LIFE Achieving good water QUality status in intensive Animal production areas. Deliverable 9: Report on results of first tool evaluation

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1 LIFE Achieving good water QUality status in intensive Animal production areas. : Report on results of first tool evaluation Action 5: Development and application of traceability and certification tools for nutrient management. L'obiettivo di quest'azione è la realizzazione e la validazione di strumenti per il monitoraggio e la rintracciabilità dell'applicazione delle pratiche mirate alla riduzione del surplus di azoto nelle aziende zootecniche. In particolare, i) il monitoraggio dell'utilizzazione di razioni con contenuto proteico ridotto (Azione 1) e ii) il monitoraggio del trasferimento delle frazioni solide degli effluenti zootecnici dalle zone con surplus di azoto ad aree con elevata necessità di sostanza organica fuori dalle zone NVZ (Azione 4). A questo proposito, dopo un'indagine che ha riguardato gli strumenti software esistenti con scopi similari, è stato deciso di implementare ex-novo due applicazioni separate. Il primo strumento, quello collegato all'azione 1, si basa sul calcolo del bilancio a livello di allevamento. Il lavoro svolto nell'ambito in questa azione è consistito nell'automatizzazione del calcolo del bilancio e nel lavoro di automatizzazione e semplificazione del per poter ottenere con un numero limitato di informazioni affidabili, facilmente reperibili dagli operatori, un risultato sovrapponibile a quello ottenibile attraverso l'utilizzo di rilievi scientifici e molto frequenti. L'obiettivo finale quindi è quello di rendere l'applicazione fruibile da parte di molti utenti. Per lo sviluppo dello strumento per il monitoraggio del trasferimento delle frazioni solide, collegato all'azione 4, il lavoro svolto è stato quello di creare un'applicazione in grado di dare evidenza del trasferimento di materiale tra aziende, a partire della registrazione delle informazioni. In questo modo è possibile ricostruire i flussi della frazione solida tra aziende. Una prima versione delle applicazioni, implementata mediante un foglio di calcolo, è stata presentata con l'interim Report (luglio 2012); questa prima versione è stata successivamente validata, modificata, e adeguata alle diverse esigenze che sono emerse nel corso dell'utilizzazione. La validazione del bilancio dell'azoto è stata effettuata a partire dai dati dei questionari economici rilevati nelle aziende dimostrative (2011), mentre, per la messa a punto dell'applicazione relativa al trasferimento della frazione solida, sono stati utilizzati i dati 2012, raccolti nell'ambito dell'azione 4. 1) Attività 1: Monitoraggio dell'applicazione di razioni con basso contenuto di azoto nell'alimentazione degli animali. Il monitoraggio dell'applicazione di razioni a basso contenuto proteico viene effettuato attraverso la quantificazione dell'azoto escreto e/o della resa dell'azoto, vale a dire la quantità di azoto contenuta nelle produzioni rispetto a quanto ingerito. Questi due indicatori sono calcolati attraverso la 1

2 costruzione del bilancio dell'azoto a livello di allevamento. Il bilancio dell'azoto, attraverso un semplice bilancio di massa, restituisce la quantità totale di azoto escreto, il quale risulta dalla differenza tra l'azoto consumato con la razione e quello ritenuto nei prodotti (latte e tessuti). La formula generale, applicabili sia ai bovini da latte o da carne che ai suini è: Ne = Nc Np Gli elementi per il calcolo di bilancio sono: 1) N consumato: Nc; che dipende della razione, alimenti e contenuto proteico e il numero di animali. 2) N nei prodotti: Np; latte e tessuti principalmente. Per rendere l'applicazione più agevole e facile da utilizzare, sono stati predisposti 3 strumenti diversi, anche se costruiti sulla medesima equazione di bilancio, ognuno destinato a una diversa categoria di animali (bovini da latte, bovini da carne o suini) Bovini da latte Gli elementi per il calcolo di bilancio sono: 3) N consumato: Nc 4) N del latte: Nl 5) N dei tessuti corporei: Nt L'inserimento delle informazioni necessarie per la stima del bilancio è stato organizzato in 5 maschere: 1- Consistenza media dell'allevamento 2- Inventario 3- Entrata e uscita di animali 4- Latte prodotto e relativo contenuto proteico 5- Razioni alimentari e relativo contenuto proteico 1- Consistenza media dell'allevamento Questa sezione contiene la composizione media della mandria (numero medio di animali per categoria), il loro peso vivo e il peso totale di ogni categoria. Inoltre, vengono indicati il numero di parti (figura 1). Il numero medio di animali per categoria è utilizzato nel calcolo dei consumi di alimenti e quindi dell'azoto totale consumato. Il numero medio, insieme al peso vivo, viene utilizzato per calcolare i diversi indici di efficienza dell'azoto (ad esempio, azoto al campo vacche da latte). 2

