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Revista de Investigaciones Veterinarias del Perú

versão impressa ISSN 1609-9117

Rev. investig. vet. Perú vol.28 no.4 Lima out./dez. 2017

http://dx.doi.org/10.15381/rivep.v28i4.13887 

ARTÍCULOS PRIMARIOS

Producción de Metano en Vacunos al Pastoreo Suplementados con Ensilado, Concentrado y Taninos en el Altiplano Peruano en Época Seca

Methane Production in Grazing Cattle Supplemented with Silage, Concentrate and Tannins in the Peruvian Highlands During the dry Season

 

Juan E. Moscoso M.1,5, Francisco Franco F.2, Felipe San Martín H.3, Juan Olazábal L.3, Liz B. Chino V.1, César Pinares-Patiño4

1 Área de Nutrición y Pastos – Zootecnia, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco, Perú

2 Estación Experimental del Centro de Investigación IVITA-Maranganí, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Cusco, Perú

3 Facultad de Medicina Veterinaria, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima, Perú

4 Agribusinessgroup

5 E-mail: juan.moscoso@unsaac.edu.pe


RESUMEN

El objetivo del estudio fue determinar la producción de metano en vacunos al pastoreo en el altiplano peruano en un pastizal de Festuca dolichophylla - Muhlenbergia fastigiata (Chilliguar), suplementados con ensilado y concentrado o taninos durante la época seca (agosto). El estudio se realizó en el Centro Experimental «La Raya», Cusco, Perú, ubicado a una altitud de 4200 msnm. Se plantearon tres tratamientos (T1: pastos naturales + ensilado de avena; T2: como en T1 + taninos; T3: como en T1 + concentrado). Cada tratamiento contenía cuatro repeticiones distribuidos en un diseño jerárquico. La determinación de metano se realizó con la técnica del marcador con hexafluoruro de azufre (SF6), siendo la frecuencia de medición por animal de 24 h por 7 d. El contenido de energía promedio en el pastizal fue de 4.1 Mcal EB/g, materia orgánica 91.8%, proteína cruda 10.3% y materia seca 91.1%. La producción de metano (g/d) para T1 fue de 421.7 ± 43.4, para T2 de 330.6 ± 66.7 y para T3 de 367.7 ± 116.5. La utilización de taninos redujo significativamente (p<0.05) las emisiones de metano frente al uso o no de concentrado.

Palabras clave: metano; ensilado; taninos; concentrado; vacunos; Perú


ABSTRACT

The aim of the study was to determine the methane production in cattle grazing in the Peruvian highlands in a pasture of Festuca dolichophylla - Muhlenbergia fastigiata (Chilliguar), supplemented with silage and concentrate or tannins during the dry season (August). The study was conducted at the Experimental Centre «La Raya», Cusco, Peru, located at an altitude of 4200 m. Three treatments were used (T1: natural grass + oat silage, T2: as in T1 + tannins, T3: as in T1 + concentrate). Each treatment had four replicates distributed in a hierarchical design. Methane determination was performed using the sulfur hexafluoride (SF6) marker technique. The measurement was during 24 h for 7 d. The average energy content in the pasture was 4.1 Mcal GE/g, organic matter 91.8%, crude protein 10.3% and dry matter 91.17%. The methane (g/d) production for T1 was 421.7 ± 43.4, for T2 was 330.6 ± 66.7 and for T3 was 367.7 ± 116.5. The use of tannins significantly reduced (p<0.05) methane emissions from only silage supplementation or silage plus concentrate.

Key words: methane; silage; tannins; concentrate; cattle; Perú


INTRODUCCIÓN

En el Perú, los pastizales altoandinos constituyen la principal fuente de recursos forrajeros para la población ganadera; ya que el 100% de alpacas y vicuñas; 94% de ovinos, y 73% de vacunos pastorean en ellas (INEI, 2013). La disponibilidad y aporte nutricional de los pastizales altoandinos es variable a lo largo del año y, por consiguiente, presentan fuertes limitaciones nutricionales y productivas, condicionadas por factores de orden climático. Por ejemplo, la disponibilidad de energía metabolizable es potencialmente deficiente entre noviembre y diciembre, la proteína cruda es insuficiente entre mayo y julio, y tanto la energía metabolizable como la proteína cruda son limitantes entre agosto y octubre (época seca) (San Martín y Van Saun, 2014). Esta variación estacional en valor nutricional afecta la fisiología digestiva de los animales, generando diferentes niveles de eficiencia de uso de nutrientes y producción de metano (CH4) (Van Soest, 1994).

