Dinámica de fermentación y producción de metano en dietas de sistemas silvopastoriles intensivos con L. leucocephala y sistemas convencionales orientados a la producción de leche

J E Rivera, I C Molina, G Donney`s, G Villegas, J Chará y R Barahona¹

Centro para la Investigación en Sistemas Sostenibles de Producción Agropecuaria – CIPAV. Carrera 25 No 6-62 Cali, Colombia
jerivera@fun.cipav.org.co
¹ Departamento de producción animal, Facultad de Ciencias Agrarias. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín

Resumen

Con el objetivo de contribuir al conocimiento de las emisiones de CH₄ por fermentación entérica bajo condiciones de pastoreo, se llevó a cabo una evaluación por medio de la técnica de producción de gases de la degradación y dinámica de fermentación de dietas ofrecidas en dos sistemas silvopastoriles intensivos (SSPi) con L. leucocephala y dos sistemas convencionales (SC) con y sin suplementación.

Las dietas ofrecidas en ambos SSPi tuvieron contenidos de nutrientes adecuados para bovinos de leche, alcanzando contenidos de PC superiores al 15%, contenidos promedio de FDN y FDA de 50 y 30% respectivamente y una aceptable oferta de minerales como Ca y P. Con relación a la degradación de la MS, hubo diferencia en DIVMS entre tratamientos, especialmente de los SSPi y SC con suplementación frente al SC sin suplementación, siendo esta diferencia más clara a las 12 y 24 horas (P<0.0001). La DIVMS a las 72 de incubación fue 59.6; 58.6; 56.1 y 56.2% para los tratamientos, sin encontrarse diferencia (P=0.067). La producción de gas a los primeros horarios presentó diferencia para las cuatro dietas (P< 0.05), mostrando el SSPi1 las mayores producciones y SC sin suplementación las menores (16.7 vs 9.73 y 36.7 vs 19.9 ml g-1 de MO incubada para las 3 y 6 horas, respectivamente). La producción de gas al máximo horario de incubación (72 horas) fue de 195; 189; 186 y 184 ml g-1 de MO incubada para SC sin suplementación, SSPi2, SC con suplementación y SSPi1, respectivamente. En cuanto a las emisiones de CH₄, no hubo diferencias entre los sistemas (SSPi y SC) con suplementación, pero si entre los sistemas SSPi y SC sin suplementación evidenciando un efecto de la L. leucocephala en las emisiones (8 % menos CH₄ por kg de MS consumida; P = 0.003). Se concluye que en los SSPi se generan menores emisiones de CH₄ frente a SC sin suplementación. Además, el incremento de la calidad de la dieta forrajera puede contribuir a disminuir las emisiones por kg de MS consumida.

Palabras claves: animales en pastoreo, calidad nutricional, cambio climático, fermentación entérica, gases de efecto invernadero (GEI)

Fermentation dynamics and in vitro methane production in intensive silvopastoral systems with L. leucocephala and conventional systems diets oriented to milk production

Abstract

With the aim of contributing to the knowledge of CH₄ emissions from enteric fermentation under grazing conditions, an gas production technique evaluation of degradation and fermentation dynamics of diets offered in two intensive silvopastoral systems (ISS) with L. leucocephala and two conventional systems (CS) with or without supplementation was carried out.

In general, diets offered in both ISS had adequate contents of nutrients for dairy cattle, having CP contents above 15%, average NDF and ADF contents of 50 and 30%, respectively, and an acceptable content of minerals such as calcium and phosphorous. With respect to IVDMD, differences were observed between treatments, especially with the ISS and CS with supplementation versus CS without supplementation, the difference being greater at 12 and 24 hours (P < 0.0001). IVDMD after 72 h was 59.6; 58.6; 56.1 and 56.2% with no difference between treatments (P = 0.067). Early gas production accumulation showed first differences between the four diets (P <0.05), being greater for ISS1 and lowest for the unsupplemented CS (16.7 vs. 9.73 and 36.7 vs. 19.9 ml g^-1 incubated OM at 3 and 6 hours, respectively). Maximum gas production (72 hours) was 195; 189; 186 and 184 ml g^-1 incubated OM for CS without supplementation, ISS2, CS with supplementation and ISS1, respectively. As for CH₄, there was no difference between systems (ISSI and SC) with supplementation, but there was between unsupplemented ISS and SC systems, showing an effect of L. leucocephala on emissions (8% less CH₄ per kg DM consumed) (P=0.003). It is concluded that in ISS, lower CH₄ emissions are generated compared to CS without supplementation. Furthermore, the increased quality of the forage diet can help reduce emissions per kg DM consumed.

