Ciencia Animal

Producción estimada de metano entérico de bovinos y pequeños rumiantes alimentados con forraje de leguminosas tropicales

0000-0002-7285-4465J. M. Castro-Montoya^{1  *}  , 0000-0002-7245-236XMizeck Chagunda² 

¹Graduate School, Faculty of Agricultural Sciences, University of El Salvador, San Salvador, El Salvador.

²Institute of Agricultural Sciences in the Tropics, Animal Breeding and Husbandry in the Tropics and Subtropics, University of Hohenheim, 70593 Stuttgart, Germany.

RESUMEN

Para explorar los efectos de las leguminosas tropicales en las emisiones de metano, se estimó la producción de metano de rumiantes alimentados con leguminosas tropicales utilizando ecuaciones predictivas basadas en las características de los nutrientes de la dieta, el consumo de materia seca (CMS) y la digestibilidad de 258 estudios in vivo (1355 tratamientos) de la literatura. El conjunto de datos se dividió en ovinos, caprinos y bovinos adultos y en crecimiento. Además, se crearon subconjuntos según el hábito de crecimiento de la leguminosa: gramínea, arbusto y árbol. El metano se expresó en relación con el peso corporal metabólico (PCM), consumo de materia seca (CMS), consumo de materia orgánica digestible (CMOD) y rendimiento de leche o ganancia media diaria (GMD). El metano estimado para cada subconjunto de datos y para cada unidad de expresión se sometió a una regresión sobre la proporción de leguminosas en la dieta. El aumento de la proporción de leguminosas disminuyó el metano en relación con PCM, CMS y GMD, pero no en relación con la producción de leche y CMOD, en el ganado. Para los rumiantes pequeños, el aumento de la proporción de leguminosas disminuyó el metano estimado en relación con el GMD, el CMS y el CMOD (por tendencia), pero no se observaron efectos en el metano con respecto a la GMD, aunque estos efectos probablemente se subestimaron. Las leguminosas herbáceas mostraron consistentemente las mayores disminuciones en el metano estimado tanto en el ganado vacuno como en los pequeños rumiantes, mientras que los arbustos mostraron menos efecto en la disminución del metano. Estos análisis destacan el potencial de las leguminosas tropicales para disminuir las emisiones de metano, con diferencias entre los tipos de leguminosas, y se encontraron mejores efectos en combinación con pastos y concentrados. Se necesita más evidencia para afirmar los efectos positivos innegables de las leguminosas en la disminución de las emisiones en relación con el producto final.

Palabras-clave: intensidad de emisiones; leguminosas; rumiantes; inhibición de metano

La incorporación de forrajes de leguminosas en la alimentación de los rumiantes tiene varios impactos positivos en la sostenibilidad del sistema agrícola, incluida la fijación biológica de N, el control de la erosión, el reciclaje de nutrientes y el mantenimiento de la biodiversidad (^{Schultze-Kraft et al. 2018}), así como el aumento de la productividad en ganado. El metano entérico es uno de los impactos ambientales de los rumiantes más comúnmente discutidos, y la alimentación con leguminosas se ha propuesto como una vía para inhibir la metanogénesis, principalmente debido a su contenido de compuestos fitogénicos con el potencial para modular la fermentación del rumen. Además, si se logra la premisa de una mayor productividad al alimentar con leguminosas, la intensidad de las emisiones (la cantidad de metano por unidad de producto final) probablemente también disminuiría.

Un gran número de estudios han analizado los efectos in vitro de las leguminosas en el metano, mostrando generalmente su capacidad para disminuir el metano. Sin embargo, la fermentación in vitro no puede dar cuenta del consumo de materia seca (CMS), determinante principal de la producción de metano, ni de la adaptación de los microbios del rumen a una dieta. La literatura sobre ensayos in vivo es escasa y menos concluyente, con varios estudios que no proveen estimaciones de CMS o la proporción de legumbres consumidas. Al momento de escribir este artículo, se encontraron diez estudios que reportan producción de metano acompañada de CMS (^{Possenti et al. 2008}, ^{Kennedy y Charmley 2012}, ^{Delgado et al. 2013}, ^{Moreira et al. 2013}, ^{Archimède et al. 2016}, ^{Pineiro-Vásquez et al. 2018}, ^{Washaya et al. 2018}, ^{Lima et al. 2020}, ^{Montoya-Flores et al. 2020} y ^{Suybeng et al. 2020}). Con un tamaño de muestra tan pequeño, es difícil sacar conclusiones acerca de los efectos de las leguminosas tropicales en las emisiones de metano, particularmente sabiendo que, en 6 de los 10 estudios, la Leucaena leucocephala fue la leguminosa analizada. Los efectos de la leucaena no se pueden atribuir a todas las leguminosas tropicales, ya que las leguminosas arbóreas, arbustivas y herbáceas difieren en composición y degradabilidad (^{Castro-Montoya y Dickhoefer 2020}).

El número limitado de estudios es consecuencia de la complejidad de las técnicas de medición de metano, que no están disponibles para la mayoría de los grupos de investigación en las regiones tropicales. Sin embargo, el potencial de estos forrajes se puede explorar utilizando ecuaciones predictivas para estimar el metano en función de las características de la dieta (^{Ellis et al. 2007} y ^{Ramin y Huhtanen 2013}), incluidas algunas que se han desarrollado para ambientes tropicales (^{Patra 2017}). Aunque la precisión y aplicabilidad global de tales ecuaciones pueden ser debatibles, todavía permiten la detección de un gran número de estrategias dietéticas con efectos en la CMS, la digestibilidad de la materia orgánica (DMO) y, por tanto, en la producción de metano. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue estimar las emisiones de metano a partir de datos de la literatura en un gran número de tratamientos dietéticos con leguminosas tropicales, para evaluar su potencial para mitigar las emisiones de metano de los rumiantes, teniendo en cuenta sus efectos en el CMS, la digestibilidad y los rendimientos del producto final.

Materiales y Métodos

Base de datos, parámetros extraídos y cálculos

Los datos utilizados para este estudio provienen de una base de datos informada en ^{Castro-Montoya y Dickhoefer (2020)}. Para el análisis actual, los estudios debían informar las especies de leguminosas, su proporción en la dieta, la composición nutricional de esta [materia orgánica (MO), proteína cruda (PC), fibra detergente neutro (FDN), fibra detergente ácida (FAD)], peso corporal del animal (PC), CMS y digestibilidad total de MO -o materia seca (MS)- del tracto. Si estaba disponible, se registraron el rendimiento de la leche (kg/d) y la ganancia media diaria (GMD). Un total de 258 estudios cumplieron con estos criterios, lo que resultó en 1355 tratamientos dietéticos y se estimaron otros parámetros. El nivel de alimentación (FL, siglas en inglés), presentado como un múltiplo de los requerimientos de energía de mantenimiento, se estimó dividiendo el consumo de energía metabolizable (EM) por el requerimiento de EM de mantenimiento para los animales. El requerimiento de EM para cada animal se calculó basado en el peso corporal informado, utilizando las estimaciones del metaanálisis de ^{Salah et al. (2014)} para pequeños rumiantes y bovinos tropicales (542.64 y 631.26 kJ EM/kg PC^0.75, respectivamente).

La mayoría de los estudios no proporcionaron información sobre la concentración de EM de la dieta, por lo que esta se estimó según ^{Minson (1984)} [Eq. (1)] con PC y MO digerible como predictores. Estos dos parámetros explican las diferencias entre leguminosas y hebáceas.

$ME \left(MJ/kg\right)= 0.157 DOM + 0.059 CP - 1.073$ Eq.(1)

Donde:

DOM =	concentración de materia orgánica digestible en la dieta (g/100 g MS)
CP =	concentración de proteína cruda en la dieta (g/100 g MS).

La concentración de MO digestible se estimó a partir de la concentración de MO en la dieta y de la DMO (g/kg) informada en los estudios. En aquellos estudios que no reportaron la DMO, pero la digestibilidad de la MS estaba disponible, la primera se estimó a partir de la digestibilidad de la MS (DMS (g/kg)), utilizando regresiones derivadas de los datos empleados para este estudio [Eq. (2), (3), (4)].

