השימוש במערכת אוטומטית (GreenFeed) לפקח פליטות המעיים מתאן ופחמן דו חמצני מבעלי חיים מעלה הגירה

Environment
 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Hristov, A. N., Oh, J., Giallongo, F., Frederick, T., Weeks, H., Zimmerman, P. R., Harper, M. T., Hristova, R. A., Zimmerman, R. S., Branco, A. F. The Use of an Automated System (GreenFeed) to Monitor Enteric Methane and Carbon Dioxide Emissions from Ruminant Animals. J. Vis. Exp. (103), e52904, doi:10.3791/52904 (2015).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

בעלי חיים מעלה גרה (מבוית או פרא) פולטים מתאן (CH 4) דרך תסיסה מעיים במערכת העיכול שלהם ומפירוק של זבל במהלך האחסון. תהליכים אלה הם המקורות העיקריים של גזי חממה (GHG) פליטות ממערכות ייצור בעלי החיים. טכניקות למדידת CH מעיים 4 משתנות ממדידות ישירות (תאי נשימה, שהם מאוד מדויקים, אבל עם תחולה מוגבלת) לשיטות שונות עקיפות (sniffers, טכנולוגיית לייזר, שהם מעשיים, אבל עם דיוק משתנה). Hexafluoride גופרית שיטת גז נותב (6 SF) משמש בדרך כלל למדידת ייצור 4 CH מעיים על ידי מדענים בבעלי חיים, ולאחרונה, יישום של מערכת אוטומטית הראש-קאמרית (AHCS) (GreenFeed, C-Lock, Inc, ראפיד סיטי, SD), המהווה את המוקד של ניסוי זה, גדל. AHCS היא מערכת אוטומטית לניטור CH 4 ופחמן דו חמצני (CO 2) והנתיבים המוניים מנשימה של בעלי חיים מעלה גרה. במבצע AHCS טיפוסי, כמויות קטנות של מזון מתגרה מנופקות לבעלי חיים בודדים כדי לפתות אותם למספר רב של פעמים AHCS יומית. כבעלי החיים מבקרים AHCS, מערכת מאוורר מושכת אוויר עבר הלוע של החיה לסעפת יניקה, ודרך צינור אוסף אוויר שבו שיעורי זרימת אוויר רציפים נמדדים. תת מדגם של האוויר נשאב אל מחוץ לצינור לחיישני אינפרא-אדום שאינם נפיצה למדידה רציפה של CH 4 וריכוזי CO 2. השוואות תחום AHCS לתאי נשימה או SF 6 הוכיחו כי AHCS מייצר תוצאות CH 4 פליטת הדיר ומדויקות, ובלבד שביקורים של בעלי החיים לAHCS מספיקים כדי הערכות פליטה הן נציג של קצב היומי של הפקת גז כרס. הנה, אנחנו מדגימים את השימוש בAHCS למדוד CO 2 ו- CH 4 והנתיבים מפרות חולבות ניתנו דיאטת שליטה או דיאטה בתוספת אגוזי קשיו בדרגה טכניתנוזל פגז.

Introduction

ייצור בעלי החיים מהווה מקור משמעותי של גזי חממה (GHG) פליטה ברחבי העולם, יצירת CH 4 ותחמוצת חנקן באופן ישיר (למשל, מתסיסת מעיים וניהול זבל) או בעקיפין (למשל, מפעילויות הזנה-ייצור והמרה של יער למרעה או שדה יבול). אומדנים על תרומת בעלי חיים לפליטת גזי החממה הגלובלית משתנים מעל 01-18 יולי% 2, בהתאם לגבולות של הניתוח ושיטות. בארצות הברית, בעלי חיים מיוצגים 3.1% בסך הכל פליטת גזי חממה בשנת 2009 3.

