Ubicación del área del estudio

El experimento se realizó en el Rancho “Loma Bonita”, municipio de Villaflores, Chiapas. México, con clima predominante cálido subsúmelo intermedio Aw’’ 1 (w) (i’) g con lluvias en verano, precipitación medida de 1200 mm, con una temperatura media anual de 22°C (^{INEGI, 2017}).

Establecimiento y manejo de los cultivos

Para el establecimiento de los cultivos de sorgo y guandú se movilizó una capa de suelo de aproximadamente 5 cm para el control de las malezas. La siembra de sorgo se realizó a una profundidad de 2.5 cm (dos semillas por punto) con una sembradora de precisión, a una distancia de 50 cm entre hileras y 4 cm entre plantas, con una densidad de 250 000 plantas por ha^-1; para guandú, a una distancia de 50 cm entre hileras y 14 cm entre plantas, con una densidad de 71 428 plantas por ha^-1.

Los cultivos fueron fertilizados al boleo con la formula 300-150-50 para el sorgo y 100150-50 para guandú de N-P-K. El N fue distribuido al 50% en dos aplicaciones a los 5 y 35 días después de la siembra.

Esporádicamente se controló las malezas y el control químico de plagas y enfermedades en concentraciones recomendadas por el distribuidor. Durante el desarrollo del cultivo únicamente se encontró Melanaphis sacchari en el sorgo, para ello, se utilizó Cipermetrina a razón de 1.5 l ha^-1, cada vez que se observó la presencia de dicha plaga.

Elaboración de micro silos

Con una ensiladora de doble surco se realizó el corte y picado de los cultivos a un tamaño de partícula uniforme (2 a 3 cm de longitud). Al momento de la cosecha, se tomaron muestras de cada uno de los tratamientos y se depositaron en botellas de plástico (Pet), con capacidad de un litro, extrayendo de cada una de ellas la mayor cantidad de oxígeno para asegurar una buena fermentación anaeróbica del forraje.

El ensilaje se elaboró a los 85 días después de la siembra. Después de pasar cada sustrato y sus combinaciones en sus diferentes tiempos de ensilaje de acuerdo al tratamiento asignado, las muestras de cada tratamiento fueron colectadas, secadas y molidas, y enviadas al laboratorio de Bromatología del Colegio de la Frontera Sur para los análisis de materia seca (MS), las muestras fueron colocadas en un horno de aire forzado a una temperatura de 60 °C por 48 h, materia orgánica (MO) por la combustión de las muestras en mufla a 600 °C durante 6 h, proteína cruda (PC) determinado por el método de Kjeldahl (CP, AOAC, 1996; ID 954.01), fibra detergente neutra (FDN) y fibra detergente ácida (FDA) (^{Van Soest et al., 1991}), (Cuadro 1), y en el Laboratorio de Ecología de herbívoros del mismo Centro, se realizaron las pruebas de fermentación con la técnica de producción de gas in vitro descrita por ^{Menke & Steingass (1988}) y ^{Theodorou et al. (1994})

Técnica de degradación y fermentación in vitro

Se empleó la técnica de producción de gas propuesta por ^{Menke & Steingass (1988)} y modificada por ^{Theodorou et al. (1994)}, con la que se cuantificó el gas producido por la fermentación in vitro durante 72 h de incubación. Los tratamientos fueron muestras de sorgo, sorgo+guandú, guandú y sorgo+guandú+inoculante (Sill-All 4x4 Lallemand), de 4 tiempos de ensilaje (0, 30, 60 y 90 días), resultando 16 posibles combinaciones (Cuadro 1), cada combinación fue repetida 3 veces. El inóculo consistió de una muestra compuesta de líquido ruminal (LR) obtenida de tres ovinos (40 kg de PV) por medio de una sonda esofágica y alimentados con una dieta base de forraje. Previo a la extracción del LR, los animales se mantuvieron en ayuno durante 14 horas. El LR se filtró a través de ocho capas de gasa y se mezcló en una proporción 1:9 con una solución mineral reducida (Menke & Steingass, 1988; ^{Krishnamoorthy et al., 2005}).

Para cada combinación se pesó 500 mg de muestra seca y molida, la cual fue depositada en frascos ámbar de 125 mL de capacidad, a los cuales se les agregó 90 mL de inoculo ruminal y se mantuvieron bajo flujo constante de CO_2, posteriormente fueron sellados herméticamente con tapones de goma y aro de aluminio (^{Theodorou et al., 1994}). Los frascos fueron incubados a 39 °C en baño maría. La presión de gas en cada frasco fue medida con un manómetro (Metron, Mode:63100, México) a las 0, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 20, 24, 30, 36, 42, 48, 60 y 72 h posteriores a su incubación (^{Blümmel & Ledzien, 2001}). Los valores de presión de gas fueron transformados a volumen de gas mediante una ecuación de regresión lineal: V= (P+0.0186) (0.0237)^-1 (^{Elmasry et al., 2016}).

