Análisis de los factores que influyen en las emisiones de amoniaco y metano de purines porcinos: composición del purín y factores nutricionales

Abstract

[EN] This PhD Thesis focuses on characterizing potential emissions of ammonia (NH3) and methane (CH4) from pig slurries. In particular, it analyses the relationships between nutrient consumption and excretion, slurry composition and potential NH3 and CH4 emissions, as well as the potential fertilizer value of slurries. Besides, the methodologies to determine in vitro potential NH3 and CH4 emissions are analysed and optimization alternatives are proposed. The objectives of this PhD Thesis are to: i) Characterize the composition, potential NH3 and CH4 emissions, and potential fertilizer value of slurries from Spanish commercial farms, ii) Evaluate the influence of incorporating to feedstuffs a fat source (calcium soap of palm fatty acid distillate, CSP) and fibre source (citrus pulp, CP) on slurry composition and potential NH3 and CH4 emissions in growing pigs, and iii) Optimize the in vitro measurement techniques of potential NH3 and CH4 emissions from pig slurries. The results of this Thesis show that physicochemical characteristics of slurries from Spanish commercial farms vary widely, and the type of animal (e.g. sows against growing animals) affect in a relevant way the contents of total nitrogen, ammonia nitrogen, potassium, calcium, cupper, sodium, zinc, volatile fatty acids, as well as the pH of slurries. Consequently, the type of animal also affected potential NH3 and CH4 emissions. Therefore, the optimum utilization of slurries from commercial farms, either as fertilizer or as feedstock for biogas production, requires a previous characterization. On the other hand, it was found that management factors and feedstuff waste probably influenced the slurry characteristics and potential NH3 and CH4 emissions. Including CSP as fat source and CP as fibre source in growing pig diets changed significantly slurry composition. Including CSP increased the excretion of ether extract and crude protein. Regarding gaseous emissions from slurries, including CSP increased potential CH4 emissions and reduced NH3 emissions. Including CP affected faecal composition, but potential emissions were not affected. On the other hand, evidences were found that lower crude protein consumptions (-14% CP) could be associated to higher reductions of NH3 emissions (-66%). The same tendency was found regarding the effect of crude energy intake on CH4 emissions: a 20% reduction of crude energy would be associated to 46% reductions of CH4 emissions. Additionally, the evaluation of in vitro measurement techniques for potential NH3 and CH4 emissions from pig slurries suggest that it could be possible to reduce up to 50% the resources (time and material) which are used following the standard procedures, without significant effects on the results. Additionally, prediction models of potential NH3 and CH4 emissions are proposed, based on the physicochemical characteristics of slurries and the dynamics of in vitro emissions. In overall, this PhD Thesis provides valuable information to improve the use of pig slurries, to mitigate the associated NH3 and CH4 emissions, and to optimize in vitro measurement methods for potential NH3 and CH4 emissions. Additionally, evidences were found on how to optimize the use of protein and energy in growing pigs from a sustainable perspective both in economic and environmental terms.

[ES] La presente Tesis Doctoral está enfocada a la caracterización de las emisiones potenciales de amoniaco (NH3) y metano (CH4) a partir de purines porcinos. En concreto, estudia la relación entre el consumo y la excreción de nutrientes, la composición de los purines y las emisiones potenciales de NH3 y CH4 y el valor agrícola potencial de los purines. Además, evalúa las metodologías de medición de las emisiones potenciales de NH3 y CH4 in vitro y propone estrategias para su optimización. Los objetivos de la presente Tesis Doctoral son: i) Caracterizar la composición, el potencial de emisión de NH3 y CH4 y el valor agrícola potencial de purines de granjas comerciales de España, ii) Evaluar la influencia de la inclusión en el pienso de una fuente de grasa (jabón cálcico de palma) y una fuente de fibra (pulpa de naranja) sobre la composición del purín y emisiones potenciales de NH3 y CH4 en cerdos en crecimiento y iii) Optimizar las técnicas de medición de las emisiones potenciales de NH3 y CH4 in vitro de purines de cerdo. Los resultados de esta Tesis indican que las características fisicoquímicas de purines de granjas comerciales de España varían ampliamente y el tipo de animal (madres vs. animales en crecimiento) afecta de forma relevante a los contenidos de nitrógeno total, nitrógeno amoniacal, potasio, calcio, cobre, sodio, zinc, ácidos grasos volátiles y el pH de los purines, y en consecuencia afectan también sus emisiones potenciales de NH3 y CH4. Por lo tanto, la utilización óptima de purines de granjas comerciales como fertilizante agrícola o como insumo para la producción de biogás requiere su previa caracterización. Por otra parte, es probable que factores de manejo y el desperdicio del pienso por los cerdos en granjas comerciales influyan de forma relevante sobre las características de los purines y como tal sobre sus emisiones de NH3 y CH4. La inclusión de jabón cálcico de palma (como fuente de grasa) y pulpa de naranja (como fuente de fibra) en dietas de cerdo de engorde produjo cambios significativos en la composición de purín. La inclusión de jabón cálcico de palma provocó mayores excreciones de extracto etéreo y proteína bruta, así mismo causó mayores emisiones de CH4 y menores emisiones de NH3. La inclusión de pulpa de naranja alteró la composición fecal, pero no afectó significativamente a las emisiones de NH3 y CH4. Por otro lado, se encontró evidencias de que menores consumos de proteína bruta (PB) (-14% de PB) permitiría reducir proporcionalmente mayores cantidades de emisiones de NH3 (-66%). Esta misma tendencia se encontró entre la ingesta de energía bruta y las emisiones de CH4, de forma que reducciones de -20% en la ingesta de energía bruta permitiría reducciones de -46% de emisiones de CH4. Por otra parte, los resultados de la evaluación de las metodologías de mediciones de las emisiones potenciales de NH3 y CH4 in vitro de purines de cerdo sugieren la posibilidad de reducir hasta en un 50% los recursos (tiempo y reactivos) dedicados a la medición de las emisiones potenciales de NH3 y CH4 in vitro. Adicionalmente, se proponen modelos de predicción de las emisiones potenciales de NH3 y CH4 basados en las características fisicoquímicas de purines y en las dinámicas de emisión in vitro. En su conjunto, la presente Tesis Doctoral proporciona información que permitirá mejorar la utilización de los purines de cerdos, mitigar las emisiones de NH3 y CH4, optimizar las mediciones de las emisiones de NH3 y CH4 in vitro. Al mismo tiempo se encontraron evidencias que indican la posibilidad de optimizar la utilización de la proteína y la energía en la alimentación de cerdos de engorde con una perspectiva sostenible económica y ambientalmente.

