Использование автоматизированной системы (GreenFeed) для мониторинга Кишечная метана и диоксида углерода выбросов из жвачных животных

Environment
 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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

Жвачных животных (домашних или диких) выделяют метан (CH 4) посредством кишечной ферментации в их желудочно-кишечном тракте и от разложения навоза во время хранения. Эти процессы являются основными источниками выбросов из систем животноводства парниковых газов (ПГ). Методы измерения кишечно CH 4 варьируются от прямых измерений (дыхание камер, которые с высокой точностью, но с ограниченной применимости) для различных косвенных методов (снифферы, лазерной технологии, которые практично, но с переменным точности). Гексафторид серы (SF 6) метод меченых атомов газа обычно используется для измерения в кишечнике CH 4 производство учеными животных и в последнее время, применение Автоматизированной системы Head-камерного (ЩГК) (GreenFeed, C-Lock, Inc., Рапид-Сити, SD), который находится в центре внимания этого эксперимента, растет. ЩГК является автоматизированная система для мониторинга CH 4 и диоксид углерода (СО 2) массовые потоки отДыхание жвачных животных. В типичной операции ЩГК, в небольших количествах травля канал распределяют на отдельных животных, чтобы заманить их в ЩГК несколько раз в день. Как посещает животное ЩГК, система вентилятор тянет воздух мимо морды животного во впускной коллектор, а через сбора воздуха трубы, где непрерывные расход воздуха измеряются. К югу от образца воздуха выкачивается из трубы в недиспергирующих инфракрасных датчиков для непрерывного измерения СН 4 и ​​СО 2 концентрациях. Полевые сравнения ЩГК к дыхания камер или SF 6, показали, что ЩГК производит повторяющиеся и точные результаты СН 4 выбросов, при условии, что визиты животных в ЩГК являются достаточными, чтобы оценки выбросов представитель суточного ритма производства рубца газа. Здесь мы демонстрируем использование ЩГК для измерения CO 2 и CH 4 потоков от молочных коров, приведенных в контрольную диету или диету с добавлением ореха кешью технического качестваоболочки жидкости.

Introduction

Животноводство представляет собой значительный источник выбросов по всему миру парниковых газов (ПГ), генерации CH 4 и закись азота либо напрямую (например, от кишечной ферментации и навоза) или косвенно (например, из корма-производственной деятельности и превращения лесов в пастбища или пахотные земли). Оценки вклада животноводства в глобальной эмиссии ПГ варьировать от приблизительно 7 1 до 18% 2, в зависимости от границ анализа и используемых методов. В Соединенных Штатах, сельскохозяйственные животные представлены 3,1% от общего объема выбросов парниковых газов в 2009 году 3.

Кишечная СН 4 является крупнейшим источником выбросов парниковых газов от животноводства. Таким образом, ученые животных сосредоточили свои исследования по выявлению технологии смягчения для снижения Enteric СН 4 от производства жвачных животных. Во многих случаях, результаты сомнительной научной ценности из-за недостаточного экспериментального проектирования OМетоды измерения R 1. Таким образом, точность и точность методов измерения критически важными компонентами исследования по сокращению выбросов ПГ. Большое количество литературы было опубликовано на эту тему в последние годы 4-7. Есть несколько подходов, установленные для измерения Enteric СН 4 жвачных животных в производство, в том числе дыхания камер (высокой точности, но с ограниченной применимости), трассирующих газов (гексафторида серы; SF 6), и штаб-камер. Хотя дыхание камеры считаются "золотым стандартом" для измерения выбросов газов рубца, их основным недостатком является то, что количество животных на суде, как правило, ограничены из-за ограниченного числа камер, доступных на конкретной научно-исследовательский центр. Наиболее практичным и широко используемые методы измерения кишечно СН 4 производства являются метод газа 6 трассирующими СФ и в последнее время, система Head-камера Автоматизированная (ЩГК, GreenFeed), что сМонитор СН 4 и ​​СО 2 массовые потоки от дыхания и отрыжка газа жвачных 8. И SF 6 и техника ЩГК включить выбросы должны быть проанализированы на большом количестве животных в условиях свободного выпаса или в свободно-и галстук-коровниках. СФ 6 техника использует SF 6 в качестве индикаторного газа, который непрерывно освобождается от проникающей трубку, вставленную в рубце животного, сбор образца выдыхаемого газов, и анализ газа на SF 6: CH соотношение 4. ЩГК является автоматизированным, головной камера тип системы, которая также основана на использовании индикаторного газа (пропан). По сравнению с методом дыхания камеры, где животные ограничены в ненормальных кормления и поведения условий, и с методом SF 6 индикаторного, который требует специальных аналитических навыков и оборудования (для сбора газа и SF 6 анализа), а также обширной обработки животных, ЩГК не является -intrusive и дешевлеприобретать и работать. Основные недостатки ЩГК включают нерепрезентативных выборки (в приложениях, таких как системы выпаса, где животные должны добровольно посетить устройство) и использование приманки, корма, которые могли бы представлять до 5% от потребления сухого вещества животного во время измерения газа события. Последние сравнительные эксперименты пришли к выводу, что ЩГК производит уровня выбросов, сопоставимые с теми, оценивается с помощью дыхания камеры или технику 9,10 SF 6.

