SciELO - Scientific Electronic Library Online

 
vol.42 issue4Effect of green manure from mycorrhized Canavalia ensiformis (L.) on the successor crop Cenchrus purpureus (Schumach.) Morrone Cuba CT-169Effect of the application of three Bradyrhizobium strains on the morphoagronomic development of Glycine max L. author indexsubject indexarticles search
Home Pagealphabetic serial listing  

My SciELO

Services on Demand

Journal

Article

Indicators

  • Have no cited articlesCited by SciELO

Related links

  • Have no similar articlesSimilars in SciELO

Share


Pastos y Forrajes

Print version ISSN 0864-0394On-line version ISSN 2078-8452

Pastos y Forrajes vol.42 no.4 Matanzas Oct.-Dec. 2019

 

Artículo científico

Indicador de calentamiento global a partir de la fermentación ruminal de alimentos con diferentes niveles de energía y proteína

Global warming indicator from rumen fermentation of feedstuffs with different energy and protein levels

Brayan Eduardo Martínez-Hernández1  * 
http://orcid.org/0000-0003-1995-0973

Omar Salvador-Flores2 
http://orcid.org/0000-0001-5954-2216

Luis Alberto Miranda-Romero1 
http://orcid.org/0000-0003-0342-7897

1Posgrado en Producción Animal, Departamento de Zootecnia, Universidad Autónoma Chapingo, Km. 38.5 Carretera México Texcoco, Chapingo, Estado de México CP 56230.

2Departamento de Ciencias Pecuarias, Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán, Universidad Nacional Autónoma de México Campo Cuatro. Km 2.5 Carretera Cuautitlán-Teoloyucan, Col. San Sebastián Xhala, Cuautitlán Izcalli.

Resumen

Objetivo

Evaluar la técnica de producción de gas in vitro como método para estimar in vivo un indicador de calentamiento global, en dietas con diferentes niveles de energía metabolizable y proteína bruta.

Materiales y Métodos

Se usó la técnica de producción de gas in vitro para obtener un indicador de calentamiento global a partir de la producción de CO2 y CH4, la emisión potencial de gases de fermentación y la digestibilidad de cinco dietas: tres dietas balanceadas a niveles bajo (2,7:12,8); medio (2,7:15,3) y alto ( 3,0:17,6); y dos desbalanceadas en energía metabolizable y proteína bruta , con las cuales se alimentó a 30 corderos (26,5 ± 3,7 kg PV) en corraletas individuales. La engorda duró 60 días (tres periodos de 20 días). En cada periodo se tomaron muestras del alimento ofrecido, el rechazado y heces por animal, las cuales fueron fermentadas con la TPG durante 24 h. El diseño fue completamente al azar con arreglo factorial 5 x 3 (dieta x periodo).

Resultados

La digestibilidad in vitro de la materia seca y la fermentación ruminal in vitro fueron 6 y 13 % mayores para las dietas balanceadas en comparación con las desbalanceadas, respectivamente. En cuanto a la producción de CH4 y el indicador potencial de calentamiento global, se observó una mayor producción en el tercer periodo de la engorda respecto a los primeros 40 días. Además, las raciones altas en energía metabolizable fueron las de mayor impacto ambiental en el calentamiento global (p < 0,05).

Conclusiones

El indicador potencial de calentamiento global obtenido con la técnica de producción de gas es útil para estimar el impacto ambiental de las dietas para rumiantes; y las dietas balanceadas, independientemente del nivel de energía y proteína, tuvieron una mayor digestibilidad y fermentación.

Palabras clave: cordero; fermentación; impacto ambiental.

Abstract

Objective

To evaluate the in vitro gas production technique as method to estimate in vivo a global warming indicator, in diets with different levels of metabolizable energy and crude protein.

Materials and Methods

The in vitro gas production technique was used to obtain a global warming indicator from CO2 and CH4 production, the potential emission of fermentation gases and digestibility of five diets: three balanced diets at low (2,7:12,8); medium (2,7:15,3) and high levels (3,0:17,6) and two unbalanced diets in metabolizable energy and crude protein, with which 30 lambs (26,5 ± 3,7 kg LW) were fed in individual pens. Fattening lasted 60 days (three periods of 20 days). In each period samples of the offered and rejected feedstuff, and feces were taken per animal, which were fermented with the GPT during 24 h. The design was complete randomized with 5 x 3 factorial arrangement (diet x period).

