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Pesquisa Agropecuária Brasileira

Print version ISSN 0100-204XOn-line version ISSN 1678-3921

Pesq. agropec. bras. vol.39 no.3 Brasília Mar. 2004

https://doi.org/10.1590/S0100-204X2004000300011 

ZOOTECNIA

 

Metano entérico de bovinos leiteiros em condições tropicais brasileiras

 

Dairy cattle enteric methane measured in Brazilian tropical conditions

 

 

Odo PrimavesiI; Rosa Toyoko Shiraishi FrighettoII; Márcio dos Santos PedreiraIII; Magda Aparecida de LimaII; Telma Teresinha BerchielliIII; Pedro Franklin BarbosaI

IEmbrapa Pecuária Sudeste, Caixa Postal 339, CEP 13560-970 São Carlos, SP. E-mail: odo@cppse.embrapa.br
IIEmbrapa Meio Ambiente, Caixa Postal 69, CEP 13820-000 Jaguariúna, SP. E-mail: rosa@cnpma.embrapa.br, magda@cnpma.embrapa.br
IIIUniversidade Estadual Paulista, Fac. de Ciências Agrárias e Veterinárias, Via de acesso Professor Paulo Donato Castelanne, km 5, s/nº, CEP 14884-900 Jaboticabal, SP. E-mail: pedreira@fcav.unesp.br, ttberchi@fcav.unesp.br

 

 


RESUMO

O objetivo deste trabalho foi quantificar a taxa de emissão de metano (CH4) pela técnica do gás traçador, hexafluoreto de enxofre (SF6), em bovinos leiteiros a pasto em condições tropicais brasileiras. As medições foram realizadas na estação das chuvas, com adequada oferta de forragem, em animais da raça Holandesa e Mestiça Leiteira Brasileira em pastagem de capim-tobiatã (Panicum maximum Jacq. cv. Tobiatã) adubada, com vacas em lactação, vacas secas e novilhas, e em pastagem de capim-braquiária (Brachiaria decumbens Stapf.) não adubada com novilhas. As concentrações de CH4 e SF6 foram determinadas por cromatografia gasosa. A emissão de CH4 pelas vacas em lactação foi de 13,8 a 16,8 g/hora, pelas vacas secas de 11,6 a 12,3 g/hora, pelas novilhas em pastagem adubada de 9,5 g/hora, e pelas novilhas em pastagem sem adubo de 7,6 a 8,3 g/hora ou 66 a 72 kg/animal/ano. A emissão de CH4 por matéria seca digestiva ingerida foi de 42 a 69 g/kg em vacas em lactação, de 46 a 56 g/kg em vacas secas, 45 a 58 g/kg em novilhas ingerindo pasto adubado e 58 a 62 g/kg em novilhas em pastagem sem adubo. A emissão de CH4 por bovinos leiteiros ingerindo gramíneas tropicais é superior à emissão por bovinos ingerindo gramíneas de clima temperado.

Termos para indexação: traçador interno, hexafluoreto de enxofre, metano ruminal, gás de efeito estufa.


ABSTRACT

The objective of this work was to quantify methane (CH4) emission using the sulfur hexafluoride (SF6) tracer technique, by dairy cattle on pasture in Brazilian tropical field conditions. Measurements were performed in the rainy season, with Holstein and Holstein x Zebu crossbred, from lactating and dry cows and heifers grazing fertilized Tobiatã grass, and heifers grazing unfertilized Brachiaria grass. Methane and SF6 concentrations were determined by gas chromatograph. Methane emissions by lactating cows varied from 13.8 to 16.8 g/hour, by dry cows from 11.6 to 12.3 g/hour, by heifers grazing fertilized grass was 9.5 g/hour and by heifers grazing unfertilized grass varied from 7.6 to 8.3 g/hour or 66 to 72 kg/head/year. Methane emission per digestive dry matter intake (DMDI) varied from 42 to 69 g/kg DMDI for lactating cows, 46 to 56 g/kg for dry cows, 45 to 58 g/kg for heifers grazing fertilized grass and 58 to 62 g/kg for heifers in unfertilized grass pasture. The CH4 emission measured on dairy cattle feeding tropical grasses was higher than that observed for temperate climate conditions.

