juan ku, fmvz-uady, yucatán

Mitigación de metano entérico en bovinos: Una

opción para la sustentabilidad ganadera en México

Juan Ku, FMVZ-UADY, Yucatán

Esquema de la charla

• Ganadería y ambiente

• La técnica de cámaras de respiración

• Inventarios de metano entérico

• Compuestos secundarios en alimentos

• Mitigación de las emisiones de metano

• Conclusiones

33.5 millones de cabezas de ganado bovino

Fermentación

entérica

Gg de CO2e

CH4 % CH4

Bovinos 50,121.38 93.79

Ovinos 1,219.51 2.28

Cabras 1,221.50 2.29

Caballos 439.92 0.82

Mulas y asnos 110.38 0.21

Cerdos 330.03 0.62

Total 53,442.72 100

Modificado de INEEC

Estimaciones de metano entérico generado

por la ganadería en México 2015

Existe una fuerte relación entre el consumo

de MS y la emisión de metano: el rendimiento

de metano = g CH4/kg MS consumida

• Composición química [proteína cruda, FDN, EM

MJ/kg MS; proteína metabolizable (g/kg)]

• Consumo de materia seca: kg/día; MS como % del

peso vivo

• Digestibilidad aparente/degradabilidad ruminal de la

materia seca, proteína cruda, fibra detergente neutra

• Eficiencia de conversión alimenticia

• Ganancia de peso/producción de leche

CONCEPTO DE VALOR NUTRITIVO

Composición química

Consumo de MS: define la absorción de EM

N2O

en caso de un exceso de proteína en la ración, el

productor estará perdientdo $$ en la orina

AGV’s

CH4

Calor de fermentación

CO2

Glucosa

NH3

Bacterias

Protozoarios

Hongos

ATP’s

Proteínas

Carbohidratos

Heces

O

r

i

n

a

M

e

t

a

n

o

Incremento

calóricoMantenimiento

T

e

j

i

d

o

Leche

Producción de calor

Energía bruta

Energía digestible

Energía metabolizable

Energía neta

ICm+ ICp ENm ENp

Destino de la energía bruta consumida

CH4

CH4

CH4

CH4

Balance de fermentación ruminal

C6H12O6 + 2H2O → 2C2H4O2 (acetato) + 2CO2 + 8H

C6H12O6 → C4H8O2 (butirato) + 2CO2 + 4H

CO2 + 8H → CH4 + 2H2O

C6H12O6 + 4H → 2C3H6O2 (propionato) + 2H2O

Es una práctica ganadera donde se combinan árboles, arbustos, herbáceas y

animales los cuales interactúan con el suelo y el clima con el objetivo de

incrementar la rentabilidad de la producción ganadera

Silvopastoralismo

Fijación biológica

del N y captura de

C: reducción de

óxido nitroso y

dióxido de C

Fijación

de N2

Calidad de

forraje

Transferencia

de N2Rendimiento

de forraje

Mejor calidad de forraje, menor

emisión GEI= mejor ambiente

Taninos condensados

saponinas

protozoarios

Arqueas

Técnica de cámaras de respiración para la

medición de CH4 entérico

Analizador de O2

Analizador de CO2

Analizador de CH4

Filtro de humedad para la

calibración del analizador de O2

Interfase

Medidor de flujo de

masas de la cámara

1Medidor de flujo de

masas de la cámara

2

submuestreador

Analizador de presión de vapor de agua

Multiplexer

Filtro de aire

de la cámara 2

Filtro de aire

de la cámara 1

Sistema de muestreo de las

cámaras calorimétricas

Calorímetros respiratorios indirectos

Linearidad del analizador infrarrojo de metano

CH4

analyzer

Inventarios de CH4 entérico

4 5 6 7 8 9 10 11 12

0

20

40

60

80

100

120

140

160

CH

4 p

rod

uc

tio

n (

g/d

ay)

