Calidad nutricional y fraccionamiento de carbohidratos y proteína en los componentes forrajeros de un sistema silvopastoril intensivo
Nutritional quality and fractionation of carbohydrates and protein in the forage components of an intensive silvopastoral system
Xiomara Gaviria1, 2, J.E. Rivera1 y R. Barahona 2* ]]>
1Centro para la Investigación en Sistemas Sostenibles de Producción Agropecuaria-CIPAV. Carrera 25 # 6-62, Cali, Valle Del Cauca, Colombia
RESUMEN
El objetivo de esta investigación fue evaluar nutricionalmente los componentes forrajeros de un SSPi basado en Leucaena leucocephala asociada a pasturas mejoradas, así como su producción de biomasa. La producción de forraje se determinó en varios momentos del año y la calidad nutricional se evaluó mediante el esquema Cornell. La proporción de proteína soluble (fracción A) fue similar entre las gramíneas y L. leucocephala, y representó como mínimo el 34 % de la proteína total. La proporción de proteína B2 (degradación intermedia) de la leguminosa fue más alta que la de las gramíneas (53,7 vs. 30,2 %, respectivamente). La proteína B3 (degradación lenta) de la dieta fue de alrededor de 22 % de la proteína total, y más del 71 % de esta se puede considerar como degradable en el rumen. L. leucocephala presentó una concentración más alta de carbohidratos solubles (16,7 %) y menor cantidad de la fracción B2 (14,94 %) que las gramíneas. En lo referente a disponibilidad de biomasa, se alcanzó una producción de 19,26 t de MS ha año-1. Se concluye que en los SSPi se produce una alta cantidad de forraje de calidad durante el año, y que esta oferta es suficiente para cubrir los requerimientos de los rumiantes.
Palabras clave: Cynodon plectostachyus, Leucaena leucocephala, Megathyrsus maximus, sistemas silvopascícolas.
ABSTRACT ]]>
The objective of this study was to evaluate the nutritional quality of the forage components of a SPSi based on Leucaena leucocephala associated to improved pastures, as well as its biomass production. The forage production was determined at several moments of the year and the nutritional quality was evaluated through the Cornell model. The soluble protein proportion (fraction A) was similar between the grasses and L. leucocephala, and represented as minimum 34 % of the total protein. The proportion of protein B2 (intermediate degradation) of the legume was higher than that of the grasses (53,7 vs. 30,2 %, respectively). Protein B3 of the diet (slow degradation) was around 22 % of the total protein, and more than 71 % of it can be considered degradable in rumen. L. leucocephala showed a higher concentration of soluble carbohydrates (16,7 %) and lower quantity of fraction B2 (14,94 %) than the grasses. Concerning the biomass availability, a production of 19,26 t DM/ha year-1 was reached. It is concluded that in SPSis a high quantity of quality forage is produced throughout the year, and that this offer is sufficient to cover the requirements of ruminants.Key words: Cynodon plectostachyus, Leucaena leucocephala, Megathyrsus maximus, silvopastoral systems.
INTRODUCCIÓN
La ganadería tropical enfrenta grandes desafíos, especialmente en la época de sequía, durante la que disminuyen de manera drástica la disponibilidad y la calidad de los forrajes (Cuartas et al., 2014). La incorporación de leguminosas (por ejemplo, Leucaena leucocephala)en las praderas ha reportado grandes beneficios, tanto ambientales como productivos, y constituye una opción para evitar la estacionalidad en la producción, al aumentar la disponibilidad de forraje de alta calidad durante el año (Cuartas et al., 2014).
Las leguminosas contribuyen al reciclaje de nutrientes en la pradera, así como a la protección de las fuentes de agua, el aumento y conservación de la biodiversidad y el mejoramiento de la dieta de los rumiantes (Tarazona et al., 2013). Su inclusión en los sistemas también favorece la ocurrencia de cambios en los indicadores nutricionales, con un mejor aprovechamiento de las gramíneas acompañantes, debido al incremento del contenido de proteína y la digestibilidad de la dieta, y a la reducción de los niveles de fibra en detergente neutro FDN (Cuartas et al., 2013; Rivera et al., 2013).
