Protección de nitratos y su efecto en la disminución de las emisiones de metano entérico

RESUMEN: Los rumiantes representan hasta un tercio de la producción antropogénica de metano (CH4) en todo el mundo. La producción entérica de CH4 de los rumiantes contribuye al incremento de gases de efecto invernadero y también representa una pérdida de energía en la dieta. Por lo tanto, se presenta un gran interés en el desarrollo de diversas estrategias de mitigación para el CH4 entérico. El nitrato (NO3-) actúa como un sumidero alternativo de hidrogeno y por lo tanto disminuye la producción de metano en rumen, sin embargo, este compuesto durante su proceso de reducción produce nitrito, tóxico para el animal, por el aumento de metahemoglobina (MetHb) en sangre. En el presente trabajo se desarrollaron tres capítulos. En el primero, se realizó un ensayo con el objetivo de obtener un método de protección del NO3- y compáralo con el efecto del NO3- libre sobre la degradación de la materia seca y la producción de metano in vitro. Para tal efecto se evaluaron 4 tratamientos que consistieron en un sustrato de pasto kikuyo (Pennisetum clandestinum Hochst. Ex Chiov) (KK) como dieta base y la mezcla de este con 3 aditivos: kikuyo + nitrato de potasio libre (NL), kikuyo + nitrato de potasio protegido con jabón (NP) y kikuyo + urea (KU). Cada tratamiento con NO3− libre o encapsulado, presenta una inclusión de NO3− del 3% de la MS incubada. Los tratamientos se evaluaron como medidas repetidas en el tiempo, utilizando PROC MIXED de SAS. La inclusión de NP disminuyó la degradación de MS, la producción de gas y la producción de CH4 (p <0.05). NL disminuyó la producción de gas a las 48 h y la producción de metano a las 24 y 48 h (p <0.05), sin afectar la degradación de la MS. Los resultados indican que en una dieta con kikuyo, el uso de NP en una inclusión de NO3- del 3% de la MS, puede llegar a reducir en un 80 y 53% la producción de CH4 durante 24 y 48 horas in vitro. Sin embargo, el uso del jabón de soya como método de protección de NO3− debe ser considerado con mas detalle, debido a que su naturaleza lipídica podría presentar un alto potencial tóxico sobre los microrganismos ruminales y explicaría la disminución de la materia seca degradada (MSD). En el segundo capítulo se evaluó la protección de NO3- y su efecto en la disminución de CH4, MSD, perfil de fermentación, concentración de NO3-, nitritos (NO2-) y poblaciones de metanógenos a nivel in vitro. Se fabricaron pellets de celulosa microcristalina (CMC) para la protección del nitrato y se evaluaron a nivel in vitro 4 tratamientos: control, UR, NL y NP, durante 12, 24 y 48h. En las primeras 12 horas de incubación, tanto el NL como el NP redujeron el porcentaje de producción de CH4 en un 44% y 26% (P <0.0001), con respecto al control; mientras que a las 24 y 48 h solo el NL redujo este porcentaje en un 43% y 38% (P <0.0001), en comparación con los tratamientos control, NP y UR que presentaron valores similares entre si. La cantidad de metanógenos no fue afectada. Los resultados indican que el NP muestra un potencial de mitigación de CH4 solo durante las primeras 12 h de incubación, sin afectar la MSD. El NL redujo efectivamente la producción de CH4 entérico, pero afectó transitoriamente la MSD. No se encontró una relación entre la reducción en la producción de CH4 originada por el NL y el número de copias del gen mcrA, lo que implica que la inhibición del CH4 no se vió afectada por los cambios en la población total de metanógenos. Finalmente, en el capítulo 3, se elaboró un NO3- protegido con el objetivo de evaluar su efecto en las emisiones de CH4 entérico, consumo de materia seca (CMS), balance energético, utilización del nitrógeno y formación de metahemoglobina (MetHb) en sangre de novillos Brangus confinados en trópico alto. Nueve novillos machos (341.1 ± 23.02 Kg) fueron asignados a corrales individuales en un diseño de cuadrado latino triplicado con 3 bloques y 3 tratamientos como: Control (urea), NL = 3% de NO3- en base seca y NP= 3% de NO3- protegido en base seca. Las dietas fueron isonitrogenadas con una proporción de heno de pangola: concentrado 65:35. El experimento tuvo una duración de 123 días mas una adaptación inicial de 30 días (estabulación y cámaras) y 3 periodos de medición cada uno de 31 días (15 días de adaptación al NO3- y 16 de mediciones). No se presentaron niveles tóxicos de MetHb sanguínea con ningún tratamiento. La producción de CH4 fue menor para los tratamientos con NL y NP con respecto al control (16.91 y 17.95 Vs. 23.24 L/Kg de CMS; P <0.05). Se observó un menor factor de partición (Ym) con NL y NP con respecto al control (4.10 y 4.37 Vs 5.43 %; p< 0.05). El NP llevó a la disminución en el porcentaje del consumo de energía metabolizable (CEM) y energía retenida (ER) (15.35 y 5.67%), con respecto al control (20.40 y 8.36 %; P <0.05), respectivamente. El nitrógeno retenido (g/d) se observó en menor cantidad en la dieta con NP (60.82) al ser comparado con el control (92.51) y el NL (107.29), P <0.05. En conclusión, la suplementación con un 3% de NP en la dieta de novillos Brangus, redujo la producción de CH4 entérico en un 23% en comparación con la dieta control, sin presentar niveles tóxicos de MetHb en sangre. Sin embargo, el NP afectó negativamente el consumo de MS, retención de nitrógeno, digestibilidad y metabolicidad de la dieta.

ABSTRACT: Ruminants account for up to one third of anthropogenic methane (CH4) production worldwide. The enteric production of CH4 by ruminants contributes to the increase of greenhouse gases and also represents a loss of energy in the diet. Therefore, there is great interest in the development of various mitigation strategies for enteric CH44. Nitrate (NO3-) acts as an alternative hydrogen sink and therefore reduces the production of methane in the rumen, however, this compound during its reduction process produces nitrite, toxic to the animal, due to the increase in methemoglobin (MetHb ) in blood. In the present work three chapters were developed. The first had the objective of developing a NO3- protection method and testing it with an unprotected source to evaluate its effect on dry matter degradation and in vitro methane production. For this purpose, 4 treatments were evaluated that consisted of a substrate of kikuyo grass (Pennisetum clandestinum) (KK) as base diet and the mixture of this with 3 additives: kikuyo + free potassium nitrate (NL), kikuyo + encapsulated potassium nitrate. with soap (NE) and kikuyo + urea (KU). Each treatment with free or encapsulated NO3- presents an inclusion of NO3- of 3% of the incubated DM. The treatments were evaluated as repeated measures in time, using PROC MIXED from SAS. The inclusion of NP decreased the degradation of DM, the gas production and the CH4 production (p <0.05). NL decreased gas production at 48 h and methane production at 24 and 48 h (p <0.05), without affecting DM degradation. The results indicate that in a diet with kikuyo, the use of NP in an inclusion of NO3- of 3% of the DM, can reduce the production of CH4 by 80 and 53% during 24 and 48 hours in vitro. However, the use of soy soap as a method of protecting NO3- must be considered in more detail, since its lipid nature can present a high toxic potential on ruminal microorganisms, decreasing the MSD. In the second chapter, the protection of NO3- and its effect on the reduction of CH4, degraded dry matter (MSD), fermentation profile, concentration of NO3-, nitrites (NO2-) and populations of methanogens at the in vitro level were evaluated. Crystalline microcellulose (CMC) pellets were manufactured for nitrate protection and 4 treatments were evaluated at the in vitro level: control, UR, NL and NP, for 12, 24 and 48h. In the first 12 hours of incubation, both NL and NP reduced the percentage of CH4 production by 44% and 26% (p <0.0001), with respect to the control; while at 24 and 48 h, only the LN reduced this percentage by 43% and 38% (p <0.0001), in comparison with the control, NP and UR treatments that presented similar values to each other. The amount of methanogens was not affected by the inclusion of nitrates in the substrate. In conclusion, the results indicate that NP, evaluated in the present study, shows a CH4 mitigation potential only during the first 12 h of incubation, without affecting the MSD. NL did reduce enteric CH4 production, but transiently affected MSD. No relationship was found between the reduction in CH4 production caused by NL and the copy number of the mcrA gene, implying that CH4 inhibition was not affected by changes in the total methanogen population. Finally, in Chapter 3, a protected NO3- was elaborated with the objective of evaluating its effect on enteric CH4 emissions, dry matter consumption (CMS), energy balance, nitrogen utilization and formation of methemoglobin (MetHb) in blood. of Brangus steers confined to the high tropics. Nine male steers (341.1 ± 23.02 Kg) were assigned to individual pens in a triplicate Latin square design with 3 blocks and 3 treatments such as: Control (urea), NL = 3% NO3- on dry basis and NP = 3% of NO3- protected on a dry basis. The diets were isonitrogenated with a 65:35 pangola hay: concentrate ratio. The experiment lasted 123 days and consisted of an initial adaptation of 30 days (housing and chambers) and 3 measurement periods each of 31 days (15 days of adaptation to NO3- and 16 of measurements). There were no toxic levels of blood MetHb with any treatment. The production of CH4 was lower for the treatments with NL and NP with respect to the control in (16.91 and 17.95 Vs. 23.24 L / Kg of CMS; p <0.05). A lower partition factor (Ym) was observed with NL and NP with respect to the control (4.10 and 4.37 Vs 5.43 Ym; p <0.05). NP led to a decrease in the percentage of metabolizable energy consumption (CEM) and retained energy (ER) (15.35 and 5.67%), with respect to the control (20.40 and 8.36%), respectively. Retained nitrogen (g / d) was observed in less quantity in the diet with NP (60.82) when compared with the control (92.51) and the NL (107.29). In conclusion, supplementation with 3% NP in the diet of Brangus steers, reduced the production of enteric CH4 by 23% compared to the control diet, without presenting toxic levels of MetHb in the blood. However, NP negatively affected DM intake, nitrogen retention, digestibility, and diet metabolicity.

Doctorado

Doctor en Ciencias Animales