Variables evaluadas

Digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS)

Al concluir el período de incubación (72 h) se obtuvieron los residuos de cada muestra mediante filtrado en un matraz y un embudo Buchner con filtro (Papel filtro F/rápido MOD.617 Código P.V.NO.1034), y se estimó la DIVMS, mediante su secado a 60 °C por 48 h. Con la MS inicial y residual se calculó la DIVMS (%) (^{Monforte et al., 2005}).

Diseño y análisis estadístico

Las variables de fermentación (Vm, S, L, FR, FM, FL, FT, IPEGF, DIVMS) se analizaron con el modelo lineal general empleando el paquete estadístico SAS versión 9 (2006), bajo un diseño completamente al azar con un arreglo factorial 4x4, con medidas repetidas en el tiempo. Se utilizaron tres repeticiones por tratamiento. Las medias de las 16 combinaciones se compararon mediante comparaciones múltiples de Tukey y las pruebas estadísticas se consideraron significativas cuando P<0.05 (^{Montgomery, 2013}). Se realizó un análisis de correlación de Pearson para los componentes químicos (PC, FDN, FDA) y las variables de fermentación; y un análisis de regresión lineal para la DIVMS y la fracción fermentable total.

Composición química

La caracterización química de los tratamientos se presenta en el cuadro 2. El promedio de MS, MO, PC, FDN y FDA fue 373.9±41.43; 960.58±7.59; 87.82±24.95; 588.73±51.17; 371.76±61.39 g kg^-1 de MS. Para la DIVMS fue de 56.32±9.05 %.

Cinética de fermentación de gas in vitro

Para las variables Vm y S no se encontró interacción entre factores, sin embargo, la variable L si presentó interacción entre factores (Cuadro 3). Los sustratos con el mayor Vm fueron sorgo con 317.37, 297.8, 294.57, 264.17 mL g^-1, respectivamente, a tiempos de 0, 30, 60 y 90 días de fermentación anaeróbica y la combinación de sorgo+guandú+inoculante con 289. 47, 269. 63 y 266. 6 mL g^-1, a tiempos de 0, 30 y 60 días de fermentación anaeróbica, respectivamente. Por otra parte, los tratamientos que se caracterizaron por una producción media de gas fueron sorgo+guandú y guandú con tiempos de ensilaje de 0, 30, 60 y 90 días; Cuadro 3).

Figura 1 Interacción de sustrato y días de ensilaje en las variables L, FR, FL y DIVMS  

Por otra parte, se observó la mayor tasa de fermentación (S) para S+G 0, y la más baja (P=0.0001) la presentó S+G+I 60, en el resto de los tratamientos no se encontró diferencia estadística significativa.

La menor fase de retraso (L) se observó en el sustrato de la mezcla de S+G+I a 0, 30, 60 y 90 días de ensilaje, respectivamente. Asimismo, se encontró que la L intermedia fue similar entre G 0, G 90, S+G 60, S+G 0, G 60 y G 30, mientras que las mayores fases de retraso se observaron en S 0 y S 30, y fueron similares entre S 90, S 60, S+G 30 y S+G 90 (Cuadro 3).

Tiempo de fermentación anaeróbica (FA)

El volumen máximo (Vm) de producción de gas y la fase de retraso (L, h) (Cuadro 3) fue afectado significativamente (P<0.05) por los tiempos de FA (Cuadro 3). Sin embargo, la S no mostró cambios significativos (P>0.05) entre los tiempos de FA. El tiempo de fermentación con mayor Vm fue a los 0 días de FA (267 mL g^-1), el cual disminuyó al incrementar los días de FA (Cuadro 3).

La menor fase de retraso (L) se observó a los 0 días de fermentación (2.5962 h). Asimismo, se encontró una la L intermedia a los 60 y 90 días de FA (2.91 y 3.08 h) respectivamente); mientras que una mayor L se observó a los 30 días de FA (3.35 h).

