El forraje verde hidropónico (FVH): Una alternativa de producción de alimento para el ganado en zonas áridas.

Raúl López-Aguilar, Bernardo Murillo-Amador y Guadalupe Rodríguez-Quezada

Raúl López-Aguilar. Doctor en Filosofía, Universidad de Tottori, Japón. Investigador Titular del Programa de Agricultura en Zonas Áridas del Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste S.C. (CIBNOR), México. Dirección: Mar Bermejo No. 195, Col. Playa Palo de Santa Rita, La Paz, B.C.S. México. CP 23090. e-mail: daguilar04@cibnor,mx

Bernardo Murillo-Amador. Doctor en Ciencias, CIBNOR, México. Investigador del Programa de Agricultura en Zonas Áridas del CIBNOR, México.

Guadalupe Rodríguez-Quezada. Ingeniero Agrónomo, Universidad Autónoma de Baja California Sur, México. Técnico del Programa de Agricultura en Zonas Áridas del CIBNOR, México.

RESUMEN

El forraje verde hidropónico (FVH) es una metodología de producción de alimento para el ganado que permite evadir las limitantes naturales encontradas en zonas áridas para el cultivo convencional de forrajes. Se evaluaron tres densidades de siembra (DS): 1,5; 2,0 y 2,5kg de semilla·m^-2 de bandeja en el rendimiento de FVH de maíz (Zea mays L.), uso del agua y el efecto del FVH en la ganancia de peso en cabras. Utilizando 2,5kg·m^-2 se obtuvieron los mayores rendimientos en FVH y en materia seca (MS), pero la mayor conversión de semilla utilizada a FVH fue registrada en la DS de 2,0kg·m^-2. Los rendimientos de FVH y MS en las tres DS fueron similares al de las principales especies forrajeras, pero en una superficie 100 veces menor, sin uso de agroquímicos y utilizando 30-50 veces menos agua. La calidad del FVH en las tres DS fue similar al de alimentos considerados como nutritivos para el ganado. Con excepción de proteína cruda y fibra detergente ácida, no fueron registradas diferencias significativas entre DS en las variables relacionadas con la calidad del forraje. Las dietas que incluyeron FVH incrementaron significativamente la ganancia de peso en cabras, registrándose 134,7 y 144,3g·día^-1 para 70 y 25% de FVH en la dieta, respectivamente. El FVH podría contribuir a la conversión de sistemas convencionales de producción de ganado al sistema orgánico o a elevar la condición nutricional del ganado en zonas áridas y semiáridas donde es común la subnutrición.

SUMMARY

A forragem verde hidropônica (FVH): Uma alternativa de produção de alimento para o gado em zonas áridas.

RESUMO

A forragem verde hidropônica (FVH) é uma metodologia de produção de alimento para o gado que permite evadir as limitantes naturais encontradas em zonas áridas para o cultivo convencional de forragens. Avaliaram-se três densidades de plantação (DP): 1,5; 2,0 e 2,5kg de semente/m² de bandeja no rendimento de FVH de milho (Zea mays L.), uso da água e o efeito da FVH no aumento de peso em cabras. Utilizando 2,5kg·m^-2 se obtiveram os maiores rendimentos em FVH e em matéria seca (MS), mas a maior conversão de semente utilizada a FVH foi registrada na DP de 2,0kg·m^-2. Os rendimientos de FVH e MS nas tres DP foram similares ao das principais espécies forrageiras, mas em uma superficie 100 veces menor, sem uso de agroquímicos e utilizando 30-50 vezes menos água. A qualidade da FVH nas três DP fue similar ao de alimentos considerados como nutritivos para o gado. Com exceção de proteína crua e fibra detergente ácida, não foram registradas diferenças significativas entre DP nas variáveis relacionadas com a qualidade da forragem. As dietas que incluiram FVH incrementaram significativamente o aumento de peso em cabras, registrando-se 134,7 e 144,3g/dia para 70 e 25% de FVH na dieta, respectivamente. A FVH poderia contribuir à conversão de sistemas convencionais de produção de gado ao sistema orgânico ou a elevar a condição nutricional do gado em zonas áridas e semi-áridas onde é comum a subnutrição.

