Caracterización nutricional de forrajes en sistemas silvopastoriles de estratos múltiples en el período de lluvias en Colombia

Wilson Andrés Barragán Hernández, Lorena Inés Mestra Vargas y Yasmín Socorro Cajas Girón

Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria - Agrosavia, Centro de Investigación Turipaná. Cereté, Colombia.
wbarraganh@agrosavia.co

Resumen

El presente trabajo tuvo como objetivo caracterizar de manera parcial los nutrientes disponibles en los recursos forrajeros asociados a arreglos silvopastoriles (aSSP) de estratos múltiples en condiciones de valle medio del Rio Sinú, Colombia en el período de lluvias. Se evaluaron cuatro arreglos silvopastoriles con diferente complejidad vegetal y se contrastaron con una pradera sin árboles. Durante el período lluvioso de los años 2009, 2010, 2013 y 2014, se colectaron muestras de los forrajes disponibles en cada arreglo y se evaluaron sus contenidos de proteína cruda (PC), FDN, FDA, digestibilidad in vitro de la materia seca y ceniza. Los tratamientos con cobertura arbórea (p-Arbor, p-Arbust-Arbor y p-Arbust-Arbor-M, registraron niveles de PC en la MS entre 13.8 y 15.2%, comparado con gramíneas sin árboles (11.5%) o con arbustos (12.5%). A medida que incrementó la complejidad vegetal en lo aSSP, disminuyó el contenido de FDN al pasar de 56.2%, en el sistema sin sombra, a 53.0% en el p-Arbust-Arbor-M. Sin embargo, los valores de la digestibilidad de la MS in vitro (56-59%) no mostraron diferencias entre los distintos arreglos silvopastoriles.

Palabras clave: bromatología, composición química, forrajes, sombra

Nutritional characterization of forages in multistrata silvopastoral systems during the rainy season in Colombia

Abstract

The aim of this research was to characterize the availability of nutrients in the forage sources associated to silvopastoral multistrata arrangement (aSSP) in the Sinú river valley, Colombia. Four aSSP with different vegetal complexity and a treatment treeless pasture were evaluated. In the rainy period of 2009, 2010, 2013 and 2014. The aSSP affected the CP content in the grass. The treatments with tree cover p-Arbor, p-Arbust-Arbor y p-Arbust-Arbor-M had CP values between 13.8 and 15.2 % in DM, compared with the treeless treatment (11.4% CP). The aSSP affected the NDF which decreased from 56.2% in the treeless treatment to 53.0% in the p-Arbust-Arbor-M. In vitro DM digestibility values of the grasses did not differ among the silvopastoral multistrata arrangements.

Key words: bromatology, chemical composition, fodder, shade, silvopastoral system

Introducción

La ganadería es responsable a escala global por el soporte alimentario de al menos un billón de personas y se estima que aporta el 15 % de la energía y el 25 % de la proteína dietaría para consumo humano (FAO 2009), con proyección a ser uno de los principales soportes alimentarios para el incremento poblacional a 2050 (Alexandratos and Bruinsma 2012). Sin embargo, pese a su importancia económica, la ganadería bovina ha sido cuestionada por su responsabilidad social y ambiental en aspectos relacionados con la degradación de suelos, expansión de fronteras sobre bosques y emisión de gases de efecto invernadero, principalmente metano (Herrero et al 2014; Sakadevan and Nguyen 2017).

En términos de degradación de suelos, datos publicados por IDEAM (2015), indican que en Colombia existen aproximadamente 26.3 millones de hectáreas con algún grado de degradación como causa directa del sistema pecuario ganadero. De igual forma Gerber et al (2015), revelan que la fermentación entérica es responsable de 39.1% de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) asociadas a las actividades agropecuarias y participa con el 14.5% de las emisiones de GEI totales.

La implementación de sistemas silvopastoriles (SSP) se ha planteado como una solución potencial a los efectos de la ganadería sobre el uso del suelo y a la lucha contra los efectos del cambio y la variabilidad climática (Murgueitio-Restrepo et al 2016). Diferentes autores han documentado el efecto de los árboles sobre el incremento de la fertilidad del suelo a través del reciclaje de nutrientes vía hojarasca (Avendaño-Yáñez et al 2018; Cherubin et al 2018; Martínez et al 2014), mejoras en la calidad del forraje consumido por efecto del aumento en la ingestión de materia seca, mayor aporte de nutrientes de las especies arbustivas (Gaviria-Uribe et al 2015; Mejia-Diaz et al 2017) y reducción potencial de las emisiones de GEI, por captura de carbono y disminución de emisiones de metano (Melesse et al 2017; Rivera et al 2018), con mayor énfasis hacia sistemas silvopastoriles intensivos (>10.000 arbustos/ha).

