Name: Wykorzystanie zautomatyzowanego systemu (GreenFeed) do monitorowania emisji metanu i dwutlenku węgla w jelitach od przeżuwaczy (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-09-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 2 s
Description: Poznaj zautomatyzowaną metodę pomiaru emisji metanu i dwutlenku węgla u przeżuwaczy przy użyciu systemu GreenFeed. To proste i ekonomiczne rozwiązanie wspiera badania nad redukcją gazów cieplarnianych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Autorzy chcieliby podziękować pracownikom Centrum Mleczarskiego Departamentu Nauk o Zwierzętach za sumienną opiekę nad eksperymentalnymi krowami użytymi do wygenerowania danych do tego badania.

Zwierzęta biorące udział w eksperymencie opisanym w reprezentatywnych wynikach były pod opieką zgodnie z wytycznymi Komitetu ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii. Komisja dokonała przeglądu i zatwierdziła eksperyment oraz wszystkie procedury przeprowadzone w badaniu. Szczegóły, takie jak informacje o składzie zwierząt i diety oraz projekt eksperymentu, można znaleźć w pełnej publikacji tego eksperymentu12.
Uwaga: Lista sprzętu i materiałów potrzebnych do przeprowadzenia eksperymentu znajduje się w Tabeli Materiałów.
1. Projekt eksperymentalny
<ol>
	<li>Uzyskanie zgody Instytucjonalnej Komisji ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt na eksperyment. Jest to nieinwazyjna procedura, która nie powoduje bólu u zwierzęcia i jest klasyfikowana jako kategoria C USDA (lekki lub chwilowy ból lub niepokój lub brak bólu lub niepokoju). Znieczulenie nie jest konieczne.</li>
	<li>Do eksperymentu wybierz nienaruszone (tj. niekaniulowane) krowy na podstawie etapu laktacji, wieku i produkcji mleka. Nie należy używać krów w kaniulacji z AHCS ze względu na potencjalny wyciek gazu żwacza przez kaniulę. Urządzenie zaprojektowane w celu złagodzenia tego problemu jest obecnie testowane, ale wyniki nie są tutaj podawane.</li>
	<li>Jeśli stosuje się wzór krzyżowy (np. kwadrat łaciński), należy użyć od 8 do 12 krów, w zależności od liczby zabiegów, w odtworzonym projekcie zrównoważonym pod kątem efektów szczątkowych. Jeśli, na przykład, przetestowane zostaną 4 zabiegi, 8 krów uzyska powtórzoną próbę projektu 4 × 4 itd. Minimalny zalecany czas trwania tego typu eksperymentów wynosi od 21 do 28 dni, przy czym pierwsze 14 do 21 dni przeznacza się na adaptację do leczenia i 7 dni na zbieranie danych.</li>
	<li>Jeśli stosuje się losowy projekt blokowy, należy użyć od 12 do 15 krów na zabieg. Uwzględnij 2-tygodniowy okres współzmiennych przed rozpoczęciem zbierania danych. Zalecany czas trwania tych eksperymentów wynosi od 8 do 12 tygodni, przy czym pierwsze 2 tygodnie są przeznaczone na adaptację do leczenia.</li>
	<li>Wyposaż każde zwierzę doświadczalne w znacznik identyfikacyjny RFID zgodny z normą ISO 11784 lub 11785.</li>
</ol>
2. Szkolenie zwierząt do korzystania z AHCS
<ol>
	<li>Przed rozpoczęciem eksperymentu przenieś AHCS do obiektu, w którym znajdują się krowy. Umieść urządzenie w zasięgu wzroku krów. Pozostaw tam urządzenie na co najmniej 2 dni.</li>
	<li>Przygotuj karmę na przynętę, którą lubią zwierzęta. Można próbować różnych pasz, aby zwabić krowy, chociaż w laboratorium z powodzeniem stosuje się mieszankę 70% mielonej kukurydzy, 27% suchej melasy i 3% oleju sojowego (w stanie wagowym). Unikaj lepkich i zakurzonych pasz, które mogą zatkać filtr powietrza i system dostarczania paszy AHCS. Zaleca się, aby pasza była granulowana.</li>
	<li>Podaj niewielką ilość (garść) paszy wszystkim zwierzętom, umieszczając ją na paszy, do której są przyzwyczajone, aby mogły zapoznać się z paszą na przynętę.</li>
	<li>Bardzo powoli przesuń AHCS na około 1,5 m od zwierzęcia.</li>
	<li>Umieść około 1 kg paszy na przynętę w wiadrze i pozwól zwierzęciu powąchać i posmakować paszy na przynętę. Stopniowo przesuwaj łyżkę w kierunku koryta paszowego jednostki AHCS, zmuszając zwierzę do rozciągnięcia się i sięgnięcia w kierunku koryta paszowego AHCS.</li>
	<li>Wrzuć część paszy z przynętą z wiadra do koryta paszowego AHCS i powoli przesuwaj jednostkę AHCS w kierunku krowy. Jeśli w którymkolwiek momencie treningu krowa stanie się niespokojna lub przestraszona, odsuń jednostkę od niej i spróbuj ponownie o innej porze lub dnia.</li>
	<li>W ciągu kilku dni powtarzaj trening, aż zwierzęta przyzwyczają się i pobudzą jednostkę AHCS (tj. paszę na przynętę). Jeśli zwierzę nie może przyzwyczaić się do AHCS, zastąp je innym zwierzęciem przed rozpoczęciem eksperymentu i wytrenuj nowe zwierzę zgodnie z powyższą procedurą.</li>
</ol>
3. Kalibracja AHCS
Uwaga: Zakres stężeń czujnika CO2 wynosi od 0 do 5%; zakres dla czujnika CH4 wynosi od 0 do 2%. Dolne granice wykrywalności wynoszą 20 ppm dla CH4 i 50 ppm dla CO2 . Nie ma obaw co do wysokich poziomów tła CH4 i CO2 , ponieważ granice wykrywalności są znacznie wyższe niż bezpieczne wysokie poziomy tła tych gazów w pomieszczeniach dla zwierząt.
<ol>
	<li>Aby uzyskać maksymalną dokładność, należy wykonać tę procedurę kalibracji 5 razy na początku i 3 razy na końcu każdego eksperymentu pomiaru gazu.</li>
	<li>Stosować następujące gazy (patrz tabela materiałów): 0,15% CH4 i 1% CO2 (klasa mistrzowska z certyfikatem klasy, dokładność ± 2%) dla gazu wzorcowego do ustawiania zakresu i 100% N2 (czystość 99,999%) dla gazu zerowego.</li>
	<li>Napełnić worek na próbkę 2 litrami gazu zerowego, a drugi worek 2 litrami mieszaniny gazów wzorcowych do ustawiania zakresu pomiarowego. Pamiętaj, aby użyć całkowicie opróżnionej torby. Napełnij worki nowym gazem w dniu kalibracji.</li>
	<li>W razie potrzeby wymień worki po 1 roku użytkowania lub mniej.</li>
	<li>Zanieś wzorce gazowe do miejsca, w którym odbywa się eksperyment z pomiarem gazu. Jeśli zwierzęta i pomiary odbywają się w zamkniętym obiekcie (np. w oborze mlecznej), należy włączyć wentylatory w oborze podczas całego procesu kalibracji. Jest to konieczne, aby zminimalizować wpływ stężeń metanu w powietrzu tła.</li>
	<li>Włącz AHCS i pozwól mu się ogrzać przed kalibracją przez co najmniej 30 minut. Wyjmij korek z rurki kalibracyjnej znajdującej się wewnątrz panelu przedniego. Upewnij się, że w probówce kalibracyjnej nie ma wody. W razie potrzeby usuń wodę. Woda zniszczy czujniki stężenia gazu.</li>
	<li>Podłączyć worek na próbki N2 (gaz zerowy) do probówki kalibracyjnej. Odkręć plastikowy zawór na worku na próbki w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara o 1 pełny obrót, aby umożliwić przepływ.</li>
