Gases de efecto invernadero procedentes del sector ganadero en Cuba para el periodo 1990-2020

Emisiones de CH₄ por la subcategoría Fermentación entérica

Las aves de corral no se incluyeron para la fermentación entérica ya que no contribuye a las emisiones de la subcategoría. Pero si se trataron en la gestión del estiércol, puesto que representan una población considerable cuyas excretas, al igual que la de los herbívoros, se manejan con distintos objetivos (producción de abonos, obtención de energía, etc.).

El ganado vacuno constituyó una subcategoría significativa en el inventario 1990-2016, por lo cual se le aplicó un método de nivel 2 (República de Cuba, 2020República de Cuba (2020). Tercera Comunicación Nacional a la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático. Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente. La Habana, República de Cuba.). En la presente investigación se realizó un refinamiento de los factores de emisión específicos de país empleados en esta subcategoría, lo que es un aporte nacional a la metodología de cálculo.

Para calcular un factor de emisión para cada tipo de ganado vacuno se dispuso de datos paramétricos del país, proporcionados por el Ministerio de Agricultura (MINAG). En las restantes especies, que no constituyen subcategorías significativas se aplicó un método de nivel 1. En ambos métodos se utilizaron las mismas ecuaciones de cálculo:

Fuente: Ecuación 10.19; Capítulo 10; Volumen 4;Directrices del IPCC de 2006IPCC (2006). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. y Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan.

Donde:

Emisiones de CH₄: metano emitido por fermentación entérica (Gg CH₄ año ^-1)

FE_(T): factor de emisión para la población de ganado definida (kg CH₄ cabeza^-1 año^-1)

N _(T): la cantidad de cabezas de ganado de la especie T del país

T: especie de ganado

Fuente: Ecuación 10.20; Capítulo 10; Volumen 4;Directrices del IPCC de 2006IPCC (2006). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. y Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan.

Donde:

Total CH_{4 Entérico}: emisiones totales de metano por fermentación entérica (Gg CH₄ año^-1)

E_i: emisiones de las i^th especies de ganado

Los factores de emisión para cada categoría de ganado vacuno se estimaron sobre la base de la ingesta de energía bruta (GE) y el factor de conversión de metano (Ym) correspondientes a la categoría, a partir de la ecuación:

Fuente: Ecuación 10.21; Capítulo 10; Volumen 4;Directrices del IPCC de 2006IPCC (2006). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. y Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan.

Donde:

FE: factor de emisión (kg CH₄ cabeza^-1 año^-1)

GE: ingesta de energía bruta (MJ cabeza^-1 día^-1)

Ym: factor de conversión en metano, porcentaje de la energía bruta del alimento convertida en metano

La constante 55.65 (MJ/kg CH₄) es el contenido de energía del metano

Se dispuso de datos paramétricos específicos del país, proporcionados por el MINAG, para el cálculo de la ingesta de energía bruta. Los factores de emisión de las restantes especies fueron los proporcionados por defecto de las Directrices del IPCC de 2006IPCC (2006). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. y Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan..

Emisiones de CH₄ por la subcategoría Gestión del estiércol

Se incluyeron tanto los animales herbívoros como los no herbívoros, cuyas excretas se manejan con distintos objetivos: producción de abonos, obtención de energía, alimento animal, etc.

Las emisiones de se estimaron mediante la ecuación:

Fuente: Ecuación 10.22; Capítulo 10; Volumen 4;Directrices del IPCC de 2006IPCC (2006). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. y Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan.

Donde:

CH_{4 Estiércol}: emisiones de metano por el manejo del estiércol, para una población de ganado definida (Gg CH₄ año^-1)

FE_(T): factor de emisión para la población de ganado definida (kg CH₄ cabeza^-1 año^-1)

N _(T): cantidad de cabezas de ganado de la especie T del país

T: especie de ganado

Para cada tipo de ganado vacuno se calcularon factores de emisión propios de país:

Fuente: Ecuación 10.23; Capítulo 10; Volumen 4;Directrices del IPCC de 2006IPCC (2006). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. y Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan.

