Sitio de estudio

El Centro de Enseñanza, Investigación y Extensión en Producción Animal en el Altiplano (CEIEPAA), dependiente de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia (FMVZ) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), se ubica en el km 8.5 de la carretera federal Tequisquiapan - Ezequiel Montes, en el municipio de Tequisquiapan, Querétaro. El sitio se localiza a 20° 36´ 13.88” N, 99° 55´ 02.91” W y altitud de 1,913 msnm. El clima es templado, con promedio anual de precipitación de 512 mm ocurriendo en un periodo promedio de lluvias de 78 días y temperatura diaria de 17.5°C, con 18 días de helada de octubre a febrero, con veranos cálidos e invierno poco extremoso¹⁶. Los vientos dominantes son en dirección Noreste Suroeste.

Condiciones generales de la pradera

La pradera se estableció en el año 2005 con los pastos Dactylis glomerata (pasto ovillo), Lolium multiflorum (ballico italiano), Festuca arudinacea (pasto festuca) y Bromus inermis (pasto bromo), y la leguminosa Medicago sativa (alfalfa); pero para el 2009 la alfalfa dominaba la pradera. El manejo consistió en riego por aspersión (side roll) y pastoreo por vacas lecheras usando el método en franjas. En promedio se aplicaron 1.5 riegos por ciclo de pastoreo, pero la lámina de riego no se registró. El control del ganado fue con cerco eléctrico móvil. La pradera se fertilizó con Ca(H₂PO₄)₂ a razón de 50 kg P₂O₅ ha^-1, aplicadas dos veces cada año durante primavera (mayo-junio) y principios de otoño (septiembre-octubre). El área de pastoreo fue de 21, 22 y 27 ha para los años 2009 a 2011, exclusivamente pastoreada por el hato estudiado.

Masa de forraje

La estimación de la masa de forraje (MF) en la pradera (kg MS ha^-1) fue con la técnica del marco metálico¹⁷, pero con modificación para evaluar la producción por la alfalfa; consistiendo en cortar la MF contenida en un marco metálico de 0.25 m² a una altura de 10 cm, con el fin de proteger los tallos de rebrote de la alfalfa. Se estimó la MF ofrecida (MFO) como la MF existente en la pradera previa al pastoreo y la MF residual (MFR) como la cantidad de MF post-pastoreo, ambos expresados en kg de MS ha^-1. Para estimar la MFO y la MFR se lanzó el marco ocho veces de manera aleatoria y en cada una se cosechó el forraje, el promedio de la MF constituyó una medición. Las muestras de forraje se deshidrataron en una estufa de aire forzado a 95°C durante 48 h para determinar el contenido de materia seca (MS). Por diferencia entre MFO y MFR, se estimó la cantidad de MF desaparecida (MFD kg MS ha^-1), considerándose como una estimación del consumo animal en el día de medición. Para cada periodo de pastoreo se registró el tiempo de recuperación o descanso (TD) entre defoliaciones, en días (d). La tasa de acumulación del forraje (TAF) se calculó como la MFO divida entre el TD. En función del programa de pastoreo, algún potrero no se pastoreó y entonces la biomasa se cosechó como heno, registrándose el número de pacas y su peso promedio; este forraje se usó como suplemento. La fenología de la actividad de la vegetación se modeló para la tasa de acumulación de forraje y usando el modelo TIMESAT¹⁸.

Análisis químicos

Cada mes se tomó una muestra de 200 g de MS de forraje de la pradera para ser enviada al laboratorio del Departamento de Bioquímica y Nutrición Animal de la FMVZ-UNAM. La digestibilidad in vitro de la MS se determinó por el método de Tilley y Terry¹⁹. El contenido de energía metabolizable del forraje (MJ kg^-1 MS) se estimó a partir de los valores de la digestibilidad in vitro de la MS usando las ecuaciones propuestas por Geenty y Rattray²⁰. El contenido de sólidos totales, grasa y proteína en la leche se determinaron con un Milkoscan 133 (Foss Electric, Denmark).