PALABRAS CLAVE/ Cabras / Forraje Verde Hidropónico / Ganadería Sostenible / Metodología Alternativa / Zonas Áridas /

El forraje verde hidropónico (FVH) es una metodología de producción de alimento para el ganado que resulta propicia para evadir las principales dificultades encontradas en zonas áridas y semiáridas para la producción convencional de forraje. Las zonas áridas han sido consideradas como terrenos marginales para el desarrollo del sector agropecuario, siendo las razones principales para esta consideración la escasez permanente de lluvia, alta evaporación, y suelos y aguas de riego de baja calidad. No obstante estas limitaciones, la creciente demanda de productos agropecuarios ha ocasionado que tanto la agricultura como la ganadería hayan sido introducidas en ecosistemas frágiles de zonas áridas y semiáridas, los cuales son muy susceptibles a la degradación y en donde es improbable sostener altos rendimientos de manera sostenible para intentar satisfacer las necesidades (Cassman, 1999; Young, 1999). En los últimos años, la actividad agropecuaria en estas zonas se ha incrementado notablemente; sin embargo, su expansión ha tenido lugar sin el debido control ecológico y las tecnologías comúnmente utilizadas no son las más apropiadas, provocando problemas de contaminación de suelos y mantos acuíferos (Endo et al., 2000), agotamiento de agostaderos y la extinción de especies de flora nativa (Martínez-Balboa, 1981).

Un sistema de producción agropecuario sostenible debe mejorar o al menos mantener los recursos naturales sin devaluarlos, y no generar situaciones que disminuyen la actividad ganadera, como por ejemplo la contaminación (Nardone et al., 2004). Consecuentemente, la búsqueda de metodologías alternativas de producción de forraje en las cuales se considere el ahorro de agua, altos rendimientos por m² ocupado, calidad nutricional, flexibilidad en la transferencia y mínimos impactos negativos sobre el medio ambiente es de particular importancia.

Considerando los puntos anteriores, se puede decir que el FVH puede constituirse en una opción alternativa a los métodos convencionales de producción de forraje que contribuya a una actividad agropecuaria sostenible en las zonas áridas y semiáridas. La producción de FVH es una tecnología de desarrollo de biomasa vegetal obtenida a partir del crecimiento inicial de plántulas en los estados de germinación y crecimiento temprano a partir de semillas con una alta tasa de germinación para producir un forraje vivo de alta digestibilidad, calidad nutricional y apto para la alimentación de animales (FAO, 2001). No obstante las ventajas que presenta el FVH en comparación con otras metodologías de producción de alimento para el ganado, persisten aun dudas y falta de conocimientos sobre la metodología apropiada y la calidad del alimento producido. En el presente estudio se evalúa la densidad de siembra en la producción de FVH de maíz (Zea mays L.), el uso de agua y el efecto de la calidad del forraje en la alimentación de cabras.

Se utilizaron semillas de maíz (Zea mays L.) con un alto grado de germinación (95%) y buena calidad física (sin impurezas y solo 3% de semillas quebradas).

Para evaluar el rendimiento y calidad del FVH, y efectuar comparaciones con otras especies forrajeras, el FVH fue desarrollado mediante el siguiente procedimiento:

Densidad de siembra. Las semillas fueron pesadas con la finalidad de tener tres densidades de siembra; a) 1,5 kg·m^-2, b) 2,0 kg·m^-2 y c) 2,5 kg·m^-2.

Lavado y desinfección de semillas. Las semillas se depositaron en botes de plástico de 20l de capacidad perforados tanto en el fondo como en las paredes laterales y se colocaron en una pileta de concreto. Se vertió agua corriente a la pileta de tal manera que el nivel subiera al doble del espacio ocupado por las semillas. Se agitaron suavemente las semillas dentro de los botes para su lavado y se retiraron impurezas y fragmentos de semillas utilizando un cedazo. El agua de lavado fue desechada y remplazada por igual volumen de agua limpia. Para escarificar y eliminar patógenos adheridos a las semillas se agregó 1g de cal hidratada (CaOH) por litro de agua. Las semillas fueron mantenidas bajo estas condiciones durante 24h.

Germinación de semillas. Para iniciar el proceso de germinación (emergencia de la radícula) se levantaron los botes perforados para desechar el agua con cal y las semillas que quedaron en ellos se vertieron en cajas de madera y fueron cubiertas con una tela negra para mantenerlas bajo condiciones de oscuridad durante 48h. En esta etapa, las semillas fueron humedecidas con agua a intervalos irregulares con el propósito de evitar su deshidratación.

