Alimentazione e metanogenesi nella vacca da latte: aspetti teorici e risvolti applicativi

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1 Padenghe sul Garda, 28 novembre 2012 Alimentazione e metanogenesi nella vacca da latte: aspetti teorici e risvolti applicativi G. Matteo Crovetto, Mario Pirondini, Stefania Colombini

2 Emissioni di gas a effetto serra di origine antropica (IPCC* 2007) (a) Emissioni totali annuali di gas a effetto serra (GHG) di origine antropica dal 1970 al 2004 (b) Quote dei diversi GHG di origine antropica nelle emissioni totali nel 2004 come CO 2 equivalenti (CO 2 -eq) (c) Quote dei diversi settori nella produzione di GHG di origine antropica nel 2004 come CO 2 eq (la silvicoltura, forestry, include la deforestazione) * Intergovernmental Panel on Climate Change 1 Gt=1 miliardo di ton=1000 Tg

3 Emissioni di gas-serra di origine antropica, per settore (IPCC 2007) LIFE + 09/ENV/IT/ GAS OFF Integrated strategies for GHG mitigation

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5 Produzione totale di metano e metano derivante da attività agricole nel 2004 in Italia (Fonte: su dati del CRPA) N.B. 1 Gg = 10 9 g = 1000 ton Emissione di metano annua (Gg) Totale 1916,25 Agricoltura 739,17 a) fermentazioni enteriche 515,77 b) gestione delle deiezioni 150,03 c) coltivazione riso 72,71 d) suoli agricoli - e) combustione dei residui colturali 0,67

6 Emissione globale di metano di origine enterica per l anno 2004 in Italia (Fonte: su dati del CRPA) Emissione di metano annua (Gg) Totale 515,77 Bovini da carne 206,57 Bovini da latte 204,92 Ovini 64,85 Bufali 14,38 Suini 13,46 Equini 5,29 Caprini 4,89 Conigli 1,42 Pollame -

7 Produzione di metano di origine enterica da bovine da latte in Italia (Fonte: Italian Greenhouse Gas Inventory National Inventory Report Agency for Environmental Protection and Technical Services )

8 Bovini numero Energia Lorda Energia CH 4 produzione produzione Ingerita persa metano metano (x 10 6 ) (MJ/d) (% ELI) (kg/animale/anno) (Tg/anno) % paesi sviluppati , ,5 41,4 PVS (e America del Sud) , ,8 30,0 Bufali ,2 8,2 Ovini paesi sviluppati ,2 4,2 PVS (e Australia) ,7 4,9 Caprini ,5 5 2,4 3,2 Cammelli ,3 Suini Metano da animali domestici e selvatici paesi sviluppati ,6 1,5 0,5 0,7 PVS ,7 1,2 1 0,4 0,5 Cavalli 64, ,5 18 1,2 1,6 Muli e Asini 53,9 61 2,5 10 0,5 0,7 Uomo 4670?? 0,05 0,2 0,3 Alci 0, ,03 0,0 Cervi ,33 0,4 Caprioli ,01 0,0 Animali selvatici Termiti? 2-6 (150)

9 La metanogenesi Le vie metaboliche dell acetato e del butirrato producono gli H + La via metabolica del propionato rimuove gli H +

10 Fattori che influenzano la metanogenesi ruminale: Ingestione di sostanza secca Rapporto foraggi:concentrati (ma per kg SO fermentata!) Composizione chimica e degradabilità ruminale della dieta Supplementazione lipidica (soprattutto con acidi grassi insaturi) ph ruminale Popolazione microbica

11 Effetti dei lipidi alimentari Diminuzione sostanza organica fermentata nel rumine Per acidi grassi insaturi: bio-idrogenazione, con conseguente utilizzo di idrogeno sottratto alla metanogenesi Modulatori della popolazione ruminale e potenziali riduttori della popolazione protozoaria Metanogenesi ruminale influenzata dai protozoi: una quota significativa dei batteri metanogeni vive in simbiosi con i protozoi (Finlay et al., 1994)

12 Additivi (saponine, oli essenziali, tannini, ecc.) In grado di ridurre metanogenesi, ma: Possono ridurre l ingestione di sostanza secca Possono diminuire il valore nutritivo degli alimenti Necessità di valutarne la convenienza economica Studi su oli essenziali condotti principalmente in vitro Concentrazione degli estratti vegetali generalmente superiori a quelle somministrabili in vivo; Quali sono gli effetti nel lungo periodo? Quali sono gli effetti sulla qualità del prodotto?

