L’inventario delle emissioni del settore agricoltura e il bilancio dell’azoto Eleonora Di Cristofaro ISPRA - Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale Workshop Verso un sistema nazionale di indicatori statistici agro- ambientali: primi risultati ISTAT – Roma, 13 febbraio 2017
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E. Di Cristofaro, L’inventario delle emissioni del settore agricoltura e il bilancio dell’azoto
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L’inventario delle emissioni del settore agricoltura e il bilancio dell’azoto
Eleonora Di CristofaroISPRA - Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca
Ambientale
Workshop Verso un sistema nazionale di indicatori statistici
agro-ambientali: primi risultatiISTAT – Roma, 13 febbraio 2017
→ Inventario nazionale delle emissioni
→ Emissioni di gas serra e di ammoniaca dal settore agricoltura
→ Statistiche agricole utilizzate
→ Nuove statistiche nel sistema SAIO per l’inventario delle emissioni?
→ Bilancio dell’azoto: input ed output considerati; coerenza e criticità con l’inventario delle emissioni
Contenuto
Convenzioni internazionali e contesto europeoUN-FCCC Convenzione sui Cambiamenti Climatici e Protocollo di Kyoto
stime annuale delle emissioni e assorbimenti di gas serra con effetto diretto CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6, e indiretto SO2, NOx, NMVOC, CO e delle proiezioni; la metodologia di riferimento è quella indicata dall’IPCC.UN-ECE Convenzione sull’inquinamento transfrontaliero delle emissioni in atmosfera (CLRTAP, 1979) e relativi protocolli di riduzione delle emissioni: trasmissione annuale delle emissioni e proiezioni di SO2, NOx, NH3, NMVOC, CO, HMs (Cd, Pb, Hg e altri), PM, POPs (Diossine e Furani, IPA, HCB, PCBs e altri), ogni 5 anni disaggregazione territoriale sul grigliato EMEP, metodologia di riferimento EMEP/CORINAIR.UE: Meccanismo di monitoraggio dei gas serra dell’Unione Europea; Pacchetto Clima-Energia e le direttive europee sulla limitazione delle emissioni (IPPC, NEC, etc.)
Nell’ambito della Convenzione Quadro delle Nazioni Unite sui Cambiamenti Climatici (UNFCCC) è richiesto ai Paesi la trasmissione di periodi report, che riportino le loro politiche e misure adottate o pianificate al fine di ridurre le emissioni di gas serra o, più in generale, inerenti i cambiamenti climatici.Paesi Annex I devono trasmettere annualmente l’inventario delle emissioni di gas serra, con dati dal 1990 (base year). I dati e la metodologia utilizzati per compilare l’inventario sono oggetto di una review annuale da parte di revisori internazionali UNFCCC.L’inventario nazionale dei gas serra viene comunicato mediante compilazione dei “Common Reporting Format” (CRF) e redazione del “National Inventory Report” (NIR), in accordo con le Linee Guida adottate a livello internazionale, redatte dall’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).Il National Inventory Report riporta una descrizione completa dei fattori alla base dei trend delle emissioni italiane, dei criteri adottati per la scelta delle metodologie, dei fattori di emissione e dei parametri utilizzati per stimare le emissioni.In Italia, la predisposizione dell’inventario è garantita dall’ISPRA che ha, tra i suoi compiti istituzionali, la stima e la trasmissione dell’Inventario delle emissioni di gas serra, e l’attuazione e gestione del Sistema nazionale per la realizzazione dell’Inventario nazionale dei gas serra, che è strumento ufficiale di verifica degli impegni assunti a livello internazionale (D.Lgs. 51/2008 e D.Lgs. 30/2013).
L’inventario nazionale di gas serra
Il trend delle emissioni di gas serraNel 2015 (dati provvisori), le emissioni di gas-serra in Italia sono state del 18.7% inferiori a quelle del 1990; i dati preliminari 2015 mostrano un aumento delle emissioni totali di gas serra di circa il 1.3% rispetto al 2014.L’Italia rimane, per il 2015, ben al di sotto (circa -17.7%) del valore assegnato in ambito comunitario per settori non ETS (la riduzione prevista al 2020 per l’Italia è pari al 13%).
