“La producción de gas metano en el ganado bovino y su
impacto en el medio ambiente.”
CÁTEDRA: Clínica de Animales de Interés Zootécnico.
PROFESOR: Jorge Merlassino.
ALUMNA: Nadia Soria.
AÑO: 2013
INTRODUCCIÓN
Desde hace un tiempo ha surgido una interrogante: ¿Cuán
responsables son en realidad los bovinos de contribuir al efecto invernadero
por el solo hecho de alimentarse? ¿Son en realidad tan responsables del
deterioro del medio ambiente debido a la emisión de gases contaminantes como lo
es el ser humano?
Se acusa a estos animales de ser responsables del aporte
de un porcentaje importante de los gases que contribuyen al efecto invernadero,
ya que debido a su proceso digestivo eliminan al medio ambiente un gas llamado
metano CH4.
Han surgido distintas estrategias para reducir las emisiones de este gas
¸ como por ejemplo manipular la alimentación, reducir el número de animales
rumiantes y sustituirlos por animales no rumiantes, desarrollar cruzas menos metanogénicas, etc.
Es importante aclarar, que aunque
hombre busca disminuir estas emisiones por el impacto que pueden generar
en el medio ambiente lo hace también por la pérdida económica que puede
representar ya que es una importante pérdida de energía para el animal.
Para comprender cuál es la
relación existente entre los bovinos y el medio ambiente y porque surgió hace
un tiempo la teoría de que estos animales son los responsables, o al
menos grandes contribuyentes, del efecto invernadero es necesario que nos
informemos un poco sobre el tema.
Para entender qué es el gas metano y el porqué de su problemática
primero deberíamos informarnos sobre el proceso digestivo de los rumiantes.
Rumiante es un animal que digiere alimentos en
dos etapas: primero los consume y luego realiza la rumia. Ésta consiste en
regurgitación de material semidigerido, remasticación y agregación de saliva.
Es por medio de la microflora ruminal que logra la digestión de lo consumido,
de los distintos microorganismos que forman parte de esta microflora son las bacterias metanogénicas las encargadas de
la producción del gas metano, el cual es eliminado del bovino por medio del eructo.
El gas metano, entre otros metabolitos
generados, si hablamos de energía constituye una pérdida y si
nos referimos al medio ambiente contribuye al calentamiento y al cambio
climático global.
¿Qué es el
efecto invernadero y que relación existe entre éste y el ganado bovino?
Efecto invernadero es el fenómeno por el cual determinados gases, que son componentes de la atmósfera terrestre, retienen parte de la energía que la superficie del planeta emite por haber sido calentada por la radiación
solar. Entre esos gases encontramos al dióxido de
carbono, metano, óxido de nitrógeno, etc.
.El aumento de estos gases en la atmósfera imposibilita a la tierra de
su proceso de eliminación de radiación provocando el aumento de la temperatura
promedio del planeta.
¿Cuán responsables son en realidad los bovinos?
Debido
al aumento mundial de población la actividad humana ha incrementado de manera
significativa las emisiones de este gas. No solo por el aumento en la
producción de animales para consumo sino también por el aumento de otras
actividades cotidianas que también contribuyen a la emisión de este gas, la
deforestación también es muy importante
ya que produce entre el 12 y el 17 por ciento de las emisiones de gases, lo
cual representa una proporción mayor que la causada por la suma de todos los
automóviles, camiones, barcos, aviones y trenes del planeta y aproximadamente
la misma cantidad que las producidas por la digestión bovina.
El
siguiente cuadro compara las emisiones de CH4 en distintas actividades:
En forma directa la emisión de metano de los rumiantes es similar a la
de actividades relacionadas con
la producción y combustión de derivados del petróleo.
La
producción de CH4 en los rumiantes está influenciada por factores como consumo
de alimento, composición de la dieta, digestibilidad del alimento,
procesamiento previo del alimento y frecuencia de alimentación.