DMI (kg/day)

y = 18.078x - 60.516

R² = 0.7372

n = 66

Rendimiento de metano en bovinos alimentados con una ración basal de

heno de pasto tropical de baja calidad y un suplemento (Ku-Vera et al.,

2018)

y = 18.07x – 60.516

R2 = 0.7372

N = 66

Peso

vivo

(kg)

CH4

(g/d)

CH4

(g/kg

CMS)

CH4

(MJ/d)

Consumo

de MS

(kg/d)

Consumo

de EB

(MJ/d)

Digestibilidad

de MS (%)

n 8 59 59 59 59 59 59

Media 327.1 129.4 16.0 7.2 8.1 137.1 52.1

Mínimo 294.0 85.4 12.0 4.6 6.9 116.7 22.4

Máximo 350.0 209.3 25.1 12.3 8.9 149.9 68.3

Desviación

estándar

14.6 29.2 3.55 0.1 0.5 8.2 8.8

Coeficiente de

variación (%)

4.5 22.6 22.2 7.3 6.0 5.9 16.9

Rendimiento de metano y consumo de MS de bovinos

alimentados con heno del pasto tropical Megathyrsus

maximus y un suplemento (Zavala-Escalante, 2018)

Inventario de CH4 entérico bovino de México = 2,039.21 Gg

= 50,980.25 Gg de CO2e

Castelán, Ku, et al. 2019. Programa

Mexicano del Carbono

Mitigación de CH4 entérico

¿qué sucede con el CH4 entérico en

un sistema silvopastoril?

Nivel de incorporación en la ración de hojas molidas de Leucaena

leucocephala (% MS) (consumo de taninos condensados (g/día)

Contraste

0

(0)

12

(23)

24

(71)

36

(104)

EE P-value Lineal

CH4 (g/d) 174a 163b 155b 140c 3.03 0.0011 **

CH4 (g/kg CMS) 20.8a 19.7a 18.0b 16.5c 0.41 0.0012 **

Ym (% CEB) 6.50a 6.07b 5.54c 5.05d 0.13 0.0008 **

Factor de emisión

de CH4

(kg CH4/cabeza/año)

63.59a 59.47b 56.50b 51.10c 1.1 0.0011 **

Emisiones de metano entérico en novillas cruzadas alimentadas con

una ración basal de heno de pasto tropical y niveles crecientes de hojas

de Leucaena leucocephala (Montoya-Flores, 2019) (cámaras de

respiración)

Absolute quantification of microorganisms in rumen liquor by real-time

PCR in crossbred heifers fed a basal ration of tropical grass hay and

increasing levels of Leucaena leucocephala (Montoya-Flores, 2019)

Nivel de hojas de Leucaena leucocephala en la ración (%

MS)

Number of

microorganisms per ml

rumen liquor

0 12 24 36

Protozoarios log10 4.5 4.8 5.3 5.1

Bacterias log10 9.0 9.3 9.4 9.2

Arqueas log10 6.4 6.3 6.8 6.7

Arqueas/bacterias 0.71 0.67 0.72 0.72

Estimated DM intakes and milk production of dual-purpose crossbred cows

grazing in a grass monoculture or in a silvopastoral system of grass + Leucaena

leucocephala (Bottini-Luzardo et al. 2016). Means ± SE

Monocultivo Silvopastoril

L. leucocephala --- 5.1±1.8

C. nlemfuensis 7.4±1.4 4.9±2.4

Grano de sorgo 4.8±2.2

Concentrado 4.6±3.1 ---

Consumo total MS 11.9±2.2 14.8±2.1

P.C. 1.3±1.0a 1.5±1.0a

EM 131±1.0b 161±1.0a

Producción leche 14.5±1.1a 13.5±1.1a

Las vacas en pastoreo consumen 34% del consumo total

como Leucaena leucocephala (Bottini-Luzardo et al. 2016)

Vaca doble propósito: 400 kg PV

Producción leche: 7-8 kg/día (típico de establos lecheros)

Consumo de MS:

2.1% PV como forraje = 8.4 kg MS (en pastoreo)

Suplementada con = 4.0 kg concentrado (durante ordeña)

