자동화 시스템 (GreenFeed)의 사용 반추 동물의 장내 메탄과 이산화탄소 배출량을 모니터링하려면

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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).

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Abstract

반추 동물 (들여진 또는 야생)은 자신의 소화 기관과 보관시 비료의 분해 장내 발효를 통해 메탄 (CH 4)을 방출한다. 이러한 프로세스는 온실 가스 (GHG) 동물 생산 시스템에서 배출의 주요 소스입니다. 장내의 메탄을 측정하는 기술은 (그러나 제한 적용으로, 매우 정확 호흡 챔버) 다양한 간접적 인 방법으로 직접 측정에 따라 다릅니다 (실용적 탐지기, 레이저 기술,하지만 변수 정확도). 육 불화 황을 (SF 6) 추적 가스 방법은 일반적으로 동물의 과학자들에 의해 그리고 최근 장내의 메탄 생산을 측정하는 데 사용됩니다, 자동 헤드 챔버 시스템 (AHCS) (GreenFeed, C-잠금, 주식, 래피드 시티의 응용 프로그램, 이 실험의 초점 SD)가 성장되었다. AHCS은 질량 플럭스 CH (4)과 이산화탄소 (CO 2)를 모니터링하기위한 자동화 시스템반추 동물의 호흡. 전형적인 AHCS 작업에서 피드를 유혹 소량 매일 AHCS 여러 번에 유혹 개별 동물에 분배된다. 동물 AHCS 방문 같이, 팬 시스템은 흡기 다기관으로 동물의 총구 지난 공기를 끌어 지속적인 기류 속도를 측정하는 공기 파이프를 통해 수집. 공기의 서브 - 샘플을 4, CH 2 CO 농도의 연속 측정을위한 비 분산 적외선 센서로 파이프 밖으로 펌핑된다. 호흡 챔버 또는 SF 6 AHCS의 필드 비교는 AHCS이, 반복 가능하고 정확한 메탄 방출 결과를 AHCS에 그 동물의 방문을 방출 추정 반추위 가스 생산의 낮의 리듬을 대표 있도록 충분한 것으로 증명하고있다. 여기, 우리는 AHCS의 사용은 4 플럭스 제어 다이어트 또는 기술 수준의 캐슈 너트 보충 다이어트를 부여 젖소에서 CO 2와 CH를 측정하기 위해 보여쉘 액체.

Introduction

동물 생산은 간접적으로 또는 (예를 들어, 사료 생산 활동과 숲의 전환에서 목초지로 또는 (장내 발효 및 분뇨 관리에서, 예를 들어) 직접 메탄과 아산화 질소를 생성, 온실 가스 (GHG) 전 세계 배출량의 중요한 소스를 나타냅니다 농경지). 글로벌 온실 가스 배출에 대한 가축 기여 예상 사용되는 분석 방법의 경계에 따라 약 7 1 2 18 % 다릅니다. 미국에서는 가축 2009 년 3 전체 온실 가스 배출량의 3.1 %를 차지.