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14 Analisi chimica delle razioni per bovine in asciutta (n=8) e lattazione (n=22) ASCIUTTA LATTAZIONE MEDIA DS MEDIA DS SS % CEN % s.s PG % s.s EE % s.s NDF % s.s ADF % s.s ADL % s.s AMIDO % s.s NFC % s.s AMIDO:NDF % AMIDO:ADF %

15 Analisi biologica delle razioni per bovine in asciutta (n=8) e lattazione (n=22) ASCIUTTA LATTAZIONE ES P Gas Production/24h ml/200 mg SS <0.001 Metano/24h ml/200 mg SS <0.001 % su GP SOD % <0.001 ENL Mcal/kg DM <0.001 NDFD in situ a 48h % dndf % s.s <0.001 Acetato % AGV Propionato % AGV Butirrato % AGV Acetato:Propionato

16 Analisi biologica delle razioni suddivise in quartili considerando il rapporto Amido:ADF gruppo 1 gruppo 2 gruppo 3 gruppo 4 Amido:ADF (%) Amido (% s.s.) ADF (% s.s.) Gas Production/24h ml/200 mg SS 42.2 c 51.4 b 55.1 ab 56.2 a 1.59 <0.001 Metano/24h ml/200 mg SS 7.12 b 8.54 a 9.04 a 8.87 a 0.38 <0.001 % su GP SOD % 63.9 c 71.5 b 75.6 a 76.5 a 1.65 <0.001 ENL Mcal/kg SS 1.23 c 1.51 b 1.63 a 1.69 a 0.05 <0.001 NDFD in situ a 48h % dndf % s.s a 19.1 b 16.5 b 15.3 b 1.46 <0.001 Acetato % AGV 70.7 a 70.2 ab 69.3 ab 68.5 b Propionato % AGV Butirrato % AGV Acetato:Propionato ES P

17 Produzione di gas e metano dalle diete testate 18 Metano (ml/200 mg DM) y = x R 2 = Produzione di gas (ml/200 mg DM)

18 Produzione di metano e tenore in amido delle diete metano (ml/200 mg SS) y = x R 2 = Amido (% ss)

19 Produzione di metano e NDF digeribile Metano prodotto 24% (% GP) y = x R 2 = NDF digeribile (% s.s.)

20 Materiali e Metodi, prova in vitro su additivi una dieta unifeed da lattazione testata in vitro per 24 ore per GP e metano con diversi additivi: olii essenziali, saponine, tannini, lieviti concentrazione degli olii essenziali: 500 mg/l (medio/alta) lieviti, tannini e saponine: concentrazione equivalente a 1 g/capo giorno in vivo ( mg/l) 30 ml di inoculo/provetta: 10 da fluido ruminale e 20 da soluzione tampone

21 GP 24h (ml/200 mg DM) Additivi nella dieta della bovina e GP (ml/200 mg SS) P<0.05 P<0.05 P<0.05 P<0.05 P<0.05 P< P<

22 Methane 24h (%/GP) Additivi nella dieta della bovina e metanogenesi 35 P< P< P<0.05 P< P<

23 Materiali e Metodi, prova in situ 6 foraggi tipici dell areale padano: 1 fieno e 1 insilato di medica, 1 fieno e 1 insilato di loiessa, 2 silomais. analizzati per composizione chimica; degradabilità ruminale in situ (NRC, 2001) di SS ed NDF a 6, 24, 48 e 240 h di incubazione; digeribilità total tract di SS, SO, NDF e ADF tramite raccolta fecale.

24 Degradabilità ruminale della SS dei sei foraggi Insilato di erba medica Fieno di erba medica Silomais 1 Silomais 2 Fieno di loiessa Fienosilo di loiessa 6h 24h 48h 240h

25 Degradabilità ruminale dell NDF dei sei foraggi Insilato di erba medica Fieno di erba medica Silomais 1 Silomais 2 Fieno di loiessa Fienosilo di loiessa 6h 24h 48h 240h

26 Risultati preliminari degradabilità in situ Degradabilità della SS (%) Degradabilità dell NDF (%) a, b, c, : medie in colonna con lettere diverse differiscono significativamente (P<0.05)

27 Prova in vitro Per ogni periodo sperimentale: prelievo di liquido ruminale a 0, 3 e 7 h dal pasto mattutino Misurazione del ph 60 ml impiegati come inoculo della prova in vitro per la determinazione di GP e CH 4 a 2h di incubazione (in doppio per bovina e tempo).

