Balance de nitrógeno, emisión de amonio y olores de cerdos alimentados con dietas bajas en proteína
Nitrogen balance, ammonia and odor emissions in growing pigs fed reduced protein diets
Harold Anindo Rachuonyoab, Michael Ellisb, Diego Braña Varelabc, Stanley Evan Curtisb, José Antonio Cuarón Ibargüengoytiabc
a University of Eldoret, School of Agriculture & Piotechnology, Department of Animal Science. Eldoret-Kenya.
b Department of Animal Science, University of Illinois, Urbana, IL, USA.
]]> c Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Fisiología y Mejoramiento Animal, IMIFAP, CENID-Fisiología, Km 1 Carretera a Colón, 76280, Ajuchitlán, Colón, Qro. México. Teléfono: (419) 2920033. brana.diego@inifap.gob.mx. Correspondencia al tercer autor.
Recibido el 20 de marzo de 2014.
Aceptado el 28 de julio de 2014.
Resumen
El efecto de reducir el nivel de proteína cruda (PC) en la dieta de cerdos en crecimiento se evaluó en dos estudios, usando dietas formuladas para un nivel normal (19%) o reducido (14%) de PC, manteniendo constante la lisina ileal digestible estandarizada (0.85%) y energía (3.37 Mcal ME/kg). El estudio I midió el balance de N en 24 cerdos con peso inicial de 17.7±1.29 kg, mientras que el estudio II usó 24 cerdos con peso inicial de 17.9±0.76 kg, para medir las emisiones aéreas de NH3 y los niveles de olor en cámaras con flujo de aire dinámico por 21 días. En el estudio I, el N consumido (26.6 %), urinario (56 %) y su excreción total (41 %) se redujeron (P<0.001) en la dieta de PC reducida, mientras que excreción fecal de N fue similar (P>0.4). En el estudio II, reducir la PC no afectó (P>0.10) el comportamiento productivo, pero tendió a reducir (P<0.10) el pH de los purines (6.71, normal a 6.21±0.186 PC reducida) y las emisiones de NH3 luego del día 9 (interacción dieta y día de estudio, P<0.001). El olor en muestras tomadas a 14 y 21 días, no difirió (512 y 540±115.6 diluciones al umbral de olor, para PC reducida y normal), pero sí aumentó (P<0.01) con el tiempo de alimentación (440 y 612±111.3 diluciones a 14 y 21 días). Los resultados sugieren que por cada unidad porcentual de reducción en la PC se reduce la excreción de N (8 %) y las emisiones de NH3 en purines (15 %), sin cambiar la intensidad del olor.
Palabras clave: Amoniaco, Balance de nitrógeno, Olor, Purín de cerdo.
Abstract
]]> The effect of reducing the crude protein (CP) levels in diets fed to growing pigs, was evaluated in two experiments, each using two diets formulated to contain either a normal (19%) or a reduced CP level (14%), with constant levels for standardized ileal digestible lysine (0.85%), and metabolizable energy (3.37 Mcal ME/kg). Exp I measured the N balance of pigs (n= 24) initially weighing 17.7±1.29 kg, while Exp II used 24 pigs from 17.9±0.76 kg to assess aerial ammonia (NH3) emissions and odor levels in dynamic airflow chambers for 21 d. In Experiment I, N intake (26.6 %), urinary N (56 %), and total N excretion (41 %) were lower (P<0.001) for the reduced CP level, while fecal N excretion was similar (P>0.4). In Experiment II, reducing dietary CP did not affect (P>0.10) growth performance, but tended to reduce (P<0.10) manure pH (6.71, normal and 6.21±0.186 for reduced CP) and NH3 emissions, which were diminished after d-9 trial (dietary CP and days in the experiment interacted, P<0.001). Odor levels measured on d-14 and 21 of the study, assessed by olfactometry, did not differ between treatments (512 and 540±115.6 threshold units for the reduced and normal CP diets), but increased (P<0.01) with time on feed (440 and 612 ± 111.3 threshold units on d-14 and 21, respectively). These results suggest that each one percentage unit reduction in dietary CP (combined with the appropriate AA supplementation) lowers N excretion (by 8 %) and NH3 emissions from manure (by 15 %), with no effect on manure odor.Key words: Ammonia, Nitrogen Balance, Odor, Pig Manure.
INTRODUCCIÓN
Típicamente, más del 70 % del nitrógeno (N) alimentado a los cerdos se excreta en los purines, principalmente vía orina (>75 % de la excreción total de N) en forma de urea, mientras que en el excremento, el N excretado va ligado a proteínas(1). Cuando se manejan las excretas, cierta cantidad del N soluble se pierde por escurrimiento a mantos de aguas superficiales, o lixiviado a aguas subterráneas como nitrato, o es convertido a N2 que se volatiliza(2); pero la mayor proporción del N se pierde finalmente a la atmósfera en forma de amoniaco (NH3). Por lo anterior, hay una creciente preocupación por el impacto de las emisiones gaseosas y de partículas derivadas de las explotaciones pecuarias en las personas(3,4) y en el ambiente(5). Por ejemplo, se ha estimado que en los EEUU cerca del 75 % del NH3 antropogénico que se volatiliza proviene de las explotaciones pecuarias, con 50 % del total producido por bovinos, 25 % por aves y 10 % por los cerdos(6,7).
