La misurazione delle concentrazioni di ammoniaca e gas climalteranti per la stima delle emissioni in stalle aperte per bovine da latte

Ammonia (NH3) and greenhouse gas (GHG) emissions from the dairy sector are responsible for harmful impacts on the environment. The identification of mitigation strategies and the improvement of specific reduction policies require precise evaluation of gas concentration and emissions. In Europe, dairy cows are mainly housed in naturally ventilated dairy barns and many studies from the literature investigated the emissions mainly in Northern Europe. In the Mediterranean area dairy barns generally have an open envelop and the natural ventilation is integrated by cooling systems (e.g., fans, and sprinkler system) to reduce heat stress for cows, especially during warm periods. In the literature, there is a lack in the measurement of gas concentrations and emission estimations from this barn typology. Based on the monitoring of gas concentrations in the barn environment, this thesis aimed at (i) studying the influence factors affecting gas concentrations; (ii) optimising the monitoring of gas concentrations; (iii) evaluating gaseous emissions and their influencing factors. Gas concentrations of ammonia (NH3), carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) as well as climatic parameters and cows’ behavioural activities were monitored during different experimental periods in an open-sided free-stall dairy barn equipped with two cooling systems, located in Sicily (Italy). NH3 and GHG emissions were estimated through the application of the CO2 mass balance method. Acquired data were organised in different datasets and statistical analyses were applied. The results showed that both daily gas concentrations and emissions changed in time and space. In detail, the variability of gases was not homogeneous in the barn. Climatic and management- related factors influenced gas concentrations and, thus, the emissions. The presence of openings and the cooling systems (i.e., sprinklers and fans) in this barn typology produced changes in the indoor microclimate conditions in the barn, affecting cow behaviour and, thus, the production of gases. Knowledge on the influencing parameters is suitable for providing information on the measurement strategy. Moreover, hints on the number of sampling locations, the spatial distribution, the frequency of sampling and the number of repetitions for each measurement were provided based on the measurement purpose.

Nel settore zootecnico le emissioni di ammoniaca e gas serra sono responsabili di impatti negativi sull’ambiente. L’identificazione di strategie di mitigazione e l’implementazione di politiche di riduzione richiedono specifiche misure delle concentrazioni dei gas e metodi di stima delle emissioni. In Europa, gli edifici zootecnici per l'allevamento di bovine da latte presentano generalmente una struttura con ventilazione naturale. In letteratura, diversi studi scientifici sono incentrati sui metodi di stima delle emissioni di ammoniaca e gas climalteranti in stalle con ventilazione naturale, principalmente localizzati nel Nord Europa. Nell’area mediterranea, le stalle per bovine da latte hanno generalmente una struttura aperta, in cui il sistema di ventilazione naturale è integrato con impianti ad acqua (nebulizzatori, docce) e ventilatori per ridurre lo stress da calore negli animali, specialmente nei periodi caldi. Dagli studi analizzati in letteratura emerge una mancanza di informazioni sul monitoraggio delle concentrazioni ed emissioni in queste tipologie di edifici zootecnici. A partire dal monitoraggio delle concentrazioni dei gas prodotti nell’ambiente della stalla, il presente lavoro di ricerca si pone come obiettivi (i) lo studio dei fattori di influenza delle concentrazioni dei gas; (ii) l’ottimizzazione del monitoraggio delle concentrazioni dei gas; (iii) la stima delle emissioni e lo studio dei fattori di influenza. Durante le attività sperimentali sono state monitorate le concentrazioni di ammoniaca (NH3), anidride carbonica (CO2) e metano (CH4), i parametri climatici e il comportamento degli animali in diversi periodi. Il sito sperimentale, situato in Sicilia (Italia), è una stalla aperta a stabulazione libera per bovine da latte avente due sistemi di raffrescamento nella corsia di alimentazione e nella zona di riposo. Le emissioni di NH3 e gas serra sono state stimate mediante l’applicazione del metodo del bilancio della CO2. I dati acquisiti sono stati processati e organizzati in diversi dataset al fine di condurre delle analisi statistiche. I risultati mostrano la variabilità nel tempo e nello spazio delle concentrazioni e delle emissioni rilasciate nell’ambiente della stalla. Nello specifico, la variabilità dei gas non era omogenea nella stalla. I parametri climatici e comportamentali delle bovine influenzavano le concentrazioni e, quindi, le emissioni. Le condizioni microclimatiche interne della stalla sono state influenzate dalla presenza di aperture e dal sistema di raffrescamento (i.e., nebulizzatori, ventilatori) con effetti sul comportamento degli animali e quindi sulle concentrazioni. La conoscenza dei parametri che influiscono sulle concentrazioni è utile per definire una strategia di misura. Inoltre, sono state fornite indicazioni sul numero di punti di misura, sulla distribuzione spaziale, la frequenza di campionamento e il numero di ripetizioni per ogni misurazione sulla base dell’obiettivo della misura.