Asimismo, los sistemas silvopastoriles intensivos (SSPi) han contribuido positivamente en el propósito de lograr una ganadería sostenible (Murgueitio et al., 2014). Estos sistemas son una modalidad intensiva de producción amigable con el medioambiente, y se caracterizan por presentar una alta densidad (más de 10 000 por hectárea) de arbustos forrajeros como L. leucocephala (leucaena), asociados a pastos mejorados que tienen una alta producción de biomasa y a árboles introducidos en modelos de pastoreo rotacional intensivo (Tarazona et al., 2013).
Una prioridad en la investigación sobre los SSPi debe ser su caracterización en diferentes áreas, con el fin de mejorar el aprovechamiento de estos. El uso del Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS) desarrollado por la Universidad de Cornell ha resultado de gran utilidad para este fin; ya que, al tener en cuenta las diferentes fracciones proteicas y energéticas de los forrajes, permite conocer el desempeño ruminal de los alimentos e identificar alternativas para maximizar su uso y aprovechamiento (Fox et al., 2004).
El objetivo de la investigación fue evaluar el valor nutricional y el fraccionamiento de los carbohidratos y la proteína en los componentes forrajeros de un SSPi. ]]>
MATERIALES Y MÉTODOS
Localización. El estudio se realizó en la Estación Agraria Cotové (propiedad de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín), la cual está ubicada en el municipio Santafé de Antioquia, a 74 km de distancia de Medellín, en los 6º 33´ 32´´ de latitud Norte y 77º 04´ 51´´ de longitud Oeste y a una altura de 540 msnm. La temperatura media anual en este lugar es de 27 °C y la precipitación, de 1 100 mm por año; y se localiza bajo la zona de vida de bosque seco tropical bs-T (Holdridge, 1978).
Sistema silvopastoril. El sistema silvopastoril contaba con 5,6 ha y estaba compuesto por arbustos de L. leucocephala (Lam.) de Wit, sembrados a una densidad mayor de 10 000 arbustos ha-1 y asociados a los pastos Megathyrsus maximus (Jacq.) B. K. Simon & S. W. L. Jacobs y Cynodon plectostachyus (K. Schum.) Pilger. Los forrajes se recolectaron en la época de verano (junio), y se tomaron cinco submuestras de cada especie.
El área se pastoreó con 20 animales de la raza Cebú comercial, que tuvieron un peso inicial de 300 kg y un peso final de 420 kg. Se realizó un manejo rotacional, en franjas de 1 200 m2 divididas mediante cerca eléctrica, con un día de ocupación y periodos de descanso de 45 días.
Evaluación de la producción de forraje. La producción de forraje se midió en cuatro momentos (cada dos meses, aproximadamente), durante un periodo experimental de ocho meses (un verano y un invierno). La cuantificación de la oferta de gramíneas se realizó según el método de doble muestreo, descrito por Haydock y Shaw (1975); mientras que para cuantificar la biomasa de la leucaena se modificó dicho método. Para ello se definieron cinco estratos en un metro lineal, que representaban los diferentes niveles de crecimiento de la arbustiva, de los cuales se cosechó y pesó el material que podrían consumir los animales (hojas y tallos finos). Teniendo en cuenta esta escala se usaron 50 marcos, del mismo modo que para las gramíneas, y se estimó la disponibilidad de forraje total de cada franja.
Forrajes evaluados. Se evaluaron los forrajes más representativos del SSPi: C. plectostachyus, M. maximus y L. leucocephala, que tenían una edad promedio de 45 días de rebrote. Para facilitar la evaluación y discusión de los resultados, se agrupó la oferta de nutrientes provenientes de las gramíneas y ello permitió contrastarla con el aporte de la leguminosa.
