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Ridurre l'impatto ambientale
e i costi di produzione
aumentando
l'efficienza d'uso delle risorse:
aspetti nutrizionali e gestionali
Antonello Cannas Università di Sassari
Luca Battaglini, Università di Torino
Luisa Biondi, Università di Catania
Marcello Mele, Università di Pisa
Enrico Sturaro, Università di Padova
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1. Basi biologiche della produzione di gas serra – Gas serra e C footprint
– Gas serra da fermentazioni ruminali ed enteriche
– Gas serra derivanti dalle deiezioni animali
2. Alimentazione e produzione di gas serra – Composizione della razione
– Ingestione
– Additivi
3. Principali effetti tecniche di allevamento – Effetto livello produttivo
– Specie
– Tecniche di allevamento ed efficienza gestionale
– Sistemi produttivi alpini o di alta montagna
4. Conclusioni
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nell’utimo secolo forte aumento concentrazione dei gas
ad effetto serra, che riflettono calore verso la terra
delle temperature
aumento causato dall’uomo o da eventi astronomici?
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Carbon footprint (impronta del carbonio): quantità di gas
serra (come CO2 eq) per un certo prodotto od attività
Unità di misura in zootecnia:
kg di CO2 eq. per animale per giorno o anno
kg di CO2 eq./kg di latte o carne
kg di CO2 eq./kg di SS ingerita
L’effetto serra è diverso per i diversi gas coinvolti
Gli effetti delle emissioni si uniformano con la “CO2
equivalente” (IPCC 2007):
Anidride carbonica 1 kg di CO2= 1 kg di CO2 equivalente
Metano 1 kg di CH4= 25 kg di CO2 equivalente
Nitrossido di azoto 1 kg di N2O= 298 kg di CO2 equivalente
Terminologia
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Zootecnia: impatto su GHG
FAO (2006)
Contributo zootecnia alle emissioni totali di gas serra (in
CO2 equivalenti) di origine antropica = 18% (incluso uso suoli)
• CO2 = 9 %; CH4 = 37 %; N20 = 65 %
IPCC (2007)
Contributo agricoltura alle emissioni totali di gas serra (in
CO2 equivalenti) di origine antropica = 13.5%
FAO (2010)
Contributo filiera bovini da latte alle emissioni
antropogeniche totali di gas serra (in CO2 equivalenti) =
• 4.0% (filiera del latte e carne prodotta in allevamenti da latte)
• 2.7% senza includere il contributo della carne prodotta
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Polli 0.00%
Bovini da latte53.90%
Bovini da carne24.43%
Bufalini0.02%
Caprini0.61%
Equini0.01%
Ovini7.08% Suini
13.95%
Conigli 0.00%
Emissione totale di GHG del settore
delle produzioni animali in Italia
(Atzori, Mele, Pulina, 2010)
Emissioni GHG agricoltura: 6.6% del totale, zootecnia 3%
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Assorbimento di:
CO2 nelle colture (C biomassa vegetale = 40% SO)
C nei prodotti animali (latte, carne, animali vivi)
Emissioni dirette di:
CO2: respirazione animale, reflui (non considerate)
CH4: fermentazioni enteriche, fermentazione dei reflui
N2O: reflui, fertilizzazione delle colture
Emissioni indirette per:
Uso e cambiamento d’uso del suolo
Produzione, condizionamento,trasporto alimenti zootecnici
Uso energia
CO2 eq nelle aziende zootecniche
emissioni– assorbimento
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GHG e specie animale
Specie Fermentazioni enteriche, %
Reflui, %
Bovini da latte 79 21
Bovini da carne 67 33
Suini 12 88
Avicoli 0 100
Emissioni annuali: enteriche vs. deiezioni
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Biochimismo AGV ruminali
Acetato: C6H12O6 2 C2H402 + 2 CO2 + 8 H
Butirrato: C6H12O6 C4H802 + 2 CO2 + 4 H
Propionato:
½C6H12O6 piruvato+CO2fumarato+ 2H C3H602 + CO2
½C6H12O6 C3H602 (lattato)-H2O acrilato + 2H C3H602
Metanogeni
HCOOH + 6 H CH4 + 2 H2O
CO2 + 8 H CH4 + 2 H2O
La produzione di CH4 per i ruminanti è
un’esigenza fisiologica
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Rapporto concentrati:foraggi e AGV ruminali
% concentrato: fieno
%
acid
i g
rassi
vo
lati
li
Razioni ricche in foraggi: alta produzione di metano e CO2
Razioni ricche in concentrati: bassa produzione metano e CO2
• perdita energetica da CH4: 5 -10 % dell’ E.L. della razione
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Metano (CH4)
prodotto ed emesso quando le deiezioni sono conservate
in condizioni anaerobiche e in forma liquida o
semiliquida (stoccaggio di lungo periodo)
con deiezioni “ricche”
Allevamenti bovini con vasconi di lungo stoccaggio
Allevamenti senza terra (suinicoli, avicoli, cunicoli)
deiezioni secche o quelle liberate al pascolo non
portano alla produzione di quantità significative di metano
(condizioni aerobiche)
GHG da deiezioni e reflui zootecnici
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GHG da deiezioni e reflui zootecnici
Nitrossido di N (N2O) 65% delle emissioni Emissioni dirette