	<li>Przekręć pokrętło "RUN-CALIBRATE" znajdujące się na tablicy wskaźników AHCS na "KALIBRUJ". Spowoduje to rozpoczęcie wypompowywania próbki z worka. Po rozpoczęciu przepływu naciśnij i przytrzymaj przycisk "KALIBRUJ" przez 10 sekund, a następnie zwolnij go.</li>
	<li>Poczekaj, aż worek na próbkę opróżni się do około 10% swojej pojemności. Nie opróżniaj całkowicie worka, może to spowodować uszkodzenie czujnika. Gdy worek osiągnie około 10% swojej pojemności, przekręć pokrętło "RUN-CALIBRATE" z powrotem na "RUN".</li>
	<li>Zamknij worek na próbkę i odłącz go od probówki kalibracyjnej. Odczekaj 2 minuty, a następnie podłącz worek z mieszaniną gazów zakresowych do probówki kalibracyjnej.</li>
	<li>Powtórz krok 3.7.</li>
	<li>Po rozpoczęciu przepływu naciśnij i przytrzymaj przycisk "KALIBRUJ" przez 3 sekundy, a następnie zwolnij go.</li>
	<li>Powtórz krok 3.10.</li>
	<li>Zamknij worek na próbkę i odłącz go od probówki kalibracyjnej. Włożyć korek do rurki kalibracyjnej. 
	Uwaga: Po zakończeniu kalibracji wartości "współczynnika" pojawią się w zakładce danych na web strona. Współczynnik zmienności czynników powinien być mniejszy niż 3% i 1% odpowiednio dla CH4 i CO2 . Jeśli nie mieści się w tym zakresie, powtórz kalibrację.</li>
</ol>
4. Test odzysku CO2 
<ol>
	<li>Przeprowadzić test odzysku CO2 co najmniej raz (3 uwolnienia = 1 butla CO2) przed każdym eksperymentem z pomiarem gazu. W przypadku aplikacji ciągłych należy wykonywać test odzyskiwania raz w miesiącu.</li>
	<li>Upewnij się, że zawór testowy odzyskiwania CO2 jest WYŁĄCZONY (zawór jest prostopadły do dyszy wylotowej). Podłącz nową butlę CO2 do układu zwalniającego i przekręć zawór zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż będzie dokładny.</li>
	<li>Wypoziomuj i wyzeruj skalę masy. Umieść cały system zwalniający na wadze, aby upewnić się, że jest dokładny. Przetestuj, aby upewnić się, że CO2 przepływa: otwórz zawór ON/OFF i szybko zamknij go ponownie, nasłuchując, czy CO2 wydostaje się z dyszy. Gdy przepływa CO2 powinien być słyszalny dźwięk "świszczącego".</li>
	<li>Przymocuj uchwyt butli CO2 do koryta karmienia. Od teraz nie pozwalaj zwierzętom zbliżać się/wdychać do karmnika. Ludzie nie powinni również wdychać powietrza do karmnika.</li>
	<li>Zważyć butlę CO2 z systemem zwalniania. Zapisz tę masę jako masę początkową. Zapisuj aktualny czas lokalny na początku każdego uwolnienia CO2 .</li>
	<li>Umieść butlę CO2 i system zwalniający w uchwycie butli CO2 (koryto podające) i skieruj dyszę do kolektora. Nie wdychać powietrza do karmnika.</li>
	<li>Włącz zawór ON/OFF, aby uwolnić CO2 i nagrać czas rozpoczęcia uwalniania. Cofnij się kilka metrów od karmnika i odczekaj 3 minuty. Po 3 minutach wyłącz zawór ON/OFF i zapisz czas zatrzymania zwalniania.</li>
	<li>Wyjmij butlę CO2 wraz z systemem zwalniania z podajnika. Nie odkręcaj butli CO2 od układu zwalniającego. Trzymaj butlę CO2 w wannie z ciepłą wodą (37 do 43 °C). Umieść w wodzie tylko butlę, a nie cały system zwalniania.</li>
	<li>Po rozgrzaniu butli CO2 wyjmij ją z wody i użyj ściereczki do suszenia, aby wytrzeć z niej całą wodę. Zważyć butlę CO2 z systemem zwalniania i zapisać ją jako masę końcową.</li>
	<li>Odczekaj co najmniej 3 minuty przed następnym zwolnieniem. Podczas 3-minutowego czasu oczekiwania nie pozwalaj żadnym zwierzętom ani osobom zbliżać się do urządzenia. Butla o masie 90 g CO2 zapewni około 3 uwolnień, więc użyj wielu butli, jeśli jest więcej niż 3 uwolnienia. Gdy butla jest pusta, zważyć pustą butlę i kontynuować z nową butlą, jak opisano powyżej.</li>
	<li>Powtórz kroki od 4.3 do 4.9 co najmniej 3 razy, oznaczając nowy czas rozpoczęcia, czas zakończenia, masę początkową i masę końcową każdego zwolnienia.</li>
	<li>Po ostatecznym zwolnieniu odczekaj co najmniej 3 minuty przed umożliwieniem zwierzętom dostępu do urządzenia. Po zakończeniu odkręć butlę CO2 od układu zwalniającego.</li>
</ol>
5. Pomiar gazu 
Uwaga: Przed pomiarem gazu wymagana jest ostatnia (w ciągu tygodnia) kalibracja AHCS. Patrz kroki 3, Kalibracja AHCS i 4, Test odzysku CO2 . Upewnij się, że znacznik RFID zwierzęcia jest na swoim miejscu. 
<ol>
	<li>Włącz AHCS i pozostaw włączony na 30 minut, aby się rozgrzał przed wykonaniem jakichkolwiek pomiarów.</li>
	<li>Ustawić AHCS tak, aby przepływ powietrza z wentylatorów obory mógł dostać się do koryta paszowego. Poczekaj 2 min. Naciśnij przycisk podawania paszy i przytrzymaj przez 3 sekundy, aby podać około 50 g paszy. Sprawdź wizualnie, czy pasza została dostarczona do koryta paszowego.</li>
	<li>Rzuć AHCS przed krową. Zapisz czas w notatniku eksperymentu. Urządzenie odczyta tag RFID zwierzęcia.</li>
	<li>Podawaj paszę dodatkowo 5 razy w ciągu 5-minutowego okresu pobierania próbek, w odstępach między nimi, aby spróbować utrzymać głowę zwierzęcia w sposób ciągły w korycie żywieniowym. Jeśli potrzebna jest dodatkowa karma (aby utrzymać głowę zwierzęcia w korycie do karmienia), zanotuj to w zeszycie z eksperymentem.</li>
	<li>Uwaga: Pasza/granulki są zwykle dostarczane raz na 50 sekund, co daje łącznie 6 kropli (300 g/zdarzenie pomiarowe), aby uzyskać indywidualne okresy pomiaru wynoszące 5 minut. AHCS jest wyposażony w czujniki podczerwieni, które w sposób ciągły monitorują odległość głowy zwierzęcia od kolektora dolotowego powietrza. Dane te są następnie wykorzystywane do identyfikacji okresów, w których głowa zwierzęcia nie znajdowała się na swoim miejscu, a te dane pomiarowe są odrzucane.</li>
	<li>Po upływie 5-minutowego okresu pobierania próbek należy odciągnąć AHCS od zwierzęcia i ustawić go tak, aby przepływ powietrza z wentylatorów w oborze mógł dostać się do koryta paszowego. Odczekaj 2 minuty, aby przepłukać powietrze przez system i zebrać dane dotyczące składu powietrza w tle.</li>
	<li>Powtórz kroki od 5.2 do 5.5 dla dodatkowych zwierząt.</li>
	<li>Powtórz pobieranie próbek 8 razy w ciągu 24-godzinnego cyklu karmienia, rozłożone w czasie przez okres 3 dni. Z powodzeniem zastosowano następujący harmonogram pobierania próbek: 0900, 1500 i 2100 (dzień pobierania próbek 1), 0300, 1200 i 1700 (dzień pobierania próbek 2) oraz 0000 i 0500 godzina (dzień pobierania próbek 3). Zgodnie z tym harmonogramem pobierania próbek będzie obejmować 8 próbek z każdego zwierzęcia i na okres pobierania próbek. Czas pobierania próbek może się różnić w zależności od czasu karmienia i doju. 
	Uwaga: Po zakończeniu pobierania próbek gazu pobierz dane dotyczące emisji ze strony internetowej. </li>
</ol>

