| Livestock Research for Rural Development 29 (6) 2017 | Guide for preparation of papers | LRRD Newsletter | Citation of this paper |
El objetivo de este trabajo fue determinar un factor de emisión de metano entérico en vacas lecheras en un sistema productivo localizado en el trópico de Colombia. Se emplearon 16 vacas lactantes Holstein en un sistema de estabulación completa. Diariamente los animales fueron alimentados con pasto Kikuyo fresco ad libitum y se suplementaron con alimento concentrado, ofrecido al momento del ordeño, a razón de 1 kg por cada 3.5 litros de leche producida. Los animales fueron ordeñados dos veces al día a las 5 y 14 horas. Las variables evaluadas fueron: producción de metano en cámara respirométrica, consumo de materia seca, producción y composición de la leche.
La producción de metano no fue constante a lo largo del día. La producción de metano aumentó después del ordeño, momento en que los animales recibieron la suplementación con concentrado (5 am y 14 pm). Un notorio descenso en la producción de metano se registró entre las 22 y 5 horas, periodo que coincide con una menor ingestión de materia seca y una mayor presencia de carbohidratos estructurales en el rumen, con lentas tasas de fermentación. El 4.9 ± 1.2% de la energía bruta consumida se perdió en forma de metano (Ym), valor que se encuentra por debajo de lo sugerido (6.5 ± 1.0 %) para vacas lecheras en países en desarrollo. El factor de emisión expresado en kg de metano/animal/año en este trabajo fue 104.9 ± 10.6 en comparación con los recomendados en América Latina y Norte América (72 y 128 kg de metano/animal/año, respectivamente). En este experimento, la fracción de la energía perdida como metano (Ym) durante la fermentación entérica fue sobreestimada por el IPCC (2006) en un 24.6%. El uso de inapropiados factores de emisión y conversión afectan sensiblemente los inventarios de emisiones de gases de efecto invernadero.
Palabras clave: calentamiento global, energía, gases de efecto invernadero
The objective of this work was to determine an enteric methane emission factor in dairy cows in the Colombian tropics. Sixteen Holstein lactating cows were used. The animals were fed with Kikuyu grass ad libitum and supplemented with concentrated feed that was offered at the milking, 1 kg per 3.5 liters of milk produced. The animals were milked daily at 5 and 14 hours.
The variables evaluated were: methane production in respirometric chamber, dry matter intake, production and composition milk. Methane production was not constant throughout the day. Methane production increases after milking, when animals received concentrate supplementation (5 and 14 hours). A notable decline in methane production was recorded between 22 and 5 hours, this period coinciding with a lower intake of dry matter and a higher presence of structural carbohydrates in the rumen, with slow fermentation rates. In this study, 4.9 ± 1.2% of the gross energy consumed was lost in the form of methane (Ym), which is below the suggested value of 6.5 ± 1.0% for dairy cows in developing countries. In this study, 4.9 ± 1.2% of the gross energy consumed was lost in the form of methane (Ym), which is below the recommended value of 6.5 ± 1.0% for dairy cows in developing countries. The emission factor expressed in kg of methane / animal / year found in this work was 104.9 ± 10.6 in comparison with for Latin America and North America factors (72 and 128 kg of methane / animal / year, respectively). The energy lost as methane (Ym) during enteric fermentation was overestimated in 24.6% by the IPCC (2006). The inappropriate use of emission and conversion factors affect inventories of greenhouse gas emissions.
Key words: energy, enteric methane, global warming, greenhouse gases
En el acuerdo de París de 2015, realizado en la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, 195 países admiten el problema del cambio climático y reconocen que el aumento de la temperatura global es responsabilidad del hombre. El acuerdo establece un plan de acción mundial para mantener el aumento en el calentamiento global por debajo de 2º C al final del siglo XXI. Cada país firmante debe fijar sus propios objetivos de reducción de emisiones, realizar inventarios permanentes, los cuáles estarán disponibles al público en general y evaluar los avances hacia el objetivo mediante un sólido mecanismo de transparencia y rendición de cuentas. Colombia como país signatario se comprometió a reducir 20% de sus emisiones o a reducirlas hasta un 30% si cuenta con cooperación internacional (García et al 2016).
El primer paso para verificar el cumplimiento de las metas establecidas en cuanto a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), es el establecimiento de un inventario inicial, por ello, el gobierno colombiano a través del Instituto de Hidrología y Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM) ha venido realizando reportes periódicos desde el año 2001. El más reciente de estos reportes publicado en el año 2016 (IDEAM et al 2016) establece que las emisiones de GEI en Colombia para el año 2012 fueron de 258.8 MTon de dióxido de carbono equivalente (CO2eq), de las cuales el sector agropecuario contribuyó con el 26% (66.3 Mton CO2eq). Dentro de las emisiones del sector agropecuario la emisión de metano (CH4) entérico representó el 31.2% (20.7 Mton CO2eq) (IDEAM et al 2016).
