II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

2.1. Emisión de gases tóxicos en ganadería porcina: Amoníaco (NH3) y gases con

efecto invernadero [GEI: metano (CH4) y óxido nitroso (N2O)]

2.1.1 El metano

.

Los procesos de fermentación que se producen en diferentes tramos del tracto digestivo

de los animales de abasto (retículo-rumen y el tracto ceco-colónico) y posteriormente en

sus deyecciones (i.e. heces, orina, agua y residuos de alimentos) van a producirse ciertas

emisiones gaseosas que adquieren especial relevancia según la especie y el tipo de

manejo al que sean sometidos los animales (Dubeňová et al., 2014; Samer, 2013).

Estos gases podemos diferéncialos en tres grupos, molestos para la actividad humana

(i.e. Putresceínas, Danilevici et al., 2009), tóxicos (i.e. CH4 y N2O) y otros que

incluirían ambos componentes (i.e. NH3). Entre las diversas emisiones gaseosas, en

esta memoria nos centraremos en la emisión de aquellos gases que siendo tóxicos

adquieren una especial relevancia debido a su emisión cuantitativa.

La toxicidad de CH4 y el N2O reside en su elevada capacidad radiativa

(respectivamente, 25 y 298 veces la del CO2 para un horizonte de 100 años, Solomon et

al., 2007) y por tanto poseen un marcado efecto invernadero (GEI: gases con efecto

invernadero) y bajo esta perspectiva serán analizados.

CONTENIDO

pág.

Lista de abreviaturas…………………..……………………………..……. xiii

Resum………………………………………………………………………. xiv

Resumen….……………………………………………………………...… xv

Summary…………………………………………………………………… xvi

INTRODUCCIÓN…………………………………………………..…… 1

II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA………………….……………………. 7

2.1 Emisión de gases tóxicos en ganadería porcina: Amoníaco (NH3) y

gases con efecto invernadero [GEI: metano (CH4) y óxido nitroso

(N2O)]…………………………………………………………………….

8

2.1.1 Emisión de metano (CH4)…………………………………………… 8

2.1.1.1 Síntesis de …………………………………………………………. 10

2.1.1.1.1. Síntesis de CH4: Fase (I) Hidrólisis………………………………….. 11

2.1.1.1.2. Síntesis de CH4: Fase (II) Acidogénesis……………………………. 13

2.1.1.1.3. Síntesis de CH4: Fase (III) Acetogénesis…………………………... 13

2.1.1.1.4. Síntesis de CH4: Fase (IV) Metanogénesis………………………… 14

2.1.1.2. Emisión de CH4 en ganado porcino……………………………... 17

2.1.2. Emisión de amoníaco (NH3)………………………………….…….. 20

2.1.3. Emisión de óxido nitroso (N2O)……………………………………… 28

BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………. 200

CUADROS, TABLAS, FIGURAS, ANEXOS

pág.

Cuadro 1 Bacterias hidrolíticas que participan en la digestión anaerobia de

los diferentes sustratos. Monroy (1998)……………………………

1

GLOSARIO

CH4: Metano CO: Monóxido de carbono CO2: Dióxido de carbono DGGE: Electroforesis………………………………………………………………………en gel de

gradiente desnaturalizante H: Hidrógeno N2: Nitrógeno N2O: Óxido nitroso NH2: Amino

RESUMEN

Palabras claves: Cerdos, gases efecto invernadero, FND, PB….

En el presente trabajo se evaluó la emisión de NH3 y gases con efecto invernadero (GEI: CH4 y

N2O) en cerdos en cebo y en condiciones comerciales de explotación, analizando a su vez el

efecto que sobre dicha emisión ejercen el nivel de PB y FND de la ración. En la memoria se

presentan 4 ensayos, en el primero de ellos se desarrolló un procedimiento metodológico de

cuantificación, muestreo y análisis de los gases diferenciando la emisión entérica (propia del

animal) de la procedente de las deyecciones. Para ello se determinó la emisión procedente de

los módulos estancos (ME), cuantificando el flujo y la concentración de los gases a la entrada y

salida de cada ME. La emisión procedente de la fosa (Purín) se determinó in situ a partir de

cámaras de flujo constante (CFC) que aislaban un área determinada de superficie del purín. Los

