Die Verwendung eines automatisierten Systems (GreenFeed) bis Enteric Methan und der Kohlendioxidemissionen von Wiederkäuern Überwachen

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

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Abstract

Wiederkäuer (domestiziert oder wild) emittieren, Methan (CH 4), durch enterische Fermentation in ihrem Verdauungstrakt und aus der Zersetzung von Gülle während der Lagerung. Diese Prozesse sind die Hauptquellen von Treibhausgasen (THG) Emissionen aus der Tierproduktionssysteme. Techniken zur Messung ente CH 4 variieren von direkten Messungen (Respirationskammern, die sehr genau sind, aber nur begrenzte Anwendbarkeit) verschiedene indirekte Verfahren (Sniffer, Lasertechnik, die praktisch sind, aber mit variabler Genauigkeit). Die Schwefelhexafluorid (SF 6) Tracergas-Methode wird häufig verwendet, um ente CH 4 Herstellung von Tier Wissenschaftlern und in jüngerer Zeit zu messen, die Anwendung eines automatisierten Kopf-Kammer-System (AHCS) (GreenFeed, C-Lock, Inc., Rapid City, SD), die im Mittelpunkt dieses Experiments ist, hat zugenommen. AHCS ist ein automatisiertes System, CH 4 und Kohlendioxid (CO 2) zu überwachen Massenflüsse von denHauch von Wiederkäuern. In einem typischen AHCS Operation werden kleine Mengen von Hetze Zufuhr zu einzelnen Tieren verzichtet, um sie an AHCS mehrmals täglich zu locken. Als das Tier besucht AHCS zieht ein Fan System Luft an das Tier Schnauze in einen Einlasskrümmer und durch eine Luftsammelleitung in dem kontinuierlichen Luftdurchsatz gemessen. Ein Teilluftprobe aus dem Rohr in nicht-dispersiven Infrarot-Sensoren zur kontinuierlichen Messung von CH 4 und CO 2 -Konzentrationen gepumpt. Feldvergleiche AHCS Atmung Kammern oder SF 6 haben gezeigt, dass AHCS produziert reproduzierbare und genaue CH 4 Emissionen Ergebnis, sofern diese Tierbesuche AHCS sind ausreichend, so Emissionsschätzungen Vertreter der Tagesrhythmus von Pansengasproduktion sind. Hier zeigen wir die Verwendung von AHCS zu CO 2 und CH 4 Flüsse von Milchkühen bei einer Kontrolldiät oder eine Diät mit technischem Cashewnuss ergänzt MessungShell Flüssigkeit.

Introduction

Tierproduktion stellt eine bedeutende Quelle von Treibhausgasemissionen (THG) weltweit, Erzeugung CH 4 und Lachgas entweder direkt (zB aus der Verdauung und Wirtschaftsdünger-Management) oder indirekt (zum Beispiel von Futtermittel-Produktion und Umwandlung von Wald in Weide oder Ackerland). Die Schätzungen für das Vieh Beitrag zur globalen THG-Emissionen variieren von etwa Juli 01-18% 2, je nachdem, die Grenzen der Analyse und Methoden. In den Vereinigten Staaten, Nutztiere vertreten 3,1% der gesamten Treibhausgasemissionen im Jahr 2009 3.

