Copyright Regione Lombardia

Transcript

1

2 Sperimentazione condotta nell ambito del progetto di ricerca Bilancio dell Azoto nei bovini da latte" finanziato con il Piano per la Ricerca e lo Sviluppo 2004 decreto n del Responsabile del progetto: Fabio Araldi - ERSAF Coordinatori del progetto: G. Matteo Crovetto (Università degli Studi di Milano) Marisa Meda (Regione Lombardia) Mario Marchesi (ERSAF) Hanno contribuito alle attività sperimentali: Pierluigi Navarotto e Marco Porro (VSA, Università degli Studi di Milano) Giorgio Provolo (Istituto di Ingegneria Agraria, Università degli Studi di Milano) G. Matteo Crovetto, Alberto Tamburini, Luca Rapetti, Stefania Colombini (DSA, Università degli Studi di Milano) Marisanna Speroni (Centro di Ricerca per le Produzioni Foraggere e Lattiero-casearie, Cremona) Gianni Colombari (ERSAF) Marco Bellini (APA-Mantova) Responsabile scientifico del progetto: G. Matteo Crovetto Dipartimento di Scienze Animali Sezione di Zootecnica Agraria Via Celoria 2, Milano Università degli Studi di Milano tel matteo.crovetto@unimi.it Per informazioni: Regione Lombardia - Direzione Generale Agricoltura U.O. Programmazione, interventi e ricerca per le filiere agroindustriali Struttura ricerca e innovazione tecnologica Via Pola, 12/ Milano Tel Fax agri_ricerca@regione.lombardia.it Referente: Gianpaolo Bertoncini tel gianpaolo_bertoncini@regione.lombardia.it Copyright Regione Lombardia 2

3

4

5 Progetto di ricerca BIAZO : Bilancio dell Azoto nei bovini da latte Introduzione G. Matteo Crovetto Dipartimento di Scienze Animali Università degli Studi di Milano La Regione Lombardia è, tra tutte le regioni del nostro paese, quella che ha i maggiori fabbisogni di azoto. Questo elemento, pur presente nell aria in grande quantità (78% in volume), rappresenta un costo alimentare non trascurabile in quanto soprattutto la riduzione dell azoto gassoso assorbito dalle leguminose, ma anche del nitrato assorbito da tutti i vegetali e la sua incorporazione nelle molecole proteiche, richiedono un elevato dispendio energetico (ATP). A fronte di questo onere bioenergetico (e quindi economico), nelle diete si registra una presenza di azoto contenuta (1,7-3,5%) rispetto al totale degli elementi chimici. Tuttavia, sebbene presente nella dieta in modeste proporzioni, l azoto rappresenta un problema agro-ambientale notevole perché la sua forma ossidata (NO 3 - ), quando presente nei suoli oltre il limite della capacita di assorbimento delle colture, percola o scorre in superficie nei corpi idrici. Al contrario dell azoto, altri tre elementi quali il carbonio (C), l idrogeno (H) e l ossigeno (O), che rappresentano la quota maggiore degli elementi chimici nelle diete, sono implicati in modo assai meno rilevante (vedi metanogenesi e relativo contributo all'effetto serra) in problematiche di tipo agro-ambientale. Il fatto che un elemento come l azoto, così poco rappresentato nelle razioni zootecniche, sia coinvolto in termini di inquinamento agro-ambientale richiama l'attenzione in particolare su due aspetti: 1) il ruolo nodale degli apporti di refluo e concimi azotati chimici al campo in relazione alle asportazioni dello stesso elemento con l avvicendamento agrario; 2) il miglioramento dell efficienza di utilizzazione metabolica dell azoto per ruminanti e monogastrici, notoriamente bassa, soprattutto per animali in accrescimento rispetto a quelli in lattazione, a parità di fisiologia digestiva. Il presente progetto si è concentrato unicamente sui bovini da latte e non ha quindi preso in considerazioni aspetti, essenziali per l'alimentazione proteica dei monogastrici, quali la "proteina ideale" e l'integrazione aminoacidica delle diete. Nel rapporto finale del novembre 1999, la Commissione Europea ha indicato, per la vacca da latte, un'efficienza complessiva del 24% per trasformare l azoto vegetale della dieta in azoto animale (soprattutto latte e, in piccolissima percentuale, feto). Sulla base di queste indicazioni una bovina media di un allevamento europeo che ingerisce 3,2 kg/d di proteina vegetale ne elimina nei reflui 3,2 x 76/100 = 2,43 kg/d pari alla proteina contenuta in 7 kg circa di semi di soia. Per il suino all ingrasso ritroviamo nei reflui ogni giorno l equivalente proteico di oltre 0,8 kg di semi di soia per capo allevato e per le scrofe quasi 1,1 kg di semi di soia. La scarsa efficienza complessiva del processo metabolico animale si riflette negativamente sull economia del processo ed i ¾ delle importazioni di soia dagli Stati Uniti e dal Brasile finisce sostanzialmente nei reflui. È nell ambito di questi valori economici ed agro-ambientali che la direttiva 91/676 CEE denominata Direttiva Nitrati aveva preso corpo sin dal lontano A seguito di tale direttiva, l'11 maggio 1999 venne emanata la legge 152 (testo unico sulle acque) che all'art. 38 rimandava la 6

6 problematica "inquinamento da reflui zootecnici" ad una legge specifica da emanare. Il 7 aprile 2006 venne pubblicato il d.lgs. n. 152 che affrontava tale materia. La Regione Lombardia ha recepito tale decreto ministeriale e il 6 dicembre 2007 ha emanato l'integrazione con modifica al programma d'azione per la tutela e risanamento delle acque dall'inquinamento causato da nitrati di origine agricola per le aziende localizzate in zona vulnerabile (per le quali vige il limite di 170 kg di N/ha all'anno). In tale contesto diventa fondamentale una conoscenza approfondita della problematica e della realtà operativa "di campo" che tale problematica interfaccia, oltre che l'individuazione di tecniche e strategie per una riduzione, se e laddove possibile, dell'escrezione azotata e delle perdite di azoto per volatilizzazione. Questo dunque lo scopo del presente progetto. Il progetto BIAZO ha visto coinvolti nella ricerca l Ente Regionale per i Servizi all Agricoltura e alle Foreste (ERSAF), la Sezione di Zootecnica Agraria del Dipartimento di Scienze Animali (DSA) (già Istituto di Zootecnia Generale), l Istituto di Ingegneria Agraria e il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Veterinarie per la Sicurezza Alimentare dell Università degli Studi di Milano (VSA), Il Centro di Ricerca per le Produzioni Foraggere e Lattiero-casearie, sede di Cremona, del Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura (CRA) e l Associazione Regionale Allevatori della Lombardia (ARAL). Responsabile del progetto: dr. Fabio Araldi, dell ERSAF Coordinatore scientifico del progetto: prof. G. Matteo Crovetto Questi i responsabili delle diverse unità operative coinvolte dal progetto: ERSAF: dr. Gianni Colombari Sezione di Zootecnica Agraria del DSA: prof. G. Matteo Crovetto VSA: prof. Pierluigi Navarotto Istituto di Ingegneria Agraria: prof. Giorgio Provolo CRA: dr.ssa Marisanna Speroni ARAL: dr. Marco Bellini Gli scopi sono stati i seguenti: verificare ed eventualmente aggiornare/modificare, sia con una prova sperimentale, sia con un indagine in campo su più aziende, i dati per le bovine da latte tabulati dal Decreto Ministeriale del 7/4/2006 (cosiddetto ex art. 38 ) per l applicazione della Direttiva Nitrati, individuando possibili interventi nutrizionali per ridurre l'escrezione azotata nella bovina da latte. verificare la rispondenza di equazioni per la stima dell escrezione azotata nei bovini da latte a partire da dati bromatologici e/o biologici; verificare le perdite di azoto ammoniacale (per volatilizzazione) dai reflui sia a livello di stalla che delle strutture di stoccaggio; sviluppare un programma di calcolo del bilancio azotato nell allevamento, quale strumento dinamico per migliorare l efficienza di trasformazione dell azoto alimentare in azoto contenuto nei prodotti zootecnici finali, latte in primis. 7

7 Tenore proteico della dieta ed escrezione azotata nella bovina da latte G. Matteo Crovetto 1, Gianni Colombari 2, Stefania Colombini 1, Luca Rapetti 1 1 Istituto di Zootecnia Generale, Facoltà di Agraria, Università degli Studi di Milano 2 ERSAF Mantova Introduzione Nell ambito del lavoro del gruppo interregionale sul Bilancio dell azoto negli allevamenti zootecnici di cui al Decreto n del è stata programmata questa prova che ha l obiettivo di verificare l influenza del frazionamento dell azoto alimentare nella vacca da latte come possibile strategia di miglioramento della sua utilizzazione. Materiali e metodi La prova è stata svolta in collaborazione dall'ersaf e dalla sezione di Zootecnica Agraria del Dipartimento di Scienze Animali, Università degli Studi di Milano, e realizzata a inizio 2006 presso l Azienda Agricola di ERSAF - Struttura vigilanza e qualità dell agroalimentare e supporto alla filiera lattiero-casearia a Mantova. 42 bovine di razza Frisona Italiana sono state suddivise in due gruppi di 21 capi ciascuno, omogenei per stadio di lattazione, numero dei parti e produzione di latte. Ognuno dei due gruppi di animali è stato inoltre suddiviso in tre sottogruppi: ad alta (A), media (M) e bassa (B) produzione di latte. Le bovine fuori prova, ossia quelle che nel corso della prova hanno partorito o che sono entrate nella fase di asciutta, sono state munte a parte ed il loro latte è stato venduto direttamente e non ha influenzato quindi il latte di massa dei due gruppi in prova. Le bovine erano stabulate alla posta, con abbeveratoi a tazza. Lo schema sperimentale applicato è stato quello a cross-over, con inversione dei trattamenti alimentari tra i due gruppi a metà prova. In questo modo, dopo una fase di adattamento alla dieta, ogni bovina ha ricevuto entrambi i trattamenti alimentari ed è stato quindi possibile valutarne gli effetti a prescindere dalle potenzialità genetiche degli animali. In pratica si sono distribuite una razione unifeed unica al gruppo di controllo (C) calcolata sulla base della produzione media di latte del gruppo stesso e tre razioni unifeed formulate in funzione della produzione media del sottogruppo per gli animali del gruppo "trattato" (T); come poi si è detto, a metà prova il trattamento alimentare è stato invertito tra i due gruppi di animali. Per rendere applicabile lo schema sperimentale anche nella pratica zootecnica, le razioni dei tre sottogruppi sono state tutte formulate sulla base dei fabbisogni del sottogruppo B che ha ingerito, ovviamente, solo l unifeed così predisposto, mentre le bovine dei sottogruppi M e A, oltre all unifeed del sottogruppo B, hanno ricevuto in mangiatoia, previa accurata miscelazione manuale, dosi di un mangime opportunamente preparato per soddisfare i fabbisogni in energia, proteine, minerali e vitamine. L alimentazione è stata a volontà per tutti gli animali che avevano a disposizione acqua da bere ad libitum. La tempistica della prova, iniziata nella prima decade di gennaio 2006, ha previsto un periodo di adattamento di 2 settimane e una settimana di rilevamento e registrazione dati; si è poi proceduto con l inversione dei trattamenti alimentari tra i due gruppi, con altre 2 settimane di adattamento e una settimana di controlli. Giornalmente si è registrata l ingestione alimentare di ogni sottogruppo di animali e la produzione individuale di latte di cui si sono determinati i contenuti in grasso, 8

8 proteine e lattosio. Sul latte di massa di ogni gruppo si sono poi determinate le cellule somatiche e l'urea. In ciascuna delle due settimane di rilievi e per 4 giorni consecutivi, circa 500 kg di latte del gruppo di controllo e 500 kg del gruppo trattato sono stati giornalmente trasportati presso il caseificio sperimentale di ERSAF e caseificati a grana con una produzione complessiva di 16 forme stagionate. Per evidenziare eventuali differenze in termini di resa casearia tra i due gruppi, il grasso in caldaia è stato mantenuto costante così da poter attribuire le eventuali differenze di peso, della cagliata prima e della forma di grana stagionato poi, all'eventuale maggiore concentrazione di caseina e di acqua che la caseina stessa è in grado di legare. Le bovine controllate e campionate individualmente per la produzione di latte sia alla mattina che alla sera per cinque giorni consecutivi sono state alimentate con razioni a base di silomais, fieno di medica, fieno di loiessa, mais, orzo, soia f.e., fiocchi di soia, sali minerali e vitamine. L'analisi degli alimenti impiegati nella prova è riportata in tab. 1 mentre la composizione e l'analisi delle razioni somministrate sono riportate in tab. 2. I dati individuali sono stati elaborati statisticamente con procedura GLM (SAS, 2000) applicando il seguente modello: Y ijklm = µ + T i + Aj (G k ) + P l + (TxG) ik + e ijklm Dove: T i = 1-2 (trattamento: controllo e trattato) A j = 1-14 (animale entro gruppo) G k = 1-3 (gruppo: basso, medio e alto) P l = 1-2 (periodo: 1 e 2) e ijklm = errore Risultati e discussione Analisi di alimenti e diete Tra i foraggi impiegati è risultato qualitivamente buono il silomais (ph 3,6, acido lattico 9,8%, acetico 1,6%, acido butirrico assente, NDF 39,4%, amido 33,9%, sulla sostanza secca), meno i fieni di medica (PG 18,3%, NDF 49,6% ADL 9,9%, s.s.) e quello di loiessa (PG 5,8%, NDF 65,0%, ADL 4,9%, s.s.) (tab. 1). L analisi comparata delle quattro diete impiegate nella prova (tab. 2) evidenzia un livello proteico pari al 15,4% s.s. per la razione di controllo, con il 31,6% di proteine solubili e un contenuto, sul secco, di NDF e di amido del 34,3 e 27,3% rispettivamente. Le tre razioni trattate (TB=basso, TM=medio e TA=alto livello produttivo) sono risultate avere rispettivamente il 13,6 15,2 17,2% di PG s.s. con il 36,4 32,2 31,3% di proteina solubile, il 37,7 34,9 31,5% di NDF s.s. e il 25,6 26,7 27,4% di amido s.s. Ingestione alimentare e produzione lattea La tabella 3 riporta i dati medi produttivi dei controlli individuali e l ingestione media di ogni gruppo. Quest ultima è stata molto alta per tutte le bovine, oscillando tra i 21,7 e i 24,9 kg SS/capo giorno, senza differenze tra i gruppi a pari livello produttivo. A livello globale non è risultata significativa nessuna differenza tra le bovine controllo e quelle trattate, in funzione della dieta. Considerando però i dati scorporati per livello produttivo (tab. 3), 9

