Fermentación in vitro y composición química de algunos forrajes y dietas ofrecidas bajo un Sistema Silvopastoril en el trópico de altura

J E Rivera, J F Naranjo*, C A Cuartas* y F A Arenas**

Centro para la Investigación en Sistemas Sostenibles de Producción Agropecuaria, CIPAV
Carrera 25 No 6-62 Cali, Colombia
jerivera@cipav.org.co
* Universidad de Antioquia, Colombia
** Corporación Universitaria La Sallista, Grupo GIPDTA

Resumen

Las políticas nacionales para mejorar la competitividad del sector lácteo Colombiano buscan la promoción e implementación de los sistemas agrosilvopastoriles. Es así, como diferentes arreglos silvopastoriles adaptados a las condiciones de trópico de altura del país se vienen impulsando. Con el propósito de conocer aspectos nutricionales relevantes en algunas especies y dietas ofertadas bajo estas condiciones, forrajes como Tithonia diversifolia, Sambucus peruviana, Pennisetum clandestinum, un alimento balanceado comercial y diferentes mezclas alimenticias fueron analizadas y comparadas mediante la técnica de producción de gas y análisis químico.

 Los valores de producción de gas (96 horas) más elevados pertenecieron a CTL, PPC+CTL+MF y PPC, reportando valores en promedio de 146, 114 y 106 ml de gas respectivamente; los forrajes con menos cantidad de gas acumulado fueron las especies TD y SP. El tratamiento que presentó mayor fermentación in vitro de la materia seca fue para PPC+CTL+TD, aunque no fueron encontradas diferencias estadísticas (p>0.05) entre tratamientos. Dentro de los forrajes evaluados la mayor fermentación in vitro fue la presentada por SP con 65.4%, la cual igualmente presentó mayor PC y EB describiendo valores de 25.7% y 4,076 kcal/kg respectivamente. 

Palabras clave: arbusto, banco mixto forrajero, calidad forrajera, lechería especializada, Tithonia diversifolia, Sambucus peruviana

In vitro fermentation and chemical composition of some forages and diets offered to cattle in a tropical Silvopastoral System

Abstract

National policies to improve the competitiveness of Colombian dairy cattle seek the promotion and implementation of agroforestry systems; this is how different Silvopastoral arrangements adapted to high tropical conditions have been promoted. The purpose of this study was to meet relevant nutritional aspects of diets and some species offered under these conditions, fodder as Tithonia diversifolia, Sambucus peruviana, Pennisetum clandestinum, a commercial feed and different feed mixtures were analyzed and compared by gas production technique and analysis chemical.

CTL, PPC+CTL+MF and PPC were the treatments that showed higher gas production at 96 hour, reporting average values of 146, 114 and 106 ml of gas respectively. On the other hand the fodders with less accumulated gas quantity were the species TD and SP. The treatment with higher in vitro fermentation of dry matter was PPC+CTL+TD, but showed no statistical difference (p> 0.05) between treatments. Among the forages evaluated SP showed the major in vitro fermentation with 65.4%, and also showed higher values for CP and gross energy describing 25.7% and 4,076 kcal/kg respectively. 

Keywords: forage quality, mixed fodder bank (MFB), shrub, Sambucus peruviana, specialized dairy, Tithonia diversifolia

Introducción

En el documento CONPES 3675 (DPN 2010) que describe la política nacional para mejorar el sector lácteo colombiano se enuncia como una estrategia del plan de acción, la promoción e implementación de sistemas agrosilvopastoriles en zonas estratégicas de producción tendientes a fortalecer la lechería. Debido a esto desde hace unos años se vienen impulsando arreglos silvopastoriles adaptados a condiciones de trópico de altura, que pueden mejorar la competitividad del sector bajo distintas opciones de manejo y aplicación (FAO 2007; Chamorro y Rey 2008; Murgueitio y Galindo 2008). 

Aunque es creciente el reconocimiento de las diferentes opciones de agroforestería pecuaria bajo estas condiciones (Murgueitio y Galindo 2008; Chamorro et al 2008; Molina et al 2008; Apráez et al 2012), actualmente se ha incrementado la necesidad de comprender los factores influyentes en la productividad de estos sistemas y las alternativas existentes para su mejoramiento; especialmente en lo que tiene que ver con la oferta de nutrientes y en el desarrollo de técnicas para su análisis. 

La alimentación bajo pastoreo de rumiantes en el trópico de altura colombiano se limita al uso de pocas especies vegetales (Pennisetum clandestinum Hochst. ex Chiov y Lolium multiflorum Lam), cuya calidad y producción se ve influida por condiciones medio ambientales, interfiriendo con el óptimo desempeño de los bovinos en pastoreo o propiciando la necesidad de un uso elevado de insumos externos como alimentos balanceados, drogas veterinarias y fertilizantes sintéticos (Blanco et al 2005). Estas razones —sumadas a los nuevos tratados de libre comercio (TLC) firmados por Colombia con países desarrollados—, ha generado la preocupación de investigadores del área agroforestal, que han estado sumando esfuerzos para intensificar el uso de especies que han demostrado sus ventajas, como es el caso de Tithonia diversifolia, Sambucus peruviana, Boehmeria nivea, entre otras; y que se han utilizado en alimentación de rumiantes de lechería especializada, pero de las cuales pocos estudios se han realizado cuando estas han sido incluidas dentro de dietas reales (Rivera et al 2011). 

El objetivo de este trabajo fue evaluar especies y dietas alternativas con forrajeras utilizadas en sistemas silvopastoriles (SSP) de trópico alto ofertadas bajo pastoreo, con el fin de mejorar la oferta de nutrientes y la dinámica digestiva en sistemas de lechería especializada. Para alcanzar este objetivo se llevó a cabo un estudio de la cinética de la fermentación de diferentes dietas y forrajes individuales,  con la técnica de producción de gases in vitro (Mauricio et al 1999; Posada y Noguera 2005) y métodos de composición química, para conocer su aporte nutricional, dinámica ruminal y potencial de aprovechamiento por parte de los animales. 

Materiales y métodos

Localización 

Los forrajes y dietas analizadas fueron recolectadas en época de verano (bajas precipitaciones) en el predio El Vergel, ubicado a 06º28´47,5´´N 075º35´36,6´´W, en el departamento de Antioquia, Colombia. A una altitud de 2,457 msnm, precipitación media de 1,300 mm/año y 14°C de temperatura promedio. Los análisis de calidad nutricional, dinámica de fermentación ruminal, fueron llevados a cabo en las instalaciones de Universidad de Antioquia. 

Tratamientos 

Se evaluaron nueve tratamientos considerando dietas tradicionales de lechería especializada de trópico de altura y mezclas de especies forrajeras en SSP (Tabla 1). Un alimento balanceado (debido a su uso habitual en estas condiciones – CTL), cuatro dietas (PPC+CTL, PPC+CTL+MF, PPC+CTL+TD y PPC+CTL+SP), tres especies forrajeras (MF, TD, SP y PPC) y una mezcla forrajera (MF) fueron analizadas.

Preparación de muestras para incubación 

Se usaron 240 frascos de vidrio con capacidad de 100 ml con cuatro horarios de retiro, tres repeticiones y dos réplicas en los nueve tratamientos con 500 mg de muestra para cada uno. La solución buffer (saliva artificial) fue preparada siguiendo las recomendaciones de McDougall (1948), saturada con CO₂ y conservada en estufa a 39 °C hasta su adición a cada botella.  

Inóculo e incubación 

El contenido ruminal se obtuvo de tres vacas sanas de la raza Holstein con fístula ruminal permanente, que se encontraban pastoreando P. clandestinum en un sistema rotacional y suplementadas con 2 kg/animal/día de alimento concentrado.

El contenido ruminal se recolectó de varias partes del rumen y se filtró en paños de algodón. Se utilizaron 5 ml de contenido ruminal y 45 ml de solución buffer para cada botella (Theodorou et al 1994; Mauricio et al 1999; Posada y Noguera 2005). Se realizaron 14 lecturas de producción de gas a las 2, 4, 6, 8, 10, 12, 15, 18, 24, 30, 36, 48, 72, 96 horas con la ayuda de un transductor digital de presión (OMEGA® Modelo PX 605-030GI). Para transformar los datos de presión en volumen fue utilizada la ecuación Y = − 0.1375 + 5.1385X + 0.0777X²; donde Y representa el volumen de gas producido por cada unidad de presión (X) (Posada et al 2006). 

Degradación in vitro de la MS 

Para esta determinación se detuvo el proceso de degradación, retirando una botella de los horarios 6, 24, 48 y 96 horas. El contenido de cada botella se pasó por papel filtro de peso conocido con la ayuda de una bomba de vacío. La MS degradada se determinó por el secado del material filtrado a 65ºC por 48 horas. La estimación de parámetros de la cinética de fermentación y degradación, se llevo a cabo ajustando los datos a curvas de producción de gases y de degradación de la MS de los modelos propuestos por France et al (1993) y Ørskov y McDonald (1979) respectivamente utilizado el procedimiento PROC NLIN del paquete  SAS (2008). 

Composición de las especies forrajeras 

Para materia seca (MS), proteína cruda (PC), cenizas (CEN) y fósforo (P) se siguieron los métodos recomendados por AOAC (1990), fibra detergente neutra (FDN) y fibra detergente ácida (FDA) se utilizó la metodología propuesta por Van Soest et al (1991), energía bruta (EB) se realizó con una bomba calorimétrica y el calcio (Ca) por valoración de EDTA (ácido etilendiaminotetracético). 

Análisis estadístico 

Para determinar el efecto de los tratamientos en la degradación de la MS a través del tiempo y la producción de gas fue realizado un diseño completamente al azar con un análisis de medidas repetidas en el tiempo usando el procedimiento MIXED de SAS (2008). 

Resultados y discusión

Composición química 

Los fracciones nutricionales evaluadas en cada una de las especies lograron aportes de nutrientes importantes, especialmente en los valores de EB, minerales, FDN y PC (Tabla 2).

Los tratamientos PPC+CTL y SP, describieron los valores más altos de EB. SP presenta un buen aporte nutricional dentro de sistemas bovinos bajo pastoreo, aporte de vital importancia para sistemas que estén buscando opciones de producción rentable y sostenible al usar recursos cultivados dentro del mismo sistema.

M. sativa y TD presentaron los valores superiores de PC, fracción importante para la alimentación de vacas lecheras de alta producción. En cuanto a TD, ésta tuvo una PC superior a la presentada por Mahecha et al (2007), quienes reportaron 16.7%. Existen evidencias de que las especies de plantas no leguminosas (Asteraceae) como esta, acumulan niveles de nitrógeno en sus hojas comparables con las leguminosas, además de presentar altos contenidos de fósforo (Wanjau et al 1998). De acuerdo a Mahecha y Rosales (2005), en términos generales el follaje de T. diversifolia se caracteriza por una alta proporción de nitrógeno de naturaleza proteica, una rápida degradabilidad y fermentación a nivel ruminal, una baja proporción de nitrógeno ligado a la fibra dietética insoluble, así como un bajo contenido de fibra, aspectos igualmente evidenciados en este estudio. 

La FDN fue baja en la mayoría de las especies forrajeras evaluadas. La degradabilidad de la FDN es muy variable, principalmente debido a diferencias en composición y estructura. Esto resulta en una limitada disponibilidad de la energía en forrajes para los rumiantes (Buxton y Redfearn 1997), dado que en muchos casos, más del 50% de la fibra dietaria pasa a través del tracto digestivo sin ser degradada (Cherney et al 1991). La condición encontrada en especies como TD y SP sugieren alta degradabilidad lo que podría verse reflejado en el aumento de los parámetros productivos sin condicionar el consumo voluntario. 

