Abstract
Os animais ruminantes (domesticados ou selvagens) emitem metano (CH 4), por meio da fermentação entérica em seu trato digestivo e da decomposição do estrume durante o armazenamento. Estes processos são as principais fontes de gases de efeito estufa (GEE) provenientes de sistemas de produção animal. As técnicas para medir entérico CH4 variar de medições directas (câmaras de respiração, que são altamente precisos, mas com aplicabilidade limitada) a vários métodos indirectos (olfactivos, tecnologia de laser, os quais são práticos, mas com precisão variável). O hexafluoreto de enxofre (SF 6) método do gás marcador é comumente usado para medir entérico CH 4 por cientistas de produção de animais e, mais recentemente, a aplicação de um sistema automatizado Head-Câmara (CAHs) (GreenFeed, C-Lock, Inc., Rapid City, SD), que é o foco desta experiência, tem vindo a crescer. CAHs é um sistema automatizado para monitorar CH4 e dióxido de carbono (CO 2) a partir de fluxos de massa arespiração de animais ruminantes. Em uma operação típica CAHs, pequenas quantidades de isca de alimentação são dispensados aos animais individuais para atraí-los para CAHs várias vezes ao dia. Como o animal visita CAHs, um sistema de ventilação puxa o ar passado focinho do animal em um coletor de admissão, e através de um tubo de recolha de ar onde as taxas de fluxo de ar contínuo são medidos. A sub-amostra de ar é bombeado para fora do tubo para sensores infra-vermelho não dispersivo para medição contínua de CH 4 e concentrações de CO 2. Comparações campo de CAHs para câmaras de respiração ou SF 6 demonstraram que CAHs produz resultados CH 4 de emissão repetíveis e precisos, desde que as visitas de animais para CAHs são suficientes para estimativas de emissão são representativos do ritmo diurno da produção de gás rúmen. Aqui, nós demonstrar o uso de CAHs para medir CO 2 e CH 4 fluxos de vacas leiteiras dada uma dieta controle ou dieta acrescida com castanha de caju técnico-gradelíquido shell.
Introduction
A produção animal representa uma fonte significativa de gases de efeito estufa (GEE) em todo o mundo, gerando CH4 eo óxido nitroso, quer directamente (por exemplo, pela fermentação entérica e manejo de dejetos) ou indiretamente (por exemplo, de actividades de produção de ração e conversão da floresta em pastagens ou terra cultivada). Estimativas para gado contribuição para a emissão de GEE variar desde cerca de 1 7 a 18% de 2, dependendo dos limites da análise e dos métodos utilizados. Nos Estados Unidos, pecuária representou 3,1% do total das emissões de GEE em 2009 3.
Entérico CH 4 é o maior contribuinte para as emissões de GEE provenientes da pecuária. Por isso, os cientistas animais têm-se centrado a sua investigação na descoberta de tecnologias de mitigação para reduzir entérico CH 4 produção de ruminantes. Em muitos casos, os resultados são de valor científico questionável devido à inadequada experimental projeto oTécnicas de medição de R 1. Assim, a exatidão e precisão das técnicas de medição são criticamente importantes componentes de pesquisa de mitigação de GEE. Um grande corpo de literatura tem sido publicado sobre este tema nos últimos anos 4-7. Há várias abordagens estabelecidas para medir entérico CH 4 produção em ruminantes, incluindo as câmaras de respiração (altamente precisos, mas com aplicabilidade limitada), gases traçadores (hexafluoreto de enxofre; SF 6), e cabeça-câmaras. Embora câmaras de respiração são considerados o "padrão ouro" para medir as emissões de gases do rúmen, a sua principal desvantagem é que o número de animais na experimentação é geralmente limitado devido ao número limitado de câmaras disponíveis nas instalações de investigação particular. As técnicas mais práticas e amplamente utilizado para medir a produção entérica de CH4 são o método do gás traçador SF 6 e, mais recentemente, um sistema Head-Câmara (Automated CAHs, GreenFeed) que cum monitor de CH 4 e CO 2 fluxos de massa do ar e eructação gás de ruminantes 8. Tanto a técnica de SF 6 e CAHs permitir emissões a serem analisados em um grande número de animais em condições de pastoreio livre ou em celeiros LIVRE e tie-stall. A técnica SF 6 utiliza SF6 como gás marcador, que é continuamente libertado a partir de um tubo de permeação inserida no rúmen do animal, a recolha de uma amostra dos gases expirados, e análise do gás de SF6: CH rácio 4. CAHs é, um sistema de tipo cabeça-câmara automatizado que também se baseia no uso de um gás marcador (propano). Em comparação com o método de câmara de respiração, onde os animais são confinados em condições de alimentação e de comportamento anormal, e com o método traçador SF 6, que requer habilidades analíticas e equipamentos especiais (para coleta de gás e SF 6 análises) mais extensa manipulação animal, CAHs é não -intrusive e é menos caropara adquirir e operar. As principais deficiências do CAHs incluem amostragem representativa (em aplicações, como sistemas de pastagem, onde os animais têm de visitar voluntariamente a unidade) e da utilização de alimentos para animais isca, o que poderia representar até 5% do consumo de matéria seca do animal durante uma medição de gás evento. Experimentos comparativos recentes concluíram que CAHs produz taxas de emissão comparáveis aos estimados utilizando câmaras de respiração ou o SF 6 técnica 9,10.