Enteric 4 CH הוא התורם הגדול ביותר לפליטת גזי חממה מבעלי החיים. לכן, מדעני בעלי החיים התמקדו המחקר שלהם על גילוי טכנולוגיות להפחתה לצמצום CH מעיים 4 ייצור ממעלי גירה. במקרים רבים, תוצאות הן בעלי ערך מדעי מפוקפק בשל o עיצוב ניסיון מספיקהטכניקות מדידת r 1. לפיכך, הדיוק והדיוק של שיטות המדידה הם ביקורתי מרכיבים חשובים של מחקר הפחתת גזי חממה. גוף גדול של ספרות שפורסם בנושא זה בשנים האחרונות 4-7. ישנן מספר גישות למדידה הוקמו CH מעיים 4 ייצור במעלי גירה, כוללים תאי נשימה (מאוד מדויקים אבל עם תחולה מוגבלת), גזים נותב (hexafluoride גופרית; SF 6), וראש-תאים. למרות שתאי נשימה נחשבים "תקן הזהב" למדידת פליטת גזי כרס, החסרון העיקרי שלהם הוא שמספר בעלי החיים בניסוי הוא בדרך כלל מוגבל בשל המספר המצומצם של תאים זמינים במתקן מחקר מסוים. הטכניקות המעשיות ביותר בשימוש נרחב למדידת CH 4 ייצור מעיים הן שיטת גז 6 נותב SF ולאחרונה, מערכת אוטומטית הראש-קאמרית (AHCS, GreenFeed) ג שCH צג 4 ו- CO 2 נתיבים המוניים מהגז של מעלי גירה 8 הנשימה ושיהוק. שתי טכניקת SF 6 וAHCS לאפשר פליטה להיות מנותחת על מספר גדול של בעלי חיים בתנאי מרעה חופשיים או באסמי חופשיות ועניבה-דוכן. טכניקת SF 6 מנצלת SF 6 כגז נותב, אשר שוחרר ברציפות מצינור חלחול הוכנס בכרס של בעלי החיים, האוסף של מדגם של הגזים ננשפו, וניתוח של הגז לSF 6: 4 CH יחס. AHCS היא מערכת אוטומטית, ראש-קאמרי סוג שהוא גם מבוסס על השימוש בגז נותב (בנזין). לעומת השיטה קאמרי נשימה, שבו בעלי החיים כלואים בתנאי האכלה והתנהגות חריגים, ועם השיטה נותב SF 6, אשר דורשת מיומנויות מיוחדות אנליטיים וציוד (לאיסוף גז וSF 6 ניתוח) בתוספת טיפול בבעלי חיים רב, AHCS אינה -intrusive ופחות יקרלרכוש ולהפעיל. חסרונות עיקריים של AHCS כוללים דגימה מייצגת (ביישומים, כגון מערכות מרעה, שבו בעלי החיים צריכים לבקר את היחידה מרצון) ושימוש בהזנת פיתיון, שיכול לייצג עד 5% מצריכת החומר היבש של בעל החיים במהלך מדידת גז אירוע. הניסויים השוואתיים אחרונים הגיעו למסקנה כי AHCS מייצר פליטת שיעורים דומים לאלה שהוערכו באמצעות תאי נשימה או 9,10 טכניקת SF 6.

מערכת AHCS העצמאית בנויה סביב מזין אוטומטי חזק שהוא בקלות יביל ביד או יכול להיות מותקן על קרוון מצויד בפנלים סולאריים (או מקורות כוח אחרים) להפעלת שדה אוטונומית ונסיעות למרחקים ארוכות. המערכת כוללת מערכת טיפול בנתוני מערכת זיהוי בתדר רדיו בבעלי חיים (RFID), מערכת מתגרה, מערכת טיפול באוויר ומדידה, מערכת נותב גז, אלקטרוניקה ומערכת תקשורת, ו( <strong> איור 1). ניתן למצוא פרטים נוספים בתיעוד הפטנט המקורי 11.

פרוטוקול פעולת דוגמא AHCS המתואר להלן הוא למניקות פרות חלב שוכנו באסם עניבה-דוכן. ההליך הוא ישים לקטגוריות אחרות של בקר (פרות חולבות שאינו מניקות, עגלות, או בקר לבשר) שוכן במתקנים דומים. המטרה של ניסוי זה היא להדגים את העקרונות ותפעול של AHCS למדידת 4 CH ופליטת ה- CO 2 מבעלי חיים מעלה גרה.

Protocol

בעלי חיים המעורבים בניסוי המתואר בתוצאות נציג טופלו על פי ההנחיות של ועדת אוניברסיטת הטיפול בבעלי חיים ושימוש במדינת פנסילבניה. הוועדה בחנה ואישרה את הניסוי ואת כל ההליכים שבוצעו במחקר. פרטים, כגון מידע בעלי חיים ובהרכב התזונה ותכנון ניסויים, ניתן למצוא בפרסום המלא של ניסוי זה 12.

הערה: לקבלת רשימה של ציוד ואספקה ​​הדרושה כדי לבצע את הניסוי, ראה חומרי טבלה.