$OMD \left(g/kg\right)= 100.2 + 0.876 \times DMD;R^2=0.72; ; solo para pastos$ Eq.(2)

$OMD \left(g/kg\right)= 108.0 + 0.848 \times DMD; R^2=0.65;para leguminosas mixtas-raciones de gramíneas$ Eq.(3)

$OMD \left(\frac{g}{kg}\right)= 44.9 + 0.951 \times DMD;R^2=0.88; solo para leguminosas$ Eq.(4)

Ecuaciones para estimar el metano

Para estimar la producción de metano, se favorecieron las ecuaciones que consideran las concentraciones o consumos de CMS, FND, FDA y EM, así como la DMO, parámetros que capturan las características de los forrajes de leguminosas, las diferencias entre los tipos de leguminosas y entre leguminosas y hebáceas, mientras que permitiendo también la estimación de metano a partir de una cantidad significativa de observaciones. En este sentido, se consideraron las ecuaciones predictivas de ^{Patra (2017)} y ^{Ellis et al. (2007)}. De las ecuaciones de ^{Patra (2017)} se seleccionaron el Binomio 12 [Eq. (5)], Binomio 13 [Eq. (6)], Lineal 17 [Eq. (7)] y Lineal 18 [Eq. (8)] en función de su rendimiento y la disponibilidad de las variables predictoras dentro de este conjunto de datos.

$C{H}_4 \left(\frac{MJ}{d}\right)= -{1.012}_{\pm 0.709} + {0.308}_{\pm 0.249} \times DMI + {0.0404}_{\pm 0.0119} \times DM{I}^2 + {2.424}_{\pm 0.415} \times NDFI - {0.290}_{\pm 0.0409} \times NDF{I}^2$ Eq.(5)

$C{H}_4 \left(\frac{MJ}{d}\right)= -{1.490}_{\pm 0.745} + {0.418}_{\pm 0.232} \times DMI + {0.0415}_{\pm 0.0118} \times DM{I}^2 + {4.311}_{\pm 0.718} \times ADFI - {0.977}_{\pm 0.138} \times ADF{I}^2$ Eq.(6)

$C{H}_4 \left(\frac{MJ}{d}\right)= {0.910}_{\pm 0.746} + {1.472}_{\pm 0.154} \times DMI - {1.388}_{\pm 0.451} \times FL - {0.669}_{\pm 0.338} \times ADFI$ Eq.(7)

$C{H}_4 \left(\frac{MJ}{d}\right)= -{1.559}_{\pm 2.010} + {1.217}_{\pm 0.164} \times DMI - {2.418}_{\pm 0.724} \times FL + {0.00714}_{\pm 0.00316} \times OMDm$ Eq.(8)

Donde:

DMI =	consumo de materia seca en kg/d
NDFI =	consumo de FDN en kg/d
ADFI =	consumo de FDA (kg/d)
FL =	nivel de alimentación como múltiplo de los requisitos de mantenimiento
DMOm =	digestibilidad de la materia orgánica (g/kg) a nivel de alimentación de mantenimiento (estimado basado en la DMO según ^Ramin y Huhtanen (2013)

De los estudios de ^{Ellis et al. (2007)}, se utilizaron las ecuaciones predictivas 6c [Eq. (9)], 7c [Eq. (10)], 8c [Eq. (11)], y 10c [Eq. (12)] para estimar el metano en este conjunto de datos:

$C{H}_4 \left(\frac{MJ}{d}\right)= {3.44}_{\pm 0.937} + {0.502}_{\pm 0.115} \times DMI + {0.506}_{\pm 0.211} \times NDFI$ Eq.(9)

$C{H}_4 \left(\frac{MJ}{d}\right)= {3.63}_{\pm 0.921} + {0.0549}_{\pm 0.00939} \times MEI + {0.606}_{\pm 0.306} \times ADFI$ Eq.(10)

$C{H}_4 \left(\frac{MJ}{d}\right)= {4.41}_{\pm 1.13} + {0.0224}_{\pm 0.0106} \times MEI + {0.980}_{\pm 0.241} \times NDFI$ Eq.(11)

$C{H}_4 \left(\frac{MJ}{d}\right)= {3.41}_{\pm 0.973} + {0.520}_{\pm 0.120} \times DMI - {0.996}_{\pm 0.447} \times ADFI + {1.15}_{\pm 0.321} \times NDFI$ Eq.(12)

Donde:

DMI =	consumo de materia seca en kg/d
NDFI =	consumo de FDN en kg/d
MEI =	consumo de EM en MJ/d
ADFI =	consumo de FDA en kg/d

Subconjunto de datos

El conjunto de datos se dividió en bovino y pequeños rumiantes, y se crearon subconjuntos según la etapa fisiológica (adulto o en crecimiento), especies (cabras y ovejas), y el hábito de crecimiento de las leguminosas (herbáceas, arbustivas y arbóreas). Para esta última clasificación se utilizó la base de datos PLANTS (https://plants.usda.gov) del servicio de Conservación Natural de los Estados Unidos, según lo descrito por ^{Castro-Montoya y Dickhoefer (2018)}. Las estadísticas descriptivas de las variables utilizadas en el estudio se presentan en la tabla 1. Se creó otro subconjunto de datos que incluye solo dietas con forraje de pasto con y sin suplementos concentrados para pequeños rumiantes (tabla 1). Esto no se realizó para el ganado debido al reducido número de observaciones disponibles.

Table 1 Descriptive statistics of parameters used for the prediction of methane emissions for the different datasets used. 

Variable	n	Average	Median	Standard deviation	Minimum	Maximum
Adult cattle
Body weight (kg)	70	378	367	140.4	180	820
Dry matter intake (kg/d)	76	9.27	8.70	3.55	2.50	19.6
Organic matter digestibility (g/kg)	47	624	630	72.0	420	751
Digestible organic matter intake (kg/d)	38	5.45	4.84	2.97	1.51	12.6
Metabolisable energy (MJ/kg DM)	38	8.24	8.49	1.33	4.69	10.6
Metabolisable energy intake (MJ/d)	38	81.8	72.3	46.2	22.3	196
Feeding level	35	1.50	1.47	0.63	0.51	2.77
Neutral detergent fiber intake (kg/d)	69	5.21	5.31	1.71	1.34	8.64
Acid detergent fiber intake (kg/d)	57	3.27	3.00	1.15	0.85	5.96
Milk yield (kg/d)	23	7.68	6.30	4.50	3.75	22.0
Growing cattle
Body weight (kg)	79	195	181	94.8	36	411
Dry matter intake (kg/d)	79	4.62	4.30	2.01	0.34	9.40
Organic matter digestibility (g/kg)	44	573	584	92.9	129	724
Digestible organic matter intake (kg/d)	44	2.17	2.23	0.75	0.51	3.60
Metabolisable energy (MJ/kg DM)	44	7.78	7.86	1.27	1.66	9.38
Metabolisable energy intake (MJ/d)	44	32.3	33.2	11.0	7.21	53.0
Feeding level	44	1.08	1.03	0.37	0.23	2.20
Neutral detergent fiber intake (kg/d)	76	2.79	2.74	1.31	0.08	6.57
Acid detergent fiber intake (kg/d)	57	1.85	1.81	0.87	0.32	4.08
Average daily gain (g/d)	43	429.3	434.0	237.1	0	920
Adult goat
Body weight (kg)	98	31.1	29.0	11.9	14.2	67.0
Dry matter intake (kg/d)	100	0.88	0.68	0.51	0.11	2.61
Organic matter digestibility (g/kg)	84	594	622	120.4	293	759
Digestible organic matter intake (kg/d)	82	0.45	0.36	0.28	0.06	1.17
Metabolisable energy (MJ/kg DM)	82	8.17	8.63	1.84	3.59	11.3
Metabolisable energy intake (MJ/d)	82	6.80	5.44	4.25	0.86	18.0
Feeding level	82	0.94	0.91	0.40	0.21	1.84
Neutral detergent fiber intake (kg/d)	87	0.49	0.43	0.28	0.07	1.67
Acid detergent fiber intake (kg/d)	74	0.32	0.31	0.16	0.04	1.02
Growing goat
Body weight (kg)	232	15.1	14.9	4.06	5.43	25.8
Dry matter intake (kg/d)	235	0.51	0.50	0.15	0.11	0.96
Organic matter digestibility (g/kg)	145	631	632	84.0	455	819
Digestible organic matter intake (kg/d)	138	0.30	0.27	0.11	0.13	0.65
Metabolisable energy (MJ/kg DM)	138	8.76	8.84	1.33	5.60	11.8
Metabolisable energy intake (MJ/d)	138	4.54	4.11	1.62	1.94	9.90
Feeding level	135	1.09	1.07	0.34	0.48	2.36
Neutral detergent fiber intake (kg/d)	217	0.28	0.27	0.09	0.04	0.53
Acid detergent fiber intake (kg/d)	193	0.18	0.17	0.07	0.02	0.38
Average daily gain (g/d)	82	44.9	38.7	25.9	1.60	143
Adult sheep
Body weight (kg)	253	31.9	29.5	11.5	12.5	70.0
Dry matter intake (kg/d)	266	0.80	0.74	0.31	0.16	1.87
Organic matter digestibility (g/kg)	233	558	570	85.0	270	769
Digestible organic matter intake (kg/d)	211	0.40	0.38	0.19	0.05	1.04
Metabolisable energy (MJ/kg DM)	211	7.50	7.66	1.30	3.79	10.7
Metabolisable energy intake (MJ/d)	211	5.94	5.55	2.84	0.74	15.9
Feeding level	205	0.83	0.82	0.32	0.09	1.97
Neutral detergent fiber intake (kg/d)	242	0.48	0.48	0.19	0.06	1.01
Acid detergent fiber intake (kg/d)	205	0.31	0.30	0.13	0.04	0.61
Growing sheep
Body weight (kg)	357	21.6	19.5	15.0	4.1	209
Dry matter intake (kg/d)	357	0.70	0.68	0.20	0.21	1.28
Organic matter digestibility (g/kg)	207	592	578	83.7	408	840
Digestible organic matter intake (kg/d)	190	0.40	0.36	0.30	0.19	4.27
Metabolisable energy (MJ/kg DM)	190	8.53	7.95	6.82	5.22	101
Metabolisable energy intake (MJ/d)	190	5.92	5.35	4.80	2.72	66.9
Feeding level	190	1.12	0.96	1.32	0.23	18.7
Neutral detergent fiber intake (kg/d)	353	0.41	0.39	0.13	0.10	0.82
Acid detergent fiber intake (kg/d)	298	0.25	0.24	0.09	0.09	0.61
Average daily gain (g/d)	75	57.6	48.0	34.9	2.00	170
No legumes small ruminants
Body weight (kg)	264	24.1	21.2	11.4	5.43	70.0
Dry matter intake (kg/d)	271	0.65	0.59	0.32	0.17	2.89
Organic matter digestibility (g/kg)	200	586	592	106.9	227	840
Digestible organic matter intake (kg/d)	184	0.34	0.31	0.19	0.09	1.28
Metabolisable energy (MJ/kg DM)	184	7.79	7.90	1.67	2.56	11.7
Metabolisable energy intake (MJ/d)	184	5.08	4.55	2.88	1.14	19.7
Feeding level	179	0.85	0.78	0.38	0.17	2.21
Neutral detergent fiber intake (kg/d)	195	618	620	116.7	242	899
Acid detergent fiber intake (kg/d)	253	0.42	0.40	0.19	0.10	1.41
Average daily gain (g/d)	33	42.9	36.2	28.4	1.6	120