Manejo del ganado y el pastoreo

El modelo de producción de leche fue con partos y producción durante todo el año. Las praderas en estudio se pastorearon por grupos de vacas de 45, 54 y 61 para 2009, 2010 y 2011 respectivamente; estas cantidades incluyen los grupos de lactantes y secas. Los grupos raciales fueron de Holstein Friesian, Jersey y cruzas de estas razas, en donde la raza predominante fue la Holstein con 58, 54 y 51 %, en cada año. El peso corporal promedio de las vacas durante el periodo de estudio fue de 510 kg ± 66 kg. Las vacas se mantuvieron siempre en pastoreo y consumieron suplementos ofrecidos en corral antes del ordeño. El suplemento fue alimento balanceado comercial y/o grano de maíz rolado a razón de 1.8 kg y heno de pradera 1.6 kg (base seca) por vaca por día. En los tres años estudiados, el promedio de área efectiva destinada al pastoreo fue 12.4, 17.8 y 22.2 ha. El área cosechada como heno fue en promedio 8.5, 3.9 y 4.5 ha al año, durante la época de abundancia de MS. La carga animal fue de 3.63, 3.03 y 2.75 vacas ha^-1 año^-1. Los animales tuvieron acceso libre a agua y sales minerales. En periodos de riesgo de timpanismo se aplicó polisiloxano por vía oral en dosis de 1 g vaca^-1 d^-1 antes de entrar a la pradera. En el agua de bebida se aplicó Bloat Tenz (Ecolab, Ltd, Nueva Zelandia) que es una mezcla de alcoholes etoxilados y propoxilados usados como tensoactivos no iónicos el cual se ofreció en proporción 1:1000. El control del pastoreo y la medicación aplicada al ganado para prevenir el timpanismo, permitieron que no se presentara mortalidad ni casos clínicos relacionados a la alimentación basada en alfalfa bajo condiciones de pastoreo intensivo.

Datos ambientales

La base de datos del Servicio Meteorológico Nacional no cuenta con datos de estaciones climáticas cerca del sitio de estudio. La caracterización ambiental se efectuó con datos medidos por percepción remota: para precipitación se usó el producto TRMM 3B43 v7 de la Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM). Este producto es mensual y se deriva de mediciones a intervalos de 3 h y con resolución espacial de 0.25° desde 1998, y hasta la fecha a través de la misión Global Precipitation Measurement (GPM). Para las temperaturas diurna y nocturna se usó el producto MOD11A2 v5 de temperatura de superficie y emisividad del Espectroradiómetro de Imágenes de Media Resolución (MODIS) a bordo de los satélites Terra y Aqua. El producto MOD11A2 tiene escala temporal de 8 días y espacial de 250 m. La evapotranspiración la estima el producto MOD16A2, con escalas de 8 días y 1000 m. Ambos productos son libres de nubes porque son un mosaico de mediciones diarias promediadas sólo cuando tienen la calidad necesaria.

Análisis estadístico

Para el estudio de caso se usó un análisis factorial con observaciones repetidas, siendo factores el año con tres niveles y el mes con doce niveles, considerándose un estudio con pseudoreplicación por la falta de aleatorización de los niveles de los factores. La relación entre variables ambientales y del sistema de producción se evaluó por regresión lineal múltiple, la selección de variables en el modelo se efectuó usando el factor de inflación de varianza (VIF) con un valor cercano a 10 y la eliminación progresiva de términos (backward elimination) sin considerar interacciones entre variables. En los modelos se confirmó el cumplimiento de los supuestos de normalidad, varianza homogénea e independencia. El nivel de significancia fue 5% para el ajuste de Bonferroni o para los modelos de regresión. Los procedimientos se efectuaron en SAS University Edition (SAS Institute Inc. Cary NC, USA) y Minitab v 17 (Minitab Inc., State College PA, USA).