Consumo total de MS: = 12.4 kg MS/día

8.4 x 0.3 = 2.5 kg forraje de leucaena = 20% de leucaena del total de

consumo de MS

Mitigación esperada de CH4: ~15-20% (dependiendo del nivel de

consumo)

Potencial de mitigación de metano de la leucaena

vacas comen entre un 28-34% de leucaena

0.77 kg/día

Incremento de peso de toros en un sistema silvopastoril

en Michoacán, México (Mayo Eusebio, 2013)

770 g/cabeza/d

Composición química de las vainas de

Enterolobium cyclocarpum

Materia seca 92.63

Proteína cruda 16.72

Extracto etéreo 1.59

Cenizas 4.27

Fibra detergente neutra 35.36

Fibra detergente ácida 23.17

Lignina 8.83

Cinética de la degradación ruminal de la MS de Enterolobium cyclocarpum

Componentes de las vainas de E.

cyclocarpumP value

g/kg MS Cáscara Semillas Vainas EEM

A 701.3a 510.4b 567.3b 19.21 <0.05

B 128.2c 424.2a 299.1b 13.04 <0.05

A + B 829.5b 937.3a 866.4b 9.88 <0.05

C 0.038 0.028 0.039 0.06 >0.05

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

0 6 12 24 36 48 72 96

%

de d

eg

rad

ació

n d

e l

a M

S

Tiempos de incubación h

Semilla

Cáscara

Mixto

Degradación ruminal de la materia seca del

fruto del E. cyclocarpum (Piñeiro, 2009)D

eg

rad

ac

ión

ru

min

al d

e la

MS

(%

)

100

Vainas de Enterolobium cyclocarpum en la ración (% MS)

Control 12 24 36 EEM P-value Contrast

Saponinas

(g/kg MS)0 3.48 6.96 10.44 L Q

CMS kg/día 8.64a 9.76ab 10.05b 10.25b 0.26 0.01 <0.01 ns

CEM (MJ/d) 62.41a 79.57b 81.85b 85.85b 3.42 0.01 <0.01 ns

Digestibilidad

aparente de

MS (%)

45.20a 51.48b 51.85b 52.43b 1.0 <0.01 <0.01 ns

CH4 (g/day) 101.77 91.99 94.08 95.64 6.49 ns ns ns

CH4 (g/kg

MSC)11.77 9.42 9.36 9.303 0.95 ns ns ns

Efecto de la incorporación de vainas molidas de Enterolobium cyclocarpum en la

ración de novillas alimentadas con pasto Pennisetum purpureum de baja calidad

(Lazos-Balbuena, 2015) sobre la emisión de CH4 (cámaras de respiración)

Samanea saman (algarrobo)

Vainas de Samanea saman(taninos condensados + saponinas)

Animales experimentales

Cuatro novillas cruzadas (Bos taurus x Bos indicus) promedio de PV: 261.5 kg

Diseño experimental

Cuadro latino 4 x 4

Mediciones: CH4 en cámaras de respiración

Raciones experimentales

Ración basal de pasto picado de Pennisetum

purpureum

Porcentaje de incorporación de las vainas

molidas:

0, 10, 20 y 30% de la MS

Novillas alimentadas diariamente a las 9:00 h

Composición química de las raciones experimentalesTratamientos

0 10 20 30Ingredientes (% MS)

S. saman 0 10 20 30P. purpureum 87 80 73.5 66.5Pasta de soya 7 5 3 1Salvado de trigo 3 3 2.5 2Melaza de caña 3 2 1 0.5

Composición química (g/kg MS)Proteína cruda 98.1 98.5 98.4 98.1Fibra detergente neutra 587.3 569.4 552.4 532.1Fibra detergente ácida 358.7 350.9 344.3 335.8Almidón total 6.0 24.1 41.2 58.2Energía bruta (MJ/kg MS) 15.8 15.9 16.1 16.3