Система ЩГК автономный строится вокруг надежной автоматической подачи, которая легко транспортируется вручную или может быть установлен с прицепом, оборудованным с солнечными панелями (или других источников питания) для автономной работы на местах и ​​дальних путешествий. Система включает в себя животных Радиочастотная система идентификации (RFID), системы травли, в вентиляционное и системы измерения, системы индикаторного газа, электроники и систему связи, и систему обработки данных (<сильный> Рисунок 1). Более подробную информацию можно найти в оригинальной патентной документации 11.

Пример ЩГК операция протокол, описанный ниже для дойных коров, размещенных в тай-стойловый сарай. Эта процедура применима к другим категориям скота (не кормящих молочных коров, нетелей, или крупного рогатого скота), размещенных на аналогичных установках. Целью этого эксперимента является демонстрация принципов и эксплуатации ЩГК для измерения СН 4 и ​​СО 2 выбросы от жвачных животных.

Protocol

Животные, участвующие в эксперименте, описанном в представительных результатов заботились в соответствии с руководящими принципами Комитета университет животных уходу и использованию штата Пенсильвания. Комитет рассмотрел и утвердил эксперимент и все процедуры, проводимые в исследовании. Подробности, такие как животного и диета информацию композиции и экспериментального проектирования, можно найти в полной публикации этого эксперимента 12.

Примечание: Для получения списка оборудования и материалов, необходимых для проведения эксперимента, см таблицу материалы.

1. Опытно-конструкторское

  1. Получить одобрение Институциональный комитет по уходу за животными и использование для эксперимента. Это неинвазивная процедура, которая не вызывает боли животному, и классифицируется как Министерство сельского хозяйства США Категория C (небольшое или мгновенное боли или страдания или без боли или страдания). Анестезия не требуется.
  2. Выберите нетронутыми (т.е. не канюлированных) коровДля эксперимента, основанного на стадии лактации, возраста и производства молока. Не используйте канюлированных коров с ЩГК из-за потенциальной утечки из рубца газа через канюли. Устройство, предназначенное для решения этой проблемы в настоящее время тестируется, но результаты здесь не приводятся.
  3. Если дизайн кроссовера (т.е., латинский квадрат, например) используется, использовать от 8 до 12 коров, в зависимости от количества процедур, в реплицированной конструкции сбалансированной остаточных эффектов. Если, например, 4 процедуры проверены, 8 коров даст дизайн испытание воспроизведены 4 × 4, и т.д.. Минимальная рекомендуемая продолжительность этих типов экспериментов 21 до 28 дней, с первых 14 до 21 дней для адаптации к лечению и 7 дней для сбора данных.
  4. Если рандомизированы дизайн блока используется, использовать от 12 до 15 коров за лечение. Включить ковариата период 2-неделю до начала сбора данных. Рекомендуемая продолжительность этих экспериментов от 8 до 12 недель, с первых 2 недель Бейнг для адаптации к лечению.
  5. Одета каждый экспериментального животного с ISO 11784 или 11785-совместимый идентификации RFID метки.