O sistema CAHs autônomo é construído em torno de um alimentador automático robusto que é facilmente transportável à mão ou pode ser montado em um reboque equipado com painéis solares (ou outras fontes de energia) para a operação de campo autônoma e viagens de longa distância. O sistema inclui um sistema animais Radio-Frequency Identification (RFID), um sistema de iscagem, um sistema de tratamento de ar e medição, um sistema de traçador gás, eletrônica e sistema de comunicação, e um sistema de manipulação de dados (<forte> Figura 1). Mais detalhes podem ser encontrados nos documentos da patente original 11.
O exemplo de protocolo operação CAHs descrito abaixo é para vacas leiteiras alojadas em um celeiro tie-stall. O procedimento é aplicável a outras categorias de gado (vacas não-lactantes, novilhas leiteiras, ou gado de corte) alojados em instalações similares. O objetivo deste experimento é demonstrar os princípios e operação de CAHs para a medição de CH 4 e emissões de CO 2 a partir de animais ruminantes.
Protocol
Animais envolvidos no experimento descrito em resultados representativos foram tratados de acordo com as orientações do Comitê Universidade Animal Care e Use o estado de Pensilvânia. O comitê analisou e aprovou a experiência e todos os procedimentos realizados no estudo. Detalhes, como informações de animais e composição da dieta e design experimental, pode ser encontrada na publicação completa deste experimento 12.
Nota: Para obter uma lista de equipamentos e materiais necessários para a realização do experimento, ver Materiais tabela.
1. Design Experimental
- Obter aprovação do Comitê de Cuidados e Uso de Animais Institucional para o experimento. Este é um procedimento não-invasivo que não causa dor ao animal e é classificada como USDA Categoria C (dor leve ou momentânea ou angústia ou nenhuma dor ou sofrimento). Anestesia não é necessário.
- Selecione (ou seja, não canulados) vacas intactaspara o experimento com base no estágio de lactação, idade e produção de leite. Não use vacas canuladas com CAHs por causa de vazamento potencial do gás rúmen através da cânula. Um dispositivo destinado a aliviar este problema está sendo testado, mas os resultados não são relatados aqui.
- Se um desenho cruzado (ie, quadrado latino, por exemplo) é utilizado, utilize 8 a 12 vacas, dependendo do número de tratamentos, em um delineamento replicado equilibrado para efeitos residuais. Se, por exemplo, 4 tratamentos são testados, 8 vacas dará um ensaio de criação replicado 4 × 4, etc. A duração mínima recomendada destes tipos de experimentos é de 21 a 28 dias, com os primeiros 14 a 21 dias para a adaptação ao tratamento e 7 dias para coleta de dados.
- Se um delineamento em blocos casualizados é utilizado, usar de 12 a 15 vacas por tratamento. Incluem um período de co-variável de 2 semanas antes do início da coleta de dados. A duração recomendada destas experiências é de 8 a 12 semanas, com as primeiras 2 semanas being para a adaptação ao tratamento.