1. ניסיוני עיצוב

  1. לקבל את אישור הוועדה לטיפול ושימוש בבעלי החיים מוסדי לצורך הניסוי. זהו הליך לא פולשני שאינו גורם לכאב לבעלי החיים והוא מסווג כקטגורית C USDA (כאב קל או רגעי או מצוקה או כאב או מצוקה). ההרדמה היא לא הכרחית.
  2. בחר (כלומר, שאינו cannulated) פרות שלמותלניסוי המבוסס על במה הנקה, גיל, וייצור חלב. אין להשתמש בפרות cannulated עם AHCS בגלל דליפה האפשרית של גז כרס דרך הצינורית. מכשיר שנועד להקל על בעיה זו נמצא כעת נבדק אך תוצאות אינן מדווחות כאן.
  3. אם עיצוב מוצלב (כלומר, ריבוע לטיני, למשל) הוא מנוצל, להשתמש 8 עד 12 פרות, בהתאם למספר הטיפולים, בעיצוב משוכפל מאוזן להשפעה שיורית. אם, למשל, 4 טיפולים נבדקים, 8 פרות יניבו משפט עיצוב משוכפל 4 × 4, וכו '. המשך המומלץ המינימום של סוגים אלה של ניסויים הוא 21 עד 28 ימים, עם 14 עד 21 הימים הראשונים להסתגלות לטיפול ו -7 ימים לאיסוף נתונים.
  4. אם עיצוב בלוק אקראי מנוצל, להשתמש 12 עד 15 פרות בכל טיפול. כולל תקופת covariate 2 שבועות לפני איסוף הנתונים מתחיל. המשך המומלץ של ניסויים אלה הוא 8-12 שבועות, עם יין 2 שבועות הראשוניםg להסתגלות לטיפול.
  5. לצייד כל חיה ניסיונית עם ISO 11784 או תג זיהוי RFID 11785 תואם.

2. הדרכה של בעלי חיים לשימוש AHCS

  1. לפני שהניסוי יתחיל, לעבור AHCS למתקן שבו הפרות נמצאות. הנח את היחידה בתוך ראייה של הפרות. השאר את היחידה שם לפחות 2 ימים.
  2. הכן להאכיל פיתיון שבעלי החיים אוהבים. הזנות שונות עשויות להיות ניסו לפתות פרות, אם כי תערובת של 70% תירס קרקע, מולסה היבש 27%, ושמן סויה 3% (כפי שהוא בסיס משקל) שמשה בהצלחה במעבדה. הימנע הזנות דביקות ומאובקות שעלולה לסתום את מערכת אספקת מזון של AHCS המסנן והאוויר. הוא העדיף שהזנת pelleted.
  3. תן כמות קטנה (קומץ) של מזון לכל בעלי החיים על ידי הצבתו על גבי ההזנה הם משמשים ל, כדי להם להכיר את הזנת הפיתיון.
  4. מאוד לנוע באיטיות AHCS לכ -1.5 מ 'frאום בעלי החיים.
  5. מניחים על 1 קילוגרם של מזון פיתיון לדלי ולאפשר לבעלי החיים להריח ולטעום את מזון הפיתיון. בהדרגה להעביר את הדלי לאבוס של יחידת AHCS, לאלץ את בעלי החיים כדי למתוח ולהגיע לאבוס AHCS.
  6. לזרוק כמה להאכיל פיתיון מהדלי לאבוס AHCS ולאט לאט להזיז את יחידת AHCS לפרה. אם בכל נקודה של אימונים, פרה הופך חשש או פחד, להעביר את היחידה ממנה ולנסות שוב בזמן או ביום אחר.
  7. במהלך כמה ימים, לחזור על האימון עד בעלי החיים רגילים ונרגש מיחידת AHCS, (כלומר, להאכיל הפיתיון). אם בעלי חיים לא יכולים להתרגל לAHCS, להחליף עם בעלי חיים אחר לפני שהניסוי יתחיל להתאמן ובעלי החיים החדשים בעקבות ההליך הנ"ל.

3. כיול של AHCS

הערה: טווח הריכוז של חיישן CO 2 הוא 0 עד 5%;טווח לחיישן CH 4 הוא 0-2%. גבולות האיתור נמוכים הם 20 עמודים לדקה לCH 4 ו -50 עמודים לדקה ל- CO 2. אין חששות לגבי רמות גבוהות של רקע 4 CH ו- CO 2 כי מגבלות זיהוי הן הרבה יותר גדולות מרמות גבוהה רקע בטוחות של גזים אלו במתקני בעלי חיים.