En la producción de cerdos, el uso de dietas bajas en proteína reduce la excreción de N. Según los datos de Kerr y Easter(8), por cada unidad porcentual en que se reduzca la proteína cruda (PC) con el uso apropiado de aminoácidos (AA) cristalinos, las pérdidas totales de M (excremento + orina) se pueden reducir en aproximadamente un 8 %. Dado que la producción de ácidos grasos volátiles de cadena ramificada y compuestos aromáticos aumenta cuando una fuente de proteína (pero no de almidón) se agrega durante la fermentación de las excretas de cerdo, puede ser que la emisión de olores también se disminuya al limitar la excreción de proteína(9).
Sin embargo, existe poca información del efecto de dietas relativamente bajas en PC, sobre la producción de NH3 y menos, en la emisión de olores. Los estudios que se han llevado a cabo, generalmente descansan en la concentración aérea de NH3, en lugar de las emisiones, y se han usado medidas químicas y no sensoriales para la medición del olor(10,11). La información con métodos sensoriales es particularmente escasa y contradictoria(12); adicionalmente, no hay datos cuantitativos en la literatura que se puedan usar para relacionar la excreción de M de los animales, con las emisiones de NH3 y las emanaciones de olor, cuando son alimentados con dietas reducidas en proteína.
En este estudio, se evaluó el uso de dietas bajas en PC como recurso para reducir las emisiones de NH3 y de olores. El principal objetivo del trabajo fue determinar el efecto de reducir la concentración de PC en dietas en 1) la digestibilidad y balance de N, y 2) en la cantidad de NH3 y olores liberados de las excretas de los cerdos.
MATERIALES Y MÉTODOS
]]> Diseño experimental y tratamientosSe llevaron a cabo dos estudios independientes, pero complementarios, en el Centro para la Investigación Porcina (Swine Research Center) de la Universidad de Illinois. Los protocolos para estos estudios se aprobaron por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (Institutional Animal Care and Use Committee).
El Estudio 1 se llevó a cabo como un diseño completamente al azar, para comparar el efecto de los niveles dietarios de PC en la digestibilidad y balance de N de cerdos alojados individualmente en jaulas metabólicas. Se compararon dos tratamientos con diferentes niveles de PC en la dieta 1) PC Normal (19%), y 2) PC Reducida (14%). Se utilizaron 24 cerdos en el estudio, 12 por tratamiento.
El Estudio II se llevó a cabo con un diseño de bloques completos al azar para comparar el efecto de los mismos dos tratamientos utilizados en el Estudio I, en las emisiones de NH3 y en los niveles de olor con cerdos alojados en cámaras con flujo dinámico de aire. Se tuvieron tres bloques con cuatro cámaras por bloque (2 cerdos en cada una de las 4 cámaras), para un total de 12 cámaras y 24 cerdos.
En ambos estudios se usaron cerdos machos castrados, progenie de sementales de la línea 337 y hembras C22 (PIC, Hendersonville, TM, USA) con un peso inicial de 17.7 ± 1.29 y 17.9 ± 0.76 kg para los Estudios I y II, respectivamente. La aleatorización de los cerdos a los tratamientos se hizo conforme al diseño experimental de cada experimento, de grupos de aleatorización basados en la camada de origen y el peso inicial.
Estudio I. Balance de nitrógeno
El estudio se realizó en un edificio de clima controlado, con 24 jaulas metabólicas individuales. Se pesaron 24 machos castrados y se separaron en parejas de igual peso y camada de origen; entre pares, se asignó al azar la jaula metabólica a ocupar y la dieta por recibir. Este proceso se repitió hasta repartir los 24 cerdos en sendas jaulas, 12 por tratamiento. Las jaulas son de acero inoxidable, con pisos de malla de acero expandido, para un espacio de 0.42 m2 por cerdo. El agua se ofreció a libertad de un bebedero tipo chupón por jaula. Los animales se aclimataron por seis días a las jaulas y dietas, antes de iniciar el periodo de cinco días para la colecta total de excretas, separando excremento y orina. Se pesó individualmente a los cerdos al inicio del periodo de aclimatación y 11 días después, al final del periodo de colecta.
Estudio II. Emisiones de amoniaco y olores
]]> Se usaron cuatro cámaras con flujo dinámico de aire(13), que son una cabina de acero inoxidable, herméticamente sellada y con ventilación controlada; las dimensiones de cada cámara son de 1.3 m largo × 1.3 m ancho × 1.3 m alto, dando un espacio efectivo de piso de 0.85 m2/cerdo y un espacio total de aire de 2.20 m3. Los pisos de malla de acero inoxidable expandido están sobre fosas anegadas con capacidad de 115 L. Cada cámara tuvo un comedero de dos bocas para alimento seco/ húmedo (Crystal Springs Hot Equipment, Ste. Agathe, MP, Canadá). El aire dentro de las cámaras se mantuvo con presión estática positiva (<0.797 mbar) con un ventilador de velocidad controlada Fuji AF-300 F11 (GE Fuji Drives USA, Inc., Salem, VA, USA), a una tasa de ventilación constante de 51.0 m3/h. El aire filtrado que ingresó a cada cámara se suministró de un ventilador centrífugo común. La tasa de flujo de aire se reguló con una tobera ajustable (PRA-100, Halton Co., Acottsville, KY, USA). El agua estuvo disponible a libertad de un bebedero automático de taza en cada cámara.En bloque, para la asignación de cerdos, se pesaron ocho machos castrados, separándose en dos grupos de cuatro animales. Con base en el peso vivo y camada de origen, los cerdos de cada grupo se asignaron al azar a una cámara, quedando así cada una de las cuatro unidades experimentales con dos cerdos. El periodo experimental fue de 21 días, pesando a los animales al inicio y luego en intervalos de 7 días.
