Methane, one of the important greenhouse gas, has a higher global warming potential than that of carbon dioxide. Agriculture, especially livestock, is considered as the biggest sector in producing anthropogenic methane. Among livestock, ruminants are the highest emitters of enteric methane. Methanogenesis, a continuous process in the rumen, carried out by archaea either with a hydrogenotrophic pathway that converts hydrogen and carbon dioxide to methane or with methylotrophic pathway, which the substrate for methanogenesis is methyl groups. For accurate estimation of methane from ruminants, three methods have been successfully used in various experiments under different environmental conditions such as respiration chamber, sulfur hexafluoride tracer technique, and the automated head-chamber or GreenFeed system. Methane production and emission from ruminants are increasing day by day with an increase of ruminants which help to meet up the nutrient demands of the increasing human population throughout the world. Several mitigation strategies have been taken separately for methane abatement from ruminant productions such as animal intervention, diet selection, dietary feed additives, probiotics, defaunation, supplementation of fats, oils, organic acids, plant secondary metabolites, etc. However, sustainable mitigation strategies are not established yet. A cumulative approach of accurate enteric methane measurement and existing mitigation strategies with more focusing on the biological reduction of methane emission by direct-fed microbials could be the sustainable methane mitigation approaches.
Objective: An experiment was conducted to study the effect of a blend of essential oils (BEO) on enteric methane emission and growth performance of buffaloes (Bubalus bubalis). Methods: Twenty one growing male buffaloes (average body weight of $279{\pm}9.3kg$) were divided in to three groups. The animals of all the three groups were fed on a ration consisting of wheat straw and concentrate mixture targeting 500 g daily live weight gain. The three dietary groups were; Group 1, control without additive; Group 2 and 3, supplemented with BEO at 0.15 and 0.30 mL/kg of dry matter intake (DMI), respectively. Results: During six months feeding trial, the intake and digestibility of dry matter and nutrients (organic matter, crude protein, ether extract, neutral detergent fibre, and acid detergent fibre) were similar in all the groups. The average body weight gain was tended to improve (p = 0.084) in Group 2 and Group 3 as compared to control animals. Feeding of BEO did not affect feed conversion efficiency of the animals. The calves of all the three groups were in positive nitrogen balance with no difference in nitrogen metabolism. During respiration chamber studies the methane production (L/kg DMI and L/kg digestible dry matter intake was significantly (p<0.001) lower in Group 2 and Group 3 as compared to control animals. Conclusion: The results indicated that the BEO tested in the present study have shown potential to reduce enteric methane production without compromising the nutrient utilization and animal performance and could be further explored for its use as feed additive to mitigate enteric methane production in livestock.
본 실험은 동일 사료원료 조건에서 농후사료와 조사료를 혼합 급여하는 섬유질배합사료(TMR)와 분리급여 방식이 메탄발생량에 미치는 효과를 조사하기 위하여 홀스타인 거세 숫소 6두(평균체중 $203{\pm}24.8kg$)를 공시하여 changeover design으로 실험을 수행하였다. TMR구는 육성기용 배합사료, 티모시 건초 그리고 비지를 생중량 기준 각각 40, 48, 12% 비율로 매일 혼합 급여하였고, 분리급여구는 배합사료와 비지만을 급여 전 혼합하여 대사틀에 설치된 사료통에 먼저 넣고 그 위에 티모시를 올려주었다. 사료급여량은 공시축이 전량 섭취할 수 있도록 약 0.2 kg의 일당증체 수준으로 제한 급여하였기 때문에 처리구간 차이가 없었고, 메탄발생량(g/d)에서도 유의적인 차이가 없었다(P>0.1). 그러나 메탄 전변율(Ym, 메탄 에너지/GE intake)은 TMR구가 분리급여구 보다 유의적으로 높았다(p=0.05). 두 처리 평균 메탄 배출계수(kg $CH_4$/head/year)는 21.4였고, 평균 메탄 전변율은 0.05이었으며, 공시축의 대사체중(metabolic BW, $kg^{0.75}$)과 메탄발생량(g/d)과는 높은 상관관계($R^2=0.8057$, p<0.001)를 보였다. 반추가축의 대표적인 사료급여방식 차이가 메탄발생량에 미치는 효과에 대한 결론을 얻기 위해서는 보다 많은 연구가 필요할 것으로 사료된다.