<ol><li>Hristov, A. N., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHristov%2C+AN+%22Mitigation+of+greenhouse+gas+emissions+in+livestock+production+%E2%80%93+A+review+of+technical+options+for+non-CO2+emissions%22">Mitigation of greenhouse gas emissions in livestock production – A review of technical options for non-CO2 emissions</a>. Gerber, P. J., Henderson, B., Makkar, P. S. , FAO Animal Production and Health Paper No. 177. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome, Italy. (2013).</li>
<li>Steinfeld, H., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSteinfeld%2C+H+%22Livestock%E2%80%99s+long+shadow+%E2%80%93+Environmental+issues+and+options%22">Livestock’s long shadow – Environmental issues and options</a>. , Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome, Italy. (2006).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Inventory+of+U.S.+Greenhouse+Gas+Emissions+and+Sinks%3A+1990-2009%22">Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2009</a>. , US Environmental Protection Agency. Washington, DC. (2011).</li>
<li>Makkar, H. P. S., Vercoe, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMakkar%2C+HPS+%22Quantification+of+methane+emission+from+ruminants%2C+FAO%2FIAEA+Publication%22">Quantification of methane emission from ruminants, FAO/IAEA Publication</a>. , Springer Science and Business Media, Inc. New York, NY. 138(2007).</li>
<li>Williams, S. R. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Background+matters+with+the+SF6+tracer+method+for+estimating+enteric+methane+emissions+from+dairy+cows%3A+A+critical+evaluation+of+the+SF6+procedure%5BTitle%5D)+AND+%22Anim.+Feed+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Background matters with the SF6 tracer method for estimating enteric methane emissions from dairy cows: A critical evaluation of the SF6 procedure.</a> Anim. Feed Sci. Technol. 170 (3-4), 265-276 (2011).</li>
<li>Storm, I. M. L. D., Hellwing, A. L. F., Nielsen, N. I., Madsen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+measuring+and+estimating+methane+emission+from+ruminants%5BTitle%5D)+AND+%22Animals%22%5BJournal%5D)">Methods for measuring and estimating methane emission from ruminants.</a> Animals. 2, 160-183 (2012).</li>
<li>Hristov, A. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mitigation+of+methane+and+nitrous+oxide+emissions+from+animal+operations%3A+I.+A+review+of+enteric+methane+mitigation+options%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Anim.+Sci%22%5BJournal%5D)">Mitigation of methane and nitrous oxide emissions from animal operations: I. A review of enteric methane mitigation options.</a> J. Anim. Sci. 91 (9), 5045-5069 (2013).</li>
<li>Zimmerman, P., Zimmerman, S., Utsumi, S., Beede, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+user-friendly+online+system+to+quantitatively+measure+metabolic+gas+fluxes+from+ruminants%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Dairy+Sci%22%5BJournal%5D)">Development of a user-friendly online system to quantitatively measure metabolic gas fluxes from ruminants.</a> J. Dairy Sci. 94, Suppl 1. 760(2011).</li>
<li>Hammond, K. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methane+emissions+from+growing+dairy+heifers+estimated+using+an+automated+head+chamber+%28GreenFeed%29+compared+to+respiration+chambers+or+SF6+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Anim.+Biosci%22%5BJournal%5D)">Methane emissions from growing dairy heifers estimated using an automated head chamber (GreenFeed) compared to respiration chambers or SF6 techniques.</a> Adv. Anim. Biosci. 4 (Pt 2), 391(2013).</li>
<li>Huhtanen, P., Krizsan, S., Cabezas Garcia, E. H., Hetta, M., Gidlund, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Repeatability+and+between+cow+variability+of+enteric+CH4+and+total+CO2+emissions%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Anim.+Biosci%22%5BJournal%5D)">Repeatability and between cow variability of enteric CH4 and total CO2 emissions.</a> Adv. Anim. Biosci. 4 (Pt 2), 588(2013).</li>
<li>Method and system for monitoring and reducing ruminant methane production. US patent. , 2009/0288606A1 (2011).</li>
<li>Branco, A. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+technical+cashew+nut+shell+liquid+on+rumen+methane+production+and+lactation+performance+of+dairy+cows%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Dairy+Sci%22%5BJournal%5D)">Effect of technical cashew nut shell liquid on rumen methane production and lactation performance of dairy cows.</a> J. Dairy Sci. 98, 4030-4040 (2015).</li>
<li>Dorich, C. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short+communication%3A+Use+of+a+portable+automated+opencircuit+gas+quantification+system+and+the+sulfur+hexafluoride+tracer+technique+for+measuring+enteric+methane+emissions+in+Holstein+cows+fed+ad+libitum+or+restricted%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Dairy+Sci%22%5BJournal%5D)">Short communication: Use of a portable automated opencircuit gas quantification system and the sulfur hexafluoride tracer technique for measuring enteric methane emissions in Holstein cows fed ad libitum or restricted.</a> J. Dairy Sci. 98, 2676-2681 (2015).</li>
<li>Hristov, A. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+inhibitor+persistently+decreased+enteric+methane+emission+from+dairy+cows+with+no+negative+effect+on+milk+production%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Nat+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">An inhibitor persistently decreased enteric methane emission from dairy cows with no negative effect on milk production.</a> Proc Nat Acad Sci USA. , (2015).</li>
</ol>

Autorzy Patrick R. Zimmerman i Scott R. Zimmerman są współwłaścicielami firmy C-Lock, Inc.
(Rapid City, SD), producent GreenFeed (AHCS) opisany w tym artykule.