- Equipar cada animal experimental com um ISO 11784 ou etiqueta de identificação RFID 11785-compatível.
2. Formação dos Animais usar CAHs
- Antes do experimento começa, mover CAHs nas instalações onde as vacas estão localizados. Coloque a unidade dentro da visão das vacas. Deixe a unidade lá por pelo menos 2 dias.
- Prepare um feed isca que os animais gostam. As diferentes dietas podem ser tentados para atrair vacas, apesar de uma mistura de 70% de milho moído, 27% de melaço secos, e óleo de soja 3% (como-se base de peso) foi usado com sucesso no laboratório. Evite alimentos pegajosos e empoeirados que podem entupir o filtro de ar eo sistema de fornecimento de alimentação de CAHs. É preferível que a alimentação é sedimentado.
- Dê uma pequena quantidade (um punhado) de alimentos para todos os animais, colocando-o no topo do feed eles são usados para, a fim de que eles se familiarizem com a alimentação isca.
- Muito lentamente mover CAHs a cerca de 1,5 m from o animal.
- Coloque cerca de 1 kg de alimento isca em um balde e permitir que o animal cheirar e provar o feed isca. Gradualmente mover o balde para a calha de alimentação da unidade de CAHs, forçando o animal para esticar e alcançar para a calha de alimentação CAHs.
- Despejar alguns dos alimentos isca do balde na manjedoura CAHs e mova lentamente a unidade CAHs para a vaca. Se em qualquer ponto do treinamento, a vaca torna-se apreensivo ou com medo, mova o aparelho longe dela e tente novamente em outro momento ou dia.
- Ao longo de vários dias, repetir o treinamento até que os animais estão acostumados e animado com a unidade CAHs, (ou seja, a alimentação isca). Se um animal não pode se acostumar com CAHs, substitua-o por um outro animal antes do experimento começa e treinar o novo animal seguindo o procedimento acima.
3. Calibração de CAHs
Nota: A gama de concentrações do sensor de CO 2 é de 0 a 5%; agama para o sensor de CH4 é de 0 a 2%. Limites de detecção mais baixos são 20 ppm para CH 4 e 50 ppm para CO 2. Não há preocupações com altos níveis de CH 4 e CO 2 fundo, porque os limites de detecção são muito maiores do que os níveis de segurança desses gases em instalações para animais de alta fundo.
- Para obter a precisão máxima, executar este procedimento de calibração, 5 vezes, no início e 3 vezes no final de cada experiência de medição de gás.
- Use as seguintes gases (ver Tabela de Materiais): 0,15% 2 (grau certificado mestre classe, ± precisão 2%) CH 4 e 1% de CO para gás de calibração e 100% de N 2 (99,999% puro) para o gás zero.
- Encha um saco de amostra com 2 L de gás zero, e um outro saco com 2 L de mistura de gás de calibração. Certifique-se de usar saco totalmente esvaziado. Encha os sacos com gás novo no dia da calibração.
- Substituir os sacos depois de 1 ano de uso ou menos, se necessário.
- Pegue o gásnormas para o local onde o experimento medição de gás ocorre. Se os animais e medição ter lugar numa instalação fechada (ie., Um celeiro de leiteria), vire os fãs celeiro ON durante todo o processo de calibração. Isto é necessário para minimizar o efeito de as concentrações de metano no ar fundo.
- Vire CAHs ON e deixá-lo quente antes de a calibração para pelo menos 30 min. Remover a tampa do tubo de calibração localizado no interior do painel frontal. Certifique-se de que não há água no tubo de calibração. Retire a água, se necessário. A água vai destruir os sensores de concentração de gás.
- Ligue o saco de amostra N2 (gás zero) para o tubo de calibração. Desenrosque a válvula de plástico no saco de recolha dos anti-horário 1 volta completa para permitir o fluxo.
- Rode o botão "RUN-CALIBRATE" localizado no painel de controle do instrumento de CAHs para "Calibrar". Isso vai começar a bombear a amostra para fora do saco. Uma vez que o fluxo é iniciado, pressionee segure o botão "Calibrar" para 10 segundos, em seguida, liberá-lo.