Siembra en bandejas. Cuando las radículas de las semillas en las cajas de madera alcanzaron una longitud de 1,5-2,0cm, fueron transferidas a bandejas de plástico (30X60X10cm) en las cantidades equivalentes a 1,5; 2,0 y 2,5kg de semilla/m^-2 de bandeja. Las bandejas con las semillas fueron regadas con agua corriente utilizando regadera manual a intervalos irregulares para evitar la deshidratación y promover el crecimiento de las plántulas.

Crecimiento y cosecha. Las plántulas obtenidas fueron regadas diariamente con agua corriente hasta su cosecha a los 14 días después del lavado y desinfección de las semillas.

La calidad nutricional del FVH fue determinada a partir de muestras de materia seca obtenidas en cada tratamiento y molidas con un molino de café (Mr.Coffee Products, Model IDS57) suficientemente para pasar una criba de 1mm. Posteriormente se efectuaron análisis proximales y minerales.

Los análisis proximales se realizaron de acuerdo a las normas establecidas en AOAC (1990). Las determinaciones realizadas fueron proteína cruda (PC), energía metabólica (EM), fibra detergente ácida (FDA), lignina, celulosa, cenizas y humedad.

En la determinación de minerales, los cationes y fósforo fueron extraídos mediante mezcla de H₂SO₄:HNO₃:HClO₄ (1:10:4). Los contenidos de Ca, Mg, K, Na, Fe, Zn y Cu fueron estimados por espectrofotometría de absorción atómica (Shimadzu HIC-6A), mientras que el P fue estimado por el método azul de molibdeno midiendo la absorbancia a 660nm en un espectrofotómetro (Hitachi U-1100).

Debido a las características del sistema comúnmente utilizado para producir FVH, la evaluación del uso eficiente de agua (UEA) se determinó como

UEA (kg MS/m³) = rendimiento de MS de FVH (kg) / uso de agua (m³).

La cuantificación del uso de agua en el proceso de producción de FVH incluyó la destinada al lavado de bandejas, lavado y desinfección de semillas, humedecimiento de semillas germinadas y riegos de plántulas en las bandejas.

El peso de las cabras antes de iniciar tratamientos fue de 31,3 ±2,1; 33,7 ±1,3 y 36,2 ±2,9kg en los tratamientos D1, D2 y D3, respectivamente. Las dietas fueron proporcionadas diariamente ajustando las cantidades ofrecidas de manera individual, con base en el peso corporal y el alimento rechazado se determinaba al día siguiente a las 8:00h. Los animales se pesaron cada 7 días a las 8:00h con una báscula digital (Cardinal SHCD) con capacidad de 99,95 ±0,05kg, para lo cual se les retiró el agua y alimento a las 17:00h del día anterior.

Para evaluar rendimiento y calidad nutricional del FVH se utilizó un diseño experimental completamente al azar. En el experimento cada bandeja fue considerada como una unidad experimental y cada tratamiento fue repetido 8 veces. El diseño utilizado para evaluar el efecto del FVH en el peso de cabras fue completamente al azar. Los datos obtenidos fueron analizados por ANOVA, seguido de la prueba de Tukey para comparar medias a p<0,05, utilizando el paquete estadístico Statistica Ver. 7.0 (SPSS, 1996).

En la Tabla II se presenta el rendimiento de FVH utilizando las tres densidades de siembra (DS). También se incluye el rendimiento esperado en un invernadero de plástico (6x15m) equipado para producir FVH, cuyas características permite utilizar 750 bandejas de plástico (60x30x10cm) o lo que es equivalente a 180m² (15m²·día^-1) para utilizarse en la producción de FVH.

El rendimiento de FVH y la producción de MS aumentaron significativamente con el incremento de la DS. Utilizando una DS de 2,5kg de semilla·m^-2 de bandeja sembrada se obtuvieron los rendimientos mas altos tanto en FVH como en MS, pero la mas elevada conversión de kg de semilla utilizada a kg de FVH fue registrada en la DS de 2,0kg de semilla·m^-2 de bandeja. Los rendimientos estimados utilizando el invernadero de plástico descrito previamente son similares a los que se reportan en diversos cultivos forrajeros, pero en una superficie 100 veces menor.

En la Tabla III se presenta el consumo de agua por actividad en el proceso de producción del FVH y el UEA determinado para cada densidad de siembra. Debido a que el agua se utilizó en la misma cantidad para las tres DS, el UEA se elevó significativamente con el incremento en rendimiento (kg MS/28m²) en los tratamientos que tuvieron mayores DS.

