La actividad ganadera contribuye con la emisión de gases de efecto invernadero (EGEI) y el consumo de agua fresca (CA). Por ende, el objetivo de esta investigación fue estimar el efecto de la edad al primer parto (EPP) y los días abiertos (DA) en un bovino doble propósito en pastoreo, trópico bajo colombiano, sobre las EGEI y el CA. Esta estimación se logró integrando 4 metodologías existentes: Dinámica de Sistemas, Large Ruminal Nutrition System, Huella de carbono y Huella hídrica. Durante toda su vida, 91 meses, desde el nacimiento hasta el sacrificio, la vaca produjo 5.879 kg de leche -4 lactancias-, emitió 16.066 kg CO2eq y consumió 12.804.569 L de agua. Al disminuir la EPP en un mes, el CA y las EGEI se redujeron en 123.156 L y 155 kg CO2eq, respectivamente. Cuando se mermaron los DA en 21, las EGEI bajaron 647 kg CO2eq y el CA se redujo en 455.455 L. Parámetros reproductivos como la EPP y los DA tienen una fuerte influencia sobre la dinámica del animal en el hato, afectando su productividad, emisiones de gases de efecto invernadero y consumo de agua.

Todos los seres humanos para su conservación y bienestar, requieren directa o indirectamente de los recursos naturales (NAP, 2011). La interacción entre los animales domésticos y su ambiente, modulados por el manejo del hombre, es lo que conocemos hoy como sistemas ganaderos. De estos sistemas, se derivan productos -leche, carne, huevos, entre otros- que son esenciales para la vida humana, sin embargo, sus procesos de elaboración pueden causar efectos ambientales. Por ejemplo, el sector ganadero ha sido identificado como un fuerte consumidor de agua fresca en el mundo (IDF, 2010; Mekonnen & Hoekstra, 2012) sobreexplotando este bien en muchas partes del planeta. Emplea más del 8% del agua usada globalmente, la mayor porción de ésta es utilizada para la irrigación de cultivos para alimentación del ganado. Toda el agua destinada para los procesos de producción, bebida y servicios es insignificante a nivel global, menos del 1% del agua global, pero esto puede ser importante en áreas secas, en términos de proporción de agua usada (Schlink, et al., 2010). La cantidad de agua consumida depende de las condiciones de manejo de los predios, del tipo de suelo, tipo de cultivo y de las condiciones climáticas imperantes (Broussain, 2011).

De igual manera, la actividad ganadera contribuye a la generación de gases de efecto invernadero (GEI). La modificación en la composición de estos gases en la atmósfera ha conducido a alteraciones climáticas con relación a su comportamiento histórico, hecho conocido como Cambio Climático (Key et al., 2014). La FAO estima que el sector ganadero contribuye con 7.1 Gt de CO2eq por año, las cuales representan el 14,5% del total de emisiones antrópicas. De este total, el ganado de carne es responsable del 41%, el ganado de leche del 20%, cerdos 9%, pollos y huevos 8% (Gerber et al., 2013). Actualmente, la actividad ganadera practicada en el trópico ha cobrado alto interés en la comunidad científica por tres razones: la primera es debido al incremento en el consumo de proteína de origen animal de los países en desarrollo (FAO, 2009); la segunda, es la alta contribución a las emisiones de gases de efecto invernadero (Gerber et al., 2011; Herrero et al., 2011) y la tercera, es que muchos de los ganaderos en el trópico son pobres, por lo cual, mejorando la actividad ganadera, se mitiga la pobreza en estos países (World Bank, 2009; Herrero et al., 2013).

En América Latina tropical, la actividad ganadera representa el uso más importante de la tierra, siendo la actividad que más contribuye al producto interno agropecuario de los diferentes países (Barragan, Mahecha & Cajas, 2015). Colombia posee un hato bovino cercano a 23 millones de cabezas ubicados en 39.2 millones de ha, presentando una carga de 0.6 animales/ha. Esta cifra no ha variado significativamente en los últimos veinte años, lo que revela la pobre transformación tecnológica del sector ganadero (PNUD, 2011). De este inventario total, el 56% son hembras, 26% son machos y el restante son animales menores de un año. Solamente el 2% de este total es clasificado como lechería especializada, el 38% se dedica al doble propósito y el 60% restante se ocupa de las actividades de ceba y cría en forma extensiva (Fedegan, 2013).

