LIFE Optimisation of nitrogen management for groundwater quality improvement and conservation

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1 LIFE4 ENV/IT/454 - OptiMa-N Annexe 5 LIFE 24 - Optimisation of nitrogen management for groundwater quality improvement and conservation Task 3 Evaluation and improvement of N use efficiency in a demonstrative dairy farm Report on the data obtained during the first year Per lo svolgimento delle attività dimostrative di questo task è stata prescelta l Azienda Agricola Cotti Luca e Silvio, che alleva bovini di razza Frisona Italiana per la produzione di latte destinato alla trasformazione in formaggio Parmigiano-Reggiano. L azienda è localizzata a Pilastro di Langhirano, nella provincia di Parma, in un area di alta pianura prossima al margine collinare, all apice della conoide del torrente Parma, ad una quota di 16 m s.l.m. circa. Questa zona è considerata come vulnerabile a sensibilità elevata all inquinamento da nitrati di origina agricola. Nel corso della prima annualità di monitoraggio si è proceduto a caratterizzare la variabilità dei suoli aziendali, conducendo rilievi pedologici attraverso trivellate in 7 appezzamenti rappresentativi delle maggiori tipologie di suolo riscontrabili a livello aziendale. I suoli aziendali sono riconducibili in prevalenza alla tipologia Udic Haplustepts loamy skeletal, mixed, mesic, ghiaiosi sin dalla superficie, non calcarei e molto permeabili. Gli animali sono allevati in stalla in calcestruzzo armato a stabulazione libera su lettiera inclinata. Le vacche in lattazione ed asciutta hanno a disposizione un paddock esterno.alle vacche da latte foraggi e mangimi vengono somministrati separatamente: i foraggi (solo fieno, no erba fresca) in corsia di alimentazione, i mangimi in stazioni individuali d autoalimentazione. Il letame viene raccolto da un raschiatore meccanico a farfalla e trasportato in concimaia a platea dove permane per 6 giorni circa. Successivamente questo materiale viene fatto maturare per 4-6 mesi in trincee costruite in campagna. Considerando l universo delle aziende con bovini per la produzione di latte per Parmigiano-Reggiano, si può dire che si tratta di un allevamento di dimensioni medie e rappresentativo di condizioni che di norma si riscontrano in queste aziende, come: - elevata percentuale della superficie coltivata a foraggere, in particolare erba medica - presenza del prato permanente o prato stabile, tipico di quest area di alta pianura - importanti acquisti di mangimi dall esterno. L azienda si caratterizza anche per la coltivazione, non connessa all allevamento, di pomodoro da industria. Nel corso della prima annualità di progetto (da ott-4 a set-5) sono stati calcolati i bilanci dell azoto a livello aziendale e di stalla e quantificati i diversi flussi che concorrono alla composizione dei bilanci (fig. 1). Per descrizione metodologia seguita si veda primo report relativo a questo task. 31 ottobre 25 - Report on the data obtained in the first year Task 3 Pagina 1 di 8

