Producción de Metano en Rumiantes. Problemas y herramientas para reducirlo.

Publicado el: 11/2/2016
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Introducción

La carne bovina representa el 15,8% del total del comercio mundial de carnes, donde el 25% proviene de Sudamérica. Se estima que para el 2023 la producción de carne en el mundo aumentará 19%. Siendo los países en vías de desarrollo los responsables del 79% de este incremento (OCDE-FAO, 2014), debido a un aumento del consumo per cápita, gracias a un mayor poder adquisitivo y número de población. Con respecto al sector lácteo, en los últimos 24 años la producción lechera mundial se incrementó 32%. Este incremento se debió a una mayor intensificación y producción individual por animal en los países desarrollados, y a un mayor número de cabezas en países en vías de desarrollo (Knips, 2005). Para el año 2023, se espera un incremento de 180 millones de toneladas de productos lácteos, de las cuales el 78% provendrán de países desarrollados. Sin embargo, el sector lácteo de América Latina presente ventajas importantes con respecto al resto del mundo, ya que posee 1/3 del agua dulce del mundo y más del 25% de las tierras agrícolas presentan un potencial productivo entre medio y alto. Dichas ventajas hacen de América Latina una zona interesante para aumentar la producción mundial de lácteos (FEPALE, 2014). Esta región, se caracteriza por utilizar sistemas productivos a base de pasturas bajo pastoreo directo, divididos en gran número de explotaciones de escala pequeña, mayoritariamente familiar (FAO-FEPALE, 2012), con un total de más de 3 millones de productores lecheros en todo el continente (FEPALE, 2014).

Los países en vías de desarrollo se caracterizan por utilizar sistemas pastoriles a base de pastoreo directo, donde la base de la alimentación del ganado es la cobertura vegetal presente, con algún grado de mejoramiento, tanto como pasturas de larga duración, o verdeos de corta duración. Estos sistemas se caracterizan por tener inversiones y costos productivos bajos. Son generalmente más extensivos, y con baja carga animal por superficie, en relación a los sistemas confinados. Existe un menor control de lo consumido por el animal, aumentando el poder selectivo de éste. La calidad de la dieta está íntimamente relacionada a los ciclos vegetativos del forraje y generalmente presenta algún grado de deficiencias nutritivas. El bajo costo productivo, lleva muchas veces a poca inversión en forraje de buena calidad para el ganado, proporcionándoles forraje proveniente de campo natural de la zona con alto contenido de fibra y bajo en carbohidratos y proteína, disminuyendo la eficiencia de conversión de nutrientes a producto y aumentando la producción de gases de efecto invernadero (GEI) como el metano (CH4) durante la fermentación del alimento. Poseen un menor control de los efluentes a partir de las deyecciones de los animales, provocando una dispersión dispareja de orina y heces en la superficie productiva a lo largo de todo el año (INTA, 2010). Debido a sus características, los sistemas pastoriles son los sistemas con mayor intensidad de emisiones (emisiones por kg de producto) en términos de N2O y CH4 generados y liberados a la atmósfera (Hristov et al., 2013).

En la producción de carne y leche, los países subdesarrollados presentan una mayor proporción de emisiones que los países desarrollados en relación a su producción. Para el 2011, Europa, Norte América entre otros, utilizando el 46,3% de la energía en producir carne y leche, emitieron el 25% del metano mundial correspondiente a la ganadería. Mientras que, los países en vías de desarrollo para la misma cantidad de producción emitieron el 69% (Carmona et al., 2005). Kinsman et al., (1995) determinaron una producción de metano de 55 kg de CH4/año por animal en países en vías de desarrollo, mientras que en países desarrollados la producción anual por animal es de 35 kg CH4. DeRamus et al., (2003) señalan que emisiones individuales de metano por parte de novillas de carne a base de pastoreo se encontraron entre 32 y 83 kg CH4/año, y entre 60 y 95 kg CH4/año en vacas adultas. Los datos más elevados de producción de metano se registraron bajo pastoreo a base de gramíneas de poco valor nutritivo, con poca disponibilidad forrajera. Mientras que las menores emisiones se obtuvieron sobre pasturas mejoradas, con alta fertilización y con alta disponibilidad forrajera de alto valor nutritivo (Figura 1).

 

Figura 1. Emisiones mensuales de metano en ganado para carne sobre sistema de pastoreo mejorado (BMP) y sistemas de pastoreo convencionales (Conventional). Adaptado de DeRamus et al., 2003.