Index terms: internal tracer, sulfur hexafluoride, ruminal methane, greenhouse gas.


 

 

Introdução

A agricultura e a pecuária contribuem para as emissões antrópicas de metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) e óxido nitroso (N2O) à atmosfera. O aumento da concentração desses gases provoca o aquecimento da superfície terrestre e destruição da camada de ozônio na estratosfera. Os países mais desenvolvidos têm sido apontados como os principais responsáveis pela situação atual da atmosfera do planeta. No entanto, as estimativas realizadas nos países em desenvolvimento, localizados na região tropical, também os classifica como importantes emissores de gases de efeito estufa, uma vez que as condições climáticas dessa região aumentam em muito o potencial de emissão de gases como o CH4, que já contribui com 15% para o forçamento radiativo global (Cotton & Pielke, 1995). A taxa de CH4 emitido pelos ruminantes domésticos é considerada a terceira maior fonte em escala global (Estados Unidos, 2000).

A produção de CH4 é parte do processo digestivo dos herbívoros ruminantes e ocorre no rúmen. A fermentação que ocorre durante o metabolismo dos carboidratos do material vegetal ingerido é um processo anaeróbio efetuado pela população microbiana ruminal, que converte os carboidratos celulósicos em ácidos graxos de cadeia curta, principalmente ácidos acético, propiônico e butírico. Nesse processo digestivo, parte do carbono é concomitantemente transformada também em CO2. A emissão de CH4 varia entre 4% e 9% da energia bruta do alimento ingerido, e a média encontrada é de 6% (Estados Unidos, 2000).

A emissão global de CH4 pelos processos entéricos é estimada em cerca de 80 teragramas ao ano (Tg), correspondendo a 22% da emissão total de CH4 gerada por fontes antrópicas, e a emissão proveniente de dejetos animais são estimadas em cerca de 25 Tg/ano, correspondendo a 7% da emissão total (Estados Unidos, 2000).

No Brasil, a maior parte do efetivo da pecuária é representada por bovinos (87% representado por gado de corte e 13% por gado de leite), com 160 milhões de cabeças em 1995 (Lima et al., 2001), sendo considerado o maior rebanho bovino do mundo com fins comerciais, tornado-o um grande contribuinte em emissão de CH4 por fermentação entérica.

Grande parte do rebanho bovino é do tipo zebuíno, criado em sistemas predominantemente extensivos. Foi estimada emissão de cerca de 9,2 milhões de toneladas de CH4 provenientes da pecuária (Lima et al., 2001), considerando-se os efetivos de categorias de animais ruminantes e falsos-ruminantes e a produção de dejetos animais, em 1995 (Anuário Estatístico do Brasil, 1997). Tais estimativas basearam-se em dados secundários levantados no País e em valores de referência propostos pelo Intergovernmental Panel on Climate Change (1996). Essa emissão corresponde a 96% de todo o CH4 gerado por fontes de origem agrícola no país (que inclui também o cultivo de arroz irrigado por inundação e a queima de resíduos agrícolas nos campos). Somente as categorias de bovinos de corte e de leite somam 96% das emissões de CH4 provenientes da fermentação entérica na pecuária do País.

A Embrapa Meio Ambiente coordenou, no período de 1996 a 1999, a elaboração do inventário da emissão de gases de efeito estufa provenientes de atividades agrícolas no Brasil (Lima et al., 2001), incluindo a emissão de CH4 pela fermentação entérica e por resíduos animais.

Métodos para a medição de CH4 em animais, usando câmaras fechadas confeccionadas com tubos de PVC, foram descritos em Lockyer (1997) e em Estados Unidos (1990). Em animais criados em regime de pastagem, Johnson & Johnson (1995) desenvolveram a técnica empregando o hexafluoreto de enxofre (SF6) como gás traçador interno. Essa técnica consiste na colocação de um tubo de permeação, que libera o SF6 a uma taxa previamente conhecida, no rúmen do animal e as amostras de CH4 e SF6 são coletadas nas proximidades da boca e narina do animal. Assume-se nesse método que o padrão de emissão de SF6 simula o padrão de emissão de CH4. O fluxo de CH4 liberado pelo animal é calculado em relação ao fluxo de SF6 (Westberg et al., 1998).

O objetivo deste trabalho foi quantificar, por meio do hexafluoreto de enxofre, a emissão de CH4 ruminal por bovinos leiteiros mantidos em pastagens tropicais brasileiras.

 

Material e Métodos

O trabalho foi desenvolvido na Embrapa Meio Ambiente, em Jaguariúna, SP, em conjunto com a Embrapa Pecuária Sudeste, em São Carlos, SP, com a colaboração técnica da Washington State University, em Pullman, WA, EUA, e com o apoio da Unesp, Campus de Jaboticabal, SP.

O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, representados por quatro semanas consecutivas, aplicado em dois sistemas de produção (animais da raça Holandesa Preto e Branco e animais da raça Mestiça Leiteira Brasileira - Holandesa x Zebu), com quatro tratamentos por sistema (novilha, vaca seca e vaca em lactação sobre pastagem adubada, e novilha sobre pastagem não adubada), um animal por tratamento, duas coletas por dia (das 7h às 19h e das 19h às 7h), durante cinco dias seguidos, na estação das chuvas. As duas medições diárias e ao longo de cinco dias constituíram dez sub-repetições para compor as quatro repetições. A alimentação dos animais mantidos em pastagens adubadas foi constituída de forragem de capim-tobiatã (Panicum maximum L.), e suplementadas com ração concentrada com 20% de proteína bruta (PB), na base de 1 kg/3 L de leite a partir de 10 L de leite para vacas holandesas em lactação, 3,4 kg com 18% de PB para vacas mestiças em lactação sobre capim-braquiária (Brachiaria decumbens Stapf.) adubado, 2 kg com 18% de PB para vacas secas e novilhas tanto holandesas como mestiças, mantidas em pastagens de capim-tobiatã (sistema intensivo) e novilhas holandesas e mestiças em pastagens de capim-braquiária sem adubação e sem suplementação (sistema extensivo), simulando as condições normais das pastagens brasileiras (Tabelas 1 e 2).

 

 

 

 

Foram coletadas amostras de forragem, simulando o pastejo, coletando 20 subamostras com moldura de 0,50x0,50 m lançada aleatoriamente, para determinar a massa de forragem por hectare e para determinação da qualidade da forragem ingerida, após secagem em estufa a 60ºC com circulação forçada de ar por 48 horas, até peso constante (Silva, 1981). Após secagem a 105C durante 8 horas, foram determinados matéria seca (Silva, 1981), proteína bruta (Kjeldahl, descrito em Association of Official Analytical Chemists, 1990), fibra em detergente neutro (FDN) e fibra em detergente ácido (FDA) (Soest, 1965), lignina (Soest & Wine, 1968), cinzas ou material mineral (Silva, 1981) e digestibilidade in vitro da matéria orgânica (Tilley & Terry, 1963). Por meio de cálculos, foram determinados teores de matéria orgânica (matéria seca menos as cinzas), celulose (fibra detergente ácido menos lignina) e hemicelulose (fibra detergente neutro menos fibra detergente ácido). A ingestão de matéria seca da forragem foi estimada utilizando o programa Cornell Nutrient Management Planning System - CNCPS, versão 5.0.033 (Cornell University, 2003), para cada animal.