  1. לדיוק מרבי, לבצע הליך כיול זה 5 פעמים בתחילת ו -3 פעמים בסוף כל ניסוי מדידת גז.
  2. השתמש בגזים הבאים (ראה לוח חומרים): 0.15% CH 4 ו- 1% CO 2 (כיתת אמן כיתה מוסמכת, ± דיוק 2%) לגז תוחלת וN 100% 2 (99.999% טהורים) לאפס גז.
  3. מלא את תיק מדגם עם 2 ליטר של אפס גז, ועוד שקית עם 2 ליטר של תערובת גז תוחלת. הקפד להשתמש שקית מרוקנת לחלוטין. מלא את השקיות עם גז חדש ביום הכיול.
  4. להחליף את השקיות אחרי 1 שנה של שימוש או פחות, במידת צורך.
  5. קח את הגזסטנדרטים למקום שבו ניסוי מדידת הגז מתרחש. אם בעלי החיים והמדידה יתקיימו במתקן סגור (כלומר., רפת), להפוך את אוהדי אסם ON במהלך תהליך הכיול כולו. זה הכרחי כדי למזער את ההשפעה של ריכוזי המתאן באוויר הרקע.
  6. הפעל AHCS ON ולתת לו חם לפני הכיול לפחות 30 דקות. הסר את הפקק מצינור הכיול ממוקם בתוך הלוח הקדמי. ודא שאין מים בצינור הכיול. הסר מים, במידת צורך. המים יהרסו את חיישני ריכוז גז.
  7. חבר את שקית N 2 מדגם (אפס גז) לצינור הכיול. להתיר את שסתום הפלסטיק בסיבוב מלא נגד כיוון השעון תיק מדגם 1 כדי לאפשר זרימה.
  8. סובב את הכפתור "RUN לכייל" ממוקם בלוח הבקרה של מכשיר של AHCS ל" לכייל ". זה יתחיל שאיבת המדגם מתוך התיק. ברגע שהזרימה מתחילה, לחץוהחזק את הכפתור "לכייל" במשך 10 שניות ולאחר מכן שחרר אותו.
  9. חכה תיק המדגם להוציא את האוויר לכ -10% מהקיבולת שלה. לא לרוקן את השקית לחלוטין, זה עלול לגרום נזק לחיישן. ברגע שהתיק הוא בכ -10% מהקיבולת שלה, סובב את הכפתור "RUN לכייל" בחזרה ל" RUN ".
  10. סגור את תיק המדגם ונתק אותו מצינור הכיול. חכה 2 דקות ולאחר מכן, חבר את שקית תערובת גז תוחלת לצינור הכיול.
  11. חזור על שלב 3.7.
  12. ברגע שהזרימה מתחילה, לחץ והחזק את הכפתור "לכייל" במשך 3 שניות ולאחר מכן שחרר אותו.
  13. חזור על שלב 3.10.
  14. סגור את תיק המדגם ונתק אותו מצינור הכיול. החלף את הפקק לתוך צינור הכיול.
    הערה: לאחר הכיול הושלם, ערכי "גורם" יופיעו בכרטיסיית נתונים בדף האינטרנט. מקדם שונה של הגורמים צריכים להיות פחות מ 3% ו -1% לCH 4 ו- CO 2, respectively. אם לא בטווח זה, לחזור על כיול.

