Modelagem da ingestão, retenção e excreção de nitrogênio e fósforo pela suinocultura brasileira

Modelling of ingestion, retention and excretion of nitrogen and phosphorus of the Brazilian pig production

MONOGÁSTRICOS

Modelagem da ingestão, retenção e excreção de nitrogênio e fósforo pela suinocultura brasileira

Modelling of ingestion, retention and excretion of nitrogen and phosphorus of the Brazilian pig production

Paulo Alberto Lovatto^I; Luciano Hauschild^II; Lucélia Hauptli^III; Cheila Roberta Lehnen^IV; Amanda d'Ávila Carvalho^V

^IVeterinário, Professor Adjunto, Setor de Suinocultura, Departamento de Zootecnia, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Campus Camobi, CEP: 97105-900. Autor para correspondências. E.mail: [e-mail]

^IIZootecnista, Mestrando do Programa de Pós Graduação em Zootecnia (PPGZ/UFSM). Bolsista do CNPq

^IIIZootecnista, Mestranda do PPGZ/UFSM, bolsista da Comissão de Aperfeiçoamento de Pessoal de Ensino Superior (CAPES)

^IVAcadêmica de Zootecnia/UFSM, Bolsista da Fundação de Amparo à Pesquisa do Rio Grande do Sul (FAPERGS)

^VZootecnista, Mestranda do PPGZ/UFSM

RESUMO

Um modelo estático, empírico e determinista da ingestão, retenção e excreção de N e P pela suinocultura brasileira (MSUINP) foi desenvolvido. Os princípios gerais foram baseados nos sistemas tecnológicos (ST), nas categorias animais, nas concentrações de N e P das dietas e nas eficiências digestiva e metabólica de N e P. O modelo integra três níveis de agregação e é constituído de dez compartimentos (N e P ingeridos, N e P do sistema gastrintestinal, N e P retidos, N e P fecais, N e P urinários), 300 subcompartimentos (50 relacionados aos ST e 250 às categorias animais). Os ST foram definidos pelo número de leitões terminados/matriz/ano. Os fluxos de N e P entre os compartimentos e as relações temporais de cada fase dentro das categorias animais seguiram modelos publicados. A ingestão e retenção total anual de N simuladas foram de 193 e 46 mil t, respectivamente e as excreções fecal e urinária de N simuladas foram de 37 e 110 mil t, respectivamente. Aproximadamente 58% da ingestão, 77% da retenção e 52% da excreção do N estão no sistema de alta tecnologia. A ingestão e retenção total anual de P simuladas foram de 46 e 11 mil t, respectivamente. As excreções fecal e urinária de P simuladas foram de 29 e 6 mil t, respectivamente. O modelo desenvolvido é capaz de simular adequadamente os fluxos de N e P nos sistemas de alta e média tecnologias de produção suína no Brasil.

Palavras chave: modelos, nutrição, alimentação, suínos

ABSTRACT

A static, empirical and determinist model of ingestion, retention and excretion of N and P was developed for the Brazilian pig production. The general principles were: technological systems (ST), animal categories, N and P in the diets, and digestive and metabolic efficiencies of N and P. The model integrates three aggregation levels, being constituted by ten compartments (ingestion, gastrointestinal contents, retention, and excretions of P and N), 300 sub-compartments (50 related to ST and 250 to animal categories). The ST was defined by the number of slaughter animals/sow/year. The flows of N and P among compartments and temporary relations were the same as literature data. The simulated N ingestion and retention were of 193 and 46 thousand t, respectively. The simulated N excretion by fecal and urinary was 37 and 110 thousand t, respectively. Approximately 58% of N ingestion, 77% of N retention and 52% of N excretion were observed in the high ST. The simulated P ingestion and retention were of 46 and 11 thousand t, respectively. The simulated P fecal and urinary excretion was of 29 and 6 thousand t, respectively. This model is adequate to simulate N and P flows for systems of high and medium technologies of the Brazilian pig production.

Key Words: model, nutrition, feeding, pigs

Introdução

A suinocultura brasileira é uma das atividades agrícolas que mais contribuem com o lançamento de nitrogênio (N) e fósforo (P) no meio ambiente. Isso tem induzido, muitas vezes, a avaliações parciais e equivocadas do verdadeiro impacto da atividade suinícola sobre os ecossistemas, principalmente os situados em regiões de alta densidade animal. Esses eventuais erros de avaliação têm origem, em grande parte, na ausência de informações que quantifiquem adequadamente o consumo, a retenção e a excreção de N e P pelo rebanho suíno. Grande parte desse problema se relaciona à dificuldade de se caracterizar adequadamente os diferentes sistemas de produção suinícolas brasileiros.