81.7%
7.1%
7.1% 4.1% Energia
Processi industriali
Agricoltura
Rifiuti
-100
0
100
200
300
400
500
600
CO
2 eq
. (M
t)
LULUCF Rifiuti Agricoltura Processi industriali e uso di prodotti Energia
Emissioni di gas serra dal settore agricoltura
La riduzione complessiva (-15.5%), osservata nel periodo 1990-2015, è principalmente dovuta alla riduzione di CH4 dalla fermentazione enterica (-11.1%) e di N2O dai suoli agricoli (-18.0%), che rappresentano rispettivamente il 45.8% e il 29.8% delle emissioni totali del settore. Le riduzioni sono dovute principalmente alla riduzione del numero di capi, dei fertilizzanti azotati e delle superfici agricole coltivate.
Nel 2015 il settore Agricoltura ha emesso 30.1 Mt di CO2eq, pari al 7.1% delle emissioni nazionali di gas serra. Le attività maggiormente emissive sono la fermentazione enterica (in particolare dei ruminanti), la gestione dei suoli agricoli (con riferimento in particolare allo spandimento dei fertilizzanti azotati sintetici ed organici) e dei reflui zootecnici (ricoveri e stoccaggi). Il settore è responsabile delle emissioni di gas serra di CH4, N2O e CO2, che nel 2015 rappresentano rispettivamente il 61.6%, il 37.0% e l’1.5% delle emissioni totali del settore.
05,000
10,00015,00020,00025,00030,00035,00040,000
CO
2 eq
(Gg)
H. Urea application G. Liming F. Field burning of agricultural residuesD. Agricultural soils C. Rice cultivation B. Manure managementA. Enteric fermentation
Emissioni nazionali di ammoniaca
Le emissioni nazionali di ammoniaca mostrano una lieve riduzione (-16.6%) nel periodo 1990-2014, passando da 471.88 Gg a 393.44 Gg.
Nel 2014 il settore agricoltura rappresenta il 96.1% delle emissioni totali di ammoniaca. La riduzione delle emissioni del 18.1%, dal 1990 al 2014, è dovuta in particolare alla riduzione del numero di capi allevati, alla diffusione delle tecnologie di abbattimento nei sistemi di gestione delle deiezioni, all’uso dei fertilizzanti azotati, all’andamento delle produzioni agricole.
Ricoveri e stoccaggi
(deiezioni); 55.6%
Coltivazioni fertilizzanti
organici; 25.8%
Coltivazioni fertilizzanti inorganici;
14.6%
Trasporti; 1.6%Rifiuti; 1.5% Energia e
industria; 0.8%
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
1990 1995 2000 2005 2010 2011 2012 2013 2014
NH
3 (G
g)
Ricoveri e stoccaggi (deiezioni) Coltivazioni fertilizzanti organici Coltivazioni fertilizzanti inorganici
Trasporti Rifiuti Energia e industria
Emissioni di ammoniaca dal settore agricoltura Nel 2014 le emissioni del settore agricoltura sono pari a 378.0 Gg e sono dovute alla gestione delle deiezioni (3B) che contribuisce per il 57.9% e ai suoli agricoli (3D) che concorrono per il 42.1%. In particolare, la categoria 3B include le emissioni dovute ai ricoveri degli allevamenti (28.4%) e agli stoccaggi delle deiezioni (29.5%); la categoria 3D comprende lo spandimento delle deiezioni (19.8%), l’uso di fertilizzanti inorganici (15.2%), l’uso di altri fertilizzanti organici (3.9%), il pascolo e la coltivazione delle leguminose (2.6%), lo spargimento dei fanghi di depurazione (0.5%)).
