La creciente población mundial aumenta constantemente la demanda de carne y leche, con lo que se acentúa la preocupación por la contaminación ambiental asociada a la ganadería lechera intensiva. El ganado lechero es la principal fuente agrícola mundial de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso y el amoníaco

Las emisiones de óxido nitroso y amoníaco de los sistemas de producción lechera perturban la sostenibilidad medioambiental, reducen el rendimiento del crecimiento y disminuyen la calidad de la leche y la carne del ganado lechero

Uno de los factores que favorecen la emisión de nitrógeno de los sistemas de producción lechera es el uso ineficaz del nitrógeno de los piensos, que genera residuos y contaminación ambiental. La capacidad del ganado lechero para utilizar el nitrógeno de los piensos está asociada a los ingredientes de los piensos y a la composición y estructura de la microbiota ruminal. Por ello, la práctica de estrategias nutricionales eficaces reduce las emisiones de nitrógeno de los sistemas de producción lechera.

Metabolismo del nitrógeno por la microbiota ruminal

Las bacterias proteolíticas y peptidolíticas del rumen del ganado lechero descomponen las proteínas y los péptidos de la dieta en aminoácidos y, finalmente, los desaminan en amoníaco o los incorporan a las proteínas microbianas. Cuando la cantidad de proteína alimentaria en el rumen excede la cantidad requerida por la microbiota ruminal, se produce amoníaco a partir de la proteína alimentaria y se excreta

¿Por qué son eficaces las estrategias nutricionales?

El ganado lechero ajusta su ingesta de nutrientes y su metabolismo en función de su hambre y apetito fisiológicos. Como resultado, la modificación de los ingredientes básicos y las sustancias activas de la dieta mejora el metabolismo del nitrógeno y el rendimiento de crecimiento relacionado, lo que a su vez provoca grandes emisiones de óxido nitroso y amoníaco y contaminación ambiental. Así pues, la aplicación de estrategias nutricionales para mejorar el nitrógeno es fundamental para reparar el metabolismo del nitrógeno y reducir las emisiones. Estas estrategias nutricionales se analizan en la siguiente sección.

Ejemplos de plantas y aceites esenciales que reducen las emisiones

• La suplementación con ensilado de residuos de tamarindo en el pienso reduce la excreción fecal de nitrógeno y aumenta su retención

• Andrographis paniculata y esparceta(onobrychis viciifolia) disminuyen la concentración ruminal de amoníaco y mejoran la digestibilidad de los nutrientes y la síntesis ruminal de proteínas

• Una mezcla de semillas de nigella sativa y hojas de rosmarinus officinalis reduce el amoníaco en el rumen y aumenta el aumento de peso.

• La alimentación con aceite de girasol mejora el reciclaje urea-nitrógeno y el suministro microbiano de nitrógeno no amoniacal, reduce la excreción urinaria de nitrógeno y las concentraciones de amoniaco, y aumenta la retención de nitrógeno

• La hoja de ajo previene la degradación de aminoácidos y proteínas, mejora el metabolismo del nitrógeno y el aumento de peso corporal al mejorar el suministro microbiano de nitrógeno

• La glicerina bruta y la harina de soja mejoran el aporte microbiano de proteínas y la retención de nitrógeno en el rumen y reducen las emisiones de nitrógeno

• Las saponinas, los aceites esenciales, la vainillina, el aceite de zataria multiflora , el aceite de clavo, el aceite de orégano, los diterpenos fenólicos y las hojas de rosmarinus officinalis reducen la abundancia de bacterias amoniagénicas y proteolíticas, protegen las proteínas de la degradación, mejoran la eficacia de utilización del nitrógeno, aumentan la capacidad fermentativa del rumen y reducen el nivel de amoníaco en el rumen

• El trébol rojo -o el ensilado de trébol rojo- aumenta la proporción de proteína bruta alimentaria no degradada en el rumen y reduce la cantidad de aminoácidos, la excreción urinaria de nitrógeno y las concentraciones de amoníaco en el rumen

• Los péptidos antimicrobianos mejoran la estructura de la microbiota ruminal, aumentan la eficacia de utilización del alimento y reducen la concentración de amoníaco en el rumen