- Espera para o saco de recolha para esvaziar a cerca de 10% da sua capacidade. Não esvaziar completamente o saco, pois pode danificar o sensor. Quando a bolsa está em cerca de 10% de sua capacidade, gire o botão "RUN-CALIBRATE" de volta para "RUN".
- Feche o saco de amostra e desligue-o do tubo de calibração. Aguarde 2 min e, em seguida, conecte o saco de mistura de gás de calibração para o tubo de calibração.
- Repita o passo 3.7.
- Uma vez que o fluxo é iniciado, pressione e segure o botão "Calibrar" por 3 segundos e depois liberte-o.
- Repita o passo 3.10.
- Feche o saco de amostra e desligue-o do tubo de calibração. Tapar o recipiente para dentro do tubo de calibração.
Nota: Após a calibração é concluída, os valores "factor" aparece na guia dados na página web. O coeficiente de variação dos factores deve ser inferior a 3% e 1% em CH4 e CO2, respectively. Se não dentro dessa faixa, repita a calibração.
4. CO 2 Teste de Recuperação
- Realizar o teste de recuperação de CO 2, pelo menos uma vez (3 lançamentos = 1 cilindro de CO 2) antes de cada experiência de medição de gás. Em aplicações contínuas, execute o teste de recuperação de uma vez por mês.
- Assegure-se que a válvula de teste de recuperação de CO2 é DESLIGADO (a válvula é perpendicular ao bocal de saída). Anexar uma nova CO 2 cilindros para o sistema de obturação e rode o válvula no sentido horário até apertar.
- Nível e zerar a balança de massa. Coloque todo o sistema de liberação na escala para garantir que é preciso. Teste para garantir CO 2 está fluindo: abrir a válvula ON / OFF e rapidamente fechá-la novamente enquanto escuta para o CO 2 que sai do bico. Deve haver um "whishing" som quando o CO 2 está fluindo.
- Ligue o suporte do cilindro de CO 2 para a calha de alimentação. A partir de Now em, não deixe chegar perto animais / respirar no alimentador. As pessoas também não deve respirar no alimentador.
- Pesar o cilindro de CO 2 com o sistema de liberação. Grave esta massa como massa inicial. Grave a hora local atual, no início de cada liberação de CO 2.
- Coloque o cilindro de CO 2 e sistema de liberação no suporte de CO 2 cilindros (calha de alimentação) e dirigir o bocal para o colector. Não respirar no alimentador.
- Ligue a válvula ON / OFF para liberar CO 2 e gravar começar a época do lançamento. Voltar vários pés de distância do alimentador e aguarde 3 min. Após 3 min, desligue a válvula ON tempo e parada de gravação / OFF de lançamento.
- Remova o cilindro mais liberação sistema de CO 2 a partir do alimentador. Não desapertar o CO 2 cilindros do sistema de liberação. Segure o cilindro de CO 2 em uma banheira de água quente (37-43 ° C). Coloque apenas o cilindro na água, não todo o sistema de liberação.
- Espere pelo menos 3 min antes do próximo lançamento. Durante o tempo de espera 3 min, não permitem qualquer animal ou pessoa perto da unidade. A 90 g CO 2 cilindros irá fornecer cerca de 3 lançamentos até usar vários cilindros se houver mais de 3 lançamentos. Quando um cilindro está vazio, pesar o cilindro vazio e continuar com um novo cilindro, como descrito acima.
- Repita os passos 4.3 através de 4.9 pelo menos 3 vezes, marcando a nova hora de início, parar o tempo, a massa inicial, e massa final de cada lançamento.
- Após o lançamento final, espere pelo menos 3 min antes de permitir que os animais para acessar a unidade. Quando terminar, solte o CO 2 cilindros do sistema de liberação.
5. Medição de Gás
Nota: Antesmedição de gás, uma recente (dentro de uma semana) calibração de CAHs é necessária. Consulte os passos 3, Calibração de CAHs e 4, CO 2 teste de recuperação. Certifique-se de tag RFID do animal está no lugar.
- Poder-se CAHs e deixe por 30 minutos para aquecer antes de efectuar quaisquer medições.