Fanghi Altri fertilizzanti organici Fertilizzanti inorganici Pascolo e leguminoseSpandimento Stoccaggi Ricoveri
Dati di attività 1/2
Le statistiche ufficiali del settore sono principalmente raccolte e prodotte dall’Istituto nazionale di statistica (ISTAT). I dati di attività (quali, il numero dei capi allevati, l’uso dei fertilizzanti, le superfici e le produzioni agricole, la produzione di latte) sono disponibili on-line: http://agri.istat.it/jsp/Introduzione.jsp. L’ISTAT ha un ruolo fondamentale nella raccolta completa di dati attraverso le statistiche strutturali (quali, l’indagine sulla struttura e sulle produzioni agricole, SPA, e il censimento dell’agricoltura) e le indagini congiunturali. Le stesse statistiche sono utilizzate per la preparazione dell’inventario in ambito UNFCCC e UNECE/CLRTAP, per rispettare la consistenza delle stime.
Activity data and emission factors of agriculture sector
Activity data: number of animals (type of production, age of animals); cultivated surface and crops production; use of synthetic fertilizer. Sources: Agricultural statistics from ISTAT – structural surveys (FSS), conjunctural surveys, general census; FAO; UNAITALIA, AIA
Parameters: average weight; milk production and fat content; digestibility of feed; nitrogen excretion rates, production of volatile solids, production of slurry and solid manure, methane emission rates. Sources: Nitrogen Balance Inter-regional Project and MeditAIRaneo project from CRPA; ISTAT. Values are based on national experimental measurements or adaptation to the Italian case of international studies.
AGRICULTURE PRODUCTION METHODS DATA COLLECTED PER YEAR THROUGH FSS
Italian Statistical System and ISTAT contribution to the emissions inventory implementation Bellini, Greco – Rome, 2 October 2013
KIND OF PRACTICE 2000 2003 2005 2007 2010 2013tillage x x x x x xsoil conservation (soil cover, crop rotation) x x x x x -landscape features - - x - x -animal grazing - - x - x -animal housing - - x - x -manure application x x - x x xmanure storage and treatment facilities x x - x x x
GE = gross energyNEm = net energy required by the animal for maintenance NEa = net energy for animal activity NEl = net energy for lactation NEwork = net energy for work NEp = net energy required for pregnancy
REM = ratio of net energy available in a diet for maintenance to digestible energy consumedNEg = net energy needed for growth REG = ratio of net energy available for growth in a diet to digestible energy consumed DE%= digestible energy expressed as a percentage of gross energy
EF = emission factorGE = gross energy intakeYm = methane conversion factor, per cent of gross energy in feed converted to methaneThe factor 55.65 (MJ/kg CH4) is the energy content of methane
Enteric fermentation (3A) – Cattle
dairy cattle
other cattle
Parameter Value ReferenceAverage weight (kg) 602.7 CRPA, 2006[a]
1-2 years Males 1-2 years Females >2 years Females
ParametersOthers
(*) breeding breeding all breeding Others
Secondo le linee guida dell’IPCC, dati e informazioni (la maggior parte delle quali basate su misure sperimentali) relativi alla composizione della dieta dei bovini, alla concentrazione dei prodotti generati dalla fermentazione dei ruminanti, alla variazione stagionale della popolazione animale, alla qualità e disponibiltà degli alimenti, alle strategie di mitigazione potrebbero essere utilizzati per sviluppare modelli sofisticati per la stima delle emissioni.
Inoltre, la disponibilità di informazioni sulle diete e su un maggior dettaglio della popolazione animale potrebbe consentire l’utilizzo di valori differenziati di digeribilità, che comporta variazioni rilevanti nella stima dell’energia necessaria per soddisfare le esigenze di mantenimento e delle attività degli animali, quali la crescita, la lattazione e la gravidanza.
Data l’importanza del fattore di conversione in metano dell’energia assimilata, sforzi aggiuntivi dovrebbero essere profusi in ricerche volte a migliorare le stime di Ym per le diverse combinazioni di bestiame e mangimi.
Fermentazione enterica (3A) – Miglioramenti delle stime
• Tier 2 approach has been used for cattle, buffalo and swine categories
• Cattle/buffalo categories: for estimating slurry and solid manure EFs and the specific conversion factor, a detailed methodology was applied at a regional basis. Then, a simplified methodology, for estimating EF time series, was followed. Emissions are based on specific manure management practices and environmental conditions. In particular, the following factors have been considered:
- average regional monthly temperatures; - amount of slurry and solid manure produced per
livestock category;- management techniques for the application of slurry
and solid manure • For the estimation of swine CH4 emissions a country-specific
methane emission rate has been experimentally determined at the CRPA. The estimation of the emission factor considers :
- structure of the storage for slurry (tank and lagoons), - type of breeding and seasonal production of biogas
Gestione delle deiezioni (3B) - CH4 emissions
Gestione delle deiezioni (3B) – CH4 emissions avoided from biogas recovered
Estimating emissions of methane to be deducted was performed using the information and data provided by TERNA (the leading electricity transmission grid operator in Italy) and the CRPA (the Research Centre on Animal Production).