System AHCS łączy w sobie elementy techniki dynamicznej obudowy, systemu komorowego i techniki znacznika do pomiarów strumienia masy CH4 i CO2 . W ciągu kilku dni pobiera wiele próbek od każdego zwierzęcia, aby określić średnie dzienne strumienie masy gazów. Aby zidentyfikować zwierzę i dostarczyć odpowiednią ilość przynęty, czytnik RFID jest wbudowany w AHCS. Znacznik RFID jest odczytywany, gdy zwierzę zaczyna wkładać głowę do karmnika. Po zidentyfikowaniu zwierzęcia AHCS określa, czy kwalifikuje się ono do otrzymania nagrody w postaci przynęty o określonej porze dnia (zastosowania na pastwisku lub w oborze wolnostanowiskowej). Czas rozpoczęcia i zakończenia wizyty każdego zwierzęcia (określany na podstawie czujników podczerwieni) jest rejestrowany automatycznie. System dostarczania przynęty służy do przyciągania zwierząt do AHCS okresowo w ciągu dnia. Zazwyczaj pasza nęcąca jest granulowana i może zawierać trawę, lucernę, koncentraty zbożowe, melasę i olej roślinny. Podczas gdy zwierzę odwiedza AHCS, wentylator zaciąga powietrze nad jego głowę (z prędkością około 26 l/min), wymiatając wyemitowane CH4 i CO2 do kolektora dolotowego powietrza. Prędkość przepływu powietrza jest mierzona w sposób ciągły za pomocą anemometru z gorącą folią umieszczonego pośrodku rury zbierającej powietrze. Ciągła podpróbka powietrza jest odsysana i kierowana do wtórnego filtra próbki, a następnie do dwóch niedyspersyjnych analizatorów podczerwieni, jednego czujnika dla CO2 i jednego dla CH4. AHCS zawiera również dodatkowe czujniki temperatury powietrza, wilgotności powietrza, spadku przynęty, napięcia systemu, ciśnienia atmosferycznego, natężenia przepływu propanu i pozycji głowy. Wersje montowane na pastwiskach i przyczepach do systemów wypasu zawierają anemometr kubkowy (lokalna prędkość wiatru) i wiatrowskaz (kierunek wiatru). Wszystkie dane z czujników są przechowywane w lokalnym rejestratorze danych i komputerze, dzięki czemu AHCS może działać automatycznie i niezależnie. Dane z czujników są również przechowywane na wewnętrznej standardowej pamięci USB (Universal Serial Bus). Dane AHCS są zwykle przesyłane za pośrednictwem łącza internetowego, raz na godzinę, na zewnętrzny serwer, gdzie są na stałe rejestrowane. Użytkownicy z dostępem do Internetu mogą zdalnie logować się do AHCS i sterować urządzeniem, modyfikować harmonogramy nęcenia oraz przeglądać dane historyczne i dane w czasie rzeczywistym, a także przeglądać i monitorować działanie AHCS.
Ogólnie rzecz biorąc, eksperymenty przeprowadzone na Uniwersytecie Stanowym Pensylwanii wykazały, że system AHCS dostarcza wiarygodnych szacunków emisjiCH4 i CO2 z krów mlecznych trzymanych w oborach uwięziowych. Zaletą AHCS w porównaniu z komorami oddechowymi jest to, że zwierzę nie jest ograniczone i znajduje się w swoim naturalnym środowisku (tj. na pastwisku) lub może się swobodnie poruszać (w oborze wolnostanowiskowej). AHCS jest również tańszy w budowie niż tradycyjna komora oddechowa. Ten stosunkowo niski koszt jest ważny, szczególnie w przypadku badań nad łagodzeniem CH4 w krajach rozwijających się. W porównaniu z metodą znacznika SF6 , AHCS jest prostszy w obsłudze i nie wymaga skomplikowanego i drogiego sprzętu analitycznego. Być może najbardziej widoczną wadą AHCS, w porównaniu z komorami i metodami SF6 (szczególnie gdy jest stosowany w środowisku wypasu lub obory wolnostanowiskowej), jest to, że zwierzę musi dobrowolnie zbliżyć się do urządzenia, a zatem zdarzenia związane z pomiarem gazu są zależne od wizyt zwierząt. W ciągu jednego dnia te wizyty zwierząt mogą, ale nie muszą, być reprezentatywne dla dobowego rytmu produkcji CH4 . W związku z tym w zastosowaniach, w których zwierzę odwiedza AHCS dobrowolnie, okres pobierania próbek powinien być wystarczająco długi lub powtórzony wystarczającą liczbę razy. Aplikacja tie-stall używana na Uniwersytecie Stanowym Pensylwanii łagodzi ten problem, kontrolując liczbę i rozkład czasowy pomiarów gazu podczas 24-godzinnego cyklu karmienia. Wystarczające pobieranie próbek gazu eruktacyjnego podczas cyklu karmienia (jak wskazano w powyższym protokole) jest ważne dla reprezentatywnego oszacowania produkcjiCH4 w żwaczu bydła. Ilość paszy na przynętę podawaną zwierzętom podczas pomiarów z wykorzystaniem AHCS musi być uwzględniona w ogólnej analizie (tj. musi zostać dodana do całkowitej ilości paszy spożywanej przez zwierzę), aby można było dokładnie oszacować intensywność emisji na jednostkę paszy DMI. W normalnych warunkach żywienia pasza na przynętę stanowi mniej niż 5% całkowitego DMI krów mlecznych, a jej wpływ na fermentację w żwaczu i produkcjęCH4 jest niewielki. Należy zauważyć, że AHCS (i inne podobne systemy) nie mierzą produkcjiCH4 w jelicie tylnym zwierzęcia. Fermentacja w jelicie tylnym przyczynia się jednak tylko do około 3% całkowitej emisjiCH4 u przeżuwaczy7.
Z doświadczenia wynika, że istnieje kilka ważnych elementów pomiaru produkcji gazu w żwaczu jelitowym za pomocą AHCS: (1) zwierzę musi być przyzwyczajone do paszy nęcowej (i AHCS) i musi ją lubić, aby podejść do karmnika AHCS i z niego korzystać, (2) głowa zwierzęcia musi być wsunięta do końca do karmnika w celu zebrania wiarygodnych danych dotyczących emisji gazów, (3) procedura kalibracji AHCS musi być ściśle przestrzegana, (4) ważne jest, aby mieć wystarczająco dużo czasu na zebranie danych tła dotyczących CH4 i CO2 między próbkami poszczególnych zwierząt, szczególnie w oborach uwięziowych lub wolnostanowiskowych, oraz (5) ważne jest, aby w cyklu pobierania próbek (obejmującym okres 24 godzin) zebrano wystarczającą ilość danych, tak aby dane dotyczące emisji generowane przez AHCS były reprezentatywne dla rzeczywistych dobowych emisji CH4 lub CO2 przez zwierzęcia.
Testy porównawcze z AHCS w porównaniu z ustalonymi technikami pomiaru CH4 potwierdzają powyższe wnioski. Na przykład w badaniu z udziałem rosnących jałówek mlecznych stwierdzono, że AHCS jest w stanie oszacować emisjeCH4 od zwierząt gospodarskich, a szacunki emisji wygenerowane przez AHCS są porównywalne z wartościami uzyskanymi przez komory oddechowe9. Autorzy ci zwrócili uwagę, że rozmieszczenie jednostek AHCS i replikacja muszą być starannie przemyślane, aby zapewnić uzyskanie wystarczającej liczby pomiarów. Na podstawie doświadczenia, 8 zdarzeń pobierania próbek, rozłożonych w czasie w okresie 3 dni w celu pokrycia 24-godzinnego cyklu karmienia (patrz protokół powyżej), jest wystarczających do uzyskania dokładnych pomiarów emisji gazowych i stosunkowo niskiej zmienności danych (tj. akceptowalnej precyzji). W badaniu z udziałem krów mlecznych w okresie laktacji stwierdzono, że emisjeCH4 mierzone przez AHCS były podobne do wartości literaturowych pochodzących z komór oddechowych, a zmienność między zwierzętami (CV od 11 do 12%; powtarzalność od 0,64 do 0,81) również mieściła się w zakresie zgłoszonym dla komór oddechowych10. W niedawno opublikowanym badaniu z udziałem krów w okresie laktacji, AHCS wytworzył mniejszy CV niż metoda SF6 (14,1 do 22,4% w porównaniu z 16,0 do 111% dla SF6)13. W 12-tygodniowym eksperymencie przeprowadzonym na Uniwersytecie Stanowym Pensylwanii z udziałem 48 krów mlecznych w okresie laktacji, w którym produkcja CH4 w żwaczu została zahamowana o 30% (P < 0,001), doszliśmy do wniosku, że AHCS i metoda SF6 dały podobne wyniki emisjiCH4 : 319 do 481 g/krowę dziennie (średnia = 374 g/d; SEM = 15,9; CV = 13%) i od 345 do 485 g/krowę dziennie (średnia = 396 g/d; SEM = 29,8; CV = 23%) dla AHCS i SF6, odpowiednio14.
Podsumowując, dokładne, ale praktyczne techniki pomiaru produkcjiCH4 w żwaczu mają kluczowe znaczenie dla powodzenia działań na rzecz ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. AHCS to zautomatyzowany system pomiaru gazów, który, jak udowodniono, zapewnia wiarygodne i dokładne szacunki emisji CH4 i CO2 w jelitach od bydła mięsnego i mlecznego.