Debido a la importancia socioeconómica del sector ganadero para el país, ya que contribuye con el 45% de la producción agropecuaria, genera el 7% del total de empleos, produce el 1,6% de la riqueza nacional, participa con el 20% del PIB agropecuario y representa el 53% del PIB pecuario (DANE, 2011; Fedegan, 2013), se debe iniciar una transformación significativa de este sector, que responda a los retos que lo vinculan con la seguridad alimentaria, crecimiento económico, cambio climático y un muy posible y cercano escenario de posconflicto (Palmett, 2015, Perfetti et al., 2013). Aunque existen practicas de mitigación aplicables para los diferentes sistemas de producción mundial que pueden mejorar la productividad animal y su eficiencia reproductiva, conllevando a reducciones en el uso de recursos naturales y disminución en las emisiones de GEI; no están muy bien documentadas y respaldadas por información completa, consolidada y científica (Hristov et al., 2013). Este hecho motivó a plantear como objetivo de este trabajo, conocer el efecto de parámetros zootécnicos, como la edad al primer parto y los días abiertos en una hembra bovina doble propósito, sobre la cantidad de agua utilizada (L) y gases de efecto invernadero emitidos (kg CO2eq) por kg de producto generado (kg leche).

Se simuló el comportamiento de una hembra bovina doble propósito (Gyr x Holstein) desde su nacimiento hasta el sacrificio, con el objetivo de conocer las cantidades de agua consumida (L) y los GEI (CO2eq) emitidos durante toda su vida. Su sacrificio se realizó un mes después de cumplir la cuarta lactancia, promedio nacional documentado por Fedegan (2012). El animal estaba bajo condiciones de pastoreo en el trópico bajo Colombiano. La principal fortaleza de este trabajo fue la integración de 4 metodologías existentes: Large Ruminal Nutrition System (LRNS), huella hídrica (Chapagain & Hoekstra, 2003), huella de carbono (Rotz, Montes & Chianese, 2010) y dinámica de sistemas (Sterman, 2000).

El modelo matemático nutricional LRNS, se usó para estimar el consumo de materia seca (MS) diario en cada una de las etapas fisiológicas del animal, en este caso el consumo del forraje pastoreado, de acuerdo a las características del animal (peso vivo, edad), del forraje (FDN, PC, MS, Energía, EE) y el clima (temperatura ambiental, humedad relativa). También permitió conocer la producción de leche diaria cuando el animal se encontraba lactando. Las emisiones de GEI se estimaron usando las ecuaciones nivel 2 del Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC, del inglés Intergovernmental Panel on Climate Change), con las cuales se obtuvieron las cantidades de metano entérico, metano de las excretas y óxido nitroso (IPCC, 2006 a, b). Estimados los kg producidos de estos gases, se convirtieron a kg de CO2eq usando las ecuaciones 1, 2 y 3 (IPCC, 2007):

Obtenidos los kg de CO2eq totales, emitidos durante toda la vida del animal, se dividieron entre la leche producida durante las lactancias que permaneció en el hato, con el fin de hallar la huella de carbono (kg CO2eq / kg leche).

La cantidad de agua utilizada por el animal, se calculó para los tres componentes que conforman la huella hídrica: bebida, servicios y alimento. El agua para la bebida del animal se estimó usando las ecuaciones 4, 5 y 6.

Las cantidades de agua usada para los servicios del animal (lavado de establos, tinas, pezones, entre otras) se tomaron del documento de Chapagain & Hoekstra (2003). En este, las terneras no gastaban agua, las novillas de vientre consumían 4 L/día y las vacas usaban 5 L diarios. El agua empleada para la producción del alimento, forraje, estaba en función de la evapotranspiración del cultivo, pasto, la producción de forraje en el sistema y la cantidad de forraje verde consumido por los animales del hato. La evapotranspiración se estimó usando el método de Thorntwaite (1948).

Obtenidos los L totales de agua consumida durante toda la vida del animal, se dividieron entre la leche producida durante las lactancias que permaneció en el hato, con el fin de hallar la huella hídrica (L H2O / L leche).

La evolución del animal fue simulada usando la metodología de dinámica de sistemas (DS). El modelo se construyó usando los principales componentes de esta disciplina como son los niveles, flujos, retroalimentación y retrasos (Sterman, 2000). Los niveles son acumulaciones dentro del sistema, los flujos son los únicos que modifican los niveles, la retroalimentación representa la cadena de causalidad dentro del sistema y los retrasos determinan el tiempo de permanencia en los niveles, ocasionando inestabilidad y oscilación (Guimaraes, Tedeschi & Teixeira, 2009).