Key words: climate change, enteric fermentation, grazing animals, greenhouse gas emissions(GHG), nutritional quality

Introducción

Sin lugar a dudas, la ganadería es un sector que contribuye significativamente a las emisiones globales de gases de efecto invernadero (GEI) al generar gases como el dióxido de carbono (CO₂), metano (CH₄) y óxido nitroso (N₂O) (IPCC, 2007). Este sector productivo contribuye al cambio climático (CC) de manera directa e indirecta, al generar emisiones durante diferentes etapas de su proceso productivo ya sea a nivel de finca como fuera de esta (Murgueitio et al, 2011; Hristov et al 2013). Con emisiones anuales estimadas en 7.1 gigatoneladas (GT) de dióxido de carbono equivalente (CO₂-eq), que representan el 14.5% de las de los GEI de origen antropogénico, la ganadería contribuye de manera importante al CC, siendo la producción de carne y leche vacuna responsables del 41% y el 29% de las emisiones totales del sector, respectivamente (Gerber et al 2013).

Debido a esto, se ha buscado implementar sistemas productivos de menor impacto ambiental y/o de mayor productividad para suplir las demandas de los mercados. Sin embargo, para la gran mayoría de los sistemas, se carece de evaluaciones y argumentos firmes que avalen su potencial de mitigación (Murgueitio et al 2011; Molina, 2013). Existe consenso en que el primer paso para determinar las potencialidades de mitigación de sistemas alternativos de producción, es evaluarlos bajo diversos escenarios para disminuir la incertidumbre actualmente existente frente a las emisiones de GEI de origen animal (de Klein et al 2008;Hristov et al 2013).

La generación de CH₄ durante la fermentación entérica en rumiantes es influenciada por múltiples factores ambientales, alimenticios, nutricionales y otros inherentes al animal (Cardona et al 2005), por lo que las emisiones pueden variar considerablemente entre países, regiones e inclusive entre sistemas de producción. Esto dificulta la utilización de ecuaciones o factores de emisión generalizados para estimar las emisiones bajo condiciones específicas, por lo que existe la necesidad de evaluar diferentes escenarios para identificar alternativas realmente eficaces de mitigación de acuerdo a las condiciones de producción.

Con el objetivo de contribuir al conocimiento tanto de las emisiones de CH₄ por fermentación entérica, como de la degradación y dinámica de fermentación de dietas ofrecidas en sistemas orientados a la producción de leche en zonas cálidas de Colombia bajo condiciones de pastoreo, en el presente estudio se evaluaron cuatro dietas por medio de la técnica de producción de gases.

Materiales y métodos

Dietas y sistemas evaluados

Se evaluaron cuatro dietas: dos de sistemas con suplementación al momento del ordeño (sistema silvopastoril intensivo (SSPi) con Leucaena leucocephala asociada a pasturas mejoradas con la presencia de árboles dispersos y sistema convencional (SC) basado Cynodon plectostachyus) y dos de sistemas sin suplementación (un SSPi y un SC).

Los componentes de la dietas con suplementación se recolectaron en el municipio de El Cerrito (Valle del Cauca - Colombia) en La Reserva Natural El Hatico a 3° 38' 39” N y 76° 19' 11” O para el SSPi y en la Finca El Trejito (3° 39' 34” N y 76° 19' 29” O) para el SC. Las dos dietas sin suplementación fueron cosechadas en el predio Lucerna ubicado en el municipio de Bugalagrande (Valle del Cauca) a 4° 13´ 07” N y 76° 09´03” O.

