Avances en medición de misiones de metano a partir de la fermentación entérica de los rumiantes en América latina y el Caribe

Actualmente la mayoría de los esfuerzos en la región de ALC para reducir el metano producido por los rumiantes están enfocados a la cuantificación de los volúmenes de la emisión, la determinación de los factores de emisión y el cálculo de los inventarios nacionales, mientras que pocos estudios se han concentrado en el desarrollo estrategias de mitigación. Esto se debe a que fue hasta hace poco que los gobiernos y los científicos de la zona se dieron cuenta de la importancia del papel que desempeñan el ganado bovino, ovino y caprino en la producción y la emisión de grandes cantidades de metano hacía la atmósfera y de sus influencias en el cambio climático. De hecho, la primera conferencia regional sobre gases de efecto invernadero provenientes de la agricultura tuvo lugar en Chile en 2014. La situación en ALC contrasta grandemente con países de Europa, Norte América y algunos de Oceanía donde se han realizado un gran número de estudios sobre el tema desde hace ya varias décadas (^{Blaxter y Clapperton, 1965}).

La literatura revisada por los autores del presente estudio muestra que las primeras iniciativas para conocer la magnitud del problema, están encaminadas hacia el desarrollo de las instalaciones y la infraestructura, que permitirá a los investigadores medir las emisiones de metano y así generar la línea base en la que los gobiernos locales podrán negociar los compromisos de mitigación dentro de los protocolos internacionales vigentes. Los inventarios de emisiones fiables reducirán la incertidumbre actual y permitirán el seguimiento de las emisiones de los sistemas de producción pecuaria antes y después de la implementación de estrategias de mitigación, por lo que la reducción de las emisiones puede ser corroborada y la eficacia de la estrategia evaluada.

La generación de factores locales de emisión de metano por los rumiantes es un reto emergente para los países de la región de ALC, ya que exige instalaciones costosas, equipo científico y un importante número de experimentos con un gran número de animales durante periodos de tiempo relativamente largos que permiten una caracterización precisa de las emisiones. Una revisión de la literatura disponible revela un pequeño número de estudios sobre el tema, a pesar de que los sectores, agricultura y ganadería, son dos de las principales actividades económicas de la región.

Uno de los primeros estudios sobre la emisión de metano en América Latina se realizó en Argentina, un país con 51 millones de cabezas de ganado, por ^{Bárbaro et al. (2008)}. Dichos autores utilizaron la técnica de hexafluoruro de azufre (SF₆) (^{Johnson et al., 1994}) para medir la emisión de metano en un grupo de novillos de raza Aberdeen Angus de 14 meses de edad. La mitad de ellos estaban pastoreando un pasto nativo y la otra mitad un pasto cultivado, dominado por raigrás (Lolium perenne) y trébol blanco (Trifolium repens).

El estudio se llevó a cabo en una región de clima templado de Argentina. La producción de metano registrada fue de 227 y 248 L de CH₄ cabeza^-1 día^-1, respectivamente, y una ganancia media diaria de peso para ambos grupos de 1.3 kg día^-1. En un experimento similar llevado a cabo por ^{Bualo et al. (2014)} con 20 vacas de carne de un peso vivo promedio de 382 kg, la mitad de las vacas tuvo acceso durante seis horas a una pradera de gramíneas y leguminosas mixta y la otra mitad tuvo acceso a una pradera de sorgo (Sorghum spp.) también durante seis horas. La técnica SF₆ fue utilizada también en este experimento y las emisiones promedio de metano fueron muy parecidas al experimento anterior, del orden de 291 y 234 L vaca^-1 día^-1, respectivamente.

En Chile ^{Muñoz et al. (2015)} realizaron uno de los primeros estudios para medir la producción de metano entérico por el ganado lechero en pastoreo en ese país. De igual manera, utilizaron la técnica de SF₆ en 24 vacas pastando en una pradera de raigrás. Estos autores han observado que el aumento del nivel de suplementación con concentrado de 1 kg a 5 kg vaca^-1 día^-1, ha resultado en un incremento en la producción de leche y la producción total de metano al pasar de 452 a 500 L CH₄ vaca^-1 día^-1, respectivamente, sin afectar la producción de metano por unidad de leche producida.