9 nel confronto tra la dieta di controllo e quella trattata si evince che le produzioni di latte (38,9 vs 41,0 kg/d; P<0.05), di latte corretto al 4% di grasso (39,6 vs 40,6 kg/d; P<0.05) e di lattosio (5019 vs 5259 kg/d; P<0.05) sono state significativamente maggiori, fra le bovine ad alta produzione, quando alimentate con la dieta T che, rispetto alla dieta C di controllo, forniva più proteine (quantitativamente e qualitativamente) e più energia (0,93 vs 0,98 UFL/kg SS). Per contro la stessa dieta di controllo ha fatto produrre più proteina (812 vs 777 g/d; P<0,05) di quella trattata fra le bovine a bassa produzione, penalizzate dal minor apporto proteico (15,4 vs 13,6 PG % s.s.) ed energetico (0,93 vs 0,90 UFL/kg SS). Da sottolineare gli ottimi tenori in grasso e proteine del latte: il primo è risultato quasi sempre superiore a 4, mentre il secondo denuncia un calo solo ai livelli produttivi elevati. Nessuna differenza significativa, infine, tra i due trattamenti alimentari all'interno del medesimo livello produttivo, per quanto riguarda le cellule somatiche del latte (espresse come linear score), sempre inferiori alle /ml. Azoto caseinico e ureico (tab. 4) I valori riscontrati di urea nel latte sono risultati sostanzialmente in linea (leggermente superiori) a quelli previsti dai modelli di razionamento del sistema CPM Dairy. Ciò è una conferma della validità di tali modelli quale strumento di previsione delle risposte delle bovine a determinate razioni. Il tenore di urea nel latte, come prevedibile, è andato aumentando (24 vs 36 mg/dl) passando dalla dieta ipoproteica a quella con maggior contenuto in azoto, mentre le due razioni intermedie (C e TM) si sono attestate su valori tra i 28 e i 32 mg/dl. Il tenore in urea del latte è quindi correlato positivamente al tenore proteico della dieta e verosimilmente lo stesso dicasi per l urea del sangue e delle urine. Nessuna differenza significativa tra le diete in termini di azoto caseinico (nel range 76,5-77,8% dell N totale). Bilancio dell'azoto (tab. 5) Il bilancio dell azoto, calcolato con il modello CPM Dairy, sulla base della SS effettivamente ingerita, del latte realmente prodotto e del suo tenore proteico, conferma quanto riportato in letteratura (tra gli altri Flachowsky et al., 2006) e cioè che l efficienza di fissazione dell N nel latte aumenta, e parallelamente la percentuale di azoto escreto diminuisce, all aumentare del livello produttivo della bovina. Anche dal punto di vista dell impatto ambientale quindi, oltre che sotto il profilo economico, a parità di produzione (quota) conviene allevare animali ad elevata produzione ed efficienza. L aver somministrato però la stessa dieta alle bovine controllo indipendentemente dal livello produttivo, ha comportato una maggiore quota (78 vs 75% dell N ingerito) e quantità assoluta (439 vs 353 g/d) di azoto escreto rispetto alla dieta TB (a minor tenore proteico) e per contro una minore percentuale (68 vs 71% dell N ingerito) e quantità assoluta (397 vs 483 g/d) di azoto escreto rispetto alla dieta TA (a maggior tenore proteico). Analoga invece (73% dell N ingerito), com era da attendersi, l escrezione azotata per i due gruppi intermedi CM e TM. Interessante notare che, pur elidendosi le differenze a livello globale, la razione C a tenore proteico fisso determina una maggiore oscillazione nelle quote di azoto escreto all aumentare del livello produttivo ( % dell N ing.) rispetto alle razioni T che adeguano il livello proteico al livello produttivo ( % dell N ing.). 10

10 In pratica una razione costante e indipendente dal livello produttivo (la classica razione unifeed a gruppo unico per le vacche in lattazione) aumenta l escrezione azotata nelle vacche a minor produzione e la contiene in quelle ad alta produzione, peraltro penalizzate a livello produttivo da una razione simile, come visto in precedenza. Il vantaggio di un contenimento del tenore proteico della dieta e della conseguente escrezione azotata che si ottiene alle basse produzioni è invece controbilanciato dalla maggior escrezione azotata del gruppo ad alta produzione alimentato con la dieta ad elevato tenore proteico. Rese casearie I due trattamenti (C = tenore proteico costante; T = tenore proteico adeguato al livello produttivo). sono risultati praticamente uguali per tutti i parametri considerati. Lo stesso vale per la resa casearia a grana: dopo salatura la resa in formaggio grana è risultata dell 8,34%, con un tenore di grasso in caldaia del 3,57%, per entrambi i trattamenti alimentari. Conclusioni L'elevata ingestione alimentare fatta registrare dalle bovine in rapporto al livello produttivo ha contribuito a soddisfare i fabbisogni proteici degli animali a prescindere dal tenore proteico delle diete. Ciò ha mascherato l'effetto atteso di una riduzione dell'escrezione azotata conseguente all'adeguamento del tenore proteico della dieta al livello produttivo delle bovine. La prova svolta ha confermato i dati di efficienza di utilizzazione dell N alimentare di altre sperimentazioni e ha permesso di formulare la seguente ipotesi, da verificare in futuro nella pratica: formulando diete a basso tenore proteico e ad elevato contenuto in amido si stimolerebbe lo sviluppo della popolazione microbica ruminale che potrebbe fornire l eccellente proteina microbica alla bovina in quantità sufficiente a garantire elevate performance produttive riducendo al contempo l escrezione azotata. La tabella 6 illustra un esempio di tali razioni formulate con CPM Dairy: una per 26 e una per 41 litri di latte al giorno. La prima dieta contiene il 13,6% di PG e il 30% di amido sul secco e comporterebbe un escrezione azotata pari al 70% dell N ingerito (pari a 354 g/d). La seconda è caratterizzata dal 14,7% di PG e il 32,3 di amido s.s. e darebbe un escrezione di N pari al 65% dell N ingerito (pari a 374 g/d). Il rapporto NFC/PG dovrebbe essere >3, quello Amido/PG >2,2. 11

11 Tab. 1 - Analisi degli alimenti impiegati nella prova. Silomais Medica Loiessa Mais Orzo Soia Soia Integr. fieno fieno farina farina far. Es. fiocchi vit/min SS % s.t.q Cen % s.s PG % s.s Pr sol. % PG EE % s.s NDF % s.s ADF % s.s ADL % s.s Zucch. % s.s Amido % s.s Ca % s.s P % s.s

12 Tab. 2 - Composizione e analisi delle razioni impiegate nella prova. N.B.: C=Controllo; T=Trattato B=bassa produzione; M=media produzione; A=alta produzione C TB TM TA Silomais 18,00 18,00 18,00 18,00 Medica, fieno 5,50 5,50 5,50 5,50 Loiessa, fieno 2,60 2,60 2,60 2,60 Mais, farina 4,25 2,93 3,84 5,09 Orzo, farina 1,42 0,98 1,28 1,70 Soia, far. estr. 2,80 1,40 2,60 3,40 Soia fiocchi ,30 Integrat. vit/min 0,43 0,30 0,39 0,52 PG (% s.s.) 15,4 13,6 15,2 17,2 Pr sol. (% PG) 31,6 36,4 32,2 31,3 EE (% s.s.) 3,0 3,0 3,0 3,8 NDF (% s.s.) 34,3 37,7 34,9 31,5 ADF (% s.s.) 23,4 26,1 24,0 21,3 ADL (% s.s.) 4,0 4,6 4,1 3,6 Ac. org. (% s.s.) 2,9 3,3 2,9 2,5 Zucch. (% s.s.) 3,9 3,6 3,9 4,6 Amido (% s.s.) 27,3 25,6 26,7 27,4 Cen (% s.s.) 7,8 7,9 7,8 7,8 Ca (% s.s.) 0,79 0,79 0,79 0,77 P (% s.s.) 0,42 0,38 0,41 0,45 UFL/kg SS 0,93 0,90 0,92 0,98 13

13 Tab. 3 - Ingestioni alimentari e produzioni individuali di latte N.B.: C=Controllo; T=Trattato B=bassa produzione; M=media produzione; A=alta produzione Livello produttivo BASSO MEDIO ALTO Controllo Trattato Controllo Trattato Controllo Trattato Acronimo CB TB CM TM CA TA SS ingerita (kg/d) 22,9 21,7 23,4 23,2 23,9 24,9 Latte (kg/d) 19,9 19,2 26,0 25,9 38,9 41,0* Latte 4% (kg/d) 22,8 22,1 28,5 28,5 39,6 40,6* Grasso (%) 4,80 4,84 4,50 4,51 4,01 3,83* Proteine (%) 3,99 3,95 3,75 3,71* 3,11 3,13 Lattosio (%) 4,71 4,70 4,73 4,72 4,80 4,84* Cell. Som. (/1000) Grasso (g/d)) Proteine (g/d) * Lattosio (g/d) * Tab. 4 - Tenore in urea del latte di massa delle bovine in prova. N.B.: C=Controllo; T=Trattato B=bassa produzione; M=media produzione; A=alta produzione Livello produttivo BASSO MEDIO ALTO Controllo Trattato Controllo Trattato Controllo Trattato Acronimo CB TB CM TM CA TA Urea del latte prevista (mg/dl) Urea del latte effettiva (mg/dl)

14 Tab. 5 - Bilancio dell'azoto delle bovine in prova. N.B.: C=Controllo; T=Trattato B=bassa produzione; M=media produzione; A=alta produzione Livello produttivo BASSO MEDIO ALTO Controllo Trattato Controllo Trattato Controllo Trattato Acronimo CB TB CM TM CA TA NIngerito (g/d) N Latte (g/d) N Feci (g/d) N Urine (g/d) N Escreto totale (g/d) N Ingerito (% Ing) N Latte (% Ing) N Feci (% Ing) N Urine (% Ing) N Escreto totale (% Ing)

15 Tab. 6 - Composizione e analisi di razioni formulate a basso tenore proteico ed elevato tenore in amido per minimizzare l'escrezione azotata. kg latte/d Silomais 19,30 17,00 Medica, fieno 5,90 5,20 Loiessa, fieno 2,80 2,50 Mais, farina 4,18 5,04 Mais, fiocchi - 2,50 Orzo, farina 1,39 1,68 Soia, far. estr. 2,00 2,32 Soia, fiocchi 1,80 0,80 Bietola, polpe ess. 0,80 1,00 Integrat. vit/min 0,42 0,50 SS ingerita (kg/d) 23,3 24,6 PG (% s.s.) 13,6 14,7 Pr sol. (% PG) 32,9 30,7 NDF (% s.s.) 34,0 30,6 ADF (% s.s.) 23,1 20,4 ADL (% s.s.) 3,9 3,4 Amido (% s.s.) 30,0 32,3 Amido/PG 2,2 2,2 UFL/kg SS 0,94 0,99 Urea nel latte (mg/dl) N nel latte (% N ing.) N escreto (% N ing.) N escreto (g/d)

16 Indagine sulla stima dell escrezione azotata in 20 aziende lombarde di bovine da latte G. Matteo Crovetto 1, Gianni Colombari 2, Marco Bellini 3, Alberto Tamburini 1 1 Sezione di Zootecnica Agraria, Dipartimento di Scienze Animali, Università degli Studi di Milano 2 ERSAF Mantova 3 Servizi S.A.T.A. dell'a.r.a.l. Scopo dell indagine, realizzata tra marzo 2005 e febbraio 2006, è stato quello di verificare, in aziende da latte tipiche della pianura lombarda, la quantità di azoto ingerito e le quote di azoto secreto con il latte ed escreto con le deiezioni, per evidenziare eventuali fattori che possano migliorare l efficienza di utilizzazione dell azoto alimentare diminuendone così l escrezione. Questo alla luce soprattutto del recente (3/4/2006) recepimento (ai sensi dell'art. 38 del D.Lgs. 152/1999) della "Direttiva Nitrati" europea, emanata nel lontano 1991 che sancisce le norme per la utilizzazione dei reflui di allevamento a scopi agronomici fissando la quantità massima annua di azoto utilizzabile ai fini di concimazione in 340 kg/ha nelle zone non vulnerabili e in 170 kg/ha in quelle vulnerabili. E' quindi importante che tutti, allevatori e tecnici in primis, conoscano la situazione che la zootecnia da latte intensiva sta fronteggiando in tema di impatto ambientale e di escrezione azotata in particolare e che si individuino possibili soluzioni tecnico/gestionali per ottemperare alle disposizioni comunitarie. Venti le aziende monitorate, 5 per ciascuna delle province di Brescia, Cremona, Milano e Mantova, con controlli mensili della produzione quanti/qualitativa di latte, dell ingestione alimentare delle bovine in lattazione e della composizione chimica della loro razione per il calcolo dell'azoto ingerito, di quello secreto con il latte e di quello escreto con le deiezioni. In totale si sono quindi ottenuti circa 200 dati per ognuno dei parametri considerati. Nonostante l'impegno del personale preposto ai controlli aziendali, non è stato di fatto possibile un monitoraggio sufficientemente accurato e attendibile dell'ingestione e della composizione/analisi delle diete delle bovine in asciutta e del bestiame da rimonta in tutte le stalle. Si è deciso quindi di limitare l'elaborazione dei dati alle sole bovine in lattazione per le quali si avevano riscontri sicuri in tutte le aziende monitorate. I dati elaborati "per provincia" non sono riportati in quanto di scarsa utilità poiché l'esiguo numero di aziende per provincia non garantiva certo una "rappresentatività" delle stesse nei confronti della provincia di appartenenza. Le aziende monitorate invece rappresentano bene, nel loro complesso, la realtà della zootecnia intensiva da latte in pianura padana e la variabilità tra loro, indipendentemente dalla collocazione territoriale, ha consentito un'elaborazione dei dati e una discussione sui risultati ottenuti, di un certo significato. La tab. 1 riporta le medie generali e le relative deviazioni standard dei principali parametri analizzati. Mediamente le 20 aziende hanno una superficie di 64 ha, con 3,3 addetti, 101 vacche in lattazione e 2,2 vacche totali/ha; gli elevati valori di deviazione standard rivelano, come era da attendersi, una notevole variabilità delle aziende al riguardo, con valori minimi e massimi che rispettivamente per la SAU sono pari a 15 e 250, per il numero di bovine in lattazione a 34 e 353 e per il numero di bovine ad ettaro a 0,5 e 5,1. Sempre mediamente (ma le alte deviazioni standard rivelano notevoli differenze tra le aziende) il 12% della SAU è destinato a mais da granella (0-49%), il 39% a mais da trinciato o silomais (0-86%) e il 19% a erba medica (0-62%). Da evidenziare che le aziende del bresciano e, in misura leggermente minore, quelle del cremonese, hanno alte quote di superficie destinata a mais da 17

