Optimización de la dieta de ganado vacuno para una producción sostenible y de calidad

Transcripción

1 Informe final de proyecto Optimización de la dieta de ganado vacuno para una producción sostenible y de calidad Centro: NEIKER Participantes: Pilar Merino (pmerino@neiker.net) Haritz Arriaga, Miriam Pinto, Gregorio Salcedo, Sergio Calsamiglia Entidades participantes: IES La Granja Universidad Autónoma de Barcelona Año

2 Optimización de la dieta de ganado vacuno para una producción sostenible y de calidad 1.- Introducción El objetivo principal de este proyecto era el de estudiar el efecto de distintas pautas de alimentación del ganado vacuno lechero sobre la calidad de la leche, la composición de las excretas, el reciclado de nutrientes, y la emisión de gases de efecto invernadero. Para ello se dispusieron una serie de objetivos más específicos, los cuales pasamos a enumerar: Establecer relaciones entre la composición química de la dieta, las excretas, y los procesos de contaminación con Nitrógeno (N) y Fósforo (P) en explotaciones comerciales. Ensayo en granja experimental comparando aprovechamiento de N y P. Validación del modelo desarrollado sobre ciclo de N en explotaciones ganaderas y del modelo para la simulación de la ingestión digestión de rumiantes en explotaciones. Valoración económica de los costes y los beneficios derivados de las modificaciones en la dieta. Transferencia de resultados obtenidos a servicios de asesoramiento del sector ganadero y a instituciones públicas con intereses en el sector. 2.- Establecer relaciones entre la composición química de la dieta, las excretas, y los procesos de contaminación con Nitrógeno (N) y Fósforo (P) en explotaciones comerciales Los resultados de este proyecto proporcionan la primera base de datos en cuanto a balance de N en explotaciones de ganado vacuno de leche comerciales. Hasta el momento, se poseían datos de caracterización de la leche y alimentación, pero no se habían relacionado con el contenido de N en excretas. De esta manera, se ha llevado a cabo una primera fase del proyecto de un año de duración consistente en un muestro en el que se han hecho visitas a las explotaciones más representativas del País Vasco seleccionadas con ayuda de los órganos de gestión de cada provincia (Lorra, Lurgintza, Abelur y Sergal). En cada visita se ha realizado un cuestionario para recabar información sobre el manejo de alimentación del ganado y se han tomado muestras de todos los ingredientes que componen la ración, así como de las excretas (heces y orina) para analítica de N y P. El carácter novedoso de este estudio radica en relacionar el N aportado en la ración de las diferentes explotaciones del País Vasco con su distribución en leche y residuos orgánicos, valorando así el impacto ambiental de las dietas estudiadas y sentando las bases para la mejora de los sistemas de alimentación actuales. 3.- Ensayo en granja experimental comparando aprovechamiento de N y P El estudio realizado sobre vacas pertenecientes a una granja experimental, cedidas por Gregorio Salcedo de IES La Granja (Cantabria). Dicho ensayo fue diseñado en colaboración con el Dr Sergio Calsamiglia, profesor titular de la Universidad Autónoma de Barcelona y que ha contribuido en la fase de diseño de ensayo experimental a escala de granja. En esta fase del proyecto se compararon dos dietas: intensiva (I) y semiintensiva (S). La composición del concentrado del grupo intensivo 2