Se encontró que la mayoría de los parámetros relacionados con la calidad del forraje (Tabla IV) están dentro de los rangos de los alimentos considerados como nutritivos para el ganado. La PC del FVH se incrementó significativamente en las DS mas altas, sin embargo se encontró que la concentración de PC del FVH producido con 2,0 y 2,5kg·m^-2 de bandeja fue estadísticamente igual. En las otras variables presentadas, con excepción de la concentración de FDA en la DS de 1,5kg·m^-2, no fueron detectadas diferencias significativas.

En las tres DS se observó que la concentración de PC fue menor en la etapa inicial de crecimiento del FVH, registrándose su mayor concentración a 14-16 días para posteriormente iniciar su descenso (Figura 1). Los valores promedios de EB variaron de 3,8 a 4,2Mcal·kg^-1 MS en las tres DS, sin diferencias significativas entre DS ni entre días de muestreo. Hasta los 14 días, la FDA varió de 27 a 31%, pero a partir de este tiempo de muestreo la concentración de FDA se incrementó significativamente, alcanzando valores de 38-43%.

La composición mineral del FVH de maíz y los requerimientos para mantenimiento y desarrollo de rumiantes (ARC, 1980; NRC, 1989, 1996) se muestran en la Tabla V. Los niveles encontrados en todos los minerales son considerados satisfactorios para la nutrición de rumiantes. Únicamente podría existir la necesidad de ajustar la relación Ca:P, ya que se recomienda como importante mantenerla en 2:1.

La inclusión del FVH de maíz en la alimentación de ganado caprino manifestó efectos positivos en la ganancia de peso (Figura 2). Las tres dietas ocasionaron que el peso de las cabras se incrementara significativamente en el periodo de tratamiento. Sin embargo, en las dietas que incluyeron FVH fueron las que registraron las mayores ganancia de peso, con 134,7 y 144,3g·día^-1 para D2 y D3, respectivamente. Las cabras alimentadas con D1 obtuvieron una ganancia de peso de 95,5g·día^-1, significativamente menor en comparación con D2 y D3. El rechazo de las dietas fue mínimo y solamente en algunos días se registró un rechazo estimado en 10% que no fue específico para ninguna dieta en particular.

En numerosos países, como por ejemplo Australia, la industria lechera es uno de los principales usuarios del agua de riego (Linehan et al., 2004) y se encuentra presionada para utilizarla con mayor eficiencia (Armstrong, 2004). Por otro lado, es comúnmente reportado que para producir 1kg de carne se requiere entre 3 y 12kg de alimento obtenido a partir de especies forrajeras que requieren grandes cantidades de agroquímicos y agua de riego para lograr altos rendimientos (Tabla VI).

Utilizando la metodología de producción de FVH se puede cosechar anualmente 15-25ton de materia seca (Tabla II). Este rendimiento es equivalente al de la alfalfa, sorgo o maíz (Tabla VI), pero en una superficie 100 veces menor y sin utilización de agroquímicos. Para obtener de 1 a 8kg de MS de alimento para el ganado cultivando especies mediante métodos convencionales se emplea 1m³ de agua de riego, mientras que utilizando este mismo volumen de agua en la producción de FVH se obtienen alrededor de 100kg de MS de forraje (Tabla III) de buena calidad nutricional para alimentar diversos tipos de ganado (FAO, 2001). Aunque se han evaluado métodos de riego recientemente incorporados a los sistemas agrícolas, como el riego por goteo subterráneo, para producir pasturas con menores cantidades de agua (Ayars et al., 1999; Alam et al., 2002; Godoy-Ávila et al., 2003), la realidad es que el UEA aun sigue manteniendo valores bajos de 1,6-1,9kg MS·m^-3 en comparación con los calculados para el sistema de producción de FVH.