17 trinciato, mentre quelle del mantovano hanno le percentuali più alte di SAU a medica, impiegata come fieno e non come insilato (quindi con poco azoto solubile rispetto al fienosilo di medica). Per contro, le aziende si sono dimostrate abbastanza omogenee per il livello produttivo (25,7 34,8 kg latte/d) e per le caratteristiche nutritive medie delle razioni. La produzione media giornaliera di latte è stata di 30,0 kg, quella di latte corretto al 4% di grasso di 28,3 kg, con il 3,64% di grasso, il 3,33% di proteine e con un contenuto in cellule somatiche pari a 2,39 log 10 /ml e in carica batterica pari a 1,89 log 10 /ml. L ingestione media di sostanza secca (SS) è stata elevata (22,1 kg/d) e piuttosto costante nelle aziende. In proposito vale la pena sottolineare, anche se non fa parte dello scopo di tale indagine, che anche altre prove (vedi quella effettuata presso l'az. Le Cerchie, nell'ambito di questo progetto) hanno confermato che la formula: SS ingerita (kg/d) = Peso vivo (kg) x 0, Latte 4% (kg) x 0,305 dove Latte 4% (kg) = Latte (kg) x (0,4 + 0,15 x % grasso nel latte) tutt'ora impiegata da molti alimentaristi per impostare il razionamento, sottostima la reale ingestione di SS del 7-8% circa. Il tenore proteico delle razioni delle lattifere si è attestato in media sul 15,7% s.s., con un intervallo però piuttosto ampio (12,3-18,7%) in tutto il campione considerato (n=199). Anche l azoto solubile (Nsol), che è stato in media circa 1/3 dell N totale ingerito (31%), ha fatto registrare un range ampio di valori: 24-37% dell N totale per la maggior parte dei campioni. Per contro, valori piuttosto simili tra le aziende e i diversi controlli temporali hanno fatto registrare l NDF (33,9% s.s. in media), i carboidrati non fibrosi (NFC) con il 38,9% s.s. e l amido con il 28,0% s.s.. Interessante notare, riguardo all amido, che il suo tenore non scende quasi mai sotto il 25% della SS della razione (valore considerato alcuni anni fa come limite superiore da non oltrepassare per non rischiare acidosi e altre dismetabolie) e che la maggior parte delle diete fanno registrare un valore del 28% s.s.. La prima impressione che si ricava da tali dati è che le razioni delle bovine in lattazione analizzate siano mediamente ben formulate, con un limitato (ma sufficiente ai fini dietetico/ruminativi) contenuto in fibra tale da consentire un elevata ingestione di SS, un apporto proteico contenuto, ma con sufficiente azoto solubile da garantire un adeguato utilizzo dell energia prontamente fermentescibile assicurata dagli NFC e, più in particolare, dall amido. A tal proposito vale la pena considerare i rapporti tra alcuni principi alimentari e nutritivi delle diete formulate. Quello tra amido e proteine grezze (PG) è in media pari a 1,8 il che rappresenta già un valore elevato se si considera che fino a 10 anni fa, per razioni da 30 kg di latte al giorno, si formulavano diete al 25% di amido e al 17% di PG, s.s. (Am/PG=1,5). Il rapporto sale a 2,5 considerando il rapporto NFC/PG. Altro rapporto interessante quello tra l amido e l NDF: 0,84. Anche qui, una razione tipica di 10 anni fa per 30 kg di latte al giorno presentava il 35-36% di NDF s.s., con un rapporto Am/NDF pari a 0,70. Diverse razioni tra quelle analizzate nella presente indagine si stanno avvicinando a un rapporto Am/NDF=1. Il rapporto NFC/NDF si è attestato su 1,17. Infine, proprio per valutare la sincronia ruminale tra energia fermentescibile e azoto degradabile, consideriamo il rapporto tra amido e azoto solubile: Am/Nsol=5,9 o tra NFC/Nsol=8,2. Per essere più corretti bisognerebbe tenere conto, oltre che dell'azoto solubile che viene degradato in tempi brevissimi (e quindi rapportabile più agli zuccheri che all'amido), anche dell'azoto rapidamente degradabile nel tempo, ma non riteniamo il caso di spingerci così in dettaglio, almeno a questo livello. L'efficienza di produzione lattea espressa come "dairy efficiency" pari ai kg di latte prodotti/kg SS ingerita, risulta in media di 1,36, valore riportato anche in altri lavori per livelli produttivi 18

18 analoghi. Lo stesso dicasi per la quota di azoto alimentare "fissato" nel latte (28,4% in media, con la maggior parte dei valori oscillanti tra il 24 e il 34%). Quest'ultimo indice, che esprime l'efficienza di utilizzazione dell'azoto alimentare ai fini della produzione lattea, è correlato negativamente (anche se con un coefficiente di determinazione R 2 abbastanza basso) al tenore proteico della dieta (fig. 1) e in modo positivo invece, come era prevedibile, alla dairy efficiency (fig. 2). In pratica si conferma (come riscontrato anche nella prova sperimentale da noi eseguita presso l'azienda Le Cerchie) che un tenore proteico contenuto della dieta sia il primo fattore per aumentare l'efficacia di utilizzo dell'azoto alimentare da parte della bovina, riducendone così l'escrezione azotata, e che le bovine più efficienti in termini di conversione in latte della sostanza secca ingerita, sono anche le più efficienti nella resa di conversione dell'azoto ingerito in azoto del latte. Considerando il bilancio azotato delle bovine e delle aziende oggetto dell'indagine, sempre dalla tabella 1 si nota che in media una bovina in lattazione giornalmente ha ingerito 560 g di N, "fissandone" nel latte 156 ed eliminandone con le deiezioni 399 g (pari al 71% dell'n ingerito) per un totale, considerando realisticamente 10,5 mesi di lattazione e 1,5 mesi di asciutta all'anno, di 137 kg di N escreto all'anno. In tale calcolo si è stimata un'ingestione media giornaliera, da parte della bovina in asciutta, di 11 kg di SS e di un tenore proteico di tale dieta del 12% s.s. ( pari a 19,2 g di N/kg SS). Realisticamente, dicevamo, in quanto nelle aziende a zootecnia intensiva l'intervallo interparto delle bovine è mediamente di 14 mesi, l'asciutta non dura in genere più di giorni e quindi, rapportato all'anno, il periodo in cui la bovina è in lattazione è superiore ai 10 mesi standard. I valori di escrezione azotata ottenuti sono in linea, per analoghi livelli produttivi, con quelli riportati nella DGR n 8/5868 del 21/11/2007 e pubblicata sul n 49 del Bollettino Ufficiale della Regione Lombardia (BURL), come supplemento straordinario, il 6/1/2007. Infatti il BURL riporta (tab. C1) un'escrezione media di 132,4 kg di N all'anno per bovine che producano mediamente 9469 kg di latte con il 3,47% di proteine all'anno (IV quartile), a fronte dei 137,3 kg di N escreto in media dalle bovine della nostra indagine che producevano mediamente 9597 kg di latte all'anno, con un tenore proteico del latte inferiore (3,33%). Si è calcolata, infine, la quantità totale annua di "azoto al campo". Tale valore rappresenta lo scopo ultimo della presente indagine e consente un riscontro immediato della situazione delle stalle considerate rispetto alla normativa vigente (art. 38). Esso è stato calcolato dividendo la quantità totale di azoto "al campo" prodotto da ogni allevamento per gli ettari di superficie aziendale. A sua volta, l'azoto "al campo" è stato calcolato detraendo dall'azoto totale escreto la quota di azoto perso per volatilizzazione: 28% per le vacche e 30% per il bestiame da rimonta, come da dati tabulari art. 38. Per il numero di capi di rimonta è stato calcolato un loro rapporto con le vacche pari a 1:1 e per l'azoto escreto mediamente per capo di rimonta all'anno si è imputato il valore di 51 kg già impiegato per l art. 38, valore confermato da indagini e prove sperimentali effettuate Centro di ricerca per le produzioni foraggere e lattiero-casearie - Sede di Cremona. Il valore medio finale di "azoto al campo" è risultato pari a 299 kg N/ha/anno, valore che consente di rientrare nella normativa solo per le aziende ubicate in zone "non vulnerabili", ma che mostra un intervallo molto ampio tra le aziende considerate: tra i 100 e i 500 kg/ha/anno per la maggior parte delle aziende, con punte anche superiori ai 500 kg. Oltre a una descrizione generale dei dati medi ottenuti, abbiamo elaborato i dati scorporandoli per diversi parametri considerati nello studio. Tra questi, tre si sono rivelati di particolare interesse e vengono quindi qui riportati e discussi. Effetto "livello produttivo" Vengono distinti tre livelli produttivi di latte al giorno: <28 kg; kg e >31 kg. La fig. 3 riporta le caratteristiche delle aziende a seconda delle tre classi anzidette. Non c'è alcuna correlazione tra livello produttivo individuale e numero di bovine in lattazione, o numero di capi ad ettaro, o superficie aziendale, a conferma che anche aziende e stalle piccole possono avere eccellenti performance produttive. Invece sia la percentuale di SAU destinata a silomais che quella 19

19 destinata ad erba medica sono direttamente correlate con il livello produttivo, nel senso che le stalle più produttive hanno maggiori quote dei campi destinate alla produzione di questi due foraggi base nella razione delle bovine da latte. La fig. 4 mostra invece, per le tre classi di produzione anzidette, il livello di ingestione alimentare e le principali caratteristiche nutritive della razione. L'ingestione di SS è stata analoga, con un valore leggermente più alto, come atteso per le bovine più produttive (22,5 vs 21,9 kg/d). Il tenore proteico (% s.s.) della dieta aumenta passando dal gruppo a minor produzione (14,9%) a quello a produzione media (15,5%) e a quello a produzione maggiore (16,4%). Quest'ultimo fa registrare anche la minor quota di proteina solubile (30% delle PG) e, come era da attendersi, il minor livello di NDF (32,8% s.s.), il più alto tenore in amido (28,2% s.s.) e in NFC (39,5% s.s.) e il più alto rapporto "Amido/NDF" (0,9). I tenori in grasso e proteine del latte per i tre gruppi di bovine sono analoghi e lo stesso vale per i contenuti in cellule somatiche e in carica batterica (fig. 5), mentre l'efficienza lattea passa da 1,23 a 1,36 e a 1,42 per i gruppi a minore, media e maggiore produzione, rispettivamente. Il bilancio azotato, infine, (fig. 6) vede ovviamente un aumento dell'azoto ingerito, secreto con il latte ed escreto dalle bovine più produttive: annualmente le bovine delle tre classi di produzione (26,8-29,6-32,0 kg latte/d, in media) hanno una escrezione di azoto pari rispettivamente a 129, 134 e 145 kg. Tuttavia, se rapportata alla produzione lattea, l escrezione giornaliera di azoto diventa 14,0-13,9-13,6 g N/kg latte, confermando quanto dimostrato in diverse prove riportate in letteratura e cioè che, al crescere del livello produttivo, l escrezione azotata cresce ovviamente in valore assoluto, ma diminuisce per unità di prodotto (latte o carne). L'azoto "al campo" risente invece soprattutto del rapporto "capi allevati/sau" più che del livello produttivo di per sé. Effetto "rapporto Amido/PG" Le figure 7-10 illustrano i parametri descrittivi prima considerati, in base al rapporto tra amido e proteine grezze della razione (1,5-1,8-2,0). Nelle tre classi considerate il tenore proteico passa dal 16,7 al 15,7 e al 14,8% s.s., mentre quello in amido dal 25,6 al 28,3 e al 30,1% s.s., rispettivamente (fig. 8). Il contenuto in NDF e l'ingestione di SS sono analoghi per i tre gruppi. Anche la produzione quanti/qualitativa di latte è simile nei tre gruppi e la dairy efficiency addirittura identica, mentre l'efficienza di utilizzazione dell'azoto alimentare per la sintesi dell'azoto del latte aumenta linearmente all'aumentare del rapporto "Amido/PG": 26,3-28,5-30,2% (fig. 9). In sostanza, la minor ingestione di azoto (fig. 10) associata alle razioni ad alto rapporto "Amido/PG" determina una maggior efficienza di utilizzo dell'azoto alimentare, con il risultato che la secrezione di azoto con il latte rimane uguale, ma l'escrezione azotata viene fortemente ridotta ( g/d e kg/anno per le bovine delle classi 1,5-1,8-2,0, rispettivamente). Va comunque sottolineata l'elevata ingestione di SS fatta registrare dalle bovine in prova, fato questo che ha sicuramente influito sulla copertura dei fabbisogni proteici anche con diete a contenuto proteico piuttosto contenuto. Il parametro "azoto al campo", invece, pur indicando un trend favorevole nel senso appena visto, va valutato più correttamente in base al carico di bestiame per unità di superficie aziendale. Effetto "carico di bestiame" Le tre classi in cui è stato suddiviso il campione secondo il parametro "carico di bestiame" hanno in media 1,0-2,0-3,1 vacche totali ad ettaro (fig. 11). La classe "3,1" è quella con minor superficie aziendale (31 ha in media) e, non a caso, quella con la maggior percentuale e di SAU destinata alla produzione di silomais (51%), il foraggio più produttivo in termini di SS e di UFL ad ettaro. L'ingestione di SS e le caratteristiche delle diete per le tre classi sono simili (fig. 12), così come la produzione quanti-qualitativa di latte e la dairy efficiency (fig. 13). 20

20 Per quanto riguarda il bilancio azotato, infine (fig. 14), risulta evidente che, a fronte di bilanci individuali praticamente identici per le bovine delle tre classi considerate (N escreto: e 400 g/d e e 137 kg/anno), la quantità di azoto "al campo" varia moltissimo: kg/ha all'anno. E' quindi evidente che, come si poteva immaginare, il carico di bestiame ad ettaro è il fattore che più di ogni altro incide sulla quantità di azoto distribuito sui campi. Conclusioni I dati emersi dall'indagine danno un contributo alla conoscenza dei reali valori di escrezione azotata che si verificano in stalle da latte ad alta produzione nella pianura padana. Essi confermano una situazione critica, in termini di escrezione azotata, soprattutto per aziende che risultino ubicate in zone vulnerabili. Tra le aziende esistono tuttavia intervalli, in termini di quantità di azoto escreto, che lasciano ipotizzare margini di riduzione dell'impatto ambientale. Il carico di bestiame per unità di superficie agraria è di gran lunga il fattore determinante e più critico. L'alimentazione può giocare un ruolo al riguardo, ma nell'ordine del 10-15% massimo. Una riduzione del tenore proteico delle diete associata a un aumento del contenuto in amido e di carboidrati non strutturali in generale, può comportare una diminuzione dell'azoto escreto migliorando l'efficienza di utilizzazione dell'azoto ingerito. Sarebbe utile, in proposito, effettuare una sperimentazione mirata. Per rispettare i limiti di escrezione azotata posti dalla direttiva europea, nella situazione attuale della zootecnia da latte intensiva lombarda e senza trattamenti particolari dei reflui in grado di abbattere il carico azotato delle deiezioni, è ipotizzabile un numero di vacche 2,5 capi/ha nelle zone non vulnerabili e 1,3 capi/ha in quelle vulnerabili. 21

21 Tab. 1 - Caratteristiche aziendali e della razione, produzione lattea e bilancio azotato delle venti aziende monitorate (media ± dev. st.) Addetti (n) 3,3 ± 1,7 Dipendenti (n) 1,0 ± 1,1 Vacche in lattazione (n) 101 ± 67 Vacche totali (n/ha) 2,2 ± 1,0 Superficie per unità lavorativa (ha/ul) 17,6 ± 7,2 Superficie aziendale (ha) 64,1 ± 56,8 Superficie a mais granella (% ha tot) 12 ± 14 Superficie a silomais (% ha tot) 39 ± 23 Superficie a erba medica (% ha tot) 19 ± 21 Sostanza secca ingerita (SSI) (kg/d) 22,1 ± 1,7 SS unifeed (%) 56,4 ± 6,7 Ceneri (% s.s.) 7,0 ± 0,7 PG (% s.s.) 15,7 ± 1,3 N solubile (% PG) 31 ± 6 NDF (% s.s.) 33,9 ± 3,2 Amido (% s.s.) 28,0 ± 2,9 NFC (% s.s.) 38,9 ± 3,1 Amido/PG (%) 1,79 ± 0,23 Amido/NDF (%) 0,84 ± 0,12 Amido/N solubile (%) 5,89 ± 1,25 NFC/PG (%) 2,49 ± 0,28 NFC/NDF (%) 1,17 ± 0,17 NFC/N solubile (%) 8,19 ± 1,72 Produzione di latte (kg/d) 30,0 ± 3,2 Produzione di latte al 4% di grasso (kg/d) 28,3 ± 2,9 Produzione di latte totale (kg/anno) 9597 ± 1034 Grasso (%) 3,64 ± 0,26 Proteine (%) 3,33 ± 0,14 Cellule somatiche (Log 10 /ml) 2,39 ± 0,23 Carica batterica (Log 10 /ml) 1,89 ± 0,53 N nel latte (% N ingerito) 28,4 ± 3,5 Dairy efficiency (latte/ssi) 1,36 ± 0,14 N ingerito (g/d) 560 ± 63 N secreto con il latte (g/d) 156 ± 16 N escreto (g/d) 399 ± 59 N escreto totale (kg/anno) 137 ± 19 N "al campo" (kg/ha/anno) 299 ±