Los SSP de estratos múltiples (<100 árboles/ha, <700 arbustos/ha), son considerados una opción importante para el desarrollo sostenible de la ganadería, especialmente en la Región Caribe de Colombia, para la cual se han desarrollado arreglos específicos con base en el conocimiento local de las especies arbustivas, arbóreas y maderables por parte de los ganaderos (Cajas-Giron and Sinclair 2001). Sin embargo, este tipo de arreglos requiere entender su comportamiento biológico y sus interacciones suelo – planta – animal, para generar conocimiento que facilite su manejo y adopción por parte de los productores. Entre estos factores Clavero and Suárez (2006) señalan que es importante generar información relacionada con el valor nutricional de las especies vegetales integradas en los SSP, detallando en lo posible, características de digestibilidad, compuestos secundarios y fraccionamiento del nitrógeno.

El objetivo del presente trabajo fue caracterizar de manera parcial los nutrientes disponibles en los recursos forrajeros asociados a arreglos silvopastoriles de estratos múltiples en condiciones de valle medio del Rio Sinú, Colombia, durante el período de lluvias.

Materiales y métodos

Localización del experimento

El experimento se desarrolló en el centro de investigación Turipaná, adscrito a la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (Agrosavia), ubicado (08°51′N, 75°49′O) en el municipio de Cereté (Córdoba -Colombia) a una altitud de 18 m s.n.m. Esta zona presenta dos períodos climáticos, un período de lluvias de mayo a noviembre y un período seco de diciembre a abril. La precipitación media anual es de 1.380 mm, con una temperatura de promedio de 28 ºC, humedad relativa de 81% y una evapotranspiración potencial de 1.240 mm al año (datos de la estación climatológica Agrosavia – C.I.Turipaná). Según Holdridge (1971), la zona se clasifica ecologicamente como bosque seco tropical (bs-T).

Diseño experimental y registro de variables

La investigación se llevó a cabo en sistemas silvopastoriles de estratos múltiples, desarrollados con el apoyo del conocimiento local de productores ganaderos en los departamentos de Sucre, Córdoba, Bolívar y Atlántico, sobre especies arbustivas, arbóreas y maderables de interés pecuario en la Región Caribe colombiana (Cajas-Giron and Sinclair 2001) establecidos desde el año 1998.

Se evaluaron cuatro arreglos silvopastoriles conformados por diferentes estratos: pasturas, arbustos, árboles (productores de frutos) y especies maderables, comparados con un tratamiento control (Pasto) que solo contó con un estrato herbáceo (pasturas). El primer arreglo silvopastoril estuvo conformado en su estrato herbáceo por las pasturas (Poaceae) en orden de importancia: Megathyrsus maximus (Jacq.) B.K. Simon and S.W.L. Jacobs, Dichanthium aristatum (Poir.) C.E. Hubb. yBrachiaria mutica (Forssk.) Stapf., acompañado de las arbustivas Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit. y Crecentia cujete L. (p-Arbust) como productor de forrajes y no de frutos. El segundo arreglo silvopastoril incluyó además de las gramínas (en este caso principalemente M. maximus por mayor tolerancia a sombra Paciullo et al (2017)), las arbóreas Cassia grandis L.F, Albizia saman (Jacq.) F. Muell. y Guazuma ulmifolia Lam. (p-Arbor). El tercer arreglo sivlvopastoril estuvo conformado por la combinación de las especies arbustivas y arbóreas antes mencionadas (p-Arbus-Arbor); y por último, el cuarto arreglo silvopastoril incluyó además de las especies herbáceas, arbustivas y arbóreas, especies maderables (p-Arbus-Arbor-M) Pachira quinata W.S. Alverson y Swietenia macrophylla King (Foto 1). Para más detalle en composición botánica y densidades de siembra refiérase a Barragán et al (2017).