4. מבחן שחזור CO 2

  1. בצע את בדיקת CO 2 התאוששות לפחות פעם אחת (3 משחרר = צילינדר 1 של CO 2) לפני כל ניסוי מדידת גז. ביישומים רציפים, לבצע את בדיקת התאוששות פעם בחודש.
  2. ודא שסתום בדיקת התאוששות CO 2 הוא OFF (השסתום הוא בניצב לנחיר השקע). צרף CO 2 צילינדרים חדשים למערכת השחרור ולהפוך את כיוון השעון עד שסתום הדוק.
  3. רמה ואפס בקנה מידה ההמונית. מניחים את מערכת השחרור כל בקנה המידה כדי להבטיח שהוא מדויק. מבחן על מנת להבטיח CO 2 זורמים: לפתוח את / OFF השסתום על ולסגור אותו במהירות שוב תוך כדי האזנה לCO 2 יציאת הזרבובית. לא צריך להיות קול "whishing" כאשר CO 2 זורמים.
  4. צרף את בעל צילינדר CO 2 לאבוס. מnow ב, לא נותן חיות להתקרב / לנשום לתוך המזין. אנשים גם לא צריכים לנשום לתוך המזין.
  5. לשקול את גליל CO 2 עם מערכת השחרור. להקליט מסה זו כמסה ראשונית. רשום את הזמן המקומי הנוכחי בתחילת כל שחרור CO 2.
  6. מניחים את גליל CO 2 ולשחרר מערכת לבעל CO 2 צילינדרים (האכלת שוקת) ולכוון את הפייה לתוך הסעפת. לא לנשום לתוך המזין.
  7. הפעל / OFF השסתום על לשחרר CO 2 ולהקליט שעת ההתחלה של שחרור. חזור כמה רגליים מהמזין ולחכות 3 דקות. לאחר 3 דקות, לכבות את / OFF שסתום ותחנת רשומת הזמן על שחרור.
  8. הסר את מערכת גליל בתוספת שחרור CO 2 מהמזין. לא להתיר את גליל CO 2 ממערכת השחרור. החזק את גליל CO 2 באמבטיה של מים חמים (37-43 מעלות צלזיוס). מקום היחיד במערכת השחרור כל הצילינדר במים, לא.
  9. 2 התחמם, להסיר אותו מהמים ולהשתמש במטלית ייבוש כדי לנגב את כל מים מזה. לשקול את גליל CO 2 עם מערכת שחרור ולהקליט מסה סופית כמו זה.
  10. חכה לפחות 3 דקות לפני המהדורה הבאה. במהלך זמן ההמתנה 3 דקות, לא לאפשר לכל בעלי חיים או אדם קרוב ליחידה. גליל CO 2 90 גרם יספק משחרר על 3 כך להשתמש צילינדרים מרובים אם יש יותר מ 3 גרסאות. כאשר גליל ריק, לשקול את הגליל הריק ולהמשיך עם צילינדר חדש, כפי שתואר לעיל.
  11. חזור על שלבים 4.3 דרך 4.9 לפחות 3 פעמים, לציון זמן ההתחלה החדש, לעצור את הזמן, מסה ראשונית, ומסה סופית של כל מהדורה.
  12. לאחר שחרורו הסופי, לחכות לפחות 3 דקות לפני שהוא מאפשר חיות כדי לגשת ליחידה. כשסיימתי, להתיר את גליל CO 2 ממערכת השחרור.

מדידת 5. גז

הערה: לפנימדידת גז, האחרונה (בתוך שבוע) כיול של AHCS נדרש. עיין בשלבי 3, כיול של AHCS ו -4, CO 2 מבחן התאוששות. ודא תג RFID של בעלי החיים הוא במקום.

  1. כוח עד AHCS ולהשאיר למשך 30 דקות להתחמם לפני ביצוע כל מדידות.
  2. מיקום AHCS כך זרימת אוויר שמאוהדי אסם מותרת להיכנס לאבוס. חכה 2 דקות. לחץ על כפתור משלוח עדכונים ולהחזיק במשך 3 שניות כדי לספק כ -50 גרם של מזון. מבחינה ויזואלית לאמת שעדכון נמסר לשוקת ההזנה.
  3. מרדדים AHCS מול פרה. רשום את הזמן במחברת ניסוי. היחידה ייקרא תג RFID של בעלי החיים.
  4. לספק הזנה 5 פעמים נוספות על פני תקופה דגימה 5 דקות, מרווחם כדי לנסות לשמור על הראש של החיה ברציפות באבוס. אם נדרש עדכון נוסף (כדי לשמור על הראש של החיה לאבוס), לציין את זה במחברת הניסוי.
  5. לאדואר: הזנה / כדורים בדרך כלל מועברים אחת לשנייה 50 עבור סכום כולל של 6 טיפות (300 גר '/ אירוע מדידה) להשיג תקופות מדידה בודדות של 5 דקות. AHCS מצויד בחיישני אינפרא אדום כדי לפקח על המרחק של של החיה הראש ביחס לסעפת יניקת האוויר ברציפות. נתונים אלה משמשים לאחר מכן לזהות תקופות שבן הראש של החיה לא היה בעמדה ונתוני מדידה אלה מבוטלים.
  6. לאחר תקופת דגימת 5 דקות פגה, למשוך AHCS מיחידת בעלי החיים ועמדה כל כך זרימת אוויר שמאוהדי אסם מותר להיכנס לאבוס. חכה 2 דקות כדי לשטוף אוויר דרך המערכת ולאסוף נתונים הרכב אוויר רקע.
  7. חזור על שלבים 5.2 דרך 5.5 לבעלי חיים נוספים.
  8. דגימה חזור 8 פעמים במהלך מחזור האכלה 24 שעות, מעד בזמן על פני תקופה של 3 ימים. לוח הזמנים הדגימה הבאה שמש בהצלחה: 0900, 1500, ו -2100 שעות (יום דגימה 1), 0300, 1200, ו -1700 שעות (יום דגימה 2), ו0000, ושעה 0500 (יום דגימה 3). לוח זמנים דגימה זה יספק 8 דגימות לבעלי חיים ולתקופה דגימה. הפעמים הדגימה עשויות להשתנות בהתאם לזמני האכלה וחליבה.
    הערה: כאשר דגימת גז הושלמה, לאחזר נתונים פליטה מדף האינטרנט.