Produkcja zwierzęca stanowi znaczące źródło emisji gazów cieplarnianych (GHG) na całym świecie, generując CH4 i podtlenek azotu albo bezpośrednio (np. z fermentacji jelitowej i zarządzania obornikiem), albo pośrednio (np. z działalności związanej z produkcją pasz i przekształcaniem lasu w pastwiska lub pola uprawne). Szacunki dotyczące udziału zwierząt gospodarskich w globalnej emisji gazów cieplarnianych wahają się od około 71 do 18%2, w zależności od granic zastosowanej analizy i metod. W 2009 r. w Stanach Zjednoczonych zwierzęta gospodarskie odpowiadały za 3,1% całkowitych emisji gazów cieplarnianych3 .
Enteric CH4 jest największym czynnikiem przyczyniającym się do emisji gazów cieplarnianych od zwierząt gospodarskich. Dlatego naukowcy zajmujący się zwierzętami skoncentrowali swoje badania na odkryciu technologii łagodzących w celu zmniejszenia produkcji CH4 w jelitach od przeżuwaczy. W wielu przypadkach wyniki mają wątpliwą wartość naukową ze względu na nieodpowiedni projekt eksperymentu lub techniki pomiarowe1. W związku z tym dokładność i precyzja technik pomiarowych są niezwykle ważnymi elementami badań nad ograniczaniem emisji gazów cieplarnianych. W ostatnich latach ukazała się obszerna literatura na ten temat4-7. Istnieje kilka ustalonych podejść do pomiaru produkcji CH4 w jelitach u przeżuwaczy, w tym komory oddechowe (bardzo dokładne, ale o ograniczonym zastosowaniu), gazy znakujące (sześciofluorek siarki; SF6) i komór głównych. Chociaż komory oddechowe są uważane za "złoty standard" w pomiarze emisji gazów w żwaczu, ich główną wadą jest to, że liczba zwierząt poddawanych próbie jest zwykle ograniczona ze względu na ograniczoną liczbę komór dostępnych w danym ośrodku badawczym. Najbardziej praktycznymi i szeroko stosowanymi technikami pomiaru produkcji CH4 w jelitach są metoda gazu znakującego SF6, a ostatnio zautomatyzowany system komory czołowej (AHCS, GreenFeed), który może monitorować strumienie masy CH4 i CO2 z oddechu i gazów erukacyjnych przeżuwaczy8. Zarówno technika SF6, jak i AHCS umożliwiają analizę emisji w odniesieniu do dużej liczby zwierząt w warunkach swobodnego wypasu lub w oborach wolno- i uwięziowych. Technika SF6 wykorzystuje SF6 jako gaz znakujący, który jest w sposób ciągły uwalniany z rurki permeacyjnej umieszczonej w żwaczu zwierzęcia, pobierania próbki wydychanych gazów i analizy gazu pod kątem stosunku SF6:CH4. AHCS to zautomatyzowany system typu głowicowo-komorowego, który również opiera się na wykorzystaniu gazu znakującego (propanu). W porównaniu z metodą komory oddechowej, w której zwierzęta są trzymane w nienormalnych warunkach karmienia i zachowania, oraz z metodą znacznikową SF6, która wymaga specjalnych umiejętności analitycznych i sprzętu (do zbierania gazu i analizy SF6) oraz intensywnego obchodzenia się ze zwierzętami, AHCS jest nieinwazyjny i tańszy w zakupie i eksploatacji. Do głównych niedociągnięć AHCS należy niereprezentatywne pobieranie próbek (w zastosowaniach takich jak systemy wypasu, w których zwierzęta muszą dobrowolnie odwiedzać jednostkę) oraz stosowanie paszy na przynętę, która może stanowić do 5% spożycia suchej masy przez zwierzę podczas pomiaru gazu. Niedawne eksperymenty porównawcze wykazały, że AHCS wytwarza wskaźniki emisji porównywalne z tymi szacowanymi przy użyciu komór oddechowych lub techniki SF6 9,10.
Samodzielny system AHCS jest zbudowany wokół solidnego automatycznego podajnika, który jest łatwo transportowany ręcznie lub może być zamontowany na przyczepie wyposażonej w panele słoneczne (lub inne źródła zasilania) do autonomicznej pracy w terenie i dalekich podróży. System obejmuje system identyfikacji radiowej zwierząt (RFID), system nęcenia, system uzdatniania i pomiaru powietrza, system śledzenia gazu, system elektroniki i komunikacji oraz system obsługi danych (rysunek 1). Więcej szczegółów można znaleźć w oryginalnej dokumentacji patentowej11.
Przykładowy protokół działania AHCS opisany poniżej dotyczy krów mlecznych w okresie laktacji trzymanych w oborze ukierunkowanej. Procedura ma zastosowanie do innych kategorii bydła (krowy mleczne niebędące w okresie laktacji, jałówki lub bydło mięsne) utrzymywanych w podobnych obiektach. Celem tego doświadczenia jest zademonstrowanie zasad i działania AHCS do pomiaru emisjiCH4 i CO2 przez przeżuwacze.