Los inventarios de emisiones de GEI en el mundo, son realizados siguiendo las orientaciones metodológicas del Panel Intergubernamental de Cambio Climático (IPCC). Este panel es una organización internacional constituida a petición de los gobiernos miembros de la Naciones Unidas y está conformada por centenares de científicos y expertos en diferentes áreas. Un aspecto importante del IPCC es que no lleva a cabo su propia investigación; tampoco ejecuta modelos, ni efectúa mediciones de fenómenos climáticos, meteorológicos o biológicos, sino que su papel consiste en evaluar las publicaciones científicas, técnicas y socioeconómicas pertinentes para entender el cambio climático, sus repercusiones y futuros riesgos (IPCC 2013). Ante este contexto y considerando que gran parte de la investigación y las publicaciones son realizadas en América del Norte, Europa y Asia, regiones de clima templado, es posible que los factores de emisión recomendados por el IPCC no se ajusten adecuadamente en los países de la zona tropical. El objetivo de este trabajo fue determinar un factor de emisión de metano entérico en vacas lecheras en un sistema productivo localizado en el trópico de Colombia.
Se emplearon 16 vacas lactantes Holstein con las siguientes características: peso vivo 541± 30 kg, 141± 34 días en leche, 26.9 ± 2 litros de producción de leche/día corregida al 4% de grasa. Los animales formaban parte del rebaño experimental de la hacienda “La Montaña” propiedad de la Universidad de Antioquia – Colombia. En esta hacienda habitualmente los animales eran manejados en un sistema de pastoreo rotacional con pasto Kikuyo (Cenchrus clandestinus Hochst. ex Chiov), sin embargo, dadas las condiciones experimentales, fue necesaria su estabulación en corrales individuales de 6 m2. Cada corral disponía de un comedero y un bebedero automático con agua corriente limpia y fresca.
Previamente a las mediciones experimentales, los animales fueron sometidos a un periodo de 20 días para su acostumbramiento a la estabulación. Diariamente los animales fueron alimentados con pasto Kikuyo fresco ad libitum y suplementados con alimento concentrado, ofrecido al momento del ordeño, a razón de 1 kg por cada 3.5 litros de leche producida. Los animales fueron ordeñados dos veces al día a las 6 y 14 horas, rutina que se mantuvo durante todo el periodo experimental. La producción de leche y su contenido de grasa fue determinado y registrado.
Producción de metano: La producción de metano fue registrada en dos cámaras respirométricas de circuito abierto, de acero inoxidable con un volumen de 25 m3. Cada cámara estaba provista de un brete, comedero, bebedero, aire acondicionado, deshumidificador y ventilador. Por tratarse de un ambiente cerrado y para garantizar condiciones de confort térmico para los animales, el aire acondicionado fue ajustado para mantener una temperatura de 18º C al interior de la cámara. El deshumidificador era para reducir la humedad relativa del ambiente para que la muestra de gases llegue los más seca posible a los analizadores de gas. El ventilador cumplia una función mecánica de mezclado de los gases de diferente densidad para que la muestra analizada fuera los más homogénea posible.
Los animales ingresaron a las cámaras respirométricas a las 6 h 30 min, después del ordeño de la mañana. Previo a su ingreso los animales fueron pesados, el comedero abastecido con suficiente forraje verde y las cámaras cerradas herméticamente. El recambio de aire al interior de las cámaras estuvo a cargo de un generador de flujo (FK-2000, Sable System International) a una tasa de 1000 litros/minuto. Una muestra (250 ml) del gas retirado de la cámara es tomada por un submuestreador (SS4, Sable System International) y direccionada a un analizador de vapor de agua (RH-300, Sable System International) que mide la presión parcial del vapor de agua, información necesaria para realizar correcciones de dilución de los gases analizados con la humedad ambiental. La muestra de gas fue entonces analizada para determinar sus concentraciones de dióxido de carbono (CO2) (CA-10 Carbon Dioxide Analyzer), metano (CH 4) (MA-10 Methane Analyzer) y oxigeno (O2) (PA-10 Paramagnetic Oxygen Analyzer). La concentración de los gases antes descritos se registró cada segundo y se analizó a través del software Expedata (Sable System International).