Los tratamientos se establecieron en un diseño de bloques completos al azar en un área de 30 hectáreas, con tres repeticiones. El factor de bloqueo estuvo determinado por una condición de drenaje en suelo (bajo, medio y optimo). Cada tratamiento estuvo conformado por 2 hectáreas (100 m de ancho x 200 m de largo) y fue dividido en 5 franjas de 4.000 m², las cuales estaban sujetas a un esquema de pastoreo de 2 días de ocupación y 28 días de descanso.

Foto 1. Imagen satelital de la distribución espacial y fotografías de los arreglos silvopastoriles en el C.I. Turipaná (Agrosavia). Cereté (Córdoba – Colombia). Bloque 1: Naranja, Bloque 2: Rojo y Bloque 3: Amarillo. Fuente: Elaboración propia. Imagen satelital de DigitalGlobe Google 2018. Foto a 1.338 m del suelo

Durante el período lluvioso (mayo – noviembre) de los años 2009, 2010, 2013 y 2014, se recolectaron muestras representativas de forraje de las especies herbáceas y arbustivas en cada uno de los arreglos silvopastoriles. Las muestras se trasladaron al laboratorio donde se secaron en estufa de aire forzado a 60 °C y se realizaron los análisis químicos: proteína cruda (PC) por el método de Kjeldahl AOAC (2005), fibra en detergente neutro (FDN), fibra en detergente ácido (FDA) según lo descrito por Van Soest et al (1991), digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS) se evaluó mediante la metodología propuesta por Tilley and Terry (1963) y Cenizas por combustión completa de la materia orgánica. Las muestras fueron analizadas en el laboratorio de calidad de forrajes del Centro Internacional de Agricultura Tropical – CIAT, laboratorio BIORUM de la Universidad Nacional sede Medellín y Laboratorio de Nutrición Animal del C.I. Turipaná (codificados para el análisis).

Análisis estadístico

Los datos se obtuvieron durante el desarrollo de proyectos adscrito a la agenda de investigación de Agrosavia, llevados a cabo en el sistema silvopastoril de estratos múltiples en el C.I. Turipaná. Se evaluaron las variables bromatológicas PC, FDN, FDA, DIVMS y Ceniza, correspondientes a información registrada en el período de lluvias, la cual fue consistente en las evaluaciones realizadas a través de los años en el área de Sistemas Silvopastoriles en el C.I. Turipaná. El período seco no fue considerado en este análisis por no tener disponibilidad de información en algunos de los años evaluados.

Con esta información se generó una base de datos con 246 registros, que agrupó los factores año, laboratorio, bloque, arreglo silvopastoril, especies vegetales y las variables bromatológicas evaluadas.

Para el análisis de la información se utilizó un diseño de bloques completos al azar en un modelo mixto. En este diseño se consideraron como efectos fijo el arreglo silvopastoril (Pasto, P-Arbust, P-Arbor, P-Arbust-Arbor y P-Arbust-Arbor-M), las especies evaluadas (gramíneas:M. maximum, D. aristatum y B. mutica. Arbustivas: L. leucocephala y C. cujete) y la interacción de estos dos factores; y como efectos aleatorios los bloques en el experimento (I, II y III), los años evaluados (2009, 2010, 2013, 2014) y los laboratorios (A, B y C).

El análisis se llevó a cabo empleando la función lmer del paquete lme4, en el software R-Project (Bates et al 2015), en el cual se evaluó la significancia de los efectos fijos con un error alfa 0.05, y la presencia de varianza nula (cero) en los efectos aleatorios, caso en el que fueron retirados del modelo. Las medias en los efectos fijos significativos fueron separados mediante la prueba de Tukey. En cada uno de los modelos, se evaluó la normalidad (Shapiro-Wilk) y de heterogeneidad de varianza (test de Barlett) en los residuales del modelo.

Resultados y Discusión

El análisis de varianza indicó efecto significativo del arreglo silvopastoril (aSSP) y de la interacción arreglo por especie en el porcentaje de proteína cruda (p<0.05). El factor gramínea afectó significativamente (p<0.05) las variables proteína cruda y el FDA. No se registraron efectos significativos (p>0.05) del aSSP, la gramínea evaluada o la interacción de estos factores en las variables FDN, cenizas y digestibilidad in vitro de la materia seca (Tabla 1).