2 LIFE4 ENV/IT/454 - OptiMa-N Figura 1 - Comparti e flussi considerati in bilancio aziendale dell'azoto Apporti al suolo Perdite in ambiente 1-SC IS SUOLO 1-ES ES SC EFFLUENTI ZOOTECNICI COLTURE CPv Produzioni vegetali AE CA Ingressi in stalla IA ALIMENTI PER ANIMALI APa Produzioni animali I bilanci dell azoto, assieme ad approfondimenti specifici sui flussi interni dell elemento, possono consentire di capire in quali modi è possibile condurre l azienda verso la sostenibilità ambientale, migliorando l efficienza d uso dell elemento e riducendone le perdite a diversi livelli (stalla, stoccaggi, campi, ecc.). L analisi dei bilanci può infatti permettere di evidenziare quali processi in ambito aziendale risultano meno efficienti nello sfruttare l elemento; da qui la possibilità di individuare pratiche o sistemi alternativi per migliorarne la gestione. Rilievo dati Con sistema GPS sono state rilevate le coordinate di ogni appezzamento aziendale, associandovi informazioni su tipologia di coltivazione e titolo di proprietà. I rilievi delle quantità di materiali in ingresso ed uscita dall azienda e dalla stalla sono stati condotti con cadenza mensile, registrando i dati su scheda appositamente predisposta. L analisi del contenuto di azoto è stata effettuata su n. 5 campioni di foraggi, 1 campioni di mangimi, 5 campioni di paglie, 1 campioni di reflui zootecnici, 15 campioni di pomodori, 5 campioni di sementi, 1 campione di piantine di pomodoro con torba. Per il contenuto di azoto nel latte si sono considerate le analisi ufficiali condotte a cadenza mensile dal laboratorio di riferimento del caseificio cui conferisce il latte l azienda Cotti. I dati salienti per l anno di monitoraggio sono riportati nelle tabelle che seguono (n. 1-4). Tabella 1. Riparto colturale Coltura principale (ha) Coltura secondaria (ha) Medica 1 anno 6,46 Medica 2 anno 1,96 Medica 3 anno 11,48 Medica 4 anno 16,2 Medica 5 anno 4,1 Prato stabile 6,88 Loiessa 22,1 2,9 Panico, 18,1 Sorgo da foraggio 2,9 Pomodoro 25,65 Orzo 3,9 Le superfici con loiessa in coltura secondaria hanno poi ospitato pomodoro come coltura principale. Il panico è seguito come coltura secondaria a loiessa. 31 ottobre 25 - Report on the data obtained in the first year Task 3 Pagina 2 di 8

3 LIFE4 ENV/IT/454 - OptiMa-N TOTALI 11,63 21, Tabella 2. Consistenze animali medie Vacche in lattazione n. 76,6 Vacche in asciutta n. 14,4 Capi da rimonta n. 59, Vitelli nati n. 69, Tabella 3. Ingressi in azienda Mangimi per vacche in lattazione kg/anno Mangimi per capi in rimonta kg/anno Mangimi a base di latte in polvere kg/anno 6 Fieno graminacee montagna kg/anno 18.9 Fieno medica in balle piccole kg/anno 9. Paglia kg/anno 87.6 Nitrato ammonico kg/anno 32 Nitrato ammonico fertirrigazione kg/anno 525 Concime ternario kg/anno 19 Concime binario kg/anno 5 Fosfurea kg/anno 3 Nitrato potassico fertirrigazione kg/anno 2 Lettiera equina base segatura kg/anno Lettiera equina base paglia kg/anno Sementi kg/anno Piantine pomodoro con torba n. 66. Tabella 4. Uscite da azienda Latte venduto kg/anno Vacche vendute kg/anno 9.24 Vitelli venduti kg/anno 1.44 Granella orzo kg/anno 2.32 Pomodoro da industria kg/anno Bilancio dell azoto in stalla (Barn gate N balance) Questo bilancio ha considerato ingressi ed uscite di materiali a livello di stalla, in associazione ai contenuti proteici determinati sui prodotti utilizzati o venduti. Le tabelle che seguono (n. 5-7) riportano i dati salienti per l