En un estudio similar, ^{Herrera et al. (2014)} evaluaron el efecto de la suplementación con concentrado sobre la producción de metano por las vacas Holstein multíparas con un peso vivo promedio de 597 kg en su etapa final de la lactancia (15 kg leche vaca^-1 día^-1) que pastaban en una pradera de Lolium perenne. Estos autores utilizaron la técnica SF₆ para medir la producción de metano y dos niveles de suplementación de concentrados, 4 y 8 kg vaca^-1 día^-1. Como en el estudio anterior, sus resultados también mostraron que los niveles crecientes de concentrado resultaron en más metano producido, el cual pasó de 406 L vaca^-1 día^-1 en las vacas que recibieron 4 kg de concentrado a 449 L vaca ^-1 día^-1 en aquellas con 8 kg de concentrado. Sin embargo, en este estudio se ha producido menos metano (p< 0.05) por kilogramo de ración total mezclada consumida por vaca en el tratamiento con 8 kg de concentrado que en el tratamiento con 4 kg de concentrado (29.5 vs 33 L CH₄ kg^-1 de dieta).

Brasil es un caso especial porque tiene el mayor rebaño comercial de bovinos en el mundo, con más de 212 millones de cabezas, por lo que la fermentación entérica de esta especie ganadera es responsable de más de 73% de todo el metano antropogénico producido en ese país (^{Cerri et al., 2009}). Esta situación puede explicar por qué Brasil es uno de los pocos países de la región que ha invertido en la construcción y operación de cámaras de respiración para medir in vivo la producción de metano y otros estudios colorimétricos tendientes a evaluar diversas alternativas para mitigar la emisión de metano por el ganado.

Por ejemplo, un estudio fue realizado por ^{Gonçalves et al. (2014)} con el fin de determinar el efecto de la calidad de un ensilaje hecho con el forraje Bermuda var. Tifton 85 en diferentes etapas de crecimiento (25, 45, 56, 74 y 90 días), sobre la producción de metano por ovejas adultas. En dicho estudio utilizaron 25 ovejas con un peso vivo promedio de 46.5 kg y la emisión de metano fue medida con un sistema de calorimetría indirecta de circuito abierto. Sus resultados no mostraron diferencias significativas (p> 0.05) entre los tratamientos para el consumo de materia seca (MS) (1.081 g MS cabeza^-1 día^-1) y la producción de metano (23.8 L cabeza^-1 día^-1).

En un estudio similar también con ovejas, ^{Machado et al. (2011)} evaluaron el efecto de ensilaje de sorgo hecho con tres variedades diferentes de sorgo en tres diferentes etapas de crecimiento en la producción de metano. Encontraron que las emisiones de metano variaron, sin significancia estadística (p> 0.05), de 13.6 a 24.4 L cabeza^-1 día^-1, mientras que el consumo varió entre 832 y 911 g MS cabeza^-1 día^-1 en ovejas de 47.5 kg de peso vivo.

En cuanto al ganado lechero en las regiones tropicales de Brasil, ^{Primavesi et al. (2004)} reportaron que la emisión de metano por las vacas Holstein pastando pasto Brachiaria spp., varió de 564, 389 y 294 L cabeza^-1 día^-1 en vacas lactantes, vacas secas y novillas, respectivamente. En el mismo orden, el consumo de materia seca fue 16, 12 y 9.5 kg MS cabeza^-1 día^-1, lo cual confirma lo reportado por Machado et al. (2009) con respecto a la relación entre el consumo de MS y la producción de metano.