Preparación de las dietas y alimentación
Las dietas se basaron en maíz y pasta de soya (Cuadro 1) y se formularon para contener un nivel normal (19%) o reducido (14%) de PC. El nivel de PC normal se basó en los requerimientos nutricionales estimados(14) para cerdos dentro del grupo genético y rango de peso vivo usados. El nivel de PC reducida se formuló para resultar en un crecimiento similar al de la dieta PC normal, basados en el estudio de Kerr y Easter(8). Ambas dietas se formularon para los mismos niveles de lisina digestible (ileal estandarizada, 0.85%), y de energía (3.37 Mcal de EM/kg). Se adicionaron aminoácidos con fuentes cristalinas (lisina, treonina, metionina y triptófano) al nivel de PC reducido para asegurar que los aminoácidos esenciales cumplieran o rebasaran los requerimientos propuestos por NRC(14) para cerdos dentro del peso utilizado en los dos estudios. El mismo lote de cada dieta se utilizó para ambos estudios.
En el Estudio I, para minimizar el rechazo de alimento, se restringió el consumo de alimento al 90 % del consumo ad libitum predicho por la ecuación para cerdos en crecimiento del NRC(14). La ración diaria se dividió en dos comidas de igual tamaño, ofrecidas a las 0800 y 1600 h respectivamente. El rechazo de alimento se midió y anotó diariamente antes de la comida de la mañana. En el estudio II, los cerdos se alimentaron a libertad durante todo el periodo de observación.
Muestreo y medición del aire
]]> En el Estudio II, para el análisis de olor, se colectaron muestras de aire del puerto de muestreo localizado en el ducto de escape de cada cámara, sólo en la mañana de los días 14 y 21 del periodo de medición. Las muestras se colectaron en bolsas neumáticas Tedlar de 10L (Smith Air Sample Supply Co., Hillsborough, NC, USA), purgadas previamente con gas N. Las bolsas se llenaron con un muestreador de aire (Vac-U Chamber, SKC-West, Inc., Fullerton, CA, USA) unida a una bomba neumática Puck I.H. (PCXR4, SKC Inc., Eighty Four, PA, USA) para crear presión negativa. Las bolsas con las muestras se transportaron al laboratorio para su evaluación, la cual se llevó a cabo en el día del muestreo. Un panel de ocho jueces entrenados evaluó el olor utilizando el método Triangular de Elección Forzada en un Olfactómetro AC'SCEMT International (St. Croix Sensory, Inc., Lake Elmo, MN, USA) con una velocidad de flujo de 20 L/min. A cada miembro del panel se le presentaron de 6 a 8 diluciones (en concentración ascendente) de cada muestra, con diluciones adyacentes difiriendo por un factor de 2. El umbral de detección se definió como el nivel de dilución justo donde el panelista fue capaz de detectar correctamente la diferencia entre la muestra olfativa y dos muestras en blanco. Un panelista debe oler cada una de las tres muestras y seleccionar a la que detecta con olor.La medición de la concentración de NH3 en el aire se realizó en el ducto de escape para muestreo de cada cámara, diariamente del día 7 al 21 del periodo de estudio a las 0700, 1000, 1300, 1600 y 1900 h utilizando tubos indicadores colorimétricos (105SD; Matheson-Kitagawa tubos de detección de gas precisa y bomba 8014-400A, Rutherford, NJ, USA) con un rango de detección de 0.2 a 2.0 ppm.
Las tasas de emisión de amoniaco se calcularon con la siguiente ecuación derivada del trabajo de Panetta et al(15):
Tasa de emisión de amoniaco de la cámara (mg/mm) = concentración del amoniaco en el aire de escape (ppm) × 10-6 × densidad del amoniaco a temperatura y presión estándar (759 mg/L) × velocidad del flujo del aire (14.2 L/ seg). La tasa de emisión calculada se dividió entre 2 para dar la tasa de emisión de NH3 por cerdo.
Colecta y medición de excretas
En el Estudio I, después del periodo de aclimatación de seis días, se colectaron por separado las excretas y orina de cada cerdo por un periodo de cinco días. Como marcador, se agregó oxido de cromo al alimento (0.2% de la dieta) en los días 6 y 11; la aparición en las excretas determinó el inicio y final de la colecta, periodo en que las muestras se pesaron y registraron cada mañana para congelarse (-20 °C) hasta su análisis del contenido de N. El muestreo de orina comenzó y terminó 4 h después de las dos ocasiones en que se alimentó el marcador (días 6 y 11). La orina se colectó en contenedores de plástico con 10 ml de HCl como conservador y fijador del N. Una vez al día, después del alimento de la mañana, el volumen de orina se midió y se tomó una alícuota de 350 ml, almacenándose en una botella de plástico de 500 ml y se almacenaron a -20 °C hasta su análisis de concentración de M con el método Kjeldahl(16).