<table><tbody><tr><td>AHCS</td><td>1</td><td>C-Lock, Inc.</td><td></td></tr><tr><td>Zero, 100 N2</td><td>1</td><td>Air Liquide</td><td>4 m3 zbiorniki wypełnione&nbsp; 13,790 kPa</td></tr><tr><td>Rozpiętość, 0,15% CH4 i 1% CO2</td><td>1</td><td>Air Liquide</td><td>4 m3 zbiorniki wypełnione 13 790 kPa</td></tr><tr><td>Worek do pobierania próbek gazu</td><td>2</td><td>SKC, Inc.</td><td>Folia FlexFoil&reg; PLUS Worki do analizy gazów oddechowych</td></tr><tr><td>Reduktor gazu</td><td>2</td><td>Scott Gasses</td><td></td></tr><tr><td>Butla CO2</td><td>6</td><td>JT</td><td>90 g Zbiorniki CO2</td></tr><tr><td>Skala masowa</td><td>1</td><td>A& D EJ6100</td><td>>4 kg, z rozdzielczością 0,1 g</td></tr><tr><td>Butla z propanem 485 ml</td><td>1</td> kolczyk <td>guzikowy Coleman</td><td></td></tr><tr><td>ISO 11784/11785</td><td>40</td><td>Allflex USA</td><td>Jeden znacznik na zwierzę</td></tr><tr><td>Alejka (dla boksów wolnostanowiskowych, krawatów)</td><td>2</td><td>Behlen Country</td><td>Jedna alejka na jednostkę</td></tr><tr><td>Przedłużacz AC 30 m</td><td>1</td><td>HDX</td><td></td></tr><tr><td>Pojemnik z ciepłą wodą (37-43 &deg; C)</td><td>1</td><td>Nie dotyczy</td><td></td></tr><tr><td>Stoper (s)</td><td>1</td><td>Nie dotyczy</td><td></td></tr></tbody></table>

wykorzystanie zautomatyzowanego systemu (greenfeed) do monitorowania emisji metanu i dwutlenku węgla w jelitach od przeżuwaczy

The Use of an Automated System (GreenFeed) to Monitor Enteric Methane and Carbon Dioxide Emissions from Ruminant Animals

Przeżuwacze (udomowione lub dzikie) emitują metan (CH4) poprzez fermentację jelitową w przewodzie pokarmowym oraz w wyniku rozkładu obornika podczas przechowywania. Procesy te są głównymi źródłami emisji gazów cieplarnianych (GHG) z systemów produkcji zwierzęcej. Techniki pomiaru jelitowego CH4 różnią się od pomiarów bezpośrednich (komory oddechowe, które są bardzo dokładne, ale o ograniczonym zastosowaniu) do różnych metod pośrednich (sniffery, technologia laserowa, które są praktyczne, ale ze zmienną dokładnością). Metoda gazu znakującego sześciofluorkiem siarki (SF6) jest powszechnie stosowana do pomiaru produkcji CH4 w jelitach przez naukowców zajmujących się zwierzętami, a ostatnio coraz częściej stosuje się zautomatyzowany system komory czołowej (AHCS) (GreenFeed, C-Lock, Inc., Rapid City, SD), który jest przedmiotem tego eksperymentu. AHCS to zautomatyzowany system do monitorowania przepływów masowych CH4 i dwutlenku węgla (CO2 ) z oddechu przeżuwaczy. W typowej operacji AHCS poszczególnym zwierzętom dozuje się niewielkie ilości paszy nęcącej, aby zwabić je do AHCS kilka razy dziennie. Gdy zwierzę odwiedza AHCS, system wentylatorów zasysa powietrze przez pysk zwierzęcia do kolektora dolotowego oraz przez rurę zbierającą powietrze, w której mierzone są ciągłe natężenia przepływu powietrza. Podpróbka powietrza jest wypompowywana z rury do niedyspersyjnych czujników podczerwieni w celu ciągłego pomiaru stężeń CH4 i CO2 . Porównania terenowe AHCS z komorami oddechowymi lub SF6 wykazały, że AHCS daje powtarzalne i dokładne wyniki emisjiCH4, pod warunkiem, że wizyty zwierząt w AHCS są wystarczające, tak aby szacunki emisji były reprezentatywne dla dobowego rytmu produkcji gazów w żwaczu. W tym miejscu demonstrujemy zastosowanie AHCS do pomiaru strumieni CO2 i CH4 od krów mlecznych otrzymujących dietę kontrolną lub dietę uzupełnioną płynem z łupin orzechów nerkowca o jakości technicznej.

<img alt="Układ do analizy emisji gazów u krów, schemat pobierania próbek metanu i CO2 z czujnikami, system przepływu powietrza." src="/files/ftp_upload/52904/52904fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 1">
Rysunek 1: Elementy zautomatyzowanego systemu komory głowowej (AHCS, GreenFeed) do pomiaru produkcji CH4 u przeżuwaczy.
Produkcja metanu w żwaczu jest procesem mikrobiologicznym zależnym od substratu7. Produkcja CH4 i CO2 wzrasta po karmieniu zwierzęcia, a następnie spada. Rysunek 2 przedstawia wzrost produkcji CH4 u krowy mlecznej karmionej ad libitum około godziny 06:00 (niepublikowane dane A.N. Hristova, Pennsylvania State University).
<img alt="Wykres emisji metanu g/d w funkcji czasu; wpływ karmienia; słupki błędów; analiza emisji gazów." src="/files/ftp_upload/52904/52904fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Dobowa emisja CH4 od krowy mlecznej karmionej raz dziennie, zmierzona za pomocą AHCS (słupki błędów reprezentują SE; dane dzięki uprzejmości A. N. Hristov, Pennsylvania State University).
Słupki błędów na tym rysunku reprezentują zmienność emisji CH4 podczas pojedynczego zdarzenia próbkowania (które obejmuje wiele cykli beknięć). Widoczne jest, że w niektórych przypadkach (około godziny 04:00 i 09:00), zmienność była większa ze względu na zmieniające się stężenie CH4 w wydychanych gazach. Wyraźnie widać również, że emisja CH4 wzrosła po karmieniu (które w tym przykładzie odbyło się około godziny 06:00). Średnia dobowa emisja CH4 (t.j. średnia z 13 zdarzeń pomiarowych) u tej krowy wynosiła 727 ± 22,9 g/doby, czyli 26 g/kg w przeliczeniu na kg spożytej suchej masy paszy (DMI).
Aby zademonstrować zakres emisji CH4 z grupy laktujących krów mlecznych mierzonych za pomocą AHCS, przedstawiamy dane z niedawnego badania w układzie naprzemiennym (crossover design), przeprowadzonego na Uniwersytecie Pensylwanii, w którym zastosowano techniczny olej z łupin orzechów nerkowca jako środek ograniczający emisję CH4 (Tabela 1). W badaniu wzięło udział 8 laktujących krów mlecznych rasy Holstein, a eksperyment składał się z 2 okresów badawczych, z których każdy trwał 21 dni. Dane dotyczące metanu gromadzono podczas ostatniego tygodnia każdego okresu. Dane o emisji metanu nie zostały zebrane od jednej krowy w okresie 1, i dane dla tej krowy nie były również wykorzystywane w okresie 2. Szczegóły eksperymentu znajdują się w pracy Branco et al.12. Średnia emisja CO2 w tym badaniu przekraczała 18 000 g/krowa na dobę, czyli 634 g/kg DMI. Średnia emisja CH4 dla tej grupy krów wynosiła 523 g/dobę lub 20 g/kg DMI, co jest zbliżone do średnich emisji CH4 zgłoszonych dla zbioru danych obejmującego ponad 370 średnich z grup traktowanych (19,1 ± 0,43 g/kg DMI)7. W badaniu przedstawionym w Tabeli 1, w porównaniu z grupą kontrolną, techniczny olej z łupin orzechów nerkowca wykazał tendencję do zmniejszenia produkcji CH4 w żwaczu krów o około 5% (P = 0,08)12.
<img alt="Tabela emisji dwutlenku węgla i metanu; diety krów mlecznych, metoda AHCS GreenFeed, dane statystyczne." src="/files/ftp_upload/52904/52904table1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Tabela 1">

Dokładność i precyzja technik stosowanych do pomiaru emisji metanu od przeżuwaczy są niezwykle ważne dla powodzenia działań mających na celu ograniczenie emisji gazów cieplarnianych. W artykule opisano zasady i działanie zautomatyzowanego systemu do monitorowania przepływów masy metanu i dwutlenku węgla z oddechu przeżuwaczy.