22 45 Fig. 1 - Relazione tra N fissato nel latte e tenore proteico della razione N fissato nel latte (% dell'ingerito) y = x (R² = 0.31) PG della razione (% s.s.) 45 Fig. 2 - Relazione tra N fissato nel latte e Dairy Efficiency N fissato nel latte (% dell'ingerito) y = x (R² = 0.44) 15 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 Dairy Efficiency (kg latte/kg SS ingerita) 23

23 Fig. 3 - Caratteristiche delle aziende per livello produttivo di latte <28 kg/d kg/d >31 kg/d ,4 1,8 2,7 Vacche in lattaz. Vacche tot./ha Superf. az. (ha) Sup. mais gran. (% ha tot) Sup. silomais (% ha tot) Sup. prato e medica (% ha tot) 45 Fig. 4 - Caratteristiche della razione per livello produttivo di latte ,9 33,9 32,8 28,2 28,2 27,2 39,5 38,9 38,0 <28 kg/d kg/d >31 kg/d 25 22,5 21,9 21, ,4 15,5 14, ,1 5,8 5,9 1,8 1,8 1,7 0,8 0,8 0,9 SSI (kg/d) PG (% s.s.) N sol (% PG) NDF (% s.s.) Amido (% s.s.) NSC (% s.s.) Amido/NDF Amido/PG Amido/N sol 24

24 ,8 29,6 32,0 Fig. 5 - Qualità ed efficienza lattea per livello produttivo di latte <28 kg/d kg/d 28,7 27,9 28,2 >31 kg/d ,67 3,67 3,59 3,38 3,30 3,33 2,36 2,41 2,37 1,23 1,36 1,42 0 Latte (kg/d) Grasso latte (%) Proteine latte (%) Log10 SCC/ml N latte (% N ing) Dairy Eff. (latte/ssi) 700 Fig. 6 - Bilancio dell'azoto per livello produttivo di latte <28 kg/d kg/d >31 kg/d N ing. per capo (g/d) N latte per capo (g/d) N tot. escreto per capo (g/d) N tot. escreto per capo (kg/anno) N al campo (kg/ha/anno) 25

25 120 Fig. 7 - Caratteristiche delle aziende per diverso rapporto Amido/PG Amido/PG <1.7 Amido/PG Amido/PG > ,5 2,2 2,0 Vacche in lattaz. Vacche tot./ha Superf. az. (ha) Sup. mais gran. (% ha tot) Sup. silomais (% ha tot) Sup. prato e medica (% ha tot) 45 Fig. 8 - Caratteristiche della razione per diverso rapporto Amido/PG 40 37,7 39,339,6 Amido/PG <1.7 Amido/PG ,9 34,2 33,5 28,3 30,1 Amido/PG > ,2 22,221,9 25, ,7 15,7 14, ,5 6,0 5,1 1,5 1,8 2,0 0,8 0,9 0,9 SSI (kg/d) PG (% s.s.) N sol (% PG) NDF (% s.s.) Amido (% s.s.) NSC (% s.s.) Amido/NDF Amido/PG Amido/N sol 26

26 Fig. 9 - Qualità ed efficienza lattea per diverso rapporto Amido/PG ,1 30,1 29,7 Amido/PG <1.7 Amido/PG ,5 30,2 25 Amido/PG >1.9 26, ,58 3,68 3,66 3,29 3,35 3,33 2,42 2,36 2,38 1,36 1,36 1,36 0 Latte (kg/d) Grasso latte (%) Proteine latte (%) Log10 SCC/ml N latte (% N ing) Dairy Eff. (latte/ssi) 700 Fig Bilancio dell'azoto per diverso rapporto Amido/PG Amido/PG < Amido/PG Amido/PG > N ing. per capo (g/d) N latte per capo (g/d) N tot. escreto per capo (g/d) N tot. escreto per capo (kg/anno) N al campo (kg/ha/anno) 27

27 Fig Caratteristiche delle aziende per diverso carico di bestiame <1.5 vacche/ha vacche/ha >2.5 vacche/ha ,0 2,0 3,1 Vacche in lattaz. Vacche tot./ha Superf. az. (ha) Sup. mais gran. (% ha tot) Sup. silomais (% ha tot) Sup. prato e medica (% ha tot) Fig Caratteristiche della razione per diverso carico di bestiame 39,4 38,9 38,1 35,3 33,9 33, ,5 28,2 27,6 <1.5 vacche/ha vacche/ha >2.5 vacche/ha 25 22,122,4 21, ,816,0 15, ,9 5,8 6,0 1,9 1,8 1,8 0,8 0,8 0,8 SSI (kg/d) PG (% s.s.) N sol (% PG) NDF (% s.s.) Amido (% s.s.) NSC (% s.s.) Amido/NDF Amido/PG Amido/N sol 28

28 Fig Qualità ed efficienza lattea per diverso carico di bestiame ,6 29,5 29,7 <1.5 vacche/ha vacche/ha 29,5 28,2 28,0 25 >2.5 vacche/ha ,67 3,56 3,69 3,31 3,30 3,36 2,48 2,40 2,32 1,34 1,37 1,36 0 Latte (kg/d) Grasso latte (%) Proteine latte (%) Log10 SCC/ml N latte (% N ing) Dairy Eff. (latte/ssi) Fig Bilancio dell'azoto per diverso carico di bestiame <1.5 vacche/ha vacche/ha >2.5 vacche/ha N ing. per capo (g/d) N latte per capo (g/d) N tot. escreto per capo (g/d) N tot. escreto per capo (kg/anno) N al campo (kg/ha/anno) 29

29 Premessa Metodi di stima dell azoto escreto dalle bovine da latte Marisanna Speroni Consiglio per la ricerca e la sperimentazione in agricoltura Centro di ricerca per le produzioni foraggere e lattiero-casearie Sede di Cremona Ai fini di un ottimale gestione delle deiezioni è importante potere stimare la quantità totale di deiezioni prodotte, le percentuali in cui queste si dividono tra fase solida e liquida e la quantità di azoto escreta con feci e urine. Nell ambito del bilancio aziendale è di particolare interesse per lo zootecnico riuscire a ridurre la quantità di nutrienti emessi dalla mandria, o in altri termini, migliorare l efficienza biologica di trasformazione di foraggi e mangimi in prodotti zootecnici. L azoto in eccesso ingerito dall animale viene escreto nelle feci e nelle urine. Un uso più efficace dell apporto proteico alimentare riduce gli acquisti di azoto alimentare, l escrezione di azoto nelle deiezioni e le relative perdite nell ambiente. Bilancio dei nutrienti ed equazioni di stima La quantità di nutrienti escreti dagli animali dipende dalla sostanza secca ingerita, dalla concentrazione in nutrienti della dieta e dalla loro digeribilità. Un metodo di stima è quello di fare un bilancio tra nutrienti ingeriti con la razione e nutrienti prodotti (con il latte o l accrescimento corporeo). Per quanto riguarda l azoto, tale metodo è quello consigliato, ai fini della applicazione della direttiva nitrati, dal rapporto dell Envinronmental Resources Management (ERM) steso su incarico della DG XI della Commissione Europea (1999). Questo metodo considera che il contenuto corporeo del nutriente sia costante nel periodo considerato e richiede di fare alcune assunzioni circa il peso, le variazioni di peso ed il loro contenuto in nutrienti. In certe condizioni, queste assunzioni sono assolutamente plausibili; ad esempio nel caso delle vacche da latte il metodo del bilancio è un metodo ormai consolidato. Il metodo del bilancio semplificato permette quindi di ottenere una stima dell azoto totale escreto con urine e feci e si basa sul presupposto che l azoto che viene ingerito e non emesso con il latte, trattenuto o perduto come variazione corporea debba essere emesso con le urine e le feci. Un altro approccio è quello di utilizzare equazioni empiriche, derivate da specifiche sperimentazioni, che stimano l escrezione del nutriente in funzione di uno o più variabili animali facilmente misurabili in azienda o in laboratorio. Da alcuni anni sono in atto una serie di sforzi a livello europeo ed internazionale per la messa a punto e l'armonizzazione di metodi di calcolo e per la raccolta di dati relativi all'ingestione, la ritenzione e l'efficienza di utilizzazione dell azoto; queste attività hanno prodotto un certo numero di equazioni di regressione per la previsione delle emissioni delle vacche da latte. Alcune equazioni per la stima dell'escrezione azotata si basano sul contenuto di azoto ureico del latte. La concentrazione di azoto in forma ureica nel latte è correlata ai contenuti di azoto ureico nel sangue e nelle urine che aumentano quando vi è un eccesso di proteina nella razione; l ammoniaca che si produce nel rumine e che non viene convertita dai microrganismi ruminali in proteina microbica, viene assorbita nel sangue attraverso le pareti ruminali; il fegato converte l ammoniaca ad urea che viene in parte rilasciata nel sangue, in parte escreta con le urine, nel latte o nei fluidi uterini, in parte riciclata nel rumine come saliva. Livelli troppo bassi o elevati di azoto ureico nel sangue indicano problemi nutrizionali. Il ritardo con il quale il profilo del livello di azoto ureico nel 30

30 latte segue quello nel sangue è di circa due ore, per cui la concentrazione di azoto nel latte è indicativo dell azoto ureico prodotto nel sangue nell intervallo tra le mungiture ed è stato classicamente utilizzato per valutare la correttezza di una razione o per stimare la quantità di azoto ureico emesso con le urine. Materiali e metodi Nell ambito del progetto interregionale Biazo, i due metodi di stima dell azoto escreto (con il metodo del bilancio e con l'applicazione di equazioni di stima) sono stati applicati allo specifico caso dell allevamento da latte dell azienda sperimentale Porcellasco del CRA di Cremona; allo scopo di verificarne la validità e l utilizzabilità, i diversi approcci sono stati applicati utilizzando i dati rilevati nel corso di alcuni esperimenti realizzati tra il 1990 e il I quattro esperimenti considerati confrontavano basi foraggere diverse oppure diversi apporti nutritivi a parità di base foraggera ed hanno fornito i dati individuali relativi a 75 bovine di razza Frisona Italiana allevate in stabulazione libera. Nelle quattro prove sono state somministrate un totale di 13 razioni diverse per base foraggera (medica o mais) e per livello proteico medio-alto (15,8-17,5% s.s.) o basso (14,2-15,4% s.s.). A 27 vacche in totale sono state somministrate diete (MEDICA) nelle quali il foraggio era costituito prevalentemente da medica insilata e affienata (38% della SS; 59-65% della quota di foraggio). A 48 bovine in totale sono state fornite diete (MAIS) a base di silomais (75% circa della base foraggera). Per 41 bovine il livello proteico è risultato essere basso (in media 15,7% s.s.) e per 34 alto (16,9% s.s.). Le diverse basi foraggere si sono associate sia ad alto sia a basso livello proteico così che è stato possibile valutare l interazione tra i due fattori. I rilevi sono stati fatti lungo l intera lattazione (dal parto alla 41 settimana di lattazione) su 20 bovine, mentre per le rimanenti i rilievi riguardavano le prime 19 settimane di lattazione. I dati individuali relativi a sostanza secca ingerita, peso vivo, contenuto proteico della razione, produzione di latte e contenuto in proteine del latte sono stati utilizzati congiuntamente per stimare l azoto escreto come bilancio tra ingerito e ritenuto o secreto (con il latte). Le stesse misure ed il contenuto di azoto ureico del latte (MUN) sono stati utilizzati singolarmente in equazioni di regressione come stimatori delle quantità di deiezioni e di azoto emesse. I dati misurati sugli animali e le stime di emissione sono stati analizzati con un modello statistico che ha permesso di fare una meta-analisi dei dati provenienti dai diversi esperimenti e di considerare correttamente la sbilanciata distribuzione delle osservazioni tra i due fattori principali: livello proteico della dieta (alto o basso) e base foraggera (MAIS o MEDICA); inoltre è stato inserito nel modello il fattore numero di parto degli animali (primipare o pluripare). Risultati Il numero di parto spiega in buona parte la variabilità di peso vivo e relativa variazione, di produzione lattea e di ingestione di sostanza secca. Com'era prevedibile le pluripare sono risultate più pesanti, hanno ingerito più sostanza secca ed hanno prodotto più latte. La produzione di latte (media=32 kg d -1 ) è risultata inferiore con le razioni a minore contenuto proteico (29.8 vs 32.9 kg d -1 ) e con le razioni a base di medica insilata (29.0 vs 33.6 kg d -1 ). La sostanza secca ingerita è risultata inferiore con la medica insilata rispetto al mais (18,0 vs 20,5 kg d -1 ), ma solo quando il livello proteico era basso; questa bassa ingestione alimentare è verosimilmente la ragione della minore produzione che si è avuta con le razioni a base di medica. 31

31 La concentrazione di azoto ureico nel latte è risultata maggiore con livelli proteici più alti, ma con un interazione con la dieta: con il mais risulta maggiore quando la PG è alta, mentre con la medica questa differenza tra i livelli proteici non esiste (tab. 1). Questo si può spiegare con il fatto che mentre le diete MEDICA presentano valori di azoto ureico bassi, ma comunque pienamente compresi in un range considerato ottimale, le diete MAIS presentano valori che pur rientrando ancora in una situazione di accettabilità si pongono agli estremi del range che viene comunemente considerato indicativo di apporti proteici ed energetici bilanciati e sincronizzati. Gli effetti della base foraggera e del livello proteico della razione sulla escrezione di azoto e sulle deiezioni vengono riassunti di seguito. 1 - Azoto escreto La media generale ricavata dall analisi dei dati sperimentali è risultata 331 g d -1 (346 vs 316 per Alto e Basso tenore in PG, rispettivamente, P<0,05). Questo valore è inferiore a quelli riportati da alcuni autori (Groff e Wu, 2005), ma è simile a quelli riportati da van Horn et al. (1994) per condizioni di produzione, ingestione e periodo di lattazione comparabili alle nostre. Il livello proteico delle razioni spiega la maggiore parte di variabilità dell azoto escreto. Un aumento medio di livello proteico di 1,2 punti percentuali (da 15,7 a 16,9%) corrisponde ad una maggiore escrezione del 9,6%. Il valore di efficienza di utilizzazione dell azoto ingerito misurata come rapporto tra azoto nel latte e azoto ingerito è risultato maggiore con le razioni MAIS (32,8 vs 29,7%) e questo concorda con quanto evidenziato da Dhiman e Satter (1997). Si è poi considerata l'escrezione azotata calcolata con l'equazione di Nennich et al. (2005), che è quella considerata dagli standard americani. L'equazione è N escreto (g/d) = 2,82 * PROD (kg/d) Il valore di azoto escreto calcolato con tale equazione è risultato influenzato dal livello proteico (439 vs 430 g/d per Alto e Basso tenore in PG nella dieta, rispettivamente, P<0,05) e dalla base foraggera (441 vs 428 g/d per mais e medica, rispettivamente, P<0,05). I dati di escrezione azotata ottenuti con questa equazione risultano superiori a quelli ottenuti con il metodo del bilancio. L'escrezione azotata è stata infine calcolata con l'equazione di Zhai et al. (2005) che hanno proposto di utilizzare il valore di azoto ureico nel latte come stimatore diretto della quantità di azoto escreto totalmente: Dove MUN = mg N/dL latte N escreto (feci + urine) (g/d) = 15,46 * MUN + 193,4 Applicata ai nostri dati l equazione proposta da ZHAI et al. (2005) fornisce un valore di azoto escreto pari a 389 g/d cioè intermedio tra quello calcolato con il bilancio e quello stimato attraverso la produzione lattea. Se ne può trarre l indicazione che la relazione tra azoto ureico nel latte e azoto escreto totale è abbastanza buona da indurre a proseguire questa strada, ma sono necessarie maggiori evidenze sperimentali per definire meglio il coefficiente di regressione. 2 - Deiezioni totali La quantità di deiezioni (D) totalmente prodotte è stata stimata a partire dal livello di produzione lattea, utilizzando le equazioni di Nennich et al. (2005): D (kg/d) = 46,2 + 0,616 * PROD (kg latte/d) 32