En el Estudio II, diariamente se registró pH de los purines (lodos en la fosa de fermentación) cada mañana, desde el día 10 hasta el 21, con un potenciómetro portátil (HI 931000, Hanna Instruments, Woonsocket, RI, USA). Las medidas se tomaron directamente en las fosas de almacenamiento de cada cámara, 10 cm abajo de la superficie de los líquidos en la fosa.
Análisis estadístico
]]> Para el Estudio I, cada cerdo se consideró como la unidad experimental y se utilizó el procedimiento PROC MIXED de SAS (v. 8.0, SAS Inst. Inc., Cary, MC, USA), en el que se incluyó en el Modelo el efecto fijo de tratamiento; las medias de mínimos cuadrados se derivaron y compararon utilizando la opción PDIFF. Para el Estudio II, la cámara se consideró como la unidad experimental. La respuesta del comportamiento productivo se analizó usando el procedimiento PROC MIXED, el modelo incluyó el efecto fijo del tratamiento y los efectos del bloque y de la cámara como aleatorios. Para el análisis del pH, emisiones de NH3 y olor, se usó un modelo de mediciones repetidas en el tiempo. Los efectos incluidos en el modelo fueron tratamiento, día de medición, y la interacción entre tratamiento y día. Para las mediciones repetidas, el sujeto fue considerado como la cámara anidada en el bloque y tratamiento. En el análisis de las concentraciones diarias de NH3 en el aire de escape de la cámara, se evaluaron términos lineares y cuadráticos mediante polinomiales de primer y segundo grado.
RESULTADOS
Los detal les de los ingredientes y de la composición de las dietas experimentales se presentan en el Cuadro 1, en donde los valores de la concentración analizada de PC de las dietas constató los valores calculados.
Estudio I. Balance de nitrógeno
El peso corporal inicial y final de los cerdos fue similar (P>0.20) entre tratamientos (Cuadro 2) y no existió efecto del nivel de PC en el comportamiento productivo durante el periodo de estudio en las jaulas metabólicas. Aunque el consumo de alimento diario fue similar (P>0.70) para ambos tratamientos, alimentar la dieta con nivel de PC reducida disminuyó (P<0.001) el consumo de N un 26.6 %, que fue directamente proporcional a la diferencia provocada por el cálculo de las dietas (25.9 %; Cuadro 1).
La excreción fecal de N fue similar (P>0.40) entre tratamientos y, consecuentemente, la digestibilidad aparente del N para el tratamiento con el nivel de PC reducida fue 5 unidades porcentuales menor (P<0.001). La excreción urinaria de N (56 %) y de N total (41 %) se redujeron (P<0.001) cuando se alimentó a los cerdos con la dieta reducida en PC (Cuadro 2). Sin embargo, los cerdos alimentados con la dieta Normal en PC tuvieron mayor retención de N (+1.93 g/día; (P<0.001).
Estudio II. Emisiones de amoniaco y niveles de olor
]]> El comportamiento productivo de los cerdos, medido como el promedio del consumo (C), de la ganancia diaria de peso (G) y la eficiencia alimenticia (G/C) en las cámaras de flujo dinámico de aire fue similar (P>0.10) entre tratamientos (Cuadro 3). En el promedio de todos los tiempos de medición, el pH de los purines en la fosa de fermentación fue 0.50 unidades menor (P<0.10) cuando las muestras provinieron de los cerdos alimentados con la dieta reducida en PC.Bajar la concentración de PC en las dietas resultó en una reducción sustancial (P<0.001) en las emisiones de NH3 con valores (promediados entre todos los días y tiempos de medición) 77 % inferiores, para el tratamiento PC reducida, en relación al nivel con PC normal (Cuadro 3). La concentración promedio de NH3 medida en el ducto de escape de las cámaras fue diferente (P<0.001) entre tratamientos (0.42 y 1.82 ± 0.201 ppm) que, basados en un flujo en el punto de muestreo de 14.2 L/seg, resultó en emisiones de NH3 estimadas en 0.194 y 0.844 g/cerdo/día para las dietas con niveles de PC reducida y normal, respectivamente.
La concentración de amoniaco en el ducto de escape de la cámara no difirió (P>0.10) entre las horas del día en que se tomó la medición (no se presentan los datos). Sin embargo, hubo una interacción (P<0.001) entre el nivel de PC en la dieta y el día de medición de las emisiones de NH3 (Figura 1). Al inicio de la toma de mediciones en el día 7 del periodo de estudio, las emisiones diarias de NH3 fueron relativamente bajas y sin diferencias (P>0.10) entre tratamientos. Posterior al día 10 del estudio, los niveles de emisión de NH3 para el tratamiento PC normal aumentó relativamente rápido y fueron mayores (P<0.05) a los del tratamiento PC reducida por el resto del periodo de medición.