- Posição CAHs de modo que o fluxo de ar dos ventiladores celeiro tem permissão para entrar na calha de alimentação. Aguarde 2 min. Pressione o botão de alimentação Entrega e segure por 3 segundos para entregar cerca de 50 g de ração. Visualmente validar que a alimentação foi entregue na manjedoura.
- CAHs rolo em frente de uma vaca. Anote o tempo no caderno experimento. A unidade irá ler tag RFID do animal.
- De alimentar 5 vezes adicionais ao longo de um período de amostragem de 5 minutos, o espaçamento entre eles para tentar manter a cabeça do animal continuamente na calha de alimentação. Se for necessária uma alimentação suplementar (para manter a cabeça do animal no cocho de alimentação), anote-lo no notebook experimento.
- Nãoe: Alimentador / pelotas são normalmente entregues uma vez a cada 50 segundos para um total de 6 gotas (300 g / evento medição) para obter os períodos de medição individuais de 5 min. O CAHs está equipado com sensores de infravermelhos para monitorizar continuamente a distância entre a cabeça do animal em relação ao colector de admissão de ar. Estes dados são posteriormente utilizadas para identificar os períodos em que a cabeça do animal não se encontrava na posição de medição e estes dados são descartados.
- Uma vez que o período de amostragem 5 min expirou, puxe CAHs de distância da unidade com animais e posição de modo que o fluxo de ar dos ventiladores celeiro tem permissão para entrar na calha de alimentação. Aguarde 2 min para liberar o ar através do sistema e para coletar dados de composição de fundo de ar.
- Repita os passos 5.2 a 5.5 para animais adicionais.
- Repetição da amostra 8 vezes durante um ciclo de 24 horas de alimentação, escalonada no tempo ao longo de um período de 3 dias. O seguinte esquema de amostragem foi usado com êxito: 0900, 1500, e 2100 h (dia de amostragem 1), 0300, 1200, e 1700 h (dia de amostragem 2), e 0000 e 0500 h (dia de amostragem 3). Este calendário de amostragem vai entregar 8 amostras por animal e por período de amostragem. Os tempos de amostragem pode variar dependendo de alimentação e ordenha vezes.
Nota: Quando a amostragem de gás for concluída, recuperar dados de emissão a partir da página web.
Representative Results
Figura 1: Componentes do Sistema Head-Câmara (Automated CAHs, GreenFeed) para medir a produção CH 4 em ruminantes.
A produção de metano no rúmen é um processo microbiológico dependente de substrato 7. Depois disso. A produção de CH 4 e CO 2 aumenta depois que o animal é alimentado e diminui Figura 2 demonstra o aumento da produção de CH 4 a partir de uma vaca leiteira ad libitum alimentado em cerca de 0600 horas (dados não publicados pela AN Hristov, Pennsylvania State University).
Figura 2: CH 4 Diurna emissões provenientes de uma vaca leiteira alimentados uma vez por dia medido utilizando CAHs (barras de erro representam SE; dados cortesia da AN Hristov, PenEstado nsylvania University).
As barras de erro nesta figura representam a variabilidade na CH 4 de emissão durante um evento de amostragem (que inclui vários ciclos eructação). É evidente que em alguns casos (em torno de 0400 e 0900 h), a variabilidade foi maior devido à mudança de concentração de CH 4 em gases expirados. É também claro que o aumento das emissões de CH 4 após a alimentação (o qual era de cerca de 0600 horas, neste exemplo). A emissão média diária de CH 4 (ie., Uma média de 13 eventos de medição) a partir desta vaca foi 727 ± 22,9 g / dia, ou 26 g / kg quando expresso por kg de ingestão de matéria seca da dieta (DMI).