Fracciones fermentables, digestibilidad e índice de potencial de emisión de gas

La mezcla de sustratos S+G+I 0 presentó el mayor valor de la fracción de rápida fermentación (0-8 h) (P<0.05), seguidos de S+G+I a 30, 60 y 90 días de ensilaje, respectivamente (Cuadro 3). Asimismo, se encontró que el S+G+I 90 fue similar estadísticamente a todos los tratamientos que contenían el sustrato sorgo en sus diferentes tiempos de ensilaje, así como G 0 y G 90 (Cuadro 3). Por otro lado, se encontró que la fracción de fermentación media (8-24 h) también difirió (P<0.05) entre los tratamientos. La mayor fermentación media fue encontrada para el S a los 0, 30, 60 y 90 días de ensilaje, respectivamente. Los tratamientos G 90, G30 y G 60 presentaron una menor fermentación media de la MS.

Para la fracción de lenta fermentación (24-72 h), también se encontraron diferencias (P<0.05) entre los tratamientos. El mayor valor de fermentación se observó en el S 0, seguido por S 30 y S 60. Mientras que los tratamientos que contenían sorgo como sustrato solo o combinado, presentaron fracciones de lenta fermentación similares (Cuadro 3). Además, los tratamientos de guandú solo en sus diferentes días de ensilaje presentaron menor valor de fermentación lenta.

El tratamiento que presentó (P<0.05) la mayor fracción de fermentación total (FT) fue el S 0, seguido por S 60, S 30, S+G+I 0, S+G+I 30, S+G+I 60, que mostraron FT similares (Cuadro 3). El resto de los tratamientos presentaron las menores FT (Cuadro 4). La DIVMS e índice potencial de emisión de gas fermentado (IPEGF) difirió (P<0.05) entre los tratamientos (Cuadro 3). Se encontró una interacción entre los sustratos y los días de ensilaje, la mayor DIVMS se obtuvo en los tratamientos S 30, S 0, S+G 0, S+G 30, S 90 y S+G 60 (Cuadro 3). Mientras que el guandú solo presentó los valores más bajos de DIVMS G 90, G 30 y G 60. Los tratamientos que tuvieron menor (P<0.05) IPEGF fueron S+G 30, S+G 0 y G 0. Mientras que S+G+I 90 produjo mayor cantidad de gas por unidad de materia orgánica fermentada (Cuadro 3).

La mayor FM, FL, FT y DIVMS se obtuvo en el sorgo, seguidos por sorgo + guandú y sorgo + guandú + inoculante (Cuadro 3) y guandú tuvo una menor FM, FL, FT y DIVMS (FM= 147.43 mg g^-1, FL=189.77 mg g^-1, FT=464.07 mg g^-1 y DIVMS=46.48%).

Los sustratos que mostraron el menor IPEGF fueron sorgo, sorgo + guandú y guandú (441.67, 411.20 y 418.56 mL g^-1MOD). Mientras que el sustrato que produjo mayor cantidad de gas por unidad de materia orgánica fermentada fue sorgo + guandú + inoculante (Cuadro 3).

La mayor FR, FM, FT y DIVMS se presentó en el tratamiento sin FA (0 días; FR= 182.98 mg g^-1, FM=198.87 mg g^-1, FT=652.34 mg g^-1 y DIVMS=61.06%). Mientras que a los 30, 60 y 90 días de FA presentaron una menor FR, FM, FT y DIVMS (Cuadro 3). Por otro lado, se observó que para la fracción de fermentación lenta (FR) e IPEGF no mostraron cambios significativos entre los tiempos de FA.

Relación entre composición química y cinética de producción de gas in vitro

La concentración de PC, FDN y FDA de los diferentes tratamientos se correlacionó negativamente con el volumen máximo (Vm), con las fracciones de rápida y media fermentación (FR, FM), las fracciones de fermentación total (FT) y las DIVMS (Cuadro 4); mientras que la FT se correlacionó negativamente con PC y FDA (Cuadro 4).

Sin embargo, al realizar la correlación entre PC y DIVMS de los tratamientos compuestos con guandú, presentó una correlación negativa de -0.85 (P=0.0005).

Composición química

Las concentraciones de PC en C. cajan cv Caqui en los diferentes días de FA (Cuadro 2) son superiores al umbral de los requerimientos de PC (110-120 g kg^-1 MS) para un nivel medio de producción de animales en pastoreo (NRC, 2016). El ensilado de sorgo, sorgo + guandú, sorgo + guandú + inoculante (Sill-All 4x4 Lallemand) en sus diferentes días de fermentación anaeróbica superan el nivel (60-80 g kg^-1 MS) crítico que influye negativamente sobre el consumo voluntario (^{Orskov, 1992}) y la actividad microbiana en el rumen (^{Van Soest et al., 1991}).

