Análisis de las emisiones de gases de efecto invernadero en fincas productoras de leche de Costa Rica

ESCUELA DE DOCTORADO INTERNACIONAL DE LA USC Cristóbal Villanueva Najarro Tesis doctoral Análisis de las emisiones de gases de efecto invernadero en fincas productoras de leche de Costa Rica Lugo, 2022 Programa de doctorado en Ciencias Agrícolas y Medioambientales TESIS DE DOCTORADO ANÁLISIS DE LAS EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO EN FINCAS PRODUCTORAS DE LECHE DE COSTA RICA Cristóbal Villanueva Najarro ESCUELA DE DOCTORADO INTERNACIONAL DE LA UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE COMPOSTELA PROGRAMA DE DOCTORADO EN CIENCIAS AGRÍCOLAS Y MEDIOAMBIENTALES SANTIAGO DE COMPOSTELA / LUGO 2022 D./Dña. Cristóbal Villanueva Najarro Título de la tesis: Análisis de las emisiones de gases de efecto invernadero en fincas productoras de leche de Costa Rica Presento mi tesis, siguiendo el procedimiento adecuado al Reglamento y declaro que: 1) La tesis abarca los resultados de la elaboración de mi trabajo. 2) De ser el caso, en la tesis se hace referencia a las colaboraciones que tuvo este trabajo. 3) Confirmo que la tesis no incurre en ningún tipo de plagio de otros autores ni de trabajos presentados por mí para la obtención de otros títulos. 4) La tesis es la versión definitiva presentada para su defensa y coincide la versión impresa con la presentada en formato electrónico. Y me comprometo a presentar el Compromiso Documental de Supervisión en el caso que el original no esté depositado en la Escuela. En Lugo, 11 de noviembre de 2021. Firma electrónica AUTORIZACIÓN DEL DIRECTOR/TUTOR DE LA TESIS D./Dña. Agustín Merino García En condición de: Tutor/a Título de la tesis: Análisis de las emisiones de gases de efecto invernadero en fincas productoras de leche de Costa Rica INFORMA: Que la presente tesis, se corresponde con el trabajo realizado por D/Dña Cristóbal Villanueva Najarro, bajo mi dirección/tutorización, y autorizo su presentación, considerando que reúne l os requisitos exigidos en el Reglamento de Estudios de Doctorado de la USC, y que como director/tutor de esta no incurre en las causas de abstención establecidas en la Ley 40/2015. En Lugo, 18 de enero de 2022 Firma electrónica AUTORIZACIÒN DEL DIRECTOR/TUTOR DE LA TESIS Dña. Cristina Castillo Rodriguez En condición de: Director/a Título de la tesis: Análisis de las emisiones de gases de efecto invernadero en fincas productoras de leche de Costa Rica INFORMA: Que la presente tesis, se corresponde con el trabajo realizado por D/Dña Cristóbal Villanueva Najarro, bajo mi dirección/tutorización, y autorizo su presentación, considerando que reúne l os requisitos exigidos en el Reglamento de Estudios de Doctorado de la USC, y que como director/tutor de esta no incurre en las causas de abstención establecidas en la Ley 40/2015. En Lugo, 12 de noviembre de 2021 Firma electrónica RESUMO O sector gandeiro está conformado por 37.171 leiras distribuídas en sistemas de produción de carne (52,3), dobre propósito (31,3%) e lechería especializada (16,2%). A actividade contribúe con 2.445,35 Gg de CO2eq (22,5%) das emisións totais do país e das cales o 42% corresponden ás leiras produtoras de leite. Nese sentido, é importante realizar unha avaliación das emisións de gases de efecto invernadoiro (GEI) nos sistemas de produción de leite para identificar as oportunidades que contribúan coa mitigación ao cambio climático e a estimación de factores de emisión local de metano entérico en vacas leiteiras con distinto perfil xenético. Por tanto, levou a cabo unha avaliación das emisións de GEI en sistemas de produción de leite e a estimación de metano entérico (o principal GEI das leiras gandeiras) en vacas leiteiras con diferente perfil xenético. Na avaliación das emisións de GEI en sistemas de produción de leite foi seleccionada unha base de datos de 87 leiras produtoras de leite (69 de lechería especializada e 18 de dobre propósito), en cada leira estimáronse as emisións de GEI (fontes primarias e secundarias) e determinou a pegada de carbono por medio da Análise de Ciclo de Vida. A información dos sistemas de produción foi analizada por medio da proba de T; análise de conglomerados para coñecer os grupos de leiras segundo o nivel de intensificación produtiva; análise de varianza con modelos lineais xenerais e mixtos para avaliar o efecto do nivel de intensificación sobre a pegada de carbono e outras variables de emisións de GEI. Tamén, foron realizados análise de compoñentes principais para identificar as variables biofísicas, socioeconómicas e de emisións de GEI relacionadas cos grupos de leiras segundo o nivel de intensificación. Existen diferenzas marcadas (p<0,05) entre os sistemas de produción de lechería especializada e dobre propósito en termos de carga animal e produción de leite. Estas variables son maiores no sistema de lechería especializada (5,41 vs 2,55 UA/ha e 17.097 vs 3.688 kg/ha/ano) e é a resposta a un maior uso de insumos como concentrado e fertilizante nitrogenado. En lechería especializada predomina o uso de razas puras de leite (Bos taurus) e nas de dobre propósito cruces de Bos indicus x Bos taurus. As fontes de emisión de GEI como insumos externos, gando comprado e fertilización nitrogenada foron diferentes entre os sistemas de produción (p<0,05). Mentres, a fermentación entérica e o manexo do esterco foron similares (p>0,05). A fermentación entérica foi a maior fonte de emisión de GEI con 49,82% e 48,11% para lechería especializada e dobre propósito respectivamente. Tamén, a pegada de carbono para leite e carne foi diferente (p<0,05) entre sistemas de produción. En lechería especializada foi de 2,28 e 11,06 kg CO2eq; e en dobre propósito foi de 5,45 e 23,72 kg CO2eq respectivamente. Con respecto á estrutura do rabaño e emisións de GEI, en ambos os sistemas de produción as vacas en muxido mostraron a maior emisión (65,91% para lechería especializada e 39,78% para dobre propósito), seguido das vacas secas, os xatos 1-2 anos e as tenreiras. As outras categorías rexistran a menor achega de GEI, e xeralmente son as menos frecuentes nas leiras gandeiras. As emisións por categoría de gando foron significativamente diferentes entre os sistemas de produción (p<0,05), excepto as categorías os xatos 1-2 anos e tenreiras. O sistema dobre propósito tivo o maior valor, excepto para vacas en muxido, no caso dos xatos 1-2 anos e tenreiras foron similares. En ambos os sistemas de produción, cando a estrutura do hato actual foi axustada polos parámetros porcentaxe de vacas en muxido en relación co total de vacas (75% e 80%) e a taxa de substitución (20%) tívose unha redución de emisións de GEI por leira de 3% e 14%, para lechería especializada e dobre propósito respectivamente. As leiras produtoras de leite agrupáronse en tres niveles de intensificación (alto, medio e baixo) por medio da variables altitude, carga animal, produtividade, consumo de concentrado e fertilización nitrogenada. As emisións por fermentación entérica e o manexo o esterco non foron afectadas polo nivel de intensificación das leiras (p>0,05). Pola contra, as emisións por uso de insumos externos e fertilización nitrogenada foron maiores en leiras cun nivel de alto e medio de intensificación (p<0,05). Similar tendencia ocorreu coa pegada de carbono de leite, xa que esta foi menor nas leiras con maior nivel de intensificación (p<0,05), mentres para a pegada de carbono de carne non houbo efecto da intensificación produtiva (p>0,05). En conclusión, as leiras produtoras de leite con maiores indicadores de produtividade e intensificación produtiva están asociadas cunha alta carga animal, maior uso de concentrado e fertilización nitrogenada nas pasturas. Este grupo de leiras (representado polo sistema lechería especializada) presentaron as menores pegadas de carbono de leite e tiveron maiores emisións polo uso de insumos externos e fertilizantes nitrogenados que as leiras con baixo nivel de intensificación (sistema dobre propósito). A fermentación entérica foi a principal fonte de emisión de GEI nas leiras cunha achega próxima ao 50%. Os axustes na estrutura do rabaño, por exemplo, maior porcentaxe de vacas en muxido e taxa de substitución do 20% pareceron ter un impacto na redución das emisións de GEI por leira en termos do 3% e 14% para os sistemas de lechería especializada e dobre propósito respectivamente. Con respecto á estimación de metano entérico en vacas leiteiras con diferente perfil xenético, foron seleccionadas 16 vacas, quen foi distribuídas nos seguintes 3 grupos xenéticos: 7 F1 (50% Jersey x 50% Gyr), 5 Triplo cruzamento (50% Jersey x 31% Holstein x 19% Sahiwal) e 4 Jersey. Neste grupo de vacas foi medido na última semana de cada mes o metano entérico, usando a técnica SF6 durante 15 meses. Ás emisións de metano entérico, ao factor de conversión de enerxía bruta a metano (FCM), ao consumo de e á intensidade de emisións (por unidade de leite e de materia seca) realizóuselles unha análise de varianza usando modelos lineais xenerais e mixtos. Os niveis de significación establecéronse para unha p<0,05. A emisión de metano entérico non mostrou unha diferenza estatística significativa (p>0,05) entre grupos raciais, aínda que se variou en función da fase de lactación, atribuíble á produción de leite e o consumo de materia seca (MS). Así, a emisión diaria media foi de 274,49, 322,69 e 297,77 g/vaca para os grupos F1, Triplo cruzamento e Jersey respectivamente. Mentres a emisión anual foi de 91,22, 111,82 e 111,42 kg/vaca para cada un dos respectivos grupos raciais. De feito, o consumo de MS total, pasto e intensidade de emisións de metano/ unidade de MS se variaron significativamente dependendo de se as vacas estaban en fase de secado ou lactación. A inxesta de MS foi maior en lactación mentres que a emisión de metano entérico/ unidade de MS consumida foi maior cando as vacas estaban no período seco. Con respecto á eficiencia no uso da enerxía, a raza influíu significativamente na fase de secado, non así durante a lactación. Cando as vacas están secas son menos eficientes no uso da enerxía xa que presentaron un maior FCM, mentres que variou segundo a fase de lactación, sendo menor no período < 76 días, incrementándose entre os 76-150 días e tendendo á redución ao final desta fase (>150 días). Considerando a media anual de todo o estudo as vacas con maior proporción da xenética Bos taurus presentaron un maior FCM de 5,90, 7,22 e 7,05 % para F1, Triplo cruzamento e Jersey respectivamente. En conclusión, os grupos raciais non mostraron diferenza estatística significativa na emisión de metano entérico e FCM. Aínda que, de acordo ás tendencias as vacas F1 mostraron unha menor emisión de metano entérico e FCM en comparación ás vacas con maior xenética europea (Bos taurus). Palabras chave: Estrutura do rabaño, factor de conversión de metano, fermentación entérica, idade de lactación, intensificación, mitigación, sistemas de produción. RESUMEN El sector ganadero está conformado por 37.171 fincas distribuidas en sistemas de producción de carne (52,3), doble propósito (31,3%) y lechería especializada (16,2%). La actividad contribuye con 2.445,35 Gg de CO2eq (22,5%) de las emisiones totales del país y de las cuales el 42% corresponden a las fincas productoras de leche. Por lo tanto, es importante realizar una evaluación de las emisiones de gases de efecto invernadero (en adelante GEI) en los sistemas de producción de leche para identificar las oportunidades que contribuyan con la mitigación al cambio climático y la estimación de factores de emisión local de metano entérico en vacas lecheras