Índice General
Lista de abreviaturas………..………..…..…...…. xiii
Resum………. xiv
Resumen….………....…………...… xv
Summary……….. xvi
I. INTRODUCCIÓN Y PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL………..……… 1
II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA………..…..……….….…. 9
2.1. Emisión de gases tóxicos en ganadería porcina: Amoníaco (NH3) y gases con efecto
invernadero [GEI: metano (CH4) y óxido nitroso (N2O)]……….……….…… 11
2.1.1. Emisión de metano (CH4)………..…………..….….… 11 2.1.1.1. Síntesis de CH4………..……..……….……. 13
2.1.1.1.1. Síntesis de CH4: Fase (I) Hidrólisis……….………….…….. 14
2.1.1.1.2. Síntesis de CH4: Fase (II) Acidogénesis……….……....…….……. 16
2.1.1.1.3. Síntesis de CH4: Fase (III) Acetogénesis……….…..……..….…... 16
2.1.1.1.4. Síntesis de CH4: Fase (IV) Metanogénesis………...………... 17
2.1.1.2. Emisión de CH4 en ganado porcino……….…..……….... 20
2.1.2. Emisión de amoníaco (NH3)………....……….….……... 23
2.1.3. Emisión de óxido nitroso (N2O)………...……… 31
2.2. Emisión de amoníaco y gases con efecto invernadero (GEI) en ganado porcino: factores modificantes………..…..…..…… 33 2.2.1. Tipo y estrategias en alimentación………..………..…… 34
2.2.1.1. Proteína: Composición cualitativa y cuantitativa……….…….….……. 34 2.2.1.2. Hidratos de carbono estructurales o no amiláceos: Utilización de fibra….…….….…….. 35 2.2.1.3. Utilización de acidificantes o aceites en alimento y/o purín…………..…………..….…… 37 2.2.1.4. Alimentación en fases……….…….…….…..….. 38 2.2.1.5. Alimentación separada: Sexo……….…..…….……….. 38
2.2.2. Reducción en la emisión de GEI y NH3: Alojamientos……….………..……..……. 39 2.2.2.1. Tipo de suelo del alojamiento………....………... 39 2.2.2.2. Tipo y material de la cama………...………..… 40 2.2.2.3. Diseño del alojamiento y del sistema de recogida del purín……….…..…………. 41 2.2.2.4. Sistema y caudal de ventilación: Regulación de la temperatura…………..….………….. 42
III. OBJETIVOS Y PLANTEAMIENTO EXPERIMENTAL………..……….. 45
IV. MATERIAL Y MÉTODOS……….………..….……… 51
4.1. Desarrollo metodológico………..………..…..………….. 53 4.1.1. Procedimiento de estimación directa de la emisión de gases en instalaciones
convencionales: Emisión entérica vs emisión procedente de las deyecciones….………. 53
4.1.1.1. Instalaciones………..…...…….. 53 4.1.1.2. Sistema de determinación de la emisión gaseosa en los módulos…………..….………. 54 4.1.1.3. Sistema de medición de la emisión procedente de la fosa de deyecciones……..……… 55 4.1.1.4. Ensayo previo: puesta a punto del procedimiento de medida………..….…….. 56 4.1.1.4.1. Animales………..…... 56
4.1.1.4.2. Raciones………..…….….……. 57
Índice general
iv a). Parámetros productivos………..………….. 58
b). Emisión de gases……….……...….…….. 58
c). Volumen del purín………..………..………….. 59
d). Muestreo del purín………..……...... 59
4.1.2. Emisión potencial de biogás del purín: Procedimiento de optimización………. 60
4.1.2.1. Inóculo……….……….. 60 4.1.2.2. Co-inóculo………..………….. 61 4.1.2.3. Sustratos……….……….. 61 4.1.2.4. Desarrollo experimental……….….………… 61 4.1.2.5. Preparación de los medios de incubación………... 62 4.1.2.6. Toma de muestras y conservación……….………. 64 4.1.2.6.1. Muestreo de la fase gaseosa……….……... 64
4.1.2.6.2. Muestreo de la fase líquida……….…....……… 64
4.1.2.6.3. Determinaciones químicas……….……... 64
a). Principios inmediatos………..….……….. 65
b). Ácidos grasos volátiles (AGV) y nitrógeno amoníacal………. 65
c). Metano………..…..…... 66
d). Aislamiento de ADN y cuantificación microbiana de bacterias, arqueas totales y arqueas metanogénicas hidrogenotróficas (AMH) por qPCR……….. 66
e). Análisis de Biodiversidad de AMH………... 67
4.2. Emisiones de GEI en cerdos………..……… 68
4.2.1. Fase de Transición………..……….. 68
4.2.1.1. Instalaciones………. 68 4.2.1.2. Animales……… 68 4.2.1.3. Alimentación………. 68 4.2.1.4. Procedimiento Experimental……….. 69 a). Parámetros productivos……… 69
b). Emisión en sala……….……... 70 b.1). Muestreo del aire……….. 70
c). Emisión en Fosa……… 71
4.2.1.5. Tratamiento Purín……….. 71 4.2.1.6. Determinaciones químicas………. 72
4.2.2. Fase de Cebo: Estudio del nivel de fibra y proteína de la ración sobre los parámetros productivos y niveles de GEI………...……….. 73
4.2.2.1. Animales……….. 73 4.2.2.2. Instalaciones……….……... 73 4.2.2.3. Raciones………...……… 73 4.2.2.4. Desarrollo experimental………..……... 77 a. Ingestión voluntaria y niveles de crecimiento………. 77
b. Balance de digestibilidad………...………… 77