annualità di monitoraggio. Tabella 5. Tenori medi proteici dei prodotti Mangimi per vacche in lattazione % 14,9 Mangimi per capi in rimonta % 17,1 Mangimi a base di latte in polvere % 22,8 Fieno prevalenza graminacee % 8,8 Fieno erba medica % 15,2 Latte venduto % 3,26 Tabella 6. Ingressi di azoto in stalla Mangimi per vacche in lattazione kg 61 Mangimi per asciutta e rimonta kg 727 Mangimi a base di latte in polvere kg 22 Fieno prevalenza graminacee kg 5975 Fieno erba medica kg ottobre 25 - Report on the data obtained in the first year Task 3 Pagina 3 di 8

4 LIFE4 ENV/IT/454 - OptiMa-N TOTALE kg Tabella 7. Uscite di azoto da stalla Latte venduto kg 3143 Latte per uso familiare kg 6 Latte mastitico scartato kg 6 Colostro kg 46 Vacche vendute kg 217 Vitelli venduti kg 39 Feti e incremento peso primipare kg 115 TOTALE kg 3571 Ingressi uscite di azoto kg Azoto escreto per vacca da latte kg 155,7 Efficienza di trasformazione (uscite/ingressi),2 Bilancio azoto per sola categoria vacche da latte: N escreto = 131, kg/anno Bilancio azoto per sola categoria capi in rimonta: N escreto = 4,5 kg/anno Questi risultati sono stati messi a confronto con i risultati già ottenuti da CRPA, con la medesima metodologia ma utilizzando dati di letteratura, per un campione di altri 18 allevamenti della pianura emiliana, di cui 1 destinano il latte alla produzione di Parmigiano-Reggiano e 8 all uso industriale. Seguono le principali considerazioni scaturite: - l azienda Cotti presenta una superficie aziendale riferita al numero di animali allevati superiore alla norma (1,34 ha/vacca in lattazione), che permette di rispettare ampiamente il limite di apporto di 17 kg N/ha al campo da reflui zootecnici; - il consumo di mangimi, la produzione di latte per vacca (circa 7. kg/vacca da latte) e le caratteristiche di qualità del latte si collocano ad un livello normale; - per quanto riguarda i dati di azoto escreto e l efficienza d uso dell elemento l azienda si colloca in buona posizione ma le performances ambientali di altri allevamenti appaiono migliori. Sulla base di questa ultima considerazione si può pensare di riuscire, nella continuazione del progetto, a migliorare l efficienza d uso dell azoto in stalla. Bilancio aziendale dell azoto (Farm gate N balance) Questo bilancio ha considerato ingressi ed uscite di materiali a livello aziendale, in associazione ai contenuti di azoto determinati sui prodotti utilizzati o venduti. Le tabelle che seguono (n. 8-9) riportano i dati salienti per l annualità di monitoraggio. Tabella 8. Ingressi di azoto in azienda Il valore unitario della deposizione Kg N/anno kg N /ha anno % atmosferica considerato è quello tipico di Mangimi ,1 2,4 queste aree. Foraggi 484 4,4 1,5 La fissazione dell azoto dovuta all erba Paglia 513 4,6 1,5 medica è stata stimata facendo uso di un modello empirico per la quantificazione Fertilizzanti minerali ,2 41,1 della fissazione simbiotica dell azoto Fertilizzanti organici ,3 8,1 (Høgh-Jensen et.al An Sementi e piantine 54,5,2 empirical model for quantification of Deposizioni atmosferiche ,4 5,5 symbiotic nitrogen fixation in grassclover mixtures. Agricultural Pagina Systems, 4 di 8 31 ottobre 25 - Report on the data obtained in the first year Task 3 82: ).