32 I valori stimati di deiezioni totali (feci + urine) prodotte giornalmente (67,3 vs 57,5 kg/d per Mais e Medica, rispettivamente, P<0,05, e 66,7 vs 64,8 kg/d per Alto e Basso tenore in PG della dieta, rispettivamente, P<0,05) sono risultati coerenti con quanto riportato da altri autori (van Horn et al., 1994) con livelli produttivi, ingestioni e periodi di lattazione confrontabili con i nostri. Le deiezioni totali sono state calcolate anche in funzione della sostanza secca ingerita (Nennich et al 2005): D (kg/d) = 9,4 + 2,63 * SSI (kg/d) I valori sono risultati pari a 63,1 vs 56,8 kg/d per Mais e Medica, rispettivamente, a basso tenore in PG della dieta (P<0.05). Le deiezioni calcolate come funzioni lineari della produzione lattea o della sostanza secca ingerita mostrano ovviamente andamento identico a quello delle variabili indipendenti da cui sono derivate e risultano pertanto influenzate dalla base foraggera e dal livello proteico con o senza interazioni a seconda della modalità di calcolo. 3 - Urine La quantità di urine prodotte giornalmente (U=kg/d) è stata stimata in funzione del contenuto di azoto ureico nel latte (Nennich et al. 2006): U (kg/d) = MUN (mg N/dL latte) * 0, ,1 I valori ottenuti sono simili a quelli stimati da Nennich et al. (2006) sulle osservazioni derivanti da 16 esperimenti diversi e da van Horn et al.1994, ma sono inferiori a quelli misurati da altri (Groff and Wu, 2005) con il metodo della clearance della creatinina. L analisi statistica ha evidenziato un interazione tra base foraggera e livello proteico per cui ad un maggiore livello proteico corrisponde una maggiore produzione di urine solo nel caso della dieta MAIS (tab. 1) 4 - Ripartizione dell azoto escreto La digestione determina il contenuto di azoto nelle feci, il metabolismo influenza l azoto urinario. Quando gli apporti alimentari di azoto sono limitati la maggiore quota di escrezione dell azoto si trova nelle feci, ma quando l ingestione di azoto supera certi livelli (400 g/d sulla base dello studio di Castillo et al., 2000) si ha un aumento esponenziale dell emissione di N con le urine. L azoto urinario viene facilmente volatilizzato in forma ammoniacale contribuendo ad inquinare l atmosfera. La composizione della dieta può avere effetti sulla ripartizione tra le diverse forme di escrezione. La conoscenza della quantità di azoto emessa con le urine (azoto urinario) è utile a supportare decisioni relative alla gestione delle deiezioni anche in funzione della riduzione di emissione di azoto ammoniacale nell aria. Infatti l azoto contenuto nelle urine viene velocemente convertito ad ammoniaca dall ureasi presente nell ambiente (principalmente nelle feci); per questo motivo si stanno producendo dati che permetteranno di usare direttamente il valore di azoto ureico nel latte come stimatore delle emissioni ammoniacali in atmosfera. Sono state proposte diverse equazioni per stimare l azoto urinario (kg/d) in funzione dell azoto ureico del latte. Due di queste equazioni sono ampiamente utilizzate e forniscono stime utili quando i valori di azoto ureico nel latte non sono troppo alti e il loro range non è eccessivamente ampio: N urinario (g/d) = MUN (mg/dl latte) * 12,54 (Jonker et al., 1998) N urinario (g/d) = MUN (mg/dl latte) * 17,64 (Kaufmann e St-Pierre, 2001) 33

33 Come ci si aspettava, la quota di azoto urinario è risulta maggiore con il livello alto di PG, ma vi è un interazione con la base foraggera; pertanto la differenza tra i livelli proteici risulta significativa solo nella dieta a base di insilato di mais (tab. 1). La stima dell'azoto urinario può esser fatta anche mediante la seguente equazione (Castillo et al., 2000): N urinario (g/d) = 30,4 * (e 0,0036 NI ) (Castillo et al., 2000) Dove NI = azoto ingerito (g/d) ed e= numero di Nepero (2,71828) Applicando tale equazione, l effetto della base foraggera e del livello proteico sono significativi e non vi è interazione (198 vs 169, P<0,05 per MAIS e MEDICA, rispettivamente e 203 vs 164, P<0,05, per ALTO e BASSO tenore di PG nella dieta, rispettivamente). Conclusioni L escrezione totale stimata come bilancio è risultata proporzionale al livello proteico della dieta e non significativamente diversa tra le due basi foraggere; quando invece, essa viene stimata come funzione lineare della produzione di latte ne segue ovviamente in modo identico l andamento e se ne ricava un valore di escrezione superiore nel caso della dieta MAIS, ma la maggiore efficienza grezza di utilizzazione dell azoto che è stata calcolata per le razioni a base di insilato di mais rende pienamente ragione della mancata differenza di escrezione di azoto tra le due basi foraggere. Per quanto riguarda l escrezione di azoto totale si può concludere che il metodo del bilancio è da preferire in quanto più accurato; tuttavia, poichè la produzione di latte è un dato di facile registrazione, una stima dell azoto escreto basato sul dato produttivo può rivelarsi utile. Il contenuto di azoto ureico del latte è un parametro interessante per la stima della produzione totale di urine, di azoto urinario e di azoto escreto totale. Trattandosi di un indicatore facilmente determinabile in laboratorio sia sul latte di massa, sia sul latte individuale e per il quale si stanno mettendo a punto kit e strumenti per una determinazione rapida in azienda, è prevedibile un suo uso sempre più ampio e con modelli di previsione sempre più accurati. Le possibili strategie per una più efficiente utilizzazione dell azoto alimentare ed un minore impatto sull ambiente, riguardano aspetti nutrizionali (copertura dei fabbisogni aminoacidici, sincronizzazione di energia e proteina a livello ruminale), alimentari (uso di fonti proteiche alternative, ottimizzazione dei sistemi foraggeri) e gestionali (modalità di somministrazione della dieta, verifica della adeguatezza delle razioni formulate, verifica della corrispondenza tra apporti teorici e nutrienti ingeriti). In generale, i risultati sopra riportati ci consentono di concludere che alcuni rilievi relativamente semplici da effettuare a livello aziendale quali produzione di latte e proteina, PG nella razione ed urea nel latte, possono rivelarsi, singolarmente o combinati, utili strumenti per il controllo dello stato nutrizionale dell allevamento e per conoscere l'output totale di azoto con le deiezioni. Bibliografia Castillo, A. R., E. Kebreab, D. E. Beaver, e J. France A review of efficiency of nitrogen utilization in lactating dairy cows and its effect with environmental pollution. J. Anim. Feed Sci. 9:1 32 Dhiman, T. R., and L. D. Satter Yield response of dairy cows fed different proportions of alfalfa silage and corn silage. J. Dairy Sci. 80: European Commission-Directorate General XI (1999). Establishment of criteria for the assessment of the nitrogen content of animal manures. Phase II. 34

34 Groff, E. B. e Wu Z. J Milk Production and Nitrogen Excretion of Dairy Cows Fed Different Amounts of Protein and Varying Proportions of Alfalfa and Corn Silage. J. Dairy Sci. 88: Jonker, J. S., R. A. Kohn, e R. A. Erdman Using milk urea nitrogen to predict nitrogen excretion and utilization efficiency in lactating dairy cows. J. Dairy Sci. 81: Kauffman, A. J., e N. R. St-Pierre The relationship of milk urea nitrogen to urine nitrogen excretion in Holstein and Jersey cows. J. Dairy Sci. 84: Nennich T. D., Harrison J. H., VanWieringen L. M., Meyer D., Heinrichs A. J., Weiss W. P., St- Pierre N. R., Kincaid R. L., Davidson D. L., Block E Prediction of Manure and Nutrient Excretion from Dairy Cattle. J. Dairy Sci. 88: Nennich, T. D., J. H. Harrison, L. M. VanWieringen, N. R. St-Pierre,R. L. Kincaid, M. A. Wattiaux, D. L. Davidson, and E. Block Prediction and evaluation of urine and urinary nitrogen and mineral excretion from dairy cattle. J. Dairy Sci. 89: Van Horn, H. H., Wilkie, A. C., Powers, W. J., Nordstedt, R. A Components of Dairy Manure Management Systems. J. Dairy Sci. 77: Zhai S.W., Liu J.X., Ma Y. (2005): Relation between milk urea content and nitrogen excretion from lactating cows. Acta Agric. Scand., Sect. A-Animal Sci., 55, Tab. 1 - Quantità di urine prodotte e di azoto urinario escreto stimati in funzione del tenore di azoto ureico nel latte, a seconda della base foraggera e del tenore proteico della dieta. Base foraggera Livello di PG N ureico latte Urine 1 N urinario 2 N urinario 3 nella dieta (mg/dl) (kg/d) (g/d) (g/d) Mais Basso 11 ± 0,3 a 23 ± 0,2 a 137 ± 4 a 193 ± 5 a Mais Alto 15 ± 0,3 c 25 ± 0,2 c 181 ± 4 c 255 ± 6 c Medica Basso 13 ± 0,3 b 24 ± 0,2 b 160 ± 4 b 225 ± 6 b Medica Alto 12 ± 0,3 b 24 ± 0,2 b 156 ± 4 b 220 ± 6 b 1 Urine escrete stimate in funzione del contenuto di N ureico nel latte 2 Jonker et al., Kaufmann e St-Pierre,

35 Perdite di azoto per volatilizzazione negli allevamenti di bovini da latte Pierluigi Navarotto e Marco Porro Dipartimento di Scienze e Tecnologie Veterinarie per la Sicurezza Alimentare (VSA) Università degli Studi di Milano Introduzione. L attività sperimentale del lavoro svolto dal Gruppo di Bioingegneria ha avuto lo scopo di indagare le emissioni di ammoniaca dai ricoveri di due diverse tipologie di stalle per bovini da latte e determinare le emissioni di ammoniaca provenienti dallo stoccaggio del liquiletame prodotto nel ricovero. Con questo scopo si sono indagate diverse aree funzionali di una stalla con cuccette groppa a groppa (su paglia trinciata e truciolo) con sistema di pulizia a flushing e presso una stalla in cui la stabulazione era su cuccette con paglia e sistema di pulizia delle corsie mediante raschiatori meccanici. Descrizione dei ricoveri monitorati 1 - Ricovero con cuccette groppa a groppa su paglia trinciata e truciolo e sistema di pulizia delle corsie di tipo flushing Il corpo principale della stalla è strutturato per ospitare 80 vacche da latte in stabulazione libera con zona di riposo a cuccette groppa a groppa su paglia trinciata fine (5 cm) e truciolo e la pulizia avviene mediante ricircolo del liquame (flushing). In esso, la zona mungitura, le zone di stabulazione e la corsia di foraggiamento sono accorpate all interno di un'unica di un unica struttura a pianta rettangolare, con asse longitudinale orientato in direzione NE/SW (figura 1). Nel complesso, la struttura portante coperta è del tipo a due falde simmetriche con superficie in proiezione orizzontale di 1441m 2. La ventilazione del ricovero è garantita dal cupolino centrale e dall assenza di tamponamenti laterali. La corsia di smistamento fra le due file di cuccette è larga 2.90 m: le 77 cuccette, delimitate da battifianchi a bandiera in tubolare di acciaio zincato, sono di tipo piano in cemento e ogni cuccetta è larga 1.20m e lunga 2.53m. La corsia di alimentazione è separata dalla zona di riposo da un muretto in calcestruzzo alto 1m e, dalla corsia di foraggiamento, dalla rastrelliera di tipo auto catturante con 79 posti mangiatoia. Nella stalla non sono presenti stazioni per la distribuzione del mangime concentrato ed il mix di alimento è distribuito mediante carro unifeed due volte al giorno: la prima, durante la mungitura del mattino, e la seconda appena prima della mungitura del pomeriggio. Le operazioni di mungitura hanno inizio alle ore 05:00 e alle ore 15:00. A seguito della mancanza di distributori automatici, la somministrazione dell alimento avviene solo lungo la corsia di foraggiamento in orari prestabiliti per cui si verifica un occupazione differenziata delle diverse aree funzionali durante la giornata. Infatti, durante la distribuzione dell alimento, e fino alle ore 10:00, la corsia di alimentazione è altamente frequentata; successivamente le presenze calano e gli animali tendono a trasferirsi nella zona di riposo e ad occupare le cuccette fino alla nuova distribuzione dell alimento che avviene verso le ore 15:00. 36

36 Figura 1: Planimetria del ricovero con cuccette groppa a groppa su paglia trinciata e truciolo e sistema di pulizia delle corsie di tipo flushing utilizzata per la sperimentazione La corsia di alimentazione e quella di smistamento sono realizzate con pavimentazione piena in calcestruzzo rigato antiscivolo con pendenza del 3%; la pulizia avviene 2 volte al giorno mediante flussaggio superficiale di liquame chiarificato. La frequenza di flussaggio è bi-giornaliera, in corrispondenza degli orari di mungitura. La durata delle operazioni è di circa 10 secondi per corsia ed avviene azionando manualmente una leva che apre una condotta in PVC di diametro pari a 355 mm. La portata della condotta é pari a 0.5 m 3 /s per cui si crea un fronte d'onda di lavaggio di circa 0.1 m di altezza con velocità media di avanzamento intorno a 1.5 m/s. Le deiezioni degli animali sono così allontanate verso un collettore trasversale, posto nella testata Sud del ricovero, e raccolte in una vasca di equalizzazione interrata, profonda 5 m e di diametro 4.5 m. Il liquame è poi sollevato fino ad arrivare ad un separatore solido-liquido, di tipo a compressore elicoidale, per ottenere una frazione solida, da stoccare in platea, ed una frazione liquida, da pompare in un primo bacino di sedimentazione fuori terra di diametro pari a 10 m ed altezza 4 m. Il chiarificato dalla prima vasca viene in seguito pompato in una seconda vasca ma ad un'altezza piezometrica di 6 metri superiore rispetto al piano di calpestio degli animali, situata sul versante Ovest a lato della stalla. AI ciclo di lavaggio successivo, all'azionamento manuale della leva, il liquame chiarificato e stabilizzato scende per forza di gravità lungo la condotta in PVC generando l'onda di flushing. 2 - Stalla con cuccette con paglia e sistema di pulizia delle corsie mediante raschiatori meccanici. La seconda azienda agricola in cui sono state condotte le prove ospita 65 vacche da latte in stabulazione libera su cuccette a paglia disposte "groppa a groppa", per un totale di 75 poste; le due file di cuccette sono separate da una corsia di smistamento centrale larga 3.6 m e lunga 50 m (figura 2). Ogni cuccetta misura 1.30 m di larghezza e 2.30 m di lunghezza. Le cuccette, delimitate da battifianchi a "bandiera" in tubolare d'acciaio zincato, sono del tipo "piano" con cassonetto con 37