La Reserva Natural El Hatico se encuentra a una altitud de 1.000 m.s.n.m., cuenta con una precipitación anual promedio de 750 mm , una humedad relativa del 75% y una temperatura media de 24°C El predio El Trejito se encuentra a una altura de 986 m.s.n.m., su temperatura media anual es de 25 °C, su humedad relativa es cercana al 75% y cuenta con una precipitación de 800 mm año^-1. Finalmente, el predio Lucerna cuenta con una precipitación anual promedio de 1110 mm y se encuentra a 960 m.s.n.m. Estas tres fincas están ubicadas en la zona de vida de bosque seco tropical (bs-T) (Holdridge, 1976).

Los forrajes se tomaron momentos antes de ser pastoreados. Para el caso del SC del predio El Trejito, la pastura C. plectostachyus fue cosechada 30 días post-pastoreo y las otras materias primas (cogollo de caña y alimento concentrado en pellet y harina) fueron recolectadas al momento del ordeño. En cuanto a los forrajes de los SSPi, en ambos predios leucaena y estrella se colectaron a 45 días de rebrote y las otras fuentes ofrecidas como suplementos (germen de maíz y harina de arroz) fueron tomadas al momento del ordeño. Todas las especies forrajeras fueron cosechadas en época de verano.

Los porcentajes de inclusión de los componentes de cada dieta (Tabla 1) se calcularon a partir de los consumos de materia seca (MS) estimados por la herramienta Cornell Net Protein and Carbohydrate System (CNCPS; Fox et al 2000), junto con el pesaje de los suplementos ofrecidos al momento del ordeño y los reportes de Cuartas et al (2014b), quienes encontraron que el consumo de Leucaena constituye aproximadamente el 27% de la dieta de animales pastoreando en SSPi. También se usaron los valores reportados por Gaviria et al (2013), quienes determinaron el consumo en estos mismos sistemas usando la técnica de n-alcanos.

Análisis bromatológico

Cada una de las dietas fue analizada en el Laboratorio de Bromatología de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. El contenido de N y proteína cruda (PC) se determinó por el método de Kjeldahl según NTC 4657 (1999). Los contenidos de fibra en detergente neutro (FDN) y fibra en detergente ácido (FDA) fueron determinados según la técnica secuencial descrita por Van Soest et al (1991) y los de extracto etéreo (EE) por extracción Soxhelet por inmersión (NTC 668, 1973). Finalmente el contenido de cenizas (Cen) se determinó por incineración directa en una mufla a 500 °C según AOAC 942.05 (2005) y el contenido de los minerales Ca y P se determinó por espectrofotometría AA y U.V- VIS basado en NTC 5151 (2003) y 4981 (2001), respectivamente.

Técnica de producción de gas

La técnica de producción de gases (TPG) fue realizada siguiendo las recomendaciones de Theodorou et al (1994). Un total de 180 botellas de vidrio fueron distribuidas en los cuatro tratamientos (dietas),con tres inóculos, cuatro horarios de sacrificio y tres repeticiones. Las botellas utilizadas eran de 110 ml, incubando 0.5 g de las dietas, 5 ml de líquido ruminal y 45 ml de solución tampón. La solución tampón fue preparada siguiendo las recomendaciones de Brooks y Theodorou (1997), saturada con CO₂ y mantenida a 39 °C hasta su adición a cada uno de los frascos.

El líquido ruminal fue obtenido de tres animales siendo faenados en la Central Ganadera, Medellín, Colombia. La dieta de estos animales consistía de pastos tropicales como C. plectostachyus. El contenido ruminal fue extraído inmediatamente después de que el rumen fuese separado de los animales. El líquido fue colectado de diferentes zonas del rumen y rápidamente almacenado en termos previamente calentados con agua a 39 °C para su transporte al laboratorio de Nutrición Animal de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, donde se realizó la técnica de producción de gases.

Las mediciones de presión (PSI) de los gases se llevaron a cabo en ocho horarios (3, 6, 9, 12, 24, 36, 48 y 72 h pos-inoculación) con las botellas inmersas en un baño maría a 39 °C, usando un transductor de presión (Ashcroft Inc., USA) y una válvula de tres vías. El volumen de producción de gas a los diferentes horarios fue corregido usando la ecuación: Y=0.1312 + 4.9203x, donde x = la presión a cada punto. Esta ecuación se obtuvo con el paquete estadístico SAS a partir de todas las presiones y volúmenes medidos durante la prueba.