장내 메탄은 가축에서 온실 가스 배출에 가장 큰 기여. 따라서, 동물의 과학자들은 반추 동물에서 장내의 CH 4의 생산을 감소 완화 기술을 발견에 연구를 집중했다. 많은 경우에, 결과는 부적절한 실험 디자인 O로 의심 과학적 가치가R 측정 기술 1. 따라서, 측정 방법의 정확도 및 정밀도는 매우 GHG 저감 연구의 중요한 구성 요소이다. 문학의 큰 몸은 최근 4-7 년이 주제에 게시되었습니다. 그리고 머리 챔버, 호흡 챔버 (매우 정확하지만 제한된 적용과), 추적 가스 (SF 6 육 불화 황)을 포함하여 장내의 CH에게 반추 동물에서 4 생산을 측정하기위한 몇 가지 설정 방법이 있습니다. 호흡 챔버가 반추위 가스 배출량을 측정하는 "금 표준"으로 간주되고 있지만, 그 주된 단점은 재판에있는 동물의 수는 일반적으로 인해 특정 연구 시설 이용 가능한 챔버들의 한정된 수에 제한된다는 점이다. 장용성 CH 4 생산을 측정하는 가장 실용적이고 널리 사용되는 기술은 더 최근에, 자동 헤드 챔버 시스템 (AHCS, GreenFeed) 즉 C SF 6 추적 가스 방법이며반추 동물 (8)의 호흡과 트림 가스로부터 모니터 CH 4와 CO 2 질량 플럭스. SF 6 기술과 AHCS 배출량을 사용 모두 무료 방목 조건 또는 자유 -와 넥타이 실속 축사에서 동물의 큰 숫자에서 분석한다. CH 4 비율 : SF 6 기술은 연속적 SF 6 투과 호기 가스 시료의 동물, 컬렉션의 반추위 내에 삽입 관 및 가스의 분석으로부터 방출 추적 가스로서 SF 6을 이용한다. AHCS 또한 추적 가스 (프로판)의 사용을 기반으로 자동화, 헤드 챔버 형 시스템이다. 동물의 이상 공급 및 동작 조건에서 제한하고, 광범위 한 동물 취급 (가스 수집 및 SF 6 분석을위한) 특별 분석 기술과 장비를 필요로하는 SF 6 추적 방법으로하는 호흡 챔버 법에 비해 AHCS 비입니다 -intrusive하고 저렴취득 및 조작합니다. AHCS의 주요 단점 및 가스 측정시 동물의 건조 물질 섭취량의 5 %까지 나타낼 수 미끼 사료의 사용 (예 : 초식 동물들이 자발적으로 장치를 방문해야 시스템과 같은 애플리케이션에서) 대표성 샘플링을 포함 이벤트. 최근 비교 실험 AHCS가 호흡 챔버 또는 SF 6 기술 9,10을 사용하여 추정 된 것과 비교 배출량을 생산한다는 결론을 내렸다.

독립형 AHCS 시스템은 손으로 용이하게 수송 할 수있는 자율적 인 또는 필드 동작 및 장거리 여행시에 태양 전지 패널 (혹은 기타 전원)를 구비 한 트레일러에 장착 될 수있는 자동 급지 장치의 주위에 견고한 구성된다. 상기 시스템은 동물의 무선 주파수 식별 시스템 (RFID), 탄압 시스템, 공기 조화 및 측정 시스템, 가스 추적 시스템, 전자 통신 시스템, 및 데이터 처리 시스템 (<를 포함강한> 그림 1). 더 자세한 내용은 원래의 특허 문서 11에서 찾을 수있다.

아래에서 설명하는 예 AHCS 작업 프로토콜은 타이 스톨 헛간에 보관 젖소를 수유입니다. 절차는 비슷 시설에 수용 소 (비 수유 젖소, 암소, 또는 육우)의 다른 카테고리에 적용 할 수있다. 이 실험의 목적은 CH 4 및 CO 반추 동물에서의 배출량 측정 AHCS의 원리 및 동작을 증명하는 것이다.

Protocol

대표적인 결과에 설명 된 실험에 관여하는 동물은 펜실베니아 주립 대학 동물 관리 및 사용위원회의 지침에 따라 마음에 든다고했다. 위원회는 검토하고 실험과 연구에서 수행 모든 절차를 승인했다. 이러한 동물 및식이 조성 정보 및 실험 설계 사항으로서,이 실험 12의 전체 출판물에서 찾을 수있다.

참고 : 장비 및 실험을 수행 자료 표를 참조하는 데 필요한 용품의 목록.