28 Risultati preliminari prova in vitro: Gas production

29 Risultati preliminari prova in vitro: metano

30 Andamento del ph ruminale

31 Considerazioni sulla metanogenesi ruminale: Non esistono «bacchette magiche» per eliminarla o farla diminuire sostanzialmente: milioni d anni di evoluzione non sono cambiabili a nostro piacimento in pochi anni. Più che le percentuali (sulla GP totale o sull energia lorda ingerita) vanno considerate le quantità assolute: litri o, meglio ancora, kg.

32 Considerazioni sulla metanogenesi ruminale: Non esistono «bacchette magiche» per eliminarla o farla diminuire sostanzialmente: milioni d anni di evoluzione non sono cambiabili a nostro piacimento in pochi anni. Più che le percentuali (sulla GP totale o sull energia lorda ingerita) vanno considerate le quantità assolute: litri o, meglio ancora, kg.

33 I esempio: produce più metano al giorno una vacca in asciutta o una in lattazione? Vacca in asciutta, perdita energetica da metano=7% dell EL ingerita; vacca in lattazione, perdita energetica da metano=5% dell EL ingerita Vacca in asciutta: 12 kg SSI/d, 216 MJ/d di ELI/d; 7%=15 MJ CH 4 /d pari a circa 270 g/d (circa 385 L/d) Vacca in lattazione, 24 kg SSI/d, 450 MJ/d di ELI/d; 5%=22 MJ CH 4 /d pari a circa 400 g/d (circa 570 L/d) Tenendo conto che 1 L di CH 4 in condizioni standard di T (0 C) e pressione (1 atm) pesa 0.7 g e che 1 g di CH 4 possiede 55 J...

34 II esempio: produce più metano al giorno una vacca da 40 L latte/d o due vacche da 20 L latte/d? 2 vacche da 20 L latte/d: perdita energetica da metano=6% dell EL ingerita; 17 kg SSI/d, 306 MJ/d di ELI/d; 6%=18.4 MJ CH 4 /d pari a circa 330 g/d (circa 470 L/d). Per 2 vacche = 660 g/d (circa 940 L/d), pari a circa 208 (in 315 gg di lattaz.) + 13 (nei 50 gg di asciutta) = 221 kg di metano/anno 1 vacca da 40 L latte/d: in lattazione, perdita energetica da metano 5% dell EL ingerita; 25 kg SSI/d, 470 MJ/d di ELI/d; 5%=23.5 MJ CH 4 /d pari a circa 430 g/d (circa 610 L/d), pari a circa 135 (in 315 gg di lattaz.) + 13 (nei 50 gg di asciutta) = 148 kg di metano/anno

35 Molti studi dimostrano che il 90% delle emissioni di metano enterico sono legate all ingestione di SS e che la quota di energia ingerita persa sotto forma di metano diminuisce all aumentare della SS ingerita. Un aumento della Dairy efficiency (kg latte/kg SSI) diminuisce la produzione di metano per kg di latte prodotto. Più amido al posto della fibra riduce la metanogenesi per kg SSI e di latte prodotto, soprattutto se amido lentamente degradabile nel rumine (mais): senza esagerare però sennò acidosi, ecc. I grassi possono aiutare a ridurre la metanogenesi, ma anche qui, senza esagerare, sennò meno NFD digeribile.

36 Foraggi giovani e ricchi in proteina tendono a ridurre la metanogenesi nella bovina da latte: la medica è meno metanogena della loiessa e del silomais. Ovviamente però il foraggio ideale e completo non esiste, bisogna fare delle associazioni e includere più alimenti (foraggi e concentrati) nella dieta della bovina per formulare una razione che faccia produrre tanto latte e il meno metano possibile. La vacca comunque è e resta un ruminante, per il quale la metanogenesi è un processo necessario, se vogliamo e lo vogliamo! che continui a trasformare la fibra in latte.

37 Conclusioni Agire sul rapporto «amido/ndf» o «amido/adf» può aiutare ad abbassare l incidenza della metanogenesi non tanto in valore assoluto, ma rispetto alla produzione di latte. Anche un integrazione della dieta con lipidi può contribuire a ridurre la produzione di metano, a parità di produzione lattea. La genetica molecolare potrà a sua volta accelerare un processo di selezione fissando dei caratteri genetici legati a tale processo Servono anche prove in vivo, non bastano quelle in vitro.