El segundo ordeño de los animales fue realizado a las 14 horas, para ello las lecturas fueron pausadas, la cámara abierta, los animales ordeñados y los comederos reabastecidos. Después de este intervalo, los animales regresaron a la cámara y las lecturas reiniciadas una vez se alcanzaron condiciones estables de medición. El periodo de medición tuvo una duración de 22 horas y los resultados se extrapolaron a un periodo de 24 horas.
Consumo de materia seca (CMS): El CMS de forraje se determinó por diferencia entre el alimento ofrecido y rechazado al interior de la cámara respirométrica. La misma metodología se siguió para determinar el consumo de suplemento al momento del ordeño. La composición media de la dieta ofrecida es descrita en la Tabla 1.
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Tabla 1. Composición media del forraje y suplemento concentrado ofrecido a los animales durante el periodo experimental |
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Ítem |
Forraje |
Suplemento |
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Materia seca, % |
15.5 |
87.0 |
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Proteína cruda, % de la MS |
21.4 |
12.8 |
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Extracto etéreo, % de la MS |
1.7 |
7.9 |
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Fibra detergente neutro, % de la MS |
49.6 |
13.9 |
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Fibra detergente ácido, % de la MS |
33.9 |
7.3 |
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Lignina permanganato, % de la MS |
8.1 |
2.6 |
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Calcio, % de la MS |
1.5 |
1.8 |
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Fósforo, % de la MS |
0.5 |
0.7 |
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Energía bruta, Mcal/kg |
4.3 |
4.1 |
Producción y composición de la leche: La producción de leche individual de los animales fue registrada. Una muestra de leche del ordeño am y pm fue encaminada al laboratorio para determinar sus concentraciones de grasa (MilkoScan ™).
Factor de emisión de CH4: Fue calculado de acuerdo con la siguiente expresión matemática (IPCC 2006):
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donde:
EB = consumo de energía bruta, Mcal/animal/día
Ym= porcentaje de la EB que es convertida en CH4
55.65 = contenido de energía del CH4 en MJ/kg de CH4
La energía bruta de alimento ofrecido e ingerido fue determinada por bomba calorimétrica adiabática (IKA C5000).
La producción de CH4 no fue constante a lo largo del día (Figura 1). La producción de CH4 aumentó después del ordeño, momento en que los animales recibieron la suplementación con concentrado (5 am y 14 pm). Después del ordeño de la mañana, se observó una tasa creciente en la producción de CH4, la cual se mantuvo hasta alcanzar su pico máximo a las 10 am; alcanzado el pico la producción de CH4 se redujo paulatinamente hasta las 14 horas, momento en el cual los animales fueron ordeñados y recibieron una segunda oferta de suplemento. Inmediatamente se registró un aumento en la producción de CH4 hasta alcanzar su máximo valor entre tres a cuatro horas después de la suplementación.
Vasilatos y Wangsness (1980) estudiando el comportamiento ingestivo de vacas lactantes, encontraron que el 68% de la actividad alimentaria ocurrió a la luz del día, entre las 6 y 18 horas. Al considerar este mismo lapso de tiempo en el presente trabajo, el 58% de la emisión diaria de CH 4 ocurrió en este intervalo, indicando una clara asociación entre la ingestión de nutrientes y la actividad fermentativa en el rumen. Por otra parte, Shabi et al (2005) reportan que el ganado a menudo muestra un patrón crepuscular en la actividad de alimentación, con claros picos alrededor del amanecer y el anochecer. Las vacas pasan poco tiempo alimentándose tarde por la noche y temprano en la mañana. La actividad alcanza su punto máximo cuando se suministró alimento fresco aproximadamente a la 6 y nuevamente a las 15 horas (Shabi et al 2005). La dinámica de la emisión de CH4 se asoció al patrón de alimentación y a la ingesta de carbohidratos y proteínas degradables presentes en el forraje y el suplemento concentrado.
Un notorio descenso en la producción de CH4 se registró entre las 22 y 5 horas, periodo que coincide con una menor ingestión de MS y una mayor presencia de carbohidratos estructurales en el rumen, con lentas tasas fermentación. En la noche la ingesta de MS se reduce y se intensifica la rumia, de acuerdo con Czeglédi (2013), el 40% de la rumia se realiza entre las 19 y 2 horas. La rumia busca reducir el tamaño de partícula del alimento, romper la pared celular y aumentar la superficie de exposición para facilitar los procesos de colonización y fermentación ruminal. Gran parte del material que necesita ser rumiado está constituido por pared celular, con lentas tasas de fermentación responsables del retardo (litros /hora) en la producción de CH4 observada en este trabajo. Es importante resaltar que la producción de CH4 en el rumen está directamente asociada con la composición del sustrato fermentable, más que con la actividad alimentaria del animal. La producción acumulada de CH4 (litros/día) es mayor durante los periodos de rumia que durante la ingestión de alimento.