con distinto perfil genético. En la evaluación de las emisiones de GEI en sistemas de producción de leche fue seleccionada una base de datos de 87 fincas productoras de leche (69 de lechería especializada y 18 de doble propósito), en cada finca se estimaron las emisiones de GEI (fuentes primarias y secundarias) y determinó la huella de carbono por medio del Análisis de Ciclo de Vida. La información de los sistemas de producción fue analizada por medio de la prueba de T; análisis de conglomerados para conocer los grupos de fincas según el nivel de intensificación productiva; análisis de varianza con modelos lineales generales y mixtos para evaluar el efecto del nivel de intensificación sobre la huella de carbono y otras variables de emisiones de GEI. También, fueron realizados análisis de componentes principales para identificar las variables biofísicas, socioeconómicas y de emisiones de GEI relacionadas con los grupos de fincas según el nivel de intensificación. Existen diferencias marcadas (p<0,05) entre los sistemas de producción de lechería especializada y doble propósito en términos de carga animal y producción de leche. Estas variables son mayores en el sistema de lechería especializada (5,41 vs 2,55 UA/ha y 17.097 vs 3.688 kg/ha/año) y es la respuesta a un mayor uso de insumos como concentrado y fertilizante nitrogenado. En lechería especializada predomina el uso de razas puras de leche (Bos taurus) y en las de doble propósito cruces de Bos indicus x Bos taurus. Las fuentes de emisión de GEI como insumos externos, ganado comprado y fertilización nitrogenada fueron diferentes entre los sistemas de producción (p<0,05). Mientras, la fermentación entérica y el manejo del estiércol fueron similares (p>0,05). La fermentación entérica fue la mayor fuente de emisión de GEI con 49,82% y 48,11% para lechería especializada y doble propósito respectivamente. También, la huella de carbono para leche y carne fue diferente (p<0,05) entre sistemas de producción. En lechería especializada fue de 2,28 y 11,06 kg CO2eq; y en doble propósito fue de 5,45 y 23,72 kg CO2eq respectivamente. Con respecto a la estructura del hato y emisiones de GEI, en ambos sistemas de producción las vacas en ordeño mostraron la mayor emisión (65,91% para lechería especializada y 39,78% para doble propósito), seguido de las vacas secas, las novillas 1-2 años y las terneras. Las otras categorías registran el menor aporte de GEI, y generalmente son las menos frecuentes en las fincas ganaderas. Las emisiones por categoría de ganado fueron significativamente diferentes entre los sistemas de producción (p<0,05), excepto las categorías novillas 1-2 años y novillos. El sistema doble propósito tuvo el mayor valor, excepto para vacas en ordeño, en el caso de novillas 1-2 años y novillos fueron similares. En ambos sistemas de producción, cuando la estructura del hato actual fue ajustada por los parámetros porcentaje de vacas en ordeño en relación con el total de vacas (75% y 80%) y la tasa de reemplazo (20%) se tuvo una reducción de emisiones de GEI por finca de 3% y 14%, para lechería especializada y doble propósito respectivamente. Las fincas productoras de leche se agruparon en tres niveles de intensificación (alto, medio y bajo) por medio de las variables altitud, carga animal, productividad, consumo de concentrado y fertilización nitrogenada. Las emisiones por fermentación entérica y el manejo el estiércol no fueron afectadas por el nivel de intensificación de las fincas (p>0,05). Por el contrario, las emisiones por uso de insumos externos y fertilización nitrogenada fueron mayores en fincas con un nivel de alto y medio de intensificación (p<0,05). Similar tendencia ocurrió con la huella de carbono de leche, ya que esta fue menor en las fincas con mayor nivel de intensificación (p<0,05), mientras para la huella de carbono de carne no hubo efecto de la intensificación productiva (p>0,05). En conclusión, las fincas productoras de leche con mayores indicadores de productividad e intensificación productiva están asociadas con una alta carga animal, mayor uso de concentrado y fertilización nitrogenada en las pasturas. Este grupo de fincas (representado por el sistema lechería especializada) presentaron las menores huellas de carbono de leche y tuvieron mayores emisiones por el uso de insumos externos y fertilizantes nitrogenados que las fincas con bajo nivel de intensificación (sistema doble propósito). La fermentación entérica fue la principal fuente de emisión de GEI en las fincas con un aporte cercano al 50%. Los ajustes en la estructura del hato, por ejemplo, mayor porcentaje de vacas en ordeño y tasa de reemplazo del 20% parecieron tener un impacto en la reducción de las emisiones de GEI por finca en términos del 3% y 14% para los sistemas de lechería especializada y doble propósito respectivamente. Con respecto a la estimación de metano entérico en vacas lecheras con diferente perfil genético, fueron seleccionadas 16 vacas, quienes fueron distribuidas en los siguientes 3 grupos genéticos: 7 F1 (50% Jersey x 50% Gyr), 5 Triple cruce (50% Jersey x 31% Holstein x 19% Sahiwal) y 4 Jersey. En este grupo de vacas fue medido en la última semana de cada mes el metano entérico, usando la técnica SF6 durante 15 meses. A las emisiones de metano entérico, al factor de conversión de energía bruta a metano (en adelante FCM), al consumo de materia seca (en adelante MS) y a la intensidad de emisiones (por unidad de leche y de MS) se les realizó un análisis de varianza usando modelos lineales generales y mixtos. Los niveles de significancia se establecieron para una p<0,05. La emisión de metano entérico no mostró una diferencia estadística significativa (p>0,05) entre grupos raciales, aunque si varió en función de la fase de lactancia, atribuible a la producción de leche y el consumo de MS. Así, la emisión diaria promedio fue de 274,49, 322,69 y 297,77 g/vaca para los grupos F1, Triple cruce y Jersey respectivamente. Mientras la emisión anual fue de 91,22, 111,82 y 111,42 kg/vaca para cada uno de los respectivos grupos raciales. De hecho, el consumo de MS total, pasto e intensidad de emisiones de metano/ unidad de MS si variaron significativamente dependiendo de si las vacas estaban en el período de secado o lactancia. La ingesta de MS fue mayor en lactancia mientras que la emisión de metano entérico/ unidad de MS consumida fue mayor cuando las vacas estaban en el período de secado. Con respecto a la eficiencia en el uso de la energía, la raza influyó significativamente en el período de secado, no así durante la lactancia. Cuando las vacas están secas son menos eficientes en el uso de la energía ya que presentaron un mayor FCM, mientras que varió según la fase de lactancia, siendo menor en el periodo <76 días, incrementándose entre los 76-150 días y tendiendo a la reducción al final de esta fase (>150 días). Considerando el promedio anual de todo el estudio las vacas con mayor proporción de la genética Bos taurus presentaron un mayor FCM de 5,90, 7,22 y 7,05 % para F1, Triple cruce y Jersey respectivamente. En conclusión, los grupos raciales no mostraron diferencia estadística significativa en la emisión de metano entérico y FCM. Aunque, de acuerdo con las tendencias las vacas F1 mostraron una menor emisión de metano entérico y FCM en comparación a las vacas con mayor genética europea (Bos taurus). Palabras clave: Estructura del hato, edad de lactancia, factor de conversión de metano, fermentación entérica, intensificación, mitigación, sistemas de producción. ABSTRACT The Costa Rican livestock sector has 37,171 farms distributed in meat production systems (52.3%), dual purpose (31.3%), and specialized dairy (16.2%). This sector contributes with 2,445.35 Gg of CO2eq (22.5%) of the country's total emissions, of which 42% belongs to milkproducing farms. In this sense, it is important to carry out an evaluation of greenhouse gas emissions (GHG) in milk production systems to identify opportunities that contribute to mitigate climate change and estimating local emission factors of enteric methane in dairy cows with different genetic profiles. Therefore, an evaluation of GHG emissions in milk production systems and the estimation of enteric methane (the main GHG of livestock farms) was carried out in dairy cows with different genetic profiles. In the evaluation of GHG emissions in milk production systems, a database of 87 milkproducing farms was selected (69 from specialized dairy and 18 dual-purpose). In each farm the GHG emissions were estimated (primary sources and secondary) and determined the carbon footprint through the Life Cycle Analysis. The information from the production systems was analyzed through the T test; cluster analysis to identify the groups of farms according to the level of productive intensification; variance analysis with general and mixed linear models to evaluate the effect of the level of intensification on the carbon footprint and other variables of GHG emissions. Also, the analysis of main components was carried out to identify the biophysical, socioeconomic and GHG emissions variables related to the groups of farms according to the level of intensification. There are big differences (p<0.05) between the specialized dairy and dual-purpose production systems in terms of stocking rate and milk production. These variables are higher in the specialized dairy system (5.41 vs 2.55 AU/ha and 17,097 vs 3,688 kg/ha/year), and it is the response to a greater use of inputs such as concentrate and nitrogen fertilizer. In specialized dairy, the use of pure breeds of milk (Bos taurus) predominates and in dual-purpose Bos indicus x Bos taurus crosses. The sources of GHG emissions such as external inputs, purchased livestock and nitrogen fertilization were different between the production systems (p<0.05). Meanwhile, enteric fermentation and manure management were similar (p>0.05). Enteric fermentation was the largest source of GHG emissions with 49.82 and 48.11% for specialized dairy and dual purpose respectively. Also, the carbon footprint for milk and meat was different (p<0.05) between production systems. In specialized dairy it was 2.28 and 11.06 kg CO2eq; and in dual purpose it was 5.45 and 23.72 kg CO2eq respectively. Regarding the herd structure and GHG emissions, in both production systems, milking cows showed the highest emission (65.91% for specialized dairy and 39.78% for dual purpose), followed by dry cows, heifers 1-2 years and calves. The other categories show the lowest GHG contribution and are generally the least frequent on livestock farms. The emissions by category of cattle were significantly different between the production systems (p<0.05), except the categories heifers 1-2 years and steers. The dual-purpose system had the highest value, except for milking cows. In the case of 1–2-year-old heifers and steers were similar. In both production systems, when the current herd structure was adjusted by the parameters of the percentage of milking cows in relation to the total number of cows (75 and 80%) and the replacement rate (20%), there was a reduction of GHG emissions per farm of 3% and 14% for specialized dairy and dual purpose, respectively. The milk-producing farms were grouped into three levels of intensification (high, medium, and low) through the variables of altitude, stocking rate, productivity, consumption of concentrate and nitrogen fertilization. Emissions from enteric fermentation and manure management were not affected by the level of intensification of the farms (p>0.05). On the other hand, emissions from the use of external inputs