 

Según FAO (FAOSTAT, 2015), en el 2012 existían 1.460 millones de cabezas de ganado vacuno en el mundo. Repartidos en América (34,6%), Asia (33,7%), África (20,6%), Europa (8,3%) y Oceanía (2,7%). Para el mismo año, se registró más de 2 millones de gigagramos (1 gigagramo = 1.000.000 kg) de dióxido de carbono (CO2) equivalente, debido a la producción de metano producida por animales domésticos (Figura 2). Donde más del 95% proviene de rumiantes (Figura 3). Siendo Asia (38,9%) y América (31,8%) los principales responsables (Figura 4).

 

Figura 2. Evolución de las emisiones mundiales de metano en gigagramos de CO2 equivalente. k = miles. Período 1990- 2012. FAOSTAT, 2015.

 

Figura 3. Proporción de emisión de metano emitido en 2012, a partir de diferentes especies de animales. FAOSTAT, 2015.

 

Figura 4. Proporción de emisión de metano producido en 2012 por continente. FAOSTAT, 2015.

 

Generación de CH4

La ganadería es uno de los factores más importantes en la producción de metano y N2O antropogénico liberado a la atmósfera, debido a la fermentación entérica y a la degradación de la materia fecal a través de procesos anaerobios. Según FAO (Hristov et al., 2013) el sector ganadero mundial representa el 18% del total de las emisiones de GEI producidas. El metano, liberado en forma de eructo o por vías respiratorias, intercepta la energía infrarroja proveniente del sol, y contribuye a la formación de CO2 en la atmósfera. La concentración de metano liberado en la atmósfera se encuentra en menores proporciones que el CO2, pero el poder contaminante es casi 30 veces más nocivo que este último (Carmona et al., 2005).

La conversión, fermentación y asimilación del alimento consumido por el animal es un proceso ineficiente, donde se generan pérdidas en forma de calor, energía y tiempo-espacio dentro del aparato digestivo del animal. Generando gases durante el proceso, especialmente el metano, representando importantes pérdidas por calor ya que es un gas muy energético, capaz de producir 882 J/mol (Figueroa et al., 2007). La producción de metano en el rumen ocurre a través de un proceso fermentativo, el cual es llevado a cabo por bacterias metanogénicas en condiciones anaeróbicas, pertenecientes al dominio Archaea. Además, la generación de metano está relacionada con la proporción de propionato y acetato presente en el rumen, donde a mayor concentración de acetato mayor es la producción de metano, e inversamente, cuanto más propionato presente en el rumen, menor será la concentración de metano producido (Moss et al., 2000). La producción de acetato genera gas dihidrógeno (H2), y se requiere de este gas para la síntesis de propionato. Lo cual hace que la producción del propionato compita con la del metano por la concentración de H2 (Russell, 1998). Alimentos con poca digestibilidad producen durante la fermentación en el rumen altas concentraciones de H2. Las bacterias metanogénicas utilizan como sustrato el H2 y CO2 presentes en el rumen para la producción de metano. La formación de metano y la posterior eliminación a través de la respiración y eructación favorece a que las concentraciones de H2 disminuyan en el rumen, mejorando el pH ruminal y el poder fermentativo. El 87% del total del metano producido por los rumiantes ocurre en el rumen, mientras que el resto es producido en el tracto digestivo. La inmensa mayoría del metano producido en el intestino es absorbida en la sangre y eliminado a través de los pulmones. Por lo que, la mayoría del metano producido es eliminado por la boca u orificios nasales (McCaughey et al., 1999). La capacidad de eliminar el metano por medio de la eructación en los bovinos ocurre a partir de las cuatro semanas de vida, donde la proporción de alimentos sólidos comienza a ser cada vez más importante (Johnson & Johnson, 1995). La emisión de metano depende en gran medida de la dieta suministrada al animal, ya que, cuando se le brinda alimento ad libitum, la frecuencia y cantidad de consumo del animal va a depender de la composición de la dieta suministrada. Alimentos de baja calidad nutritiva aumentan la cantidad de metano producido en la fermentación, volviendo al animal menos eficiente. Cuanto más fibra y menos concentrado en la dieta, la tasa de pasaje del alimento tiende a disminuir, residiendo más tiempo en el rumen, aumentando el valor de pH, y provocando condiciones favorables para la generación de metano (Carmona et al., 2005). Normalmente la producción de metano se encuentra en el entorno de 6% del potencial total de energía presente en la dieta, este valor puede variar entre 2 y 12% en condiciones de pastoreo sobre pasturas de alto valor nutritivo en zonas templadas (Weimer, 1998). Pudiendo alcanzar valores de hasta 18% en pastoreo sobre pasturas de bajo valor nutritivo (Montenegro & Abarca, 2000). Para Johnson & Johnson (1995) los principales causantes de la producción de metano en los rumiantes se deben a; la proporción de carbohidratos fermentables presentes en el rumen, afectando la tasa de pasaje del alimento además de la fermentación, y la cantidad de ácidos grasos volátiles, siendo estos los responsables de la generación de hidrógeno. Por otra parte, el pH ruminal juega un papel importante en la generación de este gas, Van Kessel & Russell (1996) señalan que la producción de metano disminuye en condiciones de pH menores a 6,5 (Figura 5).