Os animais pastejando gramíneas adubadas permaneceram durante um dia no piquete de 2.500 m2, após este ter ficado em descanso por 33 dias. A lotação foi de 10,8 unidades animal (UA) por hectare, sendo de 2,5 UA/ha na pastagem sem adubação. Os animais monitorados ficaram junto do rebanho normal. Os animais passaram por um período de 15 dias de adaptação ao uso do cabresto e a canga coletora, antes de iniciar as coletas, com a finalidade de evitar alterações induzidas pelo estresse.

A técnica empregada para a mensuração de CH4 foi aquela denominada técnica do traçador interno SF6 (Johnson & Johnson, 1995). Para tanto, utilizou-se uma canga coletora-armazenadora em tubo de PVC de 60 mm de classe 20, tendo pressão interna próxima de zero atmosfera, calibrada para atingir meia atmosfera de pressão no final do período de coleta, mediante tubo capilar de aço inoxidável com 0,127 mm de diâmetro interno preso a um cabresto. A calibração foi determinada pelo comprimento do tubo capilar que, no caso, apresentou aproximadamente 4 cm, para um período de 12 horas. A canga foi conectada ao tubo capilar por meio de engate rápido.

Após a adaptação dos animais ao aparato de amostragem, as coletas de gases ruminais foram realizadas ao longo de cinco dias consecutivos durante quatro semanas seguidas, no mês de fevereiro de 2002, em intervalos de 12 horas. As concentrações de CH4 e SF6 foram determinadas em cromatógrafo a gás HP6890, equipado com detector de ionização de chama (FID) e coluna megabore (0,53 mm, 30 m) Plot HP-Al/M (para CH4) e detector de captura de elétrons (m-ECD) e coluna megabore HP-MolSiv (para SF6), com dois loops de 0,5 cm3 acoplados a duas válvulas de seis vias. A pressurização das cangas até atingir uma pressão aproximada de 1,2 atm foi realizada com nitrogênio especial 5.0, com as leituras de pressão feitas em medidor digital (0,01). As curvas de calibração foram estabelecidas utilizando-se padrões de gases certificados pela White Martins (Praxair), com concentração em ppt (34±9, 91±9 e 978±98 ppt) para SF6 e em ppm (4,85 e 20 ppm) para CH4, conforme Westberg et al. (1998).

O fluxo de CH4 liberado pelo animal é calculado em relação ao fluxo de SF6, correlacionando os resultados à taxa conhecida de liberação do traçador no rúmen (Westberg et al., 1998). A partir dos dados primários foi calculada a emissão potencial de CH4 por ano (não considerando variações na oferta e na qualidade da forragem), por dia, por quilograma de peso vivo e por litro de leite produzido, e a perda de energia digestiva ingerida na forma de CH4, considerando 0,0133 Mcal/g de CH4 (Holter & Young, 1992) e 4,4 Mcal de energia por kg de matéria seca (Holter & Young, 1992), sendo a energia digestível estimada a partir do porcentual digestivo da energia bruta.

Na avaliação dos resultados, foi utilizado o pacote estatístico Statistical Analysis Systems (SAS Institute, 1993), procedimento GLM, e para a comparação entre médias de categorias de animal na mesma raça, o teste Tukey a 5% de probabilidade, e o teste F para categorias entre raças.

 

Resultados e Discussão

Quanto à composição química e digestibilidade das forrageiras (Tabela 1), o capim-braquiária sem adubo mostrou conteúdos mais elevados de FDN e menores de PB, além de apresentar menor digestibilidade in vitro da matéria orgânica do que o capim-tobiatã, que apresentou valores de PB na faixa do ótimo. As gramíneas tropicais utilizadas neste trabalho não chegaram a características extremas de PB, FDN, FDA, celulose, hemicelulose e lignina descritas no trabalho adotado como referência (Kurihara et al., 1999).

A quantidade de matéria seca ingerida foi maior quando 40% da dieta foi constituída de concentrado em relação à dieta com menos de 32% de concentrado, como mostrado pelo porcentual de MS ingerido por peso vivo de vacas holandesas em lactação (Tabela 2).