3 (10 kg) y semi-intensivo (5 kg) fue una mezcla de pulpa de remolacha (15%); harina de cebada (40%); maíz (15%); harina de soja (14.1%); corn gluten feed (12%); fosfato bicálcico (1.4%); sulfato magnésico (0.8%); carbonato cálcico (1.7%), administrado dos veces al día (8:30 a.m. y 15:30 p.m.). Con los grupos I y S se efectuó un diseño cruzado de dos períodos de duración de 30 días cada uno, 25 como preexperimental y 5 de control. Durante el ensayo se tomaron muestras tanto de leche como de excretas de cada uno de los animales estabulados, así mismo se controló la oferta y rechazos de ración del lote. Como resultados, se ha comprobado que el empleo de variables nutricionales como la proteína soluble, nitrógeno degradable en rumen y el porcentaje de proteína bruta en la dieta, resultan interesantes a la hora de estimar la concentración de urea en leche. Por otra parte, los resultados del presente experimento, no permiten concluir que las diferencias de producción láctea sean exclusivamente debidas al mayor aporte de concentrado sino que el cambio en la dieta asociado a un manejo intensivo en vacas habituadas al pasto enmascara dichas diferencias. 4.- Validación del modelo desarrollado sobre ciclo de N en explotaciones ganaderas y del modelo para la simulación de la ingestión digestión de rumiantes en explotaciones En primer lugar, se llevo a cabo una caracterización de muestras de alimentos para la simulación de la ingestión voluntaria en sistemas de producción de vacuno lechero de la CAPV. Uno de los principales problemas que presenta el diseño y desarrollo de sistemas de apoyo a la toma de decisiones en producción animal lo constituye la estimación de la ingestión potencial voluntaria dadas unas determinadas características tanto del animal (especie, raza, sexo, potencial de producción, etc.) como de los recursos empleados (oferta, composición química, etc.). En este sentido, durante las últimas décadas se han revisado los principales sistemas de alimentación (Cornell, NRC, etc.) y se han diseñado una serie de herramientas dirigidas a superar estas limitaciones (modelos de simulación, optimización, etc.). Dichas herramientas, una vez testadas y convenientemente validadas, deberían permitir la realización de estudios de simulación, optimización y evaluación del impacto, no solo técnico-económico, sino también medio-ambiental, de diferentes estrategias de manejo de la alimentación. Objetivo Poner a punto la metodología de trabajo y las herramientas necesarias que permitirían estimar la ingestión voluntaria, la energía metabolizable ingerida y la producción potencial de vacas lecheras bajo las condiciones habituales de los sistemas de producción existentes en la CAPV. Muestras de alimentos Se ha dispuesto de un total de 28 muestras de alimentos recogidos sobre una muestra de explotaciones comerciales de vacuno lechero existentes en la CAPV. Se trata de una muestra de los principales tipos de alimento habitualmente empleados en los sistemas de producción. En primer lugar se procedió a determinar su composición química y su valor nutricional mediante los procedimientos habituales en los laboratorios de Neiker- Derio. 3

4 Tabla 1.- Composición química de las muestras de alimentos Muestra Alimento ph MS (%) PB (% MS) Cenizas (% MS) FND (% MS) FAD (% MS) Mezcla húmeda Pienso alta produccion Silo hierba Silo maíz Pulpa remolacha Alfalfa Mezcla húmeda Pienso Hierba Silo hierba Mezcla seca Silo hierba Paja Mezcla Pienso Silo Hierba Pulpa remolacha Alfalfa Heno de hierba Pienso Alfalfa Silo hierba Mezcla húmeda Silo hierba Técnicas de producción de gases Además de la composición nutricional habitual, se procedió a caracterizar dichas muestras mediante la técnica de producción de gas in vitro (Tilley y Ferry, 1963; Aufrere, 1982), una de las técnicas de laboratorio alternativas más extendidas para la estimación del valor nutritivo de los alimentos destinados a la alimentación animal. Dicha técnica se basa en las relaciones empíricas encontradas precisamente entre la cantidad de gas producido y la digestibilidad de los alimentos (Khazaal et al., 1995; Chenost et al., 2001). Para ello se pesó por triplicado 0.5 gramos de cada una de las muestras de alimento objeto de estudio, se introdujeron en sendas botellas y a continuación se añadió liquido ruminal de ovino y una solución tampón (McDougall, 4

