El uso de un sistema automatizado (Magnetovisor Verde) para supervisar entérica de metano y dióxido de carbono Las emisiones de los rumiantes

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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

Los animales rumiantes (domésticos o salvajes) emiten metano (CH 4) a través de la fermentación entérica en su tracto digestivo y de la descomposición del estiércol durante su almacenamiento. Estos procesos son las principales fuentes de gases de efecto invernadero (GEI) de los sistemas de producción animal. Las técnicas para medir entérico CH 4 varían de mediciones directas (cámaras de respiración, que son altamente precisa, pero con una aplicabilidad limitada) a varios métodos indirectos (sniffers, la tecnología láser, que son prácticos, pero con una precisión variable). El hexafluoruro de azufre (SF 6) Método de gas trazador se utiliza comúnmente para medir entérica CH4 producción por científicos de animales y, más recientemente, la aplicación de un Sistema Automatizado de Head-Cámara (AHCS) (Magnetovisor Verde, C-Lock, Inc., Rapid City, SD), que es el foco de este experimento, ha ido creciendo. AHCS es un sistema automatizado para supervisar CH 4 y dióxido de carbono (CO 2) los flujos de masa de lala respiración de los animales rumiantes. En una operación típica AHCS, pequeñas cantidades de cebo de alimentación se dispensan a los animales individuales para atraer a AHCS múltiples veces al día. Como el animal visita AHCS, un sistema de ventilación extrae el aire pasado el hocico del animal en un colector de admisión, y por medio de un tubo de recogida de aire, donde se miden las tasas de flujo de aire continuo. Una sub-muestra de aire se bombea fuera de la tubería en sensores de infrarrojos no dispersivo para la medición continua de CH 4 y concentraciones de CO 2. Comparaciones de campo de AHCS a cámaras de respiración o SF 6 han demostrado que AHCS produce resultados CH4 emisiones repetibles y precisos, a condición de que las visitas de los animales a AHCS son suficientes por lo que las estimaciones de emisiones son representativos del ritmo diurno de la producción de gas rumen. Aquí, se demuestra el uso de AHCS para medir CO 2 y CH 4 flujos de vacas lecheras dado una dieta control o una dieta suplementada con calidad técnica anacardolíquido de la cáscara.

Introduction

La producción animal representa una fuente importante de gases de efecto invernadero (GEI) en todo el mundo, generando CH 4 y el óxido nitroso, ya sea directamente (por ejemplo, a partir de la fermentación entérica y el aprovechamiento del estiércol) o indirectamente (por ejemplo, de las actividades de alimentación de producción y conversión de bosques en pastos o tierras de cultivo). Las estimaciones para el ganado contribución a la emisión global de GEI varían desde alrededor de julio 1-18% 2, en función de los límites del análisis y los métodos utilizados. En los Estados Unidos, la ganadería representa el 3,1% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero en 2009 3.