Emissions of nitrous oxide (N$_2$O) and methane (CH$_4$) from poultry enteric fermentation were investigated using a respiration chamber. Birds were placed in a respiration chamber for certain intervals during their growing period or for the whole life cycle. The accumulated gas inside the chamber was sampled and analyzed for N$_2$O and CH$_4$ production. A curve for gas production during a life cycle was fitted. The calculated area under the curve estimated the emission factor of poultry enteric fermentation on a life cycle basis (mg bird$^{-1}$ life cycle$^{-1}$). This method can be used to estimate CH$_4$ or N$_2$O emissions from different types of avian species taking into account factors such as diet, season or thermal effects. The CH$_4$/N$_2$O emission factors estimated for commercial broiler chickens, Taiwan country chickens and White Roman Geese were 15.87/0.03, 84.8/16.4 and 1,500/49 (mg bird$^{-1}$ life cycle$^{-1}$), respectively, while the calculated CH$_4$/N$_2$O emission from enteric fermentations were 3.03/0.006, 14.73/2.84 and 9.5/0.31 (Mg year$^{-1}$), respectively in Taiwan in the year of 2000. The described method is applicable to most poultry species and the reported emission factors were applicable to meat type poultry only.
Roderick I. Mackie;Hyewon Kim;Na Kyung Kim;Isaac Cann
Animal Bioscience
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제37권2_spc호
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pp.323-336
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2024
Molecular hydrogen (H2) and formate (HCOO-) are metabolic end products of many primary fermenters in the rumen ecosystem. Both play a vital role in fermentation where they are electron sinks for individual microbes in an anaerobic environment that lacks external electron acceptors. If H2 and/or formate accumulate within the rumen, the ability of primary fermenters to regenerate electron carriers may be inhibited and microbial metabolism and growth disrupted. Consequently, H2- and/or formate-consuming microbes such as methanogens and possibly homoacetogens play a key role in maintaining the metabolic efficiency of primary fermenters. There is increasing interest in identifying approaches to manipulate the rumen ecosystem for the benefit of the host and the environment. As H2 and formate are important mediators of interspecies interactions, an understanding of their production and utilization could be a significant starting point for the development of successful interventions aimed at redirecting electron flow and reducing methane emissions. We conclude by discussing in brief ruminant methane mitigation approaches as a model to help understand the fate of H2 and formate in the rumen ecosystem.
Two experiments of four-week duration were conducted to investigate the effect of caecectomy on the intestinal characteristics, body weight gain and gas production in the caeca of White Roman goslings. In experiment I, forty eight 2-wk-old female goslings with similar body weight were randomly divided into four treatments: sham (SHAM), left side caecum removed (LSCR), right side caecum removed (RSCR) and both caeca removed (CAECECTOMY). Smimilarly, experiment II was conducted with twelve 5-wkold male goslings in two treatments: SHAM and CAECECTOMY. Free choice water with ad libitum feed was provided during experiment. At the end of experiment I, goslings were sacrificed and gut length and weight were determined. At 7 and 9 wks of age, birds in experiment II were subjected to respiration calorimetry studies. In both experiments, final body weights were not affected by caecectomy. Results of experiment I indicated that caecectomy did not significantly affect the relative weight (g/100 g BW) of gizzard, small intestine, rectum and colon (p>0.05); however, the relative length of colon and rectum did increase (p<0.05). The remaining caecum did not show compensatory growth in both LSCR and RSCR treatments. In experiment II, results indicated that the average enteric methane production from the caecetomised goslings was significantly lower than that from the bird in SHAM goslings (p<0.05). In comparison with SHAM goslings, calorific loss from entric methane in caecetomised birds was lower (p<0.05). There was no effect of age on methane production. The enteric nitrous oxide production in caeca of goslings was very low with no significantly different between two treatments.
On a global scale agriculture and in particular enteric fermentation in ruminants is reported to produce about one fourth (21 to 25%) of the total anthropogenic emissions of methane ($CH_4$). Methane is produced during the anaerobic fermentation of hydrolyzed dietary carbohydrates in the rumen and represents an energy loss to the host besides contributing to emissions of greenhouse gases into the environment. However, there appears to be uncertainty in the $CH_4$ estimation from livestock due to the limited availability of data to document the variability at the farm level and also due to the significant impact of diet on the enteric $CH_4$ production. The methane mitigation strategies require robust prediction of emissions from rumen. There are many methods available which would be suitable for measuring $CH_4$ produced from the various stages of animal production. However, several factors need to be considered in order to select the most appropriate technique like the cost, level of accuracy required and the scale and design of the experiments to be undertaken. Selection of any technique depends on the accuracy as each one has its advantages and disadvantages. Screening of mitigation strategies may be evaluated using individual animal before large-scale trials on groups of animals are carried out. In this review various methods for the estimation of methane production from ruminants as well as for the determination of methane production potential of ruminant feeds are discussed. The advantages and disadvantages of the methods starting from respiration chamber, ventilated hood, facemask, sulphur hexafluoride ($SF_6$) tracer technique, prediction equations and meteorological methods to in vitro methods are detailed.