Representative Results

איור 1

איור 1: רכיבים של המערכת האוטומטית הראש-הקאמרי (AHCS, GreenFeed) למדידת ייצור 4 CH בבעלי חיים מעלה גרה.

ייצור מתאן בכרס הוא תהליך מיקרוביולוגי מצע תלוי 7. ייצור של CH 4 ו- CO 2 עליות לאחר החיה מוזנת ויורדת לאחר מכן. איור 2 מדגים את העלייה בCH 4 ייצור כמרצונך פרה חלב האכיל בסביבות 0600 HR (נתונים שלא פורסמו על ידי Hristov, אוניברסיטת מדינת פנסילבניה).

איור 2
איור 2: 4 CH במהלך יום פליטות מפרת חלב האכילה פעם ביום נמדדה באמצעות AHCS (ברים שגיאה מייצגות SE; באדיבות נתונים של חריסטוב, עטnsylvania מדינת אוניברסיטה).

הברים השגיאה בנתון זה מייצגים השתנות בCH 4 פליטה במהלך אירוע דגימה (הכולל מחזורי נפיחה מרובים). ניכר כי בחלק מהמקרים (כ 0400 ו0900 HR), שונות היה גדול יותר בשל שינוי הריכוז של CH 4 בגזי נשף. ברור גם שCH 4 פליטה מוגברת לאחר ההאכלה (שהייתה סביב 0600 שעות בדוגמא זו). CH היומי 4 הפליטה הממוצעת (כלומר., ממוצע של אירועי מדידת 13) מפרה זו הייתה 727 ± 22.9 g / ימים, או 26 גרם / קילוגרם כאשר הביעו לכל קילוגרם של צריכת חומר יבש דיאטה (DMI).

כדי להדגים את מגוון של CH 4 פליטות מקבוצה של פרות חלב מניקות נמדדו באמצעות AHCS, אנו כוללים נתונים ממשפט האחרון עיצוב מוצלב שנערך באוניברסיטת פנסילבניה, שנוצל נוזל קליפת אגוז קשיו בדרגה טכנית כCH 4 סוכן הפחתה (טבלה 1). המשפט היה עם 8 פרות חלב מניקות הולשטיין ו -2 תקופות ניסיוניות של 21 ימים כל אחד. נתונים מתאן נאספו במהלך השבוע כל התקופה האחרון. נתוני פליטה מתאן לא נאספו מפרה אחת בתקופה 1 ונתונים שלפר היו גם לא השתמשו בתקופה ניתן למצוא 2. פרטים של הניסוי בet al רנקו. 12. פליטת CO 2 הממוצעת במחקר זה הייתה מעל 18,000 g / פרה ליום, או 634 גר '/ קילוגרם DMI. CH 4 פליטה ממוצעת לקבוצה זו של פרות הייתה 523 גרם / יום או 20 גר '/ קילוגרם DMI, שהוא דומה לCH הממוצע 4 פליטה דיווחה לבסיס נתונים של מעל 370 אמצעי טיפול (19.1 גר' ± 0.43 / קילוגרם DMI) 7. במחקר שהוצג בטבלה 1, בהשוואה לשליטה, נוזל קליפת אגוז קשיו בדרגה טכנית נטה להפחית CH 4 ייצור בכרס של הפרות בכ -5% (P = 0.08) 12.