2. Обучение Животные использовать ЩГК

  1. Перед началом эксперимента, двигаться ЩГК в местах, где коровы находятся. Поместите устройство в течение зрением коров. Оставьте устройство там, по крайней мере 2 дней.
  2. Подготовка приманки канал, что животные, как. Различные каналы могут быть пытался соблазнить коров, хотя смесь 70% молотой кукурузы, 27% сухих патоки и 3% соевого масла (как есть масса основа) успешно используется в лаборатории. Избегайте липкие и пыльных каналы, которые могут засорить воздушный фильтр и систему доставки подачи ЩГК. Желательно, чтобы исходный материал осаждали.
  3. Дайте небольшое количество (горстка) корма для всех видов животных, поместив его в верхней части корма они используются для, того, чтобы они стали знакомы с подачей приманки.
  4. Очень медленно двигаться ЩГК до 1,5 м фром животное.
  5. Поместите около 1 кг приманки корма в ведро и позволяют животному понюхать и попробовать приманка. Постепенно двигаться ведро к кормушке блока ЩГК, заставляя животное, чтобы растянуть и достичь к кормушке ЩГК.
  6. Самосвал некоторые приманка из ведра в кормушке ЩГК и медленно перемещайте прибор ЩГК к корове. Если в любой момент обучения, корова становится опасения или страшно, переместите аппарат подальше от нее и попробовать еще раз в другое время или день.
  7. В течение нескольких дней, повторить обучение, пока животные не привыкли и возбуждается ЩГК блока, (то есть, приманка). Если животное не может привыкнуть к ЩГК, заменить другого животного до начала эксперимента и обучать новый животное следующий выше процедуры.

3. Калибровка ЩГК

Примечание: Концентрация диапазон датчика СО 2 от 0 до 5%;Диапазон датчика СН 4 от 0 до 2%. Обнаружение нижние пределы 20 частей на миллион для CH 4 и 50 частей на миллион для CO 2. Там нет опасения высоких фоновых уровней CH 4 и CO 2, потому что пределы обнаружения гораздо больше, чем безопасных уровней высокого фона этих газов на объектах животных.

  1. Для достижения максимальной точности, выполнить Эта процедура калибровки 5 раз в начале и в 3 раза в конце каждого эксперимента измерения газа.
  2. Используйте следующие газы (см Материалы таблицу): 0,15% СН 4 и ​​1% СО 2 (уровень сертифицирована мастер-класс, ± 2% точности) для калибровочного газа и 100% N 2 (99,999% чистоты) для нулевого газа.
  3. Заполните мешок образца 2 л нулевого газа, а другой мешок с 2 л чистоте газовой смеси. Будьте уверены, чтобы в полной мере использовать спущенном сумку. Заполните мешки с новой газа в день калибровки.
  4. Заменить сумки после 1 года использования или менее, если это необходимо.
  5. Возьмите газСтандарты на место, где эксперимент измерение газа происходит. Если животные и измерения происходят в закрытом учреждении (т.е.., Молочный сарай), поверните сарай поклонников на протяжении всего процесса калибровки. Это необходимо, чтобы свести к минимуму влияние концентрации метана в фоновом воздухе.
  6. Включите ЩГК и пусть это тепло до калибровки, по крайней мере 30 мин. Удалить пробку из калиброванной трубки, расположенной внутри передней панели. Убедитесь, что нет воды в калибровочной трубки. Удалить воду, если это необходимо. Вода разрушит датчики концентрации газа.
  7. Подключите мешок образца N 2 (нулевой газ) для калибровки трубки. Отвинтите пластиковую клапан на образец мешок против часовой стрелки на 1 полный оборот, чтобы поток.
  8. Включите "RUN калибровку" ручку, расположенную на панели управления прибором в ЩГК в "откалибровать". Это начнет накачки образца из мешка. Как только начинается потока, нажмитеи удерживайте кнопку "Калибровка" на 10 сек, затем отпустите ее.
  9. Подождите, отбора проб, чтобы выкачать около 10% своей мощности. Не полностью опорожнить мешок, это может повредить датчик. После того, как мешок около 10% своей мощности, поверните ручку "ПУСК калибровку" обратно в "RUN".
  10. Закройте мешок образца и отключите его от калиброванной трубки. Подождите 2 минуты, а затем подключите диапазона газовой смеси сумку с калибровочной трубки.
  11. Повторите шаг 3.7.
  12. После того, как поток начинает, нажмите и удерживайте кнопку "Калибровка" в течение 3 сек, затем отпустите ее.
  13. Повторите шаг 3.10.
  14. Закройте мешок образца и отключите его от калиброванной трубки. Замените пробку в калибровочной трубки.
    Примечание: После завершения калибровки "фактор" величины появятся на вкладке данных на веб-странице. Коэффициент вариации факторов должно быть не менее 3% и 1% для СН 4 и ​​СО 2, Respectively. Если не в пределах этого диапазона, повторите калибровку.