and nitrogen fertilization were higher on farms with a high and medium level of intensification (p <0.05). A similar trend occurred with the milk carbon footprint, since it was lower in the farms with a higher level of intensification (p<0.05), while for the meat carbon footprint there was no effect of productive intensification (p> 0.05). In conclusion, the dairy cattle farms with higher productivity indicators and productive intensification are associated with a high stocking rate, higher use of concentrate and nitrogen fertilization in pastures. This group of farms represented by the specialized dairy system had the lowest milk carbon footprints and higher emissions from the use of external inputs and nitrogen fertilizers than farms with a low level of intensification (dual-purpose system). Enteric fermentation was the main source of GHG emissions on farms with a contribution close to 50%. The herd structure adjustments, for example, higher percentage of milking cows and replacement rate of 20% seemed to have an impact on reducing GHG emissions per farm in terms of 3% and 14% for dairy systems specialized and dual purpose respectively. Regarding the estimation of enteric methane in dairy cows with different genetic profiles, 16 cows were selected, which were distributed in the following three genetic groups: seven F1 (50% Jersey x 50% Gyr), five Triple cross (50% Jersey x 31% Holstein x 19% Sahiwal) and four Jersey. Enteric methane was measured in this group of cows in the last week of each month, using the SF6 technique for 15 months. For enteric methane emissions, to the conversion factor of gross energy to methane (FCM), to the consumption of dry matter and the intensity of emissions (per unit of milk and dry matter), an analysis of variance was carried out using linear, general and mixed models. The significance levels were established for p<0.05. The enteric methane emission did not show a statistically significant difference (p>0.05) between racial groups, although it varied depending on the lactation phase, attributable to milk production and dry matter consumption (hereinafter MS). Thus, the average daily emission was 274.49, 322.69 and 297.77 g/cow for the F1, Triple-cross and Jersey groups respectively. While the annual emission was 91.22, 111.82 and 111.42 kg / cow for each of the respective racial groups. In fact, the total consumption DM, pasture, and intensity of methane emissions / unit of DM varied significantly depending on whether the cows were in the drying or lactation period. DM intake was higher in lactation while enteric methane emission / DM unit consumed was higher when cows were in the dry period. Regarding the efficiency in the use of energy, the breed had a significant influence on the drying period, but not during lactation. When the cows are dry, they are less efficient in the use of energy since they presented a higher FCM, while it varied according to the lactation phase, being lower in the period <76 days, increasing between 76- 150 days and tending to the reduction at the end of this phase (>150 days). Considering the annual average of the entire study, the cows with the highest proportion of Bos taurus genetics presented a higher FCM of 5.90, 7.22 and 7.05% for F1, Triple cross and Jersey, respectively. In short, the racial groups showed no statistically significant difference in the emission of enteric methane and FCM. Although, according to the trends, the F1 cows showed a lower emission of enteric methane and FCM compared to the cows with greater European genetics (Bos taurus). Keywords: Enteric fermentation, herd structure, intensification, lactation age, livestock production systems, methane conversion factor, mitigation. ABREVIATURAS ACV Análisis de Ciclo de Vida FONTAGRO Fondo Regional de Tecnología Agropecuaria CH4 Metano GEI Gases de Efecto Invernadero CIAT Centro Internacional de Agricultura Tropical g Gramos CDN Contribuciones Determinadas a nivel Nacional Gg Gigagramos CNPL Cámara Nacional de Productores de Leche ha Hectárea CO2 Dióxido de carbono INEC Instituto Nacional de Estadística y Censo CO2eq Dióxido de carbono equivalente IPCC Panel Intergubernamental del Cambio Climático COMEX Ministerio de Comercio Exterior de Costa Rica kg Kilogramo cv. Cultivar km Kilometro CVO Certificado Veterinario de Operaciones MAG Ministerio de Agricultura y Ganadería EGBC Estrategia para la Ganadería Baja en Carbono MINAE Ministerio del Ambiente y Energía FAO Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación MS Materia seca FCM Factor de conversión de energía bruta a metano mm Milímetros FECALAC Federación Centroamericana del Sector Lácteo msnm Metros sobre el nivel del mar ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Tipos de explotación en las fincas según el sistema de producción bovina de Costa Rica ............................................................................................................................................. 4 Figura 2. Estrategia de alimentación según el sistema de producción bovina de Costa Rica .... 5 Figura 3. Regiones socioeconómicas de Costa Rica .................................................................. 5 Figura 4. Sistemas de tratamientos del estiércol según el sistema de producción bovina de Costa Rica .................................................................................................................................. 7 Figura 5. Relación entre el stock de carbono y el índice de biodiversidad en pasturas, sistemas silvopastoriles y otros usos para la conservación. Esparza, Costa Rica ................................... 15 Figura 6. Descripción general del límite y los flujos en los sistemas de producción de leche.26 Figura 7. Contribución porcentual de las categorías de ganado en las emisiones de GEI en el escenario actual y el sugerido como deseable en fincas productoras de leche. Costa Rica ..... 38 Figura 8. Análisis de componentes principales (bi-plot) para conocer las relaciones entre variables de emisiones de GEI y su afinidad con las fincas según nivel de intensificación. ... 40 1 1. INTRODUCCIÓN 2 3 1. INTRODUCCIÓN 1.1 Evolución de los sistemas de producción de leche en Costa Rica El sector ganadero en Costa Rica, según la encuesta del año 2014 ocupa un área total de 1.044.910 ha. El área ocupada por cada sistema de producción corresponde al 58, 31 y 10 % para los de carne, doble propósito y leche respectivamente. Por lo tanto, de dicha área, las fincas dedicadas a la producción de leche cubren un área de 434.452 hectáreas (42% del total; Instituto Nacional de Estadística y Censo, en adelante INEC, 2015). Los sistemas de producción de carne agrupan a las fincas dedicadas a la cría, cría y engorde, y solamente engorde. El doble propósito aquellos establecimientos dedicados a la producción de leche y carne, la mayoría venden el ternero o ternera al destete. Las fincas de carne y leche han tenido una tendencia a reducción, mientras que aquellas de doble propósito han tendido a aumentar (Tabla 1). Este patrón posiblemente se deba al precio inestable del ganado de carne, mientras que el doble propósito ofrece una mayor resiliencia de las fincas ante cambios de precios del mercado de la leche o de la carne (terneros o terneras). Además, permitirá un mejor flujo de caja que el sistema de carne, debido a la venta diaria de leche o productos derivados de la misma en caso se realice en la finca el procesamiento. En los últimos 30 años el número de fincas ganaderas y el área de pasturas se han reducido 28% y 37% respectivamente (INEC, 2015; INEC, 2019). Dicho cambio no ha afectado la productividad de leche y carne, al contrario, dichos productos se han incrementado como resultado de la intensificación sostenible de los sistemas de producción (Tabla 1). Eso ha favorecido la conservación e incremento del área de bosques, los cuales a nivel nacional han alcanzado un 51% (Sánchez Azofeifa, 2015). El INEC (2015) de acuerdo con el Censo Agropecuario de Costa Rica del año 2014, indica que casi la mitad del bosque del país se encuentran en fincas ganaderas. Los cambios positivos y permanencia de ellos están relacionados con el enfoque de producción y conservación, y con políticas, por ejemplo, el pago por servicios ambientales. Además, de la educación y conciencia de los usuarios de la tierra. Tabla 1. Número de fincas, áreas de pasto y sistemas de producción bovina en Costa Rica. Variable 1984 2000 2014 2017 Número de fincas ganaderas 51.745 38.365 37.171 NR Área de pasturas (ha) 1.651.560 1.349.628 1.044.910 NR Productividad de leche (t/año)** 356.873 721.855 1.076.951 1.144.352 Productividad de carne (t/año)** 76.790 82.268 88.196 77.904 Sistemas de producción (%) Carne 60,40 65 42 52,30 Doble propósito 17,59 22 32 31,30 Leche 18,73 17 26 16,20 NR: no se reportan dato. Fuente: INEC (2015); INEC (2019); Food and Agriculture Organization, en adelante FAO (2019) 4 1.1.1 Tipos de explotaciones y estrategias de alimentación En Costa Rica existen tres tipos de explotación de las fincas como son el pastoreo, el semiestabulado y estabulado. El pastoreo cuando el ganado pasa casi todo el tiempo en los potreros buscando satisfacer sus requerimientos nutricionales. En el semi-estabulado el ganado combina pastoreo con la suplementación alimenticia en confinamiento para completar la demanda nutricional, el periodo de confinamiento es menor a 24 horas. Mientras, en la estabulación el ganado se mantiene confinado 24 horas y allí mismo recibe la dieta para llenar los requerimientos nutricionales. En Costa Rica, la mayoría de las fincas se manejan bajo pastoreo, el 95,9% de las fincas de carne, 95,6% de doble propósito y 82% de leche. Este tipo de explotación tiene a las pasturas como la estrategia para producir leche o carne y con ello buscar un menor costo. En semiestabulación sobresalen las fincas de leche con 16% y con menor presencia las de doble propósito y carne con 4 y 3,8% respectivamente. En estabulación muy pocas fincas, el 2% de aquellas dedicadas a leche, 0,3% de carne y ninguna de doble propósito (Figura 1; INEC, 2019). Los tipos de explotación semi-estabulado y estabulado constituyen opciones para aquellas fincas que cuentan con poca área de terreno. Estas fincas implementan varias opciones para satisfacer la demanda de alimento tales como: suplementación con alimentos comprados fuera de la finca, producción de forraje de corte en la misma finca o fuera de esta (tierras alquiladas), o implementan las opciones anteriores. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Carne Doble Propósito Leche Pastoreo Semi estabulado Estabulado Figura 1. Tipos de explotación en las fincas según el sistema de producción bovina de Costa Rica. Fuente: Encuesta Nacional Agropecuaria 2017 (INEC 2019). Casi todas las fincas ganaderas tienen como principal fuente de alimentación los pastos, en doble propósito 99% de las fincas, en carne 98% y leche 92%. Las fincas utilizan pastos naturalizados y mejorados (o introducidos por sus ventajas en productividad de leche y carne), en una proporción similar de ambos, excepto en el sistema doble propósito donde el 54% de las fincas usan pastos naturalizados y el 45% mejorados (Figura 2). Las especies de pastos naturalizados y mejorados de mayor uso en las distintas regiones de Costa Rica se presentan en la Tabla 2 y la distribución de las regiones en el país se muestran en la Figura 3. Es notoria la adopción que han tenido en las regiones las especies mejorada como Urochloa spp y Fincas (%) 5 Megathyrsus maximus. Similar patrón ocurre con los forrajes de corte y acarreo como el Pennisetum sp y Saccharum officinarum con el fin de aumentar la cantidad y calidad de alimento a lo largo del año. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Carne Doble Propósito Leche Pasto Natural Pasto Mejorado Pasto de Corte Concentrados Otra Figura 2. Estrategia de alimentación según el sistema de producción bovina de Costa Rica. Fuente: Encuesta Nacional Agropecuaria 2017 (INEC, 2019). Figura 3. Regiones socioeconómicas de Costa Rica. Fincas (%) 6 Tabla 2. Especies de pastos de mayor uso en las distintas regiones ganaderas de Costa Rica. Zona de vida y especies de pastos Región Brunca Región Central Región Huetar Atlántica Región Huetar Norte Región Pacifico Central Región Chorotega Pastos naturales Ischaemum indicum x x x x x Hyparrhenia rufa x x x x x Pasparon spp x x Pastos mejorados Urochloa decumbens x x x x Urochloa brizantha x x x x x x Urochloa sp cv. Mulato x x x Cynodon nlemfuensis x x x x x Megathyrsus maximus (Guinea) x x x x Megathyrsus maximus (cv. Mombasa) x x x x x Megathyrsus maximus (cv. Massai y Tanzania ) x x Pennisetum clandestinum x x Lolium spp x Pastos de corte Pennisetum sp x x x x x x Saccharum officinarum x x x x x x Axonopus scoparius x x Zea mays x x x Sorghum vulgare x x Fuente: SIDE (2016). 1.1.2 Manejo de purines En los sistemas de producción de ganadería bovina, la mayoría de las fincas no realizan tratamiento del estiércol reflejado en el 87%, 82% y 57% de las fincas de los sistemas de producción de carne, doble propósito y leche respectivamente. En las fincas de los sistemas de carne y doble propósito, algunas realizan tratamiento del estiércol por medio de compostaje y corresponde al 13% y 16% respectivamente. En el caso de las fincas de leche tienen varios sistemas de tratamiento del estiércol como compostaje, biodigestión y lagunas de oxidación en valores del 38%, 4% y 1% de las fincas respectivamente (Figura 4; INEC, 2019). Las fincas productoras de leche producen la mayor cantidad de estiércol en corral debido al confinamiento parcial durante el ordeño, lecherías especializadas alrededor de 6 horas y las de doble propósito menos de 6 horas. Una vaca productora de leche confinada produce un promedio 1,5 kg de estiércol por hora (Casasola y Villanueva, 2015). Sin embargo, llaman la atención las fincas productoras de leche que no aplican tratamiento al estiércol (en su mayoría fincas de doble propósito), ello debido a que en Costa Rica es obligatorio el manejo del estiércol para obtener cada año el Certificado Veterinario de Operaciones (en adelante CVO)1. Las fincas que 1 Son una serie de requisitos que deben cumplir los establecimientos, su actividad, procesos y los productos finales que en ellos se realicen para garantizar el respeto y protección a la salud humana, la salud animal y el medio ambiente (Ministerio de Agricultura y Ganadería, en adelante MAG, 2006). 7 comercializan la leche con la industria implementan prácticas para el manejo del estiércol. Esto con el fin de aprovechar las ventajas socioeconómicas de este subproducto y con ellos reducir los impactos negativos para el suelo, el agua, el aire y salud pública. De igual manera constituye una imagen positiva como parte de la responsabilidad social, empresarial y ambiental de la industria. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Carne Doble Propósito Leche Sin tratar Compost Biodigestor Laguna de oxidación Otro Figura 4. Sistemas de tratamientos del estiércol según el sistema de producción bovina de Costa Rica. Fuente: Encuesta Nacional Agropecuaria 2017 (INEC, 2019). 1.2 Los sistemas de producción de leche y su aporte a la producción láctea nacional La producción anual de leche en Costa Rica alcanza 1.144.000 toneladas (FAO, 2019), de la cual un 60% corresponde a producción industrial y el 40% restante es leche producida de manera informal (Federación Centroamericana del Sector Lácteo, en adelante FECALAC, 2017). Esta última generalmente proviene de ganado doble propósito, de ordeño manual, la leche se comercializa en plantas locales de procesamiento o es procesada por las familias productores para producir queso que se vende en los mercados locales. Las fincas con sistemas de producción de lechería especializada se localizan en altura y bajura. Las primeras se ubican en zonas superiores a los 1.500 msnm y las segundas a menos de 500 msnm. En el caso de los sistemas de doble propósito se encuentran en zonas secas y húmedas y en ambos casos a menos de 500 msnm. El uso de razas lecheras, la carga animal y el uso de concentrado tiende a ser mayor en las fincas de lechería de altura que presentan un manejo con mayor intensificación (Vargas Leitón et al., 2013; Tabla 3). Tabla 3. Características de las condiciones agroecológicas y de manejo de los sistemas de producción de leche en Costa Rica. Variable climática Lechería especializada de altura Lechería especializada de bajura Doble propósito de zona húmeda Doble propósito de zona seca Altura (msnm) >1.500 <500 <500 <500 Temperatura (oC) 16-18 24-26 24-26 24-26 Fincas (%) 14 En ese sentido, Villanueva et al. (2016) encontraron que la sombra de los árboles en potreros reduce el estrés calórico de las vacas en producción con efecto positivo en la producción de leche. Esquivel (2007) encontró que varias especies leñosas en potreros producen frutos en la época seca y que son consumidos por el ganado. La diversidad de especies favorece que la disponibilidad de frutos a lo largo de toda la época seca, esto debido a que la fenología del fruto es diferente en cada especie. Asimismo, la calidad de los frutos supera casi por el doble a los pastos que existen en ese momento. En estas regiones con periodos largos de sequía, algunas especies leñosas se podrían podar estratégicamente, por ejemplo, al final de las lluvias, para producir forraje en los meses de escasez. Piñeiro Vásquez et al. (2018) y Valencia Salazar et al. (2018) han encontrado que tanto frutos como el follaje de algunas especies arbóreas de las fincas pueden tener compuestos secundarios (por ejemplo, taninos y saponinas) que pueden ayudar a reducir la población de organismos metanogénicos en el rumen y con eso reducir la emisión de metano entérico, lo cual significaría una mayor eficiencia en el uso de la energía por los rumiantes. Pelster et al. (2016) también han encontrado que los taninos de leñosas forrajeras como Calliandra calothyrsus contribuyen a reducir la emisión de óxido nitroso del estiércol y ello significa una mayor disponibilidad en el suelo para los pastos o forrajes. De igual manera, De Souza et al. (2015) señalan el potencial de producción de madera de los sistemas silvopastoriles, no obstante, reconocen que falta mejorar el manejo silvicultural para que la producción de madera tenga un mayor impacto en los ingresos de la finca. Ríos et al. (2007) destacan la importancia de los sistemas silvopastoriles y otros usos arbolados como bosques en las zonas de recarga hídrica como estrategia para favorecer la infiltración de agua de lluvias y con ello la alimentación de los mantos freáticos. También, con la protección del suelo, ya que estos usos con mayor cobertura reducen los procesos de erosión hídrica. Es importante mencionar que los usos del suelo con mayor potencial de secuestro de carbono también presentan un mayor índice de biodiversidad. Lo cual significa que los usos de la tierra o fincas con mayor diversidad de la vegetación tienen un mayor potencial en compensar las emisiones de gases de efecto invernadero de la actividad ganadera y generar otros servicios ecosistémicos adicionales de beneficio para la finca o fuera de la finca (Ibrahim et al., 2010; Figura 5). 15 Figura 5. Relación entre el stock de carbono y el índice de biodiversidad en pasturas, sistemas silvopastoriles y otros usos para la conservación. Esparza, Costa Rica. PMSA: pastura mejorada sin árboles; PNSA: pastura natural sin árboles; PMBDA: pastura mejorada con baja densidad de árboles (<30 individuos/ha con DAP3 de 10 cm); PMADA: pastura mejorada con alta densidad de árboles (≥30 individuos/ha con DAP de 10 cm); PF: plantaciones forestales; BS: bosque secundario. Fuente: Ibrahim et al. (2010). 1.6 Políticas para promover ganadería sostenible con bajas emisiones de carbono El potencial de mitigación de las fincas productoras de leche es un insumo importante para el Plan de Descarbonización del país al año 2050, el cual fue anunciado en el 2019 y es pionero en el mundo. Dentro de este plan de descarbonización, la ganadería forma parte del sector Agricultura y tiene como meta la transformación del sector usando tecnologías más avanzadas de acuerdo con los estándares de sostenibilidad, competitividad, bajas en emisiones y resiliencia a los efectos del cambio climático (MINAE, 2019). Costa Rica cuenta con una EGBC, que incluye su plan de acción (2015 - 2034). La EGBC expone la orientación que se le dará al sector en los próximos años, para responder a las exigencias de mayor productividad y rentabilidad, menores emisiones de GEI, más secuestro de dióxido de carbono, y mayor adaptación al cambio y variabilidad climática. De esta forma el sector ganadero podrá contribuir a los objetivos nacionales de desarrollo y de las metas de mitigación país o ante los compromisos internacionales. La implementación de la Estrategia se hará por medio de un Plan de Acción que incluye diversas medidas de responsabilidad de las entidades del estado, de las organizaciones del sector ganadero y de los productores (MAG, 2015). Dicha Estrategia tiene que ser armonizada con las metas definidas en la CDN y las del Plan de Descarbonización del país. Para la implementación del Plan de Acción de la Estrategia, el país ha diseñado como una opción la NAMA (del inglés National Appropiate Mitigation Action) Ganadería Bovina (MAG, 2019). La NAMA es un programa que complementará los esfuerzos existentes para el desarrollo de un sector ganadero más eco-competitivo, por medio de la implementación de tecnologías que favorecen la productividad e ingresos que mejoran la calidad de vida de las familias involucradas en la cadena de producción. Asimismo, dichas medidas reducen emisiones y/o incrementan los sumideros de carbono en las fincas ganaderas según las ambiciones nacionales. El NAMA Ganadería Bovina incluye en su alcance a los sectores carne, doble propósito y leche, en la totalidad del territorio nacional dedicado a esta actividad económica. 3 DAP: diámetro a la altura del pecho. 16 Las tecnologías promovidas son aquellas definidas de manera participativa (productores y técnicos) en el marco de la EGBC y que prometen un mayor impacto en la productividad, en la adaptación y mitigación al cambio climático. Las tecnologías priorizadas son las siguientes: i) introducción de pastos mejorados, ii) manejo racional de pasturas, iii) uso eficiente de fertilizantes, iv) sistemas silvopastoriles, v) plantaciones forestales, vi) conservación de forrajes, vii) salud del hato, viii) manejo reproductivo, ix) mejoramiento genético, x) infraestructura y equipo (principalmente instalaciones de manejo, sala y equipo de ordeño), xi) y sistema de registros. Para facilitar la implementación de las tecnologías en fincas se han propuesto algunos instrumentos financieros tales como: i) Avales crediticios orientado a estratos de productores con acceso limitado al crédito por falta de garantías; ii) Sistema de Banca de Desarrollo, con tasas preferenciales de interés para los estratos de productores que tienen acceso al crédito; iii) Banco Nacional de Costa Rica, ofrece un crédito verde para la pequeña y medianas empresa orientado a la prevención, control, mitigación y compensación de los efectos ambientales negativos provocados por su funcionamiento. También se tiene una propuesta de un sistema de Monitoreo, Reporte y Verificación (en adelante MRV) para la transparencia en el uso de los recursos financieros y el seguimiento a las metas de la ambición país establecidas en la EGBC. El MRV es un sistema que integra cuatro pilares estratégicos para el monitoreo y evaluación de las intervenciones de la NAMA Ganadería, los cuales son: i) reducción de emisiones y secuestro de carbono, ii) productividad de la ganadería, iii) implementación en finca de las buenas prácticas NAMA, iv) y la inversión financiera público – privada para favorecer la implementación de la NAMA (MAG, 2019). 