Bir Otomatik Sistem (GreenFeed) Kullanımı Ruminant Animals Enterik Metan ve Karbon Dioksit Emisyonları izlemek için

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

Ruminant hayvanların (evcilleştirilmiş veya vahşi) kendi sindirim sisteminde ve depolama sırasında gübrenin ayrışmasından enterik fermantasyon yoluyla metan (CH 4) yayarlar. Bu süreçler sera gazı (SG) hayvansal üretim sistemlerinden kaynaklanan emisyonlara başlıca kaynaklarıdır. Enterik CH 4 ölçme teknikleri (ama sınırlı uygulanabilirliği ile, son derece hassas olan solunum odaları,) çeşitli dolaylı yöntemlerle doğrudan ölçümlerden farklı (pratik izleyiciler, lazer teknolojisi, ama değişken doğrulukla). Kükürt heksafluorür (SF 6) izleyici gaz yöntemi yaygın olarak hayvan bilim adamları tarafından ve daha yakın enterik CH 4 üretimini ölçmek için kullanılan, bir Otomatik Head-odası Sistemi (AHCS) (GreenFeed, Cı-Lock, Inc., City of Rapid uygulanması, Bu deneyin odak noktası SD), artmaktadır. AHCS kitle akıları CH 4 ve karbondioksit (CO2) izlemek için otomatik bir sistemdirgeviş getiren hayvanların nefes. Tipik bir AHCS operasyonda, yem mola küçük miktarlarda günlük AHCS birden çok kez onları cezbetmek için bireysel hayvanlara dağıtılmıştır. Hayvan AHCS ziyaret gibi, bir fan sistemi emme manifolduna hayvanın namlu geçmiş havayı çeker ve sürekli hava akımı oranları ölçülür bir hava toplama borusu içinden. Bir hava alt örnek CH 4 ve CO2 konsantrasyonları sürekli ölçülmesi için non-dispersive bir kızıl-ötesi sensör içine boru üzerinden pompalanır. Solunum odalar ya da SF 6 AHCS Alanı Bu karşılaştırmalar AHCS, tekrarlanabilir ve hassas şekilde CH 4 emisyon sonuçlar üretir AHCS bu hayvan kez emisyon tahminleri rumen gazı üretiminin gündüz ritim için temsili olacak şekilde yeterli olması koşuluyla olduğunu göstermiştir. Burada, biz AHCS kullanımı 4 tozlar kontrol diyet veya teknik dereceli kaju somunu ile desteklenmiş bir diyet verilen süt ineklerinin gelen CO 2 ve CH ölçmek göstermekKabuk sıvı.

Introduction

Hayvansal üretim dolaylı ya da (örneğin, yem-üretim faaliyetleri ve orman dönüşüm mera içine ya da (enterik fermantasyon ve gübre yönetimi, gibi) ya doğrudan CH 4 ve azot oksit üreten, sera gazı (SG), dünya çapında emisyonlarının önemli bir kaynağını temsil ekili arazi). Küresel sera gazı emisyonuna katkısı hayvancılık için tahminler kullanılan analiz ve yöntemler sınırları bağlı olarak yaklaşık 7 1 2% 18 arasında değişmektedir. Amerika Birleşik Devletleri'nde, hayvancılık 2009 3 toplam sera gazı emisyonlarının% 3.1 temsil etti.

Enterik CH 4 hayvancılıktan sera gazı emisyonlarının en büyük katkıda bulunuyor. Bu nedenle, hayvan bilim adamları ruminantlarda enterik CH 4 üretimini azaltmak için hafifletme teknolojilerini keşfetmek üzerine araştırma odaklanmıştır. Birçok durumda, sonuçlar yetersiz deneysel tasarım o kadar şüpheli bilimsel değeri vardırr ölçüm teknikleri 1. Böylece, ölçüm teknikleri doğruluk ve kesinlik eleştirel sera gazı azaltım araştırmanın önemli bileşenleridir. Literatürde büyük bir vücut, son yıllarda 4-7, bu konuda yayınlanmıştır. Ve baş odaları; solunum odalarına (son derece hassas ama sınırlı uygulanabilirliği ile), izleyici gazlar (SF 6 sülfürhekzaflorür) de dahil olmak üzere enterik CH geviş getiren hayvanlarda 4 üretimini ölçmek için birkaç kurulan yaklaşımlar vardır. Solunum odaları Rumen gazı emisyonlarını ölçmek için "altın standart" olarak kabul edilse de, onların en büyük dezavantajı yargılanan hayvan sayısı nedeniyle genellikle belirli bir araştırma tesisinde mevcut odaların sınırlı sayıda sınırlı olmasıdır. Enterik CH 4 üretimini ölçmek için en pratik ve yaygın olarak kullanılan teknikler son zamanlarda, Otomatik Head-Chamber Sistemi (AHCS, GreenFeed) o c SF 6 izleyici gaz yöntemdir vegeviş getiren hayvanların 8 nefes ve geğirme gazından bir monitör CH 4 ve CO 2 kütle akıları. SF 6 tekniği ve AHCS emisyonlarını etkinleştirmek Hem serbest otlatma koşullarında veya serbest ve tie-durak ahırlarda hayvanların çok sayıda analiz edilecek. CH 4 oranı: SF 6 tekniği sürekli SF 6 için geçirgenlik solunan gazların bir numunenin bir hayvan, toplama işkembesinde takılı tüp, ve gaz analiz salınan bir izleyici gazın olarak SF 6 kullanmaktadır. AHCS bir izleyici gazın (propan) kullanımına dayanan otomatik bir baş-odası tipi sistemidir. Hayvanlar anormal beslenme ve davranış koşullarında sınırlı ve artı geniş hayvan işleme (gaz toplama ve SF 6 analiz için), özel analitik beceri ve ekipman gerektirir SF 6 izleyici yöntemi ile olan solunum odası yöntemi ile karşılaştırıldığında, AHCS non -intrusive ve daha az pahalıkazanmak ve işletmek. AHCS Başlıca eksiklikleri ve gaz ölçümü sırasında hayvanın kuru madde alımının% 5'e kadar temsil edebilir yem yem kullanımı (örneğin otlatma hayvanlar gönüllü birimi ziyaret etmek zorunda sistemleri gibi uygulamalarda) temsil edici örnekleme dahil Olay. Son karşılaştırmalı deneyler AHCS solunum odaları veya SF 6 tekniği 9,10 kullanılarak tahmin kıyaslanabilir emisyon oranlarını üretir sonucuna varmışlardır.

Tek başına AHCS sistemi elle kolayca taşınabilir ya da özerk alan çalışması ve uzun mesafe seyahat için güneş panelleri (ya da diğer güç kaynaklarına) ile donatılmış bir römorka monte edilebilen bir sağlam otomatik besleyici etrafında inşa edilmiştir. Sistem bir hayvan Radyo Frekansı ile Tanımlama Sistemi (RFID), bir canını sıkma sistemi, hava taşıma ve ölçüm sistemi, gaz izleyici sistemi, elektronik ve haberleşme sistemi ve veri işleme sistemi (<içerirstrong> Şekil 1). Daha fazla detay orijinal patent belgelerinde 11 bulunabilir.

Aşağıda açıklanan örnek AHCS operasyon protokolü tie-durak ahır içinde yer laktasyondaki inekler içindir. Prosedür benzer tesislerde yer sığır (non-emzikli süt inekleri, düvelerin veya sığır), diğer kategorilerde de uygulanabilir. Bu deneyin amacı, CH 4 ve CO geviş getiren hayvanlardan 2 emisyonlarının ölçümü için AHCS ilke ve çalışması göstermektir.

Protocol

Temsilcisi sonuçları açıklandığı deneyde yer alan hayvanlar Pennsylvania Eyalet Üniversitesi Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi kurallarına göre bakım bulundu. Komite inceledim ve deney ve çalışma yürütülen tüm prosedürleri onayladı. Hayvan ve diyet kompozisyonu bilgi ve deney tasarımı gibi detaylar, bu deneyde 12 tam yayında bulunabilir.

Not: teçhizat ve deney malzemeleri Tablo görmek için gerekli malzemeleri bir listesi için.