El comportamiento de la proteína cruda (PC) a través de los aSSP evaluados, evidenció una tendencia lineal conforme incrementó la complejidad vegetal de cada aSSP. El tratamiento Pasto registró la menor concentración de proteína cruda (11.4 %), sin diferencia significativa del aSSP p-Arbust (12.4 % PC, a plena exposición a la luz). Sin embargo, se observó diferencia significativa del tratamiento Pasto, con los aSPP p-Arbor, p-Arbust-Arbor y p-Arbust-Arbor-M (con cobertura arbórea), los cuales registraron valores de proteína cruda en base seca de 14.1, 13.8 y 15.2% respectivamente.

La gramínea B. mutica registró la mayor concentración de PC (15.3%), siendo mayor que el de M. maximum (13.7%) y de  D. aristatum (11.3%). Para el caso del FDA, solo se registró diferencia significativa (p<0.05) entre B. mutica (33.4%) y las gramíneas M. maximum y D. aristatum (38.9 % y 40.6 % de FDA, respectivamente), las cuales no presentaron diferencias entre si (p>0.05).

La Tabla 2, ilustra la caracterización de nutrientes disponibles en los aSSP para el caso de las arbustivas evaluadas. Se observó efecto significativo del aSSP (p<0.05) en el contenido de FDN, el cual indicó que el arreglo p-Arbust (a plena exposición de luz), registró 0.18 y 3.17 más puntos porcentuales de FDN comparado con p-Arbust-Arbor y p-Arbust-Arbor-M (aSSP con cobertura arbórea), respectivamente.

Las diferencias significativas (p<0.05) entre las arbustivas evaluadas, fueron evidentes para los contenidos de PC, FDN y FDA. En todos los casos, L. leucocephala presentó los mejores nutrientes disponibles, con alta PC, y bajos contenidos de fibras, comparada con C. cujete.

Los SSP influenciaron cambios en la PC para las gramíneas y disminución en el FDN para las arbustivas. Los cambios bromatológicos observados en las gramíneas y arbustivas, han sido caracterizados como efectos de facilitación y competencia que se evidencian bajo condiciones de cobertura arbórea (Dohn et al 2013).

El incremento de la PC para las gramíneas bajo condiciones de sistemas silvopastoriles, se han referenciado como un efecto derivado de los factores sombra de los árboles (Durr and Rangel 2003; Paciullo et al 2017; Viafara et al 1997) y mejoras en la fertilidad del suelo por efecto de la caída de hojarasca y el asocio con especies leguminosas (Abule et al 2005).

Según Pentón y Blanco (1997), la sombra afecta el contenido de proteína de las gramíneas mediante: a) estimulación en la biosíntesis de pigmentos fotosintéticos para mejorar la eficiencia en la captura de las diversas clases de luz que ingresan a través del dosel de los árboles (directa y difusa), b) alteración de la dinámica glúcido-nitrógeno, en la cual bajo condiciones de sombra disminuye la concentración de carbohidratos solubles y lo poco que es producido, se dirige a la reducción de nitratos en amoníaco (dado el desbalance glúcido-nitrógeno, los nitratos absorbidos tienden a acumularse en las hojas) y c) La acumulación de nitrato en las hojas, que aunada a una disminución en la tasa de crecimiento (en condiciones de alta proporción de sombra), incrementa la importancia proporcional de la proteína (nitrógeno x 6.25) sobre otros componentes de la materia seca.

Las mejoras en la fertilidad del suelo bajo condiciones de sistemas silvopastoriles se asocian al concepto de “isla de fertilidad”, en el cual se evidencian que, aspectos de facilitación entre árboles, suelo y gramínea a través de la caída de hojarasca y la participación de la fauna edáfica mediante la mineralización de la materia orgánica (Avendaño-Yáñez et al 2018), contribuyen al incremento de nutrientes en el suelo que son fácilmente absorbidos por las especies herbáceas. Martínez et al (2014) evaluando los aSSP objeto del presente estudio, demostraron el incremento en la concentración de fósforo (24-28 mg kg^-1), potasio (1.3-1.4 cmol kg^-1), calcio (13.8-14.6 cmol kg^-1) y materia orgánica (10.9 %) en el suelo bajo especies arbóreas asociadas a los aSSP p-Arbust, p-Arbust-Arbor y p-Arbust-Arbor-M, comparados con las gramíneas en monocultivo M. maximum y D. aristatum (<10 mg kg ⁻¹, ~0.8 cmol kg^-1, 10.7 cmol kg^-1 y 8.9% para P, K, Ca, y M.O. respectivamente).