5 1948). Las botellas se mantuvieron en un baño a 39ºC para que tenga lugar la digestión, y se midió la producción de gas a las 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 16, 20, 24, 28, 30, 34, 36, 48, 60, 72 y 96 horas (Figuras 1 a 6). En particular, la técnica puesta a punto en Neiker (García-Rodríguez et al., 2005) se basa en la metodología propuesta por Menke y Steingass (1988), con las innovaciones introducidas posteriormente con relación a la utilización de transductores de presión semi-automáticos (Theodorou et al., 1994; Mauricio et al., 1999). Los volúmenes de gas acumulado se corrigieron para el contenido en materia seca de las muestras de alimento y posteriormente se ha hecho el ajuste a un modelo triple exponencial o múltipool que trata precisamente de ajustar la producción de gas a las tres fracciones principales del alimento: la primera corresponde a los hidratos de carbono solubles; la segunda corresponde a la fracción no soluble pero potencialmente degradable (básicamente la FND); y la tercera corresponde a la producción de gas obtenida a partir de la digestión de los microorganismos. y = A*(1-exp(-c*tiempo))+B*(1-exp(-k*(tiempo-lag1)))+ M*(1-exp(-z*(tiempo-lag2))) Donde y = producción acumulada de gas (ml) en tiempo t A, B, M = asíntota de producción de gas obtenida a partir de los hidratos de carbono solubles, FND y microorganismos, respectivamente. C, K, Z = es la tasa fraccional de producción de gas obtenida a partir de los hidratos de carbono solubles, FND y microorganismos, respectivamente. Lag 1 = representa la fase lag o tiempo transcurrido antes de que comience la fermentación de la FND (h) Lag 2 = representa la fase lag o tiempo transcurrido antes de que comience la digestión de los microorganismos (h) Para ello se empleó el PROC NLIN (SAS). Determinación de la digestibilidad de la FND a partir del contenido existente en el residuo de las botellas después de la digestión in vitro (96 h) El residuo obtenido al final de la incubación se filtró con ayuda de vacío y se empleó la microtécnica de Pell y Schofield (1993) con el objeto de determinar la digestibilidad de la FND, la fracción insoluble pero potencialmente degradable del forraje. Para ello se añade en cada botella 45 ml de solución FND, y a continuación se introducen en un autoclave a 105 C durante 1 hora para que el detergente elimine los microorganismos que van adheridos a la muestra y el resto del contenido del residuo que no es fibra. Una vez transcurrido ese tiempo y enfriados, se filtra el contenido sobre crisoles de vidrio de porosidad 1, se lavan 3 veces con 50 ml de agua destilada muy caliente para quitar el jabón de la FND, se aclaran con etanol y acetona, y se deja que se evaporen con ayuda de la campana. Después de secar en una estufa a 100º durante 8 horas, se dejan secar en una campana unos 45 hasta obtener peso constante y a continuación se cuantifica la cantidad de FND residual, y por diferencia con la cantidad inicial se determina la digestibilidad de la FND. 5

6 Modelo animal (Herrero 1997) El objetivo de la técnica de producción de gases es precisamente calcular los parámetros que requiere DYNAFEED para su funcionamiento (Tabla 2), de modo que se puedan emplear como inputs en DYNAFEED (Herrero et al., 2002) para estimar la ingestión voluntaria (Dry Matter Intake, kg/d) y energía metabolizable ingerida (ME Suply, MJ/d) que haría un determinado animal tipo a partir de estos tipos de forrajes. El modelo animal de Herrero requiere para su ejecución de los siguientes parámetros: - FND, PB y Cenizas - Tasa de degradación de la FND (Rate B CHO): - Digestibilidad de la FND (B CHO): B CHO = FNDalimento FNDfinal de producción de gas - Contenido en Hidratos de carbono solubles (A CHO) A CHO = 100-(FND+PB+GB+Cenizas) - Rate A CHO Las salidas que nos interesan son: - la Ingestión voluntaria diaria (kg MS / dia) - EM ingerida (MJ /dia) - Producción lechera potencial A partir de la EM ingerida A partir de la PB ingerida - Ganancia media diaria (Body weight change, kg /d) Resultados Como consecuencia de la técnica de producción de gases se obtuvieron dos series de datos (3 botellas x muestra x serie) relativos al volumen de gas acumulado a lo largo de 96 horas. En la figura 1 se puede observar como ejemplo los datos relativos a una muestra de mezcla húmeda (2845-1) Botella 22 Botella 23 Botella 24 Botella 2-61 Botella 2-62 Botella 2-63 Figura 1.- Cinéticas de producción de gas obtenidas a lo largo de 96 horas a partir de la Muestra 2845 en cada una de las 3 botellas incubadas en 2 series (1 y 2) diferentes. 6