Con el uso de la densidad de energía de 55.5 MJ/kg (^{Elert 2006}), el metano estimado en MJ/d de la ecuación (5 - 12) se convirtieron en g/d. El metano estimado a partir de la ecuación (5) para ganado y de la ecuación (8) para pequeños rumiantes se expresó además como g/kg de peso corporal metabólico (PCM), g/kg CMS, g/kg de consumo de materia orgánica digestible (CMOD), g/kg de leche y g/kg GMD.

Con el objetivo de comparar diferentes forrajes sin la influencia de otros ingredientes, se creó un subconjunto de datos donde los pequeños rumiantes se alimentaron exclusivamente con pastos, paja/rastrojos, leguminosas herbáceas, leguminosas arbustivas o leguminosas arbóreas. Se crearon diagramas con las categorías de forrajes para metano en g/kg CMS y en g/kg CMOD. Además, se creó un subconjunto para comparar diferentes forrajes cuando se suplementa con alimento concentrado a pequeños rumiantes. Primero, se seleccionaron observaciones en las que los animales se alimentaron con pastos o paja/rastrojos en proporciones entre 60 y 90 g/100 g de MS, y el resto de la MS provino de alimentos concentrados. En segundo lugar, se seleccionaron observaciones donde se ofrecieron las leguminosas mezcladas con hebáceas, donde la inclusión de leguminosas osciló entre 20 y 50 g/100 g MS, y la proporción total de forraje (pasto + leguminosa) osciló entre 60 y 90 g/100 g MS, con el resto de la MS proveniente de alimentos concentrados. Las leguminosas se dividieron entonces en hebáceas, arbustos y árboles. Se crearon diagramas de caja con las categorías de forraje para metano en g/kg CMS, en g/kg CMOD y en g/kg GMD.

Análisis estadístico

Los valores atípicos en el metano pronosticado de cada ecuación se identificaron y eliminaron en función del rango intercuartílico. La correlación de Pearson se estimó dentro de las predicciones de metano de todas las ecuaciones con el uso de la función cor ( ) del programa R. La producción de metano estimada a partir de la ecuación (5) para bovinos y de la ecuación (8) para pequeños rumiantes se le realizó una regresión en la proporción de leguminosas en la dieta utilizando la función lm ( ) de R. Los análisis de regresión se realizaron independientemente para los conjuntos de datos de bovinos y de pequeños rumiantes. Dentro de cada uno de estos conjuntos de datos, se realizaron análisis de regresión adicionales para subconjuntos basados en la etapa fisiológica (adulto o en crecimiento), especie (cabra u oveja) y hábito de crecimiento de las leguminosas (herbácea, arbusto y árbol). Para el conjunto de datos que incluye solo tratamientos de control en pequeños rumiantes, las emisiones de metano pronosticadas se sometieron a una regresión en la proporción de concentrado en la dieta siguiendo el procedimiento descrito anteriormente. Las significaciones de las pendientes se declararon en P<0.05, mientras que las tendencias se declararon en 0.05 < P < 0.10.

Resultados

Para el conjunto de datos de bovinos hubo alta correlación entre las estimaciones de metano de todas las ecuaciones, con las de la ecuación (5), con las correlaciones más altas con todas las demás estimaciones (datos no mostrados). El metano promedio estimado (g/d) para bovinos fue consistentemente mayor cuando se derivó de las ecuaciones de ^{Ellis et al. (2007)} [ecuación (9 - 12)] que cuando se estimó a partir de las ecuaciones de ^{Patra (2017)} [ecuación (5 - 8)] (tabla 2). Para los datos de pequeños rumiantes, las ecuaciones (5), (6) y (7) (^{Patra 2017}) produjeron una gran cantidad de estimaciones negativas y no se consideraron para análisis posteriores (datos no mostrados). De manera similar, las estimaciones de las ecuaciones de ^{Ellis et al. (2007)} oscilaron entre 71.6 y 313 g/d (datos no mostrados) y se consideraron poco realistas, por lo que tampoco se tuvieron en cuenta para un análisis posterior. Sólo las estimaciones de la ecuación (8) (^{Patra 2017}) parecía estar dentro de rangos realistas de producción de metano para pequeños rumiantes (tabla 2).

Table 2 Summary statistics of estimated methane for cattle and small ruminants 

		Average	Median	Standard deviation	Minimum	Maximum
Cattle
Patra (2017) (g/d)	Eq. (5)	128.0	131.2	50.6	7.4	249.1
	Eq. (6)	128.2	137.4	49.6	5.3	261.2
	Eq. (7)	135.8	128.2	74.8	32.4	313.6
	Eq. (8)	122.1	118.8	52.8	48.7	254.0
Ellis et al. (2007) (g/d)	Eq. (9)	158.4	154.5	48.1	65.7	301.8
	Eq. (10)	149.2	134.8	49.7	84.8	273.4
	Eq. (11)	169.8	154.9	49.6	96.8	287.6
	Eq. (12)	165.2	163.2	49.2	74.9	296.6
Small ruminants
Patra (2017) (g/d)	Eq. (8)	25.9	26.2	22.4	2.12	62.7

Las regresiones presentadas en la tabla 3, así como los diagramas de dispersión en la figura 1 y la figura 2 corresponden a la ecuación (5) (^{Patra 2017}). En general para el ganado, cuando se expresa en relación con PCM, CMS y GMD, el aumento de las proporciones de leguminosas en la dieta disminuyó las emisiones de metano (P ≤ 0.04) (figura 1) (tabla 3, Reg. 1, Reg. 7, Reg. 23). En relación con el CMOD o producción de leche, la proporción de leguminosas en la dieta no afectó la producción de metano (P ≥ 0.48), aunque se observaron pendientes negativas para la proporción de leguminosas en ambos casos (figura 1) (tabla 3, Reg. 13 y Reglamento 19). Para bovinos adultos, las leguminosas en la dieta no afectaron al metano en ninguna unidad (tabla 3; P ≥ 0.27), aunque se observó una pendiente negativa para todas las regresiones con la excepción del metano en g/kg CMOD (tabla 3, Reg. 14). Para el ganado en crecimiento, el metano en todas las unidades de expresión disminuyó al aumentar la cantidad de leguminosas (P < 0.01) (tabla 3, Reg. 3, Reg. 9, Reg. 15, Reg. 23). El metano en g/kg PCM fue mayor en adultos comparado con el ganado en crecimiento (figura 1), pero resultó lo contrario cuando se expresó en g/kg CMS (figura 1).