1. 실험 설계

  1. 실험 기관 동물 관리 및 사용위원회의 승인을 얻습니다. 이 동물에게 고통을 발생하지 않습니다 및 USDA 분류 C (약간 또는 순간적인 통증이나 고통 또는 전혀 통증이나 고통)로 분류되는 비 침습적 절차입니다. 마취가 필요하지 않습니다.
  2. 그대로 (즉, 비 유관) 소를 선택수유 단, 연령, 우유 생산에 기초 실험. 때문에 정맥을 통해 반추위 가스의 잠재적 인 누설 AHCS와 유관 소를 사용하지 마십시오. 이 문제를 완화하기위한 장치는 현재 테스트중인하지만 결과는 여기에보고되지 않습니다.
  3. 크로스 오버 디자인 (즉, 라틴 방진, 예를 들어) 사용되면, 잔류 효과에 대한 균형 잡힌 복제 된 디자인, 치료의 수에 따라 8 ~ 12 소를 사용합니다. 예를 들어, 4 트리트먼트 테스트하는 경우, 8 소 복제 된 4 × 4 디자인 재판을 얻을 것입니다. 실험 이러한 유형의 최소 권장 기간은 최초의 치료 적응을위한 14~21일 및 데이터 수집을위한 칠일에, 21~28일입니다.
  4. 무작위 블록 디자인이 사용되는 경우, 처리 당 12-15 소를 사용합니다. 데이터 수집을 시작하기 전에 2 주간 공변량 기간을 포함한다. 이 실험의 권장 기간은 처음 2 주 무관으로, 8-12주입니다치료에 대한 적응을위한 G.
  5. ISO 11784 또는 11785 호환 RFID 식별 태그로 각각의 실험 동물을 착용.

동물의 2. 교육 AHCS를 사용하는

  1. 실험을 시작하기 전에, 소가있는 시설에 AHCS 이동합니다. 젖소의 시력 내에서 단위를 놓습니다. 적어도 2 일 동안이 장치를 둡니다.
  2. 동물이 좋아하는 먹이 공급을 준비합니다. 70 % 그라운드 옥수수, 27 % 건조 당밀, 및 3 % 대두유의 혼합물 (AS-된다 중량 기준)이 성공적으로 실험실에서 사용되었지만 다양한 피드, 젖소를 유도하려고 시도 할 수있다. 에어 필터와 AHCS의 공급 전달 시스템을 방해 할 수 있습니다 스티커 및 먼지 피드를 피하십시오. 이는 사료 펠릿되는 것이 바람직하다.
  3. 그들에게 미끼 공급에 익숙해하기 위해서는 그들이하는 데 사용되는 사료의 상단에 배치하여 모든 동물 사료 소량의 (소수)을 얻었다.
  4. 아주 천천히 약 1.5 미터 FR에 AHCS 이동동물을 OM.
  5. 양동이에 미끼 공급의 약 1kg을 놓고 동물의 냄새와 먹이 공급을 맛볼 수 있습니다. 점차적으로 스트레칭과 AHCS 공급 저점으로 도달하기 위해 동물을 강제 AHCS 장치의 공급 저점으로 양동이를 이동합니다.
  6. AHCS 먹이 통에 양동이에서 미끼 공급의 일부를 덤프 천천히 소쪽으로 AHCS 장치를 이동합니다. 훈련의 어느 시점에, 소가 걱정하거나 두려워하게되면, 멀리 그녀의 단위를 이동하고 다른 시간 또는 하루에 다시 시도하십시오.
  7. 동물 익숙하고 AHCS 유닛 (즉, 미끼 공급)에 의해 흥분 될 때까지 며칠 동안 훈련을 반복합니다. 동물 AHCS에 익숙해 질 수없는 경우, 실험이 시작되기 전에 다른 동물로 교체하고 위의 절차에 따라 새로운 동물을 훈련.

AHCS 3. 교정

주 : CO 2 센서의 농도 범위가 0 % 내지 5이고;채널 4 센서의 범위는 0 % 2입니다. 검출 하한은 메탄 20 PPM 및 CO 2는 50ppm이다. 검출 한계는 동물 시설에서 이러한 가스의 안전 높은 배경 수준보다 훨씬 더 때문에 메탄과 이산화탄소의 높은 배경 수준에 대한 어떤 우려가 없습니다.