Para demonstrar a gama de emissões de CH 4 a partir de um grupo de vacas leiteiras em lactação medidos usando CAHs, que incluem dados de um ensaio crossover design recente realizado na Universidade Estadual da Pensilvânia, que utilizou técnica de grau de castanha de caju shell líquido como um CH 4 agente de atenuação (Tabela 1). O julgamento foi com 8 vacas leiteiras em lactação da raça Holandesa e 2 períodos experimentais de 21 dias cada. Dados de metano foram coletados durante a última semana de cada período. Dados sobre as emissões de metano não foram coletados a partir de uma vaca no período 1 e dados para aquela vaca também não foram utilizadas no período 2. Detalhes do experimento podem ser encontrados em Branco et al. 12. A emissão de CO 2 média neste estudo foi de mais de 18.000 g / vaca por dia, ou 634 g / kg DMI. Média de CH 4 de emissão para este grupo de vacas foi 523 g / dia ou 20 g / kg DMI, que é semelhante ao CH média 4 emissões relatadas para um conjunto de dados de mais de 370 meios de tratamento (19,1 ± 0,43 g / kg MS) 7. No estudo apresentado na Tabela 1, em comparação com o controlo, de grau técnico casca de noz de caju líquido tende a diminuir a produção de CH4 no rúmen de vacas em cerca de 5% (P = 0,08) 12.
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Discussion
O sistema CAHs combina elementos de uma técnica dinâmica gabinete, sistema de câmara, e técnica de marcador para medições de fluxo em massa de CH 4 e CO 2. Ao longo do dia, recolhe amostras múltiplas de cada animal para definir os totais médios fluxos de massa de gás por dia. Para identificar um animal e proporcionar a quantidade correcta de isca, um leitor de RFID é incorporado CAHs. A tag RFID é lido como o animal começa a colocar sua cabeça no alimentador. Uma vez que um animal é identificado, CAHs determina se ele é elegível para receber uma recompensa isca naquele momento específico do dia (pastando ou aplicações free-stall celeiro). A hora de início e fim da visita de cada animal (calculado com base nos sensores infravermelhos) é gravado automaticamente. O sistema de entrega de isca é usado para atrair animais para CAHs periodicamente ao longo do dia. Normalmente, a alimentação baiting é peletizado e podem conter grama, alfafa, concentrados de grãos, melaço e óleo vegetal.Enquanto um animal Visitas CAHs, um ventilador puxa o ar sobre sua cabeça (a uma taxa de cerca de 26 L / min), varrendo emitida CH 4 e CO 2 em um coletor de admissão de ar. A velocidade do fluxo de ar é medida continuamente com um anemómetro quente de película no meio do tubo de recolha de ar. Uma sub-amostra de ar contínuo é extraído e encaminhado para um filtro de amostra secundária, em seguida, em dois analisadores não dispersivo de infravermelhos, um sensor de CO 2 e um para CH4. CAHs também inclui sensores adicionais para a temperatura do ar, umidade do ar, queda de isca, tensão do sistema, a pressão atmosférica, a taxa de fluxo de propano, e posição da cabeça. Pasto e reboque versões montadas para sistemas de pastejo incluem um copo anemômetro (velocidade do vento local) e cata-vento (direção do vento). Todos os dados do sensor são armazenados no registador de dados local, um e um computador, permitindo CAHs para funcionar automaticamente e de forma independente. Dados do sensor também são armazenados em um USB padrão interno (Universal Serial Bus) memory stick. Dados CAHssão normalmente transferidos através de uma ligação à Internet, uma vez por hora, para um servidor externo, onde são permanentemente conectado. Os usuários com conectividade internet pode acessar remotamente CAHs e controlar a unidade, modificar horários de iscagem, e examinar os dados históricos e em tempo real, bem como avaliação e monitoramento da função CAHs.