Objective: The main objective of this study was to evaluate the effect of different feeding levels of a total mixed ration silage-based diet on feed intake, total tract digestion, enteric methane emissions, and energy partitioning in two beef cattle genotypes. Methods: Six mature bulls (three Thai natives, and three Thai natives - Charolais crossbreeds) were assigned in a replicated $3{\times}3$ Latin square design, with cattle breed genotype in separate squares, three periods of 21 days, and three energy feeding above maintenance levels (1.1, 1.5, and 2.0 MEm, where MEm is metabolizable energy requirement for maintenance). Bulls were placed in a metabolic cage equipped with a ventilated head box respiration system to evaluate digestibility, record respiration gases, and determine energy balance. Results: Increasing the feeding level had no significant effect on digestibility but drastically reduced the enteric methane emission rate (p<0.05). Increasing the feeding level also significantly increased the energy retention and utilization efficiency (p<0.01). The Thai native cattle had greater enteric methane emission rate, digestibility, and energy utilization efficiency than the Charolais crossbred cattle (p<0.05). The daily metabolizable energy requirement for maintenance in Thai native cattle ($388kJ/kg\;BW^{0.75}$, where $BW^{0.75}$ is metabolic body weight) was 15% less than that in Charolais crossbred cattle ($444kJ/kg\;BW^{0.75}$). Conclusion: Our results suggested that the greater feeding level in zebu beef cattle fed above maintenance levels resulted in improved energy retention and utilization efficiency because of the reduction in enteric methane energy loss. The results also indicated higher efficiency of metabolisable energy utilization for growth and a lower energy requirement for maintenance in Bos indicus than in Bos taurus.
Ruminal methane production functions as the main sink for metabolic hydrogen generated through rumen fermentation and is recognized as a considerable source of greenhouse gas emissions. Methane production is a complex trait affected by dry matter intake, feed composition, rumen microbiota and their fermentation, lactation stage, host genetics, and environmental factors. Various mitigation approaches have been proposed. Because individual ruminants exhibit different methane conversion efficiencies, the microbial characteristics of low-methane-emitting animals can be essential for successful rumen manipulation and environment-friendly methane mitigation. Several bacterial species, including Sharpea, uncharacterized Succinivibrionaceae, and certain Prevotella phylotypes have been listed as key players in low-methane-emitting sheep and cows. The functional characteristics of the unclassified bacteria remain unclear, as they are yet to be cultured. Here, we review ruminal methane production and mitigation strategies, focusing on rumen fermentation and the functional role of rumen microbiota, and describe the phylogenetic and physiological characteristics of a novel Prevotella species recently isolated from low methane-emitting and high propionate-producing cows. This review may help to provide a better understanding of the ruminal digestion process and rumen function to identify holistic and environmentally friendly methane mitigation approaches for sustainable ruminant production.
The objective of this study was to investigate the effects of dietary hydrolysable tannin on growth performance and methane emissions of Hanwoo beef cows. Fifteen cows participated in a seven-week experiment. The cows were stratified by initial methane emissions and assigned to one of two treatments: Control and tannin supplementation. Commercial hydrolysable tannin was top-dressed to a concentrate mix at 3 g/kg based on the dry matter. Enteric methane production was measured for 4 consecutive days at 1 week before and 1, 3 and 7 weeks after the initiation of the experiment using a laser methane detector. The feed intake was measured daily during the methane measurement periods and an additional two days prior to each measurement. The body weight of the cows was measured every 4 weeks. Hydrolysable tannin had no effect (p > 0.05) on body weight, average daily gain, dry matter intake (DMI) and feed conversion ratio. After one week, the methane emission of the tannin supplementation group was 3.66 ppm-m / kg DMI, which was about 3.4% lower (p = 0.078) than that of the control group; however, this tendency disappeared at 3 weeks after the start of the experiment (p > 0.05). The results of this study show that hydrolysable tannin supplementation can reduce enteric methane emissions for a limited period in Hanwoo beef cows. More research, however, is needed to determine the optimal level of hydrolysable tannin supplementation to reduce enteric methane emissions for a longer period without adversely affecting the animal performance of Hanwoo beef cattle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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