e_content "> טבלת 1

Discussion

מערכת AHCS משלבת אלמנטים של טכניקה דינמית מתחם, מערכת תא, וטכניקה נותב למדידות שטף מסה של 4 CH ו- CO 2. במהלך ימים, היא אוספת דגימות מרובות מכל חיה להגדיר כולל נתיבי גז ההמוניים יומי הממוצע. כדי לזהות בעלי חיים ולספק את הכמות הנכונה של פיתיון, קורא RFID הוא שולב AHCS. תג RFID הוא לקרוא כחיה מתחילה למקם את ראשו במזין. ברגע שבעלי חיים מזוהה, AHCS קובע אם הוא זכאי לקבל פרס פיתיון שבזמן מסוים של היום (מרעה או יישומי אסם חופשי דוכן). זמן ההתחלה וסיום של כל הביקור של בעל חיים (נקבע בהתבסס על חיישני אינפרא אדום) נרשם באופן אוטומטי. מערכת אספקת הפיתיון משמשת כדי למשוך בעלי חיים לAHCS מעת לעת במהלך היום. בדרך כלל, ההזנה מתגרה היא pelletized ועשוי להכיל דשא, אספסת, תרכיזי דגנים, מולסה, ושמן צמחי.בעוד ביקורי חיה AHCS, מאוורר מושך אוויר מעל ראשה (בשיעור של כ 26 ליטר / דקה), סוחף נפלט CH 4 ו- CO 2 לסעפת יניקת אוויר. זרימת אוויר המהירות נמדדת ברציפות עם מד רוח חם סרט באמצע צינור אוסף האוויר. תת-מדגם רציף של האוויר מופק ומנותב למסנן מדגם המשני, אז לשני מנתחי ללא נפיצה אינפרא אדום, חיישן אחד לCO 2 ואחד עבור CH 4. AHCS כולל גם חיישנים נוספים לטמפרטורת אוויר, לחות באוויר, ירידת פיתיון, מתח מערכת, לחץ אטמוספרי, קצב זרימת גז פרופן, ועמדה בראש. גרסאות מספוא והקרוון רכובים למערכות מרעה כוללות מד רוח כוס (מהירות רוח מקומית) ושבשבת רוח (כיוון רוח). כל נתוני החיישן מאוחסנים בוגר נתונים מקומי ומחשב, המאפשרים AHCS לתפקד באופן אוטומטי ובאופן עצמאי. נתוני חיישן גם מאוחסנים בUSB הסטנדרטי פנימי מקל זיכרון (Universal Serial Bus). נתונים AHCSבדרך כלל מועבר באמצעות קישור אינטרנט, פעם אחת לשעה, לשרת חיצוני שבו הם מחוברים באופן קבוע. משתמשים עם קישוריות לאינטרנט יכול להיכנס למרחוק ולשלוט AHCS היחידה, לשנות את לוחות הזמנים מתגרים, וסקירה היסטוריים בזמן אמת נתונים, כמו גם סקירה ולעקוב אחר תפקוד AHCS.

בסך הכל, ניסויים שנערכו באוניברסיטת פנסילבניה הראו כי מערכת AHCS מספקת אומדנים מהימנים לCH 4 ופליטת ה- CO 2 מפרות חולבות שוכנו באסמי עניבה-דוכן. היתרונות של AHCS על תאי נשימה הוא שבעלי החיים אינם מוגבלים, והוא בסביבתו הטבעית (כלומר., במרעה), או יכולים לנוע בחופשיות (באסם חופשי דוכן). AHCS הוא גם פחות יקר לבנות מתא נשימה מסורתי. עלות נמוכה יחסית זה חשוב, במיוחד עבור CH 4 מחקר הפחתה במדינות מתפתחות. בהשוואה לזכר SF 6שיטת R, AHCS היא פשוטה לתפעול ואינו דורש ציוד אנליטי מסובך ויקר. אולי החסרון הבולט ביותר של AHCS, לעומת תאים וSF 6 השיטות (במיוחד בעת שימוש בסביבות אסם מרעה או חופשי-דוכן), הוא שבעלי החיים יש לפנות מרצון את היחידה ולכן אירועי מדידת גז תלויים בביקורים של בעלי חיים . בתוך יום, ביקורים של בעלי החיים אלה עשויים או לא עשויים להיות נציג של קצב היומי של CH 4 ייצור. לכן, ביישומים שבם הביקורים של בעלי החיים AHCS מרצון, תקופת הדגימה צריכה להיות ארוך מספיק או חוזר ונשנה מספר מספיק של פעמים. יישום עניבה-הדוכן משמש באוניברסיטת מדינת פנסילבניה מקל את הבעיה הזו על ידי שליטה על המספר וההפצה זמנית של מדידות גז במהלך מחזור האכלה 24 שעות. דגימה מספקת של גז נפיחה במהלך מחזור האכלה (כמפורט בפרוטוקול לעיל) היא חשובה לrepresentatiיש הערכה של CH 4 ייצור בכרס של הבקר. כמות מזון פיתיון האכילה את החיות במדידות באמצעות AHCS יש לשקול בניתוח הכולל (כלומר, יש להוסיף לסכום הכולל של מזון שנצרך על ידי בעלי החיים), כך עוצמת פליטה ליחידת ההזנה DMI יכול להיות מדויק מוערך. בתנאים נורמלים האכלה, הזנת הפיתיון מייצגת פחות מ -5% מDMI הכולל של פרות חלב והשפעתו על התסיסה בכרס וCH 4 ייצור קטן. יצוין, כי AHCS (ומערכות דומות אחרות) אינו מודדים CH 4 ייצור במעי האחורי של החיה. תסיסה במעי האחורי, לעומת זאת, תורמת רק כ -3% מכלל CH 4 פליטות בבעלי חיים מעלה גרה 7.