El contenido de FDN de T2, T3, T5 y T13 estuvo por debajo de la concentración de 550 g kg^-1 MS que limita el CV y la digestibilidad de los nutrientes en los animales (^{Van Soest, 1965}) y se caracteriza como un alimento de alta calidad, por poseer una concentración cercana a 450 g kg^-1 MS de FDN (^{Girma et al., 2015}). No obstante, T1, T4, T6, T7, T8, T9, T10, T11, T12, T14, T15, T16 se pueden considerar como sustratos de calidad media por contener una concentración que varía entre 450 y 650 g kg^-1 MS de FDN (Cuadro 1). Además, de que poseen altas concentraciones de FDA (T1, T4, T6, T7, T8, T9, T10, T11, T12, T14, T15, T16) y podría estar relacionado con el clima, temperatura, radiación, precipitación y humedad relativa (Méndez et al., 2020).

Cinética de fermentación de gas in vitro

La conservación de los forrajes mediante la técnica de FA es una de las estrategias de alimentación que sustenta a los sistemas de producción del trópico en la época de estiaje, este método de conservación permite mantener las características nutricionales deseables del forraje, mediante la fermentación ácido láctica anaeróbica (^{ContreraGovea et al., 2008}). La utilidad de la combinación en los silos de las asociaciones entre gramíneas y leguminosas, ha tomado importancia, debido a que, a través de esta técnica, se incrementa el aporte de proteína al sistema ruminal, permiten aprovechar, conservar y mejorar las condiciones de fermentación y degradación de los sustratos en el rumen (^{Gómez et al., 2015}). Al respecto, ^{Boddey et al. (2009)} Señalan un aumento en la sustentabilidad de sistemas integrados que es alcanzado con la incorporación de leguminosas al sistema, la utilización de leguminosas arbustivas como el guandú, tanto para la producción en el consorcio con cultivos anuales como maíz o sorgo, así como en la asociación con gramíneas para pastoreo directo, son una opción que visa mejorar el contenido proteico de la dieta de los animales.

En este sentido, los mayores Vm obtenidos en T1, T3, T2 y T4 se relacionan con la mayor digestión de los carbohidratos estructurales presentes en las biomasa (FDN), los cuales ocasionan un lento inicio de la fermentación (L), (Cuadro 3), mostrando un retardo en la adherencia de los microorganismos e incrementando la tasa de fermentación (S), (Cuadro 3) (^{Kibon & Orskov, 1993}; ^{Albores et al., 2018}). Adicionalmente, se ha reportado que el ensilado de sorgo muestra un potencial para poder ser una estrategia de alimentación mediante la FA y que no muestran diferencias (P>0.05) en los tiempos de FA como se muestra en el presente estudio (^{Rendón et al., 2014}). Por otra parte, el mayor Vm encontrado en T13, T14 y T15 podría relacionarse con el inoculo (Sil-all 4X4 Lallemand) que se le agregó al sustrato y al tiempo de FA que disminuyó el tiempo de adherencia (L) de los microorganismos, mejorando la tasa de fermentación (S), (Cuadro 3) (^{Rodríguez et al., 2013}).

Por otra parte, C. cajan y sus combinaciones con sorgo y aditivos se han estudiado fundamentalmente en la alimentación de animales no rumiantes, por lo que, existe poca información acerca de su utilización en rumiantes, y menos aún de su degradación ruminal. En este contexto, en el presente estudio se muestra que los tratamientos con baja producción de gas total fueron los sustratos que tenían sorgo + guandú y guandú (T5, T16, T8 y T6, T7, T9, T12, T10 y T11; Cuadro 3), este bajo Vm se relaciona a una alta concentración de FDN y FDA (Cuadro 2) y un rápido inicio de la fermentación, debido a sus contenidos de PC, que al degradarse liberan carbonato de amonio y NH₃ que es utilizado por las bacterias para la síntesis de proteína microbiana (^{Cajarville et al., 2012}), disminuyendo la cantidad de gas producido (Cuadro 3); (^{González et al., 1998}).