Las ecuaciones de regresión cuadrática, usando un modelo con la restricción de la intersección al valor inicial (0.1), que describen el comportamiento de las emisiones de NH3 en función del día de muestreo (Figura 1) son las siguientes:
Dieta con nivel normal de PC:
NH3 (g/día) = 0.1 + [0.15304 (± 0.00759) × día] + [-0.00557 (± 0.00064) × día2]
R2 = 0.86
]]>Dieta con nivel reducido de PC:
NH3 (g/día) = 0.1 - [0.00994 (±0.00181) × día] + [0.00208 (± 0.00015) × día2]
R2 = 0.85
El umbral de detección del olor de las excretas (Cuadro 3), que es el número de diluciones requeridas antes de que el olor en la muestra olfativa no sea detectable, no fue diferente (P>0.30) entre tratamientos (512 y 540 ± 115.6 para PC reducida y normal, respectivamente). En cambio, en los valores del umbral de detección de olor hubo un claro efecto del día de muestreo (P<0.01), aumentando al paso del tiempo: 440 y 612 ± 111.3 para 14 y 21 días, respectivamente, pero el nivel de PC de la dieta no interactuó (P>0.10) con los días de muestreo.
DISCUSIÓN
Aun cuando la excreción fecal de N fue similar entre tratamientos, la mayor proporción de pasta de soya en las dietas con nivel de PC normal provocó que la digestibilidad aparente de proteína de la dieta con el nivel de PC reducida fuera 5 unidades porcentuales menor(17,18).
La excreción total de N se redujo en 8 % por cada unidad porcentual de reducción en la PC alimenticia, resultado muy similar al valor estimado por Kerr y Easter(8). Esta reducción se debió, en su mayoría a las diferencias en la cantidad de N excretado en la orina. Esto concuerda con otros estudios(19,20,21) que han mostrado que en cerdos, el consumo de dietas con niveles reducidos de proteína, reduce la cantidad de nitrógeno excretado en la orina.
El pH de los purines tendió (P<0.10) a ser menor para el tratamiento PC reducida (6.71 normal, y 6.21±0.186 para CP reducida). Le et al(22) mostraron que alimentar a los cerdos con dietas con 18 y 12 % PC disminuía el pH de las excretas de 7.83 a 7.10. En contraste, otros autores(23) no pudieron detectar diferencias en el pH del purín cuando alimentaron a cerdos en crecimiento con dietas cuyo contenido de PC fue del 19 o del 22 %; esta falta de efecto, pudiera estar asociada al hecho de que el rango en los niveles de PC que usaron fue más elevado y estrecho que en otros estudios, incluyendo éste. Es claro que la capacidad buffer y el pH de los purines son determinantes de las emisiones de NH3(24,25). La disociación del NH3 a partir de amonio (o la relación entre NH3 y NH4+) se favorece en condiciones alcalinas, y condiciones ácidas la inhiben(2,26).
]]> Los resultados del presente estudio sugieren que al reducir la PC en la dieta, se puede reducir el pH del purín y la volatilización del NH3. La reducción en las emisiones de NH3 de los purines de cerdos alimentados con el nivel de PC reducida en el presente estudio pudieron deberse, por lo tanto, a la menor concentración de N en solución y a su menor pH.Es bien sabido que otros componentes alimentarios pueden influir en las emisiones de NH3 y olor, incluyendo el contenido de fibra(27) y el balance electrolítico(25) de la dieta. En el presente estudio, los niveles de fibra de ambas dietas experimentales fueron similares (Cuadro 1) y es poco probable que hayan impactado en las diferencias entre tratamientos observadas. Los valores del balance electrolítico fueron menores para la dieta reducida comparada con la normal. En lo particular, algunos estudios han intentado establecer el impacto del balance electrolítico de la dieta en las emisiones de NH3 del purín de los cerdos y han sugerido que la disminución del balance electrolítico se asocia con la reducción en emisiones(25,28,29). Sin embargo, en los estudios citados, las diferencias entre tratamientos en el balance electrolítico de la dieta se confundieron con otros componentes alimenticios, particularmente con el nivel de fibra lo que, como ya se discutió, puede influir en la emisión de amoniaco. Consecuentemente, no es posible especular sobre la contribución de las diferencias de tratamiento en el balance el ectrolítico alimenticio, en las diferencias observadas en la emisión de amoniaco en el presente estudio, particularmente dada la relativamente pequeña diferencia en el balance electrolítico entre ambas dietas, en comparación con aquéllas en los estudios antes discutidos.
La retención de N con la dieta PC reducida fue 14 % menor que con la dieta PC normal, aun cuando ambas dietas fueron formuladas al mismo nivel de lisina digestible (ileal estandarizada) y para cumplir los requerimientos de otros aminoácidos esenciales (limitantes), como lo propuso el NRC(14). Esta diferencia en la retención de N sugiere la posibilidad de una mejor tasa de crecimiento y eficiencia alimenticia para los cerdos alimentados con la dieta CP normal, pero el comportamiento productivo no fue diferente entre los tratamientos de ninguno de los estudios; las diferencias numéricas fueron pequeñas y ambos estudios se realizaron durante un período relativamente corto. Por lo que, un ensayo de crecimiento, realizado durante un lapso mayor, quizá de 35 días(30), en condiciones prácticas de manejo y alojamiento, midiendo además los cambios en la composición corporal, hubiera sido necesario para detectar y explicar diferencias en el comportamiento productivo.
