Brug af et automatiseret system (grovfoder) til Monitor Enteric metan og kuldioxid Emissioner fra drøvtyggere

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

Drøvtyggere dyr (husdyr eller vilde) udsender metan (CH 4) gennem tarmgæring i deres fordøjelseskanalen og fra nedbrydning af husdyrgødning under opbevaring. Disse processer er de vigtigste kilder til drivhusgasser (GHG) emissioner fra dyr produktionssystemer. Teknikker til måling af enterisk CH 4 varierer fra direkte målinger (åndedræt kamre, som er meget præcis, men med begrænset anvendelighed) til forskellige indirekte metoder (sniffere, laserteknologi, som er praktisk, men med variabel nøjagtighed). Den svovlhexafluorid (SF6) sporgasmetode er almindeligt anvendt til at måle enterisk CH4 produktion af dyre- forskere og mere for nylig, anvendelse af en Rapid City Automated Head-kammersystem (AHCS) (grovfoder, C-Lock, Inc.,, SD), som er i fokus i dette eksperiment, er vokset. AHCS er et automatiseret system til overvågning af CH 4 og kuldioxid (CO2) masse fluxe frapust af drøvtyggere. I en typisk AHCS drift bliver små mængder af lokkemad foder udleveres til de enkelte dyr at lokke dem til AHCS flere gange dagligt. Da dyret besøger AHCS, en fan-system trækker luft forbi dyrets snude ind i en indsugningsmanifold, og gennem en luft samling rør, hvor kontinuerlig luftmængde måles. En delprøve af luft pumpes ud af røret til ikke-dispersive infrarøde sensorer til kontinuerlig måling af CH 4 og CO 2 koncentrationer. Field sammenligninger af AHCS til respiration kamre eller SF 6 har vist, at AHCS producerer repeterbare og præcise CH4 emission resultater, forudsat at animalske besøg AHCS er tilstrækkelige, så emissioner estimater bygger på den døgnrytme vommen gasproduktion af. Her vil vi demonstrere brugen af AHCS at måle CO 2 og CH 4 fluxe fra malkekøer givet en kontrol kost eller en kost suppleret med teknisk kvalitet cashewnødder møtrikshell væske.

Introduction

Animalsk produktion udgør en væsentlig kilde til drivhusgasser (GHG) emissioner i hele verden, genererer CH 4 og lattergas, enten direkte (fx fra fordøjelsessystem og gødningshåndtering) eller indirekte (f.eks fra foder-produktionsaktiviteter og konvertering af skov til græsarealer eller dyrkede arealer). Skøn for husdyr bidrag til den globale drivhusgasemissioner varierer fra omkring 1-18 juli% 2, afhængigt af grænserne for analysen og anvendte metoder. I USA, husdyr udgjorde 3,1% af de samlede drivhusgasemissioner i 2009 3.

Enteriske CH 4 er den største bidragyder til drivhusgasemissioner fra husdyr. Derfor har dyr forskerne fokuseret deres forskning på opdage afbødende teknologier til reduktion af enterisk CH 4 produktion fra drøvtyggere. I mange tilfælde er resultaterne af tvivlsom videnskabelig værdi på grund af utilstrækkelig eksperimentelle design or måleteknikker 1. Således nøjagtighed og præcision af måleteknik kritisk vigtige komponenter af drivhusgasser afbødning forskning. En stor mængde litteratur er blevet offentliggjort om dette emne i de seneste år 4-7. Der er flere etablerede metoder til måling af enterisk CH 4 produktion i drøvtyggere, herunder åndedræt kamre (meget nøjagtige, men med begrænset anvendelighed), tracer gasser (svovlhexafluorid SF 6) og hoved-kamre. Selv om respiration kamre er betragtet som "gold standard" til måling af drivhusgasser vom, deres største ulempe er, at antallet af dyr på forsøg normalt er begrænset på grund af det begrænsede antal kamre til rådighed på en bestemt forskningsanlæg. Den mest praktiske og udbredte teknikker til måling enterisk CH 4 produktion er SF 6 sporgas metode og for nylig, en automatiseret Head-kammer system (AHCS, grovfoder), at Cen monitor CH 4 og CO 2 masse fluxe fra ånde og opstød gas af drøvtyggere 8. Både SF 6 teknik og AHCS muliggøre emission, der skal analyseres på et stort antal dyr i frie græssende forhold eller i fri- og tie-stall staldene. SF 6 Teknikken udnytter SF 6 som sporgas, som kontinuerligt frigives fra en gennemtrængning rør indsat i vommen af dyret, indsamling af en prøve af den udåndede gasser, og analyse af gas til SF 6: CH 4-forholdet. AHCS er en automatiseret, head-kammer system af typen, der også er baseret på anvendelsen af ​​en sporgas (propan). I forhold til den åndedræt kammer metode, hvor dyr er begrænset under unormale fodring og adfærd betingelser, og med SF 6 tracer-metoden, som kræver særlige analytiske evner og udstyr (for gas indsamling og SF 6 analyse) plus omfattende håndtering af dyr, AHCS er ikke -intrusive og er billigereat erhverve og drive. Store mangler i AHCS omfatter urepræsentative prøvetagning (i applikationer, såsom græssende systemer, hvor dyrene skal frivilligt besøge enheden) og anvendelse af agn foder, som kunne udgøre op til 5% af dyrets tørstof indtag i løbet af en gas måling begivenhed. De seneste sammenlignende forsøg har konkluderet, at AHCS producerer emissionsrater svarende til dem, estimeres ved hjælp åndedræt kamre eller SF 6 teknik 9,10.