Fracciones fermentables, digestibilidad e índice de potencial de emisión de gas fermentado

La sincronización de la disponibilidad de energía y la liberación de NH₃ en el rumen depende de la velocidad y disponibilidad potencial de nutrimentos contenidos en los forrajes (FR, FM y FL; Cuadro 3). En las gramíneas, los follajes arbóreos y las mezclas entre estos sustratos para la alimentación animal, los índices de sincronización son químicamente más complejos y críticos, comparado con aquellos alimentos más homogéneos (Rosales & Gill, 1999); y es común observar un exceso de nitrógeno y presentar una pobre a moderada sincronización entre la fermentación del nitrógeno y la fermentación de MS. Sin embargo, cuando estos son combinados en un silo, se espera que se mejoren las condiciones de los índices de sincronización incrementando las fracciones fermentables y la degradación de la MS (^{Nsahlai et al., 1995}). En este sentido, los hallazgos sobre el inicio rápido a moderado del proceso de fermentación de la MS con los T13, T15, T14, T16, T5 (Cuadro 3) podría deberse a una mayor fermentación de su fracción soluble que contiene azúcares; además, de la fermentación del almidón, la celulosa y pectinas (^{Miranda et al., 2015}) que favorecieron la rápida acción microbial y el inicio de la fermentación (FR) como consecuencia de la interacción en la concentración de PC, FDN, FDA y al inoculo Sil-all 4X4 Lallemand, que se agregó a los tratamientos (Cuadro 2), que probablemente conservó la cantidad de carbohidratos no estructurales como los azúcares y el almidón (^{Cajarville et al., 2012}).

Mientras que T1, T3, T2, T4, T14, T15, T13 y T16, mostraron una degradación de mayor componente de almidón y la concentración de celulosa (FM y FL; Cuadros 2 y 3), que podría estar influenciado por la combinación entre el sorgo y guandú y el tiempo de FA (30 y 90 días), (Cuadro 3), que influye directamente sobre el tiempo en que los microorganismos comienzan la degradación de los sustratos (^{Rodríguez et al., 2013}). La identificación de los tratamientos que presentan una lenta fermentación, como lo fue T6, T7, T8, T9, T10, T11 y T12 puede ser útil para incorporarlas en dietas balanceadas como una fuente de energía, y sincronizarlas en mezclas con otros sustratos que tengan una rápida fermentación para aprovechar el exceso de NH₃ que aportan, ya que fueron influenciadas por el tipo de sustrato y el tiempo de FA (Cuadro 3) (^{Cajarville et al., 2012}). La mayor DIVMS que se encontró en T2, T1, T3, T5, T6, T4 y T6 (Cuadro 4) se relaciona con la menor concentración de celulosa en la planta (Cuadro 2 y 3), (^{Girma et al., 2015}); probablemente una mayor concentración energética en la fermentación anaeróbica favoreció un rápido inicio de la fermentación sosteniendo altas tasas de esta que dieron como resultado un mayor volumen de gas total (Cuadro 3). Mientras que la menor DIVMS de T12, T16, T10 y T11 (Cuadro 4) se asocia a su mayor proporción de FDN y FDA (Cuadro 2) que limitan la actividad fermentativa (Cuadro 3); debido a que liga químicamente a los carbohidratos estructurales, limitando su digestión (^{Moore & Jung, 2001}), o probablemente el tiempo de FA y la combinación de los sustratos no permitieron un nivel de sincronización para mejorar la digestión (Cuadro 3) (^{Rendón et al., 2014}). Al respecto, al observar el comportamiento de los datos obtenidos para la variable PC y DIVMS, se procedió a correlacionar los tratamientos que contenían el guandú, en la que se encontró una correlación de -0.85, entre PC y DIVMS, lo que indica que el contenido de PC de esta planta afecta negativamente la digestibilidad in vitro de la materia seca, este comportamiento puede deberse a la presencia de metabolitos secundarios presentes en esta planta, la cual probablemente afectó a la población microbiana o su actividad fermentativa.

La eficiencia de la degradabilidad de la MS muestra el potencial de la producción de gas (IPEGF) como indicativo del grado con que ocurre (^{Miranda et al., 2015}; ^{Bayssa et al., 2016}). En este estudio T6, T5 y T9 tienen un elevado potencial para utilizarse como estrategia de mitigación en la producción de gas, ya que por cada unidad de MS fermentada se produjo la menor cantidad de gas (^{Vélez et al., 2015}). Este fenómeno puede explicarse por las altas concentraciones de constituyentes celulares (Cuadro 2) que afectan la fermentación mediante la posiblemente inhibición de los microorganismos, sin afectar la actividad de la degradación enzimática sobre la MS (^{Carballa et al., 2015}). Considerando lo antes expuesto, se concluye que el ensilado de la planta de sorgo tiene un potencial en la alimentación de los rumiantes, ya que mejora la fermentación in vitro de la MS, especialmente las fracciones de rápida fermentación (30 días).

La planta de guandú sola o combinada presenta un efecto negativo en la digestibilidad in vitro de la materia seca.