4. СО 2 Восстановление Тест

  1. Выполнить восстановление тест СО 2, по крайней мере один раз (3-релизы = 1 цилиндр СО 2) перед каждым экспериментом измерения газа. В непрерывных приложений, выполните тест восстановления один раз в месяц.
  2. Убедитесь, что тест восстановления клапана СО 2 выключен (клапан перпендикулярна сопла). Прикрепите новый СО 2 цилиндра к системе выпуска и поверните клапан по часовой стрелке до упора.
  3. Уровень и нулю массовый характер. Поместите всю систему выпуска по шкале, чтобы обеспечить ее точность. Тест, чтобы обеспечить СО 2 течет: открыть клапан ON / OFF и быстро закрыть его снова, прислушиваясь к CO 2, выходящий из сопла. Там должно быть "желающее" звук, когда СО 2 течет.
  4. Прикрепите держатель СО 2 цилиндра к кормушке. Из пвл дальше, не позволяйте животные получают около / дышать в податчик. Люди также не должны дышать в податчик.
  5. Взвесьте СО 2 цилиндра с системой выпуска. Запишите эту массу как исходной массы. Запишите текущее местное время в начале каждого выпуска СО 2.
  6. Поместите СО 2 цилиндра и систему выпустить в держатель цилиндра CO 2 (кормушка) и направить сопло в коллектор. Не вдыхать в устройство подачи.
  7. Включите клапана ON / OFF, чтобы освободить СО 2 и записать время выпуска начала. Вернуться в несколько футов от подачи и ждать 3 мин. Через 3 мин, выключить / кран и запись стоп время включения выпуска.
  8. Снимите цилиндр плюс релиз системы СО 2 от подачи. Не открутить СО 2 цилиндра от системы выпуска. Держите СО 2 цилиндра в ванну теплой воды (от 37 до 43 ° C). Поместите только цилиндр в воду, а не системы в целом отпустите.
  9. 2 цилиндра разогревается, удалить его из воды и использовать для сушки ткань, чтобы вытереть всю воду из него. Взвесьте СО 2 цилиндра с системой выпуска и записывать это как окончательное массы.
  10. Подождите, по крайней мере, 3 мин до следующего релиза. Во время 3 мин время ожидания, не допускать животного или человека возле блока. A 90 г СО 2 цилиндра обеспечит около 3-релизы, так что используйте несколько цилиндров, если есть более чем в 3-релизы. Когда цилиндр пуст, вес пустой барабан и продолжают с новым цилиндром, как описано выше.
  11. Повторите шаги 4.3 через 4,9, по крайней мере 3 раза, отмечая новое стартовое время, время, начальную массу и конечной массы каждого выпуска остановиться.
  12. После финального релиза, ждать по крайней мере 3 мин, прежде чем разрешить доступ животных к блок. Когда закончите, отвинтить СО 2 цилиндра от системы выпуска.

Измерение 5. Газ

Примечание: ПередИзмерение газа, в последнее время (в течение недели) калибровка ЩГК требуется. См шаги 3, Калибровка ЩГК и 4, CO 2 теста восстановления. Убедитесь, что RFID-метка животного на месте.

