Eficiencia energética y proteica de vacas lecheras en pastoreo

A Correa, S L Posada-Ochoa y R Rosero-Noguera

Grupo de Investigación en Ciencias Agrarias-GRICA, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad de Antioquia, AA 1226, Medellín, Colombia
jaime.rosero@udea.edu.co

Resumen

La eficiencia en el uso de los nutrientes consumidos impacta la eficiencia alimenticia, y con ello la rentabilidad de la actividad ganadera. El objetivo de este trabajo fue determinar la eficiencia de utilización de la energía y la proteína de vacas lecheras en pastoreo. Se analizó la información de 86 rebaños comerciales localizados en la región norte y oriente del departamento de Antioquia (Colombia), que en total manejaban 5677 vacas en lactancia. Las granjas, en promedio, presentaron una extensión de 24±16 ha y una densidad de carga de 3.3±1.2 vacas/ha. Los animales, predominantemente de la raza Holstein (67%), seguida por los cruces de Holstein x Jersey (33%), fueron manejados en pastoreo rotacional y recibieron suplemento concentrado al momento del ordeño. La información analizada incluyó datos del animal (peso vivo, producción y composición de la leche), manejo nutricional (pasturas, edad de la pastura, consumo de suplemento, composición química de la pastura y del suplemento) y variables económicas (precio de venta del litro de leche, costo de la alimentación e ingresos por venta de leche). La eficiencia proteica correspondió a la relación nitrógeno (N) en leche/N consumido; mientras que, la eficiencia energética se obtuvo de la relación energía metabolizable (EM) en leche/EM consumida. El balance nutricional para ambas fracciones se obtuvo por diferencia entre la ingestión y el requerimiento. El promedio de peso vivo fue 557.4 kg y, la producción de leche corregida al 4% de grasa varió entre 7.98 y 26.74 kg/día. En relación con la proteína, las dietas empleadas superaron en 48.1% los requerimientos del animal y los rebaños presentaron baja eficiencia de utilización del N (20.62%). De otra parte, se presentó un balance positivo de energía, 8.6% por encima del requerimiento, y la eficiencia de utilización de la energía fue 59.54%. La baja eficiencia de utilización de la proteína y la energía, en dietas con exceso de proteína, explican parcialmente los valores de eficiencia alimenticia (1.22 kg leche corregida por energía (LCE)/kg MS consumido) y eficiencia de conversión de la energía (0.48 kg LCE/Mcal EM consumida).

Palabras clave: balance energético, balance nitrogenado, eficiencia alimenticia

Energy and protein efficiency in grazing dairy cows

Abstract

The efficiency in the use of consumed nutrients impacts feed efficiency, and thus the profitability of livestock activities. The objective of this study was to determine the efficiency of energy and protein utilization in grazing dairy cows. Information from 86 commercial herds located in the Antioquia department (Colombia) was analyzed, which collectively managed 5677 lactating cows. The farms, on average, covered an area of 24±16 ha with a stocking density of 3.3±1.2 cows/ha. The animals, predominantly of the Holstein breed (67%), followed by Holstein x Jersey crosses (33%), were managed under rotational grazing and received concentrated supplement during milking. The analyzed information included data on the animals (live weight, milk production, and composition), nutritional management (pastures, pasture age, supplement intake, chemical composition of pasture and supplement), and economic variables (milk selling price, feeding costs, and milk sales income). Protein efficiency corresponded to the ratio of nitrogen (N) in milk to N consumed, while energy efficiency was obtained from the ratio of metabolizable energy (ME) in milk to ME consumed. The nutritional balance for both fractions was obtained by the difference between intake and requirement. The average live weight was 557.4 kg, and corrected milk production with 4% fat ranged between 7.98 and 26.74 kg/day. Regarding protein, the diets exceeded the animal's requirements by 48.1%, and the herds exhibited low nitrogen utilization efficiency (20.62%). On the other hand, there was a positive energy balance, exceeding requirements by 8.6%, and the energy utilization efficiency was 59.54%. The low efficiency in protein and energy utilization, in diets with excess protein, partially explains the values of feed efficiency (1.22 kg corrected milk per energy (CME)/kg DM consumed) and energy conversion efficiency (0.48 kg CME/Mcal ME consumed), which have a negative impact on economic returns and the environment.