Donde:

EF_(T): factor de emisión anual de CH₄ para la población de ganado categoría T (kg CH₄ animal^-1 año^-1)

VS_(T): sólidos volátiles excretados por día en la categoría de ganado T (kg materia seca animal^-1 día^-1)

365: base para calcular la producción anual de VS (días año^-1)

B_o(T): capacidad máxima de producción de metano del estiércol producido por el ganado de la categoría T (m³ CH₄ kg^-1 de VS excretados)

0,67: factor de conversión de m³ CH₄ a kilos de CH₄

MCF_(S,k): factores de conversión de metano para cada sistema de gestión del estiércol S por región climática k (%)

MS_(T,S,k): fracción del estiércol del ganado de la categoría T manejado usando el sistema de gestión de desechos S en la región climática k, sin dimensión

Los valores de B_o(T), MCF_(S,k) y MS_(T,S,k) fueron tomados por defecto de las Directrices del IPCC 2006IPCC (2006). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. y Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan.. Para las restantes especies animales se usaron factores de emisión por defecto de las Directrices del IPCC 2006IPCC (2006). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. y Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan..

Emisiones directas de N₂O por la subcategoría Gestión del estiércol

Se tuvieron en cuenta todas las especies animales, excepto las aves de corral que no contribuyen a las emisiones. Las emisiones se calcularon mediante la ecuación:

Fuente: Ecuación 10.25; Capítulo 10; Volumen 4;Directrices del IPCC de 2006IPCC (2006). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. y Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan.

Donde:

N₂O_D(mm): emisiones directas de óxido nitroso de la gestión del estiércol del país (kg N₂O año^-1)

N_(T): cantidad de cabezas de ganado de la especie T del país

Nex_(T): promedio anual de excreción de N por cabeza de la especie T en el país (kg N animal^-1)

MS_{(T, S)}: fracción de la excreción total anual de nitrógeno de cada especie de ganado T que se gestiona en el sistema de manejo del estiércol S en el país, sin dimensión

FE₃: factor de emisión para emisiones directas de óxido nitroso del sistema de gestión del estiércol S en el país, kg N₂O-N (kg N)^-1 en el sistema de gestión del estiércol S

S: sistema de gestión del estiércol

T: especie de ganado

44/28: conversión de emisiones de (N₂O-N)_(mm) a emisiones de N₂O_(mm)

Cada tipo de ganado fue asignado a diferentes sistemas de gestión del estiércol según las características de los sistemas productivos del país. Esta asignación se hizo por juicio de experto, ya que el país no cuenta con datos estadísticos. Para todas las especies animales, los factores de emisión y la fracción de la excreción total anual de nitrógeno de cada especie de ganado (MS _{(T, S)}) fueron tomados por defecto de las Directrices del IPCC (2006)IPCC (2006). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. y Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan..

Emisiones de CH₄ por Fermentación entérica del ganado vacuno

En la tabla 1 se muestran los factores de emisión calculados para cada tipo de ganado vacuno para la subcategoría Fermentación entérica, los empleados en el INGEI 1990-2016 y los que proporciona por defecto el IPCC.

Las diferencias existentes entre los factores de emisión obtenidos en la presente investigación y los factores por defecto de las Directrices del IPCC 2006IPCC (2006). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. y Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan. se debieron a que los últimos fueron obtenidos de estudios hechos en países de Latinoamérica, que pueden no reflejar la realidad de Cuba. Igualmente, los valores calculados aquí son superiores a los que se utilizaron en el INGEI de la serie 1990-2016, que se presentó a la CMNUCC en 2020.

Esa desigualdad se asoció en mayor grado a los valores de digestibilidad del alimento y peso de los animales utilizados en los cálculos. En la investigación, se utilizaron valores de digestibilidad del alimento (50 % para pastos y 65 % para pastos + pienso) menores que los usados para la serie 1990-2016 (75 %, 78 % y 82 %), los cuales no estaban acordes con la alimentación que recibe el ganado en el país. Además, en esta investigación se tuvieron en cuenta un mayor número de parámetros respecto a la ganadería en el país.

La digestibilidad del alimento es el parámetro que más peso tiene en el cálculo del factor de emisión ya que, mientras menos digestible sea el alimento, mayores son las emisiones de CH₄ entérico. Estos resultados coinciden con los de Nieto et al. (2014)Nieto, M.I.; Guzmán, M.L.; Steinaker, D. (2014). Emisiones de gases de efecto invernadero: simulación de un sistema ganadero de carne típico de la región central Argentina. Revista de Investigaciones Agropecuarias, vol. 40, núm. 1, pp. 92-101. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Buenos Aires, Argentina. en San Luis, Argentina, donde los vacunos que consumían alimentos de menor digestibilidad, principalmente las vacas lecheras, fueron los que más CH₄ entérico emitieron.