Debido a distintos acuerdos que se han realizado en
el mundo para proteger el medio ambiente y tratar de evitar el su gran
deterioro por la mano del hombre muchos países están llevando a cabo distintas
acciones para disminuir las emisiones de estos gases nocivos. Lo primero que se
hizo fue medir las emisiones de gases de cada país a causa de las actividades
socio-económicas implementadas. Para medir las emisiones del ganado se
confeccionó un inventario ganadero donde se definieron las categorías y
subcategorías de animales entonces de
acuerdo a la categoría se evalúa la productividad de éstos, la calidad de la
dieta y las condiciones de manejo de los desechos, y así lograr una estimación
más exacta de la ingesta de alimentos y usarla en la estimación de la
producción de
Las metodologías que se emplean para la medición del gas metano son las
siguientes:
·
Técnicas analíticas: espectroscopía
infrarroja, cromatografía de gases, espectroscopía de masa y técnicas de diodo
laser.
·
Calorimetría: Consiste en el empleo de cámaras abiertas, cerradas o cámaras de
respiración. También se han construido cámaras rústicas para pequeños rumiantes
utilizando materiales e instrumentos de uso común, en las que fue posible identificar
diferencias en la producción de CH4 debidas a la dieta. La calorimetría nos
permite obtener información sobre
variabilidad de las emisiones durante el día por animal y entre animales.
·
Uso de gases
trazadores: esta técnica
se fundamenta en la liberación de una cantidad conocida del gas trazador
contenido en un tubo pre calibrado permeable colocado en el rumen, y la
medición subsecuente de la relación de este gas en muestras representativas de
aire expirado por los animales en prueba. Permite usarse en condiciones
normales de pastoreo y se puede obtener información individual de los animales,
lo cual permite efectuar diversos tipos de comparaciones.
·
Óxido nitroso
(N2O): El N2O se usa como trazador, el cual es liberado a
una tasa conocida. La tasa de emisión de CH4 de los animales se determina a
partir de la relación de la concentración CH4:NO2 y la tasa conocida de
liberación de NO2. Este método es capaz de cuantificar simultáneamente ambos
gases en la corriente de aire.
·
Colecta directa: En Argentina se ha ensayado una técnica para colectar el gas producido
en el rumen, mediante una fístula de 2 cm de diámetro, a través de la cual
fluye el gas a un contenedor de nylon, tipo globo fijado al lomo. Una vez que
se ha recolectado el gas durante 24 h se determina su concentración de CH4 en
intervalos de 6 h.
·
Se ha descrito
una técnica nueva a cielo abierto denominada espectroscopía infrarroja
transformada Fourier (FTIR, por sus siglas en ingles), la cual consiste en que
cada animal lleva un pequeño contenedor
con N2O, fijado en un collar, lo cual implica el uso de un método trazador.
Estimadores de la producción de metano:
En 1940 se propuso una ecuación para calcular la
producción de CH4: el coeficiente de determinación de la ecuación fue de 0.94 y
se basaba en 100 g de carbohidratos digeridos.
El análisis de varios experimentos en los que se midió la emisión de CH4 a partir de distintos tipos de dietas (forrajes, mixtas y peletizadas), indicó que en cada tipo de dieta con un consumo a nivel de mantenimiento, la producción de CH4 se incrementaba a medida que aumentaba la digestibilidad aparente de ésta.
La producción de CH4 en
rumiantes alimentados con base en forraje puede ser predicha adecuadamente por
sencillas incubaciones in vitro, combinando la digestibilidad verdadera del alimento y las mediciones de
producción de gas, para lo que es preciso siempre conocer el consumo de
alimento.
Hay distintos factores y condiciones que intervienen en la cantidad
de metano producido por los Bovinos, algunos de ellos son los siguientes:
Nivel de consumo: se
comprobó que a medida que el consumo diario de alimento se incrementa, el
porcentaje de energía bruta que se pierde como CH4 se reduce pero sin embargo,
esto también depende a su vez del tipo de alimento, ya que por ejemplo, cuando
se ofrecen cantidades limitadas de carbohidratos de alta digestibilidad, se
produce una elevada pérdida de CH4, y cuando se ofrecen grandes cantidades de
carbohidratos de alta gigestibilidad ocurre menor pérdida de CH4. El tipo de
carbohidrato también afecta la producción de CH4, ya que los azúcares solubles
son menos metanogénicos que los estructurales, y que el almidón.