Os resultados mostram uma taxa de emissão de CH4 (g/dia/animal) maior (P<0,05) pelas vacas em lactação, provavelmente pela maior ingestão de matéria seca total e digestiva, em especial quando comparadas com as novilhas manejadas extensivamente (Tabela 3). Porém, a oferta de energia digestível, que foi de 44 Mcal/dia para vacas holandesas em lactação de 572 kg de peso vivo (Tabela 2), não atingiu a faixa considerada padrão para vacas européias e norte-americanas, respectivamente, em torno de 60 Mcal/dia/animal de 550 kg de PV e 65 Mcal/dia/animal de 600 kg de PV (Intergovernmental Panel on Climate Change, 1996). Houve diferenças entre raças somente para vacas em lactação, verificando-se maior emissão de CH4 (g/kg de matéria seca digestiva ingerida e porcentagem de energia digestível ingerida) pelas vacas mestiças, provavelmente por sua maior eficiência digestiva de celulose, fonte maior de CH4 no processo metabólico fermentativo no rúmen.

 

 

Os valores de emissão de CH4 pelas vacas em lactação, entre 13,8 e 16,8 g/hora, ou 121 e 147 kg/animal/ano (Tabela 3), estão acima dos valores médios ocorrentes na América do Norte, que são estimados em 118 kg/animal/ano, para animais com 600 kg de PV, lactação de 6.700 kg/ano de leite e ingestão de matéria seca de 16,2 kg/dia ou 2,7% do PV, e no leste europeu estimados em 100 kg/animal/ano de CH4, para vacas de 550 kg de PV, lactação de 4.200 kg/ano de leite e ingestão de 13,8 kg/dia de matéria seca ou 2,5% do PV (Intergovernmental Panel on Climate Change, 1995; Johnson & Ward, 1996).

Esses resultados podem ser atribuídos à pior qualidade da forragem de clima tropical em relação à de clima temperado, como sugerido por Kurihara et al. (1999), especialmente por ter mais fibra e ser menos digestível. Considerando-se que o valor de proteína bruta máximo desejável, em que se inicia o acúmulo de nitrato solúvel na forragem, está em torno de 14±2% (Primavesi et al., 2001), valores entre 4,5% e 13,5% encontrados em capim-braquiária adubado e entre 6,0% e 6,8% em capim-braquiária não adubado podem ser indicativos de insuficiência de proteína bruta.

Outro fator determinante para a menor produção de CH4 por bovinos em lactação em clima temperado é a dieta na forma de grãos acima de 50%; com menos fibra e com mais energia, atende às exigências energéticas diárias e contém menor volume de matéria seca. O porcentual de CH4 produzido a partir da energia bruta ingerida é estimado entre 5,5% e 6,5% na América do Norte e leste europeu (Estados Unidos, 2000). Neste trabalho, esse valor chegou a 8,3% para vacas holandesas em lactação e 10,6% para as mestiças (Tabela 3).

A diferença na emissão de CH4, expressa em porcentagem de energia digestível e g/kg de matéria seca digestiva ingerida, entre vacas em lactação das duas raças foi significativa (Tabela 3). Conseqüentemente pode-se considerar significativa a diferença na produção de CH4 em g/L de leite, que foi de 18,4 e 25,4, respectivamente, em vacas holandesas puras e nas mestiças. As vacas holandesas, com maior potencial de produção, conseguem distribuir melhor a carga de CH4 por unidade de produto gerado.

As novilhas em pastagem sem adição de insumos, que poderiam ser consideradas padrão para o Brasil, apresentaram emissão de 7,6 a 8,3 g/hora de CH4, ou potencialmente 66 a 72 kg/animal/ano. Esses valores foram superiores aos estimados em regiões tropicais na África e Ásia (Intergovernmental Panel on Climate Change, 1995), talvez porque nesse cálculo tivessem sido consideradas as taxas de emissão no período seco do ano, com menor oferta de forragem e de menor qualidade, o que leva à uma menor ingestão de volumoso. No presente trabalho, não houve restrição de oferta de forragem, e os resultados estão acima também dos dados citados por Crutzen et al. (1986), que sugeriu uma taxa média anual de emissão de CH4 de 54 kg para bovinos em sistema de pastagens no Brasil.