No geral, experimentos conduzidos na Universidade Estadual da Pensilvânia demonstraram que o sistema CAHs proporciona estimativas fiáveis para CH 4 e emissões de CO 2 de vacas leiteiras alojadas em galpões tie-stall. As vantagens de CAHs mais câmaras de respiração é que o animal não está restringida e é no seu ambiente natural (isto é., Em pastagem), ou pode mover-se livremente (no celeiro um livre-box). CAHs também é menos caro construir do que uma câmara de respiração tradicional. Este custo relativamente baixo é importante, particularmente para CH 4 investigação mitigação nos países em desenvolvimento. Comparado com o SF 6 traceMétodo R, CAHs é mais simples de operar e não requer equipamento caro e complicado analítica. Talvez a desvantagem mais aparente de CAHs, em comparação com as câmaras e os SF 6 métodos (especialmente quando usados em ambientes de pastagem ou free-stall celeiro), é que o animal tem de se aproximar voluntariamente a unidade e, portanto, eventos de medição de gases são dependentes de visitas animais . Dentro de um dia, essas visitas animais podem ou não ser representativa do ritmo diurno de CH 4 produção. Por conseguinte, em aplicações onde as visitas de animais CAHs voluntariamente, o período de amostragem deve ser suficientemente longo, ou repetido um número de vezes suficiente. A aplicação tie-stall utilizado na Universidade Estadual da Pensilvânia alivia este problema, controlando o número ea distribuição temporal das medições de gás durante um ciclo de alimentação 24 horas. Amostragem de gás suficiente eructação durante um ciclo de alimentação (como indicado no protocolo acima) é importante para representative estimativa de CH4 no rúmen do gado. A quantidade de alimentação de isca alimentados aos animais durante as medições utilizando CAHs tem de ser considerado na análise global (isto é, deve ser adicionado à quantidade total de alimentos consumida pelo animal), de modo que a intensidade de emissão por unidade de alimentação de DMI pode ser exacta estimado. Sob condições normais de alimentação, a alimentação de isca representa menos do que 5% do total de DMI a vacas leiteiras, e o seu efeito sobre a fermentação no rúmen e CH4 produção é pequena. Note-se que CAHs (e outros sistemas semelhantes) não mede CH4 produção em intestino posterior do animal. Fermentação do intestino posterior, no entanto, contribui apenas cerca de 3% do total de emissões de CH4 em um animal ruminante 7.
Com base na experiência, existem vários componentes importantes de medição de produção de gás do rúmen entérico usando CAHs: (1) o animal tem que ser acostumados à alimentação de isco (e CAHs) e tem to como ele, a fim de se aproximar e usar o alimentador CAHs, (2) a cabeça do animal tem de ser inserido todo o caminho para o alimentador, a fim de recolher dados sobre as emissões de gases de confiança, (3) o processo de calibração CAHs tem de ser seguido estritamente , (4) que tem tempo suficiente para coletar fundo CH 4 e CO 2 de dados entre a amostragem animais individuais é importante, particularmente em celeiros LAÇO ou free-stall, e (5), é importante que dados suficientes sejam recolhidos em um ciclo de amostragem ( cobrindo um período de 24 horas) para que os dados de emissões geradas por CAHs são representativos da CH diurna real 4 ou emissões de CO 2 por o animal.
Testes comparativos com CAHs vs. técnicas CH 4 de medição estabelecidos apoiar as conclusões acima. Por exemplo, um estudo com crescimento novilhas leiteiras concluiu que CAHs foi capaz de estimar emissões de CH 4 do gado e de emissão estimativas geradas por CAHs eram comparáveisaos valores obtidos por câmaras de respiração 9. Estes autores apontam que a implantação das unidades CAHs e replicação devem ser cuidadosamente consideradas para garantir um número suficiente de medições são obtidas. Com base na experiência, 8 eventos de amostragem, escalonados ao longo de um período de 3 dias para cobrir um ciclo de alimentação 24 horas (ver protocolo acima) são suficientes para obter medidas precisas das emissões gasosas e relativamente baixa variabilidade dos dados (ou seja, precisão aceitável). Em um estudo com as vacas em lactação, concluiu-se que CH 4 emissões medidos pelo CAHs foram semelhantes aos valores da literatura derivados de câmaras de respiração e entre a variabilidade dos animais (CV de 11 a 12%; repetibilidade de 0,64 a 0,81) foi também dentro do faixa relatada para câmaras de respiração 10. Em um estudo recentemente publicado com vacas em lactação, CAHs produziu um CV menor do que o método de SF 6 (14,1-22,4% vs. 16,0-111% para SF 6) 13 4 produção foi inibida em 30% (P <0,001), concluímos que CAHs eo método SF 6 produzido CH 4 resultados das emissões semelhantes : 319-481 g / vaca por dia (média = 374 g / d; EPM = 15,9; CV = 13%) e 345-485 g / vaca por dia (média = 396 g / d; EPM = 29,8; CV = 23 %) para CAHs e SF 6, respectivamente 14.