Cambios en PC para el estrato herbáceo asociado a sistemas silvopastoriles y/o coberturas arbóreas han sido reportados por Santiago-Hernández et al (2016), con aumentos en el contenido de PC en hojas (16.8 ± 2.1%) de gramíneas del género Megathyrsus spp. y Urochloas spp. bajo la sombra de Melia azedarach L., comparadas con las mismas gramíneas expuestas a pleno sol (14.3 ±3.3%). Por su parte, da Frota et al (2017) indicaron que bajo arreglos silvopastoriles ( Attalea speciosa Mart. 67 árboles/ha) M. maximum registró 1.66 y 3.86% más PC comparado con la gramínea expuesta a pleno sol en el período seco y lluvioso respectivamente. Contrario a esto, autores como Obispo et al (2008), bajo la sombra de Samanea saman (Jacq.) Merr. y Medinilla-Salinas et al (2013) bajo Gliricidia sepium Kunth ex Steud. no registraron cambios en la PC para M. maximum.

El efecto de la sombra en el desempeño de las especies arbustivas bajo ambientes silvopastoriles o con cobertura arbórea, no ha sido tan ampliamente documentado como en el caso de las gramíneas. En la presente investigación se registró un efecto del aSSP en la proporción de FDN de las especies arbustivas, con tendencia a la disminución, a medida que incrementó la complejidad del aSSP.

Algunos autores, han indicado que especies diferentes a gramíneas, tales como Averrhoa carambola L. (Marler et al 1994),Olea europaea L. (Ajmi et al 2018),Anoectochilus roxburghii (Wall.) Lindl. (Shao et al 2014) y Glycine max (L.) Merr (Gong et al 2015), evidencian incrementos del área foliar específica, reducción en la masa especifica (gramos) de las hojas, aumento en el contenido de nitrógeno en hojas y disminución en el grosor de la hoja bajo condiciones de sombra; cambios que han sido atribuidos a respuestas de aclimatación o plasticidad morfológica para tolerar ambientes con poca luminosidad. Lin et al (2001), afirman que estos cambios morfológicos vienen acompañados de cambios celulares, los cuales se presentan con incremento del contenido y disminución de la pared celular, lo cual se asocian a la posible reducción del FDN bajo condiciones de sombra.

Pese a que en la presente investigación no se valoraron variables morfológicas en las especies evaluadas, se presume que la disminución en el FDN para las especies L. leucocephala y C. cujete se puede explicar por cambios influenciados por la sombra descritos anteriormente, dado que para estas especies se observó un incremento no significativo de la proteína al pasar de la condición a pleno sol (p-Arbust), a los arreglos con sombrío (p-Arbust-Arbor y p-Arbust-Arbor-M), lo cual indica que pudo existir una respuesta adaptativa.

En la literatura no se reporta información para las especies arbustivas evaluadas en el presente estudio, ya sea bajo condiciones de sombra artificial o en arreglos silvopastoriles con cobertura arbórea. Sin embargo, Montoya et al (2017), al evaluar Tithonia diversifolia (Hemsl.) A. Gray, indicaron que bajo el 50% y el 70% de sombra proyectada por Eucalyptus spp. se encuentran reducciones de 0.7 y 4.1 puntos porcentuales menos de FDN en hojas y, 2.1 y 4.9 menos porcentaje de FDN en tallos, comparadas con la misma arbustiva a pleno sol (40.6% y 68% en hojas y tallo respectivamente). Contrario a esto Mahecha-Ledesma et al (2017) no reportó cambios en el FDN de Cratylia argentea (Desv.) Kuntze y T. diversifolia al evaluarlas a 0, 30 y 60% de sombra simulada con tela negra de polipropileno.

Conclusiones

• Los arreglos silvopastoriles modificaron la oferta de nutrientes, favoreciendo la disponibilidad de proteína en las gramíneas durante el período de lluvias.

Agradecimientos

Los autores agradecen a la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria- Agrosavia, por el soporte financiero y logístico para realizar el presente trabajo.

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Received 24 November 2018; Accepted 5 January 2019; Published 1 February 2019

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