  1. 최대의 정확도를 위해, 각각의 가스의 측정 실험의 끝이 교정 절차를 시작에서 5 회 및 3 회 수행한다.
  2. 다음 가스를 사용 (재료 표 참조) 스팬 가스와 100 % N 2 (순수 99.999 %) 0.15 %, CH 4, 1 % CO 2 (등급 인증 마스터 클래스, ± 2 %의 정확도를) 제로 가스.
  3. 2 제로 가스의 L, 및 스팬 가스 혼합물의 2 L와 다른 가방 샘플 가방을 채 웁니다. 완전히 수축 가방을 사용하십시오. 교정의 날에 새로운 가스와 가방을 채 웁니다.
  4. 사용 필요한 경우, 이하 1 년 후 가방을 교체합니다.
  5. 가스를 가지고가스 측정 실험이 일어나는 장소 표준. 동물과 측정이 밀폐 된 시설에서 (즉., 낙농 헛간) 발생하는 경우, 전체 교정 과정 중에 헛간 팬을 켜십시오. 이것은 백그라운드 공기 중의 메탄 농도의 영향을 최소화 할 필요가있다.
  6. AHCS을 ON 적어도 30 분 동안 교정하기 전에 따뜻한 보자. 전면 패널 안쪽에 교정 튜브의 마개를 제거합니다. 교정 튜브에 물이없는 것을 확인합니다. 필요한 경우, 물을 제거합니다. 물이 가스 농도 센서를 파괴 할 것이다.
  7. 교정 튜브 N 2 샘플 가방 (제로 가스)를 연결합니다. 흐름을 허용하는 샘플 가방 시계 반대 방향으로 1 전체 회전에 플라스틱 밸브를 풉니 다.
  8. "CALIBRATE"하는 AHCS의 인스트루먼트 컨트롤 패널에있는 "런 - 교정"노브를 돌립니다. 이 가방에서 샘플을 펌핑 시작합니다. 흐름이 시작되면 키를 눌러다음 10 초 동안 "교정"버튼을 길게 놓습니다.
  9. 용량의 약 10 % 수축 할 샘플 가방 기다립니다. 완전히 가방을 버리지 말 것, 그것은 센서가 손상 될 수 있습니다. 가방 용량의 약 10 %가되면, "RUN"다시 "실행 - 교정"노브를 돌립니다.
  10. 샘플 가방을 닫고 교정 튜브에서 분리합니다. 2 분을 기다린 후, 교정 튜브에 스팬 가스 혼합물 가방을 연결합니다.
  11. 단계를 반복 3.7.
  12. 흐름은, 프레스를 시작하고 출시 후 3 초 동안 "교정"버튼을 누른 후.
  13. 단계를 반복 3.10.
  14. 샘플 가방을 닫고 교정 튜브에서 분리합니다. 교정 튜브에 마개를 교체합니다.
    주 : 캘리브레이션이 완료되면, "인자"값이 웹 페이지에서 데이터 탭에 나타날 것이다. 요인의 변동 계수는 3 % 및 CH 4 및 CO 2, R 1 % 미만이어야espectively. 이 범위 내에 있지 않은 경우, 보정을 반복합니다.