niveles de emisión registrados [g/cerdo/d] a los 60 y 97 kg de peso vivo (PV) fueron para el NH3

y el CH4 de 7,02 y 10,1 y 15,7 y 11,6 respectivamente, emisiones que se situaron dentro de los

rangos fisiológicos esperados. En el segundo ensayo se evaluó in vitro el potencial de

producción total de metano (a 56 días de incubación) de una muestra de purín (metanización),

analizando el efecto de la dilución del purín (2, 4 y 6% de la MS), la suplementación con

carbohidratos estructurales (paja y pulpa de manzana y remolacha) o una fuente exógena de

arqueas. La concentración intermedia de purín (4% MS) mostró la mayor producción potencial de

CH4 (ml/gMO); que fue deprimida por la pulpa de remolacha (88,5), mientras que paja y pulpa de

manzana la mejoraron (132,3 y 138,6) siempre en relación al control (124,2). Las heces de

vacuno como co-inóculo o fuente de arqueas no mejoraron la producción de CH4. Los títulos de

Arqueas Metanogénicas Hidrogenotróficas (AMH) y bacterias totales (BT) se deprimieron

significativamente durante la digestión del purín y los títulos de AM se correlacionaron

negativamente con el CH4 generado. En el tercer ensayo, se evaluó la emisión en cerdos al final

de la fase de transición (≈22 kg PV) aplicando la metodología descrita. Los registros de emisión

[g/cerdo/d] fueron de 3,2 para el CH4, 0,42 el NH3 y 0,043 el N2O, de estas cantidades la

contribución a la emisión correspondiente al purín fue del 35, 1,7 y 0% para las emisiones de

CH4, NH3 y N2O, respectivamente. En el cuarto ensayo se evaluó el efecto del nivel de la PB y la

FND en la ración sobre la emisión de GEI y NH3, los niveles de emisión se relacionaron con los

parámetros productivos, la digestibilidad y microbiología digestiva así como con los parámetros

de fermentación en el tracto ceco-colónico. Los niveles de PB y FND utilizados no modificaron la

ingestión ni los ritmos de crecimiento. La emisión total [g/cerdo/d] de GEI y NH3 durante el

periodo de cebo (de los 33 a los 102 kgPV) mostraron una relación positiva con el peso de los

animales (2,5 a 7,6 gCH4, 1,8 a 8,5 gNH3 y 0,052 a 1,12 gN2O), aunque dicha relación no fue

proporcional. Con la edad, la contribución de las deyecciones a la emisión total varió entre 3,2 a

17, del 1,2 a 0,18 y del 0,92 a 0,05% para el caso del CH4, NH3 y N2O, respectivamente. La

emisión de CH4 mostró una relación positiva con el nivel de FND y el NH3 con la de PB. La

emisión de N2O fue también alterada por los componentes de la ración, la PB redujo su emisión

y la FND la acrecentó, pero sólo en al final del cebo. El pH y la concentración de N amoniacal

incrementaron con el tránsito del quilo a través del tracto ceco-colónico mientras que se redujo la

concentración de AGV. El aporte dietético de fibra incrementó el pH y redujo las tasas de N-NH3

y AGV en el quilo en su tránsito intestinal. Las concentraciones absolutas de BT y AMH y las

proporciones relativas de AMH y de Methanosaeta ssp. en el quilo incrementaron a su paso por

el intestino grueso. BT, AMH y Methanosarcina ssp. mostraron sus mayores concentraciones en

el quilo de aquellos animales que habían ingerido las raciones con mayor proporción de PB,

menor de fibra y sus títulos no guardaron relación con el CH4 emitido.

INTRODUCCIÓN

La producción ganadera en España ha sufrido un proceso intenso de especialización y

concentración. Dicho proceso ha conllevado importantes ventajas en la eficiencia del

proceso de producción, pero también tiene potenciales inconvenientes, entre ellos, el

más importante ha sido la alteración medioambiental que dicha concentración de

animales puede suponer. La contaminación medioambiental derivada de las

explotaciones porcinas debe situarse a dos niveles, la del suelo (orgánica o mineral) y la

emisión de gases. En la presente memoria nos centraremos en la contaminación gaseosa

y concretamente en la emisión de NH3 y gases con efecto invernadero [i.e. metano

(CH4), óxido nitroso (N2O)].