Procesamiento
de los ingredientes:
El picado y peletizado de los forrajes son los factores que pueden disminuir
fuertemente la producción de metano. Este aspecto al parecer se debe a la
rápida tasa de pasaje que contribuye a la disminución en la producción de este
gas. Pero cuando el consumo no es adecuado este efecto se pierde.
Tipo de fermentación en el rumen:
La cantidad de ácido propiónico producida y sobre todo la proporción de ésta
respecto a la del ácido acético, es el factor de mayor impacto en la producción
de CH4. La fermentación de las paredes celulares de la fibra resulta en alta
proporción acético/ propiónico, y por esto mayores pérdidas de CH4.
Tipo, especie y calidad
del alimento: Al
ofertar forrajes con alta, media o baja
digestibilidad, y elaborando con estos una mezcla de heno de leguminosa y gramínea, heno de
gramínea de mediana calidad y heno de gramínea de baja calidad, se comprobó que la emisión de gas se
reduce.
Tipo de carbohidrato: El principal componente en
la producción de metano es el tipo de carbohidrato y la tasa de fermentación.
El tipo de carbohidrato fermentado afecta la producción de metano a través de impactos en el pH y la población
microbiana. Así, la fermentación
de los carbohidratos fibrosos produce una alta relación de acetato/propionato y
una alta producción de metano.
Sistema de producción: En
sistemas de producción ganadera tropicales generalmente se tienen bajos índices
productivos debido a la baja calidad de la dieta, lo cual implica que en
situaciones de bajo consumo de alimento a causa de baja tasa de pasaje, donde
se obtiene mayor emisión de CH4 y por ende menor aporte de energía
metabolizable.
Para tratar de solucionar el problema de estas emisones, los
investigadores recomendaron reducir las emisiones de metano provenientes del
ganado vacuno mediante diversas estrategias que no impliquen grandes costos
para los productores y cuya tecnología se encuentre disponible.
Entre las estrategias se encuentra mejorar la nutrición, la
reproducción y la genética.
Se ha propuesto en los
últimos años llevar a cabo distintas actividades, las cuales deben cumplir con
ciertos requisitos:
ü Aumentar la
producción.
ü Ser económicamente
viables y efectivas, en las condiciones actuales.
ü Ser consistentes
con las tradiciones y los sistemas de producción locales.
Alternativas que se
pueden llevar a cabo para redurir
las emisiones de metano por rumiantes.
MANIPULACIÓN DE LA ALIMENTACIÓN
Como ya hemos visto, existen numerosos factores que
afectan la producción de CH4, por lo que las alternativas para reducirlo pueden
orientarse a uno de los factores, a un grupo de estos, o a implementar todo un
conjunto de medidas para su control, lo que dependerá en gran parte de las
condiciones de producción. Se han realizado numerosas investigaciones y en base
a éstas se elaboraron tres medidas principales:
1)
Disminución de
CH4 en el rumen indirectamente, por ejemplo, la defaunación, estimulando la
fermentación propiónica en el rumen, disminuyendo la cantidad de carbohidratos
estructurales y aumentando la de carbohidratos de fácil fermentación en la
dieta.
2)
Evaluación de productos
que inhiben directamente a las bacterias metanogénicas; por ejemplo, la
producción de vacunas, utilizando extractos de plantas, ionóforos, antibióticos
específicos, bacteriófagos y bacteriocinasas.
3)
Evaluación de
vías alternas para la utilización del H+ producido en rumen, con el objetivo de
limitar la producción de CH4. Se han adicionando ácidos orgánicos precursores
del propionato y se investigan diferentes bacterias acetogénicas que pueden
usar H+ y CO2 en la producción de acetato.
