A. Wattiaux,1† PAS, M. E. Uddin,1 P. Letelier,1 R. D. Jackson,2 e R. A. Larson3
1Department of Dairy Science, University of Wisconsin–Madison, Madison 53706  
2Department of Agronomy, University of Wisconsin–Madison, Madison 53706   
3Department of Biological Systems Engineering, University of Wisconsin–Madison, Madison 53706 

Abstract

Introduzione
Emissioni provenienti dai bovini

Emissioni provenienti dal letame

Emissioni di GHG dal terreno

Valutazione delle emissioni provenienti dagli allevamenti da latte
Applicazioni
Letteratura citata

 

Abstract

Scopo: abbiamo identificato i fattori biofisici delle principali fonti di emissione di gas serra (GHG) in allevamento: metano enterico (CH4), metano e ossido di diazoto (N2O) provenienti dal letame, N2O proveniente dal terreno ed anidride carbonica (CO2). Abbiamo indagato l’effetto di specifiche pratiche di management e della loro interazione sull’attenuazione delle emissioni ed abbiamo riassunto i risultati  ottenuti dall’analisi del ciclo della vita del latte proveniente da allevamenti tipici del Midwest degli Stati Uniti. 

Fonti: la letteratura peer-review è stata la principale fonte dei dati e delle informazioni utilizzate per costituire questa review 

Sintesi: l’ingestione di sostanza secca e l’efficienza della conversione alimentare sono responsabili, rispettivamente, della produzione (g/die) e dell’intensità di emissione (g/kg di latte) del CH4 enterico. Anche la fibra alimentare e i lipidi influenzano la produzione di CH4 enterico mentre le proteine presenti nella dieta influenzano la presenza di N2O nel letame. All’interno della catena di gestione del letame, lo stoccaggio a lungo termine dei liquami non trasformati è una delle principali fonti di emissione di gas serra, ma l’adozione della separazione solido-liquido dei liquami e della digestione anaerobica riducono sostanzialmente il bilancio carbonioso di un allevamento. La quantità, le tempistiche e le modalità di applicazione dei fertilizzanti a base di azoto, sono i punti chiave da tener presenti per ridurre le emissioni di N2O dai terreni. Una riduzione o un arresto della coltivazione, di colture invernali e di colture perenni, aumentano il contenuto di OM nel terreno e riducono le perdite di CO2 dal suolo. La variabilità delle emissioni di GHG in azienda, che mediamente si aggirano intorno a 1.1 kg di CO2eq per chilogrammo di latte, è stata correlata più a specifiche pratiche di management piuttosto che alle dimensioni dell’allevamento o al sistema di produzione lattiero-caseario.  

Conclusioni e applicazioni: l’adozione di ottimali pratiche di gestione dell’alimentazione, delle coltivazioni e del letame potrebbe ridurre in maniera sostanziale le emissioni di gas serra negli allevamenti da latte. I metodi di configurazione e di valutazione dovranno essere migliorati per prendere meglio in considerazione le interazioni tra le componenti del sistema e i co-prodotti della produzione di latte. 

 

Parole chiave: allevamento da latte, metano enterico, gas serra, analisi del ciclo di vita, ossido di diazoto  

Introduzione

Il contributo del settore lattiero-caseario alle emissioni di gas serra (GHG) dovute ad attività umane è stato stimato al di sotto del 2% negli Stati Uniti (Thoma et al., 2013) e intorno al 2.7% nel resto del mondo (FAO, 2010). Tuttavia, a partire dal 2007, negli Stati Uniti la riduzione delle emissioni di questi gas è stata una delle priorità dell’industria lattiero-casearia (Innovation Center for US Dairy, 2018). Il lavoro di Thoma et al. (2013) suggerisce un’impronta di carbonio media di 2.05 kg di equivalenti (eq) di CO2/kg di latte fluido consumato, che corrispondono a 1.0 libbre di CO2eq emesse per ogni bicchiere di latte da 8-oz consumato. Questo valore è stato ottenuto mediante l’analisi del ciclo di vita dalla culla alla tomba” (LCA, Life Cycle Assessement), che tiene conto delle emissioni associate alla produzione, al trasporto, alla lavorazione, alla distribuzione, al consumo e allo smaltimento dei rifiuti dei consumatori. Thoma et al. (2013) hanno riportato anche che il 72% di quelle emissioni è già presente prima che il latte lasci l’allevamento (Figura 1). Le fonti delle emissioni in allevamento comprendevano le bovine [25% come metano enterico (CH4)], il letame [24% come CH4 e ossido di diazoto (N2O)], il terreno [19% come N2O e anidride carbonica (CO2)] e l’energia impiegata in allevamento (4% come CO2). Poiché, nel complesso la bovina, il letame e il terreno contribuivano così tanto all’impronta di carbonio del latte, i ricercatori hanno utilizzato un LCA parziale (dalla culla all’uscita dell’allevamento) per indagare le possibili opzioni utili ad ottenere una riduzione all’interno dell’azienda. Review più recenti si sono concentrate sulle opzioni di attenuazione partendo dalla bovina (Knapp et al., 2014), dal letame (Petersen et al., 2013) e dal terreno (Oertel et al., 2016) o da una loro combinazione (Gerber et al. , 2013; Rodhe et al., 2015). Per questa review, ci siamo concentrati sulle emissioni provenienti dalla bovina, dalla catena di gestione del letame e dal suolo. Per ciascuna di queste fonti, il nostro obiettivo primario era quello di riesaminare la letteratura relativa ai fattori biofisici delle emissioni. In un secondo tempo ci siamo concentrati sul contributo -e sulle possibili interazionidelle metodiche di alimentazione, di gestione del letame e dei sistemi colturali in relazione al loro potenziale di attenuazione dei GHG all’interno di aziende da latte miste (che praticano allevamento-coltivazione) tipiche del Midwest degli Stati Uniti. Il nostro ultimo passo è stato quello di riassumere le nozioni ricavate dal LCA dalla culla all’uscita dell’allevamento, cercando di mettere a confronto specifiche pratiche di management all’interno e oltre i confini nazionali. 