Key words: energy balance, nitrogen balance, feed efficiency

Introducción

En producción animal, el término eficiencia en la utilización de la proteína y la energía puede enfocarse desde tres puntos de vista: nutricional, económico y ambiental. Desde el punto de vista nutricional, se refiere a la capacidad del animal para convertir los componentes de la dieta en productos como carne y leche. Desde la perspectiva económica, y considerando el peso de los costos de alimentación en los costos totales de producción, la eficiencia determina la rentabilidad de la actividad ganadera (Gómez-Osorio et al 2017). Finalmente, desde el punto de vista ambiental, los nutrientes consumidos que no se convierten en leche, reservas corporales o un ternero, son excretados y resultan en incrementos de las emisiones de amonio, óxido nitroso y metano al ambiente (Phuong et al 2013).

Los programas de mejoramiento genético en ganado lechero se han venido orientando a la selección de rasgos funcionales como productividad, longevidad, salud y fertilidad (VanRaden 2002), dejando de lado el consumo de alimento y la eficiencia alimenticia como características de selección, esto debido a la falta de información relacionada con el consumo y la utilización de los nutrientes (Prendeville et al 2009). Sin embargo, frente a los actuales desafíos que enfrentan los productores, relacionados con el bienestar animal, la sostenibilidad y el cambio climático, nuevos criterios de selección como resiliencia, robustez, tolerancia, resistencia y plasticidad vienen siendo considerados. A pesar de que estos rasgos aún no se consideran objetivos de cría, es claro que, en el futuro, el mejoramiento genético debe apuntar a la mejora simultánea de la producción, la eficiencia y los rasgos funcionales (Berghof et al 2019).

En este contexto y considerando el impacto que la eficiencia de utilización de los nutrientes tiene sobre la eficiencia alimenticia, la rentabilidad de la producción ganadera y el medio ambiente, el objetivo de este trabajo fue determinar la eficiencia de utilización de la energía y la proteína de vacas lecheras en pastoreo.

Materiales y métodos

En este trabajo se analizó la información de 86 rebaños comerciales, con 5677 vacas en lactancia, localizados en la región norte y oriente del departamento de Antioquia. En promedio, los predios tuvieron una extensión de 24±16 ha y una densidad de carga de 3.3±1.2 vacas adultas/ha. La raza predominante fue la Holstein (67%), seguida por los cruces de Holstein x Jersey (33%). Los animales se manejaron en pastoreo rotacional en praderas de Kikuyo (Cenchrus clandestinus), Estrella (Cynodon nlemfuensis) y Ryegrass (Lolium multiflorum), recibiendo adicionalmente suplemento concentrado comercial.

La información fue colectada entre enero y agosto de 2022 e incluyó características del animal (peso vivo, producción y composición de la leche), manejo nutricional (pasturas, edad de la pastura, consumo de suplemento, composición química de la pastura y del suplemento).

Fueron estimadas variables relacionadas con el consumo, la eficiencia, a saber: Consumo de materia seca total (CMSt)(kg/día) : Para estimar el CMSt fue empleado el siguiente modelo matemático (Rosero-Noguera y Posada-Ochoa, 2023): CMSt 0 0.096 * PV 0.75 + 0.3515* LCG4, donde PV corresponde al peso vivo del animal (kg) y LCG4 a la producción de leche corregida al 4% de grasa (kg/día), obtenida como: LCG4 = 0.4*producción leche (kg/día) + 15*producción de grasa en leche (kg/día).

Consumo de materia seca de pasto (CMSp) (kg/día) = Obtenido por diferencia entre el CMSt y el consumo de materia seca de suplemento concentrado (CMSc).

Consumo de proteína cruda total ( CPCt)(kg/día) y consumo de energía metabolizable total ( CEMt) (Mcal/día). Calculados de forma factorial, multiplicando los CMSp y CMSc por sus respectivas concentraciones de proteína cruda (PC, %) y energía metabolizable (EM, Mcal/kg).

Producción de leche corregida por energía (LCE) (kg/día). Entendida como la densidad energética de la leche en función de su contenido de grasa y proteína (NRC 2001), de acuerdo con el modelo: LCE= (0.72*kg de leche+28.6*kg de grasa+15.9*kg de proteína)*0.45 LCE= Energía metabolizable en la leche (EML) (Mcal/día). Estimada desde la LCE (Mäntysaari et al 2012), conforme el modelo: 1.23*LCE (kg/día).

Eficiencia de utilización del nitrógeno (EUN) (%). Determinada por la relación entre el nitrógeno presente en la leche (NL) (kg/día) y el nitrógeno consumido (NC) (kg/día), de acuerdo con el modelo: EUN=(NL/NC)*100 El N resultó de dividir la cantidad de PC de la leche por 6.38 y la cantidad de PC consumida por 6.25.