1.7 Definición del problema La actividad ganadera en América Central representa más del 30% de la cobertura de la tierra, con una población ganadera de aproximadamente 13 millones de cabezas de ganado y representa el principal medio de vida para más de medio millón de familias vinculados a lo largo de la cadena de producción. El rubro ganadero juega un rol importante en la economía de región ya que aporta entre el 8 y 38% del PIB agropecuario (Acosta y Valdez, 2014). Sin embargo, en los últimos años la actividad ha sido asociado con una serie de impactos negativos como la deforestación, degradación de suelos, contaminación de fuentes de agua y reducción de la biodiversidad. Los efectos anteriores tienen relación con la ineficiencia de manejo de los factores de producción de las fincas ganaderas y que están relacionados con una menor resiliencia al cambio climático y mayores emisiones de gases de efecto invernadero. Las emisiones de GEI en los sistemas ganaderos se deben principalmente a las fuentes siguientes: i) Emisiones de metano (CH4) procedentes de la fermentación entérica; ii) Emisiones de metano y óxido nitroso (N2O) procedentes del manejo del estiércol; iii) Emisiones directas provenientes de fertilizantes nitrogenados sintéticos; iv) Emisiones de dióxido de carbono (CO2) procedentes de la utilización de combustibles fósiles debido al uso de maquinaria y equipo agrícola en la finca; y v) Emisiones de dióxido de carbono procedentes de los cambios en los usos de la tierra (Gerber et al., 2013). El metano entérico constituye el principal gas de efecto invernadero en fincas ganaderas productoras de leche, este varía entre 69 y 82% (Wattiaux et al., 2016; Vega, 2016; Sánchez Ledezma, 2018). La emisión de este gas representa una ineficiencia en el uso de la energía (pérdida de energía bruta) que varía entre 2-12%. En sistemas de vacas lecheras la energía que 17 se pierde por medio del metano entérico equivale a una pérdida anual de días pastoreo que varía entre 25-40 (Ekcard et al., 2010). Este enfoque podría ayudar a que los productores realicen los cambios que generen sinergias entre mayores ingresos y bajas emisiones. En ese sentido, se han evaluado varias opciones para reducir las emisiones de metano entérico, desde de la manipulación de la microflora ruminal, estrategias de alimentación, uso de aditivos no nutricionales, compuestos secundarios de especies forrajeras, entre otros. La decisión del método a implementar en los sistemas de producción implica la consideración de un criterio clave como la interacción entre el potencial de mitigación y la productividad (Gerber et al., 2013; Jiao et al., 2014; Van Wyngaard et al., 2018). Incluso existen investigaciones sobre la selección genética de animales con bajas emisiones de metano entérico que simultáneamente mejora la eficiencia en el uso de la energía ingerida (Manzanilla-Pech et al., 2021; Richardson et al., 2021). Costa Rica presenta un inventario nacional de gases de efecto invernadero con un crecimiento anual del 3,4% en los últimos 10 años. El sector ganadero es el responsable del 22,47% del inventario nacional de GEI y del 64,11% de las emisiones del sector agropecuario, las cuales corresponden a emisiones por la gestión de pastizales, la fermentación entérica y el manejo del estiércol (MINAE, 2019). El sector ganadero tendrá que realizar esfuerzos en la implementación de buenas prácticas para reducir las emisiones de metano entérico y óxido nitroso y además estar relacionadas con la competitividad del sector. Sánchez Ledezma (2018), indican que las fincas dedicadas a la producción de leche podrían reducir la emisión de metano entérico si manejaran eficientemente la tasa de reemplazo que necesitan las fincas. Asimismo, Wattiux et al. (2016) señalan que las fincas podrían mejorar la eficiencia del uso del nitrógeno según el nivel requerido para producir una pastura de bajo costo y de alta calidad y considerando el nitrógeno depositado por las vacas en el periodo de pastoreo y el manejado en los establos. En consonancia con lo anterior, Mazzetto et al. (2020) destacan la importancia de incluir fertilizantes nitrogenados diferentes a la urea e inhibidores de la nitrificación y la ureasa para reducir las emisiones de óxido nitroso, aunque para extender el uso de dichas opciones se requieren políticas para un precio menor que la urea en el mercado, subsidios u otros incentivos. Costa Rica cuenta con una EGBC, la cual establece la hoja de ruta del país para la transformación de la ganadería en una actividad competitiva, resiliente al cambio climático y con bajas emisiones de carbono (MAG, 2015). Dicha Estrategia está articulada con el Plan Nacional de Descarbonización, diseñado por el país como ruta para la compensación de las emisiones de carbono al 2050 e identifica las tecnologías para la transformación del sector (MINAE, 2019). Ante este escenario es importante conocer las emisiones de gases de efecto invernadero de los sistemas de producción de leche que funcionan en distintas condiciones agroclimáticas, de manejo y de intensificación productiva. Asimismo, es fundamental la generación de factores de emisión de metano entérico en las categorías de ganado con mayor aporte en los inventarios nacionales y también en la comparación de los distintos grupos raciales que son comunes en las fincas productoras de leche. La presente investigación contribuirá con información sobre la emisión de GEI (principalmente metano entérico) de los diferentes diseños de fincas productoras de leche. Además, en la generación local de factores de emisión de metano entérico para vacas lecheras con distinto perfil racial. 18 19 2. OBJETIVOS 20 21 2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo General Evaluar las emisiones de gases de efecto invernadero de los sistemas de producción de leche de Costa Rica y las condiciones que influyen en la variación. 2.2 Objetivos específicos 1. Determinar las emisiones de gases de efecto invernadero en los sistemas de producción de leche de Costa Rica. 2. Identificar los factores asociados en las emisiones de gases de efecto invernadero en las fincas productoras de leche. 3. Estimar la emisión de metano entérico en vacas lecheras con diferente perfil genético. 4. Valorar la emisión de metano entérico en el período de secado y en las fases del período de lactancia en vacas lecheras con diferente perfil genético. 22 23 3. METODOLOGÍA 30 (derivado de la industria de la naranja), melaza y pasto de corte Pennisetum purpureum cv. Taiwan (Tabla 12). Tabla 12. Composición química y energética de los suplementos utilizados en las vacas (en base seca). Alimento Materia seca (%) Proteína cruda (%a) Fibra Neutro Detergente (%) Energía Digestible (Mcal/kg MS) Alimento balanceado* 87,00 18,98 3,50 Harina de soya 88,00 47,75 3,30 Citropulpa** 87,00 4,00 2,85 Melaza 72,60 3,80 M. maximus cv. Mombasa 16,10 11,10 57,60 1,90 Pennisetum purpureum cv. Taiwan 20,60 7,00 69,00 * Concentrado **Subproducto de la industria de la naranja. El consumo de los alimentos anteriores se presenta en el Tabla 13. El consumo de MS de pasto M. maximus cv. Mombasa fue estimado por medio de la técnica de óxido crómico (Mejía, 2002; Rodriguez et al., 2007). El alimento balanceado comercial se ofreció según el nivel de producción de leche de las vacas, para lo cual se utilizó una relación de 1:3 o sea 1 kg de alimento balanceado por 3 kg de leche. Con respecto a los otros alimentos fue pesado lo ofrecido y rechazado para tener el consumo, la oferta fue similar para todas las vacas, tal como lo establece el plan de alimentación de la finca. Tabla 13. Consumo diario de alimentos (kg MS/vaca) por las vacas en producción y secas. Alimento Vaca en producción Vaca seca Alimento balanceado 5,55 0,46 Harina de soya 0,36 - Citropulpa* 1,95 0,31 Melaza 0,52 0,08 M. maximus cv. Mombasa 6,87 7,9 Pennisetum purpureum cv. Taiwan 0,81 0,55 Total 16,06 9,30 3.3.2 Medición del metano entérico y de otras variables La medición del CH4 entérico se llevó usando la técnica del hexafluoruro de azufre (SF6) generada por Johnson (1995) y con ajustes para uso en regiones tropicales por Berndt et al. (2014). Antes de iniciar el ensayo, como parte de la técnica implicó realizar las actividades siguientes: 31 - Calibración de la tasa de emisión del gas trazador (SF6) en los tubos de permeación (capsulas), esto se logró colocando los tubos en una incubadora a 39oC por 12 semanas y realizando dos pesajes semanales. Todos los tubos presentaron una curva de emisión del gas trazador con un R2 de 0,999, aquellos con un valor menor se deben de rechazar. El dato de la tasa de emisión también sirve para estimar la vida útil del tubo y para el cálculo de la emisión diaria por vaca de metano entérico. - Los tubos fueron colocados en las vacas, de la misma manera en que se coloca cualquier bolo en el rumen usando una cánula para asegurar la colocación. Esto se realizó dos semanas antes de iniciar con las mediciones. - Las vacas fueron adaptadas con jáquima y el collar al cuello, dos semanas antes de iniciar el ensayo. - Fue ajustada la línea de muestreo para identificar los puntos críticos donde estos se rompían o desacoplaban con el movimiento de las vacas. Estas piezas fueron ajustadas y se logró disminuir los daños. Incluso una práctica que redujo el daño fue el manejo separado de las vacas en la sala de alimentación y ordeño. - La línea de muestreo tiene un tubo capilar colocado antes del filtro de humedad, el cual es el responsable de regular el flujo de gas que ingresa al collar (hecho de tubo PVC) procedente del eructo de la vaca. Los capilares fueron evaluados y calibrados para proveer un flujo que varió entre 0,35 -0,40 ml/min. La medición de metano entérico en las vacas se realizó una vez por mes durante 15 meses. El equipo de medición fue colocado en las vacas por un periodo de 24 horas. Las muestras fueron enviadas al laboratorio del Instituto Nacional de Innovación y Transferencia en Tecnología Agropecuaria (INTA) de Costa Rica, el análisis se realizó por medio de cromatografía de gases modelo Agilent 7890A que utiliza los detectores ionización de llama (FID) y de captura de electrones (ECD). El cálculo de metano entérico por vaca (g/vaca/día) se realizó usando la formula siguiente: CH4 (g/día) = SF6TP * CH4 collar – CH4 ambiente SF6 collar – SF6 ambiente Donde: SF6 TP= tasa de permeación SF6 desde el tubo (mg/día) La emisión diaria de metano por vaca fue calculada en el periodo seco y en las etapas del periodo de lactancia (<76 días, 76-150 días y >150 días). Estas etapas fueron definidas según el comportamiento de la curva de lactancia de las vacas en la finca de CATIE procesados en el sistema de registro VAMPP Bovino 3,06. También, fue estimada la emisión anual de metano por vaca, considerando la emisión ponderada para el periodo de lactancia (280 días) y para el periodo seco (85 días) de la vaca. El largo del período de secado (equivalente a período seco o vaca seca en otras secciones del documento) es un promedio establecido según estadísticas de país para las fincas con lechería intensiva de bajura (CNPL 2019). También fueron medidas otras variables como peso vivo de las vacas; producción diaria de leche; consumo de MS de pasto de piso, de corte y acarreo y de los suplementos que recibieron las vacas. Las variables anteriores fueron usadas para determinar la intensidad de emisiones por producción de leche y por consumo de MS. También, fue calculado el factor de conversión de energía bruta a metano entérico (FCM), a partir de la relación de la energía equivalente al metano entérico emitido y la energía bruta total ingerida por la vaca. 6 VAMPP Bovino 3.0 es un programa diseñado para el manejo de hatos bovinos lecheros, doble propósito, cría y engorde (http://www.vampp-cr.com/). 