בהתבסס על ניסיון, יש כמה מרכיבים חשובים של מדידת ייצור גז כרס מעיים באמצעות AHCS: (1) בעלי החיים צריך להיות רגילים להזנה מתגרה (וAHCS) ויש לו לאo כמו זה כדי להתקרב ולהשתמש במזין AHCS, (2) הראש של החיה יש להיות מוכנס כל הדרך למזין כדי לאסוף נתונים פליטת גזים אמינות, (3) הליך כיול AHCS יש רק אחריו , (4) שיש מספיק זמן כדי לאסוף CH רקע 4 ו- CO 2 נתונים בין דגימת בעלי חיים פרט חשוב, במיוחד באסמי tie- או חופשי-דוכן, ו( 5) חשוב שמספיק נתונים נאספים במעגל דגימה ( מכסה תקופה של 24 שעות) כך שנתוני פליטה שנוצרו על ידי AHCS הם נציג של CH היומי בפועל 4 או פליטת CO2 על ידי בעלי החיים.

בדיקות השוואתיים עם AHCS לעומת טכניקות CH 4 מדידה הוקמו תומכות במסקנות לעיל. לדוגמא, מחקר עם עגלות חלב גדלו הגיע למסקנה כי AHCS היה מסוגל לאמוד CH 4 פליטות מאומדני בעלי חיים ופליטה שנוצרו על ידי AHCS היו דומיםלערכים שהתקבלו על ידי תאי נשימה 9. מחברים אלה הצביעו על הפריסה של יחידות AHCS ושכפול יש לשקול בזהירות על מנת להבטיח כמות מספקת של מדידות מתקבלות. בהתבסס על ניסיון, 8 אירועי דגימה, על פני תקופה של 3 ימים כדי לכסות מחזור האכלה 24 שעות (ראה פרוטוקול לעיל) מספיקים כדי להשיג מדידות מדויקות של פליטת גזים והשתנות נמוכה יחסית בנתונים (כלומר, דיוק מקובל). במחקר שנערך עם פרות חלב מניקות, שהגיע למסקנה כי פליטת CH 4 נמדדה על ידי AHCS היתה דומה לערכי ספרות נגזרים מתאי נשימה ובין השתנות בעלי החיים (קורות חיים של 11 עד 12%; הדירות של 0.64-0.81) היו גם ב מגוון דיווח לתאי נשימה 10. במחקר שפורסם לאחרונה, עם פרות מניקות, AHCS מיוצר קורות חיים קטנים יותר מאשר בשיטת SF 6 (14.1-22.4% לעומת 16.0-111% לSF 6) 13 4 ייצור היה מעוכבת על ידי 30% (P <0.001), הגענו למסקנה כי AHCS ושיטת SF 6 הניבו תוצאות דומות פליטת CH 4 : 319-481 גר '/ פרה ליום (ממוצע = 374 גר' / ד; SEM = 15.9; קורות חיים = 13%) ו345-485 גר '/ פרה ליום (ממוצע = 396 גר' / ד; SEM = 29.8; קורות חיים = 23 %) ולAHCS 6 SF, בהתאמה 14.

לסיכום, מדויק, אבל טכניקות מעשיות למדידת CH 4 ייצור בכרס הם חשובים וקריטיים להצלחה של מאמצים להפחתת גזי חממה. AHCS היא מערכת מדידת גז אוטומטית שהוכחה כדי לספק אומדנים מהימנים ומדויקים של CH מעי 4 ופליטת ה- CO 2 מבקר וחלב.

Disclosures

המחברים פטריק ר 'צימרמן וסקוט ר' צימרמן הם בעלים משותפים של C-Lock, Inc.

(Rapid City, SD), היצרנית של GreenFeed (AHCS) מתואר בסעיף זה.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Steinfeld, H., et al. Livestock’s long shadow – Environmental issues and options. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome, Italy. (2006).
  3. Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2009. US Environmental Protection Agency. Washington, DC. (2011).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Method and system for monitoring and reducing ruminant methane production. US patent. Zimmerman, P. 2009/0288606A1 (2011).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics