Emisiones de metano por rumiantes

2012

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El cambio climático es un fenómeno de gran relevancia, por sus implicaciones sobre los diversos aspectos de la economía de cualquier país; particularmente, en la ganadería mexicana, el impacto negativo es evidente: en la actualidad la región norte del país sufre una severa sequía (no hay pasto para el ganado) y también se han presentado inundaciones severas en los estados del Golfo de México (Tabasco, Veracruz), lo cual ha afectado la producción ganadera nacional, provocando la pérdida de miles de cabezas de ganado.

La ganadería contribuye significativamente a acelerar el cambio climático, principalmente, a través de la emisión de gases de efecto invernadero (GEI), tales como: el metano (CH4) y el bióxido de carbono (CO2); ambos producidos a partir de la fermentación anaeróbica de los carbohidratos (celulosa, almidón, sacarosa) contenidos en el alimento consumido, además del óxido nitroso (N2O).

Las heces excretadas por los animales domésticos también dan lugar a la producción de metano, y las excreciones vertidas al suelo –cargadas de proteínas no asimiladas en el tracto gastrointestinal de los animales– contribuyen a la emisión de óxido nitroso al ambiente. De particular importancia, son las emisiones de metano de origen entérico (es decir, producido en mayor proporción en el rumen –o panza– de los rumiantes [vacas, cabras, ovinos y venados, entre otras especies]) en volúmenes considerables, y que son eructados al ambiente por dichas especies de animales.

El rumen, uno de los pre-estómagos de los rumiantes,* es una cámara en donde se fermentan anaeróbicamente los carbohidratos estructurales (celulosa) de los pastos, por acción de millones de bacterias y protozoarios, dando como resultado: CO2, CH4, calor y ácidos grasos de cadena corta. En la mezcla de gases del rumen, el CO2 participa con 65% y el metano con 27% aproximadamente, aunque están presentes otros gases, en menor proporción. Una vaca de 500 kg de peso puede producir entre 400-450 litros de metano por día; sin embargo, otras especies animales también contribuyen a la generación de metano; por ejemplo, cerdos y caballos, que lo producen en el intestino grueso (ciego).

El metano tiene un calor de combustión de 882 kJ/mol y puede ser empleado como combustible doméstico (para cocinar, calentar agua; incluso, para generar electricidad), y se considera que posee 23 veces la capacidad de efecto invernadero del CO2; por esta razón, en diversos países, se realizan estimaciones sobre las emisiones de GEI provenientes de la ganadería, con base en la metodología del International Panel on Climate Change (IPCC, o Panel Internacional sobre el Cambio Climático, por sus siglas en inglés).1 Aunque, lamentablemente, no hay estimaciones actualizadas de las emisiones de metano de origen ruminal proveniente de la producción ganadera en México, sabemos que la producción de metano en el rumen representa una pérdida de entre 7 y 15% de la energía bruta consumida por los rumiantes, por lo cual todas las acciones encaminadas a reducir dichas pérdidas contribuirán a tener una producción ganadera más eficiente y amigable con el medio ambiente.

Hay una sustancial diferencia entre la producción de metano en bovinos alimentados por con una ración de almidón o de celulosa (cuadro 1); aún cuando los dos grupos de toros del experimento referido consumieron la misma cantidad (7.2 kg) de alimento seco por día. La discrepancia estriba en el diverso patrón de fermentación ruminal (proporción molar relativa de los ácidos grasos de cadena corta producidos en el rumen con ambas raciones), resultado del diferente tipo de carbohidrato fermentado en el rumen.



Producción de metano en el rumen


Las heces excretadas por los animales domésticos también dan lugar a la producción de metano, y las excreciones vertidas al suelo contribuyen a la emisión de óxido nitroso al ambiente.
El metano se produce en el rumen, debido a la reducción del CO2 (que se libera por la fermentación de los carbohidratos de la ración) por el hidrógeno metabólico (H2), como resultado de la acción de los microorganismos metanógenos (Archaea) presentes en dicho órgano. La reacción para la síntesis de metano en el rumen es:

CO2 + 2H2 CH4 + H2O

Con base en la información del Censo Agrícola, Ganadero y Forestal 2007, del INEGI2, México cuenta con 23.3 millones de cabezas de ganado bovino de carne y leche; 8.0 millones de ovinos y 8.9 millones de caprinos. Estas tres especies de rumiantes domésticos, por a su elevada población, son las principales emisoras de metano ruminal en el país. Estimaciones recientes hechas por medio del modelo ISM (Integrated Simulation Model, o Modelo de Simulación Integral), desarrollado por el grupo de investigación del doctor Octavio Castelán, en la UAEM-Toluca, Estado de México, han estimado un valor de 2.02 teragramos/año (1 teragramo = un billón de gramos o 1012 gramos) para las emisiones de metano ruminal proveniente de los bovinos en México.

El ISM integra los modelos desarrollados por Moe y Tyrrell 3 y el de Kurihara 4 para predecir la producción de metano en rumiantes. Recientemente, Solís Pérez5 empleó una ecuación basada en el consumo de materia seca6 para estimar las emisiones de metano de vacas en sistemas silvopastoriles (que involucran la interacción: pasto, árbol y ganado) en Michoacán, obteniendo un valor de 387 litros de metano por día, emitido por vacas de 405 kg de peso. ¿Qué opciones están disponibles para la reducción de las emisiones de metano producido por los rumiantes domésticos en México?




Estrategias para la mitigación del metano ruminal



Existen varias opciones para reducir el metano producido en el rumen de las especies de rumiantes; por ejemplo, incluir en la alimentación de rumiantes el follaje y los frutos del árbol Enterolobium cyclocarpum(parota, guanacaste; orejón) que poseen saponinas (metabolitos secundarios) capaces de reducir la población protozoaria en el rumen y, consecuentemente, sus emisiones de metano. Este árbol se encuentra ampliamente distribuido en varios estados de la república mexicana, en las costas del Golfo y del Pacífico.

Otra alternativa alimentaria podría encontrarse en los frutos del E. cyclocarpum, que caen al piso durante la estación seca y son consumidos directamente por el ganado, aunque también pueden ser recolectados y molidos para incluirlos en su alimento. Recientemente, investigadores chinos lograron reducir las emisiones de metano de los ovinos en 27.7%, al proporcionar en el alimento saponinas provenientes de la hoja del té. 7Las investigaciones llevadas a cabo recientemente en Yucatán 8 con la incorporación del fruto molido del E. cyclocarpum en la ración de ovinos (50% de la materia seca de la ración), indican que es posible alcanzar ganancias de 240 gramos en el peso, por día por borrego, lo cual representa un comportamiento animal favorable para el ovinocultor de pequeña escala; sin embargo, es preciso realizar mediciones directas acerca del efecto de esta planta en la reducción en las emisiones de metano ruminal, debido a la alimentación con el fruto de E. cyclocarpum.

El suministro de ácidos grasos insaturados en la ración también deriva en una reducción en la metanogénesis ruminal. Esto es así, porque el hidrógeno metabólico (H2) producido a partir de los carbohidratos, en la fermentación anaeróbica en el rumen, encuentra un sumidero o almacén, al saturar los dobles enlaces de los ácidos grasos insaturados proporcionados en los aceites, en consecuencia, se reduce la producción de metano en el rumen.

No obstante, se requiere hacer mediciones directas de las emisiones de metano por las diversas especies de rumiantes explotados en México, para diseñar las estrategias tendientes a reducir las emisiones de este GEI, pues parece existir una alta variabilidad (~80%) en las estimaciones de las emisiones de metano con los procedimientos del IPCC. Por otro lado, existe una demanda creciente de proteína de origen animal por parte de la población mexicana (ahora de 112 millones de habitantes), y ésta proviene, en buena medida, de los sistemas de producción de rumiantes a lo largo y ancho del país. No obstante, es preciso incrementar la eficiencia de producción por unidad de producto (litro de leche o kilogramo de carne), reduciendo así las pérdidas de energía, tales como aquellas comprendidas en el metano eructado al ambiente por las vacas, ovinos y caprinos, lo que incrementaría la rentabilidad de la ganadería, al requerirse una menor cantidad de alimento para producir la misma cantidad de producto (carne o leche).

El cuadro 2 muestra la menor emisión de metano de las llamas, en relación con los ovinos y caprinos.



Es en este sentido que investigadores, en diversos países del mundo, están tratando de identificar especies o razas que produzcan menos metano por día en relación con la cantidad o volumen de producto producido (kilogramos de carne; litros de leche). En este esfuerzo de investigación, las tecnologías de la biología molecular están jugando un papel relevante. El mejoramiento en el valor nutritivo (digestibilidad) de los pastos tropicales podría conducir a una menor emisión de gas metano en rumiantes en pastoreo, en el trópico de México.

Producción ganadera amigable


Algunas estrategias para la mitigación de producción de metano ruminal incluyen la adecuación de alimentación animal, modificación de la población microbiana del rumen e, incluso, el efecto del genotipo animal sobre la producción de metano entérico.
El gas metano producido en el rumen de los rumiantes es un potente gas de efecto invernadero. Los rumiantes contribuyen de manera importante al calentamiento global a través de las emisiones de gas metano producidas continuamente en el rumen. Es posible reducir las emisiones de metano ruminal, mejorando la alimentación de los rumiantes. En México contamos con especies de plantas ricas en taninos y saponinas (metabolitos secundarios) tales como los árboles leguminosos Leucaena leucocephala y Enterolobium cyclocarpum, entre muchos otros, que pueden contribuir a reducir, de una manera importante, las emisiones de metano de los rumiantes domésticos, encaminándonos así hacia una producción ganadera más amigable con el ambiente, pero también con una mayor rentabilidad para el pequeño productor por el menor gasto en la compra de alimentos balanceados, ya que el animal será más eficiente en la utilización de la energía de los alimentos que, de otra forma, se pierde vía el metano. En la actualidad, algunos porcicultores del estado de Yucatán, así como de otras partes del país, están fermentando las heces de los cerdos en grandes digestores, con el fin de producir metano, que después es utilizado en la misma granja para generar energía, que es empleada en diversos procesos.