Den enkeltstående AHCS systemet er bygget op omkring en solid automatisk arkføder, der er let at transportere i hånden eller kan monteres på en trailer udstyret med solpaneler (eller andre strømkilder) til autonom felt drift og lange afstande. Systemet omfatter et dyr radiofrekvensidentifikation-system (RFID), en baiting-system, en luft håndtering og målesystem, en gas sporstof-system, elektronik og kommunikationssystem, og et datahåndtering-system (<strong> Figur 1). Flere detaljer kan findes i det oprindelige patent dokumentation 11.

Eksemplet AHCS operation protokollen beskrevet nedenfor er lakterende malkekøer til huse i en tie-stall laden. Proceduren gælder for andre kategorier af kvæg (ikke-lakterende malkekøer, kvier eller kødkvæg) opstaldet i lignende faciliteter. Formålet med dette forsøg er at demonstrere de principper og drift af AHCS til måling af CH 4 og CO 2 -udledningen fra drøvtyggere.

Protocol

Dyr, der er involveret i forsøget beskrevet i repræsentative resultater blev plejet i overensstemmelse med retningslinjerne i Pennsylvania State University Animal Care og brug Udvalg. Udvalget og godkendt forsøget, og alle de procedurer, der gennemføres i undersøgelsen. Detaljer, såsom dyr og kost sammensætning information og eksperimenterende design, kan findes i den fulde offentliggørelse af dette eksperiment 12.

Bemærk: For en liste over udstyr og forsyninger, der er nødvendige for at gennemføre eksperimentet, se Materialer tabel.

1. Eksperimentel udformning

  1. Opnå Institutional Animal Care og brug Udvalg godkendelse til eksperimentet. Dette er en ikke-invasiv procedure, der forårsager ingen smerter for dyret, og er klassificeret som USDA kategori C (Let eller momentan smerte eller angst eller ingen smerter eller angst). Anæstesi er ikke nødvendig.
  2. Vælg intakte (dvs. ikke-kanylerede) køerfor forsøget baseret på laktationsstadie, alder og mælkeproduktion. Brug ikke kanyleres køer med AHCS på grund af potentiel lækage af vommen gas gennem kanylen. En enhed beregnet til at afhjælpe dette problem er ved at blive testet, men resultaterne er ikke rapporteret her.
  3. Hvis et crossover design (dvs. latinske firkantet, for eksempel) er udnyttet, skal du bruge 8 til 12 køer, afhængigt af antallet af behandlinger, i en replikeret design afbalanceret for eftervirkninger. Hvis, for eksempel, er 4 behandlinger testes, vil 8 køer give en replikeret 4 × 4 design forsøg osv. Den anbefalede varighed af disse typer af eksperimenter minimum er 21 til 28 dage, med de første 14 til 21 dage for tilpasning til behandling og 7 dage for dataindsamling.
  4. Hvis et randomiseret blok design er udnyttet, skal du bruge 12 til 15 køer pr behandling. Medtag en 2-ugers kovariat perioden før dataindsamlingen begynder. Den anbefalede varighed af disse eksperimenter er fra 8 til 12 uger, med de første 2 uger being for tilpasning til behandling.
  5. Udstyre hvert forsøgsdyr med en ISO 11784 eller 11785-kompatibelt RFID identifikationsmærke.