Entérica CH 4 es el mayor contribuyente a las emisiones de gases de efecto invernadero de la ganadería. Por lo tanto, los científicos de los animales se han centrado su investigación en el descubrimiento de las tecnologías de mitigación para reducir entérica CH4 producción de rumiantes. En muchos casos, los resultados son de valor científico cuestionable debido al diseño experimental o inadecuadatécnicas de medición r 1. Por lo tanto, la exactitud y la precisión de las técnicas de medición son críticamente importantes componentes de la investigación de mitigación de GEI. Una gran cantidad de literatura se ha publicado sobre este tema en los últimos años 4-7. Existen varios enfoques establecidos para medir entérica CH4 producción en rumiantes, incluyendo cámaras de respiración (muy precisos pero con una aplicabilidad limitada), gases trazadores (hexafluoruro de azufre; SF 6), y de cabeza cámaras. Aunque las cámaras de respiración se consideran el "estándar de oro" para la medición de las emisiones de gases ruminales, su principal desventaja es que el número de animales de ensayo se limita generalmente debido al número limitado de cámaras disponibles en un centro de investigación en particular. Las técnicas más prácticas y ampliamente utilizado para medir entérica CH4 producción son el método del gas trazador SF 6 y, más recientemente, un sistema Head-Cámara Automatizado (AHCS, Magnetovisor Verde) que cun monitor de CH 4 y CO 2 flujos de masa de la respiración y eructos de gas de los rumiantes 8. Tanto la técnica de SF 6 y AHCS habilitar las emisiones que se analizaron en un gran número de animales en pastoreo libre o en graneros de libre y corbata-parada. La técnica SF 6 utiliza SF 6 como un gas trazador, que se libera de forma continua desde un tubo de permeación insertado en el rumen del animal, la recogida de una muestra de los gases exhalados, y el análisis del gas de SF 6: CH 4 proporción. AHCS es un sistema de tipo automatizado, cabeza-cámara que también se basa en el uso de un gas trazador (propano). En comparación con el método de cámara de respiración, donde los animales están confinados en condiciones anormales de alimentación y de comportamiento, y con el método trazador SF6, que requiere habilidades analíticas especiales y equipo (para la recolección de gas y SF 6 análisis) más amplio manejo de animales, AHCS es no -intrusive y es menos costosopara adquirir y operar. Las principales deficiencias de AHCS incluyen el muestreo no representativo (en aplicaciones, tales como sistemas de pastoreo, donde los animales tienen que visitar voluntariamente la unidad) y la utilización de piensos de cebo, lo que podría representar hasta un 5% del consumo de materia seca del animal durante una medición de gas evento. Experimentos comparativos recientes han concluido que AHCS produce tasas de emisiones comparables a los estimados usando cámaras de respiración o el SF 6 técnica 9,10.

El sistema AHCS independiente se construye alrededor de un alimentador automático robusto que es fácilmente transportable a mano o puede ser montado en un remolque equipado con paneles solares (u otras fuentes de energía) para la operación de campo autónomo y viajes de larga distancia. El sistema incluye un sistema animal de Radio-Frequency Identification (RFID), un sistema de cebado, un sistema de tratamiento de aire y medición, un sistema de trazador gas, electrónica y sistema de comunicación, y un sistema de manipulación de datos (<strong> Figura 1). Más detalles se pueden encontrar en la documentación de patente original 11.

El ejemplo de protocolo operación AHCS se describe a continuación es para vacas lecheras alojadas en un granero tie-puesto. El procedimiento es aplicable a otras categorías de bovinos (vacas no lactantes lácteos, novillas, o ganado de carne) alojadas en instalaciones similares. El objetivo de este experimento es para demostrar los principios y el funcionamiento de AHCS para la medición de CH 4 y las emisiones de CO2 procedentes de animales rumiantes.

Protocol

Animales que participan en el experimento descrito en resultados representativos fueron atendidos de acuerdo a las directrices del Comité de la Universidad de Cuidado de Animales y el Empleo del Estado de Pennsylvania. El comité revisó y aprobó el experimento y todos los procedimientos llevados a cabo en el estudio. Detalles, como la información de los animales y composición de la dieta y el diseño experimental, se pueden encontrar en la publicación completa de este experimento 12.

Nota: Para obtener una lista de los equipos y materiales necesarios para llevar a cabo el experimento, consulte la Tabla de Materiales.