32 Todos los procedimientos fueron realizados acorde a la normativa que rige El Manual de Buenas Prácticas en la Producción Primaria de Leche publicado en julio del año 2012 por el Servicio Nacional de Salud Animal (SENASA) de Costa Rica y que es de obligado cumplimiento (ver http:// www.senasa.go.cr). 3.3.3 Análisis estadístico Para las variables emisión diaria de metano entérico, producción de leche, intensidad de emisiones por kilogramo de leche y por kilogramo de MS, fueron analizados por medio de un análisis de varianza. Se probaron los supuestos de normalidad y homogeneidad de varianzas. Como los errores presentaron una distribución no normal, se usó un modelo lineal generalizado mixto con distribución Gamma y función de enlace logarítmica. Se consideraron como efectos fijos a los grupos raciales y las covariables días de lactancia y peso vivo del animal al momento del muestreo, y como aleatorio al efecto del animal. Se realizó la prueba de comparación de medias LSD de Fisher (Di Rienzo et al., 2019; p<0,05). Se realizó un análisis de varianza usando modelos lineales generales y mixtos para evaluar el efecto de la raza y el periodo de lactancia sobre la variable FCM. La estructura de tratamientos estuvo dada por la combinación de los factores raza (con tres niveles: F1, Triple cruce y Jersey) y periodo de lactancia (con cuatro niveles: seca, <76 días, 76-150 y >150 días). El modelo incluyó los efectos fijos de los factores raza, periodo de lactancia y su interacción, y de la covariable consumo de MS, y el efecto aleatorio de cada animal Debido a la presencia de heterogeneidad de varianzas entre periodos de la lactancia se modeló la estructura de la matriz de varianzas y covarianzas considerando una varianza diferente para cada nivel del periodo. Para la selección del mejor modelo se usaron los criterios de información Bayesiano (BIC) y Akaike (AIC). Las medias de tratamientos fueron evaluadas usando la prueba de comparación de medias DGC (Di Rienzo et al., 2019; p<0,05). 33 34 4. RESULTADOS 35 36 4. RESULTADOS 4.1 Emisiones de GEI en fincas productoras de leche 4.1.1 Características de los sistemas de producción de leche En general las fincas productoras de leche se encuentran en un amplio rango de altitud, la alimentación está basada en pastos y concentrado (alimento balanceado) y las pasturas son fertilizadas con fórmula nitrogenada. Asimismo, presentan una carga animal y una producción de leche promedio media – alta (Tabla 14). Existen diferencias marcadas (p<0,05) entre los sistemas de producción de lechería especializada y doble propósito en términos de carga animal y producción de leche. Estas variables son mayores en el sistema de lechería especializada y es la respuesta a un mayor uso de insumos como concentrado y fertilizante nitrogenado. Asimismo, es importante mencionar que las fincas especializadas en leche se encuentran distribuidas en un amplio rango de altitud en comparación a las de doble propósito, las cuales la mayoría se encuentran por debajo de los 1.300 msnm. En lechería especializada predomina el uso de razas puras de leche (Bos taurus) y en las de doble propósito cruces de Bos indicus x Bos taurus (Tabla 14). Tabla 14. Principales variables biofísicas, productivas y socioeconómicas en los sistemas de producción de leche en Costa Rica. Variable Lechería especializada (n=69) Doble propósito (n=18) Todas las fincas Rango de altitud (msnm) 20 – 2.600 50 – 1.300 20 – 2.600 Área total (ha) 56,88 (6,37) a 57,17 (20,15) a 56,94 (6,49) Área de pasturas (%) 52,68 (6,26) a 49,33 (20,31) a 51,99 (6,44) Carga animal (UA/ha) 5,41 (0,55) a 2,55 (0,31) b 4,82 (0,45) Uso de concentrado (tMS/ha/año) 7,56 (0,95) a 1,41 (0,42) b 6,29 (0,80) Aplicación de fertilizante nitrogenado (kg N/ha/año) 113,67 (14,77) a 22,75 (8,84) b 94,86 (12,48) Producción de leche (kg LCGP/vaca/día) 17,54 (0,55) a 7,67 (1,40) b 15,49 (0,68) Producción de leche (kg LCGP/ha/año) * 17.096,97 (1.540,67) a 3.688,06 (1.814,11) b 14.322,71 (1.402,21) Producción de carne (kg/ha/año) ** 418,03 (54,99) a 203,94 (78,14) a 373,74 (47,26) Genética predominante del ganado Razas lecheras (B. taurus) Cruces B. indicus x B. taurus *LCGP: leche corregida por grasa y proteína. ** Peso vivo del ganado vendido en la finca. Medias con letras diferentes dentro de la fila presentan diferencia significativa según prueba de T (p<0,05). Valor entre paréntesis representa al error estándar. 37 4.1.2 Fuentes de emisión de GEI y huella de carbono en los sistemas de producción de leche A nivel de todas las fincas, las principales fuentes de emisión de GEI corresponden a la fermentación entérica y a los insumos externos a la finca con valores de 49,47 y 29,71% respectivamente. En la comparación entre sistemas de producción, se encontró diferencia significativa (p<0,05) para las fuentes de emisión insumos externos, ganado comprado y fertilización nitrogenada, mientras las otras variables mostraron un comportamiento similar (p>0,05). La emisión total anual por finca fue de 1.420,48 y 582,23 tCO2eq para los sistemas lechería especializada y doble propósito respectivamente. Con respecto a la huella de carbono para leche y carne, el valor promedio de todas fincas fue de 2,94 y 13,68 CO2eq/ kg de producto respectivamente. A nivel de sistemas de producción hubo diferencia significativa para dichas variables (p<0,05; Tabla 15). Tabla 15. Fuentes de emisión de GEI y huella de carbono en los sistemas de producción de lechería especializada y doble propósito de Costa Rica. Variable Lechería especializada (n=69) Doble propósito (n=18) Todas las fincas Fuente de emisión GEI Fermentación entérica (%) 49,82 (1,83) a 48,11 (3,29) a 49,47 (1,60) Insumos externos* (%) 33,88 (2,30) a 13,74 (3,27) b 29,71 (2,13) Manejo del estiércol (%) 13,35 (0,51) a 11,32 (0,83) a 12,93 (0,44) Ganado comprado** (%) 1,33 (0,48) b 26,34 (4,67) a 6,51 (1,49) Fertilización nitrogenada (%) 1,62 (0,19) a 0,49 (0,14) b 1,39 (0,16) Huella de carbono Huella de carbono (kg CO2eq/ kg LCGP) *** 2,28 (0,24) b 5,45 (0,59) a 2,94 (0,27) Huella de carbono (kg CO2eq/ kg PV**** carne vendida) 11,06 (1,23) b 23,72 (3,79) a 13,68 (1,36) *Incluye combustible, electricidad y la huella de carbono para la producción de los insumos importados en la finca. **Emisiones por el ganado comprado por la finca. ***LCGP: leche corregida por grasa y proteína. ****Peso vivo. Medias con letras diferentes dentro de la fila presentan diferencia significativa según prueba de T (p<0,05). Valor entre paréntesis representa al error estándar. 4.1.3 Estructura del hato de fincas y emisiones de gases de efecto invernadero En el análisis de todas las fincas, el grupo de vacas en ordeño aporta la mayor emisión GEI (emisiones procedentes de la fermentación entérica y del estiércol), seguido de las vacas secas, las novillas 1-2 años y las terneras. Las otras categorías registran el menor aporte de GEI, y generalmente son las menos frecuentes en las fincas ganaderas. Con respecto a los sistemas de producción, la tendencia de las emisiones por categoría de ganado es similar a la encontrada a nivel de todas las fincas. Las emisiones por categoría de ganado fueron significativamente diferentes entre los sistemas de producción (p<0,05), excepto las categorías novillas 1-2 años y novillos. El sistema doble propósito tuvo el mayor valor, excepto para vacas en ordeño, en el caso de novillas 1-2 años y novillos fueron similares (Tabla 16). 38 Tabla 16. Contribución porcentual de las categorías de ganado en las emisiones de GEI de los sistemas de producción de leche de Costa Rica. Categoría de ganado Lechería especializada (n=69) Doble propósito (n=18) Todas las fincas Vacas en ordeño 65,40 (1,29) a 38,95 (3,03) b 59,92 (1,66) Vacas secas 11,63 (0,62) b 19,92 (1,60) a 13,35 (0,69) Novillas > 2 años 1,93 (0,52) b 6,71 (1,14) a 2,92 (0,52) Novillas 1-2 años 11,71 (0,67) a 10,18 (1,39) a 11,39 (0,60) Terneras 7,45 (0,44) b 11,12 (0,87) a 8,21 (0,42) Terneros 0,67 (0,20) b 8,07 (1,04) a 2,20 (0,42) Novillos 0,62 (0,26) a 2,56 (1,41) a 1,02 (0,36) Toros 0,60 (0,09) b 2,49 (0,26) a 0,96 (0,12) Medias con letras diferentes dentro de la fila presentan diferencia significativa según prueba de T (p<0,05). Valor entre paréntesis representa al error estándar. Fue realizada una comparación de las emisiones de GEI para las distintas categorías de animales entre la estructura del hato actual y la sugerida como deseable para los sistemas de producción lechería especializada y doble propósito. En ambos escenarios las emisiones de GEI son mayores en vacas en ordeño y en vacas secas. En las otras categorías tiende a disminuir de manera lineal y ello tiene relación con la cantidad de ganado en cada una de ellas. En el escenario deseable las vacas en producción incrementaron la contribución de GEI, esto se debe a que se incrementó el porcentaje de vacas en ordeño en relación con el total de vacas de la finca (80% en lechería especializada y 75% en doble propósito). Las otras categorías presentaron una reducida emisión y se asocia al ajuste de la tasa de reemplazo no mayor del 20%. Aunque en el caso de novillas >2 años las emisiones fueron más altas en el escenario deseable en comparación al actual (Figura 7). Las emisiones anuales de GEI para el sistema de lechería especializada fue de 727,11 y 707,10 tCO2eq /finca para el hato actual y el deseable respectivamente. Mientras, para el sistema de doble propósito fue de 291,64 y 254,89 tCO2eq /finca para el hato actual y el deseable respectivamente. El ajuste de la estructura del hato significó una reducción de las emisiones de GEI por finca de 3% y 14% para el sistema lechería especializada y doble propósito respectivamente. Figura 7. Contribución porcentual de las categorías de ganado en las emisiones de GEI en el escenario actual y el sugerido como deseable en fincas productoras de leche. Costa Rica. 39 4.1.4 Nivel de intensificación y emisiones de gases de efecto invernadero El análisis clúster identificó tres grupos de fincas según el nivel de intensificación productiva, siendo este alto (11 fincas), medio (31 fincas) y bajo (45 fincas). Las variables altitud, carga animal, productividad de leche, uso de concentrado y fertilización nitrogenada influyeron de manera significativa (p<0,05) en la conformación de los grupos o clúster de fincas (Tabla 17). La emisión total anual por finca fue de 1.216,61; 1.502,78; y 1.078,26 tCO2eq para los grupos alto, medio y bajo nivel de intensificación. Tabla 17. Variables que influyen en la conformación de los grupos de fincas según el nivel de intensificación. Variable Nivel de intensificación Alto (n=11) Medio (n=31) Bajo (n=45) Altitud (msnm) 1.437,36 (200,55) a 1.024,61 (119,46) ab 733,80 (99,15) b Carga animal (UA/ha) 12,40 (0,86) a 5,32 (0,51) b 2,63 (0,43) c Productividad de leche (kg/ha/año) 39.324,00 (2.148,97) a 17.714,55 (1.280,11) b 5.874,69 (1.062,48) c Consumo de concentrado (tMS/ha/año) 17,47 (1,69) a 8,00 (1,01) b 2,37 (0,84) c Fertilización nitrogenada (kg N/ha/año) 211,86 (29,05) a 141,66 (17,31) b 34,02 (14,36) c Medias con letras diferentes dentro de la fila presentan diferencia significativa según prueba de LSD de Fisher (p<0,05). Valor entre paréntesis representa al error estándar. Con respecto a las fuentes de emisión de GEI en las fincas, los insumos externos y la fertilización nitrogenada fue mayor en las fincas con un nivel alto y medio de intensificación. Mientras, la emisión por ganado comprado fue mayor en las fincas con bajo nivel de intensificación (p<0,05). La fermentación entérica y el manejo del estiércol fueron similares en los tres grupos de fincas (p>0,05). En el caso de la huella de carbono de leche fue mayor en las fincas con bajo nivel de intensificación (p<0,05) y la huella de carbono de carne no tuvo efecto del nivel de intensificación de las fincas (p>0,05; Tabla 18). Tabla 18. Indicadores de emisión según el nivel de intensificación productiva de las fincas productoras de leche de Costa Rica. Variable Nivel de intensificación Alto (n=11) Medio (n=31) Bajo (n=45) Fuente de emisión GEI Fermentación entérica (%) 47,20 (4,52) a 48,30 (2,69) a 50,83 (2,24) a Insumos externos* (%) 34,92 (5,74) a 36,66 (3,42) a 23,65 (2,84) b Manejo del estiércol (%) 13,01 (1,26) a 12,71 (0,75) a 13,06 (0,62) a Ganado comprado** (%) 3,22 (3,93) ab 0,36 (2,34) b 11,54 (1,94) a Fertilización nitrogenada (%) 1,65 (0,44) ab 1,97 (0,26) a 0,92 (0,22) b Huella de carbono 46 47 5. DISCUSIÓN 5.1 Emisiones de GEI en fincas productoras de leche 5.1.1 Caracterización de las fincas En Costa Rica las fincas dedicadas a la producción de leche pertenecen a dos sistemas de producción, las especializadas en leche y las de doble propósito. El primer sistema tiene como objetivo principal la producción de leche usando razas especializadas, se concentran en un mayor rango de altitud (20 – 2.600 msnm), dependen de cantidades importantes de insumos externos para su funcionamiento como concentrados (alimento balanceado) y fertilizantes nitrogenados. Esto les permite manejar una carga animal de 5,41 UA/ha y obtener una productividad de leche de 17.096 kg LCGP/ha/año. En cambio, las fincas de doble propósito tienen como productos principales la leche y la carne de los terneros y terneras (descarte) al destete que ocurre alrededor de los 8-9 meses. En algunos casos, y generalmente en fincas grandes pueden ser engordados y vendidos a media ceba (350 kg PV) o ceba completa (450- 500 kg PV). Estas fincas se localizan en altitudes menores a los 1.300 msnm, tienen un bajo uso de insumos externos como concentrados y fertilizantes químicos. Bajo dichas condiciones utilizan una carga animal de 2,55 UA/ha y alcanzan una productividad de leche de 3.688 kg LCGP/ha/año; ambos indicadores mucho menores que las especializadas en leche debido al bajo nivel de innovación tecnológica. Este sistema de producción tiene potencial para mejorar la productividad animal y con ello los ingresos, este enfoque de intensificación podría significar la reducción del área ganadera e incluso el tamaño del hato. Vargas Leitón et al. (2013) reportaron un patrón de distribución de las fincas con lechería especializada y con doble propósito en los distintos rangos altitudinales similar a lo encontrado en el presente estudio. En el mismo sentido, los autores anteriores encontraron que las razas lecheras, la carga animal y el uso de concentrado tiende a ser superior en las fincas de lechería que presentan un manejo con mayor intensificación. Vargas y Ulloa (2008) en un estudio sobre la relación de las curvas de lactancia en grupos raciales lecheros de distintas zonas agroecológicas de Costa Rica, encontraron que la mayor producción de leche estuvo asociada a una mayor altitud (zonas templadas) y con razas de leche Bos taurus. Los sistemas doble propósito han presentado una variabilidad en el ingreso por la venta de leche, eso tiene relación con la dinámica de la demanda y precios de leche y carne en los mercados y es parte de la flexibilidad de dichos sistemas de ajustarse según las tendencias del mercado. En ese sentido, Letelier (2018) identificó en Costa Rica tres modalidades de sistemas de producción bovina doble propósito según el aporte en el ingreso total por la venta de leche: en el primero entre 1 y 39%; en el segundo entre 40 y 59%; y en el tercero entre 60 y 89%. En Nueva Zelanda se reportó una productividad de leche promedio de 13.363 kg LCGP, la cual es similar a la encontrada en las fincas productoras de leche de Costa Rica. Sin embargo, el estudio de Nueva Zelanda registró menores consumos de alimentos balanceados y 48 fertilizantes nitrogenados, lo cual significa que la operación productiva tiene una base mayor en las pasturas y así incidir en una mayor competitividad de la actividad (Ledgard et al., 2020). 5.1.2 Emisiones de GEI según sistemas de producción e intensificación productiva La huella de carbono de leche y carne varió entre 2,28 y 5,45 kg CO2eq/kg LCGP y 11,06 y 23,72 kg CO2eq/kg PV de carne vendida respectivamente. Lo valores menores tienen relación con una mayor productividad animal en la finca. También, en la calidad de la dieta que es mayor en sistemas de producción de lechería especializada, la cual está basada en pasturas y mayor consumo de concentrado. Las pasturas son fertilizadas y manejadas bajo un sistema de pastoreo rotacional que incluyen un período corto de ocupación entre 1 y 2 días. En las fincas productoras de leche, en muchos de los casos realizan la asignación de todas las emisiones de GEI a la producción de leche (Gaitán et al., 2016; de Léis et al., 2015). En fincas de lechería especializada y en las de doble propósito, tal como lo indica IDF (2015) y Rice et al. (2017) se debe de distribuir la carga de emisiones de GEI según la proporción que corresponda a cada producto de acuerdo con el método utilizado sea energía, masa o criterio económico. En la metodología de ACV la partición de la carga ambiental (por ejemplo, las emisiones de GEI) en los productos leche y carne debe ser incluida para identificar los puntos críticos de las emisiones y las potenciales buenas prácticas de mitigación. Además, esto permitiría una mejor comparación entre los diferentes estudios. En un estudio similar en la ganadería de doble propósito de Colombia, se encontró una huella de carbono para leche y carne de 3,3 kg CO2eq /kg LCGP y 10,5 kg CO2eq /kg de PV de carne vendida respectivamente, dicha huella de carbono es menor que la encontrada en el presente trabajo para el sistema doble propósito. En Colombia este sistema de producción presenta una carga animal, producción de leche e insumos externos (por ejemplo, consumo de concentrado y fertilizante nitrogenado) mucho menor que las fincas de Costa Rica y eso podría estar incidiendo en la diferencia de la huella de carbono (González et al., 2020). En varios estudios en el sistema de lechería especializada, con un enfoque similar de ACV, fue encontrada una huella de carbono menor que la registrada en el presente estudio, esta varió entre 0,78 a 1,26 kg CO2eq /kg LCGP (Ledgard et al., 2020; Naranjo et al., 2020; Bava et al., 2014). Estos resultados son menores, y posiblemente tengan relación con una alta productividad de leche, calidad de la dieta constante durante el año y menos uso de insumos externos. Una mayor intensificación productiva de las fincas de leche pretende lograr una mayor productividad animal y una menor huella de carbono, este efecto significa un mejor manejo de la pastura, planes de fertilización de los pastos según requerimientos, selección de ganado con mayor producción, buen manejo reproductivo para lograr una mejor relación de vaca ordeño -vaca total y un efectivo manejo de los reemplazos en la finca. O’Brien et al. (2015) encontraron que conforme aumentó la intensificación productiva de la finca se redujo la huella de carbono y se incrementó el ingreso. Estos autores sugieren que la clave para incrementar el desempeño económico y la reducción de la huella de carbono es el aumento 49 en el uso de pastoreo y de la producción anual de leche por hectárea y por vaca. Este enfoque permitirá mejorar la sostenibilidad de las fincas lecheras. En el mismo orden Gerber et al. (2011) encontraron que conforme aumenta la producción de leche por lactancia por vaca, la huella de carbono tiende a disminuir. Por ejemplo, cuando la producción supera los 4.000 kg por lactancia, la huella de carbono es menor a 2 kg CO2eq/ kg LCGP. En las fincas productoras de leche la principal fuente de emisión de GEI es la fermentación entérica, la cual influye en la huella de carbono para leche y carne. Esta tendencia es reportada por varios estudios realizados en diferentes partes del mundo, quienes destacaron que el metano entérico tiene la mayor contribución en la huella de carbono de leche que varía entre 37 y 68% (Bava et al., 2014; O’Brien et al., 2015; Woldegebriel et al., 2017; Ledgard et al., 2020). A partir de un meta-análisis considerando varios estudios en América Latina y el Caribe fueron identificadas varias estrategias que reducen el metano entérico y paralelamente mejoran la producción de leche o la ganancia de peso vivo, tales como la composición genética, pastoreo rotacional y el incremento en la concentración de proteína en la dieta (de Souza Congio et al., 2021). Diversos estudios demostraron que la separación de las fincas según el nivel de intensificación se debió a las variables como carga animal, cantidad de concentrado y fertilizante usado, y producción de leche. Las fincas con mayor nivel de intensificación presentaron una menor huella de carbono de leche y de carne (Bava et al., 2014; González et al., 2020; Ledgard et al., 2020; González et al., 2021). Asimismo, otras investigaciones encontraron una alta correlación entre la huella de carbono de leche y de carne (González et al., 2020; González et al., 2021), esa tendencia también fue similar a la presente investigación. En otro trabajo Casey y Holden (2005) registraron una correlación positiva entre la carga animal y la intensidad de emisiones de CO2eq/ha, pero no fue los mismo entre la carga animal y la intensidad de emisiones por kilogramo de leche. 