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| Figura 1. Dinámica de la producción de
metano en vacas Holstein lactantes en el tiempo. La línea continua
representa el valor medio de las observaciones y la banda gris representa su rango de variación |
La Tabla 2 describe el factor de emisión y la producción de CH4 con base en el consumo de MS y desempeño productivo de vacas Holstein. En este trabajo, el 4.9 ± 1.2% de la energía bruta consumida se perdió en forma de CH4 (Ym), valor que se encuentra por debajo del sugerido por el IPCC (2006) de 6.5 ± 1.0 % para vacas lecheras en países en desarrollo. El valor sugerido por el IPCC es el recomendado por esta organización para realizar inventarios nacionales y mundiales del metano entérico de animales que consumen alimentos de baja calidad y surge a partir del análisis de bases de datos que incluyen vacas lecheras en Nueva Zelanda, Estados Unidos y Francia (Kaewpila y Sommart 2016). Ante este panorama es probable que el valor sugerido por el Panel Intergubernamental para el Cambio Climático sea inapropiado para sistemas especializados de producción lechera en el trópico de altura de Colombia.
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Tabla 2. Factor de emisión y producción de metano con base en el consumo y desempeño productivo de vacas Holstein en Antioquia - Colombia |
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Variable1 |
Media |
Desviación |
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Consumo de materia seca, kg/día |
18.5 |
3.4 |
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Consumo Energía bruta, Mcal/día |
80.9 |
14.9 |
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Producción de leche, kg/día |
26.9 |
1.9 |
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Grasa en leche, % |
3.3 |
0.3 |
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Producción de leche corregida 4% de grasa, kg/día |
24.1 |
1.2 |
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CH4, litros/día |
402 |
40.7 |
|
CH4, g/día |
287 |
29.1 |
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Energía bruta perdida como CH 4, Mcal/día |
3.8 |
0.4 |
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Ym, % |
4.9 |
1.2 |
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Factor de emisión, kg de CH4 /animal/año |
105 |
10.6 |
|
CH4, litros/ kg de materia seca consumida |
22.5 |
5.5 |
|
CH4, g/kg materia seca consumida |
16.1 |
4.0 |
|
CH4, litros/kg leche corregida 4% de grasa |
16.7 |
2.1 |
|
CH4, g/kg leche |
11.9 |
1.5 |
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1 Ym = Fracción de la energía bruta que es convertida en metano |
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En América Latina Pedreira et al (2009) reportan en Brasil para vacas Holstein y cruzadas valores de Ym de 5.8 y 6.6%, respectivamente. Dini et al (2012) en Uruguay midiendo la emisión de CH4 en vacas lecheras Holstein encontraron valores de Ym de 6.4 y 6.7 % en pasturas ricas en leguminosas y ricas en gramíneas, respectivamente. Para el caso de Norte América, Mangino et al (2010) reportan valores de Ym entre 4.8 y 5.8% para vacas lecheras en diferentes regiones de Estados Unidos.
El factor de emisión expresado en kg de CHsub4/animal/año encontrado en este trabajo fue 105 ± 10.6. El IPCC (2006) recomienda que en el caso de la fermentación entérica el factor de emisión a usar en América Latina y Norte América sea 72 y 128 kg de CH4 /animal/año, respectivamente. Es claro que el factor de 72 kg de CH 4//animal/año, puede resultar inapropiado para su aplicación en sistemas ganaderos especializados en producción de leche en el trópico de altura colombiano. En estos sistemas predominan los animales de razas puras, manejados bajo esquemas de pastoreo rotacional y suplementados con alimentos concentrados en función de su nivel de producción (> 6000 litros/lactancia) (Fedegan 2010). Dado el manejo y la calidad del alimento ofrecido a estos animales, un factor de emisión más cercano al recomendado para las regiones de Norte América y Europa occidental podría ser más indicado.
Los autores agradecen al Comité para el Desarrollo de la Investigación – CODI (Estrategia Sostenibilidad 2016 – 2017 otorgada al Grupo de Investigación en Ciencias Agrarias - GRICA) y a COLCIENCIAS quien a través del proyecto: “Monitoreo y simulación de la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) en sistemas de producción lechera especializada” (código: 111574558414) financiaron este trabajo.
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Received 8 February 2017; Accepted 29 April 2017; Published 1 June 2017