Auswirkungen von im Pansen nicht abbaubaren Proteinquellen auf die Lachgas-, Methan- und Ammoniakemission aus dem Mist von Mastbetrieben

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 9166 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Es wurden die Auswirkungen von Quellen für im Pansen nicht abbaubares Protein (RUP) in der Ernährung auf die Emissionen von Methan (CH4), Lachgas (N2O) und Ammoniak (NH3) aus dem Mist von Mastvieh ausgewertet. Wir stellten die Hypothese auf, dass die Verwendung verschiedener RUP-Quellen in der Ernährung den N-Verlust über den Urin verringern und zu einer Verringerung der N2O-, CH4- und NH3-Emissionen in die Umwelt beitragen würde. Nellore-Rinder erhielten verschiedene Diäten (18 Tiere/Behandlung), darunter Sojabohnenmehl (SM, RDP-Quelle), Bypass-Sojabohnenmehl (BSM, RUP-Quelle) und Maisglutenmehl (CGM, RUP-Quelle). Die Proteinquelle hatte keinen Einfluss auf die N- und C-Konzentration im Urin, die C-Konzentration im Stuhl und die N-Balance (P > 0,05). Die RUP-Quellen führten zu einer höheren N2O-Emission als die RDP-Quelle (P = 0,030), während BSM zu einer höheren N2O-Emission als CGM (P = 0,038) führte (SM = 633, BSM = 2521 und CGM = 1153 g ha−). 2 N–N2O); Es gab jedoch keine Unterschiede in der CH4- und NH3-Emission (P > 0,05). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verwendung von RUP in der Ernährung keinen Einfluss auf die N-Ausscheidung von Rindern oder die CH4- und NH3-Emission aus der Gülle hatte, jedoch die N2O-Emission aus der Gülle erhöhte.

Durch die Mast von Rindern in geschlossenen Mastbetrieben können Futterquellen genutzt werden, die den Anforderungen des Tieres gerecht werden, was zu einer Steigerung der Produktivität und der Fleischqualität führt1. Dieses System ist jedoch für eine größere Ansammlung von Gülle verantwortlich, die mehrere Komponenten wie N und organische Materialien enthält2. Diese Komponenten können sich umwandeln und als Emissionsquelle für Treibhausgase (THGs) wie Lachgas (N2O) und Methan (CH4)3,4,5 sowie Ammoniak (NH3)6,7 dienen. Treibhausgasemissionen tragen zur globalen Erwärmung bei8, während die Verflüchtigung von NH3 die menschliche Gesundheit schädigt7,9 und möglicherweise die Treibhausgasemissionen erhöht, da NH3 ein Vorläufer für die N2O-Erzeugung ist10.

Lachgas wird durch die Umwandlung von Ammonium (NH4+) und Nitrat (NO3–) im Boden während der Nitrifikation, Denitrifikation11 und nitrifizierenden Denitrifikation12 emittiert, die durch Pilze, Bakterien und Archaeen13 vermittelt wird. Diese Prozesse werden durch Niederschlag, Temperatur und Substratverfügbarkeit beeinflusst14,15. Das Ausmaß der Gasemissionen aus Rindermist hängt von der Form und Konzentration von N16 ab. Daher ist die Reduzierung des N-Verlusts über die Ausscheidungen von Wiederkäuern, insbesondere von N in Form von Harnstoff, wichtig, um die N2O-Emission zu verringern, da 70 % des von Wiederkäuern ausgeschiedenen N in Form von Harnstoff vorliegen, der nach der Hydrolyse NH4+ freisetzt17. Darüber hinaus führt die mikrobielle Hydrolyse von Harnstoff zur NH3-Emission18; Somit könnte die Reduzierung von N-Harnstoff aus Ausscheidungen die NH3-Emission direkt reduzieren19.

Die aus Gülle emittierte CH4-Menge ist im Vergleich zur Gesamtmenge an enterischem CH4, die von Wiederkäuern produziert wird, gering20. Allerdings ist die Emission von Gülle in Mastbetrieben relevant, da große Güllemengen zu höheren CH4-Emissionen führen können21. Stickstoff- und C-Gehalt22, Feuchtigkeit und Temperatur23 sind die Hauptmodulatoren der CH4-Emissionen. Strategien zur Steigerung der Effizienz der N-Nutzung, die zu einer geringeren N-Ausscheidung führen, können das CN-Verhältnis von Gülle verändern, was ein wichtiger Faktor ist, der für die Reduzierung der CH4-Emissionen verantwortlich ist24. Das hohe CN-Verhältnis kann das Wachstum von Populationen methanogener Archaeen fördern, die ihren Proteinbedarf decken können und daher nicht mit dem verbleibenden Kohlenstoffgehalt des Substrats reagieren, was zu einer geringen Produktion von CH425 führt. Daher kann die Verringerung der Nährstoffausscheidung durch Tiere als Strategie zur Verringerung der CH4-Emissionen aus Gülle dienen.