c. Volumen y composición del purín generado………...…..………. 78
d. Emisión de gases efecto invernadero (GEI)………..……...………. 78
d.1. Emisión potencial de metano de las deyecciones (purín) y heces de cerdo…..………… 78
d.1.1. Evaluación del potencial de emisión de metano en las deyecciones………….…….. 78
d.1.2. Evaluación del potencial de emisión de metano en las heces……….……….. 78
e. Sacrifico y composición de la canal……….…….…….. 78
4.2.2.5. Determinaciones químicas………...………. 79 4.2.2.6. Extracción de ADN y determinación de la concentración bacteriana de arqueas
metanogénicas hidrogenotróficas y acetoclásticas (Methanosarcina spp. y
Índice general
v
4.3. Cálculos y análisis estadístico………..……..……….. 80 4.3.1. Puesta a punto………..……….…..………… 80
4.3.2. Producción potencial de CH4“in vitro”……….……….….………. 80
4.3.3. Análisis correspondiente a la Fase de transición………...……...……… 82
4.3.4. Efecto PB y FND sobre parámetros productivos y emisión gaseosa…………..………. 82
V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN………..……….………. 87
5.1. Estimación directa de la emisión de gases en instalaciones convencionales: Emisión entérica vs emisión de las deyecciones……….…..……….………. 89 5.1.1. Condiciones de muestreo………...………..…... 89
5.1.2. Animales: Parámetros productivos………....……… 90
5.1.3. Ventilación: Flujos de salida……….……….……….. 91
5.1.3.1. Módulos Estancos (ME)………..……….……….. 91 5.1.3.2. Campanas de flujo continuo (CFC)……….………. 92
5.1.4. Protocolo de muestreo………..………...……. 93 5.1.5.Emisiones de metano y amoníaco a partir de los módulos estancos (ME)……....... 97 5.1.6. Emisiones de metano y amoníaco a partir de las campanas de flujo continuo
(CFC)………..……...……. 99
5.2. Estimación de la capacidad potencial de emisión del purín: emisión de metano…..…… 103 5.2.1. Efecto de la concentración del purín sobre la producción de gas y metano... 103
5.2.2. Efecto del tipo de sustrato sobre la producción de gas y metano………..……….. 106
5.2.3. Efecto del nivel de co-inóculo sobre la producción de gas y metano…..…...……... 108
5.2.4. Cambios en los niveles de pH y concentraciones de NH4 y AGV en el medio de
incubación a lo largo del periodo de incubación………..…….. 109
5.2.4.1. Acidez del medio (pH)………... 110 5.2.4.2. Concentración de nitrógeno amoníacal (N-NH4+)……….. 111
a). Cambios en la concentración de N-NH4+ inducida por la concentración de purín y el tipo de sustrato……… 111
b). Cambios en la concentración de N-NH4+ inducida por el nivel de co-inóculo………. 112
5.2.4.3. Evolución de los ácidos grasos volátiles (AGV) y sus proporciones molares…..………. 112
5.2.5. Evolución de las poblaciones bacterianas en el sistema de fermentación….…..……. 118
5.2.5.1. Evolución de los títulos bacterianos: Bacterias totales (BT)………... 118 5.2.5.2. Arqueas metanogénicas hidrogenotróficas………...…….. 119 5.2.5.3. Estructura de la población de AHM: Biodiversidad………... 122
5.2.6. Producción de CH4: “metanización” total del sustrato y modelos de respuesta…..… 123
5.3. Emisión de NH3 y GEI en cerdos: fase de transición………..…….….….. 126
5.3.1. Condiciones ambientales………..….….. 126
5.3.2. Parámetros productivos………..…….…. 127
5.3.3. Concentraciones de NH3 y GEI registradas en los módulos de transición………….… 127
5.3.4. Emisiones registradas de NH3 y GEI (CH4 y N2O) en cerdos en transición……...….…. 129
5.3.5. Producción y composición del purín en cerdos en transición……….…….. 134
5.4. Efecto del nivel de fibra y proteína de la ración sobre los parámetros productivos y la
emisión gaseosa en cerdos en cebo……… 135
5.4.1. Efecto del nivel de fibra y proteína de la ración sobre los parámetros
productivos……….... 135
5.4.1.1. Resultados………... 135 5.4.1.1.1. Crecimiento……….………….……….…. 135
5.4.1.1.2. Digestibilidad………..……… 136
5.4.1.1.3. Cantidad de nutrientes digeridos a través del tracto intestinal………..……… 137
Índice general
vi 5.4.1.1.5. Características de la canal……….. 141
5.4.1.2. Discusión………..……… 142 5.4.1.2.1. Efecto del nivel de PB……….. 142
5.4.1.2.2. Efecto del incremento en el nivel de FND a partir de la inclusión de pulpa de remolacha………... 143
5.4.1.2.3. Estudio del efecto de la interacción entre el aporte de PB y FND……… 144 5.4.2. Efecto del nivel de fibra y proteína de la ración sobre la emisión de gases tóxicos:
CH4 y gases nitrogenados (NH3 y N2O)……….….…..….. 146