Se resaltan las concentraciones de Ca y P para SP, TD y B. nivea aspecto de relevancia dentro de la oferta de nutrientes en dietas a rumiantes. El P tiene función en el desarrollo, en el crecimiento celular y además en otras funciones metabólicas y fisiológicas que implican ganancia o pérdida de energía mediante la formación o la destrucción de “enlaces fosfato” que acumulan energía. Además, el Ca y P regulan la presión osmótica y el equilibrio ácido-básico, la formación de fosfolípidos influyendo en el transporte de ácidos grasos y en la formación de aminoácidos y proteínas (Gueguen 1978). 

Las dietas que incluyeron ambas especies en niveles del 10% de la MS de la dieta, presentaron una oferta de nutrientes similar o por encima de la que se puede disponer en sistemas de producción tradicional (PPC+CTL). Estas dietas tuvieron una concentración de EB por encima de las 4,000 Mcal/kg MS, FDN por debajo del 40% y una oferta importante de PC (> 12%).  

Degradación in vitro de la materia seca (DIVMS) 

En la Tabla 3 se presentan los parámetros de DIVMS (%) cada dieta y forraje evaluado.

El tratamiento CTL presentó la degradación más alta en todos los horarios analizados, y fue diferente (p<0.05) a los demás tratamientos a las 48 y 96 horas. TD y SP tuvieron una buena DIVMS por la técnica de producción de gases no solo como forrajes individuales sino cuando estaban incluidas en las dietas MF y PPC+CTL+TD; valores muy similares a la dieta tradicional ofertada en sistemas de lechería especializada de trópico de altura (PPC+CTL).

Valores de degradabilidad de 62.9% y 67.5% observados en el tratamiento de PPC y el tratamiento PPC+CTL+SP a las 96 horas, permitieron establecer una diferencia estadística (p<0.05); caso no encontrado cuando fueron comparadas las dietas de PPC y PPC+CTL. En las mezclas forrajeras no hubo diferencia estadística (p>0.05) para PPC+CTL, PPC+CTL+TD y PPC+CTL+SP a 48 horas. Así mismo, el menor valor fue para PPC+CTL+MF siendo diferente (p<0.05) solo PPC+CTL pero similar los tratamientos PPC+CTL+TD y PPC+CTL+SP.  

La DIVMS de PPC estuvo por debajo de los reportado por La O et al (2008), que encontraron valores superiores al 80% y que coincide con lo reportado por Sánchez et al (2005) y Giraldo et al (2006) con 80.1% y 81.3% respectivamente. 

La DIVMS de TD reportada en este trabajo se encontró muy por debajo a la reportada por Rosales (1996) a nivel ruminal, la cual fue de 92.7% a las 72 horas, igualmente se resalta que esta fue muy similar a la encontrada por Mahecha y Rosales (2005), quienes encontraron una DIVMS del 63.3% y en prueba realizada de degradabilidad in sacco. El valor de DIVMS encontrada para SP fue similar al encontrado por Blanco et al (2005) de 66.7%. En cuanto a la tasa de degradación (c) entre las materias primas y forrajes evaluados, como es de esperarse CTL mostró una tasa importante siendo la de mayor valor, debido seguramente a la alta presencia de almidones. Dentro de los forrajes se resalta la elevada tasa de degradación de TD. Dentro de las mezclas evaluadas se destaca la tasa de degradación del tratamiento PPC+CTL+TD. 

Parámetros de degradación in vitro de la MS 

La necesidad de un método rápido, simple, preciso y económico para evaluar los forrajes como potenciales fuentes nutricionales para los rumiantes es clara. En la Tabla 3 se describe la degradación ruminal de la MS ajustada al modelo no lineal propuesto por Ørskov y McDonald (1979). La fracción potencialmente degradable de las distintas dietas y forrajes evaluados no presentaron diferencia estadística en ninguno de los tratamientos.