El mejoramiento de las características
nutricionales del forraje y la implementación de sistemas estratégicos de
suplementación, como la presencia de otros estratos vegetales en el área de
pastoreo, pueden mejorar las características de la fermentación ruminal, reflejándose
en mayor productividad y generalmente en una disminución en las emisiones de
CH4.
Se han destacado cuatro objetivos principales al
usar aditivos para optimizar la función ruminal:
1)
reducir la producción de CH4 a favor del propionato para mejorar el balance
energético de los animales.
2)
disminuir la degradación de las proteínas para incrementar la biodisponibilidad
de aminoácidos en el intestino delgado.
3)
reducir la tasa de degradación de los carbohidratos rápidamente fermentables
(almidón, sacarosa) y controlar la concentración de ácido láctico.
4)
mejorar la digestión de la fibra. Los antibióticos ionóforos cubren la mayoría
de estos objetivos en el rumen.
Algunos de
los aditivos usados son:
Ionóforos: por
ejemplo la Monensina sódica puede reducir el consumo de alimento entre un
5-6%, disminuir la relación acetato/propionato y disminuir las emisiones de
metano.
Lípidos. Aunque se los suele
adicionar para incrementar la densidad energética de la dieta, para aumentar la
producción de leche o para modificar su perfil de ácidos grasos, su adición a
las dietas para rumiantes impacta en la pérdida de CH4 por varios mecanismos,
incluyendo la biohidrogenación de AG insaturados, mayor producción de ácido
propiónico e inhibición de protozoarios, por lo que son una opción para alterar
la producción de CH4.
Grasas animales: La
adición de 3 % de lípidos a dietas altas en forrajes disminuye la emisión de
CH4.
Ácidos grasos:
·
Acido cáprico.
Se compró in vitro que su adición provocó inhibición en la metanogénesis.
·
Acido láurico:
es el más potente para suprimir la
producción de CH4 en el tracto total, que el ácido mirístico.
·
Acido mirístico:
De entre los AG saturados, los de cadena media son los que tienen mayor
potencial para suprimir la metanogénesis ruminal.
·
Ácido oleico,
linoleico, linolénico, palmític y etillinolenato.Se ha investigado que la
adición al rumen de aceptores de hidrógeno distintos al CO2 podrían reducir la
producción de CH4, para lo cual se realizó una serie de experimentos, en los
que la infusión de ácido oleico, linoleico y linolénico redujeron la producción
de CH4. La depresión en la producción de CH4 tendió a incrementarse a medida
que aumentó la insaturación de los AG. También se ha encontrado que ocurre una
menor proporción de acetato y mayor de propionato al incrementar el nivel de
insaturación de los AG, disminuyendo las poblaciones de metanogénicos y
protozoarios con los ácidos linoleico y linolénico, siendo este último más
eficiente.
·
Ácido fumárico:
al utilizarlo como aditivo tiene potencial para disminuir la producción de CH4
así como de incrementar la glucogénesis y por tanto el rendimiento de leche,
pero la cantidad debe restringirse debido al riesgo de acidosis y al
consecuente decremento en la digestibilidad de la fibra y del consumo de
alimento. El ácido fumárico es reducido a succinato por H2 o 2H, el cual es
convertido a su vez en propionato. Un mol de ácido fumárico puede por tanto desviar un máximo de un mol
de H2 de la formación de CH4.
Metabolitos secundarios: Estos
incluyen a las saponinas, terpenoides, fenoles, glucósidos, taninos, ligninas,
alcaloides, polisacáridos y aceites esenciales. La especificidad de los
metabolitos secundarios de los vegetales contra grupos microbianos puede
utilizarse para la inhibición selectiva de algunos microbios indeseables en el
rumen.