Figura 1. Principali fonti di Gas Serra (GHG) provenienti dalla produzione e dal consumo di latte negli Stati Uniti, con messa in evidenza della tipologia di gas (anidride carbonica, metano, ossido di diazoto o refrigeranti) prodotti all’interno e fuori dall’allevamento. eq = equivalenti (modificato da Thoma et al., 2013, con il permesso di Elsevier). Versione a colori disponibile online. 

Emissioni provenienti dai bovini

Elementi chiave e modulatori dell’emissione di metano enterico

Nei ruminanti la fermentazione enterica è una delle principali fonti di metano, un prodotto finale della fermentazione anaerobica dell’OM digeribile nel rumine e secondariamente a livello intestinale. Secondo i dati di livello 1 dell’IPCC (2006), una vacca da latte del Nord America, che produce 8.400 kg di latte l’anno, produce anche 121 kg di CH4 all’anno (cioè 331 g/giorno). In una recente meta-analisi, Ramin e Huhtanen (2013) hanno rilevato che vacche con 577 ± 49.4 ( media ± DS) kg di BW e una DMI di 15.2 ± 3.85 kg/giorno e che producevano 23.1 ± 6.75 kg di latte/giorno, emettevano 326 ± 123 g/d di CH4. Questo quantitativo di CH4 era pari al 6.5% dell’assunzione di GE, lo stesso valore suggerito dall’IPCC (2006) per calcolare le emissioni enteriche del settore lattiero-caseario in tutti i paesi. L’ingestione di sostanza secca (DMI) è il principale fattore responsabile della produzione di CH4 (Ramin e Huhtanen, 2013; Moraes et al., 2014). Tuttavia, anche la composizione chimica della dieta gioca un ruolo importante. Secondo Ramin e Huhtanen (2013), l’emissione giornaliera di CH4 è stata associata positivamente alla digeribilità dell’OM e negativamente al rapporto tra carboidrati non fibrosi (NFC) e carboidrati totali, calcolati come NFC + NDF. Analogamente, Moraes et al. (2014) hanno rivelato l’esistenza di una correlazione positiva tra la produzione di CH4 e il contenuto di NDF della dieta. Le migliori equazioni di previsione (nelle sopra menzionate meta-analisi), prevedevano anche un fattore che analizzava l’effetto negativo dei grassi sulla produzione giornaliera di CH4. Questo effetto, tuttavia, è limitato a quelle situazioni che prevedono unintegrazione con oli vegetali primariamente insaturi provenienti da semi (Knapp et al., 2014). Gli effetti dei fattori dietetici possono essere capiti principalmente attraverso i loro effetti sulla fermentazione ruminale. Il profilo dei VFA, derivato dalla fermentazione dei carboidrati, influenza la disponibilità di idrogeno (H2), il principale substrato limitante per la metanogenesi (Janssen, 2010). Substrati che producono acido acetico e acido butirrico aumentano la disponibilità di H2, mentre i substrati che producono acido propionico consumano H2 e, quindi, ne diminuiscono la disponibilità (Figura 2). Il metabolismo dei grassi ruminali non produce H2, ma la bioidrogenazione dei lipidi insaturi contribuisce all’eliminazione di H2. Tuttavia, gli effetti tossici diretti di determinati grassi ed acidi grassi sui digestori di fibre e sui produttori di CH4 sono stati identificati come un altro meccanismo in grado di spiegare gli effetti positivi di determinati grassi alimentari sulla produzione di CH4 (Martin et al., 2010). Un altro fattore importante in grado di intervenire sulla produzione di CH4 è il pH ruminale. Sebbene il lavoro in vitro di Lana et al. (1998) abbia mostrato un forte calo della metanogenesi dopo diminuzione del pH ruminale da 6.5 a 5.7, non è stato condotto un altrettanto adeguato lavoro in grado di quantificare questa correlazione in vivo. Anche il potenziale ruolo dei protozoi, che hanno relazioni simbiotiche con i batteri metanogeni, ha attirato l’attenzione come possibile meccanismo coinvolto (Whitelaw et al., 1984; Martin et al., 2010). A volte sono state osservate diminuzioni della produzione di CH4 (van Zijderveld et al., 2011), con o senza (Moate et al., 2014), effetto sulla popolazione dei protozoi. Tuttavia, i protozoi ciliati producono H2 e un decremento della loro popolazione determinerebbe una diminuzione media dell’11% della produzione di CH4 in vivo (Tapio et al., 2017). 

Figura 2. Il bilancio dell’idrogeno (H2), che guida la metanogenesi enterica, dipende primariamente dalla relativa produzione di acetato, butirrato e propionato come principali prodotti finali della fermentazione dei carboidrati; la bioidrogenazione dei grassi rappresenta un pathway alternativo con disponibilità variabile del numero (n) di H2, che dipende dal grado di insaturazione dei grassi introdotti con la dieta. FA = acidi grassi (fonti: Ungerfeld and Kohn, 2006, and Sauvant et al., 2011). Versione a colori disponibile online. 

Effetto della razione formulata

Tipologia di foraggio impiegato e tenore. Le razioni dovrebbero essere formulate per ridurr