Composición química de los forrajes. Los análisis relacionados con la calidad de los forrajes se realizaron en el laboratorio de análisis químico y bromatológico de la Universidad Nacional, Sede Medellín. En las muestras se analizaron: la materia seca (MS), mediante el método ISO 6496, en estufa de aire forzado a 105 °C hasta alcanzar un peso constante (ISO, 1999); la proteína cruda (PC), por el método de Kjeldahl, según NTC 4657 (ICONTEC, 1999); la FDN y la fibra insoluble en detergente ácido (FDA), de acuerdo con la técnica secuencial descrita por Van Soest et al. (1991); la lignina (Van Soest, 1963) y el extracto etéreo (EE), mediante extracción Soxhelet, por inmersión, con el método NTC 668 (ICONTEC, 1973). El contenido de ceniza se determinó mediante incineración directa en mufla a 500 °C, según AOAC 942.05 (AOAC, 2005); mientras que el calcio y el fósforo, por espectrofotometría AA y UVVIS, basado en NTC 5151 (ICONTEC, 2003) y 4981 (ICONTEC, 2001), respectivamente. Finalmente, la energía bruta se determinó por calorimetría, según el método ISO 9831 (ISO, 1998).
Determinación de las fracciones de la proteína y los carbohidratos. Para analizar el fraccionamiento de la proteína se utilizó el esquema propuesto por el sistema CNCPS (Sniffen et al., 1992), modificado por Licitra et al. (1996). El nitrógeno total (NT) se determinó mediante el método Kjeldahl (NTC-4567; ICONTEC, 1999). El nitrógeno no proteico (NNP), el nitrógeno proteico fácilmente soluble (NPFS), el nitrógeno proteico difícilmente soluble (NPDS) y el nitrógeno proteico insoluble (NPIN) se analizaron a partir del método modificado de Pichard y Van Soest (1977). Para ello se pesaron 0,5 g de muestra en un beaker de 100 mL, y se adicionaron 5 mL de terbutil alcohol al 10 % (como agente humedecedor) y 5 mL de buffer. La muestra resultante se mantuvo a temperatura ambiente durante una hora, con agitación cada 10 minutos, para después filtrarla en papel Whatman no. 54. El residuo se filtró con 50 mL de buffer y 250 mL de agua destilada, y se determinó el N residual que se corresponde con el N insoluble mediante el método Kjeldahl. En este proceso se utilizó como buffer una solución borato-fosfato, compuesta por 12,2 g de NaH2PO4 H2O/L y 8,91 g de NaB4O7 10 H2O/L, y se verificó que el pH de la solución fuera de 6,8.
Para el fraccionamiento de los carbohidratos se utilizó el procedimiento propuesto por el CNCPS, que clasifica las fracciones de estos a partir de su tasa de degradación. La fracción A está constituida por carbohidratos rápidamente degradables y solubles (incluye a los azúcares); B1 son carbohidratos de degradación intermedia (incluye a las pectinas y los almidones); los carbohidratos B2 tienen degradación lenta, y la fracción C representa la parte no degradable (lignina y fracciones ligadas a la pared celular). El total de carbohidratos (CT) se calculó a partir de la fórmula: 100 (PC + EE + cenizas). Los carbohidratos estructurales (CE) se estimaron por la diferencia de la FDN y la proteína insoluble en FDN; mientras que los carbohidratos no fibrosos o no estructurales (CNE), por la diferencia entre el total de carbohidratos y los carbohidratos estructurales (Sniffen et al., 1992). ]]>
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Las gramíneas presentaron un mayor porcentaje de proteína (tabla 1) que los descritos para las gramíneas tropicales, debido posiblemente a su asociación con arbustos de leucaena. Según señalaron Barahona y Sánchez (2005), este tipo de interacción permite mejorar la calidad de los pastos, con lo que aumenta su contenido de proteína y también la oferta total de forraje, en comparación con lo obtenido en sistemas de monocultivo. Esto permite ofrecer una dieta más ajustada a los requerimientos nutricionales de los animales y aumentar la eficiencia ganadera (Cuartas et al., 2013).
La composición química que mostró la leucaena (altos contenidos de proteína y bajos contenidos de fibra) es típica de esta leguminosa, lo cual coincide con lo reportado por García et al. (2009) y Gaviria et al. (2012) para el forraje de esta especie: valores de PC entre 19 y 28 % y de FDN, entre 35 y 51 %; ello confirma sus propiedades favorables para que sea incluida como fuente proteica en la alimentación de los bovinos en pastoreo. Los resultados también concuerdan con los de Sandoval et al. (2005), quienes obtuvieron 26,7 % de PC; 23,4 % de FDA y 39,5 % de FDN para L. leucocephala.