7 En todas las series se incluye siempre como patrón una muestra de alfalfa (Figura 2) para verificar la validez del análisis. En esta ocasión se observaron diferencias significativas en el patrón de degradación. Así, si bien las producciones registradas en las botellas de la primera serie se encontraron dentro del rango normal para esta muestra de alfalfa, en las botellas correspondientes a la segunda serie se registraron unas producciones significativamente inferiores Botella 85 Botella 86 Botella 87 Botella 2-58 Botella 2-59 Botella 2-60 Figura 2.- Cinéticas de producción de gas obtenidas a lo largo de 96 horas a partir de una muestra de alfalfa empleada como patrón en cada una de las 3 botellas (Serie 1: números 85, 86 y 87; Serie 2: números 58, 59 y 60) incubadas en 2 series (1 y 2) diferentes. De hecho, la producción de gas obtenida exclusivamente a partir del propio líquido ruminal en ausencia de alimento fue significativamente inferior en la segunda serie (Figura 3), lo que podría poner de manifiesto la presencia de una menor población microbiana en la segunda serie (nº 85, 86 y 87). Este hecho podría haber limitado la degradación del alimento con relación a su degradabilidad potencial, por lo que se decidió prescindir de las producciones de gas obtenidas en la segunda serie a la hora de ajustar los datos a los modelos matemáticos. 7

8 Botella 88 Botella 89 Botella 90 Botella 2-85 Botella 2-86 Botella Figura 3.- Cinéticas de producción de gas obtenidas a lo largo de 96 horas a partir del líquido ruminal en cada una de las 3 botellas (Serie 1: números 88, 89 y 90; Serie 2: números 85, 86 y 87) incubadas en 2 series (1 y 2) diferentes Ajuste de los datos de producción de gas a un modelo triple-exponencial Hasta ahora se había optado por ajustar los datos de producción de gas a la ecuación de Krisnamoorthy. Sin embargo, una de las principales críticas a esta ecuación es que los parámetros empleados ofrecen una explicación global de la cinética de producción de gas, sin diferenciar entre las principales fracciones del alimento. Ello invalidaría en cierto modo los intentos por realizar una estimación de la ingestión potencial a partir de los valores obtenidos. Con el objeto de superar esa limitación, se presentan las ecuaciones de tipo multi-pool como la triple exponencial señalada anteriormente, por otro lado mucho más complicadas de ajustar y que requieren de un mayor número de puntos. Tabla 2. Valores de los parámetros de la ecuación multi-pool para las muestras de alimentos analizadas mediante la técnica de producción de gas Alimento Muestra A C B K LAG1 M Z LAG2 Alfalfa Alfalfa Alfalfa Alfalfa Heno de hierba Hierba

9 Mezcla Mezcla húmeda Mezcla húmeda Mezcla húmeda Mezcla húmeda Mezcla húmeda Mezcla seca Paja Paja Pienso Pienso Pienso Pienso alta prod Pulpa remolacha Pulpa remolacha Silo de hierba Silo de hierba Silo de hierba Silo de hierba Silo de hierba Silo de maiz A continuación se incluye para cada conjunto de tipos de alimentos la representación gráfica de la producción de gas a la que dan lugar estos parámetros 45 Alfalfa Hierba, heno y mezcla alfalfa alfalfa Figura 4.- Representación grafica de las ecuaciones obtenidas para la cinéticas de producción de gas en las muestras de alfafa (Figura a) y de hierba, heno y mezcla (Figura b) Las muestras de las distintas alfalfas analizadas presentarían un patrón de degradabilidad muy similar entre todas ellas, así como con la muestra empleada como 9