1. Diseño Experimental

  1. Obtener la aprobación del Comité de Cuidado y Uso de Animales Institucional para el experimento. Este es un procedimiento no invasivo que no causa dolor al animal y se clasifica como USDA Categoría C (dolor leve o momentánea o angustia o ningún dolor o angustia). La anestesia no es necesario.
  2. Seleccione (es decir, no canulados) vacas intactaspara el experimento basado en etapa de lactancia, la edad y la producción de leche. No utilice vacas canulados con AHCS debido a posibles fugas de gas rumen a través de la cánula. Un dispositivo diseñado para aliviar este problema se está probando actualmente, pero los resultados no son reportados aquí.
  3. Si un diseño cruzado (es decir, la plaza América, por ejemplo) se utiliza, utilice 8 a 12 vacas, dependiendo del número de tratamientos, en un diseño replicado equilibrada para efectos residuales. Si, por ejemplo, 4 tratamientos se prueban, 8 vacas producirán un ensayo de diseño replicado 4 × 4, etc. La duración mínima recomendada de este tipo de experimentos es de 21 a 28 días, con los primeros 14 a 21 días para la adaptación al tratamiento y 7 días para la recolección de datos.
  4. Si se utiliza un diseño de bloques al azar, utilizar 12 a 15 vacas por tratamiento. Incluya un período de covarianza de 2 semanas antes de que comience la recogida de datos. La duración recomendada de estos experimentos es de 8 a 12 semanas, con la primera 2 semanas being para la adaptación al tratamiento.
  5. Equipar cada animal experimental con una ISO 11784 o etiqueta de identificación RFID compatible con 11.785.

2. Formación de los Animales utilizar AHCS

  1. Antes de comenzar el experimento, mueva AHCS a las instalaciones donde se encuentran las vacas. Coloque la unidad dentro de la vista de las vacas. Deje la unidad allí durante al menos 2 días.
  2. Preparar una alimentación cebo que los animales les gusta. Diferentes alimentos pueden ser juzgados para atraer a las vacas, a pesar de una mezcla de 70% de maíz molido, 27% de melaza secos y aceite de 3% de soja (como-se base en peso) se ha utilizado con éxito en el laboratorio. Evite los alimentos pegajosos y polvorientas que pueden obstruir el filtro de aire y el sistema de entrega de alimentación de AHCS. Se prefiere que la alimentación se sedimentó.
  3. Dar una pequeña cantidad (un puñado) de alimento a todos los animales, colocándolo en la parte superior de la alimentación que se utilizan para, a fin de que se familiaricen con la alimentación de cebo.
  4. Muy moverse lentamente AHCS a aproximadamente 1,5 m from el animal.
  5. Coloque aproximadamente 1 kg de pienso de cebo en un cubo y permitir que el animal al olor y el sabor del alimento cebo. Poco a poco mover el cubo hacia el canal de alimentación de la unidad AHCS, obligando al animal a estirar y llegar hacia el comedero AHCS.
  6. Volcado de algunos de los piensos de cebo de la cubeta en el comedero AHCS y lentamente mover la unidad AHCS hacia la vaca. Si en algún momento de la formación, la vaca se vuelve aprensiva o asustado, mueva la unidad alejada de ella y vuelve a intentarlo en otro momento o día.
  7. A lo largo de varios días, repita el entrenamiento hasta que los animales están acostumbrados y excitados por la unidad AHCS, (es decir, la alimentación de cebo). Si un animal no puede acostumbrarse a AHCS, reemplace con otro animal antes de que comience el experimento y capacitar al nuevo animal siguiendo el procedimiento anterior.

3. Calibración de AHCS

Nota: El intervalo de concentración de el sensor de CO 2 es de 0 a 5%; elrango para el sensor CH 4 es de 0 a 2%. Límites de detección más bajos son 20 ppm para el CH 4 y 50 ppm para CO 2. No hay preocupación sobre los altos niveles de fondo de CH 4 y CO 2 debido a que los límites de detección son mucho mayores que los altos niveles de seguridad de fondo de estos gases en instalaciones de los animales.