  1. Мощность до ЩГК и оставьте на 30 мин, чтобы разогреться перед выполнением измерений.
  2. Позиция ЩГК, так что поток воздуха от вентиляторов сарай разрешено войти в кормушке. Подождите 2 минуты. Нажмите кнопку подачи доставки и удерживайте в течение 3 сек, чтобы доставить примерно 50 г корма. Визуально проверить, что подача была доставлена ​​в кормушку.
  3. Раскатайте ЩГК перед коровой. Запишите время в эксперименте ноутбука. Устройство будет читать RFID метки животного.
  4. Доставка питают 5 дополнительных раз в течение периода выборки 5 мин, интервалы между ними, чтобы попытаться сохранить голову животного непрерывно в кормушке. Если дополнительная подача требуется (чтобы голову животного в кормушку), запишите его в эксперименте ноутбука.
  5. Нее: Кормовые / гранулы, как правило, поставляется один раз в 50 сек в общей сложности 6 капель (300 г / событий измерения), чтобы получить отдельные периоды измерений от 5 мин. ЩГК оснащен инфракрасными датчиками, чтобы постоянно следить за расстояние животного головки относительно впускного коллектора. Эти данные впоследствии используются для определения периоды, когда голова животного не было в положении, и эти данные измерений отбрасываются.
  6. После того, как 5 мин период выборки истек, тянуть ЩГК от животного и положение устройства, так что поток воздуха от вентиляторов сарай разрешено войти в кормушке. Подождите 2 мин смыть воздух через систему и собрать исходные данные состава воздуха.
  7. Повторите шаги 5.2 через 5,5 дополнительных животных.
  8. Повторите дискретизации 8 раз в течение 24 ч цикла кормления, в шахматном порядке со временем в течение 3-дневного периода. Следующий график выборки успешно используется: 0900, 1500, 2100 и ч (дискретизации 1 день), 0300, 1200, и 1700 ч (день 2 выборки) и 0000, 0500 и HR (3 выборки день). Этот график выборки будет поставлять 8 образцов на животное и за период отбора проб. Время выборки может варьироваться в зависимости от кормления и доения раз.
    Примечание: При дискретизации газа завершается, получить данные о выбросах с веб-страницы.

Representative Results

Фигура 1

Рисунок 1: Компоненты системы Head-камерного автоматизированной (ЩГК, GreenFeed) для измерения CH 4 производство в жвачных животных.

Производство метана в рубце является субстратом зависит от микробиологический процесс 7. Производство СН 4 и ​​СО 2 увеличивается после животное кормили и уменьшается после этого. Рисунок 2 демонстрирует увеличение СН 4 от производства молочных коров кормили вволю в окрестностях 0600 ч (неопубликованные данные по Н. Христов, Pennsylvania State University).

Рисунок 2
Рисунок 2: Дневная выбросы СН 4 из коровы кормили один раз в день измеряется с помощью ЩГК (бары ошибках представляют SE; данные любезность Христов, Pennsylvania государственный университет).

Столбики ошибок на этом рисунке представляют изменчивость в СН 4 эмиссии во время события выборки (которая включает в себя несколько циклов отрыжка). Очевидно, что в некоторых случаях (около 0400 и 0900 ч), вариабельность была больше в связи с изменением концентрации CH 4 в выдыхаемом газов. Ясно также, что выбросы СН 4 увеличилась после кормления (который был вокруг 0600 ч в этом примере). Среднесуточная СН 4 выбросов (т.е.., В среднем событий измерения 13) от этой коровы было 727 ± 22,9 г / сут, или 26 г / кг, когда в расчете кг потребления сухого вещества диета (DMI).