El CH4 es un gas de efecto invernadero cuyo potencial de absorción de radiación solar (potencial de calentamiento global) es cerca de 25 veces superior al del CO2 (Solomon et al., 2007). En rumiantes, CH4 es producido en el proceso de fermentación de la materia orgánica, principalmente en el rumen, representando una pérdida de 7 al 10% de energía bruta de la ingesta (Moss et al., 2000). Las emisiones de CH4 son afectadas por la interacción de factores tales como la cantidad de alimento consumido, su composición química, características de la fermentación, dinámica de tránsito de los alimentos en el tracto digestivo, composición y actividad del microbioma ruminal, además de la especie animal y factores atmosféricos que modifican la conducta animal (Pinares-Patiño et al., 2003a, 2013a).

La producción de metano por rumiantes ha recibido bastante atención por la comunidad científica por ser un gas de efecto invernadero, y es de esperarse que su reducción en el animal podría tener efectos positivos en la productividad animal. En esta línea, los investigadores están trabajando varias estrategias para la reducción de emisiones de metano entérico, incluyendo la manipulación de la dieta (Pinares-Patiño et al., 2013a; Muñoz et al., 2015), manipulación del microbioma ruminal y el uso de selección animal (Pinares-Patiño et al., 2013b). Al momento, no se disponen de tecnologías costo/ efectivas (y confiables desde el punto de vista de inocuidad de los productos animales) de reducción de estas emisiones, sobre todo para animales en sistemas extensivos (Pinares et al., 2003b, Molano y Clark, 2008; Jiao et al., 2014).

El uso de aceite, tanto en sistemas controlados como al pastoreo, ha demostrado la reducción de las emisiones de CH4, pero aún falta investigar en periodos prolongados (Pinares Patiño et al., 2016); Además, fuentes o forrajes conteniendo taninos condensados (TC) han mostrado significantes efectos en la reducción de las emisiones de metano (Pinares-Patiño et al., 2003b). Se ha postulado que los TC reducen la metanogénesis ruminal mediante la disminución de la formación de hidrógeno e inhibiendo la actividad de los microorganismos metanogénicos (Patra y Saxena, 2011), reportándose reducciones de 23% por kg/MS consumida (Woodward et al., 2001). Otra alternativa es el uso de concentrados, donde la intensidad de la disminución en las emisiones de CH4 dependerán de su nivel de inclusión (Boadi et al., 2004; Lascano y Cardenas, 2010).

En las últimas dos décadas, el Altiplano peruano ha sido escenario de una expansión de la ganadería lechera, ocupando pastizales que anteriormente eran dedicados a la crianza de camélidos y ovinos. Esta actividad, si bien está basada en la utilización de pasturas y pastizales, requiere de una suplementación alimenticia, sobre todo en la época seca, siendo la avena conservada como heno el principal suplemento, aunque también se practica la suplementación moderada con concentrados. En la actualidad se desconoce las emisiones de metano entérico de este sistema de producción. Este estudio fue planeado a fin de llenar este vacío de información. Adicionalmente, el estudio involucró la incorporación de fuentes de TC en la dieta como una prueba de concepto para evaluar sus efectos en la emisión de metano.

MATERIALES Y MÉTODOS

Ubicación del Estudio

El estudio de campo (vacas al pastoreo) se llevó a cabo en el Centro Experimental de «La Raya» (4200 msnm), ubicado en el distrito de Maranganí, provincia de Canchis, región Cusco, Perú, y los análisis se realizaron en el Laboratorio de Cambio Climático y Producción Animal, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco.