El N resultó de dividir la cantidad de PC de la leche por 6.38 y la cantidad de PC consumida por 6.25.

Eficiencia de utilización de la energía (EUE) (%). Establecida por la relación entre la energía presente en la leche (EML, Mcal/día) y la energía consumida (CEMt, Mcal/día):EUE=EML/CEMt*100

Eficiencia de conversión de la energía (ECE) (kg/Mcal). Resultante de la relación entre la LCE (kg/día) y el CEMt (Mcal/día):ECE=LCE/CEMt

Eficiencia alimenticia (EA). Correspondió al cociente entre la LCE (kg/día) y el CMSt (kg/día), conforme la ecuación: EA=LCE/CMSt

Balance nutricional

Se calculó por diferencia entre la ingestión y el requerimiento de PC y EM. Los requerimientos de PC y EM para mantenimiento y producción de leche se establecieron conforme los estándares del NRC (2001).

Análisis estadístico

A través del software R (R Core Team, 2022), los datos fueron analizados empleando estadística descriptiva, que incluyó la determinación de medidas de tendencia central, dispersión y rangos máximos y mínimos.

Resultados y discusión

En la Tabla 1 se presentan los valores de PV, días en leche y, producción y composición de la leche. El PV medio registrado fue de 557.4±34.5 kg, inferior al informado por Harris y Kolver (2001) para la raza Holstein, entre 600 y 700 kg. El menor valor se debe a que en este trabajo se consideraron rebaños compuestos por vacas Holstein y los cruces Holstein x Jersey.

La LCG4 varió entre 7.98 y 26.74 kg/día, en tanto que los contenidos de grasa (3.58%) y proteína (3.14%) en leche se mantuvieron dentro del rango esperado para razas lecheras (Quijano y Montoya, 2000). La relación grasa: proteína (G/P) en los rebaños analizados fue 1.14, valor que se considera normal para vacas lecheras y refleja adecuadas condiciones fisiológicas en los animales (Toni et al 2011). De acuerdo con este indicador, los animales no presentaron acidosis ruminal, ni deficiencia de energía, lo cual se relaciona con relaciones G/P menores a 1.1 y superiores a 1.2, respectivamente (Cejna y Chládek, 2005). La ausencia de acidosis se explica por la relación CMSp:CMSc, que presentó un valor medio de 66%:34% (Tabla 2), dentro del rango óptimo informado por Mertens (2009). Con altas proporciones de concentrado, los problemas metabólicos limitan la producción de leche; mientras que, con altas proporciones de forraje, la limitación productiva obedece al menor consumo de energía digestible (Miller y Dell, 1969). El superávit de energía se confirma por una relación G/P inferior a 1.5, que de acuerdo con Heuer et al. (1999) aumenta el riesgo de cetosis, desplazamiento de abomaso, ovarios quísticos, laminitis y mastitis.

El valor medio del recuento de células somáticas (RCS) en tanque fue de 328020, inferior al exigido por la Unión Europea (400000) para la comercialización de la leche y sus derivados (Hillerton et al 2004). Altos conteos de unidades formadoras de colonia (UFC) se asocian con inadecuadas prácticas sanitarias y problemas en la cadena de frío. Ruiz et al. (2012) en la región norte del departamento de Antioquia reportaron niveles de UFC entre 4500 y 2103500, con un promedio de 115932 UFC. En el presente estudio, los hatos registraron un valor medio de UFC de 14980, dentro del rango que obtiene la mayor bonificación según la Resolución 000017 del 20 de enero de 2012 (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 2012).

Los consumos de materia seca, proteína, energía y su eficiencia de utilización son descritos en la Tabla 2. En promedio, el CMSt fue de 16.9 kg/día, correspondiente al 3.0% del PV. Este estudio revela que más de 3/5 partes de la dieta en las lecherías estuvo constituida por forrajes. Por tanto, especial atención debe ser prestada a la calidad y composición de las pasturas ofrecidas. De acuerdo con Moran (2005), los forrajes son las fuentes más económicas de nutrientes claves (proteína y energía) en la ganadería y su calidad puede ser fácilmente controlada a través de la fertilización y el intervalo entre pastoreos. En los sistemas de producción de leche a pasto, el CMSt, principal determinante del volumen de producción, está condicionado por la asignación de pasto (Maher et al., 2003). Sin embargo, está relación es curvilínea; cuando la asignación de pasto aumenta, la curva de CMSp presenta una tasa decreciente (Poppi et al., 1987). De acuerdo con Macdonald et al. (2008), está naturaleza curvilínea indica una posible asignación óptima de pasto para alcanzar la eficiencia biológica y económica.