4. 이산화탄소 복구 테스트

  1. 각 가스 측정 실험 전에 CO 2 복구 테스트 적어도 한번 (CO 2의 3 릴리스 실린더 = 1)를 수행한다. 연속 응용 프로그램에서는 한 달에 한 번 복구 테스트를 수행합니다.
  2. 이산화탄소 복구 테스트 밸브가 꺼져 있는지 확인하십시오 (밸브 출구 노즐에 수직이다). 릴리스 시스템에 새로운 이산화탄소 실린더를 부착하고 꽉 밸브를 시계 방향으로 돌립니다.
  3. 레벨 및 질량 스케일을 제로. 정확한지 확인하기 위해 규모에 전체 릴리스 시스템을 놓습니다. ON / OFF 밸브를 열고 노즐을 종료 CO 2를 들으면서 빨리 다시 닫습니다 테스트 CO 2가 흐르는 확인합니다. CO 2가 흐르는 "whishing"소리가 있어야한다.
  4. 공급 통에 이산화탄소 실린더 홀더를 연결합니다. N에서흐름에, 동물 공급기에 호흡 / 근처에 가지 않도록. 사람들은 또한 공급 장치에 숨을해서는 안된다.
  5. 방출 시스템과 CO 2 실린더 무게. 초기 질량 등이 질량을 기록한다. 모든 이산화탄소 방출의 시작에서 현재 로컬 시간을 기록한다.
  6. 이산화탄소 실린더를 놓고 이산화탄소 실린더 홀더 (공급 골)에 시스템을 해제하고 매니 폴드에 노즐을 지시. 공급 장치에 흡입하지 말 것.
  7. CO 2를 해제하고 해제의 시작 시간을 기록하는 ON / OFF 밸브를 켭니다. 위로 몇 피트 떨어져 공급 장치에서 3 분을 기다립니다. 3 분 후, 릴리스의 ON / OFF 밸브 및 기록 정지 시간을 끄십시오.
  8. 급 지대에서 이산화탄소 실린더 플러스 릴리스 시스템을 제거합니다. 릴리스 시스템에서 이산화탄소 실린더를 풀어하지 마십시오. 따뜻한 물 (37-43 ℃)의 욕조에 이산화탄소 실린더를 잡습니다. 물에 만 실린더가 아닌 전체 릴리스 시스템을 놓습니다.
  9. 이산화탄소 실린더가 예열되면 I>, 물에서 제거하고 그것에서 모든 물을 닦아 건조 천을 사용하십시오. 방출 시스템과 CO 2 실린더의 무게를 측정하고,이 같은 최종 질량을 기록한다.
  10. 다음 릴리스하기 전에 적어도 3 분을 기다립니다. 3 분의 대기 시간 동안 기기 근처에 어떤 동물이나 사람을 허용하지 않습니다. 90g CO 2 실린더는 3 개 이상의 버전이있는 경우 약 3 출시 그래서 복수의 실린더를 사용하여 제공 할 것이다. 실린더가 비어있을 때, 빈 실린더 무게 및 전술 한 바와 같이, 새로운 실린더 계속할.
  11. 반복 시간, 초기 질량, 각 릴리스의 최종 질량을 중지, 새로운 시작 시간을 표시, 4.3 4.9을 통해 적어도 3 번 단계를 반복합니다.
  12. 최종 릴리스 후, 동물이 장치에 액세스 할 수 있도록하기 전에 적어도 3 분을 기다립니다. 완료되면, 릴리스 시스템에서 이산화탄소 실린더를 풉니 다.

5. 가스 측정

참고 : 이전에가스 측정, (주 이내) 최근 AHCS의 교정이 필요합니다. , 3 단계를 참조하십시오 AHCS 4, CO 2 복구 테스트의 교정. 동물의 RFID 태그가 제자리에 있는지 확인합니다.

  1. AHCS까지 전원을 30 분 동안 두십시오은 측정을하기 전에 워밍업합니다.
  2. 위치 AHCS 그래서 헛간 팬 공기 흐름은 먹이 통에 입력 할 수 있습니다. 2 분을 기다립니다. 피드 배달 버튼을 누르면 3 초 공급의 약 50g을 제공하기 위해 개최. 시각적으로 사료 공급 통에 전달 된 것을 확인합니다.
  3. 소 앞에 AHCS 롤. 실험 노트에 시간을 기록한다. 이 제품은 동물의 RFID 태그를 읽습니다.
  4. 이송 통 연속적 동물의 머리를 유지하려고 시도하도록 간격, 5 분에 걸쳐 샘플링 피드 5 번 더 추가 제공한다. 여분의 사료 (먹이 통에 동물의 머리를 유지하기 위해) 필요한 경우, 실험 노트에 기록해 둡니다.
  5. 아니E : 피드 / 펠렛은 일반적으로 5 분의 개별 측정 기간을 얻기 위해 6 방울의 총 (300g / 측정 이벤트)에 대해 한 번 매 50 초 전달됩니다. AHCS 연속적 흡기 매니 폴드에 동물의 머리의 상대적인 거리를 모니터링하기 위해 적외선 센서를 구비한다. 이 데이터는이어서 동물의 머리 위치에 없었다 이러한 측정 데이터는 버려진 기간을 식별하는 데 사용된다.
  6. 5 분의 샘플링 기간이 만료되면 헛간 팬 공기 흐름이 공급 통에 입력 할 수 있도록, 멀리 동물 및 위치 장치에서 AHCS 당깁니다. 시스템을 통해 공기를 세척하고 배경 공기 조성 데이터를 수집하기 위해 2 분을 기다립니다.
  7. 반복하여 동물 용 5.5을 통해 5.2 단계를 반복합니다.
  8. 24 시간 먹이주기 동안 8 번 반복 샘플링은 3 일 동안의 시간에서 스 태거. 다음 샘플링 일정을 성공적으로 사용되었습니다 : 0900, 1500, 2100 시간 (샘플링 1 일), 0300, 1200 및 1700 시간 (샘플링 2 일), 그리고 0000 및 0500 시간 (샘플링 3 일). 이 샘플링 일정은 동물마다 샘플링 기간 당 8 샘플을 제공합니다. 샘플링 시간은 수유 및 착유 시간에 따라 달라질 수 있습니다.
    주의 : 가스 샘플링이 완료되면, 웹 페이지로부터 배출 데이터를 검색한다.