Informazioni mancanti: • Quantità di deiezioni animali avviate ai digestori;• Quantità di biogas derivante dalle deiezioni avviate ai digestori;• Perdite di metano degli impianti
Dati di attività per gli indicatori agro-ambientali nel sistema SAIO?
Nell'ambito dell'inventario nazionale delle emissioni di gas serra e inquinanti atmosferici (tra cui l'ammoniaca), relativamente ai "building blocks“ del sistema SAIO, troviamo che siano complessivamente dati molto utili al nostro lavoro, in particolare quelli relativi agli input di azoto e al feed intake, alla gestione degli allevamenti e dell'azienda agricola, alla produzione di colture, alla copertura del suolo.
Sarebbe inoltre utile raccogliere dati relativi alla produzione di deiezioni nelle aziende agricole (distintamente per ricovero e pascolo), la quantità di azoto in esse contenuta (che in realtà si potrebbe calcolare utilizzando le informazioni su manure N application, N in imported manure e N in exported manure, già previste nei "building blocks"), la quantità di effluenti zootecnici stoccati nei digestori anaerobici o in generale in impianti per la produzione di biogas usato per produrre energia. Tali dati potrebbero essere in parte di tipo amministrativo e in parte statistico, l'importante è che siano coerenti tra di loro, in termini di metodologie di calcolo o di misurazione (per esempio, la quantità di deiezioni negli stoccaggi non può essere superiore alla quantità prodotta in azienda più quella importata), nel tempo e nello spazio, quindi su tutto il territorio nazionale.
Inventario delle emissione e i dati di attività del sistema SAIO
Gross Nitrogen Balance (GNB) 1/2
Azoto Fosforo Potassio
INPUT GNB:-mineral fertilisers-manure-organic fertilisers-biological N fixation-atmospheric deposition-seeds
GNB indica eventuali surplus o deficit di azoto ai suoli che possono causare inquinamento ambientale e degradazione del suolo e quindi perdita di fertilità del suolo.Eurostat raccoglie i dati di I/O dai Paesi Membri per la costruzione di questo indicatore. E’ in corso l’aggiornamento delle linee guida per la stima del GNB anche per migliorare la metodologia utilizzata, in accordo con la stima delle emissioni nell’ambito delle Convenzioni UNFCCC e UNECE_CLRTAP.
I nutrienti delle piante si distinguono in macro elementi:
Nell'ambito dell'inventario delle emissioni, relativamente all’azoto, si considera la quantità di azoto immessa nel sistema agricolo, sia essa escreta dagli animali che apportata ai suoli da altre fonti (fertilizzanti sintetici, altri organici, residui colturali) e successivamente si stimano le emissioni derivanti dalla gestione dell'azoto negli allevamenti e nei suoli agricoli. In sostanza non si effettua un bilancio dell'azoto, secondo la metodologia di Eurostat, ma certamente nell'inventario delle emissioni si considerano diversi input ed output del bilancio dell'azoto. Tali voci sono: Nutrient input by mineral fertilisers, Manure production, Nutrient input by organic fertilisers (excluding manure), Crop residues, Atmospheric deposition, Emissions.
Gross Nitrogen Balance (GNB) 2/2
Nell'ottica dell'armonizzazione dei dati usati da Eurostat per costruire il bilancio dell’azoto e dei dati usati nell'inventario delle emissioni, possiamo fare alcune considerazioni.