El otro parámetro determinante en el cálculo del factor de emisión es el peso del animal, puesto que cuanto mayor sea su peso, mayor será su factor de emisión. En esta investigación se contó, con una mayor desagregación del ganado vacuno, en relación a la empleada en el INGEI 1990-2016, por lo que también existió diferencia en el peso de los animales.

Un mayor consumo de alimento conduce también a mayores emisiones de CH₄. Este factor tiene correlación positiva con el tamaño del animal, la tasa de crecimiento, el nivel de actividad y producción. Un animal de menor categoría consume menor cantidad de alimento y el volumen de producción de CH₄ a nivel ruminal decrece con respecto a categorías superiores. Iguales resultados fueron obtenidos por Gacia (2011) en la provincia de Villa Clara, y por Cisneros (2018)Cisneros, L.M. (2018). Inventario de gases de efecto invernadero en la producción de ganado de carne en la Escuela Agrícola Panamericana, Zamorano. Tesis para optar al título de Ingeniera en Ambiente y Desarrollo en el Grado Académico de Licenciatura. Zamorano, Honduras. en Honduras.

En la figura 1 se muestran las emisiones por Fermentación entérica del ganado vacuno estimadas en la presente investigación y las del INGEI 1990-2016. Los resultados obtenidos fueron, como promedio, un 113.8 % superiores a los de 2016. Esto se debe a lo explicado anteriormente con respecto a los factores de emisión. Al aplicar la prueba U de Mann - Whitney, se encontraron diferencias estadísticas significativas (p < 0.05) entre ambos resultados.

Las emisiones de CH₄ por Fermentación entérica se mantuvieron relativamente estables en el tiempo, con tendencia a la disminución (figura 2). Pese a la reducción, de manera general, de la población de ganado vacuno a partir de 1990, las emisiones aumentaron entre 1991 y 1998, alcanzando el máximo valor ese último año con 7 870.5 kt CO₂ eq. Lo anterior se debió a que, aunque las vacas lecheras y de carne, los terneros pre-destetos y las novillas disminuyeran sus poblaciones, los restantes tipos de ganado vacuno aumentaron durante esos años, y como presentan altos factores de emisión, influyeron en el aumento de las emisiones.

A partir de 1999 las emisiones disminuyeron debido a descensos en la población de ganado vacuno. Pero esta cuestión se contrarrestó con una política de proliferación de ganado menor en todo el país, triplicándose la cantidad de cabezas de ganado menor para el período (Valdés et al., 2014Valdés A., R. Manso, R. Manrique, E. Carrillo, C. Sosa, A. León, A. V. Guevara, C. González, D. Boudet, M. Amárales, R. Biart, I. López, D. Pérez, S. F. Pire, L. Cuesta, A. Mercadet, A. Álvarez (2014). Emisiones y Remociones de Gases de Invernadero en Cuba. Reporte Actualizado para el Período 1990 – 2008, CITMA/AMA/Instituto de Meteorología. La Habana.). A pesar de ello, como la contribución de los pequeños rumiantes a las emisiones de CH₄ entérico es pequeña, que aumentara significativamente la población no determinó un aumento de las emisiones totales de la subcategoría.

En el año 2006 y hasta 2014, las cifras de las emisiones volvieron a aumentar en correspondencia con la recuperación de las poblaciones de ganado vacuno. En contraste, en el período 2015-2020 disminuyeron nuevamente las emisiones, alcanzando en 2020 el valor mínimo, con 6 543.5 kt CO₂ eq. La cifra anterior representó una reducción de un 9.6 % respecto al año base 1990, en correspondencia con una disminución del 21.7 % de la población de ganado vacuno.

La causa principal de la tendencia de las emisiones fueron los cambios experimentados por la población animal, principalmente del ganado vacuno, que es el que más contribuye a las emisiones por las características de su sistema digestivo.

Al analizar las emisiones por componente animal (Figura 3), se verificó que el ganado vacuno fue el que más aportó a las emisiones, con más del 90 % a lo largo de la serie temporal. Para el caso del ganado ovino, aunque emite poco CH₄, sus emisiones se incrementaron en un 68.9 % desde 1990, lo que respondió al incremento significativo de la población en este período.

El ganado vacuno se considera subcategoría significativa ya que acumuló más del 25% de las emisiones que se emitieron por la subcategoría Fermentación entérica. Es por ello que fue necesario emplear un método de nivel 2 para la estimación de las emisiones, y para las restantes especies un nivel 1.