Representative Results

그림 1

그림 1 : 반추 동물의 메탄 생산을 측정하는 자동 헤드 챔버 시스템 (AHCS, GreenFeed)의 구성 요소.

반추위에서 메탄 생산은 기판에 의존하는 미생물 처리 7. 동물 공급과 감소 된 후 메탄과 이산화탄소 증가의 생산은 그 이후. 그림 2 (흐리스토프, 펜실베니아 주립 대학에 의해 게시되지 않은 데이터) 약 0600 시간에서 젖소 공급 임의로에서 메탄 생산의 증가를 보여줍니다.

그림 2
그림 2 :; 흐리스토프, 펜의 데이터 예의 일주 CH AHCS (오차 막대를 사용하여 매일 한 번 공급 측정 된 젖소에서 4 배출량은 SE를 나타냅니다nsylvania 주립 대학).

이 그림에 오차 막대는 (복수 트림주기 포함) 샘플링 이벤트 기간 동안 메탄 배출의 변화를 나타냅니다. 이는 어떤 경우에 (0400 및 0900 시간 정도), 가변성은 호기 가스 중의 CH 4의 농도를 변화로 인해 더 큰 것을 알 수있다. 그것은 메탄 배출량 (이 예에서는 약 0600 시간이었다) 공급 후 증가 된 것이 분명하다. 다이어트 건조 물질 섭취량 (DMI) kg 당 표현하면 평균 메탄 배출 (예., 13 측정 이벤트의 평균)이 소에서 727 ± 22.9 g / 일, 또는 26g / ㎏이었다.

4 배출 AHCS을 사용하여 측정 수유 젖소의 그룹에서 채널의 범위를 설명하기 위해, 우리는 메탄으로 기술 수준의 캐슈 너트 쉘 액체를 이용 펜실베이니아 주립 대학에서 실시한 최근의 크로스 오버 디자인 재판에서 데이터를 포함 저감 제 (표 1). 재판은 8 수유 홀스타인 젖소 및 21 일 각각 2 실험 기간으로했다. 메탄 데이터는 각 기간의 마지막 주에 수집되었다. 메탄 배출 데이터는 1주기에 한하지 암소로부터 수집하고, 그 젖소 용 데이터는 실험의 상세 2. 브란 외. (12)에서 찾을 수있다 기간에 사용되지 않았다. 이 연구에서 평균 이산화탄소 배출량은 하루 18,000g / 소, 또는 634g / kg의 DMI 이상이었다. 암소의이 그룹의 평균 메탄 배출량은 523g / 일 또는 4 배출량은 370 이상 처리 수단 (19.1 ± 0.43 g / kg의 DMI) (7)의 데이터 집합에 대해보고 된 평균 채널과 유사 20g / ㎏ DMI이었다. 컨트롤과 비교하여 표 1에 제시된 연구에서, 기술 등급 캐슈 너트 껍질 액을 약 5 % (P = 0.08) (12)에 의해 소의 반추위에서 메탄 생성을 감소하는 경향이 있었다.