Condiciones ambientales

El tiempo durante el periodo de estudio concordó con la descripción climática del sitio, siendo julio el mes más lluvioso y mayo el más caluroso (Figura 1). De acuerdo con la temperatura diurna, se identificó una temporada con temperatura en ascenso, de febrero a junio y después, de julio a enero, la temperatura se mantuvo estable (Figura 1A); dado por la nubosidad provocada por temporada de lluvias y después por la influencia de las masas de aire polar. El ambiente se consideró extremoso no sólo por la diferencia mayor a 15 °C entre el mes más cálido (42.7°C) y el más frío (6.1°C); sino por la diferencia entre las temperaturas diurna y nocturna promedio diarias en cada mes (Figura 1A). La precipitación anual fue de 489 mm y la evapotranspiración real de 454 mm; sin embargo, los patrones estacionales de estas dos variables no fueron semejantes debido a las contribuciones del agua almacenada en el suelo y el riego agrícola (no medidas) en el sitio de estudio. Por la escala espacial gruesa de medición estas variables sólo describieron la condición ambiental general y no exactamente las de la parcela de alfalfa.

Figura 1 Condiciones ambientales para el sitio de estudio en Tequisquiapan, Querétaro registradas por sensores remotos. A) Temperatura diurna (⚫) y nocturna (⚪) de acuerdo al producto MOD11A2 de MODIS, B) precipitación pluvial (⚫) obtenido del TRMM y evapotranspiración (⚪) según el producto MOD16A2 de MODIS 

Producción de forraje

El promedio de la TAF fue distinto en 2009 y en los siguientes años fue semejante, lo mismo sucedió para los promedios de MFO y la MFD (Cuadro 1). La MFR sólo fue semejante durante los dos primeros años. En general, la producción de forraje fue significativamente menor en 2011, pero la tendencia a disminuir se observó desde 2010. La TAF mostró un comportamiento estacional con mayor acumulación en el verano. Para el periodo de estudio la acumulación de MS fue de 17,343, 14,649 y 13,497 kg ha^-1 año^-1. Al analizarse los parámetros de fenología de la TAF se identificó una temporada de crecimiento con duración de 173 días, iniciando hacia el día 115 (25 de abril) y terminando hacia el día 288 (15 de octubre) del año. El umbral para definir el inicio y fin de la temporada fue el 50 % de la TAF: así, 192 d se encuentran fuera de la temporada de crecimiento y se esperaría una TAF menor al promedio; en ese periodo se deben enfocar los esfuerzos para mejorar la TAF y la política de suplementación del ganado para reducir el déficit alimentario. El modelo de fenología estimó la TAF máxima de 82.7 kg MS ha^-1 día^-1 ocurriendo en el día 200 del año. El nivel de utilización de la pradera fue de 75, 71 y 73 %.

La TAF y la MFO fueron mayores de junio a agosto, pero para la MFO existió una transición gradual a través de los meses, exceptuado de agosto a septiembre y de febrero a marzo (Cuadro 1). El diferente comportamiento de la MFO se debe al efecto del manejo de pastoreo, que buscó empatar la producción animal y la de forraje. Para la MFR existió un periodo donde la masa fue baja, particularmente de diciembre a febrero y otro periodo donde la masa fue alta, en junio a agosto. En septiembre y octubre se mantuvieron rotaciones de 29 días, siendo que la TAF había disminuido, repercutiendo en la producción de forraje invernal. La MFO se explicó en 46% por la masa residual de forraje del mes anterior y en 45% por la TAF en el mes en curso, otras fuentes de variación fueron la temperatura diurna, la carga animal en el mes en curso y los días de descanso en el mes anterior 0.97 (P<0.05). Por otra parte, la MFR del mes anterior, los días de descanso y la temperatura nocturna explicaron 54, 30 y 2.5 % de la variación en la TAF (P<0.05). La menor TAF de noviembre a febrero tuvo una relación proporcional con la temperatura nocturna mensual del mes anterior, como variable explicativa (y= 9.70 + 2.36x, r²= 0.86, F_{1, 10}= 27.4). Por otra parte, un déficit en la humedad del suelo podría descartarse en ese periodo, ya que la evapotranspiración fue semejante de diciembre a mayo (Figura 1B).