Los datos de producción de gas fueron ajustados a cuatro modelos matemáticos no lineales: el exponencial (Ørskov & McDonald, 1979), el logístico (Schofield et al 1994), el de France (France et al 1993), y el Gompertz (Lavrencic et al 1997). Luego de evaluar el ajuste de estos modelos por medio de criterios como el coeficiente de determinación (R²), los cuadrados medios del error y la diferencia entre los valores observados y los predichos, el de mejor ajuste fue el Gompertz, que tiene la siguiente ecuación:

Donde, Y es igual a la producción acumulada de gas a un tiempo x, a > 0 es la producción máxima de gas, el parámetro b > 0 es la diferencia entre el gas inicial y el gas final a un tiempo x y el parámetro c > 0 describe la tasa específica de acumulación de gas.

El ajuste de las curvas de producción cumulativa de gas se realizó con la ayuda del programa CurveExpert Professional 1.3 (Hyams, 2012). Las variables evaluadas fueron: hora al punto de inflexión (HPI, h), gas al punto de inflexión (GPI, ml), tasa máxima de producción de gas (TMPG, ml h^-1) y fase Lag (FL o establecimiento microbiano, h). Para su estimación se usan las fórmulas: HPI = b/c; GPI = a/e; TMPG = (a*c)/e; FL= ((b/c)-(1/c)); donde “e” es el número de Euler, equivalente a ≈ 2.718281828459.

Finalmente, para determinar la degradabilidad de la materia seca (DIVMS) se retiraron frascos del proceso de incubación a las 12, 24, 48 y 72 horas, los que fueron refrigerados a 4°C para detener el proceso de degradación. El contenido de cada frasco fue filtrado a través de papel filtro con un tamaño de poro de 0.5 mm de peso conocido. La MS degradada fue determinada al secar el material filtrado a 65°C por 48 horas hasta obtener peso constante.

Determinación de la producción de metano

La concentración de metano se determinó en muestras del gas acumulado durante las primeras 24 h de fermentación por cromatografía de gases, utilizando un cromatógrafo de gases Shimadzu® GC-14A con un detector FID. El programa Class VP de Shimadzu® se utilizó para operar el cromatógrafo y para procesar las señales obtenidas. La operatividad y condiciones del cromatógrafo fueron las existentes en el laboratorio de servicios ambientales del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) localizado en la ciudad de Palmira, Valle del Cauca (Colombia).

Análisis estadístico

Los resultados se analizaron utilizando un diseño de bloques completos al azar, con cuatro tratamientos, cuatro tiempos de sacrificio: 12, 24, 48 y 72 h, tres inóculos diferentes y tres repeticiones por horario de estudio, siendo los inóculos la variable de bloqueo y el modelo utilizado fue el siguiente:

Y_ij = μ +τ_i +β_j +ε_ij

Donde, Yij Observaciones del j-ésimo sujeto asignado al tratamiento i

μ: Media general de la población

τ_i: Efecto del i^-ésimo tratamiento según la dieta del sistema de producción

β_j: Efecto del j^-ésimo bloque

ε_ij: Error experimental

Las variables analizadas fueron: producción acumulada de gas (ml) por gramo de materia orgánica (MO), desaparición de MS (%), los parámetros del modelo de Gompertz, el metano por gramo de MS y materia seca degrada (MSD, g), y el porcentaje de energía bruta (EB) transformada en metano. La comparación de las medias se realizó mediante la prueba de Tukey. La normalidad de los datos se evaluó con la prueba de Shapiro-Wilk y para el ajuste de los datos del volumen de la producción de gases a modelos matemáticos no lineales se utilizó el PROC NLIN. Para los análisis estadísticos se usó el software SAS®, versión 9.1 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA, 2001).

Resultados y discusión

Composición química de las dietas evaluadas

En la Tabla 2 se presenta el contenido de nutrientes de las cuatro dietas evaluadas. En general, las dietas tuvieron un composición química adecuada para animales orientados a la producción de leche, debido a su contenido de PC superior al 15%, niveles promedio de FDN y FDA de un 50 y 30% respectivamente y una aceptable oferta de minerales como Ca y P. Solamente, el TTO4, que incluía solamente C. plectostachyus, presentó valores aparentemente bajos de PC y niveles elevados de fibra.