Taninos condensados (mg/g) 0 1.2 2.4 3.6

Saponinas (mg/g) 0 1.6 3.1 4.7

Consumo de alimento y digestibilidad

Emisiones de metano

Variables de respuesta

Consumo y digestibilidad en novillas cruzadas alimentadas con P. purpureum y niveles

incrementales de vainas molidas de Samanea saman

Nivel de S. saman en la ración (% MS) Contrast

0 10 20 30 SE P-value L

PV (kg) 262 261 263 260 0.64

Consumo

MS (kg/d) 6.26 6.44 6.16 6.49 0.28 0.66 ns

MS (% PV) 2.39 2.47 2.34 2.49 0.09 0.45 ns

PC (g/d) 613.4 644.46 639.22 670.36 49.08 0.15 *

MJ/kg MS 15.82 15.99 16.19 16.32 0.08 <0.0001 **

Saponinas (g/d) 0.00 7.69 15.6 23.3 0.54 <0.0001 **

Taninos condensados (g/d) 0.00 9.98 20.26 30.33 0.71 <0.0001 **

Digestibilidad (g/kg MS)

MS 591 635 603 595 2.03 0.08 ns

FDN 537 591 519 531 3.24 0.32 ns

DM: dry matter, OM: organic matter; CP: crude protein; NDF: Neutral detergent fiber; ADF: Acid detergent fiber; L: linear contrast; SE:

standard error ; * P<0.05; ** P<0.01; ns: non-significant (P>0.05).

Emisiones de metano entérico en novillas cruzadas alojadas en cámaras de

respiración y alimentadas con pasto Pennisetum purpureum picado y niveles

crecientes de vainas molidas de Samanea saman

Nivel de vainas molidas de Samanea saman

en la ración (% MS)Contrast

0 10 20 30 SE P-value L

Items

CH4 (L/día) 120.84 89.63 72.03 59.30 9.39 0.03 **

CH4 (L/kg CMS) 19.04 13.95 12.65 8.19 1.09 0.00 **

Pérdida de energía

como CH4 (MJ/día)4.69 3.48 2.80 2.30 0.36 0.03 **

Pérdida de energía

como CH4 (% CEB ; Ym)4.70 3.38 2.82 2.15 0.31 0.01 **

Proporciones molares de AGV’s en el líquido ruminal de novillas cruzadas

alimentadas con pasto Pennisetum purpureum y niveles crecientes de vainas

molidas de Samanea saman

Nivel de Samanea saman

en la ración (% MS)Contraste

0 10 20 30 SE P-value L Q C

pH del rumen 6.90 6.87 6.97 6.80 0.04 0.06 ns ns *

Acetato (% molar) 70.32 68.39 66.72 60.05 1.27 <.0001 ** ns ns

Propionato (% molar)17.66 18.45 19.88 21.77 1.20 0.01 ** ns ns

Butirato (% molar) 9.7 10.98 10.97 15.20 0.59 <.01 ** ns ns

Acetato:propionato

(proporción)4.01 3.74 3.42 2.82 0.25 <.01 ** ns ns

SE: standard error, * P<0.05; ** P<0.01; ns: non-significant (P>0.05)

Población protozoaria en el líquido ruminal de novillas cruzadas alimentadas con pasto

Pennisetum purpureum y niveles crecientes de frutos molidos de Samanea samanNivel de Samanea saman en la

ración (% MS)Contraste

0 10 20 30 SE P-value L Q C

Protozoarios log10 (células/ml)

Holotricos 4.33 4.47 4.65 4.58 0.31 0.14 ns ns ns

Entodiniomorfos 5.61 5.41 5.40 5.48 0.38 0.20 ns ns ns

Total 5.68 5.49 5.45 5.53 0.34 0.18 ns ns ns

Cinética de la degradación ruminal de la MS (%; a+b (1–exp−ct)) de las vainas

molidas de Samanea saman

Cinética de degradación ruminal

T0 a b c a+b D 0.05

Vainas 64.49 62.46 17.15 0.04 79.61 53.01

SE: standard error; surface response: L: linear contrast; Q

quadratic; C: cubic contrast; * P<0.05; ** P<0.01; ns, non-significant

(P>0.05).