Al comparar los años 1990 y 2020, se encontró que la contribución del ganado vacuno a las emisiones disminuyó en un 5.1 % en el último año con respecto al primero, y la de las demás especies se incrementaron hasta el 10.1 %. El resultado se corresponde con la reducción de la masa ganadera vacuna y el aumento de las poblaciones de otros tipos de ganado en el país.

Emisiones de CH₄ por Gestión del estiércol del ganado vacuno

La tabla 2 contiene los factores de emisión de la subcategoría Gestión del estiércol calculados para el ganado vacuno y los proporcionados por las Directrices del IPCC. Los factores de emisión refinados son inferiores a los que sugiere el IPCC. El comportamiento de los valores de los factores de emisión por categoría es similar al de la fermentación entérica, ya que el cálculo se realiza con base a la ingesta diaria de materia seca y la tasa de excreción. Estas variables tienen una correlación directa con el factor de emisión. De esta manera los valores son altos en las categorías de ganado adultas.

La prueba estadística U de Mann - Whitney arrojó la existencia de diferencias estadísticas significativas (p < 0.05) en las emisiones calculadas con factores de emisión propios de país y los por defecto de las Directrices del IPCC 2006IPCC (2006). IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. y Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan.. Esto es consecuencia de las diferencias en los factores de emisión. Un menor factor de emisión deriva en menores emisiones de CH₄. Por tanto, las emisiones obtenidas en esta investigación resultaron la mitad de las que se obtuvieron al usar factores de emisión por defecto (Figura 4).

Las emisiones de CH₄ por Gestión del estiércol mantuvieron una tendencia al aumento entre los años 1990 - 2019 (Figura 5). Lo anterior se debió al crecimiento del ganado no vacuno en ese período, principalmente el porcino, además del incremento de la población de ganado vacuno después de 2005 (Valdés et al., 2014Valdés A., R. Manso, R. Manrique, E. Carrillo, C. Sosa, A. León, A. V. Guevara, C. González, D. Boudet, M. Amárales, R. Biart, I. López, D. Pérez, S. F. Pire, L. Cuesta, A. Mercadet, A. Álvarez (2014). Emisiones y Remociones de Gases de Invernadero en Cuba. Reporte Actualizado para el Período 1990 – 2008, CITMA/AMA/Instituto de Meteorología. La Habana.).

La cifra mínima (110.8 kt CO₂ eq) que se alcanzó en 1992 fue efecto de la reducción de las cabezas de ganado porcino en un 57.3 % tomando como referencia el año 1990. En 2019 se registró el máximo valor de emisiones con 176.6 kt CO₂ eq. Esa cifra significó un aumento de un 25.1 % en relación al año 1990. Lo anterior se correspondió con el aumento del 73.8 % de la población de ganado porcino en el país con respecto a 1990. En 2020 aparece una apreciable reducción de las emisiones de un 24 % con respecto a 2019, como consecuencia también de la brusca disminución de un 58.1 % en la población porcina. Los sistemas de gestión de estiércol empleados en la cría de estos animales son más proclives a la producción de CH₄.

Respecto a las emisiones por componente animal, estuvieron equilibradas entre los ganados vacuno (35.8 %) y porcino (30 %). Le siguieron los equinos con un 20.4 %. Los ovinos acumulan el 5.6 % y las restantes especies el 8.1 %. Las emisiones de los ganados vacuno y porcino disminuyeron en 2020 con respecto a 1990 por los descensos en sus poblaciones. Por el contrario, los equinos y ovinos aumentaron en 2020 sus poblaciones, con respecto a 1990, en 53.5 % y 68.9 %, respectivamente, lo cual va asociado al aumento de sus emisiones (Figura 6).

Emisiones directas de N₂O por Gestión del estiércol del ganado vacuno

La tabla 3 muestra el promedio anual de excreción de nitrógeno para cada tipo de ganado vacuno. Esta variable depende de la ingesta de energía bruta y del porcentaje de proteína cruda de la dieta del animal. La ingesta de energía bruta es el mismo valor que se obtiene para la fermentación entérica y que depende principalmente de la digestibilidad del alimento y el peso de los animales, y está positivamente correlacionada con el promedio anual de excreción (Nex).

Los valores fueron altos para las categorías superiores de ganado ya que consumen más alimento. El más pequeño fue el de los terneros ya que su dieta se basa en leche materna y poca cantidad de pasto. Al introducir la ingesta de energía bruta y el porcentaje de proteína cruda de la dieta del animal, los valores obtenidos difieren de los empleados en el INGEI 1990-2016 (calculados con un nivel 1).