La duración del estudio fue de cuatro meses, que comprendió una etapa pre-experimental de dos meses desde la elección y adaptación de los animales a los aperos, colocación de mochilas, tanques, jáquimas y líneas de colección, así como para la colocación y monitoreo de los tubos de permeación, y adaptación al consumo de taninos y concentrado. La etapa experimental comprendió la colección de gases y la colección de muestras del alimento utilizado.

Animales y Alimentación

Se emplearon 14 vacas cruzadas (Brown Swiss x criollo) en producción con una edad de 9 años y peso promedio de 460 ± 43 kg. Los animales pastorearon durante el día (8 horas) en un pastizal de Festuca dolichophylla y Muhlenbergia fastigiata, en un área de .61 ha y con una disponibilidad forrajera de 3546 kg materia seca (MS)/ha.

El pesaje de los animales se hizo con una balanza de plataforma de 1000 kg, con una precisión de 0.1 kg. No se realizó el registro de producción de leche, debido a que las vacas pastoreaban con cría al pie y la cantidad ordeñada no representaba la producción real.

Tratamientos

Se utilizaron tres tratamientos: T1, alimentación al pastoreo en pastizal natural más suplementación con ensilado de avena (25 kg de ensilado fresco/animal); T2, similar a T1 más la adición de taninos condensados (40 g/vaca/día); T3, similar a T1 y concentrado (3 kg/vaca/día, en base fresca). El pesaje de los alimentos se hizo con una balanza tipo reloj de 50 kg, con una precisión de 0.1 kg.

El tanino empleado fue un extracto en polvo hidrolizable de madera del castaño (97% de taninos condensados), de procedencia comercial (Silvateam, Perú). El periodo de adaptación al consumo del tanino fue de cinco días, en los cuales se ofreció gradualmente desde 10 g/vaca/día hasta 40 g/vaca/día. El tanino fue mezclado con dos kg de ensilado. El tanino fue pesado en una balanza Mettler PM 6000, con una aproximación de 0.1 g.

El concentrado estuvo compuesto de afrecho de trigo (50%), cebada grano molido (26.5%), maíz molido (10%), torta de soya (8%), coronta molida (3%), sales minerales (1%), sal común (1%) y carbonato de calcio (0.5%). Fue suministrado en las mañanas como ración única. El periodo de acostumbramiento al concentrado fue de 10 días, iniciándose con 0.5 kg por animal hasta llegar a 3 kg.

El suministro de concentrado y de los taninos se realizó en el cobertizo después del ordeño (07:30) y el ensilado fue suministrado a las 12:30 en el campo. Los animales pastoreaban desde las 08:00 hasta las 16:00. El consumo de agua fue ad libitum realizado de una fuente continua de agua que se encontraba en la cercanía del pastizal. El pastoreo fue controlado por dos pastores. El pesado de los animales se realizó al inicio del experimento.

En el Cuadro 1 se presenta la composición química y energética de los suplementos utilizados. Se observa que el concentrado tuvo un mayor contenido de proteína cruda y un menor porcentaje de fibra cruda que el ensilado; sin embargo, los niveles de energía bruta y materia orgánica fueron similares.

La condición del pastizal empleado fue regular, habiéndose identificado 15 especies vegetales (Cuadro 2), donde en promedio se registró 4134.9 cal EB/g de MS, 91.8% de materia orgánica, 10.3% de proteína cruda y 91.1% de materia seca. El mayor contenido calórico se registró en la Festuca rigida en estado de crecimiento, mientras que para la proteína fue en Eleocharis albibracteata, y para materia orgánica fue en Jarava ichu (joven). La mayor variabilidad se dio en el contenido de proteína cruda (CV: 31.23%), siendo homogéneo el contenido de materia seca (CV: 1.66%), materia orgánica (CV: 3.33%) y energía (CV: 3.84%).

Estimación de las Emisiones de Metano

Se utilizó un trazador para estimar las emisiones de CH4 entérico de cada individuo. Para esto, se insertó vía oral una fuente calibrada de permeación de hexafluoruro de azufre (SF6) dentro del retículo-rumen. Se registró por varios días las alícuotas de gases eructados y respirados por cada animal, y posteriormente se hizo el análisis de las concentraciones de CH4 y SF6 en las muestras colectadas, incluyendo en aquellas muestras representativas del blanco (Johnson et al., 1994; Pinares-Patiño, 2000).