  1. Para una mayor precisión, lleve a cabo este procedimiento de calibración 5 veces al principio y 3 veces al final de cada experimento de medición de gas.
  2. Utilice los siguientes gases (véase la Tabla de Materiales): 0.15% CH 4 y 1% de CO 2 (clase maestra de grado certificado, ± 2% de precisión) para el gas de ajuste y el 100% de N 2 (99,999% de pureza) para el gas cero.
  3. Llene una bolsa de muestras con 2 l de gas cero, y otra bolsa con 2 l de mezcla de gas de ajuste. Asegúrese de utilizar la bolsa totalmente desinflado. Llenar las bolsas con nuevo gas en el día de la calibración.
  4. Vuelva a colocar las bolsas después de 1 año de uso o menos, si es necesario.
  5. Tome el gasnormas en el lugar donde el experimento de medición de gas se lleva a cabo. Si los animales y la medición se llevan a cabo en una instalación cerrada (es decir., Un granero de lácteos), gire a la afición granero ON durante todo el proceso de calibración. Esto es necesario para minimizar el efecto de las concentraciones de metano en el aire de fondo.
  6. Gire AHCS ON y deje que se caliente antes de la calibración durante al menos 30 minutos. Retire el tapón del tubo de calibración situado en el interior del panel frontal. Asegúrese de que no hay agua en el tubo de calibración. Eliminar el agua, si es necesario. El agua va a destruir los sensores de concentración de gas.
  7. Conectar la bolsa de muestra N 2 (gas cero) para el tubo de calibración. Desenrosque la válvula de plástico en la bolsa de muestreo en sentido antihorario 1 vuelta completa para permitir el flujo.
  8. Gire el botón "RUN-CALIBRAR", ubicado en el panel de control de instrumentos de AHCS a "CALIBRAR". Esto comenzará el bombeo de la muestra fuera de la bolsa. Una vez que se inicia el flujo, pulsey sostenga el botón "Calibrar" durante 10 segundos y luego suéltelo.
  9. Esperar a que la bolsa de muestra para desinflar a aproximadamente 10% de su capacidad. No vaciar completamente la bolsa, puede dañar el sensor. Una vez que la bolsa está en torno al 10% de su capacidad, gire el botón "RUN-CALIBRAR" de nuevo a "RUN".
  10. Cierre la bolsa de muestra y desconectarlo del tubo de calibración. Espere 2 minutos y luego, conecte la bolsa de mezcla de gas de ajuste al tubo de calibración.
  11. Repita el paso 3.7.
  12. Una vez que el flujo comienza, pulse y mantenga pulsado el botón "Calibrar" durante 3 segundos y luego soltarlo.
  13. Repita el paso 3.10.
  14. Cierre la bolsa de muestra y desconectarlo del tubo de calibración. Vuelva a colocar el tapón en el tubo de calibración.
    Nota: Una vez finalizada la calibración, aparecerán los valores "Factor" de la ficha de datos en la página web. El coeficiente de variación de los factores debe ser inferior a 3% y 1% para CH 4 y CO 2, respectively. Si no está dentro de este rango, repetir la calibración.

