Algoritmo per la gestione dei reflui zootecnici nel Sud Italia

Abstract

Nell’economia agricola della regione Campania la produzione del latte di bufala ricopre un ruolo centrale per fatturato, con oltre 260.000 capi allevati. Le superfici vocate all’allevamento sono limitate ad alcune aree di pianura della provincia di Caserta e Salerno e conseguentemente il carico di bestiame per unità di superficie è molto alto. Esiste, quindi, un problema di gestione dei reflui zootecnici, come in tutte le regioni d’Europa in cui si pratica l’allevamento intensivo. Da recenti ricerche è emersa una sostanziale discrepanza tra l’inquinamento rilevato ascrivibile a fonti non puntiformi (NPS) e l’effettivo carico di bestiame. L’inquinamento da nitrati, in particolare, è risultato in Campania relativamente contenuto, pur in presenza di elevati carichi. Partendo da questi risultati, è stato determinato l’effettivo contenuto medio di nutrienti (azoto e fosforo) nel refluo della bufala, quantificandone l’effettivo valore agronomico e quindi l’effettiva propensione degli agricoltori ad utilizzarlo. La tesi approfondisce le possibilità di gestione dei reflui zootecnici bufalini, coerentemente con la normativa, con le esigenze agronomiche, valutando anche le possibili tecniche di trattamento. Difatti la normativa e le tecniche di gestione vengono approfonditamente discusse, anche con riferimento ad un’azienda reale del salernitano. A supporto delle attività degli allevatori, viene presentato inoltre un software di gestione appositamente elaborato in Visual Basic, utile alla compilazione del modello di comunicazione per l'utilizzazione agronomica degli effluenti zootecnici, obbligatorio in regione Campania. A seguito di questo approfondimento, si comprende che il costo di gestione agronomica, tra 1,4 - 2,3 €/m ³ di refluo da gestire (a seconda della tecnica di spandimento utilizzata) a fronte di un contenuto di azoto invero molto basso, dell’ordine dei 2 kg/m³ e per di più con una resa al campo molto bassa. Con questa sproporzione tra il costo di gestione e l’effettivo scarso valore agronomico, si giustifica, almeno dal punto di vista economico, lo scarso impegno degli allevatori nella corretta gestione. Con queste premesse, il contributo della tesi è mirato a valutare le strategie gestionali per migliorare le possibilità di impiego agronomico. La tesi principale è che ottimizzando l’impiego del raschiatore nel paddock ossia limitandolo ad alcuni periodi dell’anno, sia possibile aumentare l’evaporazione e ridurre sensibilmente quindi i volumi da gestire. A questo scopo sono stati adattati i due modelli empirici di evapotraspirazione di Tombesi Lauciani e Hargreaves, rispettivamente, e ne sono state confrontate le diverse performance in termini di rispondenza fra dati previsti e stimati. I dati utilizzati per la stima dell'evaporazione dei reflui in situ, sono stati ricavati da misure del peso del refluo stesso, su una pesa sperimentale in grado di risolvere variazioni di peso di pochi etti su una superficie di 2 m². La pesa è stata realizzata in acciaio inox, e dotata di 4 celle di carico, provviste di un dispositivo di finecorsa per prevenire danni dovuti a sovraccarichi accidentali. È stata, quindi, posta in opera nel paddock di un’azienda, a filo con il piano di calpestio. Contestualmente sono stati installati gli strumenti per la misura dei parametri agrometeorologici. I dati sono stati raccolti da un data logger Campbell. I due modelli sono stati calibrati e confrontati sulla base dei dati raccolti nel periodo dal 23 Giugno al 24 Settembre 2011. Il modello più efficiente, in termini di rispondenza fra i dati stimati e quelli misurati è stato poi implementato su un periodo di 5 anni (dal 2006 al 2011), consentendo un calcolo su base annua dell'evaporazione. I risultati hanno mostrato che il modello basato sulla formula di Tombesi Lauciani è più accurato. Col modello è stata dedotto che con una strategia di gestione appropriata è possibile ridurre il volume di reflui da gestire del 30 %, riducendo i periodi di azionamento del raschiatore. La strategia di gestione ottimale prevede di ridurre, per quanto possibile, l’uso del raschiatore tra il 100° e il 250° Giorno Giuliano Apparentemente con questo tipo di gestione aumenterebbero le perdite per volatilizzazione dell’azoto ammoniacale. Per altro, in base allo studio effettuato, in Campania con l’attuale pratica di gestione dei reflui (carro botte e piatto deviatore), che per necessità viene utilizzato anche nelle ore centrali della giornate, si hanno egualmente elevate perdite di azoto ammoniacale. Con questo lavoro di tesi si introduce una nuova visione per la gestione degli effluenti zootecnici nel clima mediterraneo, dove ci sono più problemi legati alle emissioni di gas serra rispetto alle piogge acide.