5.1.3 Estructura del hato y relación con emisiones de GEI Las fincas que cuentan con un buen manejo de la estructura del hato tendrán entre 75 y 80% de las vacas totales en producción (Castro Calderón et al., 2021). Esa relación influye para que las vacas en producción presenten la mayor emisión de GEI en fincas ganaderas. En aquellas con lechería especializada fue mayor que el 50% y en las de doble propósito fue menor a dicho porcentaje; esta diferencia podría tener relación con el número de vacas en ordeño (77 vs 63%). Con respecto al tema de emisiones de GEI según las categorías de ganado en las fincas, existen pocos estudios. Por ejemplo, Mazzetto et al. (2015) encontraron que en las fincas de carne con distintos niveles de intensificación las vacas en ordeño presentaron más del 50% de las emisiones de las unidades ganaderas. Las fincas requieren ajustar la estructura del hato para reducir la presencia de animales improductivos y evitar el excedente de animales en algunas categorías. Un hato con una proporción alta de animales jóvenes emite más metano y fosforo a través de las excretas en el 50 ambiente por unidad de leche en comparación con un hato con una mayor proporción de vacas multíparas. El ajuste de la estructura del hato puede contribuir con una mayor eficiencia económica de la finca y una menor emisión de metano a nivel de finca y por unidad de producto (Hristov et al., 2013). Una óptima estructura del hato tiene que responder con mejores indicadores socioeconómicos y con el menor impacto ambiental. Esto último en términos de emisiones de GEI, acidificación, eutroficación y uso de energía. El manejo del hato es parte del conjunto de herramientas, dentro del enfoque de la intensificación sostenible de la producción ganadera, con potencial para reducir las emisiones de GEI a nivel global y por unidad de producto. En varios países del mundo existe una brecha importante entre la producción actual y la potencial de los sistemas de producción bovina. Esto significa que existe una oportunidad de innovación de las fincas para cubrir la demanda de los mercados con productos de mejor calidad y sin el crecimiento del hato y del área dedicada a la ganadería. Definitivamente, estos cuestionamientos tendrán que ser respondidos por medio de las investigaciones en curso en el corto plazo. Por otro lado, los sistemas de producción ganadera aparte de implementar acciones para reducir emisiones de GEI, tienen la ventaja de compensar sus emisiones por medio de la remoción de carbono a través de la gestión del suelo y de la cobertura arbórea (por ejemplo, sistemas silvopastoriles y bosques; Stanley et al., 2018; Cárdenas et al., 2019). El potencial de remoción de carbono dependerá de la zona agroecológica, la diversidad y densidad de árboles en los sistemas silvopastoriles, del área de bosques en la finca y del manejo silvicultural, entre otras. 5.2 Emisión de metano entérico en vacas lecheras con diferente perfil genético 5.2.1 Emisión de metano entérico en vacas lecheras En las emisiones diarias de metano entérico no hubo un efecto marcado de la genética, no obstante, las vacas con mayor genética Bos taurus (Jersey) mostraron el mayor valor numérico de emisiones cuando estuvieron en fase seca y en los distintos periodos de lactancia. Dicha tendencia podría estar explicada por el factor de conversión de metano que fue mayor en dicho perfil genético como se observa en la Tabla 22. Dos Santos Pedreira et al. (2009) en un estudio con vacas puras Holstein y vacas Holstein x Gyr (F1), encontró un patrón similar al presente estudio, ya que las vacas de raza pura tuvieron una mayor emisión de metano entérico cuando estuvieron secas como en el periodo de lactancia. Las vacas cuando estuvieron secas emitieron 261 y 238 g de metano entérico por día, mientras que en el período de lactancia fue de 403 y 296 g de metano entérico por día para la raza Holstein y Holstein x Gyr respectivamente. La raza pura duplicó la producción de leche y eso influyó en una mayor diferencia en la emisión de metano entérico. 51 Diferentes estudios han encontrado que la emisión de metano entérico está relacionada con el consumo de MS, en donde los mayores consumos se logran en el periodo de mayor producción de leche (Grainger et al., 2007; Muñoz et al., 2015; Montenegro et al., 2020). Existen evidencias que el consumo residual es una manera indirecta de reducir el metano entérico, esto debido a la reducción en el consumo y mejoramiento en la conversión alimenticia. Esta condición funcional del ganado puede reducir el metano entérico entre 15- 25% y presenta una heredabilidad y repetibilidad moderada en ganado de leche y carne (Basarab et al., 2013). Actualmente existe mucho interés en estudios más profundos para identificar individuos dentro de las razas con la característica funcional de menor emisión de metano entérico. Además, de los rasgos con potencial para la predicción de las emisiones de dicho gas tales como consumo de alimento, eficiencia alimenticia (consumo residual de alimento) y balance de energía (Manzanilla-Pech et al., 2020). La emisión anual de metano entérico varió entre 91 y 112 kg/vaca, la cual fue 22% superior en vacas con mayor proporción de genética Bos taurus. Dicha tendencia podría tener relación con el mayor consumo de MS. Las emisiones encontradas son mayores a la que recomienda el IPCC (2006) en el nivel 1 para vacas en producción para la región de América Latina y el Caribe que es de 63 kg/animal/año-1. La mayor emisión y producción de leche por vaca encontrada en el presente estudio es similar a la que se recomienda para Europa Occidental para vacas con una producción de 6.000 kg/año. Los resultados de emisiones muestran una brecha importante entre lo encontrado con un nivel 2 y el nivel 1 por defecto. Wilkes et al. (2017) argumenta que, si los países quieren monitorear la relación de la productividad y emisiones de GEI con las mejoras implementadas en las fincas, se requiere del uso de los niveles 2 o 3. Ello significa la generación de factores de emisión locales o establecer un sistema de gestión de la información en fincas representativas del sector para aplicar el nivel 2 recomendado por IPCC (2006). 5.2.2 Intensidad de emisiones de metano entérico La intensidad de emisiones por kilogramo de leche producido, a pesar de que no hubo diferencia estadística, tendió a reducirse conforme disminuyó la genética Bos taurus con 7% y 14% para las vacas Triple cruce y F1 respectivamente. La poca diferencia se debe a las menores emisiones de metano entérico en las vacas F1 en comparación a aquellas con mayor genética europea. La producción de leche por lactancia de los tres grupos raciales fue similar 5.041, 5.055 y 5.313 kg para Jersey, F1 y Triple cruce respectivamente. En otros estudios la intensidad de emisiones fue superior con valores que variaron entre 34 y 36 g CH4/kg de leche (Muñoz et al., 2015). En dicho estudio vacas de raza Holstein Friesian estuvieron produciendo menos de 15 kg/día en el período de lactancia tardía (253±18 días) y eso influyó en una mayor intensidad de emisiones. Similar situación se encontró en el estudio de Van Wyngaard et al. (2018), quienes encontraron valores que variaron entre 21,1 y 35,5 g CH4/kg en vacas Jersey, que presentaron una producción de leche entre 9,1 y 18,2 kg día-1 en una edad de lactancia de 99±18 días. 52 La intensidad de emisiones es un indicador de eficiencia productiva, que refleja la maximización de la energía que consume el ganado en producción de leche o carne o un menor factor de conversión de energía bruta a metano entérico. Poore y Nemececk (2018) señalan de que ya existen comunidades interesadas en reconocer el esfuerzo de los productores por ofertar productos con huella de carbono neutra o positiva. Dicha tendencia, en el corto y mediano plazo podría ser un criterio para que los productos ganaderos logren una mejor posición en los mercados. Sin embargo, existen estudios en los cuáles se demuestra que una menor intensidad de emisiones por producto no asegura una reducción al calentamiento global o el aporte a las metas de reducción de emisiones absolutas. Sharma (2020) señala que el sector lechero en el mundo en el período 2005-2015 tuvo una reducción de emisiones por litro del 11%, pero las emisiones absolutas aumentaron un 18% en el mismo período. Esto se debe a que las grandes empresas lácteas en el mundo aumentaron sus operaciones y el número de animales. Esta situación no refleja un impacto positivo en la reducción de GEI por la actividad ganadera. La reducción absoluta de metano y de los otros GEI del sector ganadero implican una serie de retos que inician con el consumo responsable y la intensificación sostenible para lograr una mayor producción por unidad de superficie. Esto último podría motivar a la reducción del tamaño del hato y del área destinada a la ganadería o al menos a mantener el área actual. Cassandro et al. (2013) y Garnsworthy (2018) argumentan que las fincas tienen potencial de optimizar la estructura del hato para una mayor rentabilidad y menores emisiones de metano entérico, esto tiene relación con la mejora de los factores como producción de leche por vaca, eficiencia en el uso de la energía, indicadores reproductivos y el manejo de los reemplazos necesarios en la explotación. En el sub-sector ganadería, Brasil es el pionero mundial en lanzar al mercado carne carbono neutro. Para lograr dicha meta las fincas ganaderas establecen sistemas silvopastoriles o agrosilvopastoriles, en donde las especies predominantes son el pasto Urochloa brizantha y la especie maderable eucalipto (Eucaliptus spp; Villa Alves et al., 2015). Actualmente otros países como Australia y Nueva Zelanda han lanzado un plan para lograr productos ganaderos carbono neutro en el 2030 y 2050 respectivamente. En ambos casos la estrategia principal es la gestión de la cobertura arbórea para compensar las emisiones de GEI (Case y Ryan 2020; MLA, 2020). En estos países están reconociendo la importancia del carbono como parte de la estrategia de comercialización en el marco de la producción de alimentos cultivados de manera sostenible. 5.2.3 Eficiencia en el uso de la energía por vacas lecheras En general, en la fase de lactancia las vacas de las distintas razas presentan un mayor FCM en los primeros dos tercios y luego disminuye en el tercio final. Es posible que esta tendencia tenga relación con un mayor consumo de MS que ocurre en los primeros dos tercios de la lactancia. Sin embargo, en los grupos raciales el FCM es mayor en la época seca que en la fase de lactancia, lo cual tiene relación con la calidad de alimento que consumen las vacas en 53 el periodo de lactancia. Muñoz et al. (2015) y Montenegro et al. (2020) encontraron valores de FCM que variaron según el orden entre 6,2-8,1 y 6,6-7,5, los menores valores se presentaron cuando las vacas recibieron una mayor suplementación con alimento balanceado. La diferencia podría estar influida por el menor contenido de fibra detergente neutro del alimento balanceado del segundo estudio. El FCM ajustado por año fue diferente entre los grupos raciales, las vacas F1 presentaron un valor 19% y 22% menor que las vacas Jersey y Triple cruce respectivamente. El FCM más bajo fue presentado por las vacas F1, el cual es menor que lo sugerido por el IPCC (2006) que es de 6,5 para las categorías de ganado lechero o sea una diferencia del 10%. Los otros grupos raciales Jersey y Triple cruce mostraron un FCM 7,05 y 7,22 respectivamente, ambos mayores que la referencia del IPCC. Lo anterior significa que se deben de ajustar los FCM según la fase seca y de lactancia de las vacas, la genética del ganado y la calidad de la dieta que reciben. Asimismo, Montanholi et al. (2010) argumentan que en las regiones tropicales el ganado Bos taurus estará expuesto a un mayor estrés calórico, lo cual provocará una mayor secreción de la hormona cortisol que afecta la eficiencia metabólica del ganado. Dicha condición de estrés significa un mayor consumo residual de alimento y en consecuencia un incremento en la emisión de metano entérico. 54 55 6. CONCLUSIONES 62 Casasola, F., Villanueva, C. 2015. Buenas prácticas para la mitigación al cambio climático de los sistemas de producción de leche en Costa Rica (Editores). Turrialba, CR. CATIE. 130 p. (Serie técnica. Manual técnico No. 133). Cassandro, M., Mele, M., Stefanon, B. 2013. 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Fincas que tienen entre 75% y 80% de vacas en ordeño y una tasa de reemplazo del 20% reducen hasta el 14% las emisiones totales de GEI. Las vacas F1 (50% Bos taurus + 50% Bos indicus) mostraron una menor emisión y factor de conversión de metano que las vacas con mayor genética europea. Este conocimiento y herramientas aportan al desarrollo de una ganadería competitiva con bajas emisiones de GEI.