Em conclusão, precisas, mas as técnicas práticas para medir CH 4 produção no rúmen são extremamente importantes para o sucesso dos esforços de mitigação de GEE. CAHs é um sistema de medição de gás automatizado que tem sido comprovada para fornecer estimativas confiáveis e precisas de CH 4 entérico e emissões de CO 2 a partir de carne e leite.
Disclosures
Os autores Patrick R. Zimmerman e Scott R. Zimmerman são co-proprietários de C-Lock, Inc.
(Rapid City, SD), o fabricante de GreenFeed (CAHs) descrito no presente artigo.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AHCS | 1 | C-Lock, Inc. | |
| Zero, 100 N2 | 1 | Air Liquide | 4 m3 sized tanks filled with 13,790 kPa |
| Span, 0.15% CH4 and 1% CO2 | 1 | Air Liquide | 4 m3 sized tanks filled with 13,790 kPa |
| Gas sampling bag | 2 | SKC, Inc. | FlexFoil® PLUS Breath-gas analysis bags |
| Gas regulator | 2 | Scott Gasses | |
| CO2 cylinder | 6 | JT | 90 g CO2 tanks |
| Mass scale | 1 | A&D EJ6100 | >4 kg, with 0.1 g resolution |
| Propane cylinder 485 ml | 1 | Coleman | |
| ISO 11784/11785 button ear tag | 40 | Allflex USA | One tag per animal |
| Alleyway (for free-stalls, tie-stalls) | 2 | Behlen Country | One alleyway per unit |
| 30 m AC extension cord | 1 | HDX | |
| A container with warm water (37-43 °C) | 1 | N/A | |
| Stopwatch (sec) | 1 | N/A |
References
- Hristov, A. N., et al. Mitigation of greenhouse gas emissions in livestock production – A review of technical options for non-CO2 emissions. 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).
- Steinfeld, H., et al. Livestock’s long shadow – Environmental issues and options. , Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome, Italy. (2006).
- Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2009. , US Environmental Protection Agency. Washington, DC. (2011).
- Makkar, H. P. S., Vercoe, P. Quantification of methane emission from ruminants, FAO/IAEA Publication. , Springer Science and Business Media, Inc. New York, NY. 138 (2007).
- Williams, S. R. O., et al. Background matters with the SF6 tracer method for estimating enteric methane emissions from dairy cows: A critical evaluation of the SF6 procedure. Anim. Feed Sci. Technol. 170 (3-4), 265-276 (2011).
- Storm, I. M. L. D., Hellwing, A. L. F., Nielsen, N. I., Madsen, J. Methods for measuring and estimating methane emission from ruminants. Animals. 2, 160-183 (2012).
- Hristov, A. N., et al. Mitigation of methane and nitrous oxide emissions from animal operations: I. A review of enteric methane mitigation options. J. Anim. Sci. 91 (9), 5045-5069 (2013).
- Zimmerman, P., Zimmerman, S., Utsumi, S., Beede, D. Development of a user-friendly online system to quantitatively measure metabolic gas fluxes from ruminants. J. Dairy Sci. 94, Suppl 1. 760 (2011).
- Hammond, K. J., et al. Methane emissions from growing dairy heifers estimated using an automated head chamber (GreenFeed) compared to respiration chambers or SF6 techniques. Adv. Anim. Biosci. 4 (Pt 2), 391 (2013).
- Huhtanen, P., Krizsan, S., Cabezas Garcia, E. H., Hetta, M., Gidlund, H. Repeatability and between cow variability of enteric CH4 and total CO2 emissions. Adv. Anim. Biosci. 4 (Pt 2), 588 (2013).
- Method and system for monitoring and reducing ruminant methane production. US patent. Zimmerman, P. , 2009/0288606A1 (2011).
- Branco, A. F., et al. Effect of technical cashew nut shell liquid on rumen methane production and lactation performance of dairy cows. J. Dairy Sci. 98, 4030-4040 (2015).
- Dorich, C. D., et al. 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. J. Dairy Sci. 98, 2676-2681 (2015).
- Hristov, A. N., et al. An inhibitor persistently decreased enteric methane emission from dairy cows with no negative effect on milk production. Proc Nat Acad Sci USA. , (2015).