1. Deneysel tasarım

  1. Deney için Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Kurulu onayını alın. Bu hayvana hiçbir ağrıya neden olur ve USDA Kategori C (Hafif veya anlık ağrı veya sıkıntı ya da hiç ağrı veya sıkıntı) olarak sınıflandırılan bir non-invaziv bir işlemdir. Anestezi gerekli değildir.
  2. Bozulmamış (yani kanülsüz) inekleri seçinlaktasyon aşaması, yaş ve süt üretimine dayalı deney için. Çünkü kanül yoluyla işkembe gazının potansiyel kaçak AHCS ile kanüllü inekleri kullanmayın. Bu sorunu hafifletmek için tasarlanmış bir cihaz şu anda test ediliyor ancak sonuçlar burada rapor edilmez.
  3. Bir crossover tasarımı (yani, Latin kare, örneğin) kullanıldığı takdirde, kalıntı etkileri dengeli bir çoğaltılmış tasarım, tedavi sayısına bağlı olarak, 8 ila 12 inek kullanın. Örneğin, 4 tedaviler test ise, 8 inek vb çoğaltılmış 4 × 4 tasarım deneme verecektir. Deneyler bu tür önerilen minimum süresi birinci tedaviye uyum için 14 ila 21 gün ve veri toplama için 7 gün, 21 ila 28 gündür.
  4. Rastgele bir blok tasarımı kullanılırsa, muamele başına 12 ila 15 inek kullanın. Veri toplama başlamadan önce 2 haftalık öndeğişken dönemini kapsamaktadır. Bu deneyler için tavsiye edilen süre, ilk 2 hafta bein ile 8 ila 12 hafta arasında olantedaviye uyum örn.
  5. ISO 11784 veya 11785 ile uyumlu RFID tanımlama etiketi ile her deneysel hayvan donatın.

Hayvanların 2. Eğitim AHCS Kullanılır

  1. Deney başlamadan önce, inekler bulunduğu tesis içine AHCS taşıyın. Ineklerin içinde görme birimi yerleştirin. En az 2 gün boyunca orada üniteyi bırakın.
  2. Hayvanlar gibi bir yem yem hazırlayın. % 70 öğütülmüş mısır,% 27 kuru melas ve% 3 soya yağı karışımı (as-kilo bazında) başarıyla laboratuvarda kullanılan olmasına rağmen farklı yemler, inekleri ikna etmeye çalıştı olabilir. Hava filtresini ve AHCS besleme dağıtım sistemi tıkayabilir yapışkan ve tozlu beslemeleri kaçının. Bu besleme topak edilmesi tercih edilir.
  3. Onları yem yem aşina olmak için sırayla onlar için kullanılan yem, üstüne yerleştirerek tüm hayvanlara yem küçük bir miktar (bir avuç) verin.
  4. Çok yavaş yaklaşık 1,5 m fr için AHCS taşımakhayvan om.
  5. Bir kovaya yem yem yaklaşık 1 kg koyun ve hayvan kokusu ve yem yem tadı verir. Yavaş yavaş germek ve AHCS besleme yalak doğru ulaşmak için hayvan zorlayarak, AHCS ünitesinin besleme yalak doğru kova taşıyın.
  6. AHCS besleme çukur içine kovadan yem yem bazı Damper ve yavaş yavaş inek doğru AHCS ünitesini hareket ettirin. Eğitimin herhangi bir noktasında, inek endişeli ya da korkmuş hale gelirse, ondan uzak üniteyi taşımak ve başka bir zaman veya gün tekrar deneyin.
  7. Hayvanlar alışkın ve AHCS birimine (yani, yem yem) tarafından heyecanlıyız kadar birkaç gün boyunca, eğitim tekrarlayın. Bir hayvan AHCS alışmak yapamıyorsanız, deney başlamadan önce başka bir hayvan ile değiştirin ve yukarıdaki prosedürü izleyerek yeni hayvan yetiştirmek.

AHCS 3. Kalibrasyon

Not: CO2 sensörünün konsantrasyon aralığı% 0 ila 5 arasındadır;CH 4 sensör için 0 ile% 2 arasında bir. Algılama alt sınırları CH 4 20 ppm ve CO 2 için 50 ppm'dir. Tespit limitleri hayvan tesislerinde bu gazların güvenli, yüksek arka plan seviyelerinde çok daha büyük, çünkü CH 4 ve CO 2 yüksek arka plan düzeyleri hakkında hiçbir endişeler bulunmaktadır.