Wykorzystanie zautomatyzowanego systemu (GreenFeed) do monitorowania emisji metanu i dwutlenku węgla w jelitach od przeżuwaczy

Ruminant animals (domesticated or wild) emit methane (CH4) through enteric fermentation in their digestive tract and from decomposition of manure during ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest pomiar emisji metanu i dwutlenku węgla z oddechu przeżuwających zwierząt w boksach typu T. Osiąga się to poprzez najpierw przyuczenie zwierząt do korzystania z zautomatyzowanego systemu komory głowowej (HCS) za pomocą atrakcyjnej paszy wabiącej. Drugim krokiem jest kalibracja systemu przy użyciu wzorców gazowych oraz standaryzacja dostarczania paszy.W celu przeprowadzenia pomiarów system jest ustawiany przed zwierzęciem, podczas gdy pasza jest podawana przez pięć minut. Aby utrzymać głowę zwierzęcia w korycie między pomiarami, system jest odsuwany od badanego zwierzęcia na dwie minuty w celu pobrania próbki powietrza tła.Ostatecznie powtórne próbki od każdego zwierzęcia są przesyłane i analizowane w serwisie internetowym GreenFeed. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak komory oddechowe i metoda znacznika gazowego z użyciem sześtfluorku siarki, jest to, że zautomatyzowany system komory głowowej GreenFeed jest prosty w obsłudze i nie wymaga skomplikowanego oraz drogiego sprzętu analitycznego. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie ograniczania emisji metanu oraz opisuje stosunkowo niedrogą technikę pomiaru metanu.W przypadku przeżuwaczy metoda ta może być jednak wykorzystana do ilościowego pomiaru strumieni metanu. Można dodać dodatkowe czujniki do pomiaru dwutlenku węgla, wodoru cząsteczkowego, siarkowodoru i tlenu. Demonstracja tej metody jest kluczowa, ponieważ pięć etapów jest trudnych do opanowania, gdyż zwierzęta powinny być stale utrzymywane w korytach karmnych.W tych eksperymentach należy wykorzystać niekanulowane, zdrowe krowy. Krowy kanulowane stwarzają ryzyko wycieku treści i gazów, co wymagałoby zastosowania dodatkowego sprzętu oraz protokołów pomiarowych. W przypadku krzyżowego schematu badawczego należy wykorzystać od 8 do 12 krów.W zależności od liczby zastosowanych zabiegów wykorzystuje się układ powtórzeń, aby zrównoważyć efekty rezydualne. Każda krowa musi otrzymać znacznik RFID zgodny z normą ISO 1 1 7 8 4 lub 1 1 7 8 5. Czas trwania eksperymentów w układzie blokowym z randomizacją wynosi od ośmiu do 12.Pierwsze dwa tygodnie przeznaczono na adaptację do leczenia. Przynajmniej na tydzień przed rozpoczęciem eksperymentu przenieś A HCS w miejsce przebywania krów, aby mogły go widzieć. Pozostaw krowy na kilka dni, aby przyzwyczaiły się do jego obecności. Przed przystąpieniem do zachęcania zwierząt, zastosuj paszę pelletowaną zawierającą melasę.Podać każdemu zwierzęciu niewielką ilość paszy wabika, rozsypując ją na wierzchu zwykłej paszy. Ma to na celu jedynie oswojenie zwierząt z paszą wabikiem. Następnie bardzo powoli przesunąć A HCS na odległość do 1,5 metrów od zwierząt.Następnie wsypać kilogram paszy zachęcającej do wiadra i zaoferować ją zwierzętom. Stopniowo przesuwać wiadro w stronę koryta karmnego A HCS. Wsypać część paszy do koryta i powoli przesuwać urządzenie A HCS w kierunku krów.Celem jest doprowadzenie do sytuacji, w której zwierzęta wyciągną szyję w stronę koryta, aby dostać się do paszy wabiącej. Jeśli krowy staną się niespokojne lub przestraszone, należy odsunąć urządzenie i spróbować ponownie później lub następnego dnia. Zwierzęta, które nie będą w stanie przyzwyczaić się do urządzenia, będą wymagały zastąpienia.Po każdym sukcesie powtórz proces w ciągu siedmiu dni. Aby dostosować zwierzęta, przygotuj wzorcowe worki z gazem i zanieś je do jednostki A HCS. Włącz wentylatory, jeśli miejsce jest zamknięte, np. w oborze.Po rozgrzaniu urządzenia przez co najmniej 30 minut, wyjmij korek z rurki kalibracyjnej znajdującej się w przednim panelu wewnętrznym. Następnie podłącz worek z azotem do rurki kalibracyjnej w celu wyzerowania. Odkręć stalowy zawór w worku.Przekręć pokrętło o jeden pełny obrót, aby otworzyć przepływ powietrza. Następnie przełącz pokrętło run calibrate do pozycji calibrate. Gdy powietrze zacznie przepływać, naciśnij i przytrzymaj przycisk calibrate przez 10 sekund.Worek z próbką powinien zapaść się do około 10% swojej pojemności. Nie należy dopuścić do jego całkowitego opróżnienia. Następnie należy przekręcić pokrętło z powrotem do pozycji run.Zamknij worek z próbką, odłącz go od urządzenia i podłącz worek z mieszaniną gazu kalibracyjnego. Przytrzymaj przycisk kalibracji przez trzy sekundy. Następnie przekręć pokrętło kalibracji na pozycję run, odłącz worek z próbką i włóż korek z powrotem do rurki kalibracyjnej.Jeśli kalibracja została przeprowadzona prawidłowo, wartości współczynników pojawią się teraz w zakładce danych na stronie internetowej zintegrowanej z urządzeniem. Test odzysku dwutlenku węgla należy przeprowadzić co najmniej raz przed każdym eksperymentem z pomiarem gazu. Aby uruchomić test, zamknij zawór prostopadle do dyszy wylotowej przeznaczonej dla dwutlenku węgla i podłącz nowy cylinder CO2.Po podłączeniu potwierdź, że gaz wypływa z butli za pomocą zaworu systemu. Następnie umieść cały układ uwalniający na wadze i zapisz masę początkową. Jest to punkt zerowy.Następnie przymocuj uchwyt cylindra do koryta z paszą. Zwierzęta muszą być odseparowane od podajnika. Podczas tego testu umieść cylinder w uchwycie i skieruj dyszę w stronę kolektora.Podczas wykonywania tej czynności nie należy oddychać w stronę dozownika. Następnie należy otworzyć zawór gazowy. Należy odnotować godzinę i odsunąć się od urządzenia.Po trzech minutach zamknąć zawór gazowy. Następnie, bez uwalniania dalszej ilości gazu, przenieść cylindry do kąpieli w ciepłej wodzie, aby ogrzać cylinder do temperatury pokojowej. Proces ten należy przeprowadzić tylko wtedy, gdy temperatura jest niższa niż -10 °C.Po rozgrzaniu należy wytrzeć cylinder szmatką i ponownie zważyć, aby określić jego masę końcową. Po trzech minutach można powtórzyć test odzysku. Test odzysku należy powtórzyć co najmniej trzy razy.Po skalibrowaniu systemu i pozostawieniu go do rozgrzania przez co najmniej 30 minut, ustaw go tak, aby strumień powietrza z wentylatorów obory wpadał do koryta paszowego. Przez dwie minuty pozwól urządzeniu pobrać próbkę tego powietrza tła. Po kilku minutach naciśnij przycisk podawania paszy na trzy sekundy. Wizualnie potwierdź, że do koryta podano około 50 g paszy.Następnie przenieś dane A HCS do karty krowy, wpisując czas i identyfikator zwierzęcia. Podawaj dawkę paszy co 50 sekund przez okres pięciu minut. Jeśli wymagana będzie dodatkowa pasza, należy ją podać i odnotować ten fakt.Podczas karmienia urządzenie wykrywa położenie głowy krowy względem kolektora wlotowego. Po pięciu minutach odsunąć urządzenie od krowy i ustawić je tak, aby wentylatory wydmuchiwały powietrze nad koryto paszowe, a następnie odczekać dwie minuty przed kontynuacją. Teraz powtórzyć proces u kolejnego zwierzęcia.Należy przeprowadzić tę procedurę w ciągu trzech dni. Łącznie osiem razy na zwierzę biorące udział w badaniu, rozkładając karmienie równomiernie. W tym przedziale czasowym, zgodnie z opisanym protokołem, dane dotyczące emisji gazów zostały udostępnione na stronie internetowej powiązanej z jednostką, a produkcja metanu była mierzona u krów mlecznych karmionych dietami wzbogaconymi.Produkcja metanu ad libitum wyraźnie wzrosła. Po takich żywieniach przeprowadzono badanie w układzie naprzemiennym (crossover), wykorzystując niskiej jakości olej z łupin orzeszków nerkowca jako środek ograniczający emisję metanu. Testy przeprowadzono na ośmiu krowach rasy Holstein przez 21 dni.Płyn z orzechów nerkowca wykazywał tendencję do zmniejszenia produkcji metanu o około 5%. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć jasne wyobrażenie o tym, jak ilościowo mierzyć poziom metanu i dwutlenku węgla w wydychanym powietrzu zwierząt przeżuwających. Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać, że zwierzęta muszą zostać wcześniej przyzwyczajone do procesu za pomocą atrakcyjnej przynęty. Zgodnie z tą procedurą można również mierzyć emisje gazów fermentacyjnych, takich jak wodór.Obecnie niektórzy użytkownicy dysponują systemami zmodyfikowanymi w taki sposób, aby mierzyć również pobór tlenu oraz energetykę zwierząt. Technika ta pozwala w sposób dokładny, praktyczny i nieinwazyjny pomiar emisji metanu oraz dwutlenku węgla z przewodu pokarmowego zwierząt przeżuwających.