5 LIFE4 ENV/IT/454 - OptiMa-N Azoto fissato da leguminose ,2 21,8 TOTALE ,7 1, Tabella 9. Uscite di azoto da azienda Kg N/anno kg N /ha anno % Prodotti vegetali (orzo e pomodoro) ,6 47, Latte venduto ,9 49,2 Animali (vacche fine carriera e vitelli) 256 2,3 3,8 TOTALE 673 6,8 1, Ingressi uscite di azoto kg N/anno 239 kg N/ha anno Efficienza di trasformazione (uscite/ingressi),2 La voce principale in entrata è rappresentata dai fertilizzanti minerali acquistati sul mercato. Tra le altre voci che maggiormente contribuiscono alle entrate di azoto troviamo l acquisto di mangimi e la fissazione biologica dovuta alla coltivazione di erba medica che interessa quasi la metà dei terreni aziendali. Anche l ingresso in azienda di lettiere equine (fertilizzanti organici) rappresenta una voce significativa di input. Altre voci (acquisti di foraggi e paglia, sementi e piantine) costituiscono una percentuale limitata dell azoto in ingresso, avendo un incidenza addirittura inferiore a quella delle deposizioni atmosferiche. Non sono stati utilizzati ammendanti e correttivi, così come non sono stati acquistati capi da ristallo. Tra le voci in uscita le due nettamente maggiori sono rappresentate dalle vendite dei prodotti vegetali e del latte, che assieme hanno costituito più del 95% delle uscite aziendali di azoto. Il surplus aziendale di azoto stimato per questa prima annualità è risultato notevole. Si è già discusso con i proprietari dell azienda, anche nell ambito di una riunione del comitato ristretto di progetto tenutasi presso l azienda (7/7/25) e tenendo conto delle indicazioni scaturite da prima riunione dell European Orientation Group (22-23/4/25), delle possibilità di indirizzare l uso dell azoto verso una maggiore sostenibilità. Le voci sulle quali sembra più realistico intervenire senza il rischio di intaccare le performances economiche aziendali sono essenzialmente rappresentate dall utilizzo di fertilizzanti minerali e reflui zootecnici, la cui efficienza d uso si ritiene possa essere migliorata. Ciò tenuto anche conto che dal prossimo anno in azienda sarà disponibile liquame bovino prodotto nella nuova stalla inaugurata nel mese di ottobre 25. Tale materiale ragionevolmente potrà sostituire parte del concime chimico utilizzato sui prati all inizio della stagione vegetativa. Esso rappresenta un effluente il cui azoto, rispetto a quanto non succede per il letame, è prontamente utilizzabile dalle colture e può facilmente raggiungere gli apparati radicali veicolato dalle acque che compongono l effluente stesso. 31 ottobre 25 - Report on the data obtained in the first year Task 3 Pagina 5 di 8

6 LIFE4 ENV/IT/454 - OptiMa-N Sito sperimentale (Experimental site) Presso la stessa azienda dimostrativa dall anno 22 è attivo un sito sperimentale per il monitoraggio della dinamica dei nitrati nel suolo-sottosuolo. Il sito sperimentale consta di un appezzamento delle dimensioni di 52 x 1 m (5.2 m 2 ) all interno del quale sono state differenziate tre aree attrezzate con gli strumenti di monitoraggio (tensiometri, lisimetri a suzione). Il sito è stato caratterizzato dal punto di vista pedologico ed idrologico. Per la descrizione del sito e del piano di monitoraggio si veda primo report relativo a questo task. Nell'ambito di questo progetto il 19 ottobre 24 è stato distribuito letame bovino, in maniera omogenea su tutto il sito sperimentale, dosando 5 t/ha. Con questo materiale, che conteneva il 3,5 di azoto totale sul tal quale, sono state apportati 175 kg N/ha. L'interramento del letame è stato effettuato la mattinata successiva, con aratura,18-2 ore dopo la distribuzione. In corrispondenza temporale con la distribuzione dei reflui zootecnici sono state attivate prove con tunnel a ventilazione forzata (wind tunnel) per la valutazione delle emissioni in atmosfera di ammoniaca e prove con camere statiche (static chamber) per la valutazione delle emissioni di protossido di azoto. I risultati di queste prove vengono sintetizzati nella figura 2, nella quale sono rappresentati l azoto ammoniacale emesso in atmosfera rispetto alla quantità