 

Figura 5. Evolución de la generación de metano a partir de cambios en los valores de pH.

 

Herramientas para reducir la producción de metano

Dietas

La composición de la dieta es una de las principales herramientas a utilizar para reducir la producción de metano en los animales. Mejorando la proporción de la ración brindada (bajo ciertos parámetros, por riesgo de ocurrencia de acidosis) con un mayor aporte de ingredientes concentrados ricos en energía, proteína y bajos en fibras, aumentan la productividad del animal disminuyendo la producción de metano. Bajo sistemas pastoriles, una suplementación estratégica, junto con un mejoramiento del tapíz natural con pasturas de mejor calidad y el uso de silvopastoreo –combinación de leguminosas rastreras con especies arbóreas o arbustos– es una buena medida para aumentar la productividad del animal, disminuyendo la producción de metano (Carmona et al., 2005). Por otro lado, Moss et al., (2000) observaron que la producción de metano se reduce a medida que aumenta la tasa de pasaje del alimento. Señalan que la producción de metano está relacionada al porcentaje de digestibilidad que tiene el alimento, sobre todo a nivel ruminal, ya que, como se mencionó anteriormente, es donde se produce la mayor cantidad de metano. La forma física del alimento juega un papel importante, el picado del alimento con tamaños menores a 5 cm ayudan a aumentar la tasa de pasaje.

Aceites

La adición de aceites en la dieta puede reducir hasta en un 25% la producción de metano, debido a que inhibe la actividad de los protozoarios encargados de la metanogénesis, aumentando la producción de propionato (Machmüller et al., 2000). Johnson & Johnson (1995) observaron que la producción de metano disminuye conforme aumenta la proporción de grasas y aceites en la dieta, debido –entre otros factores– a la mayor producción de ácido propiónico. Presencia de aceite de girasol en la dieta disminuye la concentración de acetato, aumentando la de propionato, generando disminuciones en el entorno del 22% en las emisiones de metano. El uso de aceites y grasas en la dieta, debe ser utilizado con cautela, ya que puede generar disminución en el porcentaje de digestibilidad total (McGinn et al., 2004).

Ionóforos

La incorporación de ionóforos mejora la conversión del alimento, disminuye el consumo, la formación de H2 en el rumen, y la producción de acetato, volviendo el proceso digestivo más eficiente, debido a que disminuye la producción de metano (Johnson & Johnson, 1995). McGinn et al. (2004), observaron que la producción de este gas a partir de la energía bruta del alimento disminuye 9% con la utilización de ionóforos (monensina). Igualmente, según Omar (2004), aplicaciones repetidas de ionóforos no generan ningún efecto en la reducción de la producción de este gas a lo largo del tiempo, ya que los microbios del rumen se adaptan a éstos dentro de un período de 45 días.

Carbohidratos

El tipo de carbohidratos en el rumen juega un papel fundamental en la producción de metano. Carbohidratos fibrosos de baja digestibilidad mantienen el pH ruminal de forma estable por un mayor poder buffer debido a una mayor secreción de saliva, impidiendo que los niveles disminuyan, favoreciendo así la producción de metano. Además, estos carbohidratos generan una alta concentración de acetato, disminuyendo el contenido de propionato. La disminución de carbohidratos estructurales (fibrosos) de baja digestibilidad en la dieta, disminuyen significativamente la generación de metano, volviendo la dieta más eficiente (Johnson & Johnson, 1995). Así mismo, dietas ricas en carbohidratos solubles (almidón, glucosa, etc.) aumentan la generación de propionato, y disminuyen el pH ruminal, afectando la producción de metano.