En la figura 1 se muestran la relación gramínea-leguminosa y la producción de forraje (kg ha-1 cada 45 días) en diferentes momentos del periodo experimental; esta última no fue constante y su variación se debió, en gran parte, a los cambios en el régimen de lluvias. La mayor oferta de biomasa se presentó en abril (2,9 t) y la menor, en junio (1,9 t), lo cual significa que la disponibilidad de biomasa fue aceptable; pero, a la vez, indica que para mantener una adecuada productividad del sistema, se debe ajustar la carga animal según la disponibilidad de forraje durante el tiempo de pastoreo.
Al hacer una proyección para un año, se puede alcanzar una producción total de 19,26 t de MS ha-1 año-1, con predominio de la gramínea en el sistema. En cada ciclo de pastoreo (cada 45 días), la producción promedio de las gramíneas fue de 2 100 kg MS de ha-1 y la de leguminosa, de 308 kg de MS ha-1, para un total de 2 408 kg de MS ha-1. Esto resulta altamente contrastante respecto a la producción de biomasa en los sistemas tradicionales en Colombia, donde las pasturas degradadas producen como promedio 7,0 t de MS ha-1 año-1 (Cajas et al., 2011a), y las pasturas mejoradas pueden variar desde 7,6 t de MS ha-1 año-1 en condiciones de manejo inadecuado (Córdoba et al., 2010), hasta 19,2 t de MS ha-1 año-1 con un uso intensivo de recursos (fertilizantes y maquinaria) para renovar praderas degradadas (Cajas et al., 2011b; Naranjo et al., 2012). En este sentido, se debe resaltar que en un SSPi no es necesario utilizar fertilizantes químicos. La producción de forraje en el SSPi de la presente investigación fue superior a la reportada para un SSPi en el departamento del Cesar: 15,62 t de MS ha-1 año-1 (Gaviria et al., 2012).
En la tabla 2 se muestra el contenido y la oferta de las fracciones de proteína de los forrajes. La proteína soluble es rápidamente degradable en el rumen (Krishnamoorthy et al., 1982) y comprende la fracción A (nitrógeno no proteico), que en el rumen se convierte en amoniaco, y la B1 (proteína verdadera de rápida degradabilidad). La fracción B también incluye otras dos fracciones de proteína verdadera, que poseen diferentes velocidades de degradación: la B2, de degradabilidad intermedia, y la B3, de lenta degradabilidad, también denominada proteína de escape. La fracción C se refiere a la proteína no degradable, por estar ligada a la FDA.
En este estudio, la concentración de proteína soluble fue similar entre las gramíneas y la leguminosa, y representó como mínimo el 34 % de la proteína total. Por su parte, la de proteína B2 fue más alta en la leguminosa que en las gramíneas; mientras que la concentración de las fracciones B3 y C fue más alta en las gramíneas. La fracción C de la proteína está asociada a los contenidos de lignina, los que aumentan con la madurez del forraje. Esta fracción incluye proteínas asociadas a la lignina, complejos taninos-proteína, así como productos Maillard que son altamente resistentes a la hidrólisis por enzimas microbianas (Krishnamoorthy et al., 1982), lo cual provoca que no pueda ser digerida en el rumen.
La fracción B3 se degrada en el rumen solo en un 10-25 %, por lo que gran parte de esta proteína pasa al intestino, donde es digerida debido a la acción enzimática y se convierte en la fracción de mayor eficiencia en los rumiantes (Sniffen et al., 1992). El contenido de proteína B3 en la dieta representó alrededor del 22 % de la proteína total; más del 71 % de la proteína total es degradable en el rumen, por lo que, en las condiciones de los SSPi, existe un buen aporte de proteína para cubrir los requerimientos de los animales (Chamorro et al., 2002). ]]>
Las fracciones proteicas de L. leucocephala son similares a las reportadas por Rey et al. (2005), quienes obtuvieron un 42,99 % de la fracción B2 y 10,96 % de la fracción B3. Sin embargo, difieren de las informadas por Chamorro et al. (2002).El esquema de fraccionamiento de los carbohidratos estructurales y no estructurales o solubles del CNCPS se basa en el propuesto por Goering y Van Soest (1970). En general, las gramíneas tropicales, a diferencia de las leguminosas, se caracterizan por presentar un alto contenido de carbohidratos estructurales y bajos contenidos de carbohidratos solubles (Juárez et al., 1999). En la tabla 3 se muestra el contenido y la oferta de las fracciones de carbohidratos de ambos forrajes evaluados.