Por otro lado, encontraron que la producción de metano en vacas Holstein*Cebú no difiere (p> 0.05) de las emisiones observadas en vacas Holstein puras, por ejemplo, 463, 413 y 286 L cabeza^-1 día^-1 en vacas lactantes, vacas secas y novillas, respectivamente. En contraste, en un segundo experimento llevado a cabo por el mismo grupo de investigadores en Brasil compararon de nuevo la cantidad de metano producida por vacas de raza pura Holstein frente a vacas Holstein*Cebú (^{Pedreira et al., 2009}). Estos investigadores reportaron que las vacas Holstein producen más metano (p< 0.05) que las vacas híbridas, 419 L día^-1 vs 376 L día^-1, respectivamente, a pesar del hecho de que ambos grupos de vacas recibieron la misma dieta. Los resultados de este segundo experimento sugieren que la raza podría ser un factor determinante para la producción de metano y se debe considerar en el cálculo de los inventarios de la región.

En el caso del ganado vacuno de carne en Brasil, ^{Demarchi et al. (2003)} observaron factores de emisión relativamente menor en las vacas Nellore en comparación con las vacas lecheras, ya que éstos variaron desde 143 hasta 308 L vaca^-1 día^-1. Los mismos autores lograron reducir la producción de metano a 93.5 L cabeza^-1 día^-1 en vacas Nellore adicionando 7% de grasa en la dieta, como el aceite de palma o soja. Sin embargo, estos mismos autores no recomiendan el uso de aceite de palma, ya que tiene efectos negativos sobre el consumo voluntario y el rendimiento de los animales (^{Demarchi et al. 2003}). Por otra parte, los factores de emisión más altos fueron reportados por ^{Canesin et al. (2014)} en novillos Nellore adultos de 399 kg de peso vivo, pastando Brachiaria brizantha, suplementado con pulpa de cítricos, torta de semilla de algodón y urea. La cantidad de metano producido por los novillos Nellore adultos varió entre 316 y 355 L día^-1 para un consumo promedio de 7.7 kg MS.

En México los avances en la estimación de los factores de emisión y los inventarios han sido limitados, sin duda es el más rezagado de los grandes países ganaderos de la región, los pocos trabajos que existen están basados en estudios in vitro (González y Ruiz, 1995) y modelación (Castelán et al., 2013), estos últimos autores estiman que el metano producido por los 32 millones de cabezas de ganado en México está cerca de dos tera gramos. Fue hasta 2014 que las dos primeras cámara de la respiración se construyeron en la Universidad Autónoma de Yucatán en el sur de México.

El nuevo equipo permite medir in vivo las emisiones de metano en ovinos y bovinos en las regiones de clima tropical del sur de México. Los resultados de los primeros experimentos llevados a cabo sugieren que la producción de metano de ganado Cebú alimentado con gramíneas tropicales oscila entre 74 L cabeza^-1 día^-1 en animales jóvenes con un consumo promedio de 4.4 kg MS día^-1 y 348 L cabeza^-1 día^-1 en vacas adultas. Los factores de emisión de las ovejas varían desde 21 hasta 34 L cabeza^-1 día^-1 (Ku-Vera 2014, Com. Pers.).

Por último, los factores de emisión en Uruguay donde el ganado supera en número a las personas (3.6:1), se encuentran entre los más altos de la región. Por ejemplo, ^{Dini et al. (2012)} mencionaron que las vacas Holstein adultas de un peso vivo promedio de 536 kg alimentadas con pasto y leguminosas (76% Lolium multiflorum y 24% Lotus corniculatus) puede producir hasta 521 L cabeza^-1 día^-1. Estos volúmenes pueden atribuirse a una dieta rica en forrajes porque la mayor parte de la producción de ganado en el país se basa en el pastoreo de praderas nativas y mejoradas.

Avances en la mitigación de emisiones de metano a partir de la fermentación entérica

Algunos estudios han sido realizados en la región para reducir la fermentación entérica en rumiantes con el uso de aceites y plantas taníferas con resultados variables. Por ejemplo en Colombia, ^{Rodríguez et al. (2014)} evaluaron, con el uso de la técnica de politúnel (Murray et al., 2007), el efecto in vivo de la adición de aceite de orégano (Lippia origanoides) sobre la producción de metano por vaquillas Holstein. Se sabe que el aceite de orégano inhibe la metanogénesis en el rumen por su efecto directo sobre el crecimiento de bacterias archae metanogénicas sin afectar a la degradación de la fibra de los forrajes. Sin embargo, estos autores no reportaron un efecto significativo (p> 0.05) por la adición de 25 mg kg^-1 de MS de aceite de orégano esencial sobre la producción de metano (175 L cabeza^-1 día^-1) en novillas alimentadas con una dieta base compuesta de 83% pasto kikuyo (Pennisetum clandestinum) y 17% de concentrado comercial, en comparación con aquellas que no recibieron el aceite de orégano (192 L cabeza^-1 día^-1).