Defaunación

La eliminación de protozoarios dentro del rumen a través de manipulaciones en la dieta, genera disminución en la población de bacterias metanogénicas y en la generación de metano debido a una menor digestibilidad de fibra, lo cual lleva a una menor producción de H2 (Machmüller et al., 2000). Johnson & Johnson (1995) determinaron que la defaunación de microorganismos en el rumen genera una disminución de hasta un 50% en la generación de metano en animales alimentados a base de concentrados. No de igual forma en animales alimentados a base de pasturas, donde no se observó disminución. Por otro lado, esta técnica puede ocasionar problemas digestivos si el grado de defaunación es elevado. Ranilla et al., (2004) observaron que la reducción en la producción de metano utilizando esta técnica es únicamente temporaria.

Selección genética

Seleccionar animales por su mérito genético en cuanto a su productividad reduce la producción de metano por kg de carne o leche producido (Iqbal et al., 2008). También seleccionar animales por la eficiencia de conversión que presentan, es una buena estrategia para disminuir la emisión de metano. Tomando como factor de selección, animales con menor consumo de materia seca con pesos dentro de la media de la población (Arthur et al., 1996).

Forraje

Algunas plantas como las leguminosas ayudan a reducir la producción de metano. Éstas presentan una menor generación de CH4 que las gramíneas (Figura 6) (Varga, 2003). El trébol blanco puede ayudar a reducir hasta en un 20% la producción de metano en rumiantes (PGgRC, 2004). El estado fisiológico de las pasturas también juega un importante rol. Varga (2003) observó una menor producción de este gas en animales alimentados con plantas jóvenes en relación con forraje maduro (Figura 7).

 

Figura 6. Producción de metano a partir de diferentes especies forrajeras en el trópico colombiano in vitro. Letras diferentes muestran diferencias significativas entre variedades. Adaptado de Varga, 2013.

 

Figura 7. Efecto de la producción de metano in vitro en relación a estado de madurez. Adaptado de Varga, 2013.

 

Probióticos e inmunización El uso de probioticos actúa en la fermentación del rumen, mejorando la productividad animal. Otra estrategia es el uso de vacunas inmunizadoras, con el fin de inmunizar al animal para reducir el número de bacterias metanogénicas presentes en su rumen pudiendo llegar a reducir hasta en un 70% la producción de metano (Carmona et al., 2005).

 

Conclusión

El aumento en la producción de leche y carne en los próximos años, hace que se incremente el número de animales y la productividad individual de éstos para satisfacer las necesidades venideras. El aumento de la producción debe ser de forma racional, evitando incrementos desmedidos de metano. En el futuro se deberá adaptar los sistemas pastoriles en países en vías de desarrollo, utilizando distintas herramientas productivas, con el fin de generar menos emisión de GEI al medio.

La composición de la dieta es la principal herramienta para contrarrestar la perdida de eficiencia productiva y producción de metano de los animales. El uso de dietas con mayor cantidad de carbohidratos solubles, junto con un pastoreo razonable de forraje de mejor calidad, con presencia de leguminosas y plantas jóvenes, ayudarían a reducir en gran medida las emisiones de metano. Estrategias como selección genética, ionóforos, probioticos, y aceites han demostrado servir para disminuir aún más las emisiones. Es importante remarcar que por más prevenciones que se tomen, los rumiantes van a producir en menor o mayor cantidad gases de efecto invernadero, el objetivo de estos próximos 30 años deberá ser aumentar la relación producto de interés (carne, leche, etc.) / producción de GEI. Disminuyendo los más posible la emisión de metano sin afectar la productividad.

Con esto no se quiere incitar al lector a pensar que los sitemas pastoriles y los rumiantes representan un problema. Sino a dar a entender que se debe buscar formas de ser más productivos, y generar la menor cantidad de emisiones contaminantes al medio. Los sistemas ganaderos pastoriles representan una gran ventaja y son prácticas productivas que hay que conservar, son, a mi entender, un lujo que afortunadamente está presente en la inmensa mayoría de los países de América del Sur. El uso de campo natural, campo mejorado, o praderas mixtas, disminuyen considerablemente los costos productivos, generan nuevos ecosistemas, mejoran la esctructura del suelo, evitan erosión y reducen la práctica cada vez más utilizada de los monocultivos (soja, maíz, sorgo), en comparación con los sistemas confinados. Por otro lado, los rumiantes son los animales mejor adaptados a la utilización del tapíz natural. Capaces de generar a partir de éste, productos de gran interés. Sin ellos, el campo natural no tendría mayor interés que para jugar al fútbol.

 

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