4. CO Prueba de Recuperación 2

  1. Realice la prueba de recuperación de CO 2 al menos una vez (3 versiones = 1 cilindro de CO 2) antes de cada experimento de medición de gas. En aplicaciones continuas, realice la prueba de recuperación una vez por mes.
  2. Asegúrese de que la válvula de prueba de recuperación de CO 2 es OFF (la válvula es perpendicular a la boquilla de salida). Coloque un nuevo cilindro de CO 2 para el sistema de liberación y gire la válvula en sentido horario hasta que quede apretado.
  3. Nivel y cero la escala masiva. Coloque todo el sistema de liberación en la escala para asegurar que sea exacta. Prueba para asegurar CO 2 está fluyendo: abrir la válvula ON / OFF y rápidamente cerrar de nuevo mientras se escucha de CO 2 que sale de la boquilla. Debe haber un "whishing" sonido cuando el CO 2 está fluyendo.
  4. Coloque el soporte del cilindro de CO 2 a la comedero. De nflujo, no te permiten animales se acerquen / respirar en el alimentador. La gente también no deben respirar en el alimentador.
  5. Pese el cilindro de CO 2 con el sistema de liberación. Anota esta masa como masa inicial. Anote la hora local actual en el inicio de cada lanzamiento de CO 2.
  6. Colocar el cilindro de CO 2 y el sistema de liberación en el soporte del cilindro CO 2 (canal que introduce) y dirigir la boquilla en el colector. No respirar en el alimentador.
  7. Encienda la válvula ON / OFF para liberar CO 2 y registrar la hora de inicio de la liberación. Volver a varios pies de distancia de la alimentación y esperar 3 min. Después de 3 minutos, apague el / OFF de la válvula y la parada de registro de tiempo ON del lanzamiento.
  8. Retire el cilindro plus versión del sistema CO 2 desde el alimentador. No desenroscar el cilindro de CO2 del sistema de liberación. Sostenga el cilindro de CO 2 en una tina con agua tibia (37 a 43 ° C). Coloque sólo el cilindro en el agua, no a todo el sistema de liberación.
  9. 2 se calienta, retírelo del agua y utilice un paño de secado para eliminar toda el agua de la misma. Pese el cilindro de CO 2 con sistema de liberación y registrar esta masa como definitiva.
  10. Espere por lo menos 3 minutos antes de la próxima versión. Durante los 3 minutos el tiempo de espera, no permita que cualquier animal o persona cerca de la unidad. A 90 g de cilindro de CO2 proporcionará unos 3 lanzamientos a fin de utilizar múltiples cilindros si hay más de 3 lanzamientos. Cuando un cilindro está vacío, pesar el cilindro vacío y continuar con un nuevo cilindro, como se describió anteriormente.
  11. Repita los pasos 4.3 a través de 4.9 al menos 3 veces, marcando la nueva hora de inicio, detener el tiempo, la masa inicial y masa final de cada versión.
  12. Después de la versión final, espere por lo menos 3 minutos antes de permitir que los animales tengan acceso a la unidad. Cuando haya terminado, desenroscar el cilindro de CO2 del sistema de liberación.

Medida 5. Gas

Nota: Antes deSe requiere la medición de gas, un reciente (dentro de una semana) de calibración de AHCS. Consulte los pasos 3, Calibración de AHCS y 4, CO 2 prueba de recuperación. Asegúrese de que la etiqueta RFID del animal está en su lugar.

  1. Encienda AHCS y dejar actuar durante 30 minutos para calentar antes de hacer cualquier medición.
  2. Posición AHCS modo se permite que el flujo de aire de los ventiladores granero para entrar en el canal de alimentación. Espere 2 minutos. Pulse el botón Avance de entrega y mantener durante 3 segundos para entregar aproximadamente 50 g de alimento. Visualmente validar que el alimento ha sido entregado en el comedero.
  3. Estirar AHCS en frente de una vaca. Registre el tiempo en el cuaderno de experimento. La unidad leerá etiqueta RFID del animal.
  4. Entregar alimentación 5 veces adicionales durante un período de muestreo de 5 minutos, el espaciamiento de ellos para tratar de mantener la cabeza del animal de forma continua en el canal de alimentación. Si se requiere alimentación adicional (para mantener la cabeza del animal en el canal de alimentación), tome nota de que en el cuaderno de experimento.
  5. Noe: alimentación / pellets se entregan normalmente una vez cada 50 seg durante un total de 6 gotas (300 g / evento de medición) para obtener periodos de medición individuales de 5 min. El AHCS está equipado con sensores infrarrojos para controlar continuamente la distancia del animal cabeza en relación con el colector de admisión de aire. Estos datos se utilizan posteriormente para identificar los períodos en que la cabeza del animal no estaba en posición y estos datos de medición se descartan.
  6. Una vez transcurrido el periodo de muestreo de 5 minutos, tire AHCS lejos de la unidad de los animales y la posición de modo que se permite la circulación de aire de los ventiladores granero para entrar en el canal de alimentación. Espere 2 minutos para purgar el aire a través del sistema y recopilar datos sobre los antecedentes de la composición del aire.
  7. Repita los pasos 5.2 a 5.5 para los animales adicionales.
  8. Repita el muestreo de 8 veces durante un ciclo de alimentación de 24 horas, se tambaleó en el tiempo durante un período de 3 días. El siguiente programa de muestreo se ha utilizado con éxito: 0900, 1500, y 2100 horas (días de muestreo 1), 0300, 1200, y 1700 hr (día de muestreo 2), y 0000, y 0500 hr (día de muestreo 3). Este programa de muestreo entregará 8 muestras por animal y por período de muestreo. Los tiempos de muestreo pueden variar dependiendo de los tiempos de alimentación y de ordeño.
    Nota: Cuando se ha completado el muestreo de gas, recuperar datos de emisión de la página web.