  1. Maksimum doğruluk için, her bir gaz ölçüm deney sonunda bu kalibrasyon prosedürü başında 5 kez ve 3 kez yapın.
  2. Aşağıdaki gazları kullanın (Malzeme Tablo): Span gazı ve% 100 N2 (saf% 99.999) için% 0.15 CH 4 ve% 1 CO 2 (grade sertifikalı ana sınıfı, ±% 2 doğruluk) sıfır gaz.
  3. 2 sıfır gaz L ve yayılma gaz karışımının 2 L başka çanta ile örnek bir çanta doldurun. Tamamen sönmüş çantayı kullandığınızdan emin olun. Kalibrasyon gününde yeni gaz ile çanta doldurun.
  4. Kullanım gerekirse, ya da daha az 1 yıl sonra çanta değiştirin.
  5. Gaz alGaz ölçüm deneme gerçekleşir yere standartları. Hayvanlar ve ölçüm kapalı bir tesiste (yani., Bir süt ahır) gerçekleşecek olursa, tüm kalibrasyon işlemi sırasında AÇIK ahır fanları açın. Bu arka plan havadaki metan konsantrasyonunun etkisini en aza indirmek için gereklidir.
  6. AHCS AÇIN ve en az 30 dakika süreyle kalibrasyon önce ılık olsun. Ön panelde içinde bulunan kalibrasyon tüpünden stoper çıkarın. Kalibrasyon tüpünde su olduğundan emin olun. Gerekirse, su çıkarın. Su, gaz konsantrasyonu sensörleri yok edecektir.
  7. Kalibrasyon tüpüne N2 numune poşeti (sıfır gaz) bağlayın. Akışına izin vermek için örnek torba saat yönünün tersine 1 tam dönüşte plastik kapak sökün.
  8. "KALİBRE" için AHCS aracı kontrol panelinde bulunan "RUN-KALİBRE" düğmesini çevirin. Bu çantanın dışına numune pompalama başlayacak. Akış başladıktan sonra, basınve daha sonra 10 saniye boyunca "CALIBRATE" düğmesini basılı tutun ve bırakın.
  9. Kapasitesinin yaklaşık% 10 söndürülmesi için örnek torba bekleyin. Torbayı tamamen boşaltmayın, bu sensöre zarar verebilir. Torba kapasitesinin yaklaşık% 10 olduğunda, "RUN" geri "RUN-KALİBRE" düğmesini çevirin.
  10. Numune çanta kapatın ve kalibrasyon tüpü ayırın. 2 dakika bekleyin ve sonra, kalibrasyon tüpü span gazı karışımı çanta bağlayın.
  11. Adımı yineleyin 3.7.
  12. Akış, basın başlar ve sonra bırakın 3 saniye "CALIBRATE" düğmesini basılı tutun ve bir kez.
  13. Adımı yineleyin 3.10.
  14. Numune çanta kapatın ve kalibrasyon tüpü ayırın. Kalibrasyon tüpüne stoper değiştirin.
    Not: Kalibrasyon tamamlandıktan sonra, "faktörü" değerler web sayfasında veri sekmesinde belirecektir. Faktörleri varyasyon katsayısı% 3 ve CH 4 ve CO 2, r 1% 'den daha az olmalıdırespectively. Bu aralık içinde değilse, kalibrasyonu tekrarlayın.