Чтобы продемонстрировать диапазон выбросов СН 4 от группы кормящих молочных коров, измеренных с помощью ЩГК, мы включаем данные из недавнего судебного разбирательства дизайна кроссовера, проведенного в Университете штата Пенсильвания, который использовал их технические ореха кешью жидкости в CH 4 агент смягчение (Таблица 1). Судебный процесс был с 8 кормящих Гольштейн молочных коров и 2 экспериментальных периодов 21-дней каждый. Данные были собраны метана в течение последней недели каждого периода. Данные выбросов метана не были собраны от одной коровы в период с 1 и данные для этого коровы были также не используется в течение 2. Подробности эксперимента можно найти в Бранку и соавт. 12. Средняя СО 2 выбросов в данном исследовании была более 18000 г / корову в день, или 634 г / кг DMI. Средняя СН 4 выбросов для этой группы коров был 523 г / день или 20 г / кг DMI, который похож на среднего выбросов СН 4 сообщается для набора данных более 370 средств лечения (19,1 ± 0,43 г / кг DMI) 7. В исследовании, представленном в таблице 1, по сравнению с контролем, технически чистый ореха кешью жидкости имели тенденцию к снижению производства CH 4 в рубце коров примерно на 5% = 0,08) 12.

e_content "> Таблица 1

Discussion

Система ЩГК сочетает в себе элементы динамической техники корпуса, системы камеры, и техники для измерения индикаторного массовых потоков СН 4 и ​​СО 2. В течение суток, он собирает несколько образцов от каждого животного, чтобы определить среднюю полные потоки массовых ежедневно газа. Для идентификации животных и доставить правильное количество прикормки, считыватель RFID включена в ЩГК. Тег RFID читается как животное начинает размещать свою голову в податчик. После того, как животное идентифицируется, ЩГК определяет, если он имеет право на получение вознаграждения приманки в то определенное время дня (выпаса скота или свободной кабина сарай приложения). Начало и конец время визита каждого животного (определяется на основе инфракрасных датчиков) автоматически записывается. Система доставки приманки используется для привлечения животных ЩГК периодически в течение дня. Как правило, подача травля гранулируют и могут содержать травы, люцерны, концентраты зерна, мелассы, и растительное масло.То время как, посещения животных ЩГК, вентилятор тянет воздух над головой (со скоростью около 26 л / мин), подметание, излучаемый CH 4 и CO 2 в воздухозаборник коллектора. Скорость потока воздуха постоянно измеряется с горячей пленки анемометра в середине сбора воздуха трубы. Непрерывный подвыборка воздуха извлекается и направляется во вторичный фильтр образца, затем в двух недисперсионный Инфракрасные анализаторы, одного датчика для CO 2 и один для CH 4. ЩГК также включает в себя дополнительные датчики для температуры воздуха, влажности воздуха, падение приманки, напряжения системы, атмосферного давления, скорости потока пропана, и положение головы. Пастбищные и прицепные версии для систем выпаса включают чашки анемометра (локальный скорость ветра) и флюгер (направление ветра). Все данные датчика хранятся на локальном регистраторе данных и компьютером, позволяя ЩГК автоматически и независимо функционировать. Данные датчиков также хранятся на внутренней стандартной USB (Universal Serial Bus) флэш-памяти. Данные ЩГКкак правило, передается через интернет-связь, один раз в час, на внешний сервер, где они постоянно зарегистрированы. Люди с подключением к Интернету могут удаленно войти в ЩГК и управлять устройством, изменение графиков травли, и рассмотреть исторические и данных в реальном времени, а также обзор и контролировать функцию ЩГК.

В целом, эксперименты, проведенные на государственном университете Пенсильвании показали, что система поставляет надежные ЩГК оценки CH 4 и CO 2 выбросов от молочных коров, размещенных в тай-коровниках. Преимущества ЩГК более дыхания камер, что животное не ограничивается, и в своей естественной среде (т.е.., На пастбище), или может свободно перемещаться (в свободной от опрокидывания амбаре). ЩГК также дешевле построить, чем традиционные дыхательной камере. Это относительно низкая стоимость является важным, особенно для СН 4 исследований по смягчению последствий в развивающихся странах. По сравнению с SF 6 следг метод ЩГК проще в эксплуатации и не требует сложного и дорогостоящего аналитического оборудования. Возможно, наиболее очевидным недостатком ЩГК, по сравнению с камерами и SF 6 методов (в частности, при использовании в выпас или свободной кабина сарай сред), является то, что животное имеет добровольно подойти устройство и, следовательно, события измерения газа зависят от посещений животных , В течение дня, эти визиты животных могут быть или не быть представителем суточного ритма СН 4 производства. Таким образом, в тех случаях, когда визиты животных ЩГК добровольно, период дискретизации должна быть достаточно длинной, или повторяется достаточное количество раз. Галстук-кабина приложение используется в Университете штата Пенсильвания снимает эту проблему путем контроля количества и временного распределения измерений газа в течение 24 ч цикла кормления. Достаточное выборки отрыжка газа во время цикла подачи (как показано в приведенном выше протоколе) имеет важное значение для representatiве оценку СН 4 производства в рубце крупного рогатого скота. Количество приманки подачи подается на животных в процессе измерений с использованием ЩГК следует рассматривать в общем анализе (например, должны быть добавлены к общему количеству корма, потребляемого животного), так что интенсивность излучения на единицу корма DMI может быть точно По оценкам. При нормальных условиях кормления, то приманка составляет менее 5% от общего DMI из молочных коров и его влияние на рубце брожения и СН 4 производство мало. Он отметил, что ЩГК (и другие подобные системы) не измерить СН 4 производство в кишке животного. Кишки брожения, однако, вносит лишь около 3% от общего объема выбросов СН 4 в жвачных животных 7.