e_content "> 표 1

Discussion

AHCS 시스템 CH 4, CO (2)의 질량 유량 측정 용 인클로저 동적 기법 챔버 시스템 및 추적 기술의 요소를 결합한다. 일의 과정 동안, 그 평균 총 일일 가스 질량 플럭스를 정의하는 각각의 동물로부터 복수의 샘플을 수집한다. 동물을 식별하고 미끼의 정확한 양을 제공하기 위해 RFID 리더는 AHCS에 포함된다. 동물 공급기에 머리를 배치하기 시작 RFID 태그를 읽습니다. 동물이 확인되면 그 날의 특정 시간에 미끼 보상을받을 자격이있는 경우, AHCS 결정 (방목 또는 프리 스톨 축사 응용 프로그램). 각 동물의 구경 (적외선 센서에 기초하여 결정)의 시작과 끝 시간은 자동적으로 기록된다. 미끼 전달 시스템은 주기적으로 하루 동안 AHCS에 동물을 유인하기 위해 사용된다. 일반적으로 탄압 공급은 펠릿과 잔디, 알팔파, 곡물 농축액, 당밀, 식물성 기름을 포함 할 수있다.동물 방문 AHCS는, 팬 (약 26 L / 분의 속도로)의 머리 위에 공기를 끌어 동안, 흡기 매니 폴드 (4) CH 2 CO 방출 스위핑. 공기의 유속은 공기 포집 관의 중간에 핫 필름 풍속계 연속적으로 측정된다. 공기의 연속 서브 샘플을 추출 후 두 개의 비 분산 적외선 분석기, 하나의 CO 2 센서와 CH 4 일에 2 차 샘플 필터로 라우팅됩니다. AHCS 역시 공기 온도, 습도, 먹이 강하 시스템 전압, 대기압, 프로판 유량 및 헤드 위치를위한 센서를 추가로 포함한다. 방목 시스템 목장 및 트레일러 탑재 버전은 컵 풍속계 (현지 풍속)과 바람 바람개비 (바람의 방향)를 포함한다. 모든 센서 데이터는 자동으로 및 독립적으로 작동 할 수있게 AHCS, 로컬 데이터 로거 및 컴퓨터에 저장된다. 센서 데이터는 내부 표준 USB (범용 직렬 버스) 메모리 스틱에 저장됩니다. AHCS 데이터일반적으로 그들은 영구적으로 기록하는 외부 서버로, 한 번 시간당, 인터넷 링크를 통해 전송됩니다. 인터넷 연결이있는 사용자는 원격으로 AHCS에 로그인하여 장치를 제어, 유혹 일정을 수정하고, 역사와 실시간 데이터뿐만 아니라 리뷰를 검토하고 AHCS 기능을 모니터링 할 수 있습니다.

전반적으로, 펜실베니아 주립 대학에서 실시한 실험 AHCS 시스템은 CH 4와 CO 제휴 스톨 헛간에 보관 젖소에서 배출량에 대한 신뢰성있는 추정치를 제공하는 것을 보여 주었다. 호흡 챔버를 통해 AHCS의 장점은 동물이 제한하고 자연 환경에서 (즉., 목장에서), 또는 자유 (자유 스톨 헛간에서) 이동할 수 있습니다되지 않는 것입니다. AHCS 또한 기존의 호흡 챔버보다 구축 비용이 저렴. 이 상대적으로 낮은 비용은 특히 개발 도상국의 메탄 저감 연구를 위해 중요하다. SF 6 추적과 비교연구 방법은 AHCS 작동하고 복잡하고 고가의 분석 장비를 필요로하지 않는 단순하다. 아마도 (방목 또는 자유 스톨 축사 환경에서 사용 특히) 챔버와 SF 6의 방법에 비해 AHCS의 가장 명백한 단점은, 동물이 자발적으로 장치에 접근하기 때문에 가스 측정 이벤트가 동물의 방문에 의존한다는 것이다 . 하루 내에서 이러한 동물의 방문 또는 메탄 생산의 낮의 리듬을 대표하지 않을 수 있습니다. 따라서, 어플리케이션에서 동물 방문 AHCS 자발적, 샘플링주기는 충분히 길게 될 또는 충분한 횟수를 반복해야한다. 펜실베니아 주립대 사용 타이 실속 애플리케이션은 24 시간주기 동안 공급 수와 가스 측정의 시간 분포를 제어함으로써 이러한 문제를 완화시킨다. (위의 프로토콜에 표시된대로) 먹이주기 동안 트림 가스의 충분한 샘플링은 representati 중요하다소의 반추위에서 메탄 생산의 추정을했습니다. AHCS를 사용하여 측정시 동물에 공급 미끼 공급량은 전체 분석 (즉, 동물에 의해 소비되는 사료의 총량에 첨가되어야 함) 때문에 발광 강도 피드 단위당 DMI 정확하게 될 수에서 고려되어야 추정했다. 정상 공급 조건 미끼 피드 반추위 발효의 총 젖소의 DMI와 그 효과 5 % 이하를 나타내며, CH 4의 생산은 작다. 그것은 AHCS (및 기타 유사한 시스템) 동물의 hindgut에서 메탄 생산을 측정하지 않는 것을 알 수있다. Hindgut 발효 그러나, 반추 동물 (7)에4 CH 배출량의 약 3 %를 기여한다.