Results

The in vitro dry matter digestibility and in vitro ruminal fermentation were 6 and 13 % higher for the balanced diets compared with the unbalanced ones, respectively. Regarding CH4 production and the global warming potential indicator, higher production was observed in the third period of fattening with regards to the first 40 days. In addition, the diets high in metabolizable energy were the ones with higher environmental impact on global warming (p < 0,05).

Conclusions

The global warming potential indicator obtained with the gas production technique is useful to estimate the environmental impact of the diets for ruminants; and the balanced diets, independently from the energy and protein level, they had higher digestibility and fermentation.

Keywords: lamb; fermentation; environmental impact

Introducción

Los rumiantes contribuyen al calentamiento global al generar productos de la fermentación anaeróbica de carbohidratos, tales como calor, dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4), según señalan Castelán-Ortega et al. (2014). Este último representa una pérdida del 10 % de la energía contenida en el alimento (Carmona et al., 2005), y es el segundo contribuyente más significativo al efecto invernadero, al atrapar veinte veces más calor que el dióxido de carbono (Yan et al., 2010). Además, se calcula que aproximadamente una cuarta parte de todo el CH4 antropogénico se produce por fermentación entérica de los rumiantes (Beauchemin et al., 2008; Ramin y Huhtanen, 2013).

La estimación de las emisiones de gases de efecto invernadero, principalmente CH4, por métodos in vivo es considerada más exacta, y entre estos destacan la cámara de respiración, el trazador SF6 y las técnicas micrometeorológicas (Rodríguez et al., 2019). Sin embargo, estas técnicas son costosas y laboriosas; y, en menor o mayor grado, afectan el comportamiento animal. Por su parte, las técnicas in vitro son de bajo costo (Danielsson et al., 2017), prácticas, poco contaminantes, y se pueden usar para estimar los parámetros de la cinética de producción de gas y predecir la producción de metano (Ramin y Huhtanen, 2012).

La técnica de producción de gas in vitro (TPG) genera gas proveniente directa y principalmente, pero no exclusivamente, de la fermentación ruminal de los carbohidratos del alimento; por tanto, el gas puede ser un indicador del contenido de energía (Menke y Steingass, 1988; Posada y Noguera, 2005). Algunos trabajos de investigación han evidenciado la factibilidad de aplicar la TPG en estudios in vivo, con el fin de determinar el efecto de la dieta en la emisión potencial de gases (Miranda-Romero et al., 2018). Debido a lo anterior, existe el interés de evaluar la producción potencial de metano en función del contenido de energía y proteína del alimento; por lo que el objetivo de la investigación fue evaluar la técnica de producción de gas in vitro como método para estimar in vivo un indicador de calentamiento global, en dietas con diferentes niveles de energía metabolizable y proteína cruda.

Materiales y Métodos

Localización del estudio. El trabajo se llevó a cabo en dos fases: la primera consistió en la engorda de 30 corderos durante 60 días y la toma de muestras del alimento ofrecido, y tuvo lugar en la Unidad de Posgrado e Investigación de la Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán de la Universidad Nacional Autónoma de México -localizada en Cuautitlán Izcalli, Estado de México-. El área está situada a una latitud de 19,695826 norte y longitud de 99,190613 oeste; el clima es templado. La precipitación media anual es de 653 mm y la temperatura promedio es de 15,7 ºC (INAFED). La segunda fase se llevó a cabo en el laboratorio de nutrición de rumiantes del Departamento de Zootecnia de la Universidad Autónoma Chapingo, ubicada en el kilómetro 38,5 de la carretera México-Texcoco, Chapingo, Estado de México; y consistió en la fermentación por duplicado de las 90 muestras de alimento ofrecido, mediante la técnica de producción de gas in vitro a 24 h de la incubación.

