,64 NS 0,35 Grasso (kg/d) 1,04 1,04 NS 0,02 Proteine (kg/d) 0,99 0,97 NS 0,01 Cellule s. (*000/ml) ,3 *diversi per P<0.05

51 Produzione (kg/capo/d) 35,0 Azienda Mori - Produzione di latte 30,0 25,0 20,0 15,0 Medie: 27,4-27,1 10,0 5,0 0,0 Lug Ago Set Ott Nov Dic Gen Feb Mar Apr Mag Giu Data controllo 2011_ ,75%PG 2012_ ,20%PG

52 Grasso (%) 5,0 Azienda Mori - Grasso del latte 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 Medie: 3,89-3,95 1,5 1,0 0,5 0,0 Lug Ago Set Ott Nov Dic Gen Feb Mar Apr Mag Giu Data controllo 2011_ ,75%PG 2012_ ,20%PG

53 Proteina (%) 4,0 Azienda Mori - Proteina del latte 3,9 3,8 3,7 3,6 3,5 3,4 Medie: 3,70-3,64 3,3 3,2 Lug Ago Set Ott Nov Dic Gen Feb Mar Apr Mag Giu Data controllo 2011_ ,75%PG 2012_ ,20%PG

54 Escrezione azotata vacca in lattazione g/giorno nell azienda Mori 1 e 2 anno Tesi C 1 anno T 2 anno Sign. SE of the difference N Ingerito* (g/d) * 2,51 N Latte* (g/d) NS 2,33 N escreto* (g/cow/d) * 1,44 N escreto g/kg of milk) 12,7 12,1 N escreto* (kg/anno) Riduzione escrez. N in % -6% * diversi per P<0.05;

55 Emissioni di azoto netto al campo per vacca mediamente presente nell azienda Mori 1 e 2 anno di controllo Tesi C 1 anno T 2 anno SE of the difference N Ingerito* (kg/cow/anno) N Latte* (kg/cow/anno) N escreto (kg/cow/anno) N al campo (kg/cow/anno) Riduzione escrezione N in % -5%

56 Escrezioni aziendali di azoto netto (kg/anno) nell azienda Mori 1 e 2 anno di controllo Bilancio alimentare (kg/anno) Azoto netto al campo 1 anno Azoto netto al campo 2 anno Vacche Rimonta Vacche + rimonta Sup. nec. in zona vulnerabile (ha) Bilancio secondo DM 7/4/2006 Vacche Rimonta Vacche + rimonta Sup. nec. in zona vulnerabile (ha)

57 Conclusioni Attività1 RENAI: La produzione di latte non è risultata statisticamente diversa, anche se vi è una tendenza ad una maggior produzione per le diete A (16.5% PG) e B+HMBi (14% PG+metasmart). Le diete con il 14 % PG comportano: migliori valori di urea e acidità titolabile nel latte, ed una diminuzione della produzione di azoto urinario ed azoto fecale.

58 Conclusioni Attività2 RENAI: L impiego di lisina e metionina in rapporto ottimale (3:1) favorisce l aumento della proteina del latte ed una riduzione dell escrezione azotata.

59 Conclusione Attività AQUA: Una riduzione del tenore proteico della dieta, mantenendo la stessa quota di proteina metabolizzabile ed ottimizzando il rapporto Lys:Met, le prestazioni delle bovine non peggiorano e nell azienda Pinotti migliorano.

60 Conclusione Nel bovino da latte è possibile ridurre l apporto proteico della dieta senza penalizzare le prestazioni produttive degli animali, a condizione che vengano soddisfatti i fabbisogni in aminoacidi essenziali ed i fabbisogni in azoto degradabile a livello ruminale. Quando le diete presentano un rapporto ottimale fra gli aminoacidi e in particolare sono ben bilanciate fra lisina e metionina, incrementa l efficienza di utilizzazione sia delle proteine metabolizzabili sia degli alimenti, migliorando le performance degli animali.

61 Grazie per l attenzione