El modelo fue construido con la ayuda del software Vensim PLE Plus (Ventana System, Inc.), este estuvo conformado por 10 niveles, los cuales representaban las diferentes etapas fisiológicas por las cuales pasaba el animal durante su vida (Figura 1). Posterior a su construcción, los valores estimados de materia seca ingerida, producción de leche, agua utilizada y GEI emitidos para cada categoría, se adicionaron al modelo como variables externas.

En la Tabla 1, se muestran las principales variables materia seca, producción de leche, GEI, consumo utilizadas para la estimación de los consumos de de agua y construcción del modelo DS.

Una de las ventajas de trabajar con modelos de simulación, es observar la reacción del sistema a una medida tomada. De esta manera se establecieron 2 políticas técnicas: i) reducción en la edad al primer parto (EPP), ii) reducción en los días abiertos (DA), con el fin de analizar la respuesta a dichas alteraciones. Las políticas se plantearon de acuerdo a las recomendaciones propuestas en los documentos de Pereira (2007); Lascano, et al (2009) y Molina (2015). También siguiendo la recomendación hecha por Ray Stata, en La Quinta disciplina (Senge, 1990), en donde propone como estrategia para mejorar el desempeño del sistema, minimizar las demoras del mismo. Para la política 1, se redujo gradualmente el valor de la EPP hasta un valor biológicamente posible para condiciones tropicales, desde el valor base de 36 meses, reportado como valor promedio nacional, hasta 30 meses. Para la política 2, se redujo progresivamente en 21 días, ciclo estral del bovino, el tiempo entre el parto y la concepción, iniciando desde el valor base de 171 días, reportado como valor promedio nacional, hasta 66 días.

Los resultados de emisiones de gases de efecto invernadero y huella de carbono obtenidos, fueron presentados en el XIII congreso latinoamericano y encuentro colombiano de dinámica de sistemas (Molina, Sánchez & Atzori, 2015).

El LRNS permitió estimar el consumo de materia seca que la producción de leche en sus diferentes lactancias. (kg/día) para cada una de las etapas del animal, al igual En la tabla 2, se muestran los resultados obtenidos:

Las cantidades de leche producida diariamente, se encuentran en el rango de los datos presentados por Fedegan (2012), en donde los animales doble proposito pueden producir entre 3,5 L (promedio nacional) y 6,8 L (fincas sobresalientes). Con los datos obtenidos mediante el LRNS, más la información composicional del alimento consumido por los animales, se estimaron las cantidades de gases de efecto invernadero (CH4 y N2O) emitidas por el animal a traves de sus diferentes etapas de vida. En la Tabla 3, se muestran los resultados obtenidos utizando las ecuaciones del IPCC (2006 a, b).

El agua utilizada por el animal durante toda su vida, para cada una de sus etapas, se exhibe en la Tabla 4. Los resultados se presentan para los tres componentes de la huella hídrica (bebida, servicios, alimento) (Chapagain & Hoekstra, 2003).

De acuerdo a los parámetros zootécnicos introducidos en el modelo DS, el animal presentó cuatro lactancias en el transcurso de 91 meses (Figura 2). La primera con una producción de 1.442 kg de leche, las tres siguientes con producciones de 1.479 kg. Estas cantidades de leche estimadas, concuerdan con los datos reportados por Fedegan (2012), en donde animales doble propósito pueden producir entre 1.200 y 1.600 kg de leche por lactancia. En total, la producción de leche durante su vida útil fue de 5.879 kg.

Por otro lado, las emisiones de GEI y consumo de agua durante toda su vida fueron de 16.066 kg CO2eq y 12.804.569 L, respectivamente. Al dividir estas cantidades entre la leche total producida, se encontró que el animal necesitaba 2.178 L de agua y emitía 2,73 kg CO2eq para producir un kg de leche.

De acuerdo a los valores reportados en la literatura acerca del consumo de agua en la producción de leche, los valores obtenidos en este trabajo se encuentran por encima del rango mencionado por Chapagain & Hoekstra (2003) y Mekkonen & Hoekstra (2010), el cual variaba entre 760 y 1.800 L de agua por L de leche. Al comparar los resultados obtenidos en este estudio, con los datos presentados por Sultana et al. (2014), se observa que el valor encontrado aquí, está dentro del rango definido por estos autores (739 - 5.622 L de agua por L de leche), pero por encima del promedio global (1.833 L) y del promedio para Suramérica (1.713 L).