La emisión de amoníaco es tóxica para la actividad humana (>15 ppm) y contribuye de

forma significativa a la eutrofización del suelo y acidificación del aire, y aunque los

autores de la presente memoria no han podido encontrar datos referentes a nuestro país,

en Holanda el 46% de la acidificación del medio procede de la liberación de amoníaco,

cuyo origen mayoritario reside en los procesos agro-ganaderos (92%, Heij y Schneider,

1995). Por otra parte, una deficiente aplicación de NH3 a suelos pobres en materia

orgánica provoca un excesivo enriquecimiento en N (Fangmeier et al., 1994), actuando

como reservorio para una potencial emisión de óxido nitroso (N2O; Mosier et al., 1998)

El óxido nitroso (N2O) y el metano (CH4) son gases con una potente actividad radiativa

que les confieren una elevada capacidad de absorción de la energía infrarroja. Por ello,

contribuyen al calentamiento global y en una proporción importante se emiten a la

atmósfera debido a actividades antropogénicas. La actividad radiativa de estos

compuestos es, respectivamente, 298 y 25 veces la del CO2 en un horizonte temporal de

100 años (Solomon et al., 2007). Por otra parte, el óxido nitroso contribuye de forma

manifiesta a la reducción de la capa de ozono (Olivier et al., 1998).

BIBLIOGRAFÍA Aarnink, A. J. A., and M. W. A. Verstegen. 2007. Nutrition, key factor to reduce environmental load from pig production. Livest. Sci. 109: 194-203. ________; A. J. van den Berg, A. Keen, P. Hoeksma, and M. W. A. Verstegen. 1996. Effect of slatted floor area on ammonia emission and on the excretory and lying behaviour of growing pigs. J. Agr. Engng. Res. 64: 299-310. Aarnink, A., A. Sutton, T. Cahn, M. Verstegen, and D. Langhout. 1998. Dietary factors affecting ammonia and odour release from pig manure. In: Biotechnology in the feed industry. Proceedings of the Alltech’s 14th Annual Symposium. Nottingham University Press, Nottingham. p 45-59. Abecia, L., J. Balcells, M. Fondevila, A. Belenguer, G. Holtrop, and G. E. Lobley. 2008. Contribution of gut microbial lysine to liver and milk amino acids in lactating does. Brit. J. Nutr. 100: 977-983. ADAS. 2007. Nitrates Consultation Supporting Paper F2 – Nitrogen output of livestock excreta. http://archive.defra.gov.uk/environment/quality/water/waterquality/diffuse/nitrate/documents/consultation-supportdocs/f2-excreta-n-output.pdf Accessed 3/07 2014. Agostini, P. S. 2013. Caracterización e influencia de los factores de producción en el cebo de cerdos en condiciones comerciales. PhD Tesis, Departament de Ciencia Animal i dels Aliments, Universidad Autónoma de Barcelona, Bellaterra. Ahlgrimm, H., and J. Breford. 1998. Methanemissionen aus der Schweinemast (Methane emissions from fattening pigs). Landbauforsch. Völk. 1: 26-34. Ahring, B. K. 2003. Perspectives for anaerobic digestion. In: T. Scheper (ed.) Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology No. 81. p 1-30. Springer-Verlang Berlin, Heidelberg. Alkaya, E., and G. N. Demirer. 2011. Anaerobic mesophilic co-digestion of sugar-beet processing wastewater and beet-pulp in batch reactors. Renew. Energy. 36: 971-975.

INDICE

Amoniaco, 1, 25, 50, 78

Metano, 100, 150, 220

ANEXOS

Citación en el Texto

Por cuestiones de ética y derechos de autor todo investigador debe dar crédito de los

trabajos que ha utilizado para desarrollar su investigación, facilitando con ello

identificar a los autores de planteamientos y resultados anteriores que fundamentan

dicha investigación.

Hay diferentes modos de citación en el texto que varían según las disciplinas. No

obstante, en el caso de trabajos científicos y técnicos el que más se emplea es el Sistema

autor-fecha.

Consiste en referenciar un trabajo, del texto a la lista bibliográfica publicada al final

de la publicación, por medio del apellido (s) del autor (es) seguido por el año de

publicación.

Cita contextual

En la redacción de cualquier trabajo de investigación se emplea con mucha

frecuencia la cita contextual.