Composición química (% MS) de heno de pasto Guinea

(Megathyrsus maximus) y del follaje de Brosimum alicastrum

Brosimum Megathyrsus

Materia seca 89.34 92.14

Materia orgánica 90.40 89.48

Proteína cruda 15.78 5.60

Fibra detergente neutra 37.54 80.07

Fibra detergente ácida 28.52 48.49

Lignina 12.08 17.80

Fermentación ruminal del follaje de Brosimum alicastrum

Parámetro MS PC MO FDN

a % 21.18 33.84 20.50 -

b % 65.67 61.35 66.12 72.11

a + b % 86.85 95.19 86.62 72.11

c (%/h) 10.52 11.37 10.58 8.33

Brosimum alicastrum in a farm

Megathyrsus maximus:Brosimum alicastrum

100 85:15 70:30 55:45

Consumo MS (g/d) 511 848 1106 1313

Tasa de pasaje (%/h) 1.47 2.75 2.80 4.12

Tiempo de retención rumen (h) 68.02 36.36 35.74 24.27

N microbiano en el intestino

delgado (g/d)2.20 4.92 7.93 9.72

a+ b % Megathyrsus maximus

(OM)41.5 40.6 39.9 38.6

c % Megathyrsus maximus

(OM)2.93 3.46 3.57 3.98

Consumo de MS, tasa de pasaje y N mirobiano en

el duodeno de ovinos Pelibuey consumiendo

Megathyrsus maximus y niveles crecientes de

follaje de Brosimum alicastrum (% MS) (Valdivia,

1996)

Frutos secos de Brosimum alicastrum

Control Enterolobium

cyclocarpum

Samanea

saman

Brosimum

alicastrum

Consumo de

MS (g/día)772 826 859 847

CH4 (g/día) 8.8 7.5 5.9 3.8

CH4 g/kg

CMS11.5 9.2 6.9 4.5

Emisiones de CH4 de ovinos de pelo alojados en cámaras de

respiración y alimentados con una ración basal de pasto

tropical de baja calidad y suplementados con frutos molidos

de árboles (Elshereef, 2018)

Nivel de aceite de palma en la ración

(% MS)

0 2 4 6

CH4 (g/día) 154.72a 137.81b 127.34b 128.34b

CH4 (g/kg

CMS)

20.46a 17.29b 16.26b 15.74b

Ym (% CEB) 7.04a 5.56b 5.22b 5.23b

Emisiones de metano entérico en novillas alimentadas con heno de baja calidad de Megathyrsus maximus y niveles crecientes de

aceite de palma en la ración (Flores-Santiago, 2019)

¿qué hacer para enfrentar el impacto del

cambio climático en la ganadería?

¿qué se puede concluir?

• Existe una diversidad de plantas leguminosas que se pueden

emplear en la alimentación de rumiantes para producir carne y

leche

• El follaje y los frutos de las leguminosas aportan energía y

nitrógeno para la síntesis de proteína microbiana en el rumen

• La incorporación de leguminosas en la ración de los rumiantes

contribuye a incrementar el consumo de alimento

• La inclusión de leguminosas en la alimentación de los rumiantes

contribuye a mejorar la digestibilidad de la ración

• El consumo de leguminosas contribuye a mejorar el aporte de

proteína microbiana al intestino delgado

• El follaje y los frutos de algunas especies leguminosas pueden

contribuir a mitigar la emisión de gases de efecto invernadero

tales como el metano

Heces

O

r

i

n

a

M

e

t

a

n

o

Incremento

calóricoMantenimiento

399 kJ/kg0.75

T

e

j

i

d

o

Leche

Producción de calor

Energía bruta

Energía digestible

Energía metabolizable

Energía neta

ICm+ ICp ENm ENp

Destino de la energía bruta consumida

Muchas gracias por su atención

Juan Ku: kvera@correo.uady.mx

FMVZ-UADY, Mérida, Yucatán