Para la huella de carbono, el valor obtenido fue cercano a los 2,8 kg CO2eq / kg leche estimado por Gerber et al., (2013) como promedio global. Otros autores, siguiendo la metodología de las ecuaciones propuestas por el IPCC, como Rotz et al. (2010), Gerber et al. (2011) y Leschen et al. (2011), encontraron huellas de carbono entre 0,37 - 0,69; 1,6 - 1,8 y 1,3 kg CO2eq / kg leche, respectivamente. Guerci et al. (2013), Serra (2013) y Thoma et al. (2013), reportaron valores entre 1,23 y 1,72 kg CO2eq/kg leche. O'Brien et al. (2015), encontró huellas de carbono en lecherías irlandesas, bajo condiciones de pastoreo, entre 0,6 y 2,13 kg CO2eq / kg leche.

Las diferencias encontradas tanto para la huella hídrica como la de carbono, con respecto a los autores mencionados anteriormente, podría deberse a la mayor producción diaria de leche por animal que reportan en estos estudios (> 10 kg leche/vaca/día) comparadas con los 5 kg producidos por el ganado doble propósito colombiano.

Se redujo gradualmente el valor de la EPP hasta un valor biológicamente posibles para condiciones tropicales, desde el valor base de 36 meses, reportado como valor promedio nacional, hasta 30 meses. En la Tabla 5, se puede observar, como la reducción de un mes en la EPP, disminuía en promedio mensualmente, 123.156 (±6.874) L de agua y 155 kg de CO2eq. Para las huellas hídrica y de carbono, la reducción promedio fue de 20,94 L agua/L leche y 0,03 kg CO2eq/kg leche, respectivamente.

Adicionalmente, en la Figura 3, se puede observar bovino terminaba su cuarta lactancia con menor como la reducción en la EPP, permitió disminuir edad, pasando de 91 meses en la línea base a 85 la permanencia del animal en el hato, es decir, el meses para una EPP de 30.

Reducción en los días abiertos (DA) Para esta política, se redujo paulatinamente en 21 días (ciclo estral del bovino) el tiempo entre el parto y la concepción. En la Tabla 6, se puede observar como la reducción de un estro, disminuía en promedio mensualmente, 455.455 (±79.056) L de agua y 647 kg de CO2eq. Para las huellas hídrica y de carbono, la reducción fue de 93,21 L agua/L leche y 0,11 kg CO2eq/kg leche, respectivamente.

En la Figura 4, se observa como la reducción en el intervalo entre el parto y la concepción, permitió disminuir la permanencia del animal en el hato, es decir, el bovino terminaba su cuarta lactancia con menor edad, pasando de 91 meses en la línea base a 79 meses para 66 días abiertos.

La reducción en las cantidades de agua utilizada y GEI emitidos encontrados en este trabajo, a través de la disminución en los días abiertos y la edad al primer parto, ratifica las prácticas de mitigación recomendadas por Hristov et al. (2013), a través de la crianza del ganado, en las cuales, la reducción en la edad para el sacrificio y la disminución de los días de alimentación, mediante mejoras en alimentación y genética, pueden tener un impacto significativo sobre las emisiones de GEI y uso de recursos naturales.

Bajo el análisis puntual de esta investigación, se encontró que las modificaciones realizadas en aspectos reproductivos, edad al primer parto e intervalo entre el parto y la concepción, tienen una fuerte influencia sobre la dinámica del animal en el hato, producción de leche durante su vida, uso de recursos naturales y emisión de gases de efecto invernadero. Altos valores de estos parámetros afectarán la respuesta económica de la actividad ganadera, debido al menor crecimiento del hato y por consiguiente la baja rentabilidad de la actividad.

El modelo presentado en esta investigación proporciona una herramienta útil para académicos, investigadores y responsables del sector agropecuario del país, ya que permite conocer y comprender la complejidad de la actividad ganadera, proporcionando al tiempo instrumentos para la reflexión y la toma de decisiones, permitiendo actuar en diferentes escenarios, ensayar distintas políticas y experimentar las consecuencias de sus propias decisiones.