La cantidad de suplemento concentrado que recibieron los animales varió entre 1.45 y 9 kg/día. Una práctica habitual entre los productores de la zona es asignar 1 kg de suplemento concentrado por cada 3 o 4 litros de leche producida. Aunque existe una asociación positiva entre el consumo de concentrado y la producción de leche, Bargo et al. (2003) concluyeron que elevadas proporciones de concentrado en la dieta provocan altas tasas de sustitución (reducción en el CMSp por kg de suplemento) sin que se produzca el efecto esperado sobre la producción de leche. Estos mismos autores reportaron que cuando la suplementación concentrada es bien manejada pueden registrarse incrementos en el CMSt y en la producción de leche del 24 y 22%, respectivamente.

En este estudio, la concentración de PC y EM de la dieta varió entre 12-19% y 2.17-2.6 Mcal/kg, respectivamente, con valores medios de 18.0% PC y 2.5 Mcal/kg MS. Estos valores están acordes con los reportados por Correa et al (2009) para ganado lechero en la zona andina de Colombia. Erickson y Kalscheur (2020) recomiendan para vacas especializadas en producción de leche dietas con 18-19% de PC y 2.2-2.6 Mcal de EM/kg. La amplia variación en los aportes de proteína y energía encontrados en este trabajo obedecen a la variación en la composición de las pasturas, el tipo de suplemento empleado y la proporción forraje:concentrado de la dieta.

Los pastos responden bien a la fertilización nitrogenada. Correa et al. (2008) reportaron para el pasto Kikuyo un contenido de PC entre 15.4 y 27.1%, rango dentro del cual se encuentra la concentración media de este nutriente en el pasto consumido en el presente trabajo (18.9%PB). Los mismos autores atribuyen los altos contenidos de PC a la fertilización nitrogenada empleada por los productores en procura de incrementar la producción de masa forrajera. Con base en la información recopilada, entre el 64 y 86% de la PC consumida fue aportada por el forraje (promedio 69.2%) (Tabla 2), reflejando la importancia de este alimento en el aporte nutricional y su impacto sobre la producción y composición de la leche.

En las pasturas, no obstante, la fertilización nitrogenada afecta su calidad nutricional, aumentando las concentraciones de proteína degradable en el rumen (PDR) (Minson, 2012), lo que aumenta la concentración de amonio en ese compartimento gastrointestinal. Se ha demostrado una relación lineal entre la concentración de amonio no ionizado en el fluido ruminal y la tasa de absorción de amonio desde el retículo rumen (Westwood et al., 1998). Debido a que el amonio es tóxico para el animal, debe ser detoxificado a través del ciclo de la urea. Aparentemente, se requieren cuatro moléculas de fosfato para la síntesis de una molécula de urea, pero el requisito final de ATP para la síntesis de urea puede ser menor: una molécula de ATP por cada molécula de urea sintetizada. Sin embargo, al considerar los efectos de la detoxificación del amoníaco sobre la energía hepática, los valores deben ser considerados como mínimos porque hay costos energéticos adicionales asociados con el ciclo de la urea, como son las reacciones de aminación catalizadas por las enzimas glutamato sintetasa y glutamato deshidrogenasa. De otra parte, el costo de la síntesis de urea no debe considerarse únicamente como una pérdida de energía, sino también como una pérdida de aminoácidos absorbidos, debido a la contribución de un segundo átomo de N del aspartato a la molécula de urea, lo que provoca una disminución neta en la disponibilidad de aminoácidos para los tejidos, incluida la glándula mamaria (Westwood et al, 1998), lo cual afectaría la síntesis de proteína en leche y con ello la EUN. Es probable entonces que los efectos combinados de los costos energéticos de la síntesis de urea y la pérdida de aminoácidos para la síntesis de proteínas de la leche en dietas con exceso de proteína, reduzcan la producción de leche y, expliquen los menores valores de EUN y EUE observadas en este trabajo, respecto otros reportes de la literatura.

La EUN y la EUE promediaron 20.62% y 59.54%, respectivamente; en tanto que, la capacidad de los animales para producir leche (LCE) por cada kilogramo de materia seca consumida varió entre 0.72 y 1.49 (Tabla 2). Los rumiantes tienen una baja eficiencia de utilización del N, ya que aproximadamente el 72% del N ingerido es eliminado a través de las heces y la orina (Hutjens et al 2009). La EUN máxima teórica para la producción de leche varía entre 40 y 45% (Dijkstra et al., 2013), pero en las condiciones del trópico alto colombiano generalmente está por debajo de estos valores. En zonas templadas, Jonker et al. (2002) informaron una EUN del 28.4%, mientras que Phuong et al. (2013) reportaron una media de 42.63% y un valor mínimo de 29.15%. Dijkstra et al (2013) informaron un rango entre 22 y 33% y, Calsamiglia et al (2010) un valor de 25%. Los valores mínimos y máximos del presente trabajo fluctuaron entre 15.5 y 29.1%, respectivamente (Tabla 2).