Table 3 Regression equations of legume proportion in the diet on methane emissions for cattle ruminants. 

Variable (n^1)		Intercept	SE	Slope	SE	P slope
Methane relative to metabolic body weight (g/kg MBW)
Reg. 1 (134)	All	2.23	0.085	-7.17 × 10^-3	2.24 × 10^-3	<0.01
Reg. 2 (61)	Adult	2.24	0.157	-5.80 × 10^-3	5.61 × 10^-3	0.30
Reg. 3 (73)	Growing	2.17	0.113	-6.73 × 10^-3	2.56 × 10^-3	0.01
Reg. 4 (65)	Herb	2.49	0.150	-10.0 × 10^-3	4.33 × 10^-3	0.02
Reg. 5 (19)	Shrub	2.07	0.148	-6.31 × 10^-3	4.33 × 10^-3	0.16
Reg. 6 (50)	Tree	1.98	0.123	-5.36 × 10^-3	2.90 × 10^-3	0.07
Methane relative to dry matter intake (g/kg DMI)
Reg. 7 (137)	All	21.2	0.359	-1.98 × 10^-2	0.99 × 10^-2	0.04
Reg. 8 (66)	Adult	19.8	0.527	-1.13 × 10^-2	1.90 × 10^-2	0.55
Reg. 9 (71)	Growing	23.2	0.411	-4.54 × 10^-2	0.97 × 10^-2	<0.01
Reg. 10 (70)	Herb	19.9	0.585	2.01 × 10^-2	1.76 × 10^-2	0.26
Reg. 11 (19)	Shrub	21.3	0.543	-0.37 × 10^-2	1.59 × 10^-2	0.82
Reg. 12 (48)	Tree	22.1	0.625	-4.89 × 10^-2	1.54 × 10^-2	<0.01
Methane relative to digestible organic matter intake (g/kg DOMI)
Reg. 13 (75)	All	38.9	1.41	-0.925 × 10^-2	3.46 × 10^-2	0.79
Reg. 14 (35)	Adult	32.5	2.72	13.0 × 10^-2	11.7 × 10^-2	0.27
Reg. 15 (40)	Growing	45.7	1.71	-9.81 × 10^-2	3.32 × 10^-2	0.01
Reg. 16 (24)	Herb	35.2	2.77	13.6 × 10^-2	8.30 × 10^-2	0.12
Reg. 17 (13)	Shrub	34.3	1.84	9.02 × 10^-2	4.65 × 10^-2	0.08
Reg. 18 (38)	Tree	42.1	2.11	-8.77 × 10^-2	4.67 × 10^-2	0.07
Methane relative to milk yield (g/kg MY)
Reg. 19 (45)	All	30.7	4.45	-1.27 × 10^-1	1.81 × 10^-1	0.48
Reg. 20 (30)	Herb	28.7	5.62	-1.47 × 10^-1	2.17 × 10^-1	0.50
Reg. 21 (5)	Shrub	28.4	15.03	1.15 × 10^-1	7.64 × 10^-1	0.89
Reg. 22 (10)	Tree	31.6	5.82	1.31 × 10^-1	2.52 × 10^-1	0.62
Methane relative to average daily gain (g/kg ADG)
Reg. 23 (38)	All	0.275	0.027	-1.73 × 10^-3	0.621 × 10^-3	0.01
Reg. 24 (16)	Herb	0.322	0.054	-2.66 × 10^-3	1.21 × 10^-3	0.04
Reg. 25 (5)	Shrub	0.304	0.101	-1.83 × 10^-3	2.79 × 10^-3	0.56
Reg. 26 (17)	Tree	0.242	0.032	-1.24 × 10^-3	0.719 × 10^-3	0.11

¹ number of observations used in the regression

Figure 1 Scatter plot of the regression of legume proportion in the diet on methane emissions expressed in different units for the complete cattle data (solid black line) and for data separated into growing and adult animals. 

Figure 2 Scatter plot of the regression of legume proportion in the diet on methane emissions of cattle expressed in different units for data separated into herb, shrub and tree legumes. 

En cuanto al hábito de crecimiento de las leguminosas, cuando se expresa como g/kg PCM, las hebáceas disminuyeron la producción de metano (P = 0.02), los árboles tendieron a disminuirla (P = 0.07) y los arbustos no tuvieron efecto (P = 0.16) (tabla 3, Reg. 4-6)). Las herbáceas mostraron una mayor producción de metano (g/kg PCM) que los árboles y arbustos (figura 2). En relación con el CMS, el metano disminuyó con proporciones crecientes de leguminosas arbóreas (P < 0.01), mientras que no se observaron efectos para herbáceas y arbustos (P ≥ 0.26) (tabla 3, Reg. 10-12). El metano en relación con el CMOD (figura 2) tendió a aumentar con el aumento de la inclusión de arbustos en la dieta (P = 0.08) y tendió a disminuir con las leguminosas arbóreas (P = 0.07), mientras que no se detectaron efectos de las hebáceas a pesar de que se observó una pendiente positiva (figura 2) y mayor que la de los arbustos (tabla 3, Reg. 16-18). Respecto a la leche, ningún efecto del tipo de leguminosa fue significativo (P≥0.50), y solo las herbáceas tuvieron una pendiente negativa (tabla 3, Reg. 20-23). En relación con la GMD, las herbáceas mostraron una disminución en el metano con el aumento de la proporción de leguminosas (P = 0.04), sin que se encontraran efectos para arbustos y árboles (P≥0.11) (tabla 3, Reg. 24-26).

Para pequeños rumiantes, las mayores inclusiones de leguminosas disminuyeron las emisiones de metano relativas a PCM, CMS y CMOD (por tendencia; P = 0.06) (tabla 4, Reg. 27, 35, 43), pero no tuvieron efecto en el metano en g/kg GMD (P = 0.97; tabla 4, Reg. 51). Cuando se analizaron los datos por especies (cabras y ovejas) y etapa fisiológica (adulto o en crecimiento), no se observaron efectos para cabras adultas u ovejas en crecimiento cuando se expresó como g/kg PCM, g/kg CMS, and g/kg CMOD (por tendencia; P = 0.08) (tabla 4, Reg. 29, 37, 45). Con respecto a las ovejas adultas, el metano disminuyó cuando se expresó en relación con CMS (por tendencia; P = 0.06) o con CMOD (tabla 4, Reg. 38, 46). Además, las cabras en crecimiento produjeron más metano que las ovejas en crecimiento cuando se expresaron relacionadas con PCM, CMS y CMOD, pero las diferencias entre animales adultos y en crecimiento no parecieron muy claras para otras unidades de expresión del metano (figura 3).

Table 4 Regression equations of legume proportion in the diet on methane emissions for small ruminants. 