Finalmente, es importante enfatizar que la política pecuaria de México debería reorientarse hacia el impulso de los sistemas de producción ganadera que contribuyan a una menor emisión de gases de efecto invernadero tales como el metano y el óxido nitroso. Desafortunadamente, los responsables de la política pecuaria de México no han puesto gran interés en abordar las implicaciones de la ganadería en el calentamiento global. Aunque el gobierno federal mexicano refrendó recientemente su compromiso para reducir el impacto del cambio climático en el país, en realidad, desde la perspectiva ganadera, pocas acciones orientadas al cumplimiento de dicho objetivo se han implementado de una manera efectiva en ranchos y granjas, a lo largo del territorio nacional, por lo que es necesario que las instituciones de educación superior e investigación pongan atención en las estrategias para la mitigación de las emisiones de GEI de origen pecuario, tratando de influir sobre las políticas públicas en la materia.

Referencias
1. International Panel on Climate Change. 2011. http://www.ipcc.ch

2. INEGI. Censo Agrícola, Ganadero y Forestal 2007. México: Instituto Nacional de Estadística y Geografía, 2007.

3. Moe, P. W, and H. F. Tyrrell, 1979. “Methane Production in Dairy Cows”. Journal of Dairy Science. 62: 1583-1586.

4. Kurihara, M., T. Magner, R. A. Hunter and G. J. McCrabb. 1999. “Methane Production and Energy Partition of Cattle in the Tropics”. British Journal of Nutrition 81: 227-234.

5. Solís Pérez, G. 2011. Tesis de Maestría en Ciencias. CCBA-UADY. Mérida, Yucatán.

6. Shibata, M. and F. Terada. 2010. “Factors Affecting Methane Production and Mitigation in Ruminants. Animal Science Journal 81:2-10.

7. Mao, H. L., J. K. Wang, Y. Y. Zhou, J. X. Liu. “Effects of Addition of Tea Saponins and Soybean Oil on Methane Production, Fermentation and Microbial Population in the Rumen of Growing Lambs”. Livestock Science. 129:56-62.

8. Esquivel-Mimenza, H., A. Piñeiro-Vázquez, J. Bazán-Godoy, A. Ayala-Burgos, J. Espinoza- Hernández and J. Ku-Vera. 2010. “Integration of Enterolobium Cyclocarpum Jacq. Griseb Tree with Hair Sheep Production in the dry Tropics”. Advances in Animal Biosciences. 1: 444-445.

9. Nielsen, M. 2011. Comunicación personal.

Autores-Curriculum
Juan C. Ku Vera es Médico Veterinario Zootecnista por la Universidad Autónoma de Yucatán (UADY), Maestro en Ciencias y Doctor en Filosofía por la Universidad de Aberdeen, Gran Bretaña. Realizó un postdoctorado en el Instituto Nacional de Ciencia Animal de Japón. Es miembro de la Academia Mexicana de Ciencias, de la Academia Veterinaria Mexicana, de la Asociación Mexicana de Producción Animal y del Sistema Nacional de Investigadores. Actualmente se desempeña como profesor de alimentación de rumiantes en la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia (FMVZ) de la UADY.

Armín J. Ayala Burgos es Médico Veterinario Zootecnista y Maestro en Ciencias por la UADY, además de Doctor en Filosofía por la Universidad de Aberdeen, Gran Bretaña. Es Profesor Investigador en la FMVZ-UADY. Sus líneas de investigación incluyen la suplementación con bloques de melaza y con recursos tropicales en rumiantes, condición corporal y relaciones nutrición reproducción en rumiantes, digestibilidad ruminal de forrajes tropicales y metabolismo del nitrógeno en rumiantes.

Carlos A. Pérez Aguilar es Médico Veterinario Zootecnista y Maestro en Producción Animal Tropical por la UADY, así como Doctor en Filosofía por la Universidad de Nottingham, Gran Bretaña. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores e imparte las asignaturas de Producción Bovina y de Formulación de Raciones para Ovinos en la FMVZ-UADY.

José Herrera Camacho es Médico Veterinario Zootecnista por la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH) y Doctor en Ciencias por la Universidad Autónoma de Yucatán, así como miembro del Sistema Nacional de Investigadores. Actualmente, es Profesor Investigador, adscrito al Instituto de Investigaciones Agropecuarias de la UMSNH.

Octavio A. Castelán Ortega es Médico Veterinario Zootecnista por la Universidad Autónoma del Estado de México (UAEM). Maestro en Ciencias por la Facultad de Medicina Veterinaria de la Universidad de Edimburgo y Doctor en Ciencias, por la Facultad de Ciencias de la misma Universidad. Es miembro regular de la Academia Mexicana de Ciencias, así como del Sistema Nacional de Investigadores. Actualmente, es Profesor Investigador en la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la UAEM.