Los diferentes tratamientos evaluados presentaron una fracción rápidamente soluble (a) similar sin diferencias estadísticas (p>0.05). A pesar de esto se puede suponer que la adición de algunas especies forrajeras en las dietas permite aumentar los carbohidratos rápidamente fermentables a nivel ruminal y por ende nutrientes de rápido aprovechamiento tanto por parte de los microorganismos ruminales como por el animal. La fracción b describió un comportamiento muy similar a la fracción a, sin embargo, el comportamiento del tratamiento PPC, logró obtener una fracción más elevada, lo cual permite establecer que la mayor proporción de carbohidratos presentes en este son de lenta degradación, condición que permite suponer la necesidad de incluir otro tipo de forrajeras en dietas basadas en P. clandestinum para así buscar mejorar la dinámica de fermentación de las dietas ofertadas bajo pastoreo.

Para el caso de los forrajes analizados se logra resaltar la fracción a en TD y SP, convirtiéndose en alternativas de forrajes para mejorar la dinámica de fermentación de dietas bajo pastoreo complementando materias primas que carezcan en gran proporción de fracciones rápidamente solubles. 

Producción de gases durante el periodo de incubación 

La producción de gas acumulada de la degradación de la MS en los diferentes forrajes y dietas evaluadas se describe en la Figura 1 al igual que en la Tabla 4 durante el periodo de incubación.  

En la Figura 1 puede observarse la baja producción de gas acumulada de los forrajes SP y TD. Para el caso de los forrajes o materias primas analizadas se observó una alta producción de gas en el tratamiento CTL y PPC+CTL+MF. Cada uno de los forrajes y dietas evaluadas describió una cinética de fermentación muy diferente, especialmente durante las primeras horas debido a la composición particular de cada uno de los tratamientos.

Los valores de T. diversifolia fueron muy superiores a los reportados por La O et al (2008) a diferentes edades de corte donde se encontraron valores de 36.2, 32.1, 34.1, 37.1 y 34.7 ml a las 96 horas para 30, 50, 70, 90 y 110 días de rebrote, respectivamente. Igualmente comparando PPC con lo observado por Posada et al (2006), se encontró un mayor volumen de gas acumulado (298 ml) con respecto a lo encontrado en este trabajo. 

Varios autores reportan que la composición química de los forrajes tiene efecto sobre el volumen de gas producido y la máxima de producción de gas. Nsahlai et al (1995), encontraron que la producción de gas está relacionada con la degradación de la FDN, igualmente, Schofield (1993) encontraron que la relación entre ambos conceptos es lineal, por lo que hay una tendencia al aumento de la producción de gas en aquellos forrajes donde el contenido de FDN es mayor, sin embargo, este comportamiento no siempre es así (Giraldo et al 2006). 

Sommart et al (2000) sugirió que el volumen de gas es un buen parámetro para predecirla degradabilidad, producto final de fermentación y la síntesis de proteína microbiana del sustrato por los microbios del rumen. Además, se ha demostrado que la digestibilidad in vitro de materia seca y de la materia orgánica tienen una alta correlación con el volumen de gas. Por otra parte es importante resaltar que una producción importante de gas se produce cuando el sustrato se fermenta a acetato o butirato mientras que la menor producción de gas se asocia con producción de propionato (Ngamsaeng et al 2006). 

La cuantificación de la producción de gas juega un papel importante que permite conocer y analizar el valor nutritivo de los alimentos, la velocidad a la que estos o sus componentes químicos son digeridos en el rumen y la extensión de la digestión. La velocidad a la que diferentes componentes químicos son fermentados es un reflejo del crecimiento microbiano y accesibilidad por parte de estos a la alimentación (Getachew et al 2004).  

Se ha reportado que los alimentos ricos en precursores de ácido propiónico (ej. los ricos en almidón) producen menos gas que aquellos ricos en precursores de los ácidos acético y butírico (Beever y Mould 2000). Como consecuencia estos autores concluyeron que la producción de gas in vitro provee poca información aparte de la estimación de las tasas de fermentación, lo que los llevó a sugerir que los datos obtenidos deberían ser complementados con datos de degradación de los sustratos, perfiles de ácidos grasos volátiles y crecimiento bacteriano, coincidiendo con las recomendaciones de Blümmel et al (1999). 