La figura 7 muestra las emisiones de N₂O correspondientes el ganado vacuno, obtenidas en esta investigación y las resultantes en el INGEI 1990-2016. Las emisiones que se alcanzaron aquí fueron, como promedio, un 145.9 % superiores. Esto se debe a lo explicado anteriormente con respecto a los valores del promedio anual de excreción de nitrógeno. La prueba U de Mann - Whitney determinó que existían diferencias estadísticas significativas (p < 0.05) entre ambos resultados.

El N₂O es el GEI que más se emite por la subcategoría Gestión del estiércol con el 91.6 % de las emisiones, por el ganado vacuno principalmente. Las emisiones de este gas procedentes de la Gestión del estiércol se mantuvieron relativamente estables durante toda la serie temporal (Figura 8).

El máximo de emisiones se tuvo en 2019 con 1 615.4 kt CO₂ eq. Aunque dicha cifra significó un incremento de solo un 2.6 % en relación a 1990. Al igual que las emisiones de CH₄, en 2020, disminuyeron las emisiones de N₂O en un 15.8 % con respecto al año anterior, en correspondencia con el descenso de gran población de ganado porcino.

Como se observa en la figura 9, el ganado vacuno mantuvo su relevancia en el total de la categoría, 73.8 % como promedio a lo largo de la serie temporal. Lo anterior se debe al número de cabezas de ganado, que es mayor que el de las demás especies, y a que el estiércol de estos animales produce grandes cantidades de N₂O.

Le sigue el ganado porcino, cuyas emisiones representaron un promedio de 15.4 %, debido a que los sistemas de gestión de estiércol empleados en la cría de estos animales son más proclives a la producción de CH₄. Los equinos acumulan el 6.4 %, los ovinos el 3.6 % y el 2.1 % restante lo aportan las demás especies.

Al comparar el año 2020 con el año base 1990, se tuvo que la contribución a las emisiones por los ganados vacuno y porcino se redujo en un 4.9 % y un 2.3 %, respectivamente. Al contrario, el aporte del ganado equino a las emisiones se incrementó en un 3.9 %, la del ovino en un 1,5 % y la de las restantes especies en un 1.8 %. Esto se debió al crecimiento, en 2020, de las poblaciones de ganados equino, ovino, bufalino, mular y asnal, en un 107.1 % con respecto a 1990.

Tendencia de las emisiones de CH₄ y N₂O por la categoría Ganadería

En su totalidad, las emisiones de GEI procedentes de la ganadería en Cuba (figura 10) mantienen un comportamiento similar a lo largo de la serie analizada, aunque la tendencia es a la disminución. Las fluctuaciones son consecuencia de diversos factores: situación económica del país, condiciones climáticas, así como el manejo de la propia actividad agropecuaria (Valdés et al., 2014Valdés A., R. Manso, R. Manrique, E. Carrillo, C. Sosa, A. León, A. V. Guevara, C. González, D. Boudet, M. Amárales, R. Biart, I. López, D. Pérez, S. F. Pire, L. Cuesta, A. Mercadet, A. Álvarez (2014). Emisiones y Remociones de Gases de Invernadero en Cuba. Reporte Actualizado para el Período 1990 – 2008, CITMA/AMA/Instituto de Meteorología. La Habana.). Estos factores influyen en el número de cabezas de ganado y su rendimiento productivo, y en consecuencia en el monto de las emisiones.

Las mayores emisiones ocurrieron en el año 1998 con 9 468.8 kt CO₂ eq, a partir de entonces disminuyeron, alcanzando en 2005 un 14.9 % menos que en 1998. En los años comprendidos entre 2006 y 2014, las emisiones volvieron a crecer en consonancia con la recuperación de las poblaciones de ganado.

Pero entre 2015 y 2020 se mantuvo la tendencia decreciente, contabilizando en 2020 unas 8 001.8 kt CO₂ eq. Esta cifra representó una disminución de un 10.2 % con respecto a 1990. El 2020 fue un año en el que las cabezas de ganados vacuno, porcino, ovino, caprino y bufalino decrecieron en relación a los años anteriores, es por ello que se registraron menores emisiones.

La fermentación entérica fue la subcategoría de mayor relevancia, con el 81.2 % de las emisiones en todo el período de estudio. La gestión del estiércol aportó el 18.8 % restante de la categoría.