El efecto de la alimentación con dietas bajas en PC y suplementarias en aminoácidos cristalinos sobre la retención de N con cerdos en crecimiento, depende de forma muy importante de la magnitud de la reducción en PC. Algunos estudios han mostrado que no hay cambio en la retención de N cuando los niveles de PC se redujeron en 3 a 4 unidades porcentuales en presencia de una apropiada adición de aminoácidos cristalinos(31,32) pero, cuando los niveles de PC se reducen en más de 4 unidades porcentuales, hay una correspondiente reducción en la retención de N(33). Incluso, se han llegado a observar reducciones en la retención de M en cerdos que consumieron dietas complementadas con aminoácidos cristalinos en donde la reducción de la PC fue sólo de 2.8 unidades(34,35). Kerr y Easter(8) sugirieron que dietas con 4 unidades porcentuales de PC menos que el testigo, pueden ser insuficientes en el aporte de aminoácidos dispensables o no esenciales. Así, el aporte total de aminoácidos esenciales y de N no esencial debe ser considerado en la elaboración de inferencias.
La diferencia en las emisiones de NH3 aumentó con el día de muestreo (Figura 1). Los niveles de emisión de amoniaco para los primeros tres días de medición (i.e., días 7 a 10 del estudio), fue de aproximadamente 0.18 g/cerdo/día, promediados sobre ambos tratamientos, similar al valor en el trabajo de Hansen et al(36). Para el final del estudio (21 días), las emisiones de NH3 se incrementaron a 1 g/cerdo/día para la dieta PC normal y a 0.4 g/cerdo/día con PC reducida. Estos valores son más bajos que los de Groot Koerkamp et al(37) quienes estimaron que cerdos en finalización (100 kg de peso vivo), alojados en instalaciones comerciales con pisos de "slats", produjeron 11 g de NH3/cerdo/día. Las razones para esta considerable discrepancia en las emisiones de HN3 pueden estar relacionadas a factores como el nivel de PC en la dieta, la edad y peso de los cerdos, la dinámica de fermentación afectada por factores como la cantidad y tipo de purines en las fosas, la temperatura y el tiempo de almacenaje.
En las condiciones de este experimento, una reducción del 25 % en la PC redujo la cantidad de NH3 volatilizado al 77 %, equivalente a una reducción del 15 % en NH3 por cada unidad porcentual de reducción en la PC de la dieta. Canh et al(38) mostraron que para cerdos de 50 kg peso vivo, las emisiones de NH3 se redujeron 12.5 % por cada unidad porcentual de reducción en la PC. En otras investigaciones(39), utilizando cerdos de 80 kg de peso, mostraron una reducción en las emisiones de NH3 equivalente a 8 % por cada unidad porcentual de reducción de la PC. Por lo tanto, en el presente estudio la magnitud de la reducción en las emisiones de NH3 resultantes de la reducción de PC fue mayor que el encontrado en otros experimentos, lo que amerita mayor atención en investigación.
No hubo efecto del contenido de PC en la dieta sobre la evaluación sensorial del olor, medido como el umbral de dilución. Los resultados publicados sobre el efecto del nivel de PC alimentaria en el olor de las excretas son contradictorios. Los estudios que han utilizado el análisis químico de los componentes del olor de los purines de cerdo, han mostrado generalmente que una reducción del contenido de PC en la dieta, reduce la concentración de aromas desagradables y en las emisiones gaseosas. Se ha demostrado(10) que reducir la PC de la dieta alimentada a cerdos en crecimiento disminuía la excreción de N y, también , basados en mediciones de cromatografía de gases y espectrometría de masas, se redujo la concentración de odorantes como el ácido acético, ácido propanoico, fenol e indol en el aire proveniente de las fosas. Otros investigadores(9) midieron la producción de ácidos grasos volátiles de cadena ramificada y de compuestos aromáticos emitidos de purines fermentados en la presencia de almidón o de caseína, y concluyeron que al limitar la excreción de proteína por medio de cambios en la dieta, se contribuye en el control de la producción de olores ofensivos durante el almacenaje.
En contraste, los estudios que utilizaron la evaluación sensorial de olores de los purines de cerdo han encontrado, generalmente, poco impacto al alimentar dietas con bajos niveles de PC en los niveles de olor, lo que coincide con los resultados de este estudio. Clark et al(40) evaluaron la intensidad del olor de purines almacenados, generados por cerdos alimentados con dietas con 17 a 14 % PC y no pudieron detectar ninguna diferencia; mientras que en otras investigaciones(41) luego de alimentar dietas con niveles de PC entre 0 a 15 %, encontraron que la intensidad del olor, evaluado por olfatometría estática, aumentó conforme el nivel de proteína disminuyó. En contraste, se ha reportado(39) menor intensidad de olor en las instalaciones porcinas, cuando los cerdos en finalización se alimentaron con dietas con niveles de PC de 13 o 16 %, vs 19 % de PC. En congruencia, se ha sugerido(22) una reducción en la concentración de olores con dietas bajas en proteína, aunque la intensidad y lo desagradable del olor no cambió. Estos resultados, a toda suerte ambiguos, son el reflejo de diferencias y de limitaciones en los métodos de medición. Mo obstante, basados en los resultados de este experimento, no puede afirmarse que las emisiones de olor de las instalaciones porcinas se puedan reducir al bajar la densidad de proteína en la dieta.