Variable (n^1)		Intercept	SE	Slope	SE	P slope
Methane relative to metabolic body weight (g/kg MBW)
Reg. 27 (572)	All	2.46	0.051	-2.62 × 10^-3	1.14 × 10^-3	0.02
Reg. 28 (75)	Goat - Adult	2.03	0.149	3.92 × 10^-3	3.11 × 10^-3	0.21
Reg. 29 (124)	Goat - Growing	3.10	0.116	-7.54 × 10^-3	2.74 × 10^-3	0.01
Reg. 30 (190)	Sheep - Adult	2.19	0.065	-1.34 × 10^-3	1.31 × 10^-3	0.31
Reg. 31 (183)	Sheep - Growing	2.37	0.090	-0.986 × 10^-3	2.24 × 10^-3	0.66
Reg. 32 (160)	Herb	2.66	0.102	-5.12 × 10^-3	2.03 × 10^-3	0.01
Reg. 33 (58)	Shrub	1.95	0.174	3.07 × 10^-3	3.19 × 10^-3	0.34
Reg. 34 (354)	Tree	2.45	0.064	-2.65 × 10^-3	1.57 × 10^-3	0.09
Methane relative to dry matter intake (g/kg DMI)
Reg. 35 (576)	All	40.4	1.15	-5.15 × 10^-2	2.56 × 10^-2	0.04
Reg. 36 (72)	Goat - Adult	32.2	3.20	7.93 × 10^-2	6.76 × 10^-2	0.24
Reg. 37 (125)	Goat - Growing	48.8	2.57	-13.0 × 10^-2	6.14 × 10^-2	0.04
Reg. 38 (192)	Sheep - Adult	40.0	1.77	-6.71 × 10^-2	3.52 × 10^-2	0.06
Reg. 39 (187)	Sheep - Growing	37.2	2.19	-0.51 × 10^-2	5.50 × 10^-2	0.93
Reg. 40 (160)	Herb	45.0	2.41	-11.9 × 10^-2	4.80 × 10^-2	0.01
Reg. 41 (58)	Shrub	34.1	4.53	5.65 × 10^-2	8.42 × 10^-2	0.50
Reg. 42 (358)	Tree	39.9	1.37	-5.21 × 10^-2	3.36 × 10^-2	0.12
Methane relative to digestible organic matter intake (g/kg DOMI)
Reg. 43 (578)	All	77.1	2.24	-0.953 × 10^-1	4.98 × 10^-2	0.06
Reg. 44 (75)	Goat - Adult	62.3	6.72	2.27 × 10^-1	13.9 × 10^-2	0.11
Reg. 45 (125)	Goat - Growing	87.3	5.21	-2.19 × 10^-1	12.4 × 10^-2	0.08
Reg. 46 (189)	Sheep - Adult	82.2	3.58	-1.99 × 10^-1	7.14 × 10^-2	0.01
Reg. 47 (189)	Sheep - Growing	70.8	3.94	-0.263 × 10^-1	9.96 × 10^-2	0.79
Reg. 48 (160)	Herb	86.2	4.62	-2.58 × 10^-1	9.22 × 10^-2	0.01
Reg. 49 (59)	Shrub	58.2	8.89	2.65 × 10^-1	16.2 × 10^-2	0.11
Reg. 50 (359)	Tree	77.2	2.65	-1.16 × 10^-1	6.54 × 10^-2	0.08
Methane relative to average daily gain (g/kg ADG)
Reg. 51 (135)	All	0.526	0.055	-0.071 × 10^-3	1.63 × 10^-3	0.97
Reg. 52 (64)	Goat - Growing	0.665	0.075	-3.40 × 10^-3	2.39 × 10^-3	0.16
Reg. 53 (71)	Sheep - Growing	0.413	0.079	2.23 × 10^-3	2.20 × 10^-3	0.32
Reg. 54 (43)	Herb	0.644	0.110	-1.79 × 10^-3	2.79 × 10^-3	0.53
Reg. 55 (7)	Shrub	0.817	0.437	0.143 × 10^-3	0.10 × 10^-3	0.99
Reg. 56 (85)	Tree	0.515	0.061	-1.72 × 10^-3	2.06 × 10^-3	0.41

¹ number of observations used in the regression

Figure 3 Scatter plot of the regression of legume proportion in the diet on methane emissions for small ruminants expressed in different units for the complete dataset (solid black line) and for data separated into adult and growing goat and sheep 

Además, en pequeños rumiantes, las herbáceas redujeron el metano en relación con PCM, CMS y CMOD (P = 0,01; tabla 4, Reg. 32, 40, 48) (figura 4). Las leguminosas arbóreas solo tendieron a disminuir el metano en relación con PCM y CMOD (tabla 4, Reg. 34, 50). La inclusión de dosis crecientes de leguminosas arbustivas no tuvo ningún efecto en el metano (P ≥ 0.11), pero es importante resaltar que mostró una pendiente positiva en todos los casos (tabla 4, Reg. 33, 41, 49, 55) (figura 4).

Figure 4 Scatter plot of the regression of legume proportion in the diet on methane emissions for small ruminants expressed in different units for data separated into herb, shrub and tree legumes. 

La regresión de las emisiones de metano en la proporción concentrada en dietas con hebáceas, pero sin leguminosas, mostró que una mayor inclusión en la dieta redujo las emisiones de metano en relación con CMS, CMOD y GMD (P ≤ 0.03), pero no cuando se expresó en g/kg PCM (P = 0.41) (tabla 5, Reg. 57, 60, 63, 66) (figura 5). Sin embargo, cuando el análisis se realizó por separado específicamente para pastos y residuos de cultivos (paja o rastrojo), el suplemento de pastos con concentrados siempre disminuyó las emisiones de metano (P ≤ 0.02; tabla 5, Reg. 58, 61, 64, 67), pero cuando los concentrados complementaron con paja/rastrojos, el metano tendió a disminuir solo en g/kg CMOD (P = 0,05), mientras que tendió a aumentar cuando se expresó en g/kg PCM (P = 0,05), sin efectos sobre el metano en g/kg CMS o g/kg GMD (P ≥ 0.56 ) (tabla 5, Reg. 59, 62, 65, 68).

Table 5 Regression of estimated methane on concentrate proportion in diets of small ruminants having grass or straw/stover as sole forage source in the diet. 

Variable (n^1)		Intercept	SE	Slope	SE	P slope
Methane relative to metabolic body weight (g/kg MBW)
Reg. 57 (151)	All	2.45	0.06	-2.28 × 10^-3	2.75 × 10^-3	0.41
Reg. 58 (949)	Grass	2.52	0.08	-7.96 × 10^-3	3.33 × 10^-3	0.02
Reg. 59 (57)	Straw/Stover	2.33	0.10	9.09 × 10^-3	4.54 × 10^-3	0.05
Methane relative to dry matter intake (g/kg DMI)
Reg. 60 (152)	All	46.5	1.53	-15.9 × 10^-2	5.82 × 10^-2	<0.01
Reg. 61 (93)	Grass	45.0	1.94	-30.3 × 10^-2	7.56 × 10^-2	<0.01
Reg. 62 (59)	Straw/Stover	49.6	2.05	2.72 × 10^-2	7.51 × 10^-2	0.72
Methane relative to digestible organic matter intake (g/kg DOMI)
Reg. 63 (152)	All	95.3	2.96	-56.9 × 10^-2	11.3 × 10^-2	<0.01
Reg. 64 (97)	Grass	89.9	3.59	-82.4 × 10^-2	14.3 × 10^-2	<0.01
Reg. 65 (55)	Straw/Stover	106.0	3.75	-26.6 × 10^-2	13.3 × 10^-2	0.05
Methane relative to average daily gain (g/kg ADG)
Reg. 66 (27)	All	0.861	0.139	-7.35 × 10^-3	3.24 × 10^-3	0.03
Reg. 67 (16)	Grass	0.956	0.141	-15.2 × 10^-3	4.21 × 10^-3	<0.01
Reg. 68 (11)	Straw/Stover	0.826	0.314	-3.54 × 10^-3	5.84 × 10^-3	0.56

¹ number of observations used in the regression

Figure 5 Scatter plot of the regression of concentrate proportion in the diet on methane emissions for small ruminants expressed in different units. Solid line represents the general regression line. 

Discusión

Para esta discusión, se debe tener en cuenta que el metano se estimó a partir de ecuaciones predictivas y no se midió directamente, lo que conlleva una incertidumbre en los resultados de estos análisis. Sin embargo, existen estudios similares (^{Chagunda et al. 2010}) con resultados en línea con observaciones in vivo. Además, las tendencias observadas en este estudio con los subconjuntos de datos son consistentes a lo largo del estudio y de acuerdo con los principios fisiológicos. Otro aspecto importante a considerar es que las leguminosas contienen un grupo de compuestos bioactivos con la capacidad de alterar la fermentación del rumen, incluida la producción de metano (^{Archimède et al. 2011}). Los compuestos secundarios pueden tener efectos en el CMS y en la DMO, ambos parámetros fuertemente vinculados con la producción de metano, por tanto, indirectamente, las ecuaciones utilizadas para estimar el metano han tenido en cuenta algunos de los posibles efectos de los compuestos secundarios. Incluso con estas advertencias, la solidez de este estudio radica en el volumen de información que podría analizarse, donde incluso las pequeñas tendencias podrían ser indicativas de efectos importantes y biológicamente relevantes. Por lo tanto, los resultados del presente análisis ciertamente contribuyen a la discusión sobre la capacidad de las leguminosas tropicales para disminuir la metanogénesis.