37 funzione sia di contenimento della lettiera sia di cuscino. Per il mantenimento delle cuccette vengono utilizzati circa 2 kg/capo giorno di paglia. Questa è disposta dall'operatore in testa alle cuccette e la sua successiva distribuzione all'interno di ogni cuccetta avviene grazie al movimento degli animali. Figura 2: corsia di foraggiamento (a sinistra) e corsia di alimentazione (a destra) del ricovero con cuccette con paglia e sistema di pulizia delle corsie mediante raschiatori meccanici La zona mungitura, le zone di stabulazione e la corsia di foraggiamento sono accorpate all'interno di un'unica struttura a pianta rettangolare (17.7 m x 57.6 m), con asse longitudinale orientato secondo la direzione Nord-Sud; le vacche in fase di asciutta, gli animali destinati alla rimonta e le manze sono alloggiate in altre strutture aziendali. La struttura portante principale è del tipo a travi a due falde e pilastri in cemento armato con tamponamenti fissi su tre lati in laterizi forati mentre sul quarto lato si hanno tamponamenti mobili in legno e policarbonato che nel periodo estivo sono rimossi per aumentare la ventilazione nel periodo estivo. Il pacchetto di copertura della stalla è costituito da ondulati in fibrocemento e da una controsoffittatura interna in legno lamellare. La ventilazione invernale é garantita dalla presenza di una fessura di colmo protetta da apposito cupolino a due falde. Quattro passaggi trasversali intercalati alle cuccette, poste a ridosso della corsia di alimentazione, consentono il collegamento fra la corsia di smistamento e zona di alimentazione (larga 3.3 m e lunga 57.6 m) nonché l'ingresso e l'uscita delle vacche dalla sala di mungitura. Nella corsia di alimentazione e nella zona di smistamento è stata realizzata una pavimentazione piena in calcestruzzo "rigato antiscivolo", con pulizia automatica mediante raschiatori meccanici del tipo ad asta rigida, a ribaltina, azionati da propulsori meccanici. L operazione di pulizia avviene due volte al giorno in corrispondenza degli orari delle mungiture, alle ore 6:30 ed alle ore 17:00 circa, e ciascun ciclo di raschiamento ha una durata di circa 20 minuti. La zona di alimentazione è separata dalla corsia di foraggiamento da una rastrelliera di tipo auto catturante, con 75 posti in rastrelliera della larghezza di 0.76 m cadauno. Il foraggio è somministrato ad libitum mediante carro srotola-trincia ballone. La corsia di foraggiamento a servizio della zona di alimentazione, lungo il Iato Est, è larga 4.5 m e comprende una mangiatoia di tipo piano. Sono altresì presenti 4 stazioni, ad alimentazione singola, per l'erogazione dell'alimento concentrato. Il corpo mungitura, posto nella porzione Sud-Ovest del fabbricato, è suddiviso in due settori: il primo comprende la zona d'attesa e la sala di mungitura, il secondo la sala latte e gli altri locali di servizio annessi alla sala di mungitura. Dalla corsia di alimentazione si accede alla zona di attesa, e quindi alla sala di mungitura, del tipo a spina di pesce con poste. I reflui rimossi dalla corsia di smistamento, costituiti da liquame frammisto alla paglia che il calpestio degli animali ha fatto cadere dalle cuccette, sono veicolati nella cunetta posta all'esterno della testata Nord della stalla nella quale un nastro trasportatore meccanico a palette a moto 38

38 alternato alimenta un elevatore a forche che forma il cumulo nella platea pavimentata in battuto di calcestruzzo (lato 14 m x 14 m, provvista di muretto di contenimento - figura 3). Dalla corsia di alimentazione viene invece allontanato un liquiletame che, sospinto dal raschiatore, cade in una vasca di stoccaggio esterna situata ad una decina di metri dal ricovero (figura 3). La vasca, in cemento armato e completamente interrata, ha un diametro di 14 m ed una profondità di 5 m (770 m 3 ) e riceve anche il percolato dal cumulo di letame stoccato in platea. Figura 3: particolare della vasca contenente il liquiletame allontanato dalla corsia di alimentazione (a sinistra) e cumulo di letame proveniente dalla corsia di smistamento (a destra). Misura dell emissione di ammoniaca dai ricoveri per bovini da latte e dagli stoccaggi di liquiletame In genere, le emissioni dai ricoveri, sono calcolate sulla base della differenza di concentrazione del gas nell aria monitorata nei punti di ingresso e di uscita dal ricovero e del volume di ricambio. Nel caso dei ricoveri per vacche da latte, sia per le dimensioni che per la mancanza di un sistema di ventilazione artificiale e di sezioni ben definite di passaggio dell aria di ventilazione, la metodologia descritta in precedenza non può nella pratica essere applicata. Pertanto, nell attività in esame, si optato per l utilizzo della tecnica applicata per lo studio dei flussi emissivi da superfici non convogliate chiamata chamber method (Brewer et al., 1999; Hornig et al, 1999; Pedersen et al., 2001). 1 - Tecnica di misura e strumentazione utilizzata Questa tecnica di misura consiste nel creare, al di sopra della superficie emittente, uno spazio chiuso all interno del quale si concentrano i gas emessi (figura 4). Figura 4: Raccordo di base (a sinistra) e camera di saturazione (a destra) utilizzata per la misura da superfici a emissione diffusa. E messo in evidenza lo strumento di analisi dei gas utilizzato. 39

39 All interno della camera si ha quindi, in un primo intervallo di tempo, l aumento progressivo della concentrazione del gas sino a raggiungere un valore costante asintotico, che evidenzia l instaurarsi di un equilibrio fra la pressione parziale del gas nell aria all interno della camera e la tensione di vapore del gas disciolto nel liquame. Il coefficiente angolare della retta di regressione costruita nel tratto lineare della curva di saturazione (Figura 5) rappresenta la potenzialità emissiva della superficie. Concentrazione di ammoniaca [mg/m 3 ] y = 1297,3x + 1,2029 R 2 = 0, Tem po trascorso [m in] Figura 5: esempio di curva di saturazione con la relativa retta di regressione lineare. La linearità e, conseguentemente, la significatività della retta di regressione costruita considerando meno 3 punti della curva di saturazione, sono state verificate grazie ai i test statistici di inferenza di Fisher e t di Student. Il flusso emissivo E [g di gas m -2 h -1 ] dei diversi punti indagati è stato calcolato con la seguente relazione: ove: c V E = t A - c/ t =gradiente di concentrazione nel tempo del tratto rettilineo - V SdT = volume dello spazio al di sopra della superficie emittente - A = superficie emittente SdT La determinazione della concentrazione di gas nell aria presente nello spazio di testa (volume d aria compreso all interno della camera di saturazione) è stata eseguita utilizzando un analizzatore Bruël & Kjær mod.1302 in grado di rilevare la concentrazione istantanea dei gas all interno della camera di saturazione in base al metodo di misura fotoacustica ad infrarossi. 2 - Misura dell emissione di ammoniaca dagli stoccaggi di liquiletame La volatilizzazione dell ammoniaca dalle superfici dei liquami stoccati in azienda è, dopo la distribuzione in campo, una delle principali cause di perdita di azoto dagli effluenti zootecnici (Amon et al., 2006) per la cui determinazione è necessario ricorrere a tecniche di misura che permettano di tenere sotto controllo i principali fattori ambientali in grado di condizionare il processo di volatilizzazione dell ammoniaca e di altri gas in atmosfera: per questo si è utilizzato un tunnel a vento flottante con caratteristiche dinamiche in grado di ricreare automaticamente all interno della camera di ventilazione condizioni di velocità dell aria uguali a quelle ambientali. 40

40 La tecnica del tunnel a vento è stata sviluppata da molti ricercatori europei (Lockyer, 1984; Braschkat et al., 1993; Lorenz and Steffens, 1997; Meissinger et al., 2001) per le prove di emissione da distribuzione in campo e successivamente adattata, con l utilizzo di sistemi galleggianti di diversa forma, anche allo studio delle emissioni da vasche e lagune di stoccaggio degli effluenti zootecnici. Questa tecnica offre il vantaggio di effettuare misure in situazioni di minimo disturbo del substrato emissivo e su superfici di ampiezza significativa (0.3-1 m 2 ). Gli svantaggi di questa tecnica sono rappresentati dalla forzatura di velocità dell aria all interno della camera di ventilazione e dall alto costo di realizzazione ed operativo. Per ricreare all interno della camera di misura un flusso d aria convogliato simile alla ventosità naturale del sito, è stato adottato un ventilatore centrifugo con motore trifase la cui portata è tale da generare nella camera di misura velocità dell aria variabili da 0.1 a 2 m/s ( m 3 /h). La regolazione della velocità di rotazione della girante è stata ottenuta con un inverter monofase controllato da un PLC (Programmable Logic Controller), supervisionato da un software, appositamente prodotto, in grado di elaborare i segnali di un anemometro a palette posizionato ad un altezza di 20 cm dalla superficie emittente e ad una distanza di 2 m. Un anemometro a ventolino posizionato nel condotto di ingresso dell aria, ed uno in uscita, permettono di verificare l effettiva portata d aria insufflata ed espulsa. La regolazione del ventilatore tiene conto delle variazioni di velocità del vento con una logica PD (Proporzionale Derivativa) che permette di smorzare le raffiche più intense. Il sistema permette di registrare tutti i parametri ambientali che influenzano l emissione: temperatura e umidità relativa dell aria entrante ed uscente, temperatura della superficie emissiva, velocità aria all interno della camera di misura e ventosità ambientale. Per le misure su vasche e lagoni di liquame il sistema dispone di una serie di quattro galleggianti che permettono di regolare la linea di galleggiamento. La figura 6 mostra le strumentazioni, utilizzate nella sperimentazione, in condizioni operative. Figura 6: Condizioni operative di installazione del tunnel a vento utilizzato per il monitoraggio sulla vasca di stoccaggio del liquiletame bovino Le attività sperimentali hanno riguardato lo studio delle emissioni di ammoniaca dalla vasca di stoccaggio a servizio del ricovero delle vacche in lattazione, che raccoglie sia il liquiletame prodotto nella corsia di alimentazione che il percolato della platea di stoccaggio del letame. Tale vasca riceve due volte al giorno il liquame fresco, in corrispondenza delle operazioni di mungitura. La stessa vasca è utilizzata come stoccaggio e da questa il liquiletame viene aspirato direttamente con carro-botte e distribuito in campo quando la gestione aziendale ed il periodo dell anno lo permettono. Questo comporta notevoli escursioni dell altezza del liquame nella vasca ed agevola la formazione di una spessa crosta superficiale. La miscelazione, effettuata mediante elica collegata alla presa di forza di un trattore, ha luogo solo prima di ogni svuotamento e comunque poche volte all anno. Al fine di monitorare le emissioni di ammoniaca dalla superficie, due pompe prelevano in continuo una frazione di aria attraverso due linee di campionamento ben distinte. La prima dal flusso, filtrato dai carboni attivi, che entra nel wind tunnel (fondo), la seconda dal camino che 41

41 raccoglie l aria in uscita dopo avere lambito la superficie del liquame all interno della camera di misura arricchendosi di ammoniaca. In queste si è quindi determinata la concentrazione di NH 3. Nella prima parte della sperimentazione il wind tunnel è stato posizionato nella vasca di stoccaggio in cui il liquiletame non era miscelato da mesi: il refluo stoccato era dunque altamente stratificato e disomogeneo con una crosta superficiale assai spessa ad elevato contenuto di sostanza secca, ciò a seguito della risalita in superficie della fibra contenuta nelle deiezioni bovine e della paglia aggiunta dagli animali nonché dell effetto dell irraggiamento solare che, nel periodo estivo, ha indotto un elevato grado di essiccazione dello strato superficiale. Alcuni giorni dopo l inizio del secondo periodo di monitoraggio si è provveduto alla miscelazione del liquiletame contenuto nella vasca, alla rottura della crosta superficiale ed alla sua completa omogeneizzazione così da potere monitorare l emissione di ammoniaca dallo stoccaggio da una condizione iniziale di assenza di crosta sino alla situazione di quasi completa riformazione. Sollevato il wind tunnel, sono stati poi eseguiti due campioni di crosta superficiale: uno sulla crosta sottostante al wind tunnel nella camera di flussaggio, l altro in una zona a fianco ed indisturbata. Un terzo campione è stato prelevato dalla superficie del vascone dopo la miscelazione. Le caratteristiche chimiche di questo terzo campione dimostrano come in superficie vi sia un refluo a bassa percentuale di sostanza secca ed elevato contenuto di N-NH 4 +, tipico della frazione liquida delle deiezioni bovine, ma con un NTK notevolmente inferiore rispetto al campione di liquiletame fresco. Durante la seconda prova, oltre al campione di liquiletame fresco in arrivo dalla corsia, sono stati prelevati altri due campioni: uno di crosta riformatasi durante la settimana sotto al wind tunnel e un secondo, sempre di crosta, ma riformatasi all esterno della camera di flussaggio. Nelle prove condotte, la velocità del flusso d aria attraverso lo spazio di testa del floating wind tunnel è stata impostata a 0.30 m/s e mantenuta costante dal PLC anche al variare delle condizioni meteo esterne. Il valore di 0.30 m/s è stato scelto perché rappresenta la situazione media e più frequente di ventilazione superficiale di una vasca di stoccaggio interrata. Risultati della sperimentazione 1 - Emissioni dai ricoveri per bovini da latte Il monitoraggio delle emissioni in atmosfera di ammoniaca, metano, protossido d azoto e anidride carbonica dalle varie aree funzionali del ricovero è stato condotto analizzando l emissione di questi gas dalla corsia di alimentazione, da quella di smistamento e dalle cuccette registrando, contemporaneamente, i principali parametri microclimatici dell interno del ricovero (temperatura e umidità relativa dell aria, temperatura della superficie emissiva). Ricovero con cuccette groppa a groppa su paglia trinciata e truciolo e sistema di pulizia delle corsie di tipo flushing Nelle zone di riposo i risultati hanno evidenziato valori delle emissioni del tutto trascurabili e praticamente nulli. Ciò va sicuramente messo in relazione con la presenza della paglia che, nelle cuccette, resta sostanzialmente pulita. Per ciascuna altra zona del ricovero (corsia di alimentazione e corsia di smistamento) si sono scelti tre punti di campionamento che permettessero di coprire la variabilità delle condizioni di sporcamento isolando, in ognuno di essi, una superficie emittente di 0.36 m 2. Il monitoraggio delle condizioni ambientali (tabella 1) ha mostrato all interno del ricovero una temperatura media di 19 C (con umidità relativa dell aria del 67%), e una temperature media della superficie emissiva delle corsie pari a 19.1 C. 42