Die Optimierung der N-Nutzung durch Wiederkäuer kann den N-Verlust über den Urin verringern und somit die NH37- und N2O-Emissionen aus der Gülle minimieren26. Eine Verringerung der Menge an im Pansen abbaubarem Protein (RDP) und eine Erhöhung der Menge an im Pansen nicht abbaubarem Protein (RUP) in der Nahrung kann die allgemeine N-Effizienz erhöhen und eine ausreichende Versorgung des Dünndarms mit metabolisierbarem Protein (PM) ermöglichen27. Daher stellten wir die Hypothese auf, dass verschiedene RUP-Quellen in der Nahrung den N-Verlust über den Urin verringern und zu einer Verringerung der N2O-, CH4- und NH3-Emissionen in die Umwelt beitragen würden. Durch eine Anpassung der Ernährung zur Reduzierung der N-Ausscheidung besteht die Möglichkeit, dass die Produktion von enterischem CH428 beeinträchtigt wird. In unserer Studie lag der Schwerpunkt jedoch darauf, zu verstehen, wie sich die RUP-Quellen auf die Emission in den Ausscheidungen auswirken können. Daher wurde die Emission von enterischem CH4 nicht gemessen. Die In-situ-Bewertung wird es ermöglichen, repräsentativere Emissionen aus der Mastumgebung zu erhalten. Daher bestand das Ziel der vorliegenden Studie darin, die Auswirkungen von RUP-Quellen in der Ernährung auf die N2O-, CH4- und NH3-Emissionen aus der Gülle von Nellore zu bewerten und wichtige Antriebsvariablen zu identifizieren, die die Produktion dieser Gase regulieren.

Es gab keine Unterschiede im C- und N-Gehalt oder C/N der Urin- und Stuhlproben zwischen den RUP- und RDP-Quellen (P > 0,05) (Tabelle 1). Die Aufnahme von CGM als RUP-Quelle in die Nahrung erhöhte den N-Gehalt (P = 0,012), verringerte jedoch das C/N in den Stuhlproben im Vergleich zur Aufnahme von BSM als RUP-Quelle (P = 0,009). Es gab jedoch keine Unterschiede im C/N der Urinproben zwischen den RUP- und RDP-Quellen (P = 0,632).

Keine der drei untersuchten Proteinquellen beeinflusste den N-Verbrauch, die N-Ausscheidung im Stuhl und Urin, die gesamte N-Ausscheidung und die gesamte N-Retention (P > 0,05). Es gab keine Unterschiede in der N-Ausscheidung im Stuhl und Urin, der N-Retention (% Aufnahme) oder der N-Ausscheidung im Stuhl und Urin (% ausgeschieden) zwischen den drei Proteinquellen (P > 0,05).

Die mittlere Temperatur während der Probenahmeperiode der N2O- und CH4-Emissionen betrug 20 °C; Die niedrigsten (3,3 °C) und höchsten (35,2 °C) Temperaturen wurden kurz vor dem Probenahmetag 49 bzw. am letzten Probenahmetag gemessen. Der kumulierte Niederschlag während des gesamten Versuchszeitraums betrug 33,6 mm und fiel an sieben verschiedenen Tagen auf (Abb. 1).

Täglicher Niederschlag und tägliche minimale (Tmin), tägliche, mittlere (Tmean) und tägliche maximale (Tmax) Umgebungstemperatur während des gesamten N2O- und CH4-Emissionsprobenahmezeitraums. Die Daten wurden von der Agrarmeteorologischen Station der Abteilung für Exakte Wissenschaften (FCAV/UNESP) abgerufen, die 1 km vom Versuchsgebiet entfernt liegt.

Die täglichen mittleren N2O- und CH4-Flüsse variierten während des Versuchszeitraums zwischen −62 und 318 µg N2O m2 h−1 bzw. zwischen −125 und 321 µg CH4 m2 h−1 (Abb. 2). Der höchste Höhepunkt der N2O-Emission wurde bei allen Behandlungen am 21. Tag beobachtet. Am selben Tag wurde auch ein Anstieg der CH4-Flüsse beobachtet. Unterschiede in den N2O- und CH4-Flüssen zwischen den Behandlungen traten an einigen Tagen der Bewertung auf und waren im untersuchten Zeitraum nicht konsistent.

Quelle für im Pansen abbaubares Protein (RDP), BSM = Gülle von Tieren, die mit Bypass-Sojabohnenmehl als Quelle für im Pansen nicht abbaubares Protein (RUP) gefüttert wurden, CGM = Gülle von Tieren, die mit Glutenmehl als RUP-Quelle gefüttert wurden. P-Werte für N2O (Behandlung = 0,003; Zeit < 0,001; Wechselwirkung Behandlung × Zeit < 0,001) und CH4 (Behandlung = 0,165; Zeit < 0,001; Wechselwirkung Behandlung × Zeit < 0,005). Kammer als Versuchseinheit betrachtet (n = 9). Die Fehlerbalken stellen den Standardfehler des Mittelwerts dar.