Основываясь на опыте, есть несколько важных компонентов измерения производства кишечно рубца газа, используя ЩГК: (1) животное должно быть приучены к корму наживления (и ЩГК) и имеет тО, как это для того, чтобы приблизиться к и использовать подачи ЩГК (2) голова животного должна быть вставлена ​​полностью в податчик для того, чтобы собрать достоверные данные о выбросах газа, (3) процедура калибровки ЩГК должен строго следовать (4), достаточно времени, чтобы собрать фоне СН 4 и ​​СО 2 данных между выборки отдельных животных важно, особенно в привязывайте или свободной коровниках, и (5), важно, что достаточно данных собраны в цикле выборки ( охватывающий период 24 ч), так что данные о выбросах, порожденные ЩГК представляют фактического суточного CH 4 или CO 2, выбросы животным.

Сравнительные испытания с ЩГК против установленных методов измерения СН 4 поддерживают выше выводы. Например, исследование, с ростом молочных телок к выводу, что ЩГК был способен оценить выбросы СН 4 от скота и выбросов оценок, порожденных ЩГК были сопоставимыдо значений, полученных при дыхании камер 9. Эти авторы отметили, что развертывание подразделений ЩГК и репликация должна быть тщательно продумана, чтобы обеспечить достаточное количество измерений получены. Основываясь на опыте, 8 события выборки, в шахматном порядке в течение 3-дневный срок, чтобы покрыть цикл подачи 24 ч (см протокол выше) являются достаточными для получения точных измерений газообразных выбросов и относительно низкое изменчивость данных (т.е., приемлемой точности). В исследовании с дойных коров, был сделан вывод, что выбросы CH 4, измеренные ЩГК были похожи на литературных значений, полученных из дыхательных камерах и между изменчивостью животных (CV от 11 до 12%; повторяемость 0,64 0,81) также в пределах Диапазон сообщалось дыхания камер 10. В недавно опубликованном исследовании с кормящих коров, ЩГК производится меньше, чем резюме метода SF 6 (14,1 до 22,4% против 16,0% в 111 для SF 6) 13 4 производство было запрещено на 30% (P <0,001), мы пришли к выводу, что ЩГК и метод SF 6 производится подобные СН 4 результаты выбросов : 319, чтобы 481 г / корову в день (среднее = 374 г / день; SEM = 15,9; CV = 13%) и 345 с 485 г / корову в день (среднее = 396 г / день; SEM = 29,8; CV = 23 %) для ЩГК и SF 6, соответственно 14.

В заключение, точно, но практических методов для измерения СН 4 производства в рубце являются критически важными для успеха усилий по смягчению последствий ПГ. ЩГК является автоматизированная система измерения газа, что было доказано, чтобы доставить надежные и точные оценки кишечной CH 4 и СО 2 выбросы от мясного и молочного крупного рогатого скота.

Disclosures

Авторы Патрик Р. Циммерман и Скотт Р. Циммерман являются совладельцами C-Lock, Inc.

(Рапид-Сити, Южная Дакота), производитель GreenFeed (ЩГК), описанные в этой статье.

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