3 Figura 1: Maschera d'inserimento della consistenza media della mandria 2- Inventario L'inventario contiene le informazioni sul numero di animali iniziale e finale per categoria e in un periodo determinato. Le differenze che si riscontrano nell'inventario servono a determinare l'accrescimento e quindi l'accumulo di N nei tessuti. I valori di contenuto di N sono desunti dalla bibliografia e sono stati riassunti da Pirlo e Speroni [1]. 3- Entrata e uscita di animali Nella maschera Entrate si devono registrare gli acquisti di animali: numero, tipologia e peso vivo (figura 3). Nella maschera Uscite, si registrano il numero, tipologia e peso vivo degli animali venduti e degli animali morti (figura 4). Il contenuto di azoto nei tessuti, come nel caso dell'inventario, è stato desunto dalla bibliografia. Entrambe le maschere calcolano l'azoto in entrata e in uscita. Questi valori sono automaticamente registrati nei risultati. Figura 2: Maschera per inserimento dell'inventario 3

4 Figura 3: Maschera per inserimento delle entrate di azoto dall'allevamento. Figura 4: Maschera per inserimento delle uscite di azoto dall'allevamento. Il totale delle entrate e delle uscite di azoto, insieme a quello che risulta dalle differenze nell'inventario dei capi, servono a calcolare l'azoto dei tessuti corporei. 4 Latte prodotto e relativo contenuto proteico In questa sezione si deve inserire il latte prodotto, la quantità, il contenuto proteico e le cellule somatiche medie (figura 5). Il latte prodotto in azienda comprende il latte venduto, il colostro, il latte scartato per mastite, il latte consumato da altri animali (se ci sono) e il latte destinato all'uso familiare. La quantità di latte venduto, così come il suo contenuto proteico, sono dati facilmente reperibili in azienda, così come il latte destinato ad altri animali e all'uso familiare. Il latte scartato per mastite viene calcolato in funzione della percentuale di bovine infette. Questo valore può essere stimato a partire del numero di cellule somatiche del latte di massa. Il contenuto proteico di questo latte è assimilabile a quello del latte venduto. La produzione media di colostro per vacca al netto del consumo può essere stimata intorno ai 50 kg, con una percentuale di proteina pari al 9%. (Foley e Otterby, 1978). L'azoto contenuto nel colostro è quindi calcolato in funzione del numero di parti in azienda. Il numero di parti è calcolato come la somma dei vitelli nati vivi e quelli nati morti. 4

5 Figura 5: Maschera per inserimento della produzione di latte. 5- Razioni alimentari e relativo contenuto proteico Le razioni alimentari sono la base per il calcolo dell'azoto consumato e rappresentano la voce più importate e quella che può influenzare maggiormente i calcoli del bilancio. Un accurato rilievo della composizione quali-quantitativa della razione consente di effettuare un calcolo preciso. In questa sezione, l'utente deve inserire, oltre alla razione impiegata per ogni tipologia di animale (vacche in lattazione, in asciutta, rimonta, ecc): alimento, quantità e tenore proteico (espresso sulla sostanza secca) e la sostanza secca delle materie prime o dell'unifeed impiegato. È prevista la possibilità d'inserire diverse razioni, per lo stesso gruppo di animali, qualora la razione venga modificata nell'arco dell'anno (figura 6). Figura 6: Maschera per inserimento delle razioni Questa sezione dell'applicazione restituisce i kg di azoto consumati. I risultati I risultati dei calcoli sono riassunti in un foglio che contiene, da una parte, il calcolo del bilancio e le sue voci: N consumato (razioni), N inventario, N entrata animali, N uscita animali, N latte e, dall'altra restituisce il risultato dell'azoto escreto. N escreto = N consumato + N inventario + N entrata N uscita N latte 5