Representative Results

Figura 1

Figura 1: Componentes del sistema Head-Cámara Automatizado (AHCS, Magnetovisor Verde) para medir CH4 producción en animales rumiantes.

La producción de metano en el rumen es un proceso microbiológico sustrato dependiente 7. La producción de CH 4 y CO 2 aumenta después de que el animal se alimenta y disminuye a partir de entonces. La Figura 2 muestra el aumento de CH 4 en la producción de un ad libitum vacas lecheras alimentadas en alrededor de 0.600 horas (datos no publicados por AN Hristov, Universidad del Estado de Pennsylvania).

Figura 2
Figura 2: CH diurna 4 emisiones de una vaca lechera alimentados una vez al día medido utilizando AHCS (barras de error representan SE; cortesía de datos de AN Hristov, Plumansylvania State University).

Las barras de error en esta figura representan la variabilidad en la emisión de CH 4 durante un evento de muestreo (que incluye múltiples ciclos eructos). Es evidente que en algunos casos (alrededor de 0400 y 0900 hr), la variabilidad fue mayor debido al cambio de concentración de CH 4 en los gases exhalados. También es claro que las emisiones de CH4 se incrementaron después de la alimentación (que fue de alrededor de 0.600 horas en este ejemplo). El promedio diario de emisión de CH 4 (es decir., Un promedio de los eventos de medición 13) a partir de esta vaca fue 727 ± 22,9 g / día, o 26 g / kg cuando se expresa por kg de consumo de materia seca de dieta (DMI).

Para demostrar la gama de emisiones de CH 4 de un grupo de vacas lecheras lactantes medidos usando AHCS, incluimos datos de un ensayo de diseño cruzado reciente llevado a cabo en la Universidad del Estado de Pensilvania que utilizó de calidad técnica líquido cáscara de nuez de marañón como CH 4 agente de mitigación (Tabla 1). El juicio fue con 8 lactantes Holstein vacas lecheras y 2 períodos experimentales de 21 días cada uno. Datos de metano fueron recogidos durante la última semana de cada período. Los datos de emisiones de metano no se obtuvieron de una vaca en el período 1 y los datos para que la vaca también no se utilizaron en el periodo 2. Los detalles del experimento se pueden encontrar en Branco et al. 12. El promedio de las emisiones de CO 2 en este estudio fue más de 18.000 g / vaca por día, o 634 g / kg DMI. Emisión media de CH 4 para este grupo de vacas era 523 g / día o 20 g / kg DMI, que es similar a la CH media 4 emisiones reportados para un conjunto de datos de más de 370 medios de tratamiento (19,1 ± 0,43 g / kg DMI) 7. En el estudio presentado en la Tabla 1, en ​​comparación con el control, de calidad técnica líquido de la cáscara de nuez de anacardo tendió a disminuir la producción de CH 4 en el rumen de las vacas en alrededor de 5% (P = 0,08) 12.

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Discussion

El sistema AHCS combina elementos de una técnica dinámica recinto, el sistema de cámara, y la técnica de trazador para las mediciones de flujo de masa de CH 4 y CO 2. En el transcurso de días, que recoge múltiples muestras de cada animal para definir el total de los flujos de masa promedio diaria de gas. Para identificar un animal y entregar la cantidad correcta de cebo, un lector de RFID se incorpora en AHCS. La etiqueta RFID se lee como el animal comienza a colocar la cabeza en el alimentador. Una vez que un animal es identificado, AHCS determina si es elegible para recibir una recompensa de cebo en ese momento específico del día (pastoreo o aplicaciones granero sin parada). El inicio y final de la visita de cada animal (determinado en base a los sensores de infrarrojos) se registra automáticamente. El sistema de suministro de cebo se utiliza para atraer a los animales a AHCS periódicamente durante todo el día. Típicamente, la alimentación de cebo se granula y puede contener hierba, alfalfa, concentrados de granos, melaza, y aceite vegetal.Mientras que una visitas de animales AHCS, un ventilador empuja el aire por encima de su cabeza (a una velocidad de unos 26 l / min), Barrer emitida CH 4 y CO 2 en un colector de admisión de aire. La velocidad de flujo de aire se mide continuamente con un anemómetro de película caliente en el medio de la tubería de recogida de aire. Una submuestra continuo de aire se extrae y se encamina hacia un filtro muestra secundaria, y luego en dos analizadores no dispersivo por infrarrojos, un sensor de CO 2 y una para CH 4. AHCS también incluye sensores adicionales para la temperatura del aire, humedad del aire, la caída de cebo, la tensión del sistema, la presión atmosférica, la tasa de flujo de propano, y posición de la cabeza. Pasto y remolque versiones montadas para los sistemas de pastoreo incluyen un anemómetro de cazoletas (velocidad del viento local) y veleta (dirección del viento). Todos los datos de sensor se almacenan en un registrador de datos local y un ordenador, lo que permite AHCS para funcionar automáticamente y de forma independiente. Datos de sensor también se almacenan en un USB estándar interno (Universal Serial Bus) memory stick. Datos AHCSse transfieren normalmente a través de un enlace de Internet, una vez por hora, a un servidor externo en el que se registran de forma permanente. Los usuarios con conexión a Internet pueden iniciar sesión de forma remota en AHCS y controlar la unidad, modificar horarios de carnada, y revisar los datos históricos y en tiempo real, así como la revisión y controlar la función AHCS.

En general, los experimentos realizados en la Universidad Estatal de Pennsylvania demostraron que el sistema AHCS ofrece estimaciones fiables para CH 4 y emisiones de CO2 de las vacas lecheras alojados en establos de amarre de puesto. Las ventajas de AHCS más cámaras de respiración es que el animal no está restringido y se encuentra en su ambiente natural (es decir., En los pastos), o puede mover libremente (en un granero sin parada). AHCS también es menos caro de construir que una cámara de respiración tradicional. Este relativamente bajo costo es importante, sobre todo para el CH 4 investigación mitigación en los países en desarrollo. En comparación con el SF 6 rastrométodo r, AHCS es más simple de operar y no requiere equipo analítico complicado y costoso. Tal vez el más aparente desventaja de AHCS, en comparación con las cámaras y los métodos SF 6 (en particular cuando se utilizan en entornos de pastoreo o sin parada del granero), es que el animal tiene que acercarse voluntariamente la unidad y por lo tanto los eventos de medición de gas dependen de las visitas de animales . Dentro de un día, estas visitas de animales pueden o no ser representativos del ritmo diurno de CH4 producción. Por lo tanto, en aplicaciones en las visitas de animales AHCS voluntariamente, el período de muestreo debe ser suficientemente largo o repetido un número suficiente de veces. La aplicación tie-establo usado en la Universidad Estatal de Pennsylvania alivia este problema mediante el control del número y la distribución temporal de las mediciones de gas durante un ciclo de alimentación de 24 horas. Muestreo suficiente de gas eructos durante un ciclo de alimentación (como se indica en el protocolo anterior) es importante para representative estimación de la producción de CH 4 en el rumen de los bovinos. La cantidad de pienso de cebo se alimenta a los animales durante las mediciones utilizando AHCS tiene que ser considerado en el análisis global (es decir, hay que añadir a la cantidad total de alimento consumido por el animal), por lo que la intensidad de emisiones por unidad de alimento DMI puede ser precisa estimado. En condiciones normales de alimentación, la alimentación de cebo representa menos del 5% del total de DMI a vacas lecheras y su efecto sobre la fermentación ruminal y CH 4 producción es pequeña. Se observa que AHCS (y otros sistemas similares) no mide CH 4 la producción en intestino posterior del animal. Fermentación intestino posterior, sin embargo, aporta sólo alrededor del 3% del total de las emisiones de CH 4 en un animal rumiante 7.

Con base en la experiencia, hay varios componentes importantes de la medición de la producción de gas ruminal entérica usando AHCS: (1) el animal tiene que estar acostumbrado a la alimentación de cebo (y AHCS) y tiene to como si el fin de acercarse y utilizar el alimentador AHCS, (2) la cabeza del animal tiene que ser insertado hasta el fondo en el alimentador con el fin de recopilar datos sobre las emisiones de gases de confianza, (3) el procedimiento de calibración AHCS tiene que ser seguido estrictamente , (4) que tiene tiempo suficiente para recoger datos de antecedentes CH 4 y CO 2 entre el muestreo de animales individuales es importante, sobre todo en graneros Tie- o sin parada, y (5) es importante que suficientes datos se recogen en un ciclo de muestreo ( que abarca un período de 24 horas) lo que los datos de las emisiones generadas por AHCS son representativas de la CH diurna real 4 o emisiones de CO 2 por el animal.

Las pruebas comparativas con AHCS vs. técnicas CH 4 de medición establecidos apoyan las conclusiones anteriores. Por ejemplo, un estudio con crecientes vaquillas concluyó que AHCS fue capaz de estimar las emisiones de CH4 del ganado y de emisión estimaciones generadas por AHCS fueron comparablesa los valores obtenidos por las cámaras de respiración 9. Estos autores señalaron que el despliegue de las unidades AHCS y replicación deben considerarse cuidadosamente para asegurar un número suficiente de se obtienen mediciones. Basado en la experiencia, 8 eventos de muestreo, escalonadas durante un período de 3-días para cubrir un ciclo de alimentación 24 hr (véase el protocolo anterior) son suficientes para obtener mediciones precisas de emisiones gaseosas y relativamente baja variabilidad de los datos (es decir, la precisión aceptable). En un estudio con las vacas lecheras en lactación, se concluyó que emisiones de CH 4 medidos por el AHCS fueron similares a valores de la literatura derivados de cámaras de respiración y entre la variabilidad de los animales (CV de 11 a 12%; repetibilidad de 0,64 a 0,81) fue también dentro de la rango reportado para cámaras de respiración 10. En un estudio recientemente publicado con las vacas en lactación, AHCS produjo un CV más pequeño que el método SF 6 (14,1 a 22,4% frente a 16,0 a 111% para el SF 6) 13 CH4 producción se inhibió en un 30% (p <0,001), llegamos a la conclusión de que AHCS y el método SF 6 produjeron similares CH 4 resultados de las emisiones : 319 a 481 g / vaca por día (media = 374 g / d; SEM = 15,9; CV = 13%) y 345 a 485 g / vaca por día (media = 396 g / d; SEM = 29,8; CV = 23 %) para AHCS y SF 6, respectivamente 14.

En conclusión, precisa, pero las técnicas prácticas para la medición de la producción de CH4 en el rumen son de importancia crítica para el éxito de los esfuerzos de mitigación de GEI. AHCS es un sistema de medición de gas automatizado que ha sido probado para entregar estimaciones fiables y precisas de CH 4 entérico y las emisiones de CO2 a partir de carne y leche.

Disclosures

Los autores Patrick R. Zimmerman y Scott R. Zimmerman son copropietarios de C-Lock, Inc.

(Rapid City, Dakota del Sur), el fabricante de Magnetovisor Verde (AHCS) se describe en este artículo.

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

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