La cita contextual es aquella en que un autor toma una idea, un resultado o un

punto de vista de otro autor y lo presenta en sus propias palabras para reforzar o

aclarar su propia investigación. Puede redactarse de dos maneras:

Haciendo énfasis en el autor

Es cuando el nombre del autor va incluido en la redacción del párrafo.

Brenes (1998) ha demostrado que las variedades de mayor rendimiento son más

susceptibles al ataque de nemátodos.

Estudios realizados por Brenes (1998) muestran que las variedades de mayor

rendimiento son más susceptibles al ataque de nemátodos.

Haciendo énfasis en el texto

Es cuando se redacta el párrafo sin mencionar el autor. Este se indica entre paréntesis

al final del párrafo.

- Las variedades de mayor rendimiento son más susceptibles al ataque de

nematodos (Brenes 1998)

Ejemplos con variaciones

Publicación con un autor

Finegan (1992) demostró que el rendimiento...

El mejoramiento genético da mejor rendimiento... (Finegan 1992)

Estudios realizados por Rivas Platero (1995) sobre micorrizas...

Avances de investigación en micorrizas... (Rivas Platero 1995)

Publicación con dos autores

En el caso de dos autores de una misma publicación se cita por los apellidos de

ambos unidos por la conjunción "y".

Rodríguez y Salas (1993) determinaron que la rentabilidad de los sistemas

agroforestales...

Considerando la rentabilidad de los sistemas agroforestales ... (Rodríguez y

Salas 1993)

Publicación con tres ó más autores

En el caso de tres o más autores de una misma publicación se cita por el apellido(s)

del primer autor seguido por la expresión latina et al. (y otros)

Estudios realizados por Salazar et al. (1994) sobre la densidad de adultos

virulíferos...

La densidad de adultos virulíferos de Bemisia...(Salazar et al. 1994).

Más de una cita o publicación

Cuando se requiere citar más de una publicación a la vez, se debe separar cada una

de ellas por coma (,). Las publicaciones deben mencionarse en orden cronológico

por fecha de publicación, de la cita más vieja a la más reciente.

Ruíz (1980), García y Sánchez (1992) y Rojas (1996) analizaron muestras de

suelos...

Fertilización con N, P, K aplicadas a muestras de suelos ... (Ruíz 1980, García y

Sánchez 1992, Rojas 1996)

Indicación de página o páginas

Para citar específicamente la página o páginas consultadas, se indica en números

arábigos después del año de publicación, separados por dos puntos.

(Romero 1998:18) formula una nueva revisión...

La alimentación animal. (Romero 1998:67, 79)

Texto citado por otro autor

Para hacer la referencia de un texto citado por otro autor si el documento original no

está disponible para consulta directa, se menciona el apellido del autor del documento

original, seguido por la frase "citado por", y a continuación, el apellido del autor (es)

que hace dicha mención. En el listado bibliográfico al final de la publicación, la

referencia que aparece registrada es la de la fuente secundaria, que es a la cual se tiene

acceso realmente.

Lambin, citado por Kaimowitz y Angelsen (1998) ha utilizado modelos de

deforestación...

Modelos económicos de deforestación ... (Lambin, citado por Kaimowitz y

Angelsen 1998)

Del ejemplo anterior, la fuente que no se pudo localizar es

Lambin, EF. 1997. Modelling and monitoring land-cover change processes in

tropical regions. Progress in Physical Geography 21:375-393.

Pero la referencia se obtuvo de la siguiente fuente, que será la que debe ser incluida

en la literatura final:

Kaimowitz, D; Angelsen, A. 1998. Economic models of tropical deforestation: a

review. Bogor, ID, CIFOR. p. 8.

Publicación anónima

Si la publicación carece de autor(es) y fue registrada en el listado bibliográfico

por el título, la citación en el texto debe hacerse indicando sólo las dos primeras

palabras del título seguidas por puntos suspensivos (...) y el año de publicación.

El raleo en plantaciones forestales...(Studies on...1994)

Publicación sin fecha

Si una publicación se registró en el listado bibliográfico con la abreviatura s.f.

porque carece de año de publicación, en la citación en el texto se indica esta misma

abreviatura.

Vargas (s.f.) mediante ensayos de laboratorio comprobó...

Ensayos de laboratorio han comprobado... (Vargas s.f.).