Em alguns países, a produção de dejetos pela suinocultura atingiu níveis intoleráveis, levando a adoção de medidas restritivas visando a redução de seus efeitos negativos sobre o meio ambiente. Na União Européia, por exemplo, existe uma legislação específica que limita em 170 e 44 kg/ha/ano o lançamento de N e P, respectivamente, no solo (Dourmad et al., 1999b).

Na última década, a produção de carne suína no Brasil dobrou, passando de um para mais de dois milhões de toneladas por ano (IBGE, 2003), como resultado de melhorias na eficiência produtiva com o aumento na produção de animais terminados por matriz. Esse processo, no entanto, foi acompanhado por maior produção de dejetos, ao passo que a pesquisa com dejetos suínos aconteceu de forma segmentada e sem uma sistematização em nível nacional. Além disso, o N e o P, principais minerais com potencial poluidor, não foram estudados em uma perspectiva sistêmica. Até o momento, nenhum modelo publicado integrou variáveis qualiquantitativas para representar a diversidade dos sistemas suinícolas brasileiros. Neste trabalho, objetivou-se simular, pela modelagem, as dinâmicas do nitrogênio e do fósforo pela suinocultura brasileira (MSUINP).

Material e Métodos

O modelo foi desenvolvido pelo Setor de Suinocultura do Departamento de Zootecnia da Universidade Federal de Santa Maria. O MSUINP (Figura 1) é constituído de 10 compartimentos (CC): N e P ingeridos (N_ING; P_ING), N e P sistema gastrointestinal (N_SGI; P_SGI), N e P metabólico (N_MET; P_MET), N e P fecal (N_FEC; P_FEC) e N e P urinário (N_URI; P_URI). Cada CC é dividido em cinco subcompartimentos (SC1), definidos segundo o sistema tecnológico (ST). Os ST foram classificados em cinco grupos pelo número de animais terminados/matriz/ano (TPA), obtido pela relação entre abate total e total de matrizes (IBGE, 2003). A definição do valor do limite de TPA para cada ST foi teórico pela falta desses parâmetros na literatura. Os estados com TPA >16,01 foram classificados como de alta tecnologia (ALT); com TPA entre 9,69 e 16,00, como de média alta tecnologia (MAT); com TPA entre 8,88 e 9,69, como de média tecnologia (MET); com TPA entre 4,29 e 8,87, como de média baixa tecnologia (MBT); e com TPA <4,28, como de baixa tecnologia (BAT). Os SC1 foram divididos em cinco subcompartimentos (SC2), correspondentes às categorias animais integradas no modelo: fêmeas em lactação (FLC), fêmeas em gestação (FGE), fêmeas no intervalo desmame/cobertura (FDC), animais em creche (ACR) e animais em crescimento e terminação (ACT). As fêmeas FDC foram incluídas porque, nos ST médio-baixos, essa categoria tem importância nos fluxos de N e P. A base temporal dos SC2 foi o índice TPA, considerando-se o tempo FGE de 114 dias. Para FLC, FDC, ACR e ACT, foi considerado: ALT (21; 48; 42; 90), MAT (28; 61; 42; 97), MET (35; 79; 56; 109), MBT (45; 102; 63; 123) e BAT (52; 138; 70; 147). Em resumo, o MSUINP é constituído por 10 compartimentos (N e P ingeridos, N e P sistema gastrointestinal, N e P metabólicos, N e P fecais, N e P urinários) e 300 subcompartimentos (50 associados aos ST e 250 às categorias animais).

Diante da diversidade da produção suinícola brasileira, foi incluído no MSUINP um ajuste teórico da ingestão de alimento, de acordo com cada sistema tecnológico, por meio da Equação 1 [0,52+((TPA_st/TPA_maj)*0,48)], em que 0,52 é o coeficiente de ingestão mínima (variando de 0 a 1); TPA_st número de animais terminados/matriz/ano do sistema tecnológico i; TPA_maj número maior de animais terminados/matriz/ano do ST ALT; 0,48 amplitude de ingestão entre os níveis tecnológicos. Como a ingestão varia com o ST, foi incluído um ajuste de eficácia metabólica pela Equação 2 [1-(DIN_b/0,448)], em que DIN_b é a diferença entre a maior ingestão do ST ALT e a ingestão do ST em questão; 0,448 amplitude de ingestão ajustada entre os diferentes ST. O pressuposto desses ajustes é que, à medida que os sistemas de produção diminuem o uso de tecnologias, a ingestão qualiquantitativa é o parâmetro mais afetado, repercutindo no uso metabólico dos nutrientes.