Tratamiento y diseño experimental. Con un diseño completamente al azar con cinco tratamientos y seis repeticiones, se formularon cinco dietas con diferentes niveles de energía metabolizable (Mcal/kg) y proteína cruda (%). Para el grupo testigo (MM) se utilizaron los niveles de energía metabolizable (2,8 Mcal/kg) y proteína cruda (16 %) que recomienda el NRC (2007) para ovinos en crecimiento y finalización. Para los grupos experimentales se usaron dos niveles de energía metabolizable, uno superior (3,0 Mcal/kg) y otro inferior (2,7 Mcal/kg) con respecto a las recomendaciones del NRC (2007). De igual manera se utilizaron dos niveles de proteína bruta: superior (18 % PB) e inferior (14 % PB). Con las combinaciones se obtuvieron los siguientes tratamientos (Mcal/kg:% PB): AA (3:18), AB (3:14), BA (2,7:18) y BB (2,7:14). Las cuatro combinaciones se muestran en la figura 1.

Figura 1. Energía metabolizable (EM) y proteína bruta (PB) en dietas con nivel alto (A), medio (M) o bajo (B). MM: dieta de referencia recomendada por la NRC (2007) para ovinos que ganan 250 g/días. 

Animales y manejo. Treinta corderos machos (26,5 ± 3,7 kg PV) instalados en corraletas individuales de 1 m2 fueron alimentados con las dietas, las cuales fueron asignadas aleatoriamente. Los corderos tuvieron un periodo de adaptación de 10 días. La engorda duró 60 días y fue dividida en tres periodos de 20 días cada uno. En cada periodo se tomaron cada tercer día muestras del alimento ofrecido, con las que se conformaron muestras compuestas por animal y por periodo. Las 90 muestras fueron secadas, molidas y fermentadas por la técnica de producción de gas modificada (Getachew et al., 1998), para medir la producción de gas total (mL g-1) y para estimar la producción de CO2, CH4 más gases menores (CH4+GM) y la digestibilidad in vitro (DIVMS) a las 24 h de la incubación.

La producción total de gas fue referida como índice de emisión potencial de gases de fermentación (IEPGM, mL g-1). Los valores de CH4+GM fueron ajustados como metano teórico (CH4) multiplicando cada valor por 0,77 (Zhong et al., 2016). Con los valores de CO2 y CH4 se obtuvo el indicador potencial de calentamiento global (IPCG), considerando un valor equivalente por metano de 23 (Berra et al., 2009) y la siguiente ecuación:

El análisis estadístico se realizó con el procedimiento GLM y la prueba de comparación múltiple de medias de Tukey (SAS 9.4).

Resultados y Discusión

De acuerdo con el IEPGF, la dieta desbalanceada AB se fermentó menos que las dietas balanceadas (AA, BB y MM) en los dos primeros periodos de la engorda, y tendió a ser de las menos fermentables en el tercer periodo junto con la dieta balanceada AA (tabla 1). Este resultado es congruente con la DIVMS, pues se observó que las dietas balanceadas a nivel bajo, medio o alto de EM y PC (BB, MM y AA) tuvieron una mayor digestibilidad (p < 0,05) que las desbalanceadas (AB y BA). La digestibilidad promedio fue alta en los primeros dos periodos. Sin embargo, como se trataba de animales adultos no hubo diferencia (p > 0,05) en la digestibilidad, lo que coincide con lo descrito por Bastida-García et al. (2011).

Tabla 1 Producción de gas de fermentación in vitro e indicador potencial de calentamiento global de dietas con diferentes niveles de energía y proteína. 

EM: energía metabolizable (Mcal kg-1), PB: proteína bruta (% kg-1), CH4: metano, IEPGF24: índice de emisión potencial de gases de fermentación, IPCG: índice potencial de calentamiento global, DIVMS: digestibilidad in vitro.

a, b, c: letras desiguales dentro de columnas son diferentes para p < 0,05.

La producción de metano promedio de los tres periodos fue inferior al 16 %, lo cual se corresponde con dietas altas en concentrado; a su vez, el valor fue menor que en dietas altas en forraje (> 20 %), según señalan Dumortier et al. (2017).

Es notorio que la producción de metano fuera mayor para el último periodo de la engorda (41-60 días). Por otra parte, se observó que las dietas con baja energía (BB y BA) produjeron menos metano (p < 0,05); mientras que la dieta con alta energía y proteína (AA) produjo una mayor cantidad (p < 0,05) de metano (tabla 1).