2. Uddannelse af de Dyr, man bruger AHCS

  1. Før eksperimentet begynder, bevæger AHCS i anlægget, hvor køerne er placeret. Placer enheden inden synet af køerne. Lad enheden der i mindst 2 dage.
  2. Forbered en agn foder, at dyrene kan lide. Forskellige feeds kan forsøges at lokke køer, selv om en blanding af 70% malet majs, 27% tørre melasse og 3% sojabønneolie (as is vægtbasis) er blevet anvendt med succes i laboratoriet. Undgå klæbrige og støvede feeds, der kan tilstoppe luftfilteret og leveringen foder system AHCS. Det foretrækkes, at foderet pelleteres.
  3. Giv en lille mængde (en håndfuld) foder til alle dyr ved at placere den på toppen af ​​det foder, de er vant til, for at få dem til at blive fortrolig med agn feed.
  4. Meget langsomt bevæge AHCS til omkring 1,5 m from dyret.
  5. Placer omkring 1 kg af agn foder i en spand og så dyret kan lugte og smage på agn feed. Gradvist bevæge spanden mod fodertruget af AHCS enheden, tvinger dyret til at strække og nå mod AHCS fodertruget.
  6. Dump nogle af agn feed fra spanden ind i AHCS fodertrug og langsomt bevæge AHCS enheden mod koen. Hvis du på noget tidspunkt af uddannelse, koen bliver bange eller bange, skal du flytte enheden væk fra hende, og prøv igen på et andet tidspunkt eller dag.
  7. I løbet af flere dage, skal du gentage træningen indtil dyrene er vant og ophidset af AHCS enheden, (dvs. den lokkemad foder). Hvis et dyr ikke kan vænne sig til AHCS, erstatte med et andet dyr, før eksperimentet begynder og træne det nye dyr efter ovenstående procedure.

3. Kalibrering af AHCS

Bemærk: koncentrationsområdet CO2 sensoren er 0 til 5%; denområde for CH4 sensoren er 0 til 2%. Påvisningen nedre grænser er 20 ppm for CH 4 og 50 ppm for CO 2. Der er ingen bekymringer om høje baggrundsniveauer af CH 4 og CO 2, fordi detektionsgrænsen er langt større end sikre høje baggrundsniveauer af disse gasser i dyrefaciliteter.

  1. For at opnå maksimal nøjagtighed, udføre denne kalibrering 5 gange i begyndelsen og 3 gange i slutningen af ​​hver måling gas eksperiment.
  2. Brug følgende gasser (se Materialer tabel): 0,15% CH 4 og 1% CO2 (grad certificeret master class, ± 2% nøjagtighed) for kalibreringsgas og 100% N2 (99,999% ren) til nulstillingsgas.
  3. Fyld en prøve pose med 2 L af nulstillingsgas og en anden taske med 2 l kalibreringsgas blanding. Sørg for at anvende fuldt deflateret taske. Fyld poserne med ny gas på dagen for kalibrering.
  4. Erstat poser efter 1 års brug eller derunder, hvis det er nødvendigt.
  5. Tag gasstandarder til det sted, hvor målingen gas eksperimentet foregår. Hvis dyrene og måling finder sted i et lukket anlæg (dvs.., Et mejeri stald), drej snoretræk fans på under hele kalibreringsprocessen. Dette er nødvendigt for at minimere virkningen af ​​koncentrationen af ​​metan i baggrunden luft.
  6. Drej AHCS ON og lad det varme, før kalibreringen i mindst 30 minutter. Fjern proppen fra kalibreringsrøret placeret inde i frontpanelet. Sørg for, at der ikke er vand i kalibreringsrøret. Fjerne vand, hvis det er nødvendigt. Vandet vil ødelægge koncentration gas sensorer.
  7. Tilslut N2 prøve pose (nul gas) til kalibreringsrøret. Skru plastik ventil på prøven posen mod uret 1 hel tur til at tillade flow.
  8. Drej "RUN-KALIBRER" knappen placeret på instrumentets kontrolpanel AHCS til "Kalibrer". Dette vil begynde at pumpe prøven ud af posen. Når flow starter, skal du trykke påog hold "KALIBRER" knappen i 10 sekunder og derefter slippe den.
  9. Vent på, at prøven taske til at punktere til ca. 10% af sin kapacitet. Må ikke helt tømme posen, kan det beskadige sensoren. Når posen er på omkring 10% af sin kapacitet, drejes "RUN-KALIBRER" knappen tilbage til "RUN".
  10. Luk prøveopsamlingssækken og afmontere det fra kalibreringen røret. Vent 2 minutter og derefter tilslutte kalibreringsgassen blandingen taske til kalibreringsrøret.
  11. Gentag trin 3.7.
  12. Når strømmen starter, tryk og hold "Kalibrer" -knappen i 3 sekunder og derefter slippe den.
  13. Gentag trin 3.10.
  14. Luk prøveopsamlingssækken og afmontere det fra kalibreringen røret. Sæt proppen i kalibreringsrøret.
    Bemærk: Efter kalibrering er fuldført, "factor" værdier vises i fanebladet data på websiden. Variationskoefficienten af de faktorer bør være mindre end 3% og 1% for CH4 og CO 2, respectively. Hvis ikke inden for dette område, gentag kalibrering.