Magensaftresistente CH 4 ist der größte Beitrag zur Treibhausgas-Emissionen aus der Tierhaltung. Deshalb haben tierische Wissenschaftler ihre Forschung sich auf die Entdeckung Minderungstechnologien zur Verringerung ente CH 4 Herstellung von Wiederkäuern. In vielen Fällen Ergebnisse von fragwürdigen wissenschaftlichen Wert durch unzureichende experimentelle Design or Messverfahren 1. Somit ist die Genauigkeit und Präzision der Messverfahren sind von entscheidender Bedeutung, Komponenten der THG-Verringerung Forschung. Eine große Menge an Literatur hat sich zu diesem Thema in den letzten Jahren 4-7 erschienen. Es gibt verschiedene Ansätze für die Messung festente CH 4 Produktion in Wiederkäuern, einschließlich Atmungskammern (sehr genaue, aber nur begrenzte Anwendbarkeit), Tracergasen (Schwefelhexafluorid, SF 6), und Kopfkammern. Obwohl die Atmung Kammern gelten als der "Goldstandard" für die Messung Pansengasemissionen, ist ihr großer Nachteil, dass die Anzahl der Tiere auf dem Prüfstand ist in der Regel aufgrund der begrenzten Anzahl von Kammern in einem bestimmten Forschungsanlage zur Verfügung begrenzt. Die praktischsten und am häufigsten verwendeten Techniken zur Messung ente CH 4 Herstellung sind SF 6 Tracergas Verfahren und in jüngerer Zeit eine automatisches Druckkopf-Kammer-System (AHCS, GreenFeed), daß cein Monitor CH 4 und CO 2 Massenflüsse aus der Luft und Aufstoßen Gas von Wiederkäuern 8. Sowohl der SF 6 Technik und AHCS aktivieren Emissionen auf eine große Anzahl von Tieren in freier Weidebedingungen oder in Free- und tie-Laufställen untersucht werden. Das SF 6 Technik verwendet SF 6 als ein Tracergas, das kontinuierlich von einer Permeationsrohr im Pansen des Tieres, Sammeln einer Probe der ausgeatmeten Gase eingeführt, und die Analyse des Gases für SF 6 freigegeben wird: CH 4-Verhältnis. AHCS ist ein automatisiertes, Kopfkammertyp-System, das ebenfalls auf der Verwendung von Tracergas (Propan) basiert. Verglichen mit der Atmung Kammerverfahren, in denen Tiere unter anormalen Fütterung und Verhalten Bedingungen beschränkt ist, und mit dem SF 6 Tracer-Methode, die spezielle analytische Fähigkeiten und Anlagen (für die Gaserfassung und SF 6-Analyse) sowie umfangreiche Behandlung der Tiere verlangt, ist AHCS Nicht -intrusive und ist weniger teuerzu erwerben und zu betreiben. Die wichtigsten Mängel der AHCS gehören nicht repräsentative Probenahme (in Anwendungen, wie zB Weidesysteme, in denen die Tiere freiwillig besuchen Sie die Einheit) und die Verwendung von Köderfutter, die bei einer Gasmessung bis zu 5% des Trockenmasseaufnahme des Tieres darstellen könnte Ereignis. Aktuelle Vergleichsversuche haben ergeben, dass AHCS produziert Emissionsraten vergleichbar mit denen geschätzt mit Hilfe von Atmungskammern oder die SF 6 Technik 9,10.

Die Stand-Alone AHCS System wird um eine robuste automatische Zuführung, die leicht zu transportieren ist von Hand oder mit einem Anhänger mit Sonnenkollektoren (oder andere Stromquellen) für autonome Feldbetrieb und Fernverkehr ausgestattet montiert werden aufgebaut. Das System umfasst ein Tier Radiofrequenz-Identifikationssystem (RFID), eine Ködersystem, ein Luft Handhabung und Messsystem, ein Gas-Tracer-System, Elektronik und Kommunikationssystem und ein Datenverarbeitungssystem (<strong> Abbildung 1). Weitere Details finden Sie in der ursprünglichen Patentdokumentation 11 gefunden werden.

Das nachfolgend beschriebene Beispiel AHCS Betrieb Protokoll für laktierenden Milchkühen in einem Tie-Laufstall untergebracht. Das Verfahren ist anwendbar auf andere Kategorien von Rindern (nicht laktierenden Milchkühe, Färsen, oder Rinder) in ähnlichen Einrichtungen untergebracht. Das Ziel dieses Experiments ist es, die Prinzipien und den Betrieb der AHCS zur Messung von CH 4 und CO 2 -Emissionen von Wiederkäuern zu demonstrieren.

Protocol

Tiere in der in repräsentative Ergebnisse beschriebene Versuch beteiligt waren, für die nach den Richtlinien der Pennsylvania State University Animal Care und Verwenden Committee betreut. Der Ausschuss überprüft und genehmigt das Experiment und alle in der Studie Verfahren. Details, wie Tier- und Nahrungszusammensetzung Informationen und experimentelles Design, in der vollständige Veröffentlichung dieses Experiments 12 gefunden werden.

Hinweis: Eine Liste der Geräte und notwendig, um das Experiment durchführen, siehe Materialien Tabelle liefert.

1. Experimentelles Design

  1. Erhalten Institutional Animal Care und Verwenden Ausschuss die Genehmigung für das Experiment. Dies ist ein nicht-invasives Verfahren, das keine Schmerzen verursacht, auf das Tier und wird als USDA Kategorie C (leichte oder momentane Schmerzen oder Leiden oder gar keine Schmerzen oder Leiden) klassifiziert. Anästhesie nicht erforderlich ist.
  2. Wählen intakt (dh nicht durchbohrt) Kühefür das Experiment auf der Grundlage Laktationsstadium, Alter und Milchproduktion. Verwenden Sie nicht kanülierten Kühe mit AHCS wegen der möglichen Leckage des Pansengas durch die Kanüle. Eine Einrichtung, um dieses Problem zu lindern wird derzeit getestet, aber Ergebnisse sind hier nicht angegeben.
  3. Wenn ein Crossover-Design (dh Lateinisches Quadrat, zum Beispiel) verwendet wird, verwenden 8 bis 12 Kühe, je nach Anzahl der Behandlungen in einer replizierten Design für Resteffekte ausgeglichen. Wenn zum Beispiel 4-Behandlungen unterzogen werden, wird 8 Kühe eine replizierte 4 × 4-Design-Studie ergeben, etc. Die empfohlene Mindestdauer dieser Arten von Experimenten beträgt 21 bis 28 Tage, mit den ersten 14 bis 21 Tage für die Anpassung an die Behandlung und 7 Tage für die Datenerfassung.
  4. Wenn eine randomisierte Blockanlage verwendet wird, verwenden Sie 12 bis 15 Kühe pro Behandlung. Umfassen eine 2-Wochen-Kovariate Zeit vor Datenerfassung beginnt. Die empfohlene Dauer dieser Experimente ist von 8 bis 12 Wochen mit der ersten 2 Wochen being für die Anpassung an die Behandlung.
  5. Statten Sie jedes Versuchstier mit einer ISO 11784 oder 11785-kompatiblen RFID-Erkennungsmarke.

2. Training der Tiere zu AHCS Verwenden

  1. Bevor das Experiment beginnt, bewegen AHCS in die Anlage, wo die Kühe befinden. Stellen Sie das Gerät in Sichtweite der Kühe. Es lassen Sie das Gerät für mindestens 2 Tage.
  2. Bereiten Sie einen Köder Futter, das die Tiere mögen. Verschiedene Feeds kann versucht werden, um Kühe zu locken, obwohl eine Mischung aus 70% Maismehl, 27% Trocken Melasse, und 3% Sojaöl (Ist-Gewicht-Basis) wurde erfolgreich im Labor eingesetzt. Vermeiden klebrigen und staubigen Feeds, die den Luftfilter und die Futterabgabesystem AHCS verstopfen können. Es ist bevorzugt, dass das Futtermittel pelletiert.
  3. Geben Sie eine kleine Menge (eine Handvoll) von Futter für alle Tiere, indem Sie es auf der Oberseite des Futter sie es gewohnt sind, damit sie sich mit dem Köder-Feed vertraut.
  4. Sehr langsam bewegen AHCS bis etwa 1,5 m from das Tier.
  5. Jeweils etwa 1 kg Köder Feed in einen Eimer und lassen Sie das Tier zu riechen und schmecken den Köder-Feed. Den Eimer nach und bewegen in Richtung der Futtertrog des AHCS Einheit, zwingt das Tier zu dehnen und zu erreichen, in Richtung der AHCS Futtertrog.
  6. Dump etwas von dem Köder-Feed aus dem Eimer in die AHCS Futtertrog und bewegen Sie die AHCS Einheit gegenüber der Kuh langsam. Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt der Ausbildung, wird die Kuh besorgt oder Angst, von ihr weg bewegen Sie das Gerät und versuchen Sie es erneut zu einem späteren Zeitpunkt oder Tag.
  7. Im Laufe von mehreren Tagen zu wiederholen, bis das Training werden die Tiere gewöhnt und die AHCS Einheit (dh die Köder feed) angeregt wird. Wenn ein Tier nicht auf AHCS gewöhnen, zu ersetzen mit einem anderen Tier, bevor das Experiment beginnt und schulen das neue Tier nach dem oben beschriebenen Verfahren.

3. Kalibrierung der AHCS

Hinweis: Der Konzentrationsbereich des CO 2 -Sensor ist 0 bis 5%; dasBereich für die CH 4 Sensor 0-2%. Das Erfassungsuntergrenzen sind 20 ppm CH 4 und 50 ppm für CO 2. Es gibt keine Bedenken hinsichtlich der hohen Hintergrundbelastung von CH 4 und CO 2, weil die Nachweisgrenzen sind weit größer als sichere hohen Hintergrundwerten dieser Gase in der Tieranlagen.

  1. Für maximale Genauigkeit, 5-mal am Anfang und 3 mal auszuführen dieses Kalibrierverfahren am Ende jedes Gasmess Experiments.
  2. Verwenden Sie die folgenden Gasen (siehe Materialien Tabelle): 0,15% CH 4 und 1% CO 2 (Grad zertifizierten Meisterklasse, ± 2% Genauigkeit) für Bereichsgas und 100% N 2 (99,999% Reinheit) für die Nullgas.
  3. Füllen Sie einen Probenbeutel mit 2 l Nullgas, und eine andere Tasche mit 2 l Bereichsgas-Gemisch. Achten Sie darauf, vollständig abgelassen Beutel zu verwenden. Füllen der Säcke mit neuen Gas am Tag der Kalibrierung.
  4. Ersetzen Taschen nach 1 Jahr der Nutzung oder weniger, falls erforderlich.
  5. Nehmen Sie die GasNormen an die Stelle, wo der Gasmessung Experiment stattfindet. Wenn die Tiere und die Messung erfolgt in einer geschlossenen Anlage (dh., Einen Kuhstall), drehen Sie die Scheune Fans während des gesamten Kalibrierungsprozess. Dies ist notwendig, um die Wirkung der Methankonzentration in der Hintergrundluft zu minimieren.
  6. Schalten AHCS ON und lassen es warm vor der Kalibrierung für mindestens 30 min. Entfernen Sie den Stopfen aus dem Kalibrierungsrohr im Inneren der Frontplatte. Stellen Sie sicher, gibt es kein Wasser in der Kalibrierungsröhre. Entfernen Sie Wasser, wenn nötig. Das Wasser wird die Gaskonzentration Sensoren zerstören.
  7. Schließen Sie das N 2 Probenbeutel (Nullgas) zu dem Kalibrierungsrohr. Die Kunststoffventil abschrauben auf dem Probenbeutel gegen den Uhrzeigersinn 1 volle Umdrehung, um den Fluss zu ermöglichen.
  8. Schalten Sie die "RUN-Calibrate" -Knopf auf dem Instrument Bedienfeld AHCS auf "Kalibrieren" entfernt. Dies beginnt die Probe Pumpen aus dem Sack. Sobald die Strömung beginnt, drücken SieHalten Sie die Taste "Kalibrieren" für 10 Sekunden lang gedrückt.
  9. Warten Sie, bis der Beutel auf etwa 10% seiner Kapazität zu entleeren. Nicht vollständig die Tasche leer ist, kann es den Sensor beschädigen. Sobald die Tasche ist mit etwa 10% seiner Kapazität, schalten Sie die "RUN-Calibrate" -Knopf wieder auf "RUN".
  10. Schließen Sie die Probenbeutel und trennen Sie es von der Kalibrierungsröhre. Warten Sie 2 Minuten und dann schließen Sie das Bereichsgas-Mischung Tasche, um die Kalibrierungsrohr.
  11. Wiederholen Sie Schritt 3.7.
  12. Sobald die Strömung beginnt, halten Sie die Taste "Kalibrieren" für 3 Sekunden und dann loslassen.
  13. Wiederholen Sie Schritt 3.10.
  14. Schließen Sie die Probenbeutel und trennen Sie es von der Kalibrierungsröhre. Wird der Stopfen in das Kalibrierungsrohr.
    Hinweis: Nach der Kalibrierung abgeschlossen ist, "Faktor" Werte werden in der Registerkarte Daten auf der Webseite angezeigt. Der Variationskoeffizient der Faktoren, sollte weniger als 3% und 1% CH 4 und CO 2, respectively. Wenn nicht in diesem Bereich liegt, wiederholen Sie die Kalibrierung.

4. CO 2 Recovery Test

  1. Führen Sie die CO 2 Recovery-Test mindestens einmal (3 Releases = 1 Zylinder der CO 2) vor jedem Gasmessung Experiment. Im Daueranwendungen, führen Sie die Wiederherstellungstest einmal pro Monat.
  2. Sicherzustellen, dass der CO 2 -Rückgewinnung Prüfventil AUS (das Ventil senkrecht zur Austrittsdüse). Befestigen Sie eine neue CO 2 Zylinder mit dem Trennsystem und drehen Sie das Ventil im Uhrzeigersinn, bis sie fest sitzt.
  3. Niveau und Null die Massenskala. Setzen Sie den gesamten Release-System auf die Waage, um sicherzustellen, dass sie richtig sind. Test, um sicherzustellen, CO 2 fließt: öffnen Sie die EIN / AUS-Ventil und schnell wieder schließen beim Hören für CO 2 aus der Düse austritt. Es sollte ein "whishing" Ton, wenn das CO 2 fließt sein.
  4. Befestigen Sie den CO 2 Zylinderhalter zum Futtertrog. Von now auf, lassen Sie sich nicht in der Nähe von Tieren zu erhalten / zu atmen in den Einzug. Die Menschen sollten auch nicht in den Einzug zu atmen.
  5. Wiegen Sie die CO 2 Zylinder mit dem Release-System. Notieren Sie sich diese Masse als Ausgangsmasse. Notieren Sie die aktuelle lokale Zeit zu Beginn jeder CO 2 Release.
  6. Platzieren der CO 2 -Flasche und Freigabesystem in die CO 2 -Flasche Halter (Trog) und leiten die Düse in den Verteiler. Nicht in den Einzug zu atmen.
  7. Schalten Sie den ON / OFF-Ventil, um CO 2 und vermerkt beginnen zum Zeitpunkt der Veröffentlichung. Zurück mehrere Meter entfernt von der Zuführung und 3 min warten. Nach 3 min, schalten Sie den ON / OFF-Ventil und Aufzeichnungsstopp zum Zeitpunkt der Veröffentlichung.
  8. Entfernen Sie die CO 2 Zylinder und Release-System aus dem Einzug. Den CO 2 Zylinder von der Release-System nicht abschrauben. Halten Sie die CO 2 Zylinder in einer Wanne mit warmem Wasser (37-43 ° C). Legen Sie nur den Zylinder in Wasser, nicht das ganze Release-System.
  9. CO 2 Zylinder aufgewärmt ist, entfernen Sie sie aus dem Wasser und mit einem Trockentuch, um alles Wasser aus ihm zu wischen. Wiegen Sie die CO 2 Zylinder mit Release-System und notieren Sie diese als endgültige Masse.
  10. Warten Sie mindestens 3 Minuten vor der nächsten Version. Während der 3 Minuten Wartezeit, keine Tier oder eine Person in der Nähe des Geräts zu ermöglichen. Ein 90 g CO 2 Zylinder liefert etwa 3 Releases so verwenden mehrere Zylinder, wenn es mehr als 3 Releases. Wenn ein Zylinder leer ist, wiegen die leeren Zylinder und weiter mit einem neuen Zylinder, wie oben beschrieben.
  11. Wiederholen Sie die Schritte 4.3 bis 4.9 mindestens 3 mal, Kennzeichnung der neue Startzeit, Stoppzeit, Einwaage und Auswaage von jedem Release.
  12. Nach der endgültigen Version, warten Sie mindestens 3 Minuten bevor Tieren, um das Gerät zugreifen. Wenn Sie fertig sind, schrauben Sie die CO 2 Zylinder von der Release-System.

5. Gasmessung

Hinweis: VorGasmessung, eine kürzlich (innerhalb einer Woche) Kalibrierung AHCS erforderlich. Sehen Sie die Schritte 3, Kalibrierung von AHCS und 4, CO 2 Recovery-Test. Stellen Sie sicher, das Tier RFID-Tag vorhanden ist.

  1. Schalten Sie AHCS und lassen Sie für 30 Minuten, um sich aufzuwärmen, bevor Sie Messungen.
  2. Position AHCS damit der Luftstrom vom Scheunen Fans darf in den Futtertrog geben. Warten Sie 2 Minuten. Drücken Sie die FEED Liefer Taste und halten Sie für 3 Sekunden, um etwa 50 g Futter zu liefern. Visuell zu überprüfen, dass Futtermittel in den Futtertrog geliefert.
  3. Rollen AHCS vor einer Kuh. Nehmen Sie die Zeit in Experiment Notebook. Das Gerät des Tieres RFID-Tag zu lesen.
  4. Geben Futter 5 weitere Male über einen 5 min Abtastperiode, Abstand sie zu versuchen, den Kopf des Tieres kontinuierlich in den Futtertrog zu halten. Wenn zusätzliche Futtermittel erforderlich ist (um den Kopf des Tieres in den Futtertrog zu halten), notieren Sie es in dem Experiment Notebook.
  5. Nichte: Vorschub / Pellets werden üblicherweise einmal alle 50 s für insgesamt 6 Tropfen (300 g / Messereignisses) an einzelnen Messzeiten von 5 min erhalten, geliefert. Die AHCS ist mit Infrarot-Sensoren ausgestattet, um den Abstand des Kopfes relativ zu dem Lufteinlassverteiler des Tieres kontinuierlich zu überwachen. Diese Daten werden anschließend verwendet, um Zeiträume, in denen der Kopf des Tieres nicht in Position und diese Messdaten werden verworfen identifizieren.
  6. Sobald die 5 min Probenahmezeitraum abgelaufen ist, ziehen AHCS weg von der Tier- und Positionseinheit, so dass Luftstrom vom Scheunen Fans darf in den Futtertrog geben. Warten Sie 2 Minuten, um Luft durch das System zu spülen und den Hintergrund Luftzusammensetzung Daten zu sammeln.
  7. Wiederholen Sie die Schritte 5.2 bis 5.5 für weitere Tiere.
  8. Wiederholen Sie die Sampling-8-mal während einer 24-Stunden-Fütterung Zyklus zeitlich versetzt über einen 3-Tage-Frist. Die folgende Probenplan wurde erfolgreich verwendet: 0900, 1500 und 2100 h (Sampling Tag 1), 0300, 1200, und 1700 h (Sampling Tag 2), 0000, und 0500 h (Sampling Tag 3). Dieses Probenahmeplan werden 8 Proben pro Haustier und Abtastperiode zu liefern. Die Probenahmezeiten können je nach Zuführung und Melkzeiten variieren.
    Hinweis: Bei der Gasentnahme beendet ist, abzurufen Emissionsdaten von der Webseite.

Representative Results

Abbildung 1

Abbildung 1: Komponenten des Automated Kopf-Kammer-System (AHCS, GreenFeed) zur Messung CH 4 Produktion in Wiederkäuern.

Methanproduktion im Pansen ist ein Substrat-abhängige mikrobiologisches Verfahren 7. Produktion von CH 4 und CO 2 erhöht, nachdem das Tier zugeführt und danach abnimmt. Abbildung 2 veranschaulicht den Anstieg der CH 4 Produktion aus einer Milchkuh ad libitum bei rund 0600 Stunden (unveröffentlichte Daten durch einen Hristov, Pennsylvania State University).

Figur 2
Abbildung 2: Tägliche CH 4 -Emissionen aus einer einmal täglich zugeführt gemessen Milchkuh mit AHCS (Fehlerbalken stellen SE; Daten mit freundlicher Genehmigung von AN Hristov, Stiftnsylvania State University).

Die Fehlerbalken auf dieser Figur stellen die Variabilität in CH 4 Emissionen während einer Probenahme Ereignis (die mehrere Aufstoßen Zyklen umfasst). Es ist offensichtlich, daß in einigen Fällen (etwa 0400 und 0900 hr) war größer aufgrund wechselnder Konzentration von CH 4 in ausgeatmeten Gase Variabilität. Es ist auch klar, dass CH 4 Emissionen erhöhte nach der Fütterung (die rund 0600 Stunden war in diesem Beispiel). Der durchschnittliche Tages CH 4 Emissionen (dh., Ein Durchschnitt der 13 Mess Ereignisse) von dieser Kuh war 727 ± 22,9 g / Tag oder 26 g / kg, wenn pro kg Diät-Trockenmasseaufnahme (DMI) ausgedrückt.

Um den Bereich der CH 4 -Emissionen aus einer Gruppe von laktierenden gemessen mit AHCS Milchkühe zu demonstrieren, Daten aus einer aktuellen Crossover-Design-Studie an der Pennsylvania State University durchgeführt, die technische Cashewnußschalenflüssigkeit genutzt als CH 4 sind wir Minderungsmittel (Tabelle 1). Die Studie wurde mit 8 laktierenden Holstein Milchkühe und 2 Versuchsperioden von 21-Tagen je. Methan Daten wurden während der letzten Woche des jeweiligen Zeitraums gesammelt. Methan-Emissionsdaten wurden nicht von einer Kuh in der Zeit vom 1. gesammelt und Daten für diese Kuh wurden ebenfalls nicht in Zeit nicht benutzt 2. Details des Experiments kann in Branco et al. 12 gefunden werden. Der durchschnittliche CO2-Ausstoß in dieser Studie war es mehr als 18.000 g / Kuh pro Tag oder 634 g / kg DMI. Durchschnittliche CH 4 Emissionen für diese Gruppe von Kühen war 523 g / Tag oder 20 g / kg DMI, die ähnlich wie die durchschnittliche CH 4 Emissionen berichtet für eine Datenmenge von über 370 Behandlungsmittel (19,1 ± 0,43 g / kg DMI) 7. In der Studie in Tabelle 1 dargestellt, verglichen mit der Kontrolle, neigten technische Cashewnußschalenflüssigkeit zu CH 4 Produktion im Pansen der Kühe um etwa 5% (P = 0,08) 12 zu verringern.

e_content "> Tabelle 1

Discussion

Die AHCS System kombiniert Elemente eines dynamischen Gehäuse Technik Kammersystem und Tracertechnik für die Massenflussmessungen von CH 4 und CO 2. Im Laufe von Tagen sammelt es mehrere Proben von jedem Tier zur Überwachung der durchschnittlichen täglichen Gesamtgasmassenflüsse zu definieren. Um ein Tier zu identifizieren und liefern die richtige Menge an Köder, wird ein RFID-Lesegerät in AHCS eingebaut. Der RFID-Tag gelesen wird, wie das Tier beginnt, den Kopf in den Einzug legen. Sobald ein Tier identifiziert wird, bestimmt AHCS wenn es berechtigt, einen Köder Belohnung zu diesem bestimmten Zeitpunkt des Tages zu empfangen ist (Beweidung oder Freilaufstall-Anwendungen). Die Start- und Endzeit der Besuch jedes Tieres (basierend auf den Infrarot-Sensoren bestimmt wird) wird automatisch erfasst. Der Köder-Abgabesystem verwendet wird, um Tiere zu AHCS periodisch über den Tag zu gewinnen. Typischerweise ist die Köderfutter pelletisiert und kann Gras, Luzerne, Getreide Konzentrate, Melasse und Pflanzenöl enthält.Während ein Tier Besucher AHCS zieht ein Fan Luft über dem Kopf (mit einer Geschwindigkeit von etwa 26 l / min), Fegen emittiert CH 4 und CO 2 in einen Lufteinlassverteiler. Die Luftströmungsgeschwindigkeit wird kontinuierlich mit einem Heißfilmanemometers in der Mitte des Luftsammelrohrs gemessen. Eine kontinuierliche Teilstichprobe der Luft extrahiert und in eine sekundäre Probenfilter geleitet, dann in zwei nicht-dispersiven Infrarot-Analysegeräte, einen Sensor zur CO 2 und eine für CH 4. AHCS umfasst auch zusätzliche Sensoren für Lufttemperatur, Luftfeuchte, Köder Drop, Systemspannung, Luftdruck, Propan Durchsatz und Kopfposition. Weide und Anhänger montiert Ausführungen für Weidesysteme gehören ein Schalenstern (lokale Windgeschwindigkeit) und Windfahne (Windrichtung). Alle Sensordaten werden in einem lokalen Datenspeicher und einem Computer gespeichert, so dass AHCS um automatisch und unabhängig funktionieren. Sensordaten werden auch auf einen internen Standard USB (Universal Serial Bus) Memory-Stick gespeichert. AHCS Datenwerden in der Regel über eine Internet-Verbindung übertragen werden, einmal pro Stunde, auf einen externen Server, wo sie dauerhaft angemeldet sind. Benutzer mit Internet-Anbindung können aus der Ferne in AHCS protokollieren und kontrollieren Sie das Gerät, Hetze Zeitpläne zu ändern und zu überprüfen historische und Echtzeit-Daten sowie Überprüfung und AHCS Funktion zu überwachen.

Insgesamt Experimente an der Pennsylvania State University durchgeführt, zeigten, dass die AHCS System liefert verlässliche Schätzungen für CH 4 und CO 2 -Emissionen von Milchkühen im Tie-Laufställen untergebracht. Die Vorteile der AHCS über Atmung Kammern ist, dass das Tier nicht beschränkt und ist in seiner natürlichen Umgebung (dh., Auf der Weide), oder sich frei bewegen kann (in einem Freilaufstall). AHCS ist auch weniger teuer zu bauen als eine traditionelle Respirationskammer. Diese relativ geringen Kosten ist wichtig, insbesondere für CH 4 Minderungs Forschung in Entwicklungsländern. Verglichen mit dem SF 6 Spurenr Verfahren ist AHCS einfacher zu bedienen und keine komplizierte und teure Analysegeräte erforderlich. Vielleicht ist die scheinbare Nachteil AHCS gegenüber Kammern und den SF 6-Methoden (vor allem, wenn in Beweidung oder Freilaufstall Umgebungen verwendet), ist, dass das Tier hat, freiwillig zu nähern das Gerät und damit Gasmessung Ereignisse sind vielmehr abhängig von Tierbesuche . Innerhalb eines Tages diese Tierbesuche oder auch nicht repräsentativ für den Tagesrhythmus von CH 4 Produktion. Bei Anwendungen, in denen das Tier Abfragen AHCS freiwillig die Abtastperiode lang genug sein sollte oder wiederholt eine ausreichende Anzahl von Malen. Der Tie-Stall-Anwendung an der Pennsylvania State University verwendet lindert dieses Problem, indem die Anzahl und die zeitliche Verteilung der Gasmessungen während eines 24-Stunden-Zuführungszyklus. Ausreichende Abtastung Aufstossen Gas während eines Zuführungszyklus (wie in dem obigen Protokoll bezeichnet) ist wichtig für Vertreve Schätzung CH4-Produktion in den Pansen von Rindern. Die Menge des Köders Ernährung der Tiere während der Messungen mit AHCS zugeführt, um in der Gesamtanalyse (dh sie müssen zur Gesamtfuttermenge von dem Tier verzehrt hinzugefügt werden), so dass die Emissionsintensität pro Einheit des Vorschub DMI genau sein betrachtet werden geschätzt. Unter normalen Ernährungsbedingungen, die Köderfutter weniger als 5% des Gesamt DMI eines Milchkühen und seine Wirkung auf die Pansen und CH 4 Herstellung gering ist. Es wird angemerkt, dass AHCS (und anderen vergleichbaren Systemen) nicht CH 4-Produktion zu messen im Tier Enddarm. Enddarm Fermentations trägt jedoch nur etwa 3% der gesamten CH 4 -Emissionen in einem Wiederkäuer 7.