Os parâmetros dos fluxos de N e P utilizados no modelo são apresentados na Tabela 1. Os fluxos de N entre os diferentes compartimentos foram baseados nas estimativas de Dourmad et al. (1999a, 1999b). Não foram adotadas tabelas brasileiras porque a maioria dos fabricantes de ração adota tabelas estrangeiras. Os fluxos de P entre os diferentes compartimentos basearam-se nas estimativas de Bridges et al. (1995), Carter & Cromwell (1998), Dourmad et al. (1999a), Dourmad et al. (1999b) e van Kempen (1998).

Os dados globais da suinocultura brasileira foram decompostos, por estado, para o rebanho total, as matrizes, os leitões produzidos e os animais abatidos, segundo a FNP (2002). O modelo foi desenvolvido por meio dos programas Excel e ModelMaker (1999). No atual estádio de desenvolvimento, o MSUINP é classificado como estático, empírico e determinístico (Lovatto & Sauvant, 2001, 2002).

Resultados e Discussão

O rebanho brasileiro é composto por 33 milhões de suínos e 2,87 milhões de matrizes, dos quais são abatidos 29 milhões de animais por ano (FNP, 2002). A classificação geográfica dos sistemas tecnológicos pelo MSUINP foi caracterizada (Figura 2) como: BAT - 395 mil km² (Alagoas, Roraima e Amapá); MBT - 5,1 milhões km² (Acre, Amazonas, Rondônia, Tocantins, Paraíba, Piauí, Rio Grande do Norte, Sergipe, Maranhão, Ceará, Bahia, Pará e Pernambuco); MET - 89 mil km² (Rio de Janeiro e Espirito Santo); MAT - 2,4 milhões km² (Goiás, Minas Gerais, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, São Paulo e Distrito Federal); e ALT - 576 mil km² (Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul). A classificação dos ST pelo MSUINP corrobora a importância da região sul no cenário suinícola brasileiro. O ST ALT detém aproximadamente 7% do território brasileiro, 51% do rebanho, 32% das matrizes e 54% do abate e já ocupou a área agrícola disponível tendo, portanto, nos ganhos de produtividade o único caminho para o aumento de produção. No entanto, os dados simulados revelam um conjunto de estados de MAT com características técnicas que os aproximam do grupo ALT. A maioria dos estados do ST MAT compõe a nova fronteira agrícola brasileira (Centro-Oeste), com forte participação na produção nacional de soja e milho. A MAT possui 29% do território brasileiro e 26% do rebanho das matrizes e dos animias para abate.

Os resultados simulados pelo MSUINP podem orientar programas nacionais e/ou regionais de otimização do N e P da alimentação. A densidade de 109 suínos/km² no ST ALT (região Sul) revela situações de risco ambiental. Algumas micro-regiões, como o Oeste de Santa Catarina e o Norte-Noroeste do Rio Grande do Sul, têm densidades superiores a 130 suínos/km² (IBGE, 2003). Como essas regiões são tradicionais produtoras de suínos (ACCS, 2004), é fundamental ajustar o modelo para essa realidade, indicando os meios para redução da excreção de N e P pelos suínos.

Os fluxos de ingestão, retenção e excreções fecais e urinárias de N são apresentados na Tabela 2. O consumo total anual médio de N pela suinocultura brasileira simulado pelo MSUINP é de aproximadamente 193 mil toneladas e o sistema que mais consumiu foi o ALT (em torno de 58% do total). Se esse valor for somado àquele do MAT, tem-se mais de 80% do consumo de N. Os animais do desmame ao abate são responsáveis por mais de 72% do total do consumo de N por categoria animal. A retenção total de N simulada pelo MSUINP foi de, aproximadamente, 46 mil toneladas. Aproximadamente 94% dessa retenção foi observada nos sistemas de alta e média alta tecnologias. Do desmame ao abate, os animais foram responsáveis por mais de 80% da retenção. A excreção total de N simulada pelo MSUINP foi em torno de 147 mil toneladas (25% via fecal e 75% via urinária). Os sistemas alto e médio alto foram responsáveis por quase 77% da excreção e 73% desse volume foi excretado pelos animais em crescimento e terminação e pelas fêmeas em gestação. Os resultados dos fluxos compartimentais comprovam que os animais dos ST com alta tecnologia consomem 58% do N, mas retêm mais de 77%. Por outro lado, os animais situados no sistema de baixa tecnologia ingerem 0,48% e retêm somente 0,04%. Essas diferenças na eficiência de utilização do N entre os ST extremos indicam que os ajustes de ingestão e de metabolismo permitem ao MSUINP, mesmo que empiricamente, mudarem a taxa de utilização metabólica do N.