10 testigo, habiendo una variabilidad máxima en el volumen de gas acumulado después de 96 horas de un 8,29%. En general, la alfalfa parece presentar unas tasas de degradación muy rápidas durante las primeras 18 horas, alcanzándose prácticamente la asíntota para las 24 horas. De la aparente similitud entre las distintas muestras se podría concluir una cierta homogeneidad en cuanto a la calidad de las alfalfas empleadas independientemente de su origen. Sin embargo, ese hecho resulta en cierto modo sorprendente si se tienen en cuenta las diferencias observadas en el valor de los distintos parámetros (por ejemplo el valor de A en las muestras de alfalfa oscila entre 98 y 135; el valor de B entre 50 y 113; etc.). Pero más aún si se consideran las diferencias observadas en la composición nutritiva de las diferentes muestras empleadas: por ejemplo, el contenido en FND abarcaba un rango comprendido entre el 42 y el 73%. Por otro lado, la muestra de hierba analizada (2927-3, Figura 4) presentó una cinética intermedia entre la de un heno de hierba (3248-8, Figura 4) y la mezcla (3248-1, Figura 4), todas ellas con unas tasas de degradación inferior, más lentas que la de la alfalfa, pero con un volumen acumulado de gas significativamente superiores (18 al 24%). Meclas humedas y seca 45 Pienso, paja y pulpa de remolacha alfalfa alfalfa Figura 5.- Representación grafica de las ecuaciones obtenidas para la cinéticas de producción de gas en las muestras de mezclas unifeed (Figura a) y de pienso, paja y pulpa Respecto a las mezclas unifeed se observa una importante variabilidad en las cinéticas estimadas de producción de gas, las cuales se pueden estimar de hasta en un 16% entre el valor máximo (3006-1) y mínimo (2890-1) registrado. Su representación grafica sugiere una cinetica de degradación muy similar a la ofrecida por los piensos (azul, Figura 5b) Las pulpas de remolacha (2845-7, Figura 5b), un recurso habitualmente rico en hidratos de carbono solubles, resultaron ser los alimentos que produjeron una mayor cantidad de gas (400 ml), superando los 300 ml a las 18 horas de incubación. No así, las muestras de paja (2743-4), con un importante contenido fibroso que requiere de un mayor periodo de permanencia en el rumen hasta que comienza su degradación por la flora microbiana. En este sentido destacar que la cinética observada para la paja fue muy similar a la del heno de hierba de la Figura 4b. 10

11 Silos de hierba y de maiz alfalfa Figura 5- Representación grafica de las ecuaciones obtenidas para la cinéticas de producción de gas en las muestras de silos de hierba (verde) y de maíz (amarillo) Por último, con relación a las muestras de silo (Figura 6), mientras que el silo de maíz (2845-6) estaría relacionado con los mayores volúmenes de producción de gas, los silos de hierba (3108-3) fueron los productos que presentaron un mayor rango de variación. Este hecho estaría en principio de acuerdo con las importantes diferencias observadas en la CAPV en la calidad de los silos de las diferentes explotaciones 5.-Valoración económica de los costes y los beneficios derivados de las modificaciones en la dieta. Se llevó a cabo la valoración económica de las dietas ensayadas experimentalmente, resultando un coste de 2.7 y de 1.91 respectivamente para las dietas intensiva y semiintensivas respectivamente. Teniendo en cuenta el volumen de leche producido en cada dieta, tenemos que es mayor el margen resultante en la dieta semiintensiva, con 3.73 de beneficio respecto a 3.5 en dieta intensiva. 6.- Transferencia de resultados obtenidos a servicios de asesoramiento del sector ganadero y a instituciones públicas con intereses en el sector Hasta la fecha los resultados del proyecto se han ido presentando a diversos congresos, tanto nacionales como internacionales, estando pendiente la elaboración de publicaciones internacionales. Por otra parte, los resultados del proyecto se enmarcan dentro de la tesis a presentar por Haritz Arriaga, becario del Departamento de Industria del Gobierno Vasco. 11

12 7.- Información científica Publicaciones Científicas Internacionales Autores (p.o. de firma): Merino P, Arriaga H, Salcedo G, Pinto M and Calsamiglia S Título: Dietary modification in dairy cattle: field measurements to assess the effect on ammonia emissions Artículos de Divulgación Relación entre el N aportado en la alimentación y las pérdidas de N al entorno. Enba, Mayo 2006, nº 133, pp