Proteínas del complejo tanino para reducir la excreción de nitrógeno

Los taninos son una clase de biomoléculas polifenólicas astringentes que se unen a proteínas y aminoácidos, aumentan el pH y la abundancia de microbiota relacionada con el metabolismo del nitrógeno en el rumen, aumentan la digestibilidad de los nutrientes, mejoran la retención de nitrógeno y reducen su emisión. Las proteínas del complejo tanino, insolubles en el rumen, protegen las proteínas de las enzimas microbianas, reducen la degradación de las proteínas, aumentan la eficacia de la síntesis microbiana de proteínas, reducen el nivel de amoníaco y mejoran el flujo de compuestos nitrogenados no amoniacales hacia el intestino, reduciendo así la excreción de nitrógeno

La importancia de la proteína bruta alimentaria

El exceso de proteína bruta en la dieta y el desequilibrio de aminoácidos conducen al desperdicio de recursos proteicos y a la contaminación por nitrógeno. La disminución de la proteína alimentaria aumenta la retención de nitrógeno, reduce la emisión de nitrógeno, mejora la eficiencia del nitrógeno lácteo y reduce la excreción urinaria de nitrógeno en las vacas en lactación tardía.

La alimentación con una dieta con un bajo nivel de proteína bruta mejora la recuperación de la proteína microbiana en el rumen, reduce la emisión excesiva de nitrógeno bajo la influencia del reciclaje de la urea sin efectos negativos sobre la síntesis de proteínas

La suplementación con aminoácidos específicos, urea de liberación lenta y paja de arroz tratada con hidróxido de calcio altera el metabolismo del nitrógeno y la eficiencia de su utilización, mejora la conversión amoniaco-nitrógeno y urea y la disponibilidad de esqueletos de carbono, aumenta la síntesis proteica microbiana y la producción de ácidos grasos volátiles ruminales, así como la retención de nitrógeno, y reduce las concentraciones de amoniaco en el rumen y de urea plasmática. Además, el ajuste de la proporción de proteína bruta y almidón mejora la retención y la emisión de nitrógeno.

El tratamiento de los piensos podría influir en el metabolismo del nitrógeno

El tratamiento de la alimentación, incluido el momento del corte, el estado de madurez del forraje y el modo de alimentación, influyen en el metabolismo del nitrógeno en el ganado lechero. Alimentar al ganado con heno de alfalfa al principio del periodo de crecimiento y cortarlo por la tarde puede reducir las concentraciones de nitrógeno fecal y aumentar la eficiencia de utilización del nitrógeno del pienso debido a su mayor contenido en carbohidratos no estructurales. El ray-grass italiano es un forraje eficiente para absorber y reciclar el nitrógeno urinario. La alimentación con colza forrajera fresca y diciandiamida reduce los niveles de nitrógeno excretado y urinario. Además, la infusión de proteínas en el abomaso en lugar de en el rumen mejora la eficacia de la utilización y excreción del nitrógeno debido a la diferente regulación del metabolismo del nitrógeno en los distintos lugares de suplementación

Conclusiones

Se calcula que la producción ganadera mundial contribuye en un 14,5% a las emisiones totales de gases de efecto invernadero, siendo los sistemas de producción lechera responsables de cerca del 30% de estas emisiones. Debido a la gran contribución de los sistemas de producción lechera al cambio climático, se requieren estrategias nutricionales para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero. Las plantas y los aceites esenciales, las proteínas del complejo tanino, las proteínas brutas alimentarias y el tratamiento de los piensos son enfoques eficaces que pueden utilizarse para mejorar la retención de nitrógeno y reducir su emisión. Sin embargo, es necesario seguir investigando para encontrar las concentraciones y combinaciones adecuadas de aditivos alimentarios que regulen el metabolismo del nitrógeno en el ganado lechero.

Este artículo se basa en la publicación: ‘Amino acids metabolism by rumen microorganisms: Estrategias de nutrición y ecología para reducir las emisiones de nitrógeno del interior al exterior’. Publicado en Science of The Total Environment Volumen 800, 15 de diciembre de 2021