4. CO2 Kurtarma Testi

  1. Her gaz ölçüm deneyden önce CO 2 kurtarma testini en az bir kez (CO 2 3 sürümleri = 1 silindir) gerçekleştirin. Sürekli uygulamalarda, ayda bir kez kurtarma testi uygulayın.
  2. CO 2 kurtarma test vanası KAPALI olduğundan emin olun (vana çıkış jetinin dik). Salma sistemine yeni bir CO 2 silindir takın ve sıkı kadar valf saat yönünde çevirin.
  3. Seviye ve kütle ölçeği sıfır. O doğru olduğundan emin olmak için ölçekte tüm bırakma sistemini yerleştirin. ON / OFF valfini açın ve memeden çıkan CO 2 dinlerken hızla tekrar kapatın: Test CO 2 akan sağlamak. CO 2 akan bir "whishing" sesi olmalıdır.
  4. Besleme yalak CO 2 silindir tutucu takın. N kaynaktanow üzerine, hayvanlar besleyiciye nefes / yakın olsun izin vermeyin. İnsanlar da besleyici içine nefes olmamalıdır.
  5. Bırakma sistemi ile CO 2 silindir tartılır. İlk kitle olarak bu kitle kaydedin. Her CO 2 salınımı başında geçerli yerel saati kaydedin.
  6. CO 2 silindir yerleştirin ve CO 2 silindir tutucu (besleme çukur) sistem içine bırakın ve manifolduna memeyi yönlendirin. Besleyiciye solumayınız.
  7. CO 2 serbest ve serbest bırakılması başlangıç ​​zamanını kaydetmek için ON / OFF valfi açın. Geri birkaç feet uzağa besleyici ve 3 dakika bekleyin. 3 dakika sonra, tahliye ON / OFF vana ve kayıt durdurma zamanı kapatın.
  8. Besleyici CO 2 silindir artı bırakma sistemini kaldırın. Salma sistemi CO2 silindir sökerek yok. Ilık su (37 43 ° C) bir küvette CO 2 silindir tutun. Suda sadece silindir değil, bütün bırakma sistemi yerleştirin.
  9. 2 silindir ısınmış sonra i> su çıkarın ve ondan tüm suyu temizlemek için bir kurutma bez kullanın. Bırakma sistemi ile CO 2 silindir tartılır ve bu nihai kitle kaydedilir.
  10. Bir sonraki yayınlanmadan önce en az 3 dakika bekleyin. 3 dk bekleme süresi sırasında, ünitenin yakınında herhangi bir hayvan veya kişiyi izin vermez. Bir 90 g CO2 silindir 3'ten fazla bültenleri varsa yaklaşık 3 bültenleri birden çok silindirlerin kullanmak sağlayacaktır. Silindir boşaldığında, boş silindir ağırlığında ve yukarıda tarif edildiği gibi, yeni bir silindir ile devam eder.
  11. Tekrarlama zamanı, ilk kitle ve her sürümde son kütlesini durdurmak, yeni bir başlangıç ​​zamanı işaretleme, 4.3 4.9 üzerinden en az 3 kez yineleyin.
  12. Son sürümünden sonra, hayvanlar ünitesi erişmek için izin vermeden önce en az 3 dakika bekleyin. Bittiğinde, salma sistemi CO2 silindir sökün.

5. Gaz Ölçümü

Not: Ön içinGaz ölçümü, (bir hafta içinde) son AHCS kalibrasyonu gereklidir. Adımları 3 görün AHCS ve 4, CO 2 kurtarma testi kalibrasyonu. Hayvanın RFID etiketi yerinde olduğundan emin olun.

  1. AHCS kadar güç ve 30 dakika boyunca AÇIK bırakın herhangi bir ölçüm yapmadan önce ısınmak için.
  2. Pozisyon AHCS böylece ahır hayranları bu hava akımı besleme yalak içine girmek için izin verilir. 2 dk bekleyin. Besleme Teslim düğmesine basın ve 3 sn besleme yaklaşık 50 gr teslim etmek için basılı tutun. Görme besleme besleme çukur içine teslim edildiğini doğrular.
  3. Bir inek önünde AHCS yuvarlayın. Deneme notebook zamanını kaydedin. Birim hayvanın RFID etiketi okuyacaktır.
  4. Besleme yalak sürekli hayvanın kafa tutmak teşebbüs etmek, onları boşluk, bir 5 dakika örnekleme süresi boyunca beslemektir 5 ek kez sunun. Ekstra besleme (besleme yalak içine hayvanın kafasını tutmak için) gerekli ise, deney deftere bunu not edin.
  5. Değile: Besleme / topaklar genellikle 5 dakika bireysel ölçüm dönemleri elde etmek için 6 damla olmak üzere toplam (300 g / ölçüm olayı) için bir kez her 50 saniyede teslim edilir. AHCS sürekli hava emme manifolduna hayvanın kafası göreceli mesafeyi izlemek için kızılötesi sensörler ile donatılmıştır. Bu veriler daha sonra hayvanın kafası konumunda değildi ve bu ölçüm verileri atılır dönemleri tanımlamak için kullanılır.
  6. 5 dk örnekleme süresi doldu kez ahır hayranları bu hava akımı besleme yalak içine girmek için izin, böylece uzak hayvan ve pozisyon biriminden AHCS çekin. Sistemi havayı temizlemek için ve arka plan hava kompozisyon veri toplamak için 2 dakika bekleyin.
  7. Tekrarlayın ek hayvanlar için 5.5 ile 5.2 arasındaki adımları.
  8. 24 saat besleme döngüsü sırasında 8 kez tekrarlayın örnekleme, 3 günlük süre içinde zaman içinde sendeledi. Aşağıdaki örnekleme planı başarıyla kullanılmıştır: 0900, 1500, ve 2100 saat (örnekleme gün 1), 0300, 1200, ve 1700 saat (örnekleme gün 2) ve 0000 ve 0500 saat (örnekleme gün 3). Bu örnekleme planı, hayvan başına ve örnekleme periyodu başına 8 örnekleri teslim edecek. Örnekleme kez beslenme ve sağma zamanlarına bağlı olarak değişebilir.
    Not: Gaz örnekleme tamamlandığında, web sayfasından emisyon verilerini almak.