Para el muestreo de gases se utilizaron tanques de colección de policloruro de vinilo (PVC) de forma cilíndrica (~2 L de capacidad) y reguladores de flujo de gas construidos usando capilares previamente evaluados y calibrados para proveer un flujo inicial de 0.70 – 0.75 ml/min que fueron colocados al inicio del filtro de humedad. Los animales fueron provistos de aparejos (mochila y jáquima; Figura 1) para albergar la línea de colección de muestra, así como para cargar los cilindros de colección de gas (dos cilindros por animal). La línea de muestreo de gases fue construida usando una manguera de nylon de 1/8" de diámetro, cuyo extremo inicial tenía un filtro de humedad (Swagelok) unido a un conector «Y» (inlet) de plástico que servía de entrada de los gases. En el otro extremo de la línea de colección se colocó un conector macho (Swagelok) para una conexión rápida al cilindro de colección. La línea de muestreo estuvo protegida por cinta aislante para evitar condensación de la humedad en su interior y el efecto de la radiación solar. Tanto los cilindros de colección como la línea de muestreo fueron fijados en el aparejo del animal (Figura 1).

Los tubos de SF6 con una tasa de permeación de ~2.5373 mg/d, carga inicia: ~2.1224 g y r2: ~0.9994, fueron calibrados por 144 d (Figura 2), realizándose el pesaje cada siete días a la misma hora y mantenidos en una estufa de aire forzado a 39 °C. Se descartó la información de los primeros 28 d. Los tubos de SF6 (calibrados) fueron colocados en el rumen de cada animal 10 d antes de iniciar los muestreos. El muestreo fue continuo desde las 07:00 hasta el día siguiente, realizándose el retiro y remplazo de los tanques cada 24 h con un periodo efectivo de colección de 22 h.

Se registró la presión inicial y final de los tanques, los cuales fueron inmediatamente presurizados con nitrógeno (~450 mbar) para su envío y posterior análisis en el laboratorio. Este mismo procedimiento fue realizado para los blancos (CH4 ambiental). Al final de la colección se evaluaba la presión de los tanques, descartándose aquellos tanques (muestras) que tenían presión anómala. Una vez realizado el análisis de gases, los tanques fueron limpiados con nitrógeno y llevados a presión negativa (~600 mbar) 24 h antes de ser utilizados nuevamente. La concentración de gases (SF6 y CH4) en el aire (background) fueron colectados usando animales que no tenían fuente de SF6 y las muestras se colectaron usando los aparejos de colección, pero con el «inlet» posicionado en el flanco izquierdo del animal. El periodo de muestreo de gases duró 7 d.

Para la determinación de SF6 y CH4, las muestras de gases fueron analizadas por duplicado en un cromatógrafo de gases (Perkin Elmer, Clarus 680), equipado con un detector de captura de electrones (ECD) e ionización de llama (FID). Se emplearon columnas capilares de 30 m x 0.53 mm de longitud Elite-PLOT Q y Mol Sieve 5A PLOT (Supelco). En la calibración del equipo se utilizaron cuatro estándares (Scott-Marring, EEUU), estándar 1: CH4 10.50 ppmv ± 1% y SF6 8.82 pptv ± 10%, estándar 2: CH4 50.8 ppmv ± 1% y SF6 78.40 pptv ± 5%, estándar 3: CH4 103.00 ppmv ± 1% y SF6 157.8 pptv ± 5%, estándar 4: CH4 311.00 ppmv ± 1% y SF6 289.60 pptv ± 5%. Al inicio de cada lectura diaria se corrió el estándar 3, así como corridas de blancos electrónicos entre muestra y muestra.

Calculo de la Cantidad de Metano

Para determinar la cantidad de CH4 emitido por animal, se utilizó el siguiente modelo:

CH4 (g/día) = ([CH4 tanque,ppm - CH4 ambiente, ppm]/[SF6 tanque - SF6 ambiente]) * SF6 Tasa de permeación

Análisis de Laboratorio

Para la evaluación del pastizal se utilizó el método de Parker modificado (composición florística y condición de pastizal) (Parker, 1950) y el método de rendimientos comparativos (disponibilidad forrajera) (Haydock y Shaw, 1975). Se acompañó a los animales durante el pastoreo realizando la simulación manual del bocado consumido para obtener muestras de forraje de la parte «consumida». Las muestras fueron secadas a temperatura ambiente y transportadas a laboratorio para su análisis.

Para el análisis de materia seca de los forrajes se usó el método gravimétrico, mediante secado en estufa (Binder FED-720) a 105 °C durante 24 h; la materia orgánica se determinó por calcinación en un mufla (Nabertherm B-150) a 600 °C durante 6 h; la determinación de energía bruta se realizó en una bomba calorimétrica (Parr, 6400); el análisis de nitrógeno se realizó en un analizador elemental (Perkin Elmer, 2400, serie II), siendo las condiciones de temperatura de combustión, reducción y del horno de 950, 640 y 82 °C, respectivamente. Todos los análisis se realizaron de acuerdo a la AOAC (1990).

Análisis Estadístico

Se evaluó el efecto de los tratamientos sobre las emisiones de CH4 mediante análisis de varianza para un diseño completamente al azar jerárquico. En la comparación de medias se utilizó la prueba de Tukey. Los análisis estadísticos fueron realizados con ayuda del paquete estadístico SAS/STAT® 9.2 (SAS Institute, 2009). El modelo aditivo lineal empleado fue Yijk = µ + Ti + Vj(i) + e(ij)k , donde: Yijk = variable respuesta, µ = la media general, Ti = el efecto del i-enésimo tratamiento (alimento), Vj(i) = el efecto anidado del alimento en el animal, e(ij)k = el efecto del error experimental del muestreo.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La emisión de CH4(g/d) fue 21.6% menor en los animales que recibieron taninos condensados (330.56 ± 66.65 g/d) frente a los suplementados con ensilado de avena (421.70 ± 43.44 g/d) (grupo control) (p<0.05). Por otro lado, no se observó diferencia estadística entre los animales que recibieron concentrado y los del grupo control (Cuadro 3). Estos resultados se mantienen cuando la producción es expresada en g/kg PV.

La reducción en la producción de CH4 observada con el uso de taninos podría estar atribuida a que estos inhiben la actividad enzimática, disminuyen las poblaciones de protozoarios y bacterias celulolíticas y forman enlaces con las proteínas del forraje, reduciendo la degradación de la proteína ruminal (McSweeney et al., 2001; Pinares- Patiño et al., 2003a; Jakhmola et al., 2010).

La información sobre alimentación de rumiantes con forrajes que contienen taninos muestra reducciones en las emisiones de CH4 (Pinares-Patiño et al., 2003a; Woodward et al., 2004); sin embargo, en la mayoría de esos estudios, esta reducción de CH4 puede confundirse con cambios en la calidad del forraje (Beauchemin et al., 2007). Además, los forrajes ricos en taninos no son agronómicamente adecuados para todas las condiciones y, por lo tanto, pueden no estar fácilmente disponibles para su inclusión en las dietas (Waghorn, 2008).

Los resultados coinciden con reportes previos que utilizaron taninos (Wischer, 2012; Perna et al., 2013); sin embargo, en un estudio utilizando plantas con elevados niveles de taninos y suministrados en forma de pellets no se encontró diferencias al compararlas con pastos bajos en taninos cuando estos se expresaron en g/día, pero al evaluarlos en función a la cantidad de materia seca ingerida, se observó una reducción en la producción de CH4(Rira et al., 2013). Este mismo efecto fue reportado al alimentar vacas lecheras con Lotus corniculatus (alto en taninos condensados) frente al rye grass (Woodward et al., 2004).

Los niveles de reducción en las emisiones de CH4 utilizando taninos son bastante variables, siendo en el estudio del orden de 21.6% comparado al control. Reducciones en el orden del 12% fueron observados por Bárbaro et al. (2008) con taninos provenientes del quebracho y 23% utilizando pastura Lotus frente a pastura ryegrass (Woodward et al., 2001).