the-use-an-automated-system-greenfeed-to-monitor-enteric-methane

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Laboratoryjne bioreaktory do fermentacji beztlenowej umożliwiają naukowcom badanie nowych metod optymalizacji istniejących zastosowań biotechnologii beztlenowej oraz ocenę potencjału produkcji metanu z różnych odpadów organicznych. Niniejszy artykuł przedstawia uogólniony model konstrukcji, zaszczepiania, eksploatacji i monitorowania laboratoryjnego bioreaktora beztlenowego z ciągłym mieszaniem.

Reaktor beztlenowego trawienia z ciągłym mieszaniem do konwersji odpadów organicznych w biogaz: konfiguracja systemu i podstawowa eksploatacja

Ten artykuł przedstawia metodę statycznego pomiaru strumienia gazów cieplarnianych z systemów glebowych. Przy stosunkowo niewielkich inwestycjach w infrastrukturę, pomiary można uzyskać z wielu zabiegów/lokalizacji i w ramach czasowych od godzin do lat.

Pomiar strumienia gazów cieplarnianych z gleb rolniczych za pomocą komór statycznych

Zaprojektowaliśmy, opracowaliśmy i wdrożyliśmy nowatorski system próbkowania pełnego przepływu (FFS) do ilościowego oznaczania emisji metanu i gazów cieplarnianych z całego łańcucha dostaw gazu ziemnego.

Projektowanie i stosowanie układu pobierania próbek przepływu pełnego (FFS) do ilościowego określania wielkości emisji metanu

Ogólnym celem tego protokołu jest pomiar emisji gazów cieplarnianych z pól ryżowych za pomocą techniki statycznej zamkniętej komory. System pomiarowy wymaga specjalnych regulacji ze względu na obecność zarówno stałej warstwy wody na polu, jak i roślin w przestrzeni nadprożowej komory.

Ocena strumieni metanu i podtlenku azotu z pola ryżowego za pomocą statycznych zamkniętych komór utrzymujących rośliny w przestrzeni nadbrzeżnej

Protokół został opracowany do pomiaru gazów, zapachów i składu składników odżywczych w laboratoryjnych opakowaniach obornika, który może być wykorzystany do badania sposobów poprawy jakości powietrza w komercyjnych obiektach hodowli bydła przy użyciu głęboko osadzonych pakietów obornika.

Model laboratoryjny do oceny zapachów i stężeń gazów emitowanych przez obornik z głębokich łóżek

Ten protokół opisuje najlepszą praktykę określania produkcji metanu i parametrów kinetycznych mikroorganizmów za pomocą respirometrii dla mikrobioty beztlenowej, współtrawienia odpadów spożywczych i osadu aktywowanego odpadami.

Pomiar potencjału biometanowego odpadów spożywczych beztlenowo współtrawionych z osadem aktywowanym odpadami za pomocą respirometrii

Preferencje zachowań żywieniowych u zwierząt gospodarskich mogą być modyfikowane, aby wdrożyć plan zarządzania wypasem w uprawach drzewiastych. W tym miejscu przedstawiamy protokół pokazujący dawkę chlorku litu po zjedzeniu nowej rośliny, która wywołuje uwarunkowaną awersję do smaku.

Jak stworzyć kondycjonowaną awersję smakową do wypasu roślin okrywowych w uprawach drzewiastych z małymi przeżuwaczami?

Komisja Europejska opracowała procedurę testowania emisji zanieczyszczeń w rzeczywistych warunkach jazdy (RDE) w celu weryfikacji emisji zanieczyszczeń podczas rzeczywistej eksploatacji pojazdu za pomocą przenośnych systemów pomiaru emisji (PEMS). W artykule przedstawiono procedury doświadczalne wymagane przez nowo przyjęte badanie RDE.

Wdrożenie przenośnych systemów pomiaru emisji (PEMS) dla rozporządzenia w sprawie emisji zanieczyszczeń w rzeczywistych warunkach jazdy (RDE) w Europie

Ostatnio wykazano, że wielokrotne pobieranie próbek gleby jest skutecznym sposobem monitorowania zmian w glebie leśnej na przestrzeni lat i dekad. Aby wesprzeć jego stosowanie, przedstawiono protokół, który syntetyzuje najnowsze informacje na temat metod ponownego próbkowania gleby, aby pomóc w projektowaniu i wdrażaniu skutecznych programów monitorowania gleby.

Metody pobierania próbek gleby w celu monitorowania zmian stężeń chemicznych w glebach leśnych

Biofilmy na powierzchniach mogą być skutecznie i szybko usuwane za pomocą okresowego strumienia aerozoli dwutlenku węgla bez przedmuchiwania azotem.

Usuwanie biofilmu za pomocą aerozoli dwutlenku węgla bez przedmuchiwania azotem

Poznaj zautomatyzowaną metodę pomiaru emisji metanu i dwutlenku węgla u przeżuwaczy przy użyciu systemu GreenFeed. To proste i ekonomiczne rozwiązanie wspiera badania nad redukcją gazów cieplarnianych.

Wykorzystanie zautomatyzowanego systemu (GreenFeed) do monitorowania emisji metanu i dwutlenku węgla w jelitach od przeżuwaczy

Przeglądaj więcej filmów