경험에 기초하여, AHCS를 사용 장용성 반추위 가스 생산을 측정하는 여러 가지 중요한 구성 요소가있다 : (1) 동물 탄압 피드 (및 AHCS)에 적응되어야하고 t를 갖는다그것에 다가 AHCS 공급기를 사용하기 위해 추천 O, (2) 동물의 머리가 안정적인 가스 배출 데이터를 수집하기 위하여 공급기에 완전히 삽입 될 수 있고, (3) AHCS 보정 절차가 반드시 따라야한다 (4) 개별 동물 샘플링 사이 배경 CH 4, CO 2 데이터를 수집 할 수있는 충분한 시간을 갖는 특히 tie- 또는 자유 실속 축사에서, 중요하고, (5)는 (충분한 데이터가 샘플링주기에서 수집하는 것이 중요 24 시간주기를 커버하는) 그렇게 생성 AHCS 배출 데이터는 4 또는 CO 배출량 동물에 의한 실제 일주 CH 대표.

설립 메탄 측정 기술 대 AHCS와 비교 테스트는 위의 결론을 지원합니다. 예를 들어, 성장 낙농 암소와 연구 AHCS가 AHCS에 의해 생성 된 가축 및 배출 추정치 CH 4 배출량을 추정 할 수 있었다 비교할 수 있다고 결론을 내렸다호흡 챔버 (9)에 의해 얻어진 값. 이들 저자는 AHCS 유닛의 배치를 지적 복제 신중 측정 얻어지는 충분한 수를 보장하기 위해 고려되어야한다. 경험에 기초하여, 8 샘플링 이벤트, 24 시간 먹이주기 (상기 프로토콜 참조)를 커버하는 3 일의 기간에 걸쳐 지그재그 기체 배출의 정확한 측정 및 데이터의 상대적 변화 (즉, 허용 가능한 정밀도)을 획득하기에 충분하다. 수유 젖소와 연구에서는 AHCS에 의해 측정 된 메탄 배출량은 호흡 챔버에서 동물 변동 사이에 도출 된 문헌 값과 유사 있다고 결론을 내렸다 (11~12%의 CV; 0.64-0.81의 반복성) 내에 있었다 범위는 호흡 챔버 (10)에 대해 보도했다. 수유 소와 최근에 출판 된 연구에서, AHCS는 (SF 6 16.0 1백11%에 대 14.1-22.4 %) (13) SF (6) 방법보다 작은 CV를 생산 (P <0.001)에 의해 억제되었다 메탄 생산을 반추위하는 48 수유 젖소와 펜실베니아 주립 대학에서 실시한 12 주간의 실험에서, 우리는 AHCS과 SF (6) 방법은 유사한 메탄 방출 결과를 생산 결론 : 319~481그램 / 하루에 소 (평균 = 374g / D; SEM = 15.9, CV = 13 %)과 3백45~4백8​​5g / 하루에 소가 (평균 = 396g / D; SEM = 29.8, CV = 23 AHCS와 SF 6, 각각 14 %).

결론적으로, 정확하지만, 반추위에서 메탄 생산을 측정하기위한 실제적인 기술에서 온실 가스 감축 노력의 성공을 위해 매우 중요하다. AHCS 4와 CO 2 배출량 쇠고기와 낙농 가축의 장내 채널의 안정적이고 정확한 견적을 제공하는 입증 된 자동 가스 측정 시스템입니다.

Disclosures

저자 패트릭 R. 짐머만과 스콧 R. 짐머만은 C-잠금, Inc.의 공동 소유자이다

(래피드 시티, SD), GreenFeed (AHCS)의 제조자는이 문서에서 설명.

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

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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).
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