En Argentina, ^{Martínez et al. (2014)}, en un estudio in vitro, evaluaron el potencial anti-metanogénico del aceite esencial extraído de cuatro plantas nativas: Aloysia gratissima, Lippia turbinata, Schinus molle y Tagetes minutas en comparación con monensina, un antibiótico que ha demostrado su eficacia en reducir la formación de metano en el rumen. Se observó que bajas dosis de Lippia (100 mg L^-1 de medio de incubación) y dosis medias de Aloysia producen un efecto similar a la monensina sin afectar a la digestibilidad de la fibra del forraje. En México ^{Ayala et al. (2014)} reportaron que la adición de 450 g MS cabeza^-1 día^-1 de una harina preparada con el fruto del árbol de Parota (Enterolobium cyclocarpum) a la dieta de ovejas Pelibuey*Katahdin, reduce las emisiones de metano hasta 36% en relación con la dieta control.

Otras estrategias de mitigación de las emisiones de metano entérico utilizadas en ALC incluyen el uso de leguminosas arbóreas y arbustos integrados en los sistemas silvopastoriles, se cree que es una forma sostenible de la producción en comparación con los sistemas tradicionales. Los arbustos mejoran la calidad nutricional de la dieta del ganado en pastoreo, mediante el aumento de la concentración de proteína, y reduce la producción de metano por efecto de los metabólitos secundarios como taninos y saponinas presentes en las plantas. Por ejemplo, ^{Mayorga et al. (2014)} utilizaron la técnica de poli-túnel para evaluar el efecto de Guazuma ulmifolia, una planta leguminosa arbustiva, sobre la emisión de metano por novillos Cebú de 10 meses de edad y 191 kg de peso vivo. Observaron que la adición de 30% guazuma en una dieta basal del forraje Panicum maximum reduce la emisión de metano a 320 L cabeza^-1 día^-1 en comparación con la dieta control que produce 368 L día^-1. La dieta experimental también incrementó un 17.5% el consumo diario de materia seca.

Por último, Leucaena leucocephala, leguminosa tropical originaria de México, ha mostrado ser eficaz en la reducción de las emisiones de metano por los rumiantes en regiones tropicales de ALC. ^{Moreira et al. (2013)} utilizaron la técnica de SF₆ para determinar el efecto de la leucaena en la producción de metano por corderos en Santa Inés de ocho meses y 28 kg de peso vivo. Los corderos en el grupo experimental recibieron una dieta compuesta 5% harina de soja, 3% de maíz y 82% leucaena, mientras que los corderos en el grupo de control recibieron una dieta con 71% de harina de soja y 29% de maíz.

Los resultados mostraron que la leucaena reduce la producción de metano hasta el 30%, pero también a reduce el consumo de materia seca, 616 y 820 g MS cabeza^-1 día^-1, respectivamente, lo cual se explica por la elevada concentración de leucaena en la dieta experimental. Por otra parte, los altos niveles de leucaena en la dieta pueden aumentar la concentración de nitrógeno en la orina y las heces de animales, que más tarde pueden ser convertidos a óxido nitroso (N₂O), un poderoso gas de efecto invernadero, por las bacterias en el suelo. El potencial de la leucaena para reducir la producción de metano entérico es prometedor; sin embargo, se necesita más investigación antes de llegar a resultados concluyentes, en particular, debido a sus efectos sobre el rendimiento de los animales a altos niveles de inclusión y su potencial de producción de N₂O, también un contaminante potente.