Ecuaciones predictivas utilizadas

Las ecuaciones para predecir el metano se seleccionaron en función de los parámetros disponibles en el conjunto de datos. Por lo tanto, no se consideraron las ecuaciones que incluyen las grasas, los carbohidratos no estructurales ni la concentración de energía bruta. Las ecuaciones basadas exclusivamente en CMS también fueron descartadas, ya que estas no consideran las diferencias en la composición nutricional de leguminosas y hebáceas. Por lo tanto, las ecuaciones predictivas que consideran la concentración o ingesta de DMI, OMD, FDNF y FSA se dirigieron deliberadamente. Estudios recientes han demostrado que, cuando se tiene en cuenta la composición nutricional y con altos niveles de inclusión, las dietas con niveles crecientes de leguminosas tienden a disminuir el CMS y la DMO (^{da Silva et al. 2017} y ^{Montoya-Flores et al. 2020}) con claras diferencias entre las dietas basadas en leguminosas hebáceas, arbustivas y arbóreas (^{Castro-Montoya y Dickhoefer 2018}). En este sentido, las leguminosas tropicales tienen una concentración bastante alta de FDN y FDA, lo que se refleja en una DMO in vitro más baja que las hebáceas, particularmente para las leguminosas arbustivas (^{Castro-Montoya y Dickhoefer 2020}), por lo que este estudio tuvo como objetivo capturar esta variación en la estimación del metano.

Para el conjunto de datos de ganado, incluidos los animales adultos y en crecimiento, todas las ecuaciones utilizadas mostraron estimaciones de metano dentro de los valores esperados para los grandes rumiantes (tabla 3). Por ejemplo, las estimaciones de las ecuaciones (5) a (7) variaron entre 0.76 y 1.58 MJ/kg DMI, mientras que ^{Ellis et al. (2007)} y ^{Yan et al. (2009)}, informaron emisiones de metano que oscilaban entre 1.12 y 1.49 MJ/kg CMS. Para el conjunto de datos de ganado, hubo alta correlación entre todas las ecuaciones predictivas (r ≥ 0,71; datos no mostrados). Las ecuaciones de ^{Ellis et al. (2007)} tuvieron un metano estimado consistentemente más alto que el de ^{Patra (2017)} (tabla 2), probablemente debido a la mayor producción general de metano del ganado de clima templado utilizado por ^{Ellis et al. (2007)}. las estimaciones de la ecuación (5) se utilizaron para el cálculo del metano en relación con PCM, CMS, CMOD, producción de leche y GMD, y los análisis de regresión posteriores, no solo porque la ecuación (5) se desarrolló a partir de ganado tropical, sino también porque era la ecuación que permitía el número máximo de observaciones previstas.

Para pequeños rumiantes, las ecuaciones (5), (6) y (7) produjeron gran cantidad de estimaciones negativas, probablemente debido a la naturaleza cuadrática del CFDN y CFDA en las ecuaciones (5) y (6) y por las altas concentraciones de FDA en las dietas de los trópicos. La ecuación (8), basada en DMO, FL y CMS, arrojó estimaciones de metano con media, mín. y máx. (g/d) de 25.9, 2.12 y 62.7 (tabla 2). Las estimaciones de la ecuación (8) todavía parecía estar en el extremo superior de las emisiones diarias de metano para los pequeños rumiantes (^{Pelchen y Peters 1998}), pero a pesar de la posible sobreestimación, estas estimaciones se usaron para calcular el metano en relación con PCM, CMS, CMOD y GMD, y los análisis de regresión posteriores. Las estimaciones de las ecuaciones de ^{Ellis et al. (2007)} promediaron las emisiones de metano entre 71.4 y 88.9 g/d y no se consideraron plausibles para los pequeños rumiantes tropicales (datos no mostrados).

Producción de metano in vivo al alimentar con leguminosas tropicales

La síntesis de metano es una función de la ingesta, por lo tanto, solo se pueden obtener conclusiones sólidas cuando se informa el CMS en un estudio, por lo tanto, los artículos con animales de pastoreo no se incluyen en la siguiente discusión. Con esas consideraciones, se encontraron diez estudios que reportan emisiones de metano y CMS de rumiantes alimentados con leguminosas tropicales comparándolas con una dieta control. Seis de estos estudios in vivo probaron los efectos de la leucaena, y cuatro de ellos encontraron disminuciones en las emisiones de metano (^{Archimède et al. 2016}, ^{Montoya-Flores et al. 2020}, ^{Pineiro-Vásquez et al. 2018} y ^{Possenti et al. 2008}) mientras que no hubo efectos en los otros dos (^{Delgado et al. 2013} y ^{Moreira et al. 2013}). Es importante destacar que tres de los estudios que informaron una disminución en el metano al alimentar con leucaena también encontraron una disminución en la DMO (^{Archimède et al. 2016}, ^{Pineiro-Vásquez et al. 2018} y ^{Montoya-Flores et al. 2020}). Al investigar otras especies de leguminosas, ^{Suybeng et al. (2020)} reportaron disminuciones en el metano (g/kg CMS) con niveles crecientes de Descanthus spp. pero la GMD disminuyó en el nivel más alto de inclusión (31 g/100 g MS). Tres estudios adicionales no encontraron ningún efecto de la alimentación con Lablab purpureus, Vigna unguiculata, Styzolobium aterrimum, Mimosa caesalpiniaefolia y Macrotyloma axiliare en las emisiones de metano en g/kg CMS (^{Moreira et al. 2013}, ^{Washaya et al. 2018} y ^{Lima et al. 2020}).

Adicionalmente, ^{Kennedy y Charmley (2012)} cuantificaron la emisión de metano de varias dietas que contenían Lablab purpureus, Leucaena leucocephala, Stylosantes hamata y Macroptilium bracteatum, pero el estudio no se diseñó para comparar esas emisiones con las de otras dietas. Los autores encontraron que al aumentar la proporción de leguminosas en la dieta de 20 a 40 g/100 g de MS, los cambios en la producción de metano no eran consistentes y dependían del pasto basal, la especie de leguminosa y la unidad en la que se expresaba el metano (^{Kennedy y Charmley 2012}). En el metanálisis de ^{Archimède et al. (2011)} concluyeron que las leguminosas de ambientes cálidos produjeron menos metano que sus contrapartes de pastos, pero el análisis se basó en solo 12 observaciones que compararon leguminosas con pastos. Todos estos estudios apuntan hacia reducciones en la producción de metano cuando los animales se alimentan con leguminosas tropicales, pero la heterogeneidad en las especies de leguminosas, las características de los animales y la composición nutricional de la dieta hacen que sea arriesgado sacar una conclusión sobre el potencial de estos forrajes para reducir las emisiones de metano.

Efectos generales de los forrajes de leguminosas en la producción estimada de metano

El metano disminuyó con el aumento de la proporción de leguminosas en la dieta cuando se expresó en relación con el PCM. Sin embargo, las emisiones podrían disminuir simplemente debido a un menor CMS o degradabilidad del alimento. De hecho, estudios recientes mostraron que altas proporciones de leguminosas tropicales disminuyen el consumo, así como la degradabilidad de la dieta de la MO y la FDN (^{Castro-Montoya y Dickhoefer 2018} y ^{da Silva et al. 2017}). En este sentido, cuando se expresa en relación con el CMS, el metano aún disminuyó con el aumento de la proporción de leguminosas en la dieta. Sin embargo, cuando se expresó en relación con CMOD, las leguminosas tropicales causaron una respuesta menos obvia en el metano, sin efectos cuando se administró al ganado y solo con una tendencia a disminuir en los pequeños rumiantes.