4. CO2 Recovery Test

  1. Udfør CO2 genfindingstesten mindst én gang (3 udgivelser = 1 cylinder af CO 2) før hver måling gas eksperiment. I kontinuerlige applikationer, udføre genfindingstesten gang om måneden.
  2. Sikre, at CO 2 genfindingstesten ventilen er OFF (ventilen er vinkelret på udløbsdysen). Vedhæft en ny CO 2 cylinder til udgivelsen, og drej ventilen med uret, indtil stram.
  3. Niveau og nul massen skalaen. Anbring hele release systemet på skalaen for at sikre, at de er korrekte. Test for at sikre CO2 flyder: åbne ON / OFF ventil og hurtigt lukke den igen, mens du lytter til CO 2 kommer ud af dysen. Der bør være en "whishing" lyd, når CO2 strømmer.
  4. Vedhæft CO 2 cylinder holderen til fodertruget. Fra now på, lad ikke dyr komme i nærheden / puste ind i arkføderen. Folk skal heller ikke trække vejret ind i arkføderen.
  5. CO 2 cylinder med udgivelsen systemet afvejes. Optag denne masse som indledende masse. Optag det aktuelle lokale tid ved starten af hver CO 2 udslip.
  6. Placer CO2 cylinder og frigivelsessystem til CO 2 cylinder holderen (fodertrug) og direkte dysen ind i manifolden. Undgå indånding ind i arkføderen.
  7. Tænd for ON / OFF ventil til at frigive CO2 og registrere starttidspunkt for frigivelse. Tilbage flere fødder væk fra feeder og vente 3 min. Efter 3 min, slukke for ON / OFF ventil og optage stop-tidspunkt for udgivelse.
  8. Fjern CO2 cylinder plus frigivelse system fra feeder. Skru ikke CO 2 cylinder fra frigivelsen systemet. Hold CO 2 cylinder i en balje med varmt vand (37 til 43 ° C). Anbring kun cylinderen i vand, ikke hele frigivelsessystem.
  9. 2 cylinder er varmet op, fjerne det fra vandet og bruge en tørring klud til at tørre alt vandet fra det. CO 2 cylinder med release system vejes, og optage det som endelige masse.
  10. Vent mindst 3 minutter før den næste udgivelse. Under 3 min ventetid, ikke tillader nogen dyr eller en person i nærheden af ​​apparatet. En 90 g CO 2 cylinder vil give omkring 3 udgivelser, så bruger flere cylindre, hvis der er mere end 3 udgivelser. Når en cylinder er tom vejes den tomme cylinder og fortsætte med en ny cylinder, som beskrevet ovenfor.
  11. Gentag trin 4.3 gennem 4,9 mindst 3 gange, markerer ny start tid, stop tid, oprindelige masse, og den endelige masse af hver udgivelse.
  12. Efter den endelige frigivelse, vente mindst 3 min før de tillader dyr at få adgang til enheden. Når du er færdig, skrues CO 2 cylinder fra frigivelsen systemet.

5. Gas Måling

Bemærk: Førgas måling, en nylig (inden for en uge) kalibrering af AHCS er påkrævet. Se trin 3, Kalibrering af AHCS og 4, CO 2 recovery test. Sørg for, at dyrets RFID-tag er på plads.