processi aerobici di nitrificazione (NH4+
NO3-)
dell’ammoniaca contenuta nelle deiezioni seguiti da
processi anaerobici di denitrificazione (NO3- N2O N2)
da trattamento deiezioni solide
da animali che liberano le deiezioni nel suolo (feedlot o
animali al pascolo)
Emissioni indirette
processi di volatilizzazione di NH3 e NOx e percolamento
I trattamenti aerobici delle deiezioni (fra cui lo
spandimento) riducono le emissioni di metano ma
aumentano quelle di protossido di azoto (FAO, 2006)
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1. Basi biologiche della produzione di gas serra – Gas serra e C footprint
– Gas serra da fermentazioni ruminali ed enteriche
– Gas serra derivanti dalle deiezioni animali
2. Alimentazione e produzione di gas serra – Composizione della razione
– Ingestione
– Additivi
3. Principali effetti tecniche di allevamento – Effetto livello produttivo
– Specie
– Tecniche di allevamento ed efficienza gestionale
– Sistemi produttivi alpini o di alta montagna
4. Conclusioni
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Si riduce la produzione di metano nel rumine per
kg di alimento usato quando:
aumenta l’ingestione giornaliera ( la digeribilità, %
di ac. propionico)
la % di fibra e foraggi nella razione, la % di
concentrati, di amido e zuccheri
si aumenta la degradabilità dell’amido
si migliora la qualità dei foraggi
si macina la fibra
si aggiungono grassi insaturi alla razione
si usano alcuni additivi
Alimentazione e produzione di metano
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Alimentazione: lipidi vegetali
Effetto della somministrazione di lino
estruso in quantità crescenti
Martin et al, 2007
Effetti: -3.8% di metano per ogni 1% lipidi aggiunti alla dieta
(Martin et al., 2010)
Oltre il 6% di grasso nella dieta possibili effetti negativi sulla
digeribilità della fibra e sul contenuto di grasso nel latte
A livello ruminale
catturano H2 nei processi
di bioidrogenazione e
inibiscono i metanogeni
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Altre strategie di mitigazione
dell’emissione di metano
Metabolismo H2 Ridurre la produzione di H2 promuovere
vie alternative per la sua utilizzazione
Batteri metanogeni Utilizzare sostanze inibenti
Uso di biotecnologie
vaccinazione: - 8% di CH4 (Wright et al., 2004); poco ripetibile
probiotici: batteri acetogeni (ma bassa efficienza uso H2),
lieviti (risposte incerte e molto variabili; pochi dati in vivo)
defaunazione: - 20% di CH4 (Morgavi et al., 2008); residui nei
prodotti?
Uso di additivi
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Uso di additivi
Antibiotici
Additivi chimici
Inibiscono i
metanogeni,
disponibilità H2,
ac. propionico
Non ammessi dalla legislazione EU, pochi
studi in vivo, possibili effetti tossici
Estratti vegetali
(tannini, saponine,
oli essenziali
Inibizione dei
metanogeni e dei
protozoi
Riduzione CH4: 15-40% in piccoli
ruminanti (Puchala et al., 2005; Tiemann et al., 2008)
Problemi da risolvere: + prove in vivo per
fissare dosi e modalità di preparazione degli
additivi per stabilizzare gli effetti sul CH4
senza ridurre la digeribilità (Martin et al., 2010)
Acidi organici
(Malato, fumarato)
Shift H2 verso
produzione di
acido propionico
Riduzione CH4: 75% con 10% di fumarato
incapsulato (Wallace et al., 2006)
Problemi da risolvere: eccessiva variabilità
degli effetti (altri studi in vivo non hanno
confermato l’effetto sopra riportato)
Nitrati
Urea
Forte affinità per
H2 con
produzione di
ammoniaca
Riduzione CH4: 23% in pecore (Nolan et
al., 2010)
Problemi: possibile tossicità
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Mitigazione GHG da deiezioni e
reflui zootecnici
CH4
Produrre deiezioni “povere” di SO fermentescibile
Compostaggio aerobico, produzione anaerobica biogas
N20
Riduzione concentrazione e migliore sincronizzazione N
delle razioni riduzione N deiezioni
Riduzione concimazioni pascoli e colture foraggere
Additivi per ridurre processi di denitrificazione
Possibili riduzioni complessive di emissioni di N20 del
10-20% (Mosier et al., 1998)
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1. Basi biologiche della produzione di gas serra – Gas serra e C footprint
– Gas serra da fermentazioni ruminali ed enteriche
– Gas serra derivanti dalle deiezioni animali
2. Alimentazione e produzione di gas serra – Composizione della razione
– Ingestione
– Additivi
3. Principali effetti tecniche di allevamento – Effetto livello produttivo
– Specie
– Tecniche di allevamento ed efficienza gestionale
– Sistemi produttivi alpini o di alta montagna
4. Conclusioni
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la produzione di GHG aumenta in termini assoluti col
crescere del livello produttivo per l’aumento
dell’ingestione
Tuttavia:
Per kg di prodotto (latte, carne), diminuisce al crescere
del livello produttivo