Kebreab et al. (2003), analizando el balance energético de 652 vacas lecheras y empleando diferentes aproximaciones estadísticas, encontraron que la EUE para la producción de leche fue 55%. Moe et al. (1971) y los sistemas de alimentación AFRC (1993) y NRC (2001) reportan EUE de 62.6 y 68%, respectivamente. La EUE encontrada en este trabajo, en promedio 59.54%, se encuentra por debajo de los reportes antes mencionados. Sin embargo, es necesario aclarar que la EUE no es constante y puede variar en función de la fase de lactancia, la calidad de la dieta y el plano de alimentación.

Hutjens (2007) reporta que la EA varía en función de los días en leche (DEL), a saber: para vacas de dos o más lactancias y con menos de 90 DEL, entre 1.6 a 1.8; para vacas con 90 a 200 DEL, entre 1.4 a 1.6 y, para animales con más de 200 DEL, entre 1.3 a 1.5. En este trabajo, la EA media fue de 1.22, un valor bajo con respecto a los reportes previos, siendo necesario considerar que corresponde a la media de un gran número de animales que variaron en edad, fase de lactancia, nivel de producción, composición racial, estado sanitario y manejo nutricional.

Existe amplia información sobre la EA, no así para la ECE. Sin embargo, en este trabajo se propone este parámetro como herramienta alternativa de evaluación de la eficiencia energética. La ECE es directamente proporcional a la EA y a la metabolicidad de la dieta. En la medida en que aumente la EA, se espera obtener mayor LCE por Mcal consumida, y en la medida en que aumente la metabolicidad, se espera una mayor eficiencia de uso de la energía metabolizable para la producción de leche (k_l) (ARC, 1980), más LCE y más ECE.

El balance nutricional permitió verificar que los animales recibieron dietas con aportes de PC que, en promedio, superaron en 48.1% el requerimiento diario de este nutriente. Los aportes de EM de la dieta también superaron en 8.6 % las demandas diarias del animal (Tabla 3). La baja EUN, sumada a dietas formuladas con excesos en el aporte de proteína, son motivo de preocupación por el impacto que el N tiene sobre el ambiente. Las pérdidas de N en las excretas en forma de amoniaco pueden causar eutrofización terrestre, que pueden resultar en perdida de biodiversidad y acidificación del suelo (Sajeev et al., 2018). A través de procesos de nitrificación y desnitrificación, el N presente en las heces y la orina puede transformarse en óxido nitroso, un potente gas de efecto invernadero con un potencial de calentamiento global 287 veces superior al del dióxido de carbono (Eggleston et al, 2006).

El impacto económico que tiene formular dietas con exceso de N puede ser abordado desde tres puntos de vista: la proteína es el componente más costoso de la dieta, por lo que su uso ineficiente representa una perdida económica. Por otra parte, altos contenidos de proteína degradable en el rumen han sido asociados con la inestabilidad térmica de la leche, que se traducen en perjuicios para el productor y la industria (Martins et al., 2019). Finalmente, la reproducción tiene un gran impacto sobre la rentabilidad de la actividad ganadera, con varios estudios indicando que la sobreoferta de proteína en la dieta de vacas lecheras provoca efectos negativos sobre el desempeño reproductivo (Ferguson et al, 1993; Rajala-Schulktz et al, 2001).

Conclusión

La eficiencia en el uso de los nutrientes determina la eficiencia alimenticia y la rentabilidad de la actividad ganadera, parámetros que permiten orientar la toma de decisiones encaminadas a incrementar la producción de leche y maximizar el retorno económico. Pudo verificarse que los rebaños en estudio presentaron baja EUN (20.62%) y baja EUE (59.54%), lo cual puede ser explicado por el consumo de dietas que excedieron en 48.1% los requerimientos diarios de proteína. Los excesos de proteína en la dieta tienen un costo metabólico que disminuye la disponibilidad de energía y aminoácidos para la producción láctea, afectando negativamente la EA (1.22 kg/kg), la ECE (0.48 kg/Mcal) y el MUB. También los excesos de proteína afectan la reproducción y el ambiente, si bien estos aspectos superan los alcances de la presente investigación.

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