En la Tabla 5 se presentan los valores del factor de partición (FP) (relación de la cantidad de sustrato degradado (mg) y el volumen de gas producido (ml) durante el proceso de fermentación).

El tratamiento TD, en a 48 horas muestra diferencia estadística (p<0.05), con el mayor valor (11.3) respecto a los demás tratamientos; en los tratamientos PPC+CTL, PPC+CTL+MF, PPC+CTL+TD, PPC+CTL+SP no se presentó diferencia estadística (p>0.05), sin embargo mayor valor numérico es observado para PPC+CTL+SP, lo que está de acuerdo al alto valor del FP encontrado en TD. 

Los datos reportados para 96 h muestran valores mayores (p<0.05) para los tratamientos TD y SP comparado con MF y PPC respecto a las comparaciones de PPC+CTL, PPC+CTL+MF y PPC+CTL+TD, que no mostraron diferencias estadísticas (p>0.05). Por otra parte la mezcla de forraje PPC+CTL+SP presenta mayor valor FP con respecto a las diferentes mezclas analizadas. 

Valores altos de FP indican mayor degradación, menor producción de gas, mayor eficiencia en la síntesis de biomasa microbiana y por consiguiente una menor producción de metano (Blümmel et al 1999), esto sugiere que el uso de forrajes como T. diversifolia y el S. peruviana en dietas para rumiantes de alta producción, contribuyen al mejoramiento de la degradabilidad de las dietas y a su vez contribuye a la disminución de la producción de metano producto de la fermentación entérica en rumiantes. El FP disminuye con el tiempo de incubación, de tal forma que la producción de gas o de ácidos grasos volátiles (AGV) y de biomasa microbiana por unidad de sustrato realmente degradado no es una constante y una relación inversa puede existir entre ellos (Blümmel et al 1999). 

Conclusiones

• Bajo condiciones de trópico alto, la adopción de sistemas silvopastoriles (SSP) como alternativa productiva, permite ofertar dietas ricas en nutrientes, tanto en condiciones de pastoreo, como en corte y acarreo, al alcanzar valores promedio en PC del 22.5%, FDA del 18.5%, Cen del 12.3% y EB de 3,809 kcal/kg en especies como: T. diversifolia, S. peruviana y M. sativa.

  
  

• Ninguna fracción de fermentabilidad ruminal (a, b, c y a+b) estuvo afectada por las mezclas SSP propuestas basadas en forrajes alternativos en comparación de las dietas ofertadas tradicionalmente (PPC+CTL) , condición importante para la oferta de nutrientes potencialmente aprovechables por parte de los rumiantes.

  
  

• La inclusión de especies forrajeras no tradicionales en dietas bajo condiciones de pastoreo, posiblemente pueden permitir una disminución en la producción de gases durante la fermentación, ya que especies como T. diversifolia y S. paruviana lograron alcanzar 43.3 y 45.6% menor cantidad de gas que P. clandestinum respectivamente, sin afectar su degradabilidad.

Agradecimientos

Los autores agradecen a Guillermo Zapata por brindar su finca para fines de investigación. Al predio El Vergel y todo su personal por colaborar en cada instancia del trabajo de campo. Al Centro para la Investigación en Sistemas Sostenibles de Producción Agropecuaria – CIPAV y al Programa Jóvenes Investigadores e Innovadores “Virginia Gutiérrez de Pineda” de COLCIENCIAS, por brindar las herramientas económicas y humanas en la ejecución de cada medición. César Cuartas y Juan agradecen la contribución recibida por el Posgrado en Ciencias Animales de la Universidad de Antioquia y al programa de formación doctoral "Francisco José de Caldas" Generación del Bicentenario de COLCIENCIAS. 

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Received 1 March 2013; Accepted 8 September 2013; Published 1 October 2013

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