La relación entre la MFR del mes anterior (y) y la MFO (x) fue directamente proporcional (Figura 2), aunque de diferente forma para periodos del año: Noviembre-Febrero (y= 1059.22 + 0.00007 x^2.5, F_{1, 10}= 11.23, r²= 0.52), marzo a junio (y= 1386.50 + 0.0000059 x³, F_{1, 10}= 24.14, r²= 0.71) y julio a octubre (y= 2711.01 -228300000/x², F_{1, 10}= 4.05, r²= 0.31); la agrupación de los meses fue de acuerdo a la similitud en la TAF (Cuadro 1). Sólo en julio fue posible obtener un promedio cercano a 2,500 kg ha^-1 de MFO, pero para los meses de julio a octubre la MFO no fue tan alta a pesar de tener una MFR comparativamente mayor que en otros meses (Cuadro 1). La relación para los meses de noviembre a febrero sugirió el potencial para obtener mayor MFO (Figura 2), si la MFR fuera en el rango de 400-600 kg ha^-1, siendo que su promedio fue menor a 400 kg ha^-1 (Cuadro 1). La carga animal (CA) disminuyó del 2009 al 2011 (3.7, 3.1 y 2.7 vacas ha^-1) siendo diferentes únicamente el año 2009 del 2011 (P<0.05).

Figura 2 Relación entre la MFR del mes anterior y la MFO del mes actual durante tres periodos del año en una pradera de alfalfa en pastoreo 

El Cuadro 2 presenta la composición química de la pradera y fue concordante con la oferta de forraje más joven en el otoño e invierno. Resaltó la mayor concentración de energía y de proteína cruda (PC) de la pradera en el otoño, extendiéndose para la PC hacia el invierno. La PC fue mayor en noviembre a febrero en comparación con el resto del año (22.4 vs 21.9 %, P<0.05). La digestibilidad (in vitro) de la MS tuvo cambios paulatinos, pero tendió a aumentar en el otoño. El contenido de MS del forraje de la pradera fue más alto en primavera que en otoño. La única correlación significativa con la MFO ocurrió con la PC (-0.36, P<0.05).

La proporción en el aporte de energía por la pradera fue distinta entre todos los años (60, 95 y 84 %, P<0.05) debido a que la complementación fue disminuyendo entre los años. La disminución en la CA se atribuyó no sólo a la menor producción de la pradera, sino también al menor nivel de suplementación. En el primer año de estudio fue posible mantener una mayor CA porque la suplementación fue mayor; pero también a mayores niveles de suplementación la MFR fue menor (Figura 3), no obstante que el área efectiva de pastoreo aumentó a través del tiempo (12.4, 17.8 y 22.2 ha). Estos resultados sugirieron una desvinculación entre la política de suplementación y el manejo de la pradera.

Figura 3 Relación entre el porcentaje de energía metabolizable (EM) proveniente de la pradera de alfalfa y la MFR para los meses con más de 10% de suplementación de energía. 

Producción de leche

En los modelos de producción pastoril, la rentabilidad potencial depende de muchos factores, siendo importantes: la alta producción forrajera por hectárea por año, altos niveles de utilización de ese forraje por el hato lechero en pastoreo y por la calidad genética de las vacas para la producción de leche a partir exclusivamente de forraje pastoreado. La producción de leche puede modificarse al añadir en la dieta alimentos concentrados, heno o ensilado para suplementar (o complementar) el aporte de nutrientes. En el presente caso de estudio, la política de suplementación apoyando la productividad animal en el primer año y después, la casi ausencia de suplementos en los años siguientes estableció distintos planos nutricionales. Más aún, dicha política de suplementación no se enfocó a compensar el déficit estacional de nutrientes. Por eso, el comportamiento estacional del modelo productivo tuvo un desfase entre el pico de producción de forraje en la pradera de junio a agosto (Cuadro 1) y el pico de producción de leche en marzo a mayo; sobretodo en 2009 (Figura 4). La producción de leche mensual (kg leche ha^-1 mes^-1) se explicó linealmente por la CA en el rango de 2.0 a 5.5 vacas ha^-1 (y=2.0 + 392.7 x, r² ajustada = 0.74, P<0.0001). Los cambios en la CA y el aumento de área de pastoreo fueron la estrategia principal para compensar el déficit en la alimentación. Sin embargo, el promedio de producción de leche fue diferente en 2009 y en los otros años fue semejante, ya fuera por unidad animal (17.4, 14.6 y 14.9 kg vaca^-1 día^-1, P<0.05) o por unidad de área (1,607.5, 1,118.3 y 1,047.0 kg ha^-1 mes^-1, P<0.05).