A pesar de que las dietas TTO1 y TTO3 incluían alimentos concentrados (harina de arroz y gluten de maíz), sus características químicas no distan de lo aportado por la dieta TTO2 (silvopastoril sin suplementación) en contenido de PC, aunque tuvo 1.43 y 1.32 veces más FDA y FDN, respectivamente. Leucaena leucocephala se caracteriza por contenidos elevados de PC (<20%) y bajos contenidos de FDN y FDA. Molina et al (2013) reportaron que esta leguminosa puede contener hasta tres veces más de PC que las gramíneas comúnmente ofrecidas en condiciones de bosque seco tropical. Asimismo, contenidos de proteína de 22.3 y 30.0% fueron reportados por Cardona et al (2002) y Yousuf et al (2007), respectivamente. Esto confirma el potencial de esta especie como fuente proteica en la alimentación de bovinos en pastoreo (Rodríguez et al 2005; Cuartas et al 2014b).

En cuanto a los contenidos de FDA y FDN en L. leucocephala, Sandoval et al (2005) y García et al (2009) reportaron valores de 23.4 y 39.5% para ambas fracciones respectivamente, contenidos muy inferiores a lo comúnmente encontrados en pasturas tropicales, que fácilmente pueden sobrepasar el 60% (Barahona y Sánchez, 2005), por lo que la inclusión de leguminosas como L. leucocephala puede favorecer la oferta de nutrientes y la productividad animal (Murgueitio et al 2011; Cuartas et al 2014a).

Comparando ambos SSPi (TTO1 y TTO2), a pesar de que TTO1 incluyó materias primas como salvado de arroz y gluten de maíz (32% de total de MS), no mostró grandes diferencias en contenido de nutrientes frente al TTO2, por lo que es posible asegurar una oferta adecuada de nutrientes en sistemas basados solo en SSPi con L. leucocephala. Rivera et al (2012); Gaviria et al (2012); Mahecha et al (2012) y Cuartas et al (2014b) reportaron que la base forrajera de estos sistemas sin suplementación puede permitir una producción de leche de hasta 10 l anima^l-1 día^-1 y ganancias de hasta 800 g animal^-1 día^-1 en sistemas de ceba, con cargas cercanas a las 3.5 unidades gran ganado (U.G.G).

En cuanto a contenido de minerales y EE, la inclusión de leucaena puede incrementar los tenores de Ca en 37.7% y el de EE en 8%, comparado contra un sistema convencional de solo pasturas (TTO4), Molina (2013) reportó que si bien pasturas como C. plectostachyus pueden contener mayor cantidad de minerales totales, leguminosas como L. leucocephala ofrecen dos veces más Ca, sin existir una clara diferencia en P.

Producción acumulada de gas

Los forrajes evaluados en mezclas presentaron mayor acumulación de gas, especialmente en horarios tempranos. La composición química de los forrajes afecta el volumen de gas producido y la producción máxima de gas. Nsahlai et al (1995) reportaron que la producción de gas está relacionada con la degradación de la FDN, con la producción de gas tendiendo a aumentar en forrajes con mayor contenido de FDN.

La producción acumulada de gas de las cuatro dietas fue ajustada al modelo de Gompertz, con el fin de describir las curvas a través de la incubación y para interpretar dicha acumulación. La Gráfica 1 muestra la producción de gas de las dietas expresadas a 1 g de MO.

La producción de gas mostró diferencias entre dietas (P< 0.0001) en los primeros horarios, mostrando el TTO1 los valores más altos y el TTO4 los menores (16.7 vs 9.73 y 36.7 vs 19.9 ml g^-1 de MO incubada a las 3 y 6 horas, respectivamente). Esta tendencia se mantuvo hasta las 36 horas, cuando no hubo diferencias entre dietas (P= 0.479). La producción de gas a las 72 h fue de 195; 189; 186 y 184 ml g^-1 de MO incubada para los TTO4, TTO2, TTO3 y TTO1 respectivamente.