Taninos, saponinas y otros compuestos fenólicos:
Los taninos condensados de las plantas
reducen la metanogénesis ruminal mediante la disminución de la formación de
hidrógeno e inhibiendo a los metanogénicos.Las saponinas, tienen efecto anti
protozoario que se atribuye al enlace de las saponinas con el colesterol de la
membrana celular del protozoario, causando su lisis, y dado que aproximadamente
el 25 % de los metanogénicos están en simbiosis con protozoarios ciliados, la
inhibición de la metanogénesis se atribuye principalmente al efecto adverso de
las saponinas en los protozoarios ciliados productores de hidrógeno y en las
bacterias celulolíticas, reduciendo la disponibilidad de hidrógeno para la
metanogénesis.
Nitratos: los nitratos pueden usarse
como fuente de N fermentable en el rumen, siempre y cuando el animal haya sido
previamente adaptado, sin que se observen signos de enfermedad y con el posible
incremento en la eficiencia de crecimiento microbiano.
Adición de bacterias acetogénicas:
La evaluación de seis bacterias acetogénicas in vitro resultó en la
disminución de la producción de CH4.
Otra de las propuestas que también
se ha planteado es la de mejorara la calidad del forraje, mezclándolos con
forraje tropical, el cual disminuye la producción de metano en la fermentación. De esta manera las
emisiones de gas metano se harían mucho menores.
AGENTES
MEJORADORES DE LA PRODUCCIÓN
Somatotrofina bovina: La somatotrofina bovina es una
hormona de crecimiento producida naturalmente por la glándula pituitaria de los
vacunos. las técnicas de ADN recombinante permiten sintetizar artificialmente
grandes cantidades de ella. Las pruebas de desarrollo indican que esta hormona
puede mejorar la productividad lechera en un 10 a 20% por lactancia. También es
efectiva para aumentar la eficiencia alimentaria y reparticionar el crecimiento
a favor del tejido muscular. El uso comercial de la somatotrofina bovina ha
sido aprobado en varios países y aún se está considerando en otros.
Implantes de anabólicos esteroides: Los implantes son una técnica
comercializada y probada en los sistemas de producción de carne, para mejorar
la eficiencia alimentaria y la repartición del crecimiento.
MEJORAMIENTO
GENÉTICO
El
mejoramiento continuo del potencial genético aumentará la productividad y, por
lo tanto, reducirá las emisiones de metano por unidad de producto.
Cruzamientos en países en desarrollo: Algunos afirman que las
razas nativas se comportan mejor en sus ambientes naturales y que las
características genéticas no son factores limitantes de la producción. La
importancia de los factores genéticos aumenta a medida que mejora la nutrición.
Manipulación transgénica: consiste en transferir caracteres
genéticos deseables entre especies.
Cría de vacas en miniatura:
producen menos metano que una vaca de tamaño normal, en un terreno de cinco
hectáreas donde caben dos vacas, entran
diez minivacas.
MEJORAMIENTO
REPRODUCTIVO
Grandes
cantidades de rumiantes son mantenidos con el propósito de producir crías. Si
la eficiencia reproductiva aumenta, las emisiones de metano por unidad de
producto pueden reducirse significativamente.
Producción de mellizos: se han desarrollado técnicas para
producir mellizos sanos, a partir del ganado vacuno. Con una adecuada nutrición
de la madre y las crías, esta técnica puede reducir sustancialmente el número
total de madres necesarias para producir terneros.
Transplante embrionario: Embriones producidos por
superovulación de vacas genéticamente superiores pueden transferirse a vacas
adoptivas, con mérito genético inferior. De esta forma, se libera a la vaca
mejor del prolongado período de gestación, redireccionando la energía hacia una
mayor cantidad de ovulaciones. Esta técnica tiene el potencial para mejorar la
eficiencia reproductiva general.
Inseminación artificial y
sincronización de celo: Estas son técnicas reconocidas para
mejorar la eficiencia reproductiva. Su implementación está limitada a los
sistemas intensivos, en los que es posible el contacto frecuente con las vacas.