  1. Tænd op AHCS og lad den i 30 minutter for at varme op, inden du foretager nogen målinger.
  2. Position AHCS så luftstrøm fra laden fans får lov til at indgå i fodertruget. Vent 2 minutter. Tryk på Feed Levering knappen og hold nede i 3 sek til at levere ca. 50 g foder. Visuelt validere, at foder er blevet leveret i fodertruget.
  3. Rul AHCS foran en ko. Optag tiden i eksperimentet notesbog. Enheden vil læse dyrets RFID-tag.
  4. Leverer foder 5 yderligere gange i løbet af en 5 min prøvetagningsperiode, afstand dem til forsøger at holde dyrets hoved kontinuerligt i fodertruget. Hvis ekstra foder er påkrævet (for at holde dyrets hoved ind fodertruget), skal du notere det i eksperimentet notesbog.
  5. Ikkee: Foder / Træbriketterne leveres én gang hver 50 sek i alt 6 dråber (300 g / måling begivenhed) for at opnå individuelle måleperioder af 5 min. Den AHCS er udstyret med infrarøde sensorer til løbende at overvåge afstanden af ​​dyrets hoved i forhold til luften indsugningsmanifolden. Disse data bliver efterfølgende anvendt til at identificere perioder, hvor dyrets hoved ikke var på plads, og disse måledata kasseret.
  6. Når 5 min prøvetagning er udløbet, trækkes AHCS væk fra dyret og position enhed, så luftstrømmen fra laden fans får lov til at indgå i fodertruget. Vent 2 minutter for at skylle luft gennem systemet og indsamle luft sammensætningsdata baggrund.
  7. Gentag trin 5.2 gennem 5,5 for yderligere dyr.
  8. Prøvningen gentages 8 gange i løbet af en 24 timers fodring cyklus, forskudt i tid over en 3-dages periode. Følgende tidsplan prøvetagning held har været anvendt: 0900, 1500, og 2100 timer (prøvetagning dag 1), 0300, 1200, og 1700 time (prøvetagning dag 2), og 0000, og 0500 timer (prøvetagning dag 3). Denne tidsplan prøveudtagning vil levere 8 prøver pr dyr og pr prøvetagningsperioden. De prøveudtagning kan variere afhængigt af fodring og malkning gange.
    Bemærk: Når gas sampling er fuldført, hente emissionsdata fra websiden.

Representative Results

Figur 1

Figur 1: Komponenter af den automatiserede Head-kammer system (AHCS, grovfoder) til måling af CH 4 produktion i drøvtyggere.

Methan produktion i vommen er et substrat-afhængig mikrobiologisk fremgangsmåde 7. Produktion af CH 4 og CO 2 stiger efter dyret fodres og formindsker derefter. Figur 2 viser stigningen i CH4 produktion fra en malkeko fodret ad libitum på omkring 0600 timer (upublicerede data af AN Hristov, Pennsylvania State University).

Figur 2
Figur 2: Diurnal CH 4 emissioner fra en malkeko fodres én gang dagligt måles ved hjælp AHCS (fejlsøjler repræsenterer SE; data høflighed af AN Hristov, Pennsylvania State University).

Fejlsøjlerne på denne figur repræsenterer variabilitet i CH 4 emissionen i løbet af en prøveudtagning begivenhed (som omfatter flere opstød cykler). Det fremgår, at i nogle tilfælde (omkring 0400 og 0900 timer), variation var større på grund af skiftende koncentration af CH 4 i den udåndede gasser. Det er også klart, at CH 4 emissionerne steg efter fodring (som var omkring 0600 timer i dette eksempel). Den gennemsnitlige daglige CH 4 emission (dvs.., Et gennemsnit af de 13 målinger hændelser) fra denne ko var 727 ± 22,9 g / dage eller 26 g / kg, når det udtrykkes per kg kost tørstofindtaget (DMI).

For at demonstrere rækken af CH 4 emissionen fra en gruppe af diegivende malkekøer målt ved hjælp AHCS, inkluderer vi data fra en nylig crossover design forsøg foretaget på Pennsylvania State University at udnyttet teknisk kvalitet cashewnødder møtrik shell væske som et CH4 afbødning middel (tabel 1). Forsøget var med 8 diegivende Holstein malkekøer og 2 eksperimentelle perioder på 21-dage hver. Metan data blev indsamlet i den sidste uge af hver periode. Metan emissionsdata ikke blev indsamlet fra en ko i perioden 1. og data for at koen blev heller ikke brugt i perioden 2. Oplysninger om forsøget kan findes i Branco et al. 12. Den gennemsnitlige CO 2 -udledning i denne undersøgelse var over 18.000 g / ko pr dag, eller 634 g / kg DMI. Gennemsnitlig CH 4 emissionen for denne gruppe af køer var 523 g / dag eller 20 g / kg DMI, som svarer til den gennemsnitlige CH 4 emissioner rapporteret til datasæt på over 370 behandlingsmidler (19,1 ± 0,43 g / kg DMI) 7. I undersøgelsen, der præsenteres i tabel 1, sammenlignet med kontrolgruppen, teknisk kvalitet cashew nøddeskaller væske tendens til at falde CH 4-produktion i vommen hos køerne med omkring 5% (P = 0,08) 12.