apportata con il letame e le emissioni specifiche di protossido di azoto misurate subito dopo lo spandimento. Figura 2 Emissioni di ammoniaca e protossido di azoto a seguito della distribuzione di letame 2,3 Emissione totalizzata [kg N-NH3 ha -1 ] Tempo [h] T1 (fondo) T2 (vangato dopo 18 ore) T3 (non vangato) mg m -2 h -2,25,2,15,1,5, T L1 L2 L3 L1, L2 ed L3 sono 3 ripetizioni dello stesso trattamento con letame Dalla primavera successiva le tre aree attrezzate sono state coltivate con essenze foraggere di tipo diverso (erba medica in purezza, miscuglio erba medica-festuca, festuca in purezza). Si segnala problema relativo all affrancamento delle tre specie foraggere sul sito sperimentale. Si sono infatti manifestati attacchi di fitofagi e diffusione di erbe infestanti che hanno ridotto in special modo lo sviluppo dell erba medica. Per questo nel 25 ci si è limitati tagliare periodicamente la vegetazione senza asportare le scarse produzioni ottenute. I grafici che seguono (fig. 3) illustrano le condizioni meteorologiche ed il potenziale matriciale del suolo registrati nell annualità di monitoraggio. Le misure di potenziale sono rappresentate attraverso isolinee ottenute dall interpolazione dei dati. Si ricorda che il potenziale matriciale è espressione delle forze che attraggono e legano l acqua al terreno e che ai valori di potenziale più negativi corrispondono le condizioni di suolo più asciutto. La figura 4, rispettivamente per le tre aree attrezzate, illustra le concentrazioni di azoto nitrico nelle acque di ritenzione del suolo-sottosuolo, attraverso isolinee ottenute dall interpolazione dei dati. La temperatura media dell annualità di monitoraggio è risultata di 13,1 C mentre le precipitazioni cumulate 849,2 mm. Il suolo si è mantenuto in condizioni di potenziale matriciale vicino allo zero (al valore zero corrisponde la presenza di acqua libera) sino al mese di maggio; da questa data si è assistito alla progressiva asciugatura degli orizzonti, dai più superficiali a quelli più profondi. 31 ottobre 25 - Report on the data obtained in the first year Task 3 Pagina 6 di 8

7 LIFE4 ENV/IT/454 - OptiMa-N Figura 3 Condizioni meteorologiche e potenziale matriciale del suolo 8 7 Precipitazioni [mm/giorno] Temperatura ambiente [ C] -1 1-ott-4 1-nov-4 1-dic-4 1-gen-5 1-feb-5 1-mar-5 1-apr-5 1-mag-5 1-giu-5 1-lug-5 1-ago-5 1-set-5 Profondità [cm] Giorni [n ] Inizio: 1/1/4 Fine: 3/9/ Le concentrazioni medie di nitrati nelle acque di ritenzione dello spessore -5 m sono generalmente risultate abbastanza contenute e senza variazioni di rilievo, in special modo al di sotto del metro di profondità. Una crescita temporanea e più spiccata delle concentrazioni si è avuta a 3 cm di profondità all inizio della stagione primaverile, poco dopo compensata dall assorbimento dovuto alle foraggere, maggiormente evidente nella parcella con la sola graminacea (festuca, plot n. 3). Da notare come nella parcella con erba medica in purezza le concentrazioni di azoto nitrico tra 3 e 5 m di profondità appaiano superiori rispetto a quelle delle altre due parcelle (da inizio a fine periodo di monitoraggio). Ciò è da attribuire però ad effetti residui dei trattamenti effettuati negli anni precedenti, quando questa parcella era stata fertilizzata con dosi superiori di azoto da concimi minerali. Nelle acque di ritenzione le concentrazioni dell azoto ammoniacale sono sempre risultate di oltre due ordini di grandezza inferiori rispetto a quelle dell azoto nitrico, con valori medi di circa,13 mg N-NH 4 + /l. 31 ottobre 25 - Report on the data obtained in the first year Task 3 Pagina 7 di 8

8 LIFE4/IT/454 OptiMa-N C.R.P.A. SpA Figura 4 Concentrazioni di azoto nitrico nelle acque di ritenzione 1) Plot con erba medica in purezza 2) Plot con miscuglio erba medica + festuca 3) Plot con festuca in purezza mg/ l N-NO3 Profondità [cm] Profondità [cm] Profondità [cm] Inizio: 1/1/4 Giorni [n ] Fine: 3/9/ Inizio: 1/1/4 Giorni [n ] Fine: 3/9/ Inizio: 1/1/4 Giorni [n ] Fine: 3/9/5 31 ottobre 25 - Report on the data obtained in the first year Task 3 Pagina 8 di 8