CONCLUSIÓN
Cada vez resulta más evidente que las emisiones de gases de invernadero
generadas por el hombre están afectando el clima del planeta. Durante el último
siglo se registraron incrementos en la temperatura global que no son
explicables en su totalidad por causas naturales, trayendo consigo cambios que
van desde el aumento del nivel del mar hasta alteraciones en el comportamiento
de los animales, y se espera un mayor calentamiento y modificaciones aún más
importantes en el futuro. La solución al problema y sus consecuencias deben
involucrar a todos los países, tomando en cuenta sus diferentes condiciones y
capacidades.
Las emisiones de los gases
del efecto invernadero procedentes de la
producción animal difiere fundamentalmente del de otros sectores como, por
ejemplo, el del transporte. Son el resultado de un conjunto de procesos
biológicos por lo que resulta difícil gestionar esas emisiones inevitables,
originadas por procesos biológicos. Estas emisiones de metano (CH4) provienen
de la fermentación entérica en los rumiantes y del estiércol.
Son
numerosas las consecuencias que el efecto invernadero está teniendo y va a
tener sobre nuestro planeta. Dichos efectos no inciden por igual en todas las
regiones del mundo, siendo las más desfavorecidas y densamente pobladas las más
vulnerables. Algunas de estas consecuencias son:
1. Aumento de la temperatura terrestre.
2. Cambios en la capa de nieve, hielo y
suelo helado.
3. Aumento del nivel y de la temperatura del mar.
4. Aumento de la frecuencia e intensidad de los fenómenos meteorológicos
extremos.
5. Peligro de extinción de numerosas especies animales y vegetales.
6. Efectos sobre la agricultura y el sector forestal.
7. Impactos sobre la salud humana.
Debido a que la
demanda mundial de proteínas animales irá aumentando paralelamente al crecimiento
de la población y a medida que los hábitos
alimentarios cambian la producción animal desempeña y seguirá desempeñando un
papel clave en el suministro alimentario. Es por esto que resulta muy
importante que el hombre tome medidas al respecto en cuanto a la producción de
bovinos.
En los países en desarrollo, la mayor
demanda de productos de origen animal ha sido cubierta, principalmente, por
aumentos en el número de animales y no por un incremento de la productividad
individual.
Las estrategias para reducir las emisiones de metano a partir de los rumiantes deben:
·
Aumentar la producción.
- Ser económicamente viables y efectivas, en las condiciones
actuales.
- Ser consistentes con las tradiciones y los
sistemas de producción locales.
Las recomendaciones para
reducir las emisiones de metano provenientes del ganado vacuno consisten
en diversas estrategias que no impliquen grandes costos para los productores y
cuya tecnología se encuentre disponible.
Las estrategias propuestas
que nombramos anteriormente son la manipulación de la alimentación,
mejora de la nutrición por medio de la suplementación estratégica, agentes
mejoradores de la producción, mejoramiento genético y mejoramiento reproductivo.
Como hemos visto la
producción de gas metano por los bovinos es debido a un proceso totalmente
fisiológico y aun que existan distintos factores que determinan la mayor o
menor emisión de este gas, es importante que el hombre como productor tome las
medidas y recaudos necesarios para minimizar estas emisiones al máximo posible y
así contribuir a disminuir el impacto en el medio ambiente. A pesar de que cada
vez la población mundial sea mayor y haya aumentado junto con ésta la demanda
de alimentos también la tecnología ha avanzado lo suficiente como hacer las
investigaciones necesarias y tomar
medidas adecuadas para tratar de reducir el impacto ambiental.
Es importante mencionar que
aun que estos animales mediante su alimentación contribuyan en las emisiones de
gases contaminantes y que cada vez
crezcan más en número debido a la demanda creciente de alimentos, sería absurdo
hacerlos responsables de una gran contaminación cuando el hombre con el modo de
vida consumista, y destructor que implementa día a día genera un impacto en el
medio ambiente mucho mayor aún y significativo a través de las actividades que
desarrolla, cuando en realidad cuenta con los recursos y medios necesarios para implementar técnicas ecológicas y en su
mayoría económicas y sencillas para evitar tal destrucción.
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