En términos de porcentaje de MS, la leucaena presentó concentraciones más altas de carbohidratos solubles y menores de la fracción B2 (que corresponde a la fibra disponible) respecto a las gramíneas. La fracción C fue similar en ambos forrajes, debido a que tienen igual contenido de lignina. Las fracciones B2 y C representan los carbohidratos estructurales, aunque los contenidos de B2 son carbohidratos disponibles para la flora ruminal (Chamorro et al., 2002).
Singh et al. (2012) reportaron 272 g kg-1 de MS para la fracción soluble, valor superior al hallado en la presente investigación, pero la fracción C fue similar (181 g kg-1 de MS). En cuanto a las gramíneas, los valores se aproximaron a los informados por estos autores.
Por otra parte, resulta importante conocer la cantidad de proteína y de carbohidratos que son rápidamente degradados en el rumen, ya que la fermentación de estos nutrientes cubre los principales requerimientos para el crecimiento de los microorganismos ruminales, al proporcionar nitrógeno amoniacal, aminoácidos, esqueletos carbonados y energía en forma de ATP para la síntesis de proteína microbiana (Sniffen et al., 1992).
Aldrich et al. (1993), al emplear dietas que contenían 36 % de carbohidratos no estructurales (80 % fermentables en rumen) y 17,5 % de proteína bruta (66 % degradable en el rumen), informaron que se produjo un aporte máximo de nitrógeno microbiano al duodeno y, además, que una disminución en los carbohidratos no estructurales o en la proteína fermentable reducía la proteína microbiana sintetizada en el rumen.
En cada ciclo de pastoreo (i.e. cada 45 días) la oferta de PC fue de 329 kg ha-1 como promedio con una carga de 3,57 animales ha-1, lo que significa 2,0 kg de PC disponible por animal por día (tabla 4). Algunos experimentos in vivo realizados en este sistema mostraron que los consumos promedio de MS equivalían al 2,46 % del peso vivo de los animales, con proporciones de 75,3 % para la gramínea y 24,7 % para la leucaena (Gaviria et al., 2015). De esta forma, un animal de 400 kg consumiría 1,26 kg día-1 de PC, lo que es adecuado para cubrir sus necesidades de mantenimiento y permitir una ganancia de peso de 1 kg día-1. En Colombia, la ganancia de peso de los animales que pastorean en un SSPi varía entre 650 y 800 g día-1 (Cuartas et al., 2014). Por otra parte, Barahona y Sánchez (2005) señalan que el contenido de FDN de la dieta puede limitar la productividad. En este estudio dicho contenido fue de 59,4 %, valor que puede considerarse bajo si se compara con el de las gramíneas tropicales, pero aún resulta limitante para la productividad animal.
Se concluye que los SSPi ofrecen una mayor cantidad de forraje de mejor calidad respecto a los sistemas tradicionales, y que a pesar de que existen variaciones en la disponibilidad de biomasa durante el año, la oferta de forraje es suficiente para cubrir los requerimientos de los rumiantes.
AGRADECIMIENTOS
]]> Los autores agradecen al equipo de trabajo del CIPAV y la UNAL y al Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural y COLCIENCIAS, por el financiamiento de los proyectos «Análisis comparativo de producción de carne en novillos producidos en un Sistema Silvopastoril Intensivo y Confinamiento» e «Investigaciones para el incremento de la productividad silvopastoril y los servicios ambientales en el proyecto ganadería colombiana sostenible», respectivamente.
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Recibido el 29 de septiembre del 2014 ]]>
Aceptado el 17 de noviembre del 2014 ]]>