En diversos estudios se ha demostrado que la calidad nutricional del FVH es valiosa, ya que se le han encontrado características apropiadas, como excelente gusto y un alto contenido de proteína cruda (Müller et al., 2005). Entre los factores que influyen en el valor nutricional del FVH se encuentran la calidad del agua de riego (Amorim et al., 2005), tiempo de cosecha y densidad de siembra (Müller et al., 2005). Desde el punto de vista cuantitativo, entre los componentes alimenticios para el ganado, los energéticos y proteínicos son los más requeridos. Los resultados del presente estudio indican que el contenido de PC (13-14%) y energía metabólica (2,4-2,5Mcal·kg^-1 MS) del FVH es suficiente para satisfacer los requerimientos de diversos tipos de ganado. Por ejemplo, cuando se alimentan vacas lecheras utilizando dietas con menos de 6% de PC se ha encontrado que el consumo de alimento se reduce y ocasiona una deficiencia combinada de proteína y energía (Perkins, 1957) y que cuando las cabras sufren de una deficiencia prolongada de proteína el desarrollo fetal se retrasa, disminuye el peso de los cabritos al nacimiento y la producción de leche se reduce (Singh y Sengar, 1970). Un forraje de buena calidad aporta EM de alrededor de 2Mcal·kg^-1 de MS. Cuando se alimentan cabritos recién destetados o cabras lecheras de alta producción es indispensable incrementar el contenido de energía de la dieta a 2,5-3,0Mcal·kg^-1MS utilizando concentrados (Morand-Fehr y Sauvant, 1980). Sin embargo, estos suplementos alimenticios formulados en base a granos y pastas de oleaginosas generalmente se importan de países desarrollados, elevando los costos de producción y propiciando también la competencia con el hombre por alimentos. El FVH es un alimento con el suficiente valor nutricional para considerarlo como un suplemento alimenticio ideal para elevar la condición nutricional del ganado, principalmente en zonas áridas y semiáridas donde es común que los animales pasen por periodos de subnutrición en diferentes etapas de su vida (Espinoza et al., 2007).

Otro criterio comúnmente utilizado para determinar la calidad del forraje es la digestibilidad. En las paredes celulares de los vegetales existe una fracción digerible y otra no digerible. El contenido de FDA es una cuantificación de la fracción indigerible. En el FVH la FDA varía con el tiempo de cosecha, observándose valores menores en la etapa inicial y valores mayores en la etapa final. Este comportamiento es similar a otras plantas forrajeras en las cuales se ha reportado que conforme la planta madura, su contenido de FDA aumenta, y la ingestión y digestibilidad se reduce (Van Soest et al., 1978). Los requerimientos de fibra por el ganado es un factor importante en diversos procesos fisiológicos. La FDA es el mejor indicador de los requerimientos de fibra para una fermentación saludable en el rumen. El NRC (1989) indica que las raciones del ganado lechero deben contener 19-27% de FDA. Si el suplemento es menor, el contenido de grasa en la leche puede disminuir.

El ganado requiere de diversos elementos minerales, los cuales en su mayoría pueden obtenerse directamente de un buen forraje. La relación entre Ca y P es la de mayor importancia y debe mantenerse en ~2:1. Los requerimientos de Ca y P por el ganado dependen fuertemente de la edad, tasa de crecimiento y nivel de producción de leche.

Los requerimientos nutricionales del ganado se encuentran en las tablas de necesidades y alimentos del NRC (1989, 1996) y ARC (1980). Si bien esta información ha sido obtenida con otras razas y otros ambientes, se consideran de utilidad como guía para la alimentación de los rebaños de otras zonas hasta que se disponga de información propia para cada raza y condiciones ambientales y de manejo.

La metodología de producción de FVH podría contribuir de manera importante en la conversión de los sistemas convencionales de producción de ganado al sistema orgánico, particularmente en aquellas regiones del mundo donde las cabras y algunas poblaciones de ganado bovino criollo están concentrados en regiones marginadas desenvolviéndose en ambientes naturales, utilizando para su alimentación el agostadero y pastizales no fertilizados y que rara vez reciben tratamiento con algún fármaco (Espinoza et al., 2007).

Por estas características, los sistemas de producción extensivos en estos sitios pudieran tener muchas posibilidades de convertirse de sistemas convencionales de producción a sistemas de producción orgánica. Sin embargo, considerando los estándares de la ganadería orgánica, un serio inconveniente en la conversión podría ser el bienestar animal, ya que es común la subnutrición en los animales. Una estrategia para resolver este problema pudiera ser la utilización de FVH como suplemento alimenticio.

Los autores agradecen el apoyo de Arturo Naranjo Murillo en el trabajo de campo y a Sonia Rocha y Mario Benson Rosas por los análisis químicos. Este trabajo fue financiado con fondos del Proyecto 905-3 de FUNDACIÓN PRODUCE, B.C.S.

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