-i dati sugli allevamenti, sui coefficienti di escrezione di azoto, sugli altri fertilizzanti organici e sulle emissioni di N2O, NO2 e NH3 sono quelli dell'inventario delle emissioni (estratti dal sito dell'UNFCCC - dati inventario dei gas serra - e dal sito UNECE - dati inventario inquinanti atmosferici);
-sul consumo di fertilizzanti, Eurostat ha considerato i dati di Fertilizers Europe, diversi dal dato Istat, usato nell'inventario delle emissioni; -sulle produzioni agricole, i dati di Eurostat sembrerebbero più bassi rispetto a quelli dell'inventario (mediamente del 30% nel periodo 1990-2014), la cui serie storica dal 1990 è stata ricostruita con diverse indagini dell'Istat. Le differenze potrebbero derivare anche dall'uso di statistiche differenti: nell'inventario si usano le statistiche annuali congiunturali dell'ISTAT (Stima delle superfici e produzioni delle coltivazioni agrarie), disponibili online, mentre Eurostat utilizza quelle comunicategli ufficialmente dai Paesi Membri (forse i dati delle indagini strutturali e del censimento);
Armonizzazione dei dati EUROSTAT -Inventario emissioni 1/3
-per i residui colturali rimossi dal campo, Eurostat utilizza dati diversi da quelli dell'inventario, sia in termini di quantità rimosse sia in termini di azoto contenuto;
-per la Biological Nitrogen Fixation by leguminous crops, i dati usati nell'inventario sono molti più bassi di quelli di Eurostat a causa di coefficienti di N per ettaro molto inferiori. Considerando però che tra gli input di azoto al suolo, Eurostat non ha incluso l'apporto di azoto derivante dall'incorporamento al suolo dei residui colturali, sommando questa voce e la precedente, si ottengono valori paragonabili. Forse i coefficienti usati da Eurostat tengono conto anche dei residui.
Secondo la metodologia IPCC Guidelines 2006, l’apporto di azoto al suolo dovuto alle colture azoto-fissatrici è stato rimosso come fonte diretta di emissione di N2O a causa della mancanza di prove di emissioni significative derivanti dal processo di fissazione.
Armonizzazione dei dati EUROSTAT -Inventario emissioni 2/3
-per quanto riguarda i dati delle emissioni, che vengono sottratte nel bilancio al gross surplus (Input-Output), mancano le emissioni di N2O indirette dai suoli agricoli e dalla gestione delle deiezioni. Inoltre, manca la quantità totale di azoto persa per lisciviazione e ruscellamento, che dai suoli finisce nelle acque superficiali e sotterranee. Questa quantità è stimata, secondo le linee guida dell'IPCC (2006 IPCC Guidelines) pari al 30% dell'azoto apportato ai suoli dai fertilizzanti sintetici ed organici, dal pascolo, dai residui colturali (secondo le IPCC Guidelines, tale fenomeno si verifica nei territori dove la quantità d’acqua caduta al suolo (per pioggia o irrigazione), meno il potenziale di evaporazione dell’acqua, è maggiore della capacità del suolo di trattenere l’acqua).
Armonizzazione dei dati EUROSTAT -Inventario emissioni 3/3
Inventario nazionale delle emissioni e disaggregazione provinciale:http://www.sinanet.isprambiente.it/it/sia-ispra/serie-storiche-emissionihttp://unfccc.int/national_reports/annex_i_ghg_inventories/national_inventories_submissions/items/9492.php http://www.sinanet.isprambiente.it/it/sia-ispra/inventaria
Approfondimento tematico sull’agricoltura: ISPRA (2008), Agricoltura: inventario nazionale delle emissioni e disaggregazione provinciale. ISPRA Rapporto tecnico 85/2008. Roma, Italia. http://www.isprambiente.gov.it/it/pubblicazioni/rapporti/agricoltura-inventario-nazionale-delle-emissioni-e
ISPRA (2011), Agricoltura: emissioni nazionali in atmosfera dal 1990 al 2009. ISPRA Rapporto tecnico 140/2011. Roma, Italia. http://www.isprambiente.gov.it/it/pubblicazioni/rapporti/agricoltura-emissioni-nazionali-in-atmosfera-dal
Metodologie di stima:2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Vol. 4 - Agriculture, Forestryand Other Land Use http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/vol4.html
EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook 2016http://www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-guidebook-2016