Buffalo husbandry plays an important role in Campania region's economy with over than 260,000 buffalo heads reared, the industry contributes an annual turnover of 500 million Euros. Agricultural lands suitable for livestock production, in Campania region, are limited to both Caserta and Salerno provinces' plains. Consequently the number of head per hectare is very high. Therefore there is a big challenge in terms of manure management, as in all the European country where there are intensive livestock farms. Recent studies have shown a discrepancy between the NPS pollution in the monitoring wells and the actual number of buffalo in Caserta province. Results showed presence of nitrate pollution in shallow groundwater, but the values were not comparable to the nitrate concentrations characteristic of other strongly agricultural systems in Europe. Starting from these results, new studies have characterized the composition of buffalo manure quantifying the actual nitrogen and phosphorous content, its agronomic value and consequently the real propensity of farmers to use it. Basing on this background, the present work concerns about buffalo manure management in Campania region (South Italy), analyzing the possibility to manage the farms according to the regulations, the agronomic requirements, evaluating also the possible treatment techniques. Legislation and management techniques are discussed in detail, with reference to specific farm near Salerno. Moreover a management software, developed with Visual Basic®, is introduced. The software provides all the calculations required in the "communication form for the manure utilization", which is the regional instrument for manure management monitoring. The first part of the thesis show that the cost for spreading activities are expensive (1,4 - 2,3 €/m ³ of manure) compared to the actual nitrogen content that is about 2 kg/m³. This difference between the cost for manure application to the land and the low agronomic value, is the reason why the many farmers don't apply manure management in a correct way. Therefore the research is aimed at evaluating management strategies to improve the possibilities for agronomic use. The main thesis is that optimizing the use of the scraper in the farmyard, limiting it to certain times of the year, it is possible to increase natural manure evaporation and therefore significantly reduce the volumes to be handled. With this aim, this study compares the output of two empirical models for buffalo (Bubalus bubalis) manure evaporation, with measured data, in order to evaluate models performance. The two models were developed by adapting the potential evapotranspiration of Tombesi-Lauciani and Hargreaves. The data used for assessing the real manure evaporation in situ, were derived from the manure weights recorded by an experimental platform, equipped with load cells, installed within the farmyard. The experiments were carried out in Serre (SA), in the South of Italy in the period from 23 of June to 24 of September. The more efficient model, in terms of closeness between estimates and measures, was implemented over a period of 5 years, allowing annualized calculation of evaporation. On this basis, an optimal management strategy was established, which corresponds to maximizing the manure evaporation, minimizing the use of the scraper from the 100th day of the year (DOY) to the 250th DOY. This leads to a potential reduction in weight of the manure by 650 kg/m2 of farmyard/year, which corresponds to management cost reduction of about 30%. It is necessary to underline that this management strategy could increase the ammonia losses for volatilization. On the other hand, it has to be considered that in the study area, the spreading activities are concentrated in the central hours of the days, with high temperature. With this thesis it is introduced a new vision for the manure management in the Mediterranean climate, where there are more problems related to greenhouse gas emissions than to acid rain.