No Japão, Kurihara et al. (1999), em estudos comparativos feitos em gaiolas metabólicas com novilhas zebuínas, verificaram que a emissão de CH4 foram de 160 e 257 g/dia/animal, ou 0,42 e 0,71 g/dia/kg de PV, respectivamente, com grãos e com forrageira de clima temperado, mais rica em proteína bruta e menos fibrosa. A forrageira tropical, de pior qualidade e madura, resultou em perda de peso animal, com emissão de 0,32 g/dia/kg de PV ou 113 g/dia/animal. Os valores com alimentos de melhor qualidade foram similares aos obtidos no presente trabalho, em pastagem de capim-braquiária alimentando novilhas mestiças com peso vivo semelhante (Tabela 3). Os resultados obtidos também estão de acordo com os dados apresentados por Olson et al. (2000), que obtiveram em Utah, nos EUA, com novilhos jovens, taxas de produção de CH4 de 9,9 g/hora em um período experimental sobre pastagens. Espera-se, assim, que as taxas de emissão de CH4 por novilhas leiteiras em fase de crescimento sejam equiparadas à emissão desse gás em novilhos de corte.

Experimentos conduzidos em Manitoba, no Canadá, por McCaughey et al. (1999), indicaram influência do melhoramento da qualidade da pastagem, por meio da introdução de leguminosas, na produção de CH4. Os autores concluíram que o melhoramento das pastagens reduziu em 10% a produção de CH4 por bovinos que pastejaram nessa área. O que parece ser possível, quando se reduz o teor de fibra e se aumenta o de energia digestível e de proteína bruta na dieta (Kurihara et al., 1999).

Os valores de CH4 encontrados neste trabalho variaram de 42 a 69 g/kg de matéria seca digestiva ingerida (Tabela 3). Comparando com os valores encontrados por Kurihara et al. (1999), conclui-se que a qualidade dos alimentos foi intermediária à de forragem tropical madura e à de feno de alfafa e elevado conteúdo de grãos.

Considerando a perda porcentual de energia bruta ingerida na forma de CH4, por holandesas e mestiças (Tabela 3), verifica-se que estes valores estão entre os valores encontrados por Kurihara et al. (1999), em forragem de gramínea de baixa qualidade (10,4%) e em dieta alta em grãos (6,7%). De acordo com esses resultados, as perdas de 7% previstas por Intergovernmental Panel on Climate Change (1995) devem ser atualizadas nos valores-referência de emissão de CH4 por bovinos em condições tropicais.

 

Conclusões

1. A técnica do gás traçador SF6 para medir CH4 ruminal pode ser utilizada nas condições brasileiras de campo.

2. A emissão de CH4 por bovinos sem restrição de alimentos baseados em forrageiras tropicais é superior à de bovinos alimentados com forrageiras de clima temperado.

3. Forrageiras de baixa qualidade têm a taxa de ingestão reduzida e, conseqüentemente, reduzem a taxa de emissão de CH4 por bovinos.

4. Animais zebuínos podem gerar mais CH4 que bovinos de sangue europeu.

 

Agradecimentos

Aos Drs. Kristen Jonhson e Hall Westberg, da Washington University State, pelas orientações na implantação do método; a Dagmar N. dos Santos Oliveira, Everton L. Marion e Guilherme P. V. Carvalho, pelo apoio técnico nas análises cromatográficas; à Finep, pelo apoio financeiro; ao CNPq, pelas bolsas de produtividade a Odo Primavesi e Telma T. Berchielli.

 

Referências

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Recebido em 24 de dezembro de 2002 e aprovado em 13 de janeiro de 2004

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