CONCLUSIONES E IMPLICACIONES
]]> Los resultados de estos estudios indican que, por cada unidad porcentual de reducción en la PC en la dieta (cuidando el aporte de aminoácidos), se puede reducir en aproximadamente un 8 % la pérdida total de M en las excretas (fecales y urinarias), mientras que las emisiones de NH3 en los purines se reducen aproximadamente en 15 %, sin que con esto se logre afectar los niveles de olor emitidos en los purines.
AGRADECIMIENTOS
Este artículo está dedicado a la memoria del Dr. Stanley Curtis, quien fue profesor en el Departamento de Ciencias de los Animales de la Universidad de Illinois, en Urbana, y que participó en este trabajo. Los autores, con gratitud reconocen su conocimiento, sabiduría y buen humor que siempre compartió, influyendo siempre positivamente a todos aquellos que trabajamos con él.
LITERATURA CITADA
1. Van der Peet-Schwering CMC, Jongbloed AW, Aarnink AJA. Nitrogen and Phosphorus consumption, utilization and losses in pig production: The Netherlands. Livest Prod Sci 1999;58:213-224. [ Links ]
2. NRC. Air emissions from animal feeding operations. National Academies Press. Washington, DC., USA. 2003. [ Links ]
]]>3. McCubbin DR, Apelberg BJ, Roe S, Divita F. Livestock ammonia management and particulate-related health benefits. Environ Sci Technol 2002;15:1141-1146. [ Links ]
4. Milne JA. Societal expectations of livestock farming in relation to environmental effects in Europe. Livest Prod Sci 2005;96:3-9. [ Links ]
5. Rabalais NN, Turner RE, Wiseman WW. Hypoxia in the Gulf of Mexico. J Environ Qual 2001;30:320-329. [ Links ]
6. Battye R, Battye W, Overcash C, Fudge S. Development and Selection of Ammonia Emission Factors. EPA-600/R-94-190. U.S. EPA: Research Triangle Park, MC, USA. 1994. [ Links ]
7. Howarth RW, Boyer EW, Pabich WJ, Galloway JN. Nitrogen use in the United States from 1961-2000 and potential future trends. Ambio 2002;31:88-96. [ Links ]
]]>8. Kerr BJ, Easter RA. Effect of feeding reduced protein, amino acid-supplemented diets on nitrogen and energy balance in grower pigs. J Anim Sci 1995;73:3000-3008. [ Links ]
9. Miller DN, Varel VH. Swine manure composition affects the biochemical origins, composition, and accumulation of odorous compounds. J Anim Sci 2003;81:2131-2138. [ Links ]
10. Hobbs PJ, Pain BF, Kay RM, Lee PA. Reduction of odorous compounds in fresh pig slurry by dietary control of crude protein. J Sci Food Agric 1996;71:508-514. [ Links ]
11. Sutton AL, Kephart KB, Verstegen MWA, Canh TT, Hobbs PJ. Potential for reduction of odorous compounds in swine manure through diet modification. J Anim Sci 1999;77:430-439. [ Links ]
12. Mackie RI, Stroot PG, Varel VH. Biochemical identification and biological origin of key odor components in livestock waste. J Anim Sci 1998;76:1331-1342. [ Links ]
]]>13. Curtis SE, Anderson CR, Simon J, Jensen AH, Day DL, Kelley KW. The effects of aerial ammonia, hydrogen sulfide and swine-house dust on the rate of gain and respiratory-tract structure of swine. J Anim Sci 1975;42:735-739. [ Links ]
14. NRC. Nutrient Requirements of Swine. 1 0th ed. Washington, DC, USA: National Academic Press; 1998. [ Links ]
15. Panetta DM, Powers WJ, Xin H, Kerr BJ, Stalder KJ. Nitrogen excretion and ammonia emissions from pigs fed modified diets. J Environ Qual 2006;35:1297-1308. [ Links ]
16. AOAC, método 973.48. 2005. Official Methods of Analysis, 18 Ed. AOAC International, Gaithersburg, MD 20877, USA. [ Links ]
17. Bohlke RA, Thaler RC, Stein HH. Calcium, phosphorus, and amino acid digestibility in low-phytate corn, normal corn, and soybean meal by growing pigs. J Anim Sci 2005;83:2396-2403. [ Links ]
]]>18. Sauer WC, Dugan M, de Lange K, Imbeah M, Mosenthin. Considerations in methodology for the determination of amino acid digestibilities in feedstuffs for pigs. In: Friedman M. editor. Absorption and utilization of amino acids. CRC Press, Boca Raton, FL, USA. 1989(3):217-230. [ Links ]
19. Russell LE, Cromwell GL, Stahly TS. Tryptophan, threonine, isoleucine and methionine supplementation of a 12% protein, lysine-supplemented, corn-soybean meal diet for growing pigs. J Anim Sci 1983;56:1115-1123. [ Links ]
20. Kephart KB, Sherritt GW. Performance and nutrient balance in growing swine fed low-protein diets supplemented with amino acids and potassium. J Anim Sci 1990;68:1999-2008. [ Links ]