6 La maschera prevede, oltre al dato dell'azoto escreto, anche il calcolo dell'azoto al campo, vale a dire l'azoto escreto al netto delle perdite per volatilizzazione. La quota di azoto volatilizzata è considerata pari al 28% dell'azoto escreto [Bonazzi et al, 2004; Bonazzi et al, 2005], quindi l'azoto al campo risulta essere il 72% dell'azoto escreto. In questa sezione si calcolano anche altri indici collegati, come l'azoto al campo per tonnellata di peso vivo di vacche in lattazione e animali da rimonta e l'azoto al campo per ogni capo, sia per le vacche in lattazione che per la rimonta, confrontandoli con quelli di riferimento normativo. Sono inoltre calcolati ulteriori indici legati all'efficienza come la resa dell'azoto considerando sia il latte che l'accrescimento degli animali (azoto nelle produzioni latte + carne/ azoto alimenti) e la resa dell'azoto considerando il solo latte (kg N latte/alimenti alimenti) (figura 7). Figura 7: Maschera di riassunto Bovini da carne Per il calcolo del bilancio dei bovini da carne è stato predisposto un'applicazione con 4 maschere per l'inserimento di dati e una maschera dei risultati. Lo strumento presenta una maschera iniziale destinata all'informazione aziendale. Le maschere restanti sono destinate all'inserimento dell'informazione per il calcolo del bilancio. 1) Consistenza media (figura 8) In questa sezione si richiede l'inserimento del numero medio di capi, suddiviso per tipologia o razza, la durata dei rispettivi cicli, i pesi iniziale e finale medi. 6

7 Figura 8: Consistenza media dell'allevamento 2) Ritenzione (figura 9) In questa maschera si calcola, in modo automatico, l'azoto che è ritenuto nei tessuti; quindi, a partire della consistenza media, delle differenze di peso, e del contenuto di azoto dei vitelloni, desunto dalla bibliografia, viene calcolato l'azoto ritenuto per tipologia/razza di animali e quello complessivo dell'allevamento. Figura 9: N ritenuto nei tessuti 3) Razioni (figura 10) In funzione delle fasi che comprende l'allevamento, si richiede di specificare la durata della fase, la sostanza secca ingerita e il contenuto di proteina delle razioni. I calcoli, razza per razza, sono sommati e corrispondono alla voce N razione del bilancio. 7

8 Figura 10: N ritenuto nei tessuti 4) Risultati (figura 11) Il bilancio dell'azoto prevede la differenza tra l'azoto ingerito e quello ritenuto nei tessuti. In questa parte viene calcolato l'azoto al campo totale e quello per capo, l'indice di conversione degli alimenti e la resa dell'azoto. Figura 11: N ritenuto nei tessuti 1.3- Suini Il calcolo del bilancio dell'azoto segue lo stesso schema per tutte le tipologie di animali. Nello specifico dei suini, l'azoto nei prodotti è rappresentato dall'azoto nei tessuti animali. Questo dato deriva dalle differenze rilevate nell'inventario e dalle differenze tra ingresso e uscita di animali. L'algoritmo utilizzato per il calcolo dell'azoto escreto, nei suini, è quindi: N escreto = N alimenti N inventario + N ingresso N uscita di animali I dati necessari per il calcolo delle diverse voci è stato organizzato in 4 maschere: 1) Inventario 8

9 2) Animali in entrata 3) Animali in uscita 4) Alimenti I dati possono essere riferiti a un solo ciclo di produzione o all'intera annata. 1) Inventario Nella sezione inventario è necessario specificare la consistenza dell'allevamento all'inizio del periodo e alla fine del periodo di studio per categoria di animali, indicando il peso medio e il peso totale degli animali. I valori del contenuto di azoto per le diverse categorie di suini è stata desunta dalla bibliografia. Figura 12: Inventario 2) Animali in entrata In questa maschera è necessario indicare tutti gli acquisti (entrate) di animali nell'allevamento; si deve indicare il peso medio e totale e la categoria di animale, in funzione della quale si determina il contenuto di azoto degli animali. Figura 13: Animali in entrata 9