[CA] La present Tesi Doctoral està enfocada en la caracterització de les emissions potencials d'amoníac (NH3) i metà (CH4) a partir de purins porcins. En concret, estudia la relació entre el consum i l'excreció de nutrients, la composició dels purins i les emissions potencials de NH3 i CH4 i el valor agrícola potencial dels purins. A més, avalua les metodologies de mesurament de les emissions potencials de NH3 i CH4 in vitro i proposa estratègies per a la seua optimització. Els objectius de la present Tesi Doctoral són: i) Caracteritzar la composició, el potencial d'emissió de NH3 i CH4 i el valor agrícola potencial de purins de granges comercials d'Espanya, ii) Avaluar la influència de la inclusió en el pinso d'una font de greix (sabó càlcic de palma) i una font de fibra (polpa de taronja) sobre la composició del purí i emissions potencials de NH3 i CH4 en porcs en creixement i, iii) Optimitzar les tècniques de mesurament de les emissions potencials de NH3 i CH4 in vitro de purins de porc. Els resultats d'aquesta Tesi indiquen que les característiques fisicoquímiques de purins de granges comercials d'Espanya varien àmpliament i el tipus d'animal (mares vs. animals en creixement) afecta de forma rellevant als continguts de nitrogen total, nitrogen amoniacal, potassi, calci, coure, sodi, zinc, àcids grassos volàtils i el pH dels purins, i en conseqüència afecten també les seues emissions potencials de NH3 i CH4. Per tant, la utilització òptima de purins de granges comercials com a fertilitzant agrícola o com entrada per a la producció de biogàs requereix una caracterització prèvia. D'altra banda, és probable que factors de maneig i el desaprofitament del pinso pels porcs en granges comercials influïxen de forma rellevant sobre les característiques dels purins i com a tal sobre les seues emissions de NH3 i CH4. La inclusió de sabó càlcic de palma (com a font de greix) i polpa de taronja (com a font de fibra) en dietes de porc d'engreix va produir canvis significatius en la composició del purí. La inclusió de sabó càlcic de palma va provocar majors excrecions d'extracte eteri i proteïna bruta, així mateix va causar majors emissions de CH4 i menors emissions de NH3. La inclusió de polpa de taronja va alterar la composició fecal, però no va afectar significativament les emissions de NH3 i CH4. D'altra banda, es van trobar evidències que menors consums de proteïna bruta (PB) (-14% de PB) permetria reduir proporcionalment majors quantitats d'emissions de NH3 (-66%). Aquesta mateixa tendència es va trobar entre la ingesta d'energia bruta i les emissions de CH4, de manera que reduccions de -20% en la ingesta d'energia bruta permetria reduccions de -46% d'emissions de CH4. D'altra banda, els resultats de l'avaluació de les metodologies de mesuraments de les emissions potencials de NH3 i CH4 in vitro de purins de porc suggereixen la possibilitat de reduir fins un 50% els recursos (temps i reactius) dedicats al mesurament de les emissions potencials de NH3 i CH4 in vitro. Addicionalment, es proposen models de predicció de les emissions potencials de NH3 i CH4 basats en les característiques fisicoquímiques de purins i en les dinàmiques d'emissió in vitro. En el seu conjunt, la present Tesi Doctoral proporciona informació que permetrà millorar la utilització dels purins de porcs, mitigar les emissions de NH3 i CH4, optimitzar els mesuraments de les emissions de NH3 i CH4 in vitro. Al mateix temps es van trobar evidències que indiquen la possibilitat d'optimitzar la utilització de la proteïna i l'energia en l'alimentació de porcs d'engreix amb una perspectiva sostenible econòmica i ambientalment