Figura 4 Carga animal (A): de vacas en ordeño (⚫) y secas (⚪), rendimiento de leche (B): por vaca (⚫) y unidad de área (⚪) para un hato de vacas Holstein y Jersey en pastoreo de alfalfa 

Las vacas lactantes se incorporaron estacionalmente, con picos en los meses de junio a agosto y disminuyendo sus números en diciembre a enero (Figura 4A). La magnitud en el rendimiento de leche por hectárea siguió al número de vacas lactantes. El rendimiento de leche por vaca fue menor en los meses de septiembre a noviembre (13.1 kg vaca^-1 día^-1) en comparación con los demás meses del año (16.5 kg vaca^-1 día^-1), siendo la diferencia consistente entre los años de estudio (P<0.05). Aumentar el número de vacas buscando acoplar la disponibilidad de forraje a la demanda de nutrimentos fue una estrategia, pero con pobre resultado para solucionar el déficit alimentario en los meses de otoño e invierno y ocasionando una caída en la producción de leche, más evidente en la productividad individual (kg leche vaca^-1 día^-1, Figura 4B).

Fue importante la correlación entre el rendimiento (leche, sólidos o grasa) con la concentración de PC (-0.41, -0.39 y -0.37), fibra detergente neutro (FDN) (0.48, 0.49 y 0.41) y la energía (-0.41, -0.45 y -0.39) consumida en la pradera mensualmente. Al analizar el rendimiento de leche con modelos de regresión múltiple por eliminación progresiva, siendo las variables explicativas candidatas las relativas al: ambiente, la pradera y la composición del alimento se observó que la temperatura diurna, el consumo de energía mensual a partir de la pradera y el consumo de energía mensual del alimento concentrado fueron variables explicativas comunes en los modelos para leche, solidos totales y grasa, estos modelos tuvieron una r² ajustada mayor a 0.9 (P<0.05). Cuando las variables candidatas se limitaron a la composición del alimento entonces el rendimiento (leche, sólidos totales o grasa) se explicó principalmente por el consumo de energía mensual a partir de la pradera o del alimento concentrado, pero también incluyeron a la concentración de PC y FDN; estos modelos tuvieron una r² ajustada menor a 0.84 (P<0.05). En presencia de variables ambientales, las concentraciones de PC y FDN de la pradera no fueron significativas.

Una relación importante fue entre el nivel de utilización de la pradera y la producción de solidos totales de leche (Figura 5). En el primer año de estudio el nivel de utilización de la pradera no afectó la producción de sólidos, esto fue debido a la buena disponibilidad de alimentos concentrados en ese año. Sin embargo, en los años 2010 y 2011, en ausencia de concentrados suficientes, al aumentar el nivel de utilización se observó un efecto negativo. Aumentando la MFO a niveles superiores a 2,000 kg ha^-1 y la MFR a 600 kg ha^-1 kg resultaría en un nivel de utilización (70 %), buscando un balance entre la producción animal y la de la pradera.