10 3) Animali in uscita In questa maschera si indicano tutte le vendite e le uscite di animali, il loro peso medio e totale e si deve indicare la categoria di animale, in funzione della quale si determina il contenuto di azoto degli animali. Poiché il contenuto di proteina nei suini che sono destinati al macello è molto variabile, è importante determinare la percentuale reale di N della carne, attraverso l'utilizzo di sistemi di rilevazioni in macello. Figura 14: Animali in uscita 4) Alimenti Il calcolo dell'azoto consumato, può essere effettuato in due modi diversi, a seconda dei dati disponibili. Una prima metodologia, si basa sulle materie prime realmente consumate dagli animali, senza identificare il tipo di animale. In questo modo, si richiede la rilevazione delle materie prime in allevamento all'inizio del periodo e a fine periodo, così come gli acquisti e le eventuali perdite. Figura 15: Alimenti 1 La seconda metodologia che è possibile applicare si basa sulla razione delle diverse categorie di animali: in particolare si richiede per ogni categoria la quantità e il tenore proteico della razione, il numero di giorni in cui la razione è stata somministrata e il numero di animali. 10

11 Figura 16: Alimenti 2 5) Risultati I risultati dei calcoli sono riassunti in un foglio che contiene, da una parte, il calcolo dell'azoto escreto e dall'altra il calcolo dell'azoto al campo, vale a dire, l'azoto escreto al netto delle perdite per volatilizzazione. La quota di azoto volatilizzata è considerata pari al 28% dell'azoto escreto [Bonazzi et al, 2004; Bonazzi et al, 2005], quindi l'azoto al campo risulta essere il 72% dell'azoto escreto e indici legati all'efficienza dell'azoto come la resa dell'azoto (azoto carne/ azoto alimenti) e (figura 17). Figura 17: Risultati Attività di validazione dell'applicazione I dati rilevati durante il 2011, sono stati utilizzati per validare l'applicazione. Quest'attività si è concretizzata nella verifica degli algoritmi e nella correzione degli errori, in modo che i risultati fossero sovrapponibili a quelli ottenuti nei bilanci dell'azoto redatti nell'ambito dell'azione 1. Inoltre si è lavorato per la semplificazione e miglioramento delle maschere di input e 11

12 output. Si ritiene che il risultato finale della validazione sia soddisfacente, poiché lo scostamento dei valori ottenuti è in generale modesto. In allegato si possono trovare i fogli di calcolo riportanti i bilanci completi dell'azoto degli allevamenti. Bovini da latte Dalla tabella 1 si osserva come i valori ottenuti con l'utilizzo dell'applicazione sono del tutto sovrapponibili con scostamenti che variano tra il 4% e il 7% tra loro. Tabella 1: Confronto dei risultati (Az. 1 vs. Az. 5) ottenuti sugli allevamenti da latte Azienda kg. latte Proteina vacca/anno razione DM 7/4/2006 Az. 1 kg N/capo Az. Pinotti kg N/capo Az. 5 kg N/capo Resa N (%) N latte/n consumato , Az. Mori , Az. Bolzon , Az. X , Bovini da carne La verifica dell'applicazione è stata condotta con i dati provenienti dell'azienda Cagnin, che ingrassa torelli di razza Frisona. I risultati ottenuti con l'applicazione sono sovrapponibili a quelli ottenuti nell'azione 1. I risultati sono confrontati nella tabella 2. Tabella 2: Confronto tra i risultati ottenuti nell'azione 1 e quelli ottenuti con l'applicazione Parametro Unità Azione 1 Applicazione N escreto Kg N/capo 31,7 35 N al campo Kg N/capo 22,2 25 6,06 5 Indice di conversione Suini Riguardo i suini sono stati sottoposti alla valutazione dell'applicazione i due allevamenti di cui si avevano i dati per il 2011, anche in questo caso con risultati soddisfacenti (tabella 3). Tabella 3: Confronto dei risultati (Az. 1 vs. Az. 5) ottenuti sugli allevamenti suini Azienda n. posti DM 7/4/2006 kg N/capo Az. 1 Az. 5 kg N/capo kg N/capo Resa N (%) N tessuti/n consumato Az. Mana ,9 8,56 6,9 34 Az. Zambelli ,9 11, Az. Biagi** ,9 * * 30 ** Poiché i dati rilevati nel 2011 erano parziali, non è stato calcolato l'azoto al campo/posto. I dati 12