I gas prodotti per il mantenimento degli animali
sono diluiti in una maggiore quantità di prodotto
Gli animali molto produttivi usano razioni con meno
foraggi e fibra
GHG e livello produttivo
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GHG e livello
produttivo
(Kirchgessner et al., 1991)
g d
i m
eta
no
per
kg
latt
e
Produzione di latte (kg/d)
CO2 eq/kg di latte: da
1.3 (USA, Europa) a 7.5
(Africa, Asia)
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L’aumento della produttività non sempre si accompagna a
diminuzioni nette di GHG, perché:
minori produzioni di CH4 enterico ma maggiori emissioni
dalle deiezioni per calo digeribilità (Johnson et al., 2000)
con più latte per capo si ha una riduzione del numero di
animali che è necessario allevare per fare latte ma:
− forte riduzione della carne prodotta da animali da latte
− è necessario allevare più animali da carne per
mantenere costante la produzione complessiva di carne
− emissioni complessive (latte + carne) variano poco
(Zehetmeier et al., 2012)
maggiore uso di alimenti extra-aziendali
GHG e livello produttivo
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Riduzione della C footprint:
sino a -25% di metano migliorando l’efficienza
riproduttiva degli allevamenti (Garnsworthy, 2004)
ridurre età al primo parto
- 8% metano in vacche da latte con un serio piano di
controllo delle mastiti (Stott et al., 2010)
riduzione patologie
In generale, migliorare la carriera produttiva utile e
l’efficienza produttiva, ridurre le categorie improduttive
GHG e tecniche di allevamento
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Riduzione della C footprint al PASCOLO:
aumentare il carico animale e la velocità di rotazione
nell’uso dei pascoli (McCaughey et al., 1997):
- 21% di metano passando da 1 a 2 vitelloni per ha
- 9% di metano passando da pascolamento continuo a
pascolamento a rotazione - 25% di metano pascolando leguminose vs. graminacee
limitare gli eccessi di azoto (concimazioni, orari di
pascolamento)
GHG e tecniche di pascolamento
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GHG e specie animale
Ovini e caprini vs. bovini
PRO: > ritmi di accrescimento (come % del PV) > prolificità,
più breve periodo nascita-primo parto, carriera produttiva
più lunga (adulti)
CONTRO: > livello di ingestione, < produzioni di latte (non
sempre) per kg di PV, > movimento
8.6 CO2 eq/kg di PV in ovini da carne vs. 10.5 CO2 eq/kg
di PV in bovini da carne (Ledgard et al., 2011; NZ)
Valori simili tenendo conto del fatto che parte della
carne bovina è prodotta da bovini da latte
nessuna differenza confrontando allevamenti ovini e
bovini da carne con tecniche di allevamento simili
(Edwards-Jones et al. 2009; UK)
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Biologico
Sistema di allevamento
Convenzionale Alto rapporto
foraggio:concentrato
Bassa produttività
Minore quantità di deiezioni
accumulate in stalla
Minor uso di fertilizzanti,
fitofarmaci e mangimi
Basso rapporto
foraggio:concentrato
Alta produttività
Maggiore quantità di deiezioni
accumulate in stalla
Maggior uso di fertilizzanti,
fitofarmaci e mangimi
Biologico: kg di CO2 eq./kg di latte o carne in genere
uguale o maggiore dei sistemi convenzionali
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I sistemi zootecnici di ambienti
montani e la C footprint
In generale:
- a basso impatto anche in termini
di emissioni di CO2 equivalente
- interessante modello di
integrazione sostenibile tra
gestione delle superfici e
processi produttivi
Perché a basso impatto?
- prevalente impiego di foraggi locali (erba da pascolo e
fieni da prati e prati-pascoli permanenti )
catturano il C riducendo la produzione di GHG
Battaglini et al., 2006, Garnett, 2010
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specie e razze idonee (possibilmente autoctone)
caratterizzate da capacità di adattamento a condizioni
climatiche difficili e in grado di utilizzare convenientemente
foraggi spontanei
riduzione di impiego:
- di N da fertilizzanti di sintesi
- di energia fossile
- di alimenti concentrati provenienti da ambienti distanti dalle
aree montane sostanziale riduzione delle emissioni per unità di
superficie e per unità animale allevata
evitare
- lavorazioni profonde dei suoli
- conversioni di pascoli in arativi
- gestioni pastorali scorrette
Per un efficace controllo delle emissioni:
quali scelte?
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Le produzioni dirette di GHG dipendono da numerose
variabili, fra loro intercorrelate
Numerose tecniche di mitigazione possibili
Numerose tecniche di mitigazione in fase di studio
Le strategie di mitigazione devono tener conto:
di tutto il processo produttivo: interazione fra
emissioni dirette ed indirette (LCA)
delle specie animali e delle attitudini produttive
considerate
delle condizioni locali
CONCLUSIONI