e_content "> Tabel 1

Discussion

Det AHCS system kombinerer elementer af en dynamisk kabinet teknik, kammer-system, og sporstof teknik til masseflux målinger af CH 4 og CO 2. I løbet af dage, det indsamler flere prøver fra hvert dyr for at definere den samlede gennemsnitlige daglige gasmassen flusmidler. For at identificere et dyr og levere den korrekte mængde lokkemad, er en RFID-læser indarbejdes i AHCS. RFID-tag læses som dyret begynder at placere sit hoved ind i arkføderen. Når et dyr er identificeret, AHCS afgør, om det er berettiget til at modtage en agn belønning på dette specifikke tidspunkt på dagen (græsning eller gratis-stall laden applikationer). Start- og sluttidspunkt for hvert dyr besøg (bestemt på grundlag af de infrarøde sensorer) registreres automatisk. Lokkemaden afgivelsessystem anvendes til at tiltrække dyr til AHCS regelmæssigt i løbet af dagen. Typisk er lokkemad foder pelleteres og kan indeholde græs, lucerne, korn koncentrater melasse og vegetabilsk olie.Mens et dyr besøg AHCS, en fan trækker luft over hovedet (ved hastighed på omkring 26 l / min), svungne udsendes CH4 og CO 2 i en luft indsugningsmanifold. Luftstrømshastigheden måles kontinuerligt med en hot-film anemometer i midten af ​​luften opsamlingsrør. En kontinuerlig delprøve af luft udvindes og dirigeres i en sekundær prøve filter, derefter i to ikke-dispersivt infrarød analysatorer, en sensor til CO 2 og én for CH4. AHCS indeholder også ekstra sensorer til lufttemperatur, luftfugtighed, agn drop, systemet spænding, atmosfærisk tryk, propan flow, og hoved stilling. Græs- og trailer monteret versioner til græssende systemer omfatter en kop vindmåler (lokal vindhastighed) og vind vinge (vindretning). Alle sensordata bliver gemt på en lokal datalogger og en computer, så AHCS kan fungere automatisk og uafhængigt. Sensordata gemmes også på en intern USB-standard (Universal Serial Bus) memory stick. AHCS datanormalt overføres via en Internet link, en gang i timen, til en ekstern server, hvor de er permanent logget. Brugere med internetforbindelse kan fjernstyre logge ind AHCS og styre enheden, ændre baiting tidsplaner, og se historiske og real-time data samt kontrollere og overvåge AHCS funktion.

Samlet set eksperimenter udført på Pennsylvania State University viste, at AHCS system leverer pålidelige estimater for CH 4 og CO 2 -udledningen fra malkekøer til huse i tie-stall staldene. Fordelene ved AHCS end respiration kamre er, at dyret ikke er begrænset og er i sit naturlige miljø (dvs.., På græs), eller kan bevæge sig frit (i en frit løsdriftsstald). AHCS er også billigere at bygge end en traditionel respirationskammeret. Dette relativt lave omkostninger er vigtig, især for CH4 afbødning forskning i udviklingslandene. Sammenlignet med SF 6 sporR fremgangsmåde, AHCS er enklere at betjene og kræver ikke kompliceret og dyr analyseudstyr. Måske den mest synlige ulempe AHCS sammenlignet med kamre og SF 6 metoder (især når der anvendes i græsning eller frit-stall laden miljøer), er, at dyret har frivilligt at nærme enheden og dermed måling gas begivenheder er afhængige af dyr besøg . Inden for en dag, disse animalske besøg måske eller måske ikke er repræsentative for den døgnrytme af CH 4 produktion. Derfor, i applikationer, hvor dyret besøg AHCS frivilligt, prøvetagningsperioden skal være lang nok eller gentages et tilstrækkeligt antal gange. Tie-stall program, der bruges på Pennsylvania State University lindrer problemet ved at kontrollere antallet og tidsmæssige fordeling af gas målinger i løbet af en 24 timers fodring cyklus. Tilstrækkelig prøvetagning af opstød gas under en fodring cyklus (som angivet i ovenstående protokol) er vigtigt for representative estimering af CH 4-produktion i vommen hos kvæg. Mængden af agn de foderstoffer, som dyrene under målinger ved hjælp AHCS skal betragtes i den samlede analyse (dvs., skal lægges til den samlede mængde foder forbruges af dyr), så emissionsintensitet pr foder DMI kan være præcist estimeret. Under normale fodring, agn foderet udgør mindre end 5% af den samlede DMI for en malkekøer og dens virkning på vom gæring og CH 4 produktion er lille. Det bemærkes, at AHCS (og andre lignende systemer) ikke måler CH 4-produktion i dyrets colon. Stortarmen gæring, bidrager dog kun omkring 3% af de samlede CH 4 emissioner i dyr en drøvtygger 7.