Representative Results

Figür 1

Şekil 1: geviş getiren hayvanlarda CH 4 üretimini ölçmek için Otomatik Head-Chamber Sistemi (AHCS, GreenFeed) bileşenleri.

Rumende Metan üretimi substrat bağımlı mikrobiyolojik süreç 7'dir. Hayvan beslenen ve azalır sonra CH 4 ve CO2 üretimi artar daha sonra. Şekil 2 (AN Hristov, Pennsylvania Eyalet Üniversitesi bir yayınlanmamış veri) yaklaşık 0600 saat sonra, bir süt ineği beslenen ad libitum CH 4 üretimindeki artışı göstermektedir.

Şekil 2,
Şekil 2:; AN Hristov, Pen veri nezaket güniçi CH AHCS (hata çubukları kullanarak günde bir kez beslenen ölçülen süt inekten 4 emisyon SE temsilnsylvania Eyalet Üniversitesi).

Bu rakam hata çubukları (çoklu geğirme döngüleri dahil) bir örnekleme olay sırasında CH 4 emisyon değişkenliği temsil etmektedir. Bazı durumlarda, (0400 ve 0900 saat civarında), değişkenlik nefes verme gazları içinde CH 4 konsantrasyonunun değiştirilmesi nedeniyle daha büyük olduğu görülür. Bu CH 4 emisyonları (bu örnekte yaklaşık 0600 saat olduğu) beslendikten sonra arttığı da açıktır. Diyet kuru madde alımı (DMİ) kg başına ifade edildiğinde ortalama günlük CH 4 emisyon (yani., 13 ölçüm olayların ortalama) Bu inek 727 ± 22.9 g / gün veya 26 g / kg olmuştur.

4 emisyon AHCS kullanılarak ölçülen emziren süt ineklerinin bir grup CH aralığını göstermek için, bir CH 4 teknik dereceli kaju fıstığı kabuğu sıvı kullanılmıştır Pennsylvania State Üniversitesi'nde yapılan son crossover tasarımı deneme verilerini içerir azaltma maddesi (Tablo 1). Deneme 8 Emziren Holstein süt inekleri ve 21 gün her 2 deneysel dönemleri oldu. Metan verileri her dönemin son haftasında toplanmıştır. Metan emisyon verileri döneminde 1 bir inek toplanan değildi ve o inek için veriler de deney 2. Detaylar Branco ve ark. 12 bulunabilir dönemde kullanılmamıştır. Bu çalışmada ortalama CO2 emisyon günde 18.000 g / inek veya 634 g / kg DMI bitmişti. İneklerin bu grup için ortalama CH 4 emisyon 523 g / gün veya 4 emisyon 370 üzerinde tedavi araçlarının (19.1 ± 0.43 g / kg DMI) 7 bir veri kümesi için bildirilen ortalama CH benzer 20 g / kg DMI oldu. Kontrol grubu ile karşılaştırıldığında, Tablo 1 'de sunulmuştur çalışmada, teknik-gradlı Cashew-Nut-yaklaşık% 5 (p = 0.08) 12 ile ineklerde işkembesinde CH 4 üretimini azaltmak eğilimindedir.