Se discuten varios mecanismos por los cuales las leguminosas pueden ejercer esta disminución en la producción de metano. Primero, la degradación microbiana de la celulosa y la hemicelulosa produce H₂ que luego debe eliminarse del ambiente del rumen (^{Carroll y Hungate 1955}). En las leguminosas tropicales se ha observado menor degradabilidad de la fibra en comparación con las hebáceas, lo que da como resultado menos sustrato para la formación de metano. En segundo lugar, las dietas que favorecen mayor producción de propionato, secuestran H₂ lejos del metano (^{Marty y Demeyer 1973}). Sin embargo, los estudios han demostrado que las leguminosas tropicales tienen una mayor concentración de acetato a propionato (^{Castro-Montoya et al. 2020} y ^{Montoya-Flores et al. 2020}), por lo que parece improbable un mayor secuestro de metano del propionato.

Además, se ha argumentado que la presencia de compuestos secundarios en las leguminosas puede desempeñar un papel en la actividad y el número de metanógenos (^{Makkar et al. 2007}). Los estudios in vivo que reportan actividad microbiana y metano no son concluyentes. El estudio de ^{Montoya-Flores et al. (2020)} con leucaena no encontró ningún efecto de la leguminosa en el número de metanógenos, a pesar de la alta concentración de taninos totales y condensados y menor producción de metano. Por el contrario, ^{Lima et al. (2020)} no encontraron una disminución en la producción de metano cuando se alimentó a los corderos con macrotyloma, pero encontraron una disminución en la abundancia de metanógenos (también un aumento de Ruminococcus flavefaciesn y Fibrobacter succionogens). En este estudio no fue posible demostrar los efectos directos de los compuestos secundarios en el metano. Sin embargo, los efectos indirectos de esos compuestos, si los hubiere, podrían reflejarse en la DMO y en el CMS, variables consideradas en estas estimaciones. Es importante destacar que no todas las leguminosas tropicales son ricas en compuestos secundarios ni está probado que su actividad sea biológicamente significativa para ejercer un efecto en la metanogénesis. Por lo tanto, no todos los efectos de las leguminosas en la producción de metano pueden atribuirse a compuestos secundarios.

La disminución de la degradabilidad y el consumo pueden tener consecuencias negativas si su extensión afecta el suministro de nutrientes al animal, lo que en última instancia disminuye su rendimiento. Por tanto, el mejor indicador de la eficacia de una estrategia para disminuir el metano es la reducción de la intensidad con las emisiones. En este sentido, la proporción de leguminosas no afectó al metano en relación a la producción de leche (aunque se observó una pendiente negativa), mientras que el metano en relación con la GMD disminuyó en el ganado alimentado con leguminosas. Para el metano relacionado con el rendimiento de la leche, es importante destacar que, en el conjunto de datos actual, el 95 % de los rendimientos registrados estuvo por debajo de 16.7 kg/d (promedio + 2 desviaciones estándar), por lo tanto, los resultados actuales representan emisiones de metano del ganado con un nivel bajo a medio. Rendimientos de leche mucho más altos se encuentran comúnmente en los trópicos. Las dietas de vacas de alto rendimiento no solo están bien equilibradas en términos de nutrientes, sino que también las mejoras marginales tienden a disminuir con rendimientos más altos. Por lo tanto, es incierto y vale la pena investigar cómo las leguminosas tropicales influirían en la intensidad de las emisiones a niveles altos de producción de leche. El escenario presentado para la crianza de ganado parece cubrir un mayor rango de crecimiento para el ganado tropical, donde la mayoría de las GMD registradas estuvieron por debajo de 903 g/d.

Al contrario del conjunto de datos de bovinos, no se observó ningún efecto de las leguminosas en el metano en g/kg GMD para pequeños rumiantes. Para las cabras, se observaron disminuciones en el metano en relación con PCM, CMS y CMOD, por lo que se esperaría una disminución en el metano en g/kg GMD siempre que la GMD se mantenga o aumente cuando se alimentan con leguminosas. De hecho, la GMD mediana para ovejas y cabras fue de 48.0 y 38.7 g/d, respectivamente, más alta que la GMD mediana de los pequeños rumiantes alimentados sin legumbres (36.2 g/d) (tabla 1). Un estudio anterior sugirió una relación cuadrática entre el nivel de leguminosas y la GMD, con una GMD maximizada alrededor de 400 g de leguminosas/kg de MS (^{Castro-Montoya y Dickhoefer 2018}). Niveles altos de inclusión de leguminosas fueron más comunes en los pequeños rumiantes que en los bovinos (figura 1 y figura 3), por lo que se puso a prueba un efecto cuadrático de la proporción de leguminosas en la dieta en el metano en g/kg GMD, pero no fue significativo (datos no mostrados). Tal vez más relevante, para los pequeños rumiantes, pero no para el ganado bovino, varias observaciones reportaron una GMD negativa, es decir, cuando los animales perdieron peso durante el período experimental. Estos datos no se utilizaron para este análisis, ya que este cálculo produciría una emisión de metano negativa que es biológicamente imposible. Por lo tanto, se eliminaron las observaciones 12, 9 y 2 de los cálculos de metano en g/kg GMD de pequeños rumiantes sin leguminosas, ovejas en crecimiento y cabras en crecimiento, respectivamente. Al considerar esas observaciones negativas, la media de GMD de las dietas sin leguminosas (25.0 g/d) fue mucho más baja que la media observada para las ovejas y cabras en crecimiento (48.0 y 38.1 g/d, respectivamente; datos no mostrados). Esto significa que el efecto de alimentar a los pequeños rumiantes con leguminosas en el metano relacionado con la GMD se subestima en este estudio, y que es probable que se produzca una mayor reducción de las emisiones de metano, por ejemplo, durante la vida útil de un animal, al mejorar su alimentación a través de las leguminosas.

Efectos de leguminosas forrajeras según su hábito de crecimiento en las emisiones estimadas de metano

Revisiones recientes de la literatura sobre las leguminosas tropicales han mostrado fuertes diferencias en las características nutricionales entre las leguminosas herbáceas, arbustivas y arbóreas (^{Castro-Montoya y Dickhoefer 2018} y ^{Castro-Montoya y Dickhoefer 2020}), con los arbustos que tienen las concentraciones más altas de FDN y las hebáceas que tienen las mayores DMO in vivo e in vitro. Las leguminosas herbáceas, arbustivas y arbóreas también difieren en términos de EM, compuestos secundarios y PB, por mencionar algunos (^{Castro-Montoya y Dickhoefer 2020}). Todos estos parámetros influirán en el nivel de consumo, los patrones de fermentación, la digestibilidad total del tracto y el desempeño. Por lo tanto, es de esperar que diferentes tipos de leguminosas provoquen diferentes respuestas en la producción de metano. Increíblemente, los efectos diferenciales de las leguminosas herbáceas, arbustivas y arbóreas fueron consistentes en el ganado vacuno y los pequeños rumiantes y reflejaron las diferencias descritas anteriormente en su composición nutricional. Una mayor degradabilidad conduciría a mayores emisiones de metano y, de hecho, se observó una mayor producción de metano para las hebáceas cuando se expresó en relación con el PCM. Cuando se expresan en relación con CMS y CMOD, las leguminosas herbáceas tienen mayores emisiones de metano a niveles de inclusión por debajo de 500 g/kg MS, pero debido a la pendiente más pronunciada, con mayores niveles de inclusión, las hebáceas producen menos metano que los arbustos y árboles. Los arbustos muestran claramente el menor potencial para disminuir las emisiones de metano, incluso teniendo una tendencia a mayores emisiones cuando se expresan en relación con CMOD, probablemente relacionado con su mayor contenido de FDN directamente vinculado a la producción de metano.

Según el análisis actual, las leguminosas arbóreas parecen tener un potencial intermedio para disminuir el metano. Las leguminosas arbóreas tienen mayor concentración de lignina y una DMO menor que las hebáceas (^{Castro-Montoya y Dickhoefer 2020}), así como menor digestibilidad de CMS y FDN (^{Castro-Montoya y Dickhoefer 2018}). La menor digestibilidad y el consumo de leguminosas arbóreas pueden reflejarse en un menor rendimiento animal y, en última instancia, en su potencial para disminuir el metano. Solo se administró el follaje de las leguminosas arbóreas a los rumiantes, lo que resulta en que, en comparación con las hebáceas, las leguminosas arbóreas tienen mayor contenido de PC, pero también mayor contenido de compuestos secundarios. La presencia de compuestos secundarios en los árboles puede influir aún más en sus efectos en el metano, pero el alcance y la dirección de dichos efectos son inciertos, como se indicó anteriormente. Por ejemplo, ^{Tiemann et al. (2008)} no encontraron correlación entre la concentración de taninos condensados y la degradabilidad de FDN in vitro de leguminosas tropicales. Los efectos confusos de los compuestos secundarios en la nutrición de los rumiantes y el metano probablemente estén relacionados con su diversidad y no deben ser ignorados en la investigación. Sin embargo, esto no forma parte de este estudio.