El comportamiento de esta prueba es compresible si se recuerda que TTO1 y TTO3 contenían una importante cantidad de granos y otros suplementos (>30% de la MS total incubada, Tabla 1), que generalmente tienen mayores tasas iniciales de fermentación que los forrajes (Rivera et al 2013). Igualmente hasta las 36 horas, el TTO2 (SSPi sin suplementación) presentó mayor producción de gas que TTO4, probablemente por la presencia de L. leucocephala. Al final de la incubación, las dietas con mayor porcentaje de forraje (TTO4 y TTO2) fueron los tratamientos con la mayor producción de gas acumulado.

Gráfica 1. Producción acumulada de gas durante la fermentación. TTO4: SC basado en pasto estrella sin suplementación; TTO2: SSPi con L. leucocephala sin suplementación; TTO1: SSPi con L. leucocephala y suplementación; TTO3: SC con suplementación

Sommart et al (2000) sugirió que el volumen de gas es un buen parámetro para predecir la degradabilidad y la síntesis de proteína microbiana por los microbios del rumen. Además, se ha demostrado que la digestibilidad de materia seca y de la materia orgánica tienen una alta correlación con el volumen de gas producido. Los resultados del presente estudio coinciden con los de Huang et al (2011), Molina et al (2013), Rivera et al (2013) y Naranjo (2014), quienes encontraron mayores acumulaciones de gas a horarios tempranos de incubación cuando fueron incluidas leguminosas como L. leucocephala y/o alimentos basados en granos, como los alimentos concentrados.

En la Gráfica 2, muestra las tasas fraccionales de producción de gas de las dietas. En general, no existen muchos reportes de esta variable para mezclas de forrajes tropicales, mucho menos cuando se ha adicionado un suplemento (Naranjo, 2014). Sin embargo, los resultados de este estudio coinciden con reportes para leguminosas tropicales y pasturas incubadas solas, en los cuales las leguminosas muestran mayores valores que las gramíneas (Mbugua et al 2008; Rodríguez et al 2009).

Lo encontrado en la Gráfica 2, corrobora lo encontrado en la Gráfica 1 mostrando la diferencia en producción de gases a los primeros horarios del TTO1 y TTO3 frente a TTO2 y TTO4, y como a través del tiempo dicha producción se va igualando. El TTO1 presentó la mayor tasa de producción de gas, la cual ocurrió entre 3 y 6 horas de incubación con una tasa de 7 ml h^-1, seguido por TTO3 con 5.61 ml h^-1. Esto se debe a la inclusión de granos en la dieta y en TTO1, a la inclusión de L. leucocephala. La menor tasa de producción de gas se presentó en el TTO4, lo cual obedece a la menor cantidad de sustratos solubles y la mayor cantidad de pared celular que limita el inicio de la fermentación (Mbugua et al 2008). Se destaca que lo observado en las dietas sin inclusión de granos (TTO3 y TTO4) no es normal para este tipo de dietas, que regularmente muestran las mayores tasas en horarios intermedios.

Gráfica 2. Tasa fraccional de producción de gas en las dietas evaluadas. TTO4: SC basado en pasto estrella sin suplementación; TTO2: SSPi con L. leucocephala sin suplementación; TTO1: SSPi con L. leucocephala y suplementación; TTO3: SC con suplementación

En la Tabla 3 se muestran los parámetros obtenidos con el modelo Gompertz para las cuatro dietas, sin haber diferencias en la producción máxima de gas (a) entre las dietas (P=0.052). Estos resultados son consistentes con estudios donde se han evaluado forrajeras y algunos suplementos (Sallam et al 2010) e indican que al inicio de la incubación es necesario un tiempo de adaptación de los microorganismos a los sustratos evaluados, presentándose mayores producciones de gas a horarios tempranos en dietas con leguminosas y/o granos. Sin embargo, hacia el final de la fermentación, dietas con mayor cantidad de gramíneas y forrajeras producen más gas gracias a su contenido de pared celular (Mauricio et al 1999).