42 Tabella 1: Parametri ambientali rilevati nelle delle diverse aree stabulative. Corsia di alimentazione Corsia di smistamento Temperatura della superficie emissiva [ C] Temperatura aria [ C] Umidità relativa [%] Dato medio: In tabella 2 sono riportate le quantità dei gas monitorati emesse giornalmente da un metro quadro di superficie e rilevate con la tecnica della chamber method : si può vedere come l emissione di ammoniaca dalla corsia di alimentazione (5.95 g/m 2 giorno) sia solo di poco superiore a quella emessa dalla corsia di smistamento (4.73 g/m 2 giorno). Infine, in tabella 3, si riportano le emissioni totali dei gas (kg capo -1 anno -1 ) calcolate su di una superficie specifica per animale di 2.8 m 2 nella corsia di alimentazione e di 2 m 2 in quella di smistamento. Tabella 2: Emissione di ammoniaca e di gas ad effetto serra (metano, protossido di azoto e biossido di carbonio) provenienti dalle diverse aree stabulative. Emissione dei composti analizzati dalle superfici [g/m 2 giorno] NH 3 N 2 O CO 2 CH 4 Corsia di alimentazione Corsia di scorrimento Tabella 3: Emissione di ammoniaca e di gas ad effetto serra (metano, protossido di azoto e biossido di carbonio) provenienti dalle diverse aree stabulative. Emissione totale dei composti analizzati [kg capo -1 anno -1 ] NH 3 N 2 O CO 2 CH 4 Corsia di alimentazione Corsia di scorrimento Totale

43 Ricovero con cuccette con paglia e sistema di pulizia delle corsie mediante raschiatori meccanici Anche per questa azienda, in cui è impiegata la paglia nelle cuccette della zona di riposo, i valori di emissione dei gas sono risultati molto bassi: anche in questo caso, il continuo rinnovo della paglia ed il suo allontanamento dalla cuccetta, anche grazie all azione dell animale, determinano un ridottissimo fattore di emissione che, nel caso dell ammoniaca arriva ad essere praticamente nullo. Le rilevazioni microclimatiche eseguite all interno del ricovero (tabella 4) mostrano una temperatura media dell aria di 20.5 C (con umidità relativa del 79%), e una temperatura media della superficie emissiva della corsia di smistamento pari a 18.9 C. Lungo la corsia di alimentazione, il primo punto di misura è stato scelto sul lato opposto alla rastrelliera, dove le deiezioni sono più solide e abbondanti; il secondo, è stato preso nella parte centrale della corsia dove, per la pendenza trasversale e la presenza della canaletta di scorrimento dell asta del raschiatore, è maggiore la frazione liquida; infine, il terzo punto di campionamento è stato scelto nella parte a lato della rastrelliera dove le deiezioni, soprattutto quelle solide, sono meno abbondanti. Nella corsia di smistamento fra le cuccette, invece, la parte più solida delle deiezioni (più ricca di paglia) si accumula ai lati: si sono quindi effettuate una misura per ciascun lato, nelle zone più asciutte e ricche di paglia, mentre la terza è stata eseguita nella porzione centrale della stessa, maggiormente sporca di urine. I risultati di questo monitoraggio (tabella 5) mostrano che l emissione di NH 3 dalla corsia di alimentazione (9.20 g/m 2 giorno) risulta notevolmente superiore a quella emessa dalla corsia di smistamento (5.40 g/m 2 giorno). Tabella 4: Parametri ambientali monitorati delle diverse aree stabulative dell azienda dotata di raschiatori meccanici Corsia di alimentazione Corsia di smistamento Temperatura della superficie emissiva [ C] Temperatura aria [ C] Dato medio: Umidità relativa [%] Tabella 5: Emissione di ammoniaca e di gas ad effetto serra (metano, protossido di azoto e biossido di carbonio) provenienti dalle diverse aree stabulative. Emissione dei composti analizzati dalle superfici [g/m 2 giorno] NH 3 N 2 O CO 2 CH 4 Corsia di alimentazione Corsia di smistamento

44 In tabella 6, infine, sono riportate le emissioni totali dei gas emesse annualmente per capo calcolate considerando, per la corsia di alimentazione, una superficie specifica di 2.9 m 2 per animale e, per la corsia di smistamento tra le cuccette, una superficie specifica di 2.8 m 2 /capo. Tabella 6: Emissione di ammoniaca e di gas ad effetto serra (metano, protossido di azoto e biossido di carbonio) provenienti dalle diverse aree stabulative. Emissione totale dei composti analizzati [kg capo -1 anno -1 ] NH 3 N 2 O CO 2 CH 4 Corsia di alimentazione Corsia di smistamento Totale Emissione dallo stoccaggio di liquiletame L andamento dell emissione giornaliera di ammoniaca dalla superficie del vascone di stoccaggio (g m -2 giorno -1 ) misurata durante la prima prova è riportato in figura 7. Nelle prime 24 ore, dopo il posizionamento del tunnel a vento galleggiante (figura 6), l emissione di ammoniaca è relativamente alta (1.40 g m -2 giorno -1 ) dovuta alla fessurazione della crosta superficiale durante il posizionamento dell apparato di misura. Nei giorni a seguire l emissione è scesa, da un valore di 0.62 g m -2 giorno -1 fino ad un valore tendente a zero. 50,0 1,60 Temperatura ( C) 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 NH3(g/m2 giorno) 0, Giorno Temperatura aria Piovosità Emissione Figura 7: Emissione di ammoniaca dalla superficie della vasca di stoccaggio [g/m 2.giorno], temperatura ambiente [ C] e piovosità [mm/giorno] durante la prima prova. Al termine della misurazione sono stati prelevati ed analizzati due campioni di crosta superficiale (tabella 7): uno relativo alla porzione al di sotto della camera di flussaggio, l altro in una zona indisturbata a fianco. Un terzo campione è stato infine prelevato dalla superficie del 0,00 45

45 vascone medesimo dopo averne miscelato il contenuto: le caratteristiche chimiche di questo terzo campione (Tab. 7) dimostrano come, in superficie, il refluo abbia una bassa percentuale di sostanza secca ed un elevato contenuto di azoto ammoniacale (N-NH 4 + ), tipico della frazione liquida delle deiezioni bovine, con un azoto totale (NTK) notevolmente inferiore rispetto al campione di liquiletame secco. Tabella 7: Caratteristiche del liquiletame bovino tal quale e della crosta della vasca di stoccaggio nella prima prova. Dopo miscelazione Crosta sotto WT Crosta attorno WT ph [-] Solidi Totali Solidi Volatili Azoto Totale Kieldahl (NTK) Azoto ammoniacale (N-NH 4 + ) [g/kg tq] [%tq] [g/kg tq] [%ST] [mg/kg tq] [%ST] [mg/kg tq] [%NTK] Nella seconda prova, prima di riposizionare il wind tunnel, la superficie dello stoccaggio è stata resa altamente emissiva miscelando il contenuto del vascone con un elica e rompendo così lo strato di crosta superficiale che vi si era formato: in questo modo è stato rilevato un repentino incremento dell emissione di NH 3 che, nei primi due giorni, è passata da 4.23 g m -2 giorno -1 a 4.68 g m -2 giorno -1 (figura 8). La spontanea formazione della crosta e il suo costante e naturale ispessimento, hanno successivamente determinato una caduta del tasso di emissione superficiale giornaliero (figura 8). Durante la seconda prova, oltre al campione di liquiletame fresco in arrivo dalla corsia, sono stati prelevati altri due campioni: il primo, costituito dalla crosta riformatasi durante la settimana sotto al wind tunnel, il secondo, sempre di crosta superficiale, ma riformatasi all esterno della camera di misurazione. Le analisi di questi campioni (tabella 8) mostrano che la presenza del tunnel a vento galleggiante non ha significativamente influito sulla riformazione della crosta superficiale e che i risultati delle analisi condotte sui campioni di crosta di 5 giorni siano del tutto simili a quelli dei due campioni di crosta di qualche mese (tabella 7) tranne che per l azoto ammoniacale N-NH 4 + che dunque risulta essere l indice della loro recente formazione. 46

46 25 5,00 4, ,00 3,50 Temperatura ( C) ,00 2,50 2,00 NH3 (g/m2 giorno) 1,50 5 1,00 0,50 0 0, Giorno Piovosità Temperatura Emissione Figura 8: Emissione di ammoniaca dalla superficie della vasca di stoccaggio [g/m 2.giorno], temperatura ambiente [ C] e piovosità [mm/giorno] durante la seconda prova. Tabella 8: Caratteristiche della crosta della vasca di stoccaggio e del liquiletame in ingresso dalla corsia di alimentazione nella seconda prova. Liquame fresco in arrivo Crosta sotto WT Crosta attorno WT ph [-] Solidi Totali Solidi Volatili Azoto Totale Kieldahl (NTK) Azoto ammoniacale (N-NH 4 + ) [g/kg tq] [%tq] [g/kg tq] [%ST] [mg/kg tq] [%ST] [mg/kg tq] [%NTK] In primavera è stata infine eseguita una terza prova per valutare l effetto della stagionalità sull emissione di ammoniaca dalla vasca di stoccaggio e i risultati di questo monitoraggio sono riassunti in figura 9. In assenza di pioggia, nella prima settimana del rilievo, si è misurata un emissione media di ammoniaca di 0.74 g m -2 giorno -1 ; nei giorni a seguire, in cui sono caduti circa 32 mm di pioggia, l emissione misurata è salita ad un valore di 1.1 g m -2 giorno -1. Questo 47

47 andamento è del tutto opposto a quanto rilevato nel corso della prima prova (figura 7) ed è spiegabile dal fatto che, nelle condizioni di svolgimento di quella prova, l elevata piovosità degli ultimi giorni potrebbe aver favorito la riduzione dell emissione dell ammoniaca fino ad un valore valore tendente a zero sia a causa dell andamento decrescente della temperatura ambiente, ma soprattutto a causa della pioggia che ha imbibendo la crosta superficiale, ne occlude gli spazi liberi adsorbe le molecole di ammoniaca. Viceversa proprio la pioggia caduta durante il periodo primaverile potrebbe, in questa terza prova, avere favorito la fessurazione della crosta determinando quindi un incremento dell emissione dallo stoccaggio rispetto ai giorni precedenti. 1,4 35 1,2 30 1,0 25 NH3 [g/m2.giorno] 0,8 0, Temperatura [ C] 0,4 10 0,2 5 0,0 0 6/4 7/4 8/4 9/4 10/4 11/4 12/4 13/4 14/4 15/4 16/4 17/4 18/4 19/4 20/4 Emissione Piovosità Temperatura aria Figura 9: Emissione di ammoniaca dalla superficie della vasca di stoccaggio [g/m 2 temperatura ambiente [ C] e piovosità [mm/giorno] durante la terza prova giorno], Anche al termine di questo terzo ciclo di misurazioni sono state eseguite le analisi sui campioni di liquiletame (tabella 9) e l elaborazione dei dati raccolti nelle tre diverse prove ha consentito di determinare, per le diverse situazioni e per i periodi indagati, i livelli delle emissioni di ammoniaca in atmosfera e di calcolare il relativo fattore di emissione medio su base annuale (tabella 10). I valori sensibilmente diversi delle emissioni di ammoniaca registrati durante le diverse prove sono in parte da attribuirsi alle diverse condizioni climatiche (temperatura dell aria, temperatura del liquame e piovosità) e in parte alle differenti condizioni fisiche e chimiche del liquiletame (diverso contenuto in azoto e/o rapporto azoto ammoniacale su azoto totale, differente spessore e consistenza della crosta superficiale). Nonostante l ampia variabilità rilevata durante i monitoraggi, in questa fase della ricerca si è ritenuto sufficientemente accurato stimare il fattore di emissione annuo dell ammoniaca sulla base del valore medio calcolato nelle tre diverse prove (tabella 10): tale fattore, pari a 0.34 kg/m -2 anno -1, è piuttosto baso e a questo può avere contribuito la formazione di una spessa crosta superficiale che può aver fortemente limitato gli scambi tra liquame e aria. Come riportato in tabella 11, i dati disponibili in letteratura indicano in effetti la presenza di una notevole variabilità attribuibile sia alle diverse condizioni climatiche dei Paesi europei in cui sono state condotte le ricerche, sia alle diverse modalità con cui le deiezioni zootecniche sono gestite. Altri studi dimostrano inoltre che la presenza di crosta superficiale può provocare un abbattimento delle emissioni gassose compreso in un range variabile tra il 30-80% (Berg et al, 2003; Sommer, 1992; De Bode 1991). 48

48 Tabella 9: Caratteristiche del liquiletame e della crosta della vasca di stoccaggio nella terza prova. Liquame fresco in arrivo Crosta sotto WT Crosta attorno WT ph [-] 7,95 8,71 8,11 Solidi Totali Solidi Volatili Azoto Totale Kieldahl (NTK) Azoto ammoniacale (N-NH 4 + ) [g/kg tq] 120,8 121,8 122,1 [%tq] 12,1% 12,2% 12,2% [g/kg tq] 99,4 98,8 99,7 [%ST] 82,3% 81,1% 81,6% [mg/kg tq] [%ST] 2,3% 2,7% 2,6% [mg/kg tq] [%NTK] 35,9% 16,5% 17,4% Tabella 10: Emissione di ammoniaca provenienti dallo stoccaggio di liquiletame T aria ( C) T liquame ( C) Pioggia (mm) Emissione NH 3 (g/m 2 giorno) Con Crosta Senza Crosta Emissione NH 3 (kg/m 2 anno) Aprile 12.5± ± ± Sett. / Ott. 16.8± ± ± ±

49 Tabella 11: Emissione di ammoniaca provenienti da stocaggi di liquiletame e riportati in letteratura T aria/stagione Unità di misura Emissione NH 3 Autore 4 g/m 2 giorno g/m 2 giorno 8.8 Williams and Nigro (1997) Williams and Nigro (1997) 17 g/m 2 giorno 0.68 Dore et al. (2004) Inverno g/m 2 giorno 7.2 De Bode (1991) Estate g/m 2 giorno De Bode (1991) - kg/posto anno 8 (vasca) Berg et al.(2003) - kg/posto anno 15 (lagone) Berg et al.(2003) Conclusioni Dai risultati del monitoraggio delle emissioni di ammoniaca e gas ad effetto serra da due diversi allevamenti per vacche da latte e da una struttura di stoccaggio di liquiletame sia in presenza che in assenza di crosta superficiale possono essere tratte le seguenti considerazioni conclusive: 1.per l allevamento dotato di sistema di pulizia delle corsie tipo flushing, il fattore di emissione di ammoniaca è risultato essere pari a 5.95 g -1 m -2 giorno -1 per la corsia di alimentazione e 4.73 g -1 m -2 giorno -1 per la corsia di smistamento con un emissione totale di 9.55 kg capo -1 anno -1. I valori riportati in letteratura sulla riduzione delle emissioni di ammoniaca per mezzo del flushing usando quantitativi diversi di acqua (fino a 110 L capo -1 giorno -1 ) e diversi intervalli, variano dallo 0 al 17%, mentre usando 20 L capo -1 giorno -1, con un intervallo di flushing di 2 ore è stata misurata una riduzione del 14%. Nel caso di un pavimento pieno, sagomato a V con pendenza trasversale verso una canaletta di sgrondo centrale e rimozione del liquame con raschiatore, il flushing fatto con 50 L capo -1 giorno -1 e intervallo di due ore dopo l azione del raschiatore, ha mostrato una riduzione delle emissioni del 34% rispetto alla rimozione dei liquami condotta con il solo raschiatore. Un uso dell acqua ridotto a 28 L capo -1 giorno -1 e una frequenza di azionamento del raschiatore di una volta ogni ora ha dimostrato di ridurre l emissione del 14% rispetto alla sola azione del raschiatore. Prove effettuate con un pavimento pieno rivestito di una resina epossidica sagomato a V con pendenza trasversale verso una canaletta centrale, hanno dimostrato che è possibile raggiungere riduzioni delle emissioni del 26 e del 33%, usando 20 e 24 L capo -1 giorno -1 rispettivamente, in entrambi i casi azionando il raschiatore ogni due ore. Uno dei maggiori inconvenienti del flushing con acqua, tuttavia, è l incremento di volume di liquame risultante. Inoltre i costi di investimento per la impiantistica richiesta, lo stoccaggio e l applicazione in campagna di questo maggior volume di liquame porta ad ulteriore aggravio dei costi. La tecnica del flushing, effettuata con il ricircolo di liquami separati dai solidi e moderatamente stabilizzati, ha trovato larga applicazione negli Stati Uniti e sta trovando una certa diffusione anche nel nostro Paese. 2.Nel caso dell allevamento dotato di sistema di pulizia delle corsie con raschiatori meccanici, il fattore di emissione di ammoniaca è risultato essere pari a 9.20 g -1 m -2 giorno -1 per la corsia di 50