Basierend auf der Erfahrung, gibt es einige wichtige Komponenten des Messentepansengasproduktion mit AHCS: (1) das Tier an die Hetze Futtermittel (und AHCS) gewöhnt werden und hat to, wie es um die Annäherung und verwenden Sie die AHCS Anleger, (2) den Kopf des Tieres hat, den ganzen Weg, um zuverlässige Gasemissionen Daten zu sammeln eingefügt werden in den Einzug, (3) die AHCS Kalibrierungsvorgang muss unbedingt eingehalten werden ist (4) mit ausreichend Zeit, um Hintergrund CH 4 und CO 2 Daten zwischen Abtasten einzelner Tiere zu sammeln wichtige, vor allem im Tie-oder Freilaufställen, und (5), ist es wichtig, dass genügend Daten werden in einem Abtastzyklus gesammelt ( Abdecken eines 24-Stunden-Zeitraum), so dass durch AHCS erzeugten Emissionsdaten repräsentativ für die tatsächliche Tages CH 4 oder CO 2 -Emissionen durch das Tier sind.

Vergleichsversuche mit AHCS vs. gegründet CH 4 Messtechniken unterstützen die vorstehenden Schlussfolgerungen. Zum Beispiel, eine Studie mit wachsender Färsen Schluss, dass AHCS war in der Lage zu schätzen CH4-Emissionen aus der Tierhaltung und Emissions Einschätzungen AHCS erzeugt waren vergleichbardurch Respirationskammern 9 erhalten wurden. Diese Autoren darauf hingewiesen, dass der Einsatz der AHCS Einheiten und Replikation müssen sorgfältig geprüft, um sicherzustellen, eine ausreichende Zahl von Messungen erhalten werden. Basierend auf der Erfahrung, 8 Probenahme Veranstaltungen, eine 3-Tage-Frist, um eine 24-Stunden-Zuführungszyklus (siehe Protokoll oben) decken gestaffelt über ausreichend sind, um genaue Messungen der gasförmigen Emissionen und relativ geringe Variabilität in den Daten (dh akzeptable Präzision) zu erhalten. In einer Studie an laktierenden Kühen, wurde geschlossen, dass CH 4 -Emissionen von der AHCS gemessen wurden Literaturwerte aus Respirationskammern zwischen Variabilität der Tiere abgeleitet (CV von 11 bis 12%; Reproduzierbarkeit von 0,64 bis 0,81) wurde ebenfalls in der Bereich für Atmungskammern 10 ausgewiesen. In einer kürzlich veröffentlichten Studie mit laktierenden Kühen, hergestellt AHCS eine kleinere CV als der SF 6 Verfahren (14,1 bis 22,4% vs. 16,0 bis 111% für SF 6) 13 CH 4 Produktion wurde um 30% (p <0,001) gehemmt wird durchgeführt, schlossen wir, dass AHCS und die SF 6 Verfahren hergestellte ähnliche CH 4 Emissionsergebnisse : 319-481 g / Kuh pro Tag (Durchschnitt = 374 g / d; SEM = 15,9; CV = 13%) und 345 bis 485 g / Kuh pro Tag (Durchschnitt = 396 g / d; SEM = 29,8; CV = 23 %) für AHCS und SF 6 bzw. 14.

Abschließend genau, aber praktische Techniken zur Messung von CH 4 Produktion im Pansen sind für den Erfolg der THG-Minderungsanstrengungen von entscheidender Bedeutung. AHCS ist eine automatisierte Gasmesssystem, das erwiesenermaßen zuverlässige und genaue Schätzungen der magensaftresistenten CH 4 und CO 2 -Emissionen von Rindfleisch und Milchvieh zu liefern.

Disclosures

Die Autoren Patrick R. Zimmerman und Scott R. Zimmerman Miteigentümer von C-Lock, Inc.

(Rapid City, SD), der Hersteller des GreenFeed (AHCS) beschrieben, die in diesem 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

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References

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