No hubo diferencias en el tiempo necesario para alcanzar el punto de inflexión (HPI), entre TTO4 y TTO2, pero si la tuvieron frente a TTO1 y TTO3 (P< 0.0001). En general, los tratamientos tuvieron bajos puntos de inflexión, siendo las fermentaciones relativamente rápidas. Los resultados encontrados en este estudio están por debajo a lo reportado por Molina et al (2013) y Naranjo (2014), quienes reportaron valores de HPI hasta 50% más en dietas similares a las acá estudiadas.

No hubo diferencias entre dietas (P=0.233) en los valores de gas al punto de inflexión (GPI), , pero si para la fase lag (P<0.0001). Es importante destacar que esta representa el tiempo que tardan los microorganismos para adherirse a las partículas de alimento y liberar enzimas para utilizar el sustrato disponible (Yoon y Stern, 1995).

Finalmente, no hubo diferencias en TMPG entre los TTO1, TTO3 y TTO4 (P=0.29), pero si tuvieron diferencias frente a TTO2 (P=0.014). La TMPG hace referencia la producción máxima de gas en una hora. Estos valores se encuentran por encima de los valores reportados Naranjo (2014) y Molina et al (2013) quienes encontraron TMPG 30% menos a lo reportado en este trabajo con dietas similares.

Degradación de la materia seca

En la Tabla 4 se muestra la desaparición de MS de las dietas evaluadas a las 12, 24, 48 y 72 horas de incubación. Hubo diferencias entre tratamientos en los horarios de 12 y 24 horas (P<0.0001), situación asociada probablemente a la presencia de granos en dietas como TTO1 y TTO3, que pueden favorecer dicha degradación. Durante las 72 horas de incubación, la desaparición de MS varió entre 56,2 (TTO4) y 59,6 (TTO1). Para el SSPi sin suplementación (TTO2) se destaca que, si bien a las 12 y 24 horas estuvo por debajo de las dietas con suplementación, no hubo diferencias a las 48 y 72 horas (P=0.220 y P=0.067, respectivamente). Esto corrobora que la inclusión de L. leucocephala en dietas de solo gramíneas puede aumentar la degradación a pesar de la presencia de fenoles y otros metabolitos secundarios habitualmente encontrados en esta especie (Barahona et al 2003; Makkar 2003). Más aún, al comparar el TTO4 (solo pasturas) y TTO2 (SSPi sin suplementación) hubo diferencias a favor del SSPi, sugiriendo que la presencia de L. leucocephala puede mejorar la degradación de la MS.

Sandoval et al (2005) y El Hassan et al (2000) reportaron un 53.6% y 66% de degradabilidad de L. leucocephala a las 96 horas de incubación, respectivamente. Sin embargo, García et al (2009) reportaron menor degradabilidad (47.78%). Normalmente, al ser incubada sola, esta leguminosa presenta degradaciones bajas (<50%), pero al ser mezclada con gramíneas mejora la degradación de la dieta. Esto se puede observar en el presente trabajo al comparar las degradaciones de TTO2 y TTO4 (56.2 y 58.6%, respectivamente). Esta misma tendencia fue reportada por Molina et al (2013), Cuartas (2013) y Naranjo (2014).

Aunque la degradabilidad de L. leucocephala parece ser modesta, su aporte de N al rumen y duodeno es considerable, incluyendo proteína de sobrepaso, lo que podría contribuir a un aporte equilibrado de N para la síntesis de proteína microbiana y para satisfacer las necesidades del animal (La O et al 2003; Rodríguez et al 2005).

Producción de metano

Dentro de las estrategias para disminuir las emisiones de CH₄, la alteración de la dieta se ha considerado como una alternativa viable que puede contribuir a mejorar la eficiencia energética en el animal. Esto es de gran importancia en condiciones tropicales, donde las dietas son de baja calidad (Eckard et al 2010). Con dietas de baja calidad, generalmente asociadas con bajo consumo, no sólo se reduce la productividad, sino que se incrementan las emisiones de metano. El mejoramiento de las características nutricionales de la dieta, como ocurre en los sistemas silvopastoriles, puede mejorar las características fermentativas, generando mayor productividad y disminuyendo las emisiones de metano (Carmona et al 2005; Morgavi et al 2010 Gerber et al 2013).