21. Gatel F, Grosjean F. Effect of protein content of the diet on nitrogen excretion by pigs. Livest Prod Sci 1992;31:109-120. [ Links ]
22. Le PD, Aarnink AJ, Jongbloed AW, Van der Peet-Schwering CMC, Ogink CWM, Verstegen MWA. Effects of dietary crude protein level on odour from pig manure. Animal 2007;1:734-744. [ Links ]
]]>23. Sørensen P, Fernandez JA. Dietary effects on the composition of pig slurry and on the plant utilization of pig slurry nitrogen. J Agric Sci 2003;140:343-355. [ Links ]
24. Sommer SG, Husted S. The chemical buffer system in raw and digested animal slurry. J Agric Sci 1995;124:45-53. [ Links ]
25. Cahn TT, Aarnik AJA, Mroz Z, Jongbloed AW, Schrama JW, Verstegen MWA. Influence of electrolyte balance and acidifying calcium salts in the diet of growing-finishing pigs on urinary pH, slurry pH and ammonia volatilization form slurry. Livest Prod Sci 1998;56:1-13. [ Links ]
26. Pérez AMA, Cervantes LJ, Braña VD, Mariscal LG, Cuarón IJA. Ácido benzoico y un producto basado en especies de Bacillus para proteger la productividad de los lechones y el ambiente. Rev Mex Cienc Pecu 2013;4(4):447-468. [ Links ]
27. Canh TT, Sutton AL, Aarnink AJ, Verstegen MW, Schrama JW, Bakker GC. Dietary carbohydrates alter the fecal composition and pH and the ammonia emission from slurry of growing pigs. J Anim Sci 1998;76:1887-1895. [ Links ]
]]>28. Cahn TT, Verstegen MW, Aarnik AJA, Schrama JW. Influence of dietary factors on nitrogen partitioning and composition or urine and feces of fattening pigs. J Anim Sci 1997;75:700-706. [ Links ]
29. Canh TT, Aarnink AJA, Verstegen MW, Schrama JW. Influence of dietary factors on the pH and ammonia emission of slurry from growing-finishing pigs. J Anim Sci 1998;76:1123-1130. [ Links ]
30. Arthur PF, Barchia IM, Giles LR. Optimum duration of performance tests for evaluating growing pigs for growth and feed efficiency traits. J Anim Sci 2008;86:1096-1105. [ Links ]
31. Kerr BJ, Southern Ll, Bidner TD, Friesen KG, Easter RA. Influence of dietary protein level, amino acid supplementation, and dietary energy levels on growing-finishing pig performance and carcass composition. J Anim Sci 2003;81:3075-3087. [ Links ]
32. Kerr BJ, Yen JT, Mienaber JA, Easter RA. Influences of dietary protein level, amino acid supplementation and environmental temperature on performance, body composition, organ weights and total heat production of growing pigs. J Anim Sci 2003;81:1998-2007. [ Links ]
]]>33. Otto ER, Yokoyama M, Ku PK, Ames NK, Trottier NL. Nitrogen balance and ideal amino acid digestibility in growing pigs fed diets reduced in protein concentration. J Anim Sci 2003;81:1743-1753. [ Links ]
34. Zervas S, Zijilstra RT. Effects of dietary protein and fermentable fiber on nitrogen excretion patterns and plasma urea in grower pigs. J Anim Sci 2002;80:3247-3256. [ Links ]
35. Zervas S, Zijilstra RT. Effects of dietary protein and oat hull fiber on nitrogen excretion patterns and postprandial plasma urea profiles in grower pigs. J Anim Sci 2002;80:3238-3246. [ Links ]
36. Hansen MJ, Chwalibog A, Tauson A. Influence of different fibre sources in diets for growing pigs on chemical composition of feces and slurry and ammonia emission from slurry. Anim Feed Sci Technol 2007;134:326-336. [ Links ]
37. Groot-Koerkamp PWG, Metz JHM, Uenk GH, Phillips VR, Holden MR, Sneath RW, Short JL, et al. Concentrations and emissions of ammonia in livestock buildings in Morthern Europe. J Agric Eng Res 1998;70:79-95. [ Links ]
]]>38. Canh TT, Aarnink AJA, Schutte JB, Sutton A, Langhout DJ, Verstegen MW. Dietary protein affects nitrogen excretion and ammonia emission from slurry of growing-finishing pigs. Livest Prod Sci 1998;56:181-191. [ Links ]
39. Hayes ET, Leek ABG, Curran TP, Dodd VA, Carton OT, Beattie VE, O'Doherty JV. The influence of diet crude protein level on odour and ammonia emissions from finishing pig houses. Bioresource Technol 2004;91:309-315. [ Links ]
40. Clark GO, Moehn S, Edeogu I, Price J, Leonard J. Manipulation of dietary protein and nonstarch polysaccharide to control swine manure emissions. J Environ Qual 2005;34:1461-1466. [ Links ]
41. Otto ER, Yokoyama M, Hengemuehle S, von-Bermuth RD, van-Kempen T, Trottier NL. Ammonia, volatile fatty acids, phenolics, and odor offensiveness in manure from growing pigs fed diets reduced in protein concentration. J Anim Sci 2003;81:1754-1763. [ Links ]
]]>