Os fluxos de ingestão e retenção e as excreções fecais e urinárias de P são apresentados na Tabela 3. O consumo total anual médio de P pela suinocultura brasileira, simulado pelo MSUINP, foi de aproximadamente 46 mil toneladas. O sistema que mais consumiu P foi o ALT e seu valor (59%), somado àquele do MAT, corresponde a 81% do consumo de P. Quando se analisa o consumo de P por categoria animal, nota-se que os animais do desmame ao abate são responsáveis por mais de 74% do total. A retenção total de P simulada pelo MSUINP foi de 11 mil toneladas e aproximadamente 94% dessa retenção foi observada nos sistemas de alta e média alta tecnologias. Os animais do desmame ao abate representaram mais de 84,9% da retenção. A excreção total de P simulada pelo MSUINP foi de aproximadamente 35 mil toneladas, 83% via fecal e 17% via urinária. Os sistemas alto e médio alto responderam por quase 77% da excreção e os animais em crescimento e terminação e as fêmeas em gestação excretaram 73% desse volume. Os resultados dos fluxos compartimentais revelam que os animais dos estados com alta tecnologia consomem 58% do P, mas retêm quase 78%, enquanto aqueles situados no sistema de baixa tecnologia ingerem 0,43% e retêm somente 0,04%. Como observado anteriormente, essas diferenças de eficiência revelam que os ajustes de ingestão e de metabolismo permitem ao MSUINP, mesmo que empiricamente, mudar a taxa de utilização metabólica do P.

Um dos aspectos mais sensíveis de qualquer modelo de fluxos de N e P é a utilização digestiva, e principalmente metabólica, desses nutrientes pelas diferentes categorias de suínos (Bridges et al., 1995). A digestibilidade média de N nas diferentes categorias é de aproximadamente 80% (Dourmad et al., 1999b) e a de P, de 39% (Sands et al., 2001). Para a utilização metabólica, os coeficientes apresentam variações importantes (Fernandez et al., 1999). Estudos de Van Der Peet-Schwering et al. (1999) mostraram que o N excretado total (% ingerido) foi de 57, 86, 46 e 67% para porcas em lactação, vazias/gestantes e leitões nas fases de creche, crescimento e terminação, respectivamente. Para as mesmas categorias animais, os valores simulados pelo MSUINP foram de 76, 85, 66 e 75%. Como pode se observar, a excreção simulada de N para fêmeas vazias/gestantes foi correta, mas foi 33, 43 e 10% superior para matrizes em lactação e animais nas fases de creche e crescimento/terminação, respectivamente. Essas diferenças se devem, sobretudo, à redução da eficiência metabólica pela menor ingestão de N pelos animais de níveis tecnológicos mais baixos. O modelo simula melhor nos níveis tecnológicos mais altos. No caso do ST ALT, que apresenta níveis um pouco abaixo da média européia, os resultados simulados se ajustaram melhor, principalmente para as fêmeas e os animais em crescimento/terminação.

A digestibilidade média do P orgânico pelas diferentes categorias foi próxima de 66% (Dourmad et al., 1999a). Estudos de Van Der Peet-Schwering et al. (1999) comprovaram que o P excretado total (% ingerido) é de 55, 85, 38 e 63%, para matrizes em lactação, vazias/gestantes e leitões em creche e em crescimento/terminação, respectivamente. Os valores simulados pelo MSUINP para as mesmas categorias animais foram de 78, 89, 67 e 73%. A excreção simulada de P para fêmeas vazias/gestantes foi correta, mas foi 38, 74 e 19% superior para matrizes em lactação e animais em creche e em crescimento/terminação, respectivamente. Essas diferenças são atribuídas, sobretudo, à diminuição da eficiência metabólica decorrente da redução da ingestão de P pelos animais de níveis tecnológicos mais baixos.

Os resultados simulados dos fluxos de N e P em condições de média alta tecnologias são coerentes com aqueles apresentados em situações experimentais (Lenis et al., 1999; Nyachoti et al., 2000), em modelos de digestão (Rivest et al., 2000) ou de metabolismo (Moughan et al., 1998; Lovatto & Sauvant, 2003). No entanto, os resultados simulados devem ser confrontados com as especificidades no interior de cada sistema tecnológico. Os ajustes teóricos de ingestão e utilização metabólica do N e P utilizados no MSUINP respondem razoavelmente bem, mas necessitam de uma parametrização mais mecanicista.

Conclusões

O modelo desenvolvido é capaz de simular satisfatoriamente as dinâmicas do nitrogênio e do fósforo nos sistemas suinícolas brasileiros de média e alta tecnologias. É necessário dotar o modelo de parâmetros mais mecanicistas nos sistemas de média baixa tecnologia.

Literatura Citada

Recebido em: 20/09/04

Aceito em: 15/07/05

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  23 Fev 2006
• Data do Fascículo
  Dez 2005

Histórico

• Aceito
  15 Jul 2005
• Recebido
  20 Set 2004