Workshop Istat, 13-02-2017 Verso un sistema nazionale di indicatori statistici agro-ambientali: primi risultati, Roma, Centro Congressi Cavour, Via Cavour, 50/a
E. Di Cristofaro, L’inventario delle emissioni del settore agricoltura e il bilancio dell’azoto
1. 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
2. → 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
3. Convenzioni internazionali e contesto europeo
UN-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.)
4. 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
5. Il trend delle emissioni di gas serra
Nel 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
CO2eq.(Mt)
LULUCF Rifiuti Agricoltura Processi industriali e uso di prodotti Energia
6. 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.
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
35,000
40,000
CO2eq(Gg)
H.Urea application G. Liming F. Field burning of agricultural residues
D. Agricultural soils C. Rice cultivation B. Manure management
A. Enteric fermentation
7. 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
NH3(Gg)
Ricoveri e stoccaggi (deiezioni) Coltivazionifertilizzanti organici Coltivazionifertilizzanti inorganici
Trasporti Rifiuti Energia e industria
8. 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%)).
0
50,000
100,000
150,000
200,000
250,000
300,000
350,000
400,000
450,000
500,000
NH3(Mg)
Fanghi Altri fertilizzanti organici Fertilizzanti inorganici Pascolo e leguminose
Spandimento Stoccaggi Ricoveri
9. 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.
Dairy
cattle
Non-dairy
cattle Buffalo Sheep Goats Horses
Mules and
asses Swine Poultry Rabbits Fur animals
1990 2,641,755 5,110,397 94,500 8,739,253 1,258,962 287,847 83,853 8,406,521 173,341,562 14,893,771 325,121
1995 2,079,783 5,189,304 148,404 10,667,971 1,372,937 314,778 37,844 8,060,676 184,202,416 17,110,587 220,000
2000 2,065,000 4,988,000 192,000 11,089,000 1,375,000 280,000 33,000 8,307,000 176,722,211 17,873,993 230,000
2005 1,842,004 4,409,921 205,093 7,954,167 945,895 278,471 30,254 9,200,270 188,595,022 20,504,282 200,000
2010 1,746,140 4,086,317 365,086 7,900,016 982,918 373,324 46,475 9,321,119 198,346,719 17,957,421 125,000
2011 1,754,981 4,142,544 354,402 7,942,641 959,915 373,327 50,966 9,350,781 200,718,160 17,549,225 160,000
2012 1,857,004 3,885,606 348,861 7,015,729 891,604 395,913 59,865 8,661,526 198,767,734 17,465,477 160,000
2013 1,862,127 3,984,545 402,659 7,181,828 975,858 393,915 63,166 8,561,683 194,319,153 16,548,690 160,000
2014 1,830,990 3,925,080 369,349 7,166,020 937,029 390,886 67,016 8,676,092 192,839,707 16,435,598 160,000
(heads)
Year
11. 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.
12. 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
KINDOFPRACTICE 2000 2003 2005 2007 2010 2013
tillage x x x x x x
soilconservation(soilcover,croprotation) x x x x x -
landscapefeatures - - x - x -
animalgrazing - - x - x -
animalhousing - - x - x -
manureapplication x x - x x x
manurestorageandtreatmentfacilities x x - x x x
irrigation x x
x
(irrigation
system)
x
(irrigation
system) x x
15
IT IT IT IT EC IT
14. Enteric fermentation (3A) – Dairy cattle/cow buffalo
GE = gross energy
NEm = 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 consumed
NEg = 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 factor
GE = gross energy intake
Ym = methane conversion factor, per cent of gross energy in feed converted to methane
The factor 55.65 (MJ/kg CH4) is the energy content of methane
15. Enteric fermentation (3A) – Cattle
dairy cattle
other cattle
Parameter Value Reference
Average weight (kg) 602.7 CRPA, 2006[a]
Coefficient NEm (dairy cattle) 0.335 NRC, 2001; IPCC, 2000
Pasture (%) 5 CRPA, 2006[a]; ISTAT, 2003
Weight gain (kg day
-1
) 0.051 CRPA, 2006[a]; CRPA, 2004[b]
Milk fat content (%) 3.59-3.75 ISTAT, several years [a], [b], [d], [e], [h]
Hours of work per day 0 CRPA, 2006[a]
Portion of cows giving birth 0.97-0.89 AIA, several years
Milk production (kg head
-1
day
-1
) 11.5-17.6
CRPA, 2006[a]; OSSLATTE/ISMEA, 2003; ISTAT,
several years [a], [b], [c], [d], [e], [f], [h]; OSSLATTE,
2001
Digestibility of feed (%) 65 CRPA, 2006[a]; CRPA, 2005
Methane conversion rate (%) 6 CRPA, 2006[a]
MJ/kg methane 55.65 IPCC, 2000
<1 year >2 years
for for for
slaughter slaughter slaughter
Average weight (kg) 236 557 557 405 444 700 540 540 557
Percentage weight 2.1 1.9 2.1 2.1 2.1 2.4 2.1 2.1 1.9
Dry matter intake
(kg head -1
day-1
)
Gross Energy
(MJ head-1
day-1
)
CH4 conversion (%) 4 4.5 4 6 4 6 6 6 6
212.2 195.3
11.5 11.5 10.6
89.4 197.3 214.8 156.9 171.2 315.5 212.2
4.8 10.7 11.6 8.5 9.3 17.1
1-2 years Males 1-2 years Females >2 years Females
Parameters
Others
(*) breeding breeding all breeding Others
16. 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
17. • 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
18. 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
19. Dati di attività per gli indicatori agro-ambientali nel sistema SAIO?
20. 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
21. Gross Nitrogen Balance (GNB) 1/2
Azoto Fosforo Potassio
INPUT GNB:
-mineral fertilisers
-manure
-organic fertilisers
-biological N fixation
-atmospheric deposition
-seeds
OUTPUT GNB:
-harvested crops/fodder
-crop residues
-N emissions
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:
22. 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
23. 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
24. -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
25. -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
26. Inventario nazionale delle emissioni e disaggregazione provinciale:
http://www.sinanet.isprambiente.it/it/sia-ispra/serie-storiche-emissioni
http://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, Forestry
and Other Land Use
http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/vol4.html
EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook 2016
http://www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-guidebook-2016
Approfondimenti metodologici
27. Grazie per l’attenzione!
Contatti:
riccardo.delauretis@isprambiente.it (responsabile settore inventario emissioni)
eleonora.dicristofaro@isprambiente.it (agricoltura)
Workshop
Verso un sistema nazionale di indicatori statistici agro-ambientali:
primi risultati
ISTAT – Roma, 13 febbraio 2017