Por su parte, la fermentación ruminal in vitro de las dietas demostró que, con un mayor contenido de EM (AA y AB), el IPCG tuvo un valor superior (p < 0,05) y, por ende, estas fueron las de mayor impacto ambiental respecto al calentamiento global, principalmente en los dos primeros periodos de engorda. En el último periodo, la dieta con niveles medios de EM y PC (MM) también tuvo un IPCG alto (p < 0,05). En contraste, el IPCG fue menor (p < 0,05) con la fermentación de las dietas con nivel bajo de EM (tabla 1).

Estos resultados indican que, independientemente del nivel de EM y PB, la fermentación ruminal del alimento se optimiza cuando estos nutrimentos están balanceados (BB, MM y AA); lo cual, por consecuencia, incrementaría la producción de AGV y la energía disponible para el rumiante (Popa et al., 2016).

Por otro lado, cuando la dieta está desbalanceada en EM y PC, la fermentación ruminal del alimento es menor; y, por consiguiente, la producción de AGV también se reduce, particularmente cuando hay exceso de EM (AB). Los resultados también indicaron que el nivel de EM en la dieta es más determinante que el nivel de PC en el impacto ambiental; puesto que las dietas AA y AB mostraron mayores IPCG y, en promedio de los tres periodos, tuvieron 31 % más de IPCG que las dietas BB, MM y BA.

Conclusión

El indicador potencial de calentamiento global obtenido por la técnica de producción de gas in vitro es útil para estimar el impacto ambiental por la fermentación de los alimentos para rumiantes. En esta investigación se demostró que el IPCG estuvo determinado por el nivel de EM en la dieta. Por otro lado, se confirmó que las dietas balanceadas, independientemente de su nivel de EM y PC, se fermentaron mejor que las desbalanceadas; y, por consiguiente, se espera una mayor disponibilidad de energía proveniente de AGV para el rumiante. Ello tiene implicaciones para la producción de corderos, ya que los productores de bajos recursos deben considerar, antes de incluir ingredientes energéticos o proteicos, que es mejor balancear la dieta a niveles bajos de EM y PC para mejorar la fermentación ruminal y, probablemente, el comportamiento productivo de los corderos.

Agradecimientos

Este trabajo fue financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), la Universidad Autónoma Chapingo a través de la Dirección General de Investigación y Posgrado, y el Posgrado en Producción Animal.

Referencias bibliográficas

Bastida-García, J. L.; González-Ronquillo, M.; Domínguez-Vara, I. A.; Romero-Bernal, J. & Castelán-Ortega, O. Effect of field pea (Pisum sativum L.) level on intake, digestion, ruminal fermentation and in vitro gas production in sheep fed maintenance diets. Anim. Sci. 82 (5):654-662, 2011. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1740-0929.2011.00884.x.Links ]

Beauchemin, K. A.; Kreuzer, M.; O’Mara, F. & McAllister, T. A. Nutritional management for enteric methane abatement: a review. Aust. J. Exp. Agr. 48 (2):21-27, 2008. DOI: https://doi.org/10.1071/ea07199.Links ]

Berra, G.; Finster, L. & Valtorta, S. E. Una técnica sencilla para la medición de emisiones de metano entérico en vaca. Revista FAVE-Ciencias Veterinarias. 8 (1):49-56, 2009. DOI: https://doi.org/10.14409/favecv.v8i1.1479.Links ]

Carmona, J. C.; Bolívar, Diana M. & Giraldo, L. A. El gas metano en la producción ganadera y alternativas para medir sus emisiones y aminorar su impacto a nivel ambiental y productivo. Rev. Col. Cienc. Pec. 18 (1):49-63, 2005. [ Links ]

Castelán-Ortega, O. A.; Ku-Vera, J. C. & Estrada-Flores, J. G. Modeling methane emissions and methane inventories for cattle production systems in Mexico. Atmósfera. 27 (2):185-191, 2014. [ Links ]

Danielsson, R.; Ramin, M.; Bertilsson, J.; Lund, P. & Huhtanen, P. Evaluation of a gas in vitro system for predicting methane production in vivo. J. Dairy Sci. 100 (11):8881-8894, 2017. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2017-12675.Links ]

Dumortier, P.; Aubinet, M.; Beckers, Y.; Chopin, H.; Debacq, A.; Gourlez-de-la-Motte, L. et al. Methane balance of an intensively grazed pasture and estimation of the enteric methane emissions from cattle. Agric. For. Meteorol. 232:527-535, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2016.09.010.Links ]