En la Tabla 5 se observa la producción de metano de las dietas evaluadas, en la que las dietas con suplementación no mostraron diferencias (P<0.05). Caso contrario ocurrió entre las dietas sin suplementación (TTO2 y TTO3) donde si existió diferencia (P=0.0029). El porcentaje de energía digestible que se pierde en forma de metano fue de 7% en las dietas del SSPi, mientras que para TTO3 y TTO4 fue mayor a 8%. Los datos reportados en el presente estudio se encuentran dentro del rango (2 - 12%) reportado por Johnson y Ward (1996). Según Von Bernard et al (2007), la variación en emisiones tiene una alta relación con las digestibilidades de los forrajes y con componentes como FDN y FDA. Estos dos nutrientes se correlacionan con las emisiones de metano de forma negativa, por lo que se afirma que los carbohidratos de la pared emiten más metano que los solubles (Archimède et al 2011).

En referencia al efecto de leucaena sobre las emisiones entéricas de CH₄, en Australia se reportó que ésta puede reducir hasta un 30% las emisiones de CH₄ kg^-1 de MS consumida (Charmley 2009). En México se encontró que en los SSPi con leucaena se reduce en 38% la emisión anual de CH₄ por animal (Solorio, 2011) y en Colombia se encontró que en la presencia de leucaena se reduce en 35% la emisión de metano por kg de materia fermentada (Molina 2013). Según Blaxter y Clapperton (1965), a mayor digestibilidad, menor producción de metano por unidad consumida. Eso se observó en el presente estudio, ya que la leucaena permite un mayor aporte de nutrientes (Archimède et al 2011), en especial proteína degradable y carbohidratos solubles, disminuyendo la relación acético/propiónico (Possenti et al 2008) y la emisión de CH₄. Las plantas ricas en taninos y sus extractos han demostrado la capacidad de disminuir la producción de metano tanto in vivo como , directamente a través de la actividad antimetanogénica e indirectamente a través de la actividad antiprotozoaria, de la depresión de la degradación de la fibra y de la disminución en la producción de H₂ (Carulla et al 2005).

Los taninos condensados de leucaena pueden manipular la fermentación ruminal reduciendo la producción de metano y mejorando la eficiencia de uso de la energía a nivel ruminal (Naranjo, 2014). Así, a pesar de contener casi la misma cantidad de taninos ligados, solubles y totales en su forraje comparada con otras leguminosas tropicales, el forraje de L. leucocephala fue 1.57 veces más degradable y tuvo mayor acumulación de ácidos grasos volátiles cuando fue fermentado en experimentos de producción de gas (Barahona et al 2003).

Conclusiones

• Las dietas evaluadas tuvieron un composición química adecuada para animales orientados hacia la producción de leche, con un contenido de PC superior al 15%, niveles promedio de FDN y FDA de 50 y 30% respectivamente y una aceptable oferta de minerales como Ca y P. El incluir leucaena en sistemas tradicionales basados en solo gramíneas puede aumentar en un 26% la PC, disminuir un 15% la FDN y 6% la FDA, además de incrementar en un 37% los porcentajes de Ca si la leucaena se incluye en un 25% de la dieta total.
  
  
• En cuanto al comportamiento de fermentación, la inclusión de leucaena estuvo asociada con incrementos en la producción de gas hacia el inicio de la fermentación. La inclusión de esta leguminosa no afectó la desaparición de MS, pero dados los cambios en la composición de la dieta la presencia de leucaena podría aportar mayor cantidad de nutrientes.
  
  
• En lo referente a las emisiones de CH₄, entre los dos sistemas con suplementación no hubo diferencias, pero si entre los sistemas sin suplementación evidenciando un efecto de la L. leucocephala en las emisiones (8 % menos de CH₄ por kg de MS consumida en el SSPi).

Agradecimientos

Los autores expresan sus agradecimientos al convenio: “Análisis de sistemas productivos en Colombia para la adaptación al cambio climático”, liderado por el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) y financiado por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural de Colombia (MADR). Además a los predios El Trejito, Reserva Natural El Hatico y Hacienda Lucerna por permitir llevar a cabo los trabajos de campo en sus instalaciones y por apoyar cada una de las actividades.

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Received 27 December 2014; Accepted 17 March 2015; Published 1 April 2015

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