50 alimentazione e 5.40 g -1 m -2 giorno -1 per la corsia di smistamento. Questo è spiegabile dal fatto che nella corsia di alimentazione si trovano deiezioni più liquide poiché gli animali vi stazionano per più tempo e manca la presenza della paglia. L emissione totale è risultata essere pari a kg capo -1 anno -1 : per questa tipologia stabulativa Per questa tipologia stabulativa i valori di emissione di ammoniaca riportati in letteratura sono di 8,9 kg capo -1 anno -1 (Pfeiffer, 1994), di 11,5 kg capo -1 anno -1 in condizioni invernali (Demers, 1998) e di 8,9 kg capo -1 anno -1 (Huis, 1994) su pavimenti pieni con pendenza trasversale a V verso una canaletta longitudinale. 3.dallo stoccaggio di liquiletame è stato calcolato, sulla base di tre campionamenti, un fattore di emissione medio di 0.34 kg m -2 anno -1 : le movimentazioni del liquame negli stoccaggi, l agitazione e il pompaggio, nonché il rapido formarsi di una crosta galleggiante superficiale che limita gli scambi gassosi tra il liquame stoccato e l aria ambiente, sono tutti fattori responsabili di rapidi e repentini incrementi di emissione di ammoniaca dagli stoccaggi di liquiletame. I risultati ottenuti sono, ovviamente, da riferirsi alle specifiche condizioni che hanno caratterizzato la prova sperimentale. In condizioni diverse, tali valori possono variare anche sensibilmente come riportato in tabella 11: infatti sviluppando i conteggi sulla base di tali valori si ricavano perdite di azoto per volatilizzazione fino al 24 28% che concordano con quanto attualmente previsto dal Decreto Ministeriale del 7 aprile 2006 (MIPAF, 2006) per la determinazione dell azoto al campo. Bibliografia Amon B.,. Kryvoruchko V,. Moitzi G, Amon T., Greenhouse gas and ammonia emission abatement by slurry treatment. International Congress Series 1293, Berg W.E., Brunsch R., Eurich-Menden B., Döhler H., Dämmgen U., Osterburg B., Bergschmidt A.. Ammonia emissions from german animal husbandry. Pp Air Pollution from Agricultural Operations III, Proceedings of the October 2003 Conference Braschkat J., D. Mannheim, D. Horlacher. H. Marschner, Measurement of ammonia emissions after liquid manure application: construction of a wind-tunnel system for measurements under field conditions. Pflanzenernahr. Bodenk. 156 (5): Brewer S.K., Costello T.A., In situ measurement of ammonia volatilization from broiler litter using an enclosed air chamber. Transactions of the ASAE. 42 (5): Demmers T.G.M., L.R. Burgess, J.L. Short, V.R. Phuillips, J.A Clarrk, J.A Wathers, First experience with methods to measure ammonia emissions from naturally ventilated cattle building in the UK. Atmospheric environment. 32: Dorea C.J., Jonesa B.M.R., Scholtensb R., Huis in t Veld J.W.H., Burgessc L.R., Phillips V.R.. Measuring ammonia emission rates from livestock buildings and manure stores part 2: Comparative demonstrations of three methods on the farm. Atmospheric Environment 38 (2004) Hornig G., Turk M., Wanka U, Slurry covers to reduce ammonia emission and odour nuisance. Journal of Agricultural Engineering Resource. 73: Huis in t Veld J.W.H, W Kroodsma, W.J. De Boer, Reduction of ammonia emission from a cubicle house by flushing a sloped concrete floor. Report Institute of Agricultural and Environmental Engineering, Wageningen, 24 pp. Lockyer D.,. R., A system for the measurements in the field of losses of ammonia through volatilization. Journal of the Science of Food and Agriculture. 35(8): Lorenz F., G. Steffens, Effect of application techniques on ammonia losses and herbage yield following slurry application to grassland. Gaseous nitrogen emissions from grassland, eds S.C. Jarvis and B.Pain Wallingford Oxon, U.K. Meisinger J.J., A.M. Lefcourt, R.B. Thompson, Construction and validation of small mobile wind tunnels for studying ammonia volatilization. Applied engineering in Agriculture (ASAE Transaction). 17(3):

51 MIPAF: Ministero delle Politiche Agricole e Forestali, Decreto Ministeriale 7 aprile 2006 Criteri e norme tecniche generali per la disciplina regionale dell'utilizzazione agronomica degli effluenti di allevamento, di cui all'articolo 38 del decreto legislativo 11 maggio 1999, n. 152, Gazzetta Ufficiale della Repubblica Italiana n. 109 del 12 Maggio Pedersen A.R., Petersen S.O., Vinther F.P, Stochastic diffusion model for estimating trace gas emissions with static chamber. Soil. Science Soc. Am.: Pfeiffer A., F. Arends, g. Steffens, H.J. Langholz, Ammonia emissions originating from naturally ventilated dairy cow housing systems with different dung systems. In: J.E. Hall (Ed.), Animal Waste Management. Technical series 34. Food and Agriculture Organization ot the United Nations, Rome. p Williams A.G., Nigro E., Covering slurry stores and effects on ammonia emission of ammonia and methane. In: Voermans, J.A.M., Monteny, G.J. (Eds.), Proceedings of the International Symposium on Ammonia and Odour Control from Animal Production Facilities. PV, Rosmalen, pp M.C.J. Smits et al. Livestock Production Science 84 (2003)

52 Programma di calcolo del bilancio azotato nell'allevamento dei bovini da latte Giorgio Provolo Istituto di Ingegneria Agraria Università degli Studi di Milano Premessa Le finalità del sotto obiettivo hanno previsto lo sviluppo di un software che consenta la valutazione del bilancio azotato dell allevamento sulla base di un modello di calcolo basato sui risultati conseguiti negli altri sotto obiettivi del progetto e che utilizzi come dati di input informazioni facilmente reperibili negli allevamenti. Il software è destinato principalmente ai tecnici che operano a contatto con gli allevamenti, ma può costituire un metodo consolidato di calcolo del bilancio dell azoto per gli allevamenti bovini da latte per tutti gli utilizzi, anche da parte dell allevatore stesso, o per effettuare valutazioni a scala territoriale. Modello di calcolo per l azoto prodotto La metodologia di calcolo prevista si basa sul bilancio tra nutrienti ingeriti e ritenuti e scaturisce dall attività delle altre UO del progetto. Per il calcolo dei nutrienti ingeriti si prende in considerazione la composizione della razione alimentare e le dosi distribuite ad ogni gruppo di animali. Se la composizione della razione non risulta disponibile, viene stimata sulla base del contenuto medio della razione alimentare per tipologia di animali. Se le quantità di alimento ingerite dagli animali non sono note, verranno stimate sulla base della produzione di latte (animali in produzione) o da valori standard in base al peso vivo (rimonta). Per il calcolo dei nutrienti ritenuti si tiene conto della produzione di latte per gli animali in lattazione e del relativo contenuto in nutrienti. Nel caso queste informazioni non siano disponibili vengono utilizzati valori medi di produzione e di contenuto in nutrienti del latte. Per quanto riguarda le vacche gravide e le giovenche si utilizzano valori standard di ritenzione dei nutrienti per l accrescimento del feto. Per gli animali in accrescimento viene previsto un valore standard di ritenzione di nutrienti in relazione al peso vivo degli animali. Il calcolo dei nutrienti escreti dagli animali risulta così dalla differenza tra ingerito e ritenuto, seguendo quindi una metodologia consolidata e dettagliata nelle relazioni degli altri partecipanti al progetto. Le informazioni obbligatorie (livello minimo) per questo calcolo sono: numero di animali allevati nelle diverse categorie (lattazione, asciutta, manze, giovenche). Per quanto riguarda le perdite di nutrienti nel corso delle diverse fasi di gestione delle deiezioni, viene preso in considerazione l effetto della modalità di stabulazione e dello stoccaggio. A questo scopo vengono utilizzati coefficienti di emissione, espressi come perdita percentuale di nutrienti rispetto al contenuto presente nelle deiezioni. 53

53 Lo schema del modello di calcolo utilizzato nello sviluppo del software è riportato in figura 1 dalla quale è possibile evidenziare le informazioni dell allevamento che vengono utilizzate come input al modello. Calcolo delle escrezioni azotate Calcolo delle quantità di effluenti prodotti Calcolo delle perdite azotate in stalla Calcolo delle perdite azotate nello stoccaggio alimentazione Consistenza dell allevamento Modalità di stabulazione Gestione degli effluenti Definizione strategie di intervento Bilancio azotato dell allevamento ALLEVAMENTO individuazione dei possibili miglioramenti Figura 1 Schema del modello di calcolo implementato nel software 54

54 Il software sviluppato Struttura del software Il software sviluppato secondo il modello di calcolo descritto prevede una fase di immissione dei dati e una di restituzione delle elaborazioni. Per quanto riguarda l input dei dati, l utente deve selezionare l azienda per la quale calcolare il bilancio dell azoto, se già presente in archivio, o inserire il nominativo dell azienda se una nuova elaborazione (Figura 2). Figura 2 - Selezione e immissione delle aziende nell archivio del software per il calcolo del bilancio dell azoto. Dopo aver selezionato l azienda si prosegue nella fase di immissione dei dati relativi all allevamento. Come prima informazione viene richiesta la valutazione del dettaglio delle conoscenze disponibili relative allo stato produttivo e alle modalità di alimentazione degli animali. In particolare, come si può rilevare dalla figura 3, per quanto riguarda la produzione, le alternative sono: conoscenza della sola produzione media di stalla, in questo caso vengono richiesti i dati di produzione media della stalla; conoscenza della produzione per singoli gruppi, ma non in termini di contenuto in proteine e grasso. Se viene selezionata questa opzione, viene richiesta la composizione media del latte, in termini di grasso e proteine; conoscenza della produzione per gruppi sia quantitativa, sia analitica. Un ultima opzione è riservata per il calcolo del bilancio dell azoto nelle aziende dove non vengono allevati animali in produzione. 55

55 Figura 3 - Selezione e immissione delle aziende nell archivio del software per il calcolo del bilancio dell azoto. Anche per quanto riguarda la razione alimentare sono disponibili tre livelli di dettaglio delle informazioni relative: nessuna (si assume così una razione alimentare standard in riferimento al livello produttivo); solo quantitativa (si assume una composizione standard della razione); quantitativa e qualitativa. In relazione alla scelta effettuata in questa schermata vengono attivate le diverse opzioni di input delle informazioni come riportato nello schema di figura 4. L informazione minima che viene richiesta è quella relativa alla consistenza della mandria riportata in figura 5. 56

56 Richiedi stato delle conoscenze Alimentazione Nessuna informazione disponibile Solo quantità Quantità e composizione Consistenza della mandria Consistenza della mandria e quantità di alimento Composizione della razione Consistenza della mandria e quantità di alimento e tipo razione Produzione e composizione del latte Analisi e produzione media di stalla Produzionper gruppi e analisi media di stalla Produzione e analisi per gruppi Dati produzione per gruppi Dati produzione e analisi latte per gruppi Calcolo del bilancio dell azoto Figura 4 - Schema a blocchi dell influenza delle scelte sulla conoscenza delle informazioni sulla modalità di input dei dati. 57

57 Figura 5 - Consistenza della mandria e tipologia di stabulazione. Nel caso sia disponibile la composizione della razione alimentare, viene proposta la schermata di figura 6. Figura 6 - Richiesta delle informazioni sulla composizione della razione. In questo caso, viene richiesta per ciascun gruppo di animali anche la quantità di alimento e il tipo di razione (figura 7). 58

58 Figura 7 - La quantità di alimento e il tipo di razione vengono richieste solo se viene segnalata la conoscenza della razione alimentare. La produzione e la composizione di latte dei singoli gruppi viene inserita in un apposita schermata che viene attivata solo se la scelta iniziale prevede queste informazioni (figura 8). Figura 8 - La quantità di latte prodotta dai singoli gruppi e la composizione del latte in grasso e proteine vengono immesse in una schermata specifica. 59

59 Al termine dell immissione dei dati il software calcola secondo il metodo descritto e con gli algoritmi riportati in appendice, la quantità di azoto escreto da ogni gruppo di animali e lo raffronta con i dati riportati nel decreto ministeriale 07/04/2006 (figura 9). Figura 9 - La schermata conclusiva riporta i risultati delle elaborazioni per il bilancio dell azoto. Vengono riportate anche alcune informazioni relative a: attendibilità del calcolo (sulla base del tipo di informazioni disponibili); livello di miglioramento rispetto ai dati delle tabelle ministeriali in termini di produzione di azoto; superficie necessaria per la distribuzione degli effluenti nel caso di utilizzo del calcolo o dei dati ministeriali in caso di zone vulnerabili o ordinarie. Le informazioni relative al calcolo dell azoto per gruppo e come totale aziendale, sono selezionabili tramite un apposita funzione (figura 10) in relazione alle esigenze dell utente. 60

60 Figura 10 - Scelta dei dati da includere nella schermata dei risultati. Altre funzioni del software Dalla schermata iniziale del programma è possibile accedere, tramite il menù Modifica/opzioni, ai parametri utilizzati per i calcoli e i valori di default in caso di mancanza di dati (figura 11). In questo modo è possibile personalizzare tali impostazioni in relazione alle condizioni locali di utilizzo. Il software consente di definire le dimensioni del carattere di visualizzazione e dalla schermata conclusiva è possibile visualizzare e stampare un rapporto contenente tutte le informazioni immesse e i risultati dell elaborazione. 61

61 Figura 11 - Parametri utilizzati nel calcolo e valori reimpostati nel caso di assenza di informazioni. Installazione del software Il software, sviluppato in Visual Basic è distribuito in versione autoinstallante. Dopo aver avviato l installazione, la procedura di setup provvede a copiare i file nelle directory indicate (modificabili dall utente) e a registrare le componenti nel sistema. Se necessario viene richiesto il riavvio della macchina. 62