e_content "> Tablo 1

Discussion

AHCS sistemi CH 4 ve CO 2 kütle akışı ölçümleri için dinamik bir muhafaza tekniği, bölme sistemi ve izleyici tekniğinin unsurları birleştirir. Gün boyunca, ortalama günlük toplam gaz kütlesi akıları tanımlamak için her hayvandan birden örnekleri toplar. Bir hayvan belirlemek ve yem doğru bir miktar vermek için bir RFID okuyucu AHCS içine dahil edilmiştir. Hayvan besleyiciye kafasını yere başlar RFID etiket okunur. Bir hayvan tespit edildiğinde o günün belirli bir zamanda bir yem ödül almaya uygun olup olmadığını, AHCS belirler (otlatma veya serbest durak ahır uygulamaları). Her hayvanın ziyareti (kızılötesi sensörler göre belirlenir) başlangıç ​​ve bitiş zamanı otomatik olarak kaydedilir. Yem dağıtım sistemi periyodik gün boyunca AHCS hayvanları çekmek için kullanılır. Tipik olarak, canını sıkma besleme Tablet ve çim, yonca, tahıl konsantreleri, pekmez, ve bitkisel yağ içerebilir.Bir hayvan ziyaretleri AHCS, fan (yaklaşık 26 L / dak hızında) onun başının üzerinde havayı çeker iken, bir hava emme manifolduna CH 4 ve CO 2 yayılan süpürme. Hava akış hızı, hava toplama borusu ortasında sıcak film anemometre ile sürekli olarak ölçülür. Hava sürekli bir alt numune çıkarılır ve daha sonra iki Yayılmayan Kızılötesi analiz, tek bir CO2 için sensör ve CH 4, içine bir ikinci numune filtrenin içine yönlendirilir. AHCS ayrıca hava sıcaklık, hava nemi, yem damla, sistem voltajı, atmosfer basıncında, propan akış hızı ve kafa pozisyonu için ek sensörleri içerir. Otlatma sistemleri için Mera ve römork takılı sürümleri fincan anemometre (yerel rüzgar hızı) ve rüzgar gülü (rüzgar yönü) içerir. Tüm sensör verileri otomatik ve bağımsız olarak çalışabilmesi için AHCS sağlayan bir yerel veri kaydedici ve bir bilgisayarda saklanır. Sensör verileri de bir iç standart USB (Universal Serial Bus) memory stick saklanır. AHCS verilerinormalde kalıcı kaydedilir harici bir sunucuya, saatte bir, bir internet bağlantısı üzerinden aktarılır. İnternet bağlantısına sahip kullanıcılar uzaktan AHCS giriş ve kontrol ünitesine, canını sıkma programları değiştirmek, tarihi ve gerçek zamanlı veri yanı sıra incelemesi ve AHCS fonksiyonunu izleyebilirsiniz.

Genel olarak, Pennsylvania State Üniversitesi'nde yapılan deneyler AHCS sistem CH 4 ve CO tie-durak ahırlarda yer süt ineklerinin 2 emisyonları için güvenilir tahminler sağladığını göstermiştir. Solunum odaları üzerinde AHCS avantajları hayvan kısıtlı ve doğal ortamında (yani., Merada), ya da özgürce (serbest durak ahır) hareket edemez olmasıdır. AHCS ayrıca geleneksel solunum odasına daha inşa etmek ucuzdur. Bu nispeten düşük maliyetli, özellikle gelişmekte olan ülkelerde CH 4 azaltım araştırma için önemlidir. SF 6 iz ile karşılaştırıldığındar yöntem olup, AHCS çalıştırmak için ve karmaşık ve pahalı bir analitik ekipman gerektirmez daha basittir. Belki (otlatma veya serbest durak ahır ortamlarda kullanılan özellikle) odaları ve SF 6 yöntemleri ile karşılaştırıldığında AHCS en belirgin dezavantajı, hayvan gönüllü birimi yaklaşım ve bu nedenle gaz ölçüm olayları hayvan ziyaretleri bağlıdır zorunda olmasıdır . Bir gün içinde, bu hayvan ziyaretleri ya da CH 4 üretim gündüz ritminin temsilcisi olmayabilir. Bu nedenle, uygulamalarda hayvan ziyaretleri AHCS gönüllü, örnekleme periyodu yeterince uzun olması ya da birkaç kez yeterli sayıda tekrarlanan nerede. Pennsylvania State University'de kullanılan tie-durak uygulaması 24 saat besleme döngüsü sırasında sayısını ve gaz ölçümleri zamansal dağılımı kontrol ederek bu sorunu hafifletir. (Yukarıdaki protokole gösterildiği gibi) bir besleme döngüsü sırasında geğirme gazının yeterli numune representati önemlidirSığırlarda işkembesinde CH 4 üretim tahminini ettik. AHCS kullanılarak ölçümler sırasında beslenen hayvanlara yem yem miktarı genel analizi (yani, hayvan tarafından tüketilen toplam besleme miktarının eklenmesi gerekir), yani emisyon yoğunluğu besleme birimi başına DMI doğru olabilir olarak düşünülmelidir Tahmini. Normal beslenme koşullarında, yem yem ruminal fermantasyon toplam bir süt ineklerinin DMI ve etkisi% 5'inden az temsil eder ve CH 4 üretim küçüktür. Bu AHCS (ve diğer benzer sistemleri), hayvanın arka bağırsaktan CH 4 üretimini ölçmek yok olduğunu belirtti. Hindgut fermentasyon Bununla birlikte, geviş getiren hayvana 7 toplam CH 4 emisyon yalnızca yaklaşık% 3 katkı sağlamaktadır.