La mayor degradabilidad y energía metabolizable de las hebáceas (^{Castro-Montoya y Dickhoefer 2020}) probablemente propicie mayor efecto positivo en el rendimiento animal, mientras que los arbustos tendrían el menor. De hecho, cuando se expresan en relación con la GMD y la producción de leche, las pendientes de la regresión de las leguminosas herbáceas en el metano fueron consistentemente negativas y mostraron mayor potencial para disminuir la intensidad de las emisiones que los árboles y arbustos (figura 2).

Emisiones estimadas de metano de las dietas de pequeños rumiantes sin legumbres

En general, los resultados del estudio actual evidencian que las leguminosas tienen potencial para disminuir las emisiones de metano, particularmente cuando se expresan en relación con CMS y CMOD. Las disminuciones, sin embargo, no son comparables con las logradas cuando el concentrado se complementa con pastos o residuos de cultivos de cereales, como se refleja en las mayores pendientes negativas en la tabla 5 en comparación con las de la tabla 4. Curiosamente, los efectos de la alimentación con concentrado contrastaron cuando el forraje basal era una gramínea o un residuo de cultivo. La alimentación con concentrado se considera una estrategia para disminuir las emisiones de metano, ya que hay menos sustrato disponible para la producción de H₂, mientras se dirige la fermentación hacia una mayor producción de propionato (^{Carroll y Hungate 1955}), al tiempo que aumenta la productividad animal y, por lo tanto, disminuye la intensidad de las emisiones. En el presente análisis, la suplementación con mayor concentración en la dieta de pequeños rumiantes alimentados con hebáceas disminuyó constantemente las emisiones de metano, incluso cuando se expresa en relación con la GMD, un efecto que no siempre se observó con las leguminosas. Sin embargo, cuando se añadió concentrado a la paja, el metano tendió a aumentar cuando se expresó en relación con el PCM y no tuvo ningún efecto en el metano en relación con la CMS. La suplementación de paja con alimento concentrado ciertamente aumentó la digestibilidad general de la dieta, produciendo así más metano. De hecho, cuando el metano se expresó en relación con CMOD, la suplementación de concentrado tendió a disminuir las emisiones de metano. Los efectos de suplementar alimentos concentrados a los residuos de cultivos no fueron obvios cuando se expresaron en relación con GMD. La reducción de metano al alimentar un alimento concentrado es notable si se considera que en la mayoría de los casos la porción referida como concentrado consistía únicamente en harina de cereales, salvados, tortas o subproductos de otra industria, o mezclas de cereales y harinas proteicas. Esto destaca, por un lado, la baja calidad de los forrajes basales que se encuentran en los trópicos, y, por otro lado, el gran potencial que puede tener la inclusión de una pequeña proporción de fuentes de energía o proteínas fácilmente digeribles en la utilización de ese forraje basal, rendimiento y emisiones.

Es importante resaltar que los autores no quieren sugerir que los concentrados deban usarse en detrimento de los forrajes de leguminosas. Utilizar estos forrajes tiene varias ventajas para el sistema de producción agrícola. Además, el metano entérico no es la única medida del impacto ambiental de una estrategia dada, y se deben considerar otros factores, como la huella de carbono, la huella hídrica o la biodiversidad, para la comparación entre forrajes de leguminosas y los concentrados.

^{Archimède et al. (2011)} encontraron que las leguminosas solas reducen las emisiones de metano en comparación con las hebáceas solas. En un intento de hacer una evaluación similar, se crearon diagramas de caja que comparan el metano estimado para dietas que contienen solo hebáceas, solo paja/rastrojos o solo leguminosas (figura 6A-B). Los diagramas de caja muestran claramente emisiones de metano más altas tanto de las hebáceas como de la paja en comparación con las leguminosas solas para el metano en g/kg CMS y en g/kg CMOD, y las hebáceas tienen consistentemente menos metano que los arbustos y árboles. Desafortunadamente, no hubo suficientes observaciones disponibles para comparar los forrajes solamente sobre la base del metano en relación con la GMD. Además, cuando se compararon las hebáceas suplementadas con concentrados con raciones mixtas de leguminosas y hebáceas suplementadas con concentrados (figura 6C-D-E), en relación con CMS y CMOD, la media de metano producido por las hebáceas fue menor que la de las hebáceas y los arbustos, y fue similar a la de los árboles. Sin embargo, cuando se expresó en relación con GMD, la media más baja de metano se encontró para las dietas en las que las hebáceas se combinaron con pastos y se complementaron con concentrado, ligeramente más bajas que las de solo pasto suplementado con concentrado. El sinergismo entre las leguminosas y las hebáceas se ha informado previamente (^{Minson 1990}), aunque no es específico para las emisiones de metano, pero podría estar relacionado con una mayor partición de energía lejos de las pérdidas metabólicas.

Figure 6 Boxplots of the comparison in methane emissions (g/kg DMI, g/kg DOMI) between diets were small ruminants were fed solely on forages (grasses, stover/straw or legumes forages (Herb, Shrub, Tree)) (A, B); and where small ruminants were supplemented with concentrate to basal diets of grasses, straw/stover or legumes (Herb, Shrub, Tree) mixed with grasses (g/kg DMI, g/kg DOMI, g/kg ADG) (C, D, E). 

Vale la pena notar que las estimaciones medianas de metano (g/kg GMD) de los arbustos parecen ser más altas incluso que aquellas en las que la paja como único forraje se complementó con concentrados. También es importante notar la variación en los efectos de las dietas con leguminosas arbóreas en el metano relacionado con la GMD. Esto resalta aún más la necesidad de evaluar los efectos de las leguminosas según su hábito de crecimiento u otras clasificaciones que tengan en cuenta su diferente calidad nutricional. Se vuelve obvio que no todas las leguminosas tropicales comparten los mismos atributos nutricionales.

Los resultados del presente análisis aún deben validarse con más estudios in vivo, donde el principal efecto variable debería ser la inclusión de la leguminosa. Si es posible, factores como la proporción de forraje a concentrado o la concentración de FDN, PB y EM en los tratamientos deben permanecer constantes o al menos similares. Para dietas basadas en forrajes, la comparación de dietas con y sin leguminosas sigue siendo valiosa, pero no es posible ajustar la composición de nutrientes. En este caso, el uso de concentraciones de nutrientes relevantes como covariables en el análisis estadístico podría ser una opción para explicar los cambios en el valor nutricional de la dieta. Expresar el metano en relación con el CMS y el consumo de MS o de OM digestible también puede ayudar a sacar conclusiones más sólidas. Más importante aún, el objetivo de obtener una medida de la intensidad de las emisiones debe ser una prioridad de cualquier estudio. Conociendo la capacidad de los microbios del rumen para adaptarse a diferentes condiciones, los ensayos a mediano y largo plazo serían ideales para evaluar el potencial de las leguminosas tropicales para disminuir las emisiones de metano cuando se incluyen de forma rutinaria en las raciones de los rumiantes.

Los resultados del presente análisis muestran claramente el potencial de las leguminosas para disminuir las emisiones de metano en rumiantes en ambientes tropicales, aunque la evidencia sobre la reducción de la intensidad de las emisiones de metano aún no es concluyente. Aparecieron fuertes diferencias en los efectos de las leguminosas tropicales en el metano estimado entre las leguminosas herbáceas, arbustivas y arbóreas, donde las hebáceas mostraron una clara ventaja en la reducción del metano. Si bien las estimaciones de metano de solo hebáceas versus solo leguminosas parecían favorecer a las últimas, la reducción de las estimaciones de metano cuando se alimenta con leguminosas tropicales es menor que cuando se complementan los alimentos concentrados con hebáceas. En cuanto a la intensidad de las emisiones de metano, se observó un buen potencial cuando las leguminosas herbáceas se alimentaban mezcladas con una gramínea y suplementadas con un concentrado, destacando la complementariedad y el potencial existente en las dietas que contienen todos estos recursos alimenticios.

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Recibido: 22 de Noviembre de 2022; Aprobado: 15 de Junio de 2023

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