Getachew, G.; Blümmel, M.; Makkar, H. P. S. & Becker, K. In vitro gas measuring techniques for assessment of nutritional quality of feeds: a review. Anim. Feed Sci. Technol. 72 (3-4):261-281, 1998. DOI: https://doi.org/10.1016/S0377-8401(97)00189-2.Links ]

Menke, K. H. & Steingass, H. Estimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis and in vitro gas production using rumen fluid. Anim. Res. Dev. 28:7-55, 1988. [ Links ]

Miranda-Romero, L. A.; Vazquez-Mendoza, Paulina; Burgueño-Ferreira, J. A. & Aranda-Osorio, G. Nutritive value of cactus pear silages for finishing lambs. J. Prof. Assoc. Cactus Dev. 20:196-215, 2018. [ Links ]

Popa, D.; Popa, R.; Vidu, L. & Nicolae, C. Emission of methane from enteric fermentation of cattle and buffaloes in Romania between 1989-2014. Agric. Agric. Sci. Procedia. 10:289-298, 2016 DOI: https://doi.org/10.1016/j.aaspro.2016.09.066.Links ]

Posada, S. L. & Noguera, R. R. Técnica in vitro de producción de gases : una herramienta para la evaluación de alimentos para rumiantes. LRRD. 17 (4). http://www.lrrd.org/lrrd17/4/posa17036.htm, 2005. [ Links ]

Ramin, M. & Huhtanen, P. Development of an in vitro method for determination of methane production kinetics using a fully automated in vitro gas system-A modelling approach. Anim. Feed Sci. Technol . 174 (3-4):190-200, 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2012.03.008.Links ]

Ramin, M. & Huhtanen, P. Development of equations for predicting methane emissions from ruminants. J. Dairy Sci . 96 (4):2476-2493, 2013. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2012-6095.Links ]

Rodríguez, J. C.; Pellat, F.; Watts, C.; Lizárraga-Celaya, C.; Yépez-González, G.; Jiménez-Ferrer, G. et al. Mediciones de metano y bióxido de carbono usando la técnica de covarianza de vórtices en ganado lechero semiestabuladado en Sonora, México. Terra Latinoamericana. 37:69-80, 2019. DOI: https://doi.org/10.28940/tl.v37i1.412.Links ]

Yan, T.; Mayne, C. S.; Gordon, F. G.; Porter, M. G.; Agnew, R. E.; Patterson, D. C. et al. Mitigación de las emisiones entéricas de metano a través de la mejora de la eficiencia de la utilización de la energía y la productividad en vacas lecheras lactantes. J. Dairy Sci . 93 (6):2630-2638, 2010. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2009-2929.Links ]

Zhong, R. Z.; Fang, Y.; Sun, H. X.; Wang, M. & Zhou, D. W. Rumen methane output and fermentation characteristics of gramineous forage and leguminous forage at differing harvest dates determined using an in vitro gas production technique. J. Integr. Agr. 15 (2):414-423, 2016. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(15)61036-X. [ Links ]

Nota al pie

1Trabajo presentado en la V Convención Internacional Agrodesarrollo 2019 celebrada del 22 al 26 de octubre del 2019. Centro de Convenciones Plaza América. Varadero, Cuba.

2Paper presented in the 5th International Convention Agrodesarrollo 2019 celebrated on October 22-26, 2019. Plaza America Convention Center. Varadero, Cuba.

Received: August 07, 2019; Accepted: December 12, 2019

*Correspondencia:braedma@gmail.com

Brayan Eduardo Martínez-Hernández. Conceptualización, curación de datos, análisis formal, adquisición de financiamiento, investigación, administración del proyecto, visualización, redacción del borrador original, revisión y edición.

Omar Salvador-Flores. Conceptualización, adquisición de financiamiento, metodología, recursos, administración del proyecto, redacción, revisión y edición.

Luis Alberto Miranda-Romero. Conceptualización, curación de datos, análisis formal, adquisición de financiamiento, metodología, administración del proyecto, recursos, supervisión, visualización, redacción del borrador original, revisión y edición.

Los autores declaran que no existen conflictos de intereses.

Creative Commons License Este es un artículo publicado en acceso abierto bajo una licencia Creative Commons