13 però dell'azoto escreto sono coincidenti (Az. 1: kg N/ha vs. Az kg N/ha), così come la resa dell'azoto. 2) Attività 2: Monitoraggio del trasferimento delle frazioni solide degli effluenti zootecnici dalle zone con surplus di azoto ad aree con elevata necessità di sostanza organica fuori dalle zone NVZ. L'obiettivo principale di quest'applicazione è quello di dare evidenza del trasferimento delle frazioni solide dalle zone con surplus di azoto a quelle con necessità di sostanza organica. Per raggiungere questo obiettivo è stata implementata un'applicazione che potesse essere gestita da un consorzio o da un gruppo di produttori agricoli interessati, al fine di consentire il monitoraggio dei flussi di questo materiale. Lo strumento creato consiste in una serie di registri, che insieme alla tecnologia satellitare servono per dare l'evidenza necessaria dei trasferimenti del materiale. In questa fase è stato creato l'applicativo gestionale e i dati ottenuti dai trasferimenti di sostanza organica effettuati sono stati inseriti. I mezzi che effettuano i trasporto sono dotati di strumentazione GPS. La validazione è consistita nell'inserimento dei dati prodotti nell'azione 4, la verifica dei collegamenti e il funzionamento degli algoritmi tra le diverse maschere. In questo momento, si sta valutando la fattibilità e opportunità di produrre la versione definitiva scaricabile dal sito web del progetto e utilizzabile in locale, oppure produrre una versione utilizzabile direttamente dal sito. L'applicazione costa con 5 sezioni diverse: 1. Registro delle aziende (figura 18): Contiene le ragioni sociali di tutte le aziende coinvolte nei trasferimenti della frazione solida dei reflui zootecnici, la tipologia di azienda (zootecnica o no), l'indicazione se si tratta di azienda produttrice o ricevente la frazione solida, l'indirizzo e la localizzazione geografica. Ad ogni azienda è assegnato un codice azienda. Figura 18: Registro aziende 13

14 2. Registro delle operazioni di separazione (figura 19): Contiene informazione riguardanti tutte le operazioni di separazione condotte nelle aziende che producono i reflui. In questa sezione vanno inseriti i dati della quantità di materiale solido prodotto e del contenuto di questo materiale in sostanza organica, N, P, e K. Figura 19: Registro delle operazioni di separazione 3. Registro dei trasferimenti (figura 20): Questo registro riporta tutti i dati dei trasferimenti: la data in cui viene effettuato, l'indicazione dell'azienda produttrice e ricevente la frazione solida, le quantità di materiale, di azoto trasferito e di di sostanza organica trasferita, i dati relativi al trasporto, l'identificazione del mezzo, il numero di viaggi e il file scaricato dal GPS del mezzo, che contiene il percorso, i km percorsi, la data, e l'orario di partenza e di arrivo. Figura 20: Registro dei trasferimenti effettuati 4. Riassunto aziende produttrici (figura 21): In questa sezione sono riassunte, per singola azienda produttrice, la quantità di frazione solida prodotta e trasferita e la sua composizione media. 14

15 Figura 21: Riassunto aziende produttrici 5. Riassunto aziende riceventi (figura 22): In questa sezione sono riassunte per singola azienda ricevente la quantità di frazione solida, di N e di sostanza trasferiti. Figura 22: Riassunto aziende riceventi Conclusioni Attraverso il processo di validazione delle applicazioni, sono stati verificati gli algoritmi e i collegamenti interni ed è stato migliorato e semplificato l'inserimento dei dati. Per quanto riguarda la prima applicazione, l'utilizzazione di dati meno specifici e più semplici da ricavare da parte dall'allevatore / tecnico ha prodotto risultati in linea con quelli ottenuti nell'azione 1. Per entrambe le applicazioni, ora che gli algoritmi sono stati testati, è in corso la valutazione sulla opportunità e fattibilità di tradurle in un altro linguaggio informatico in modo di renderle più semplici di utilizzare. 15