Baseret på erfaringer, er der flere vigtige komponenter i måling enterisk vommen gasproduktionen hjælp AHCS: (1) dyret skal være vant til den lokkemad foder (og AHCS) og har to lide det med henblik på at nærme sig og bruge AHCS feeder, (2) dyrets hoved skal indsættes helt ind feeder for at indsamle pålidelige data drivhusgasser, (3) AHCS kalibrering proceduren skal følges nøje , er (4), der har tilstrækkelig tid til at indsamle baggrund CH 4 og CO 2-data mellem prøveudtagning enkelte dyr vigtigt, især i tie- eller frit-stall staldene, og (5), er det vigtigt, at der er indsamlet nok data i en sampling cyklus ( dækker en 24 timers periode), så emissionsdata genereret af AHCS er repræsentative for den faktiske daglige CH 4 eller CO 2 udledningen med dyret.

Sammenlignende test med AHCS vs. etablerede CH4 måleteknik understøtter ovennævnte konklusioner. For eksempel viser en undersøgelse med stigende kvier konkluderede, at AHCS var i stand til at estimere CH 4 emissionerne fra skøn husdyr og emissioner genereret af AHCS var sammenligneligetil værdier opnået ved respiration kamre 9. Disse forfattere påpegede, at indsættelsen af ​​AHCS enhederne og replikation skal overvejes nøje for at sikre et tilstrækkeligt antal målinger opnås. Baseret på erfaringer, 8 sampling begivenheder, fordeles over en 3-dages periode at dække et 24 timers fodring cyklus (se protokol ovenfor) er tilstrækkelige til at opnå nøjagtige målinger af forurenende luftarter og relativt lav variabilitet i dataene (dvs. acceptabel præcision). I en undersøgelse med diegivende malkekøer, blev det konkluderet, CH4 målte emissioner af AHCS svarede til litteraturværdier afledt af åndedræt kamre og mellem variabilitet dyr (CV 11 til 12%; gentagelsesnøjagtighed på 0,64 til 0,81) var også inden for interval rapporteret for respiration kamre 10. I et nyligt publiceret studie med lakterende køer, AHCS produceret en mindre CV end SF 6 metoden (14,1-22,4% mod 16,0 til 111% for SF 6) 13 CH 4 produktion blev hæmmet med 30% (p <0,001), konkluderede vi, at AHCS og SF 6 metoden producerede lignende emissionsresultater CH 4 : 319-481 g / ko pr dag (middelværdi = 374 g / d; SEM = 15,9; CV = 13%) og 345 til 485 g / ko pr dag (middelværdi = 396 g / d; SEM = 29,8; CV = 23 %) for AHCS og SF 6 henholdsvis 14.

Afslutningsvis nøjagtige, men praktiske teknikker til måling af CH 4 produktion i vommen er afgørende vigtigt for succes drivhusgasser afbødende indsats. AHCS er et automatiseret gasmålesystem der har vist sig at levere pålidelige og præcise estimater af enterisk CH 4 og CO 2 -udledning fra kvæg, oksekød og mælkeprodukter.

Disclosures

Forfatterne Patrick R. Zimmerman og Scott R. Zimmerman er medejere af C-Lock, Inc.

(Rapid City, SD), producenten af ​​grovfoder (AHCS) er beskrevet i denne artikel.

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