Deneyimlerine dayanarak, AHCS kullanarak enterik rumen gaz üretiminin ölçülmesi birçok önemli bileşen vardır: (1) hayvan yemi canını sıkma (ve AHCS) alışık olması gerekir ve t vardıro yaklaşım ve AHCS besleyici kullanmak için gibi o, (2) hayvanın kafası güvenilir gazı emisyonları veri toplamak amacıyla besleyiciye tüm yol eklenecek vardır, (3) AHCS Kalibrasyon prosedürü sıkı takip edilmelidir (4) bireysel hayvanları örnekleme arasındaki fon CH 4 ve CO 2 veri toplamak için yeterli zaman sahip özellikle Tie ya da serbest durak ahırlar, önemlidir ve (5) bu (yeterli veri örnekleme döngüsünde toplanan önemlidir 24 saat dönemini kapsayan) bu yüzden AHCS tarafından üretilen emisyon verileri 4 veya CO2 emisyonları hayvanın gerçek gündüz CH temsilcisi vardır.

Kurulan CH 4 ölçüm teknikleri vs AHCS ile karşılaştırmalı testler yukarıdaki sonuçları destekleyen. Örneğin, artan süt düve ile bir çalışma AHCS AHCS tarafından oluşturulan hayvancılık ve emisyon tahminlerinden CH 4 emisyonlarının hesaplanması yeteneğine sahip olduğunu karşılaştırılabilir olduğu sonucuna varmışlardırsolunum odaları 9 ile elde edilen değerlere. Bu yazarlar, AHCS ünitelerin dağıtım işaret ve çoğaltma dikkatli ölçümler elde edilir yeterli sayıda sağlamak amacıyla dikkate alınmalıdır. Deneyimlerine dayanarak, 8 örnekleme olaylar, 24 saat besleme döngüsü (yukarıdaki protokol bakın) kapsayacak şekilde 3 günlük süre içinde sendeledi gaz emisyonlarının doğru ölçümler ve veri nispeten düşük değişkenlik (yani, kabul edilebilir kesinlik) elde etmek için yeterli bulunmaktadır. Emziren süt inekleri ile çalışmada, AHCS ile ölçülen CH 4 emisyon solunum odalarından ve hayvan değişkenliği arasında elde edilen literatür değerlerine benzer olduğu sonucuna varılmıştır (% 11 12 CV, 0.64 0.81 arasında tekrarlanabilirlik) içinde de aralık solunum odaları 10 bildirdiler. Emziren inek ile bir süre önce yayınlanan bir çalışmada, AHCS (SF 6 16.0% 111 vs 14,1-22,4%) 13 SF 6 yönteminden daha küçük bir CV üretti (p <0.001) tarafından inhibe edilmiştir CH 4 üretimini rumen hangi 48 emzikli süt ineklerinin, Pennsylvania State Üniversitesi'nde yapılan 12 haftalık deneyde, AHCS ve SF 6 yöntem benzer CH 4 emisyon sonuçlar sonucuna : 319 gr 481 / gün başına inek (ortalama = 374 g / d; SEM = 15.9; CV =% 13) ve 345 g 485 / günde inek (ortalama = 396 g / d; SEM = 29.8; CV = 23 AHCS ve SF 6, sırasıyla 14 için%).

Sonuç olarak, doğru, ama rumendeki CH 4 üretimini ölçmek için pratik teknikler içinde sera gazı azaltım çabalarının başarısı için kritik önem taşımaktadır. AHCS 4 ve CO2 emisyonları sığır ve süt sığır enterik CH güvenilir ve doğru tahminler sunmak için kanıtlanmıştır otomatik gaz ölçüm sistemidir.

Disclosures

Yazarlar Patrick R. Zimmerman ve Scott R. Zimmerman C-Lock, Inc.'in ortak sahipleri

(Rapid City, SD), GreenFeed (AHCS) üreticisi, bu maddede tanımlanan.

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