Figura 5 Relación entre tasa de utilización de la pradera y los sólidos de leche por hectárea en 2009 (⚫), 2010 (⚪) y 2011 (■). Durante 2010 y 2011 la suplementación fue baja 

La cantidad de sólidos totales de leche aumentó conforme a la cantidad de grasa en la leche en los años 2010 y 2011, pero para el año 2009 la grasa no sobrepasó 43 g kg^-1 independientemente de mayores niveles de sólidos totales (Figura 6A). Los valores más altos de estas variables fueron en los meses de noviembre y diciembre en 2011, cuando el rendimiento de leche fue el más bajo durante el periodo de estudio (Figura 4B). En general, la cantidad de grasa en la leche disminuyó conforme aumentó la producción de leche (Figura 6B), pero la diferencia entre los años no fue clara, posiblemente por efectos estacionales de otras variables. No obstante, la cantidad de sólidos totales de leche producidos por hectárea fue proporcional al número de vacas por hectárea y los niveles de rendimiento más alto fueron en el 2009, debido principalmente al nivel de suplementación ofrecido (Figura 6B). El mayor nivel de suplementación en 2009 resultó en mayor rendimiento de sólidos de leche por hectárea, aunque con menor proporción de grasa. En 2010 y 2011 el rendimiento de sólidos totales de leche no superó los 200 kg ha^-1 mes^-1 en la mayoría de los meses; este nivel de rendimiento debe valorarse en función de los costos económicos que implica la suplementación (Figura 5).

Figura 6 Relación entre características de la leche durante los años: 2009 (⚫), 2010 (⚪) y 2011 (■). Grasa y sólidos totales de la leche (A), grasa de la leche y rendimiento de leche (B), producción mensual de sólidos de leche y vacas en ordeño por hectárea (C) 

Para los años de estudio el rendimiento de sólidos totales de leche (grasa, proteína y lactosa), fue de 2,409, 1,638 y 1,554 kg ha^-1 año^-1 y de grasa de leche de 727, 523 y 496 kg ha^-1 año^-1. En general, el rendimiento en este estudio cae en el rango del potencial de producción de sólidos totales de leche de 1,580 kg ha^-1 (ajustados a contenido de lactosa) y grasa de leche de 600 kg ha^-1 para praderas altamente productivas de la zona de Waikato en Nueva Zelandia²¹, la definición actual de sólidos totales en Nueva Zelandia no incluye a la lactosa²². El rendimiento de leche anual de 19,290, 13,419 y 12,563 kg ha^-1 para los tres años estudiados fue acorde al planteamiento de producción pastoril basados en alfalfa y con suplementación estratégica en el orden de 10,000 L ha^-1 año^-1, lactancias de 7,000 a 7,500 L y carga animal de 2 vacas ha^-123.

Mejorar el esquema productivo reportado aquí depende del acople entre la producción de forraje y la demanda de alimento y, el apoyo estratégico del uso de suplementos alimenticios para resolver el déficit de MFO de la pradera. En este estudio, la alfalfa mostró un crecimiento estacional, en tanto las pariciones y la producción de leche se mantuvieron durante el año y no existió un periodo planeado sin producción donde las vacas se secan al mismo tiempo; como ocurre en los esquemas estacionales en pastoreo²⁴. De acuerdo con el modelo de fenología, existieron 173 días con una TAF mayor al promedio, dejando un periodo de 192 días donde la producción forrajera puede mejorarse atendiendo sus limitantes: temperatura, agua y nutrientes. Debido a los efectos del cambio climático, se pronostican inviernos menos fríos y noches más cálidas^25,26; esperándose entonces, un mejor desempeño de la alfalfa de acuerdo con el modelo de regresión respecto a la temperatura ambiental. De noviembre a febrero se encontró la menor TAF y podría apoyarse una mayor TAF al aplicar estratégicamente nitrógeno como fertilizante²⁷ y, un manejo de riego adecuado para satisfacer la demanda por evaporación. Para apoyar mejor estas decisiones se necesitan datos de la humedad en el suelo y el nitrógeno mineralizable. Sin embargo, también en el periodo noviembre a febrero la concentración de PC en la alfalfa fue alta en relación a la necesidad de nutrimentos y sería necesario balancear la dieta con suplementos o promover el crecimiento de gramíneas en la pradera.

Las fluctuaciones en el rendimiento de leche sugieren que hay oportunidad para aumentarlo, dado que el rendimiento por hectárea no sigue precisamente al rendimiento individual, particularmente durante el periodo noviembre a febrero. Una estrategia sería enfocar la suplementación y mejor manejo de la pradera en ese periodo.