La emisión de CH4 en vacas suplementadas solo con ensilado (grupo control) de este estudio (421.70 CH4 , g/día) se encuentra por encima de valores de emisiones reportados para vacas en pastoreo en clima templado (Westberg et al., 2001; Dini et al., 2012; Waghorn et al., 2016). La mayor emisión observada en el presente estudio estaría determinada por la naturaleza y tipo de fermentación generada y, por consiguiente, por la retención más prolongada del material fibroso (Pinares-Patiño et al., 2013). Este estudio se realizó en la época seca donde los pastos se encuentran en estado de dormancia o senescencia con elevados niveles de fibra; y en este contexto, el estado de madurez del forraje es conducente a una fermentación más acética y de tasa de pasaje de partículas más lenta (Van Soest, 1994; Pinares et al., 2003a,b, 2013a).

Diversos autores demostraron que una mayor madurez del forraje aumenta las emisiones de CH4 por unidad de materia seca incubada (Pinares et al., 2003b; Clark et al., 2005; Molano y Clark, 2008; Vargas et al., 2012), debido a que la utilización de carbohidratos con elevados niveles de pared celular (forrajes) produce mayor cantidad de CH4 por unidad de materia orgánica fermentable en el rumen, así como la mayor producción de acetato que la fermentación producida por almidones. Las dietas ricas en almidones (concentrados) favorecen la producción de propionato y se disminuye la relación metano/materia orgánica fermentada en el rumen (Johnson KA y Johnson DE, 1995; Moss et al., 2000), reduciendo la producción de CH4 (Boadi et al., 2004, Waghorn y Clark, 2006; Waghorn, 2008; Vargas et al., 2012).

En el presente estudio, si bien se observa una reducción en la emisión de CH4 al incorporar concentrado en la ración de los animales, esta no fue suficiente para determinar diferencias estadísticas con lo producido solo con pastos naturales más ensilado. Esto podría deberse a que la cantidad de concentrado suministrado no habría sido suficiente para reducir las emisiones de CH4 . Así, en estudios con niveles de suministro de concentrado hasta de 8 kg por animal/día no obtuvieron reducciones de las emisiones de CH4 (Pinares et al., 2003b, Molano y Clark, 2008; Jiao et al., 2014); sin embargo, cuando las emisiones de CH4 son expresadas por kilogramo de leche producida se aprecia un efecto mitigador (Jiao et al., 2014). Se menciona que la proporción de concentrado en la dieta necesaria para lograr el efecto mitigador debe ser superior al 50% (Lascano y Cardenas, 2010).

Finalmente cabe mencionar que los resultados del presente estudio fueron desarrollados en base a las metodologías propuestas por el Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC, 2006), que sugiere tres niveles de análisis y complejidad («Tiers»), donde el Tier 1 o nivel 1 utiliza promedios globales, distinguiendo variables significativas (clima, especie animal e insumos); en el nivel 2 se utilizan ecuaciones y conceptos del nivel 1, pero requiere información local más detallada (peso animales, tipo y cantidad de alimento, etc.); mientras que el nivel 3 involucra estudios exhaustivos que consideran datos tomados con repetición para obtener factores de emisión locales y de alta precisión; siendo este nivel el recomendado para los rubros de mayor influencia en un inventario (González y Carlsson-Kanyama, 2007).

En el Perú existe limitada información sobre la producción de CH4 por el ganado. Existen reportes a niveles de Tier 1 (García et al., 2007) y Tier 2 (Vélez et al., 2014). El presente estudio es el primer reporte de la producción de CH entérico en rumiantes a nivel de Tier 3, para lo cual se tuvo que establecer la metodología, tanto para la colección de gases como para el análisis de los mismos, en las condiciones del altiplano peruano.

CONCLUSIONES

  • La experiencia de este ensayo como primera aproximación realizada en el altiplano peruano utilizando la técnica del hexafluoruro de azufre (SF6) muestra la viabilidad de la técnica.

  • Los resultados encontrados muestran que el uso de taninos condensados podría ser una buena alternativa para disminuir la emisión de CH4.

 

LITERATURA CITADA

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Recibido: 6 de abril de 2017

Aceptado para publicación: 29 de julio de 2017

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