N2O- und CH4-Flüsse aus dem Mist von Nellore-Rindern, die während der Endmastphase in Mastbetrieben mit im Pansen nicht abbaubaren Proteinquellen gefüttert wurden. SM = Gülle von Tieren, die mit Sojaschrot gefüttert wurden

Proteinquellen hatten keinen Einfluss auf die kumulative CH4-Emission aus Tiermist (P > 0,05) (Tabelle 2). Allerdings führte der Mist von Tieren, die mit RUP-Quellen gefüttert wurden, zu einer höheren kumulativen N2O-Emission als der von Tieren, die mit RDP-Quellen gefüttert wurden (P = 0,030). Die Emissionen aus der Gülle von mit CGM gefütterten Rindern waren fast doppelt so hoch, und die Emissionen aus der Gülle von mit BSM gefütterten Rindern (P = 0,038) waren im Vergleich zu mit SM gefütterten Rindern vervierfacht.

Für DM, OM, N, C und NH4+ wurde eine Wechselwirkung zwischen Probenahmezeitpunkt und Proteinquelle beobachtet (Tabelle 3, Abb. 3). Der Mist von mit CGM gefütterten Tieren wies am 42. Tag einen niedrigeren N-Gehalt und einen höheren NH4+-Gehalt auf als der von mit SM gefütterten Tieren (P < 0,001), während am 63. Tag im Mist von mit CGM gefütterten Tieren höhere N- und NH4+-Werte beobachtet wurden zu BSM (P = 0,002 bzw. P = 0,010) und SM (P = 0,004 bzw. P < 0,001). Der Mist von Tieren, die mit SM gefüttert wurden, zeigte am 42. Tag einen höheren C-Gehalt als der von Tieren, die mit einer RUP-Quelle gefüttert wurden (P = 0,001). Der Mist von Tieren, die mit SM gefüttert wurden, zeigte ein höheres C/N als der von Tieren, die mit RUP gefüttert wurden (P = 0,001). Der Nitratgehalt der analysierten Proben war nicht nachweisbar.

Quelle während der Endphase im Feedlot. SM = Gülle von Tieren, denen Sojamehl als Quelle für im Pansen abbaubares Protein (RDP) verabreicht wurde, BSM = Gülle von Tieren, die mit Bypass-Sojamehl als Quelle für im Pansen nicht abbaubares Protein (RUP) gefüttert wurden, CGM = Gülle von Tieren, die mit Maisglutenmehl gefüttert wurden als Quelle von RUP. Unterschiedliche Buchstaben stellen signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test (P ≤ 0,05) innerhalb der Wechselwirkung zwischen Behandlung und Zeit dar. Kammer als Versuchseinheit betrachtet (n = 9). Die Fehlerbalken stellen den Standardfehler des Mittelwerts dar.

Trockenmasse, organische Substanz, N-, C- und NH4+-Gehalt des im Boden abgelagerten Mists von Nellore-Rindern, die mit im Pansen nicht abbaubarem Protein gefüttert wurden

Es gab keine Korrelationen der Güllegasemissionen (N2O und CH4) mit N, C, C/N-Verhältnis, TS, OM und NH4+ (P > 0,05) (Tabelle 4). Stickstoff korrelierte positiv mit C (P < 0,001) und OM (P < 0,002). Kohlenstoff korrelierte positiv mit dem C/N-Verhältnis (P < 0,001). Ammonium korrelierte positiv mit OM (P = 0,045).

Eine positive Korrelation wurde zwischen CH4 und dem C/N-Verhältnis am Tag 42 (P = 0,025) und zwischen CH4 und NH4+ am Tag 63 (P = 0,001) beobachtet. Am Tag 105 korrelierte N2O positiv mit DM (P = 0,018) und NH4+ (P = 0,008) (Tabelle 5).

Die mittlere Temperatur während der NH3-Emissionsprobenahme betrug 25 °C. Die niedrigsten (15,2 °C) und höchsten (37,3 °C) Temperaturen wurden am ersten Probenahmetag bzw. am 19. Tag gemessen. Der kumulierte Niederschlag während des gesamten Versuchszeitraums betrug 320,5 mm und fiel an 30 verschiedenen Tagen auf (Abb. 4).

Täglicher Niederschlag und tägliche minimale (Tmin), tägliche mittlere (Tmean) und tägliche maximale (Tmax) Umgebungstemperatur während des gesamten NH3-Emissionsprobenahmezeitraums. Die Daten wurden von der Agroklimatologischen Station, Abteilung für Exakte Wissenschaften (FCAV/UNESP), abgerufen, die 1 km vom Versuchsgebiet entfernt liegt.

Gülle aus allen Behandlungen zeigte am ersten Bewertungstag die höchste tägliche mittlere NH3-Emission (Abb. 5). Anschließend nahm die NH3-Emission bei allen Behandlungen bis zum vierten Tag der Bewertung ab. Ab dem 19. Tag wurde bei allen Behandlungen ein neuer Höhepunkt der NH3-Emission beobachtet. Die SM-Behandlung führte an den Tagen 38 und 51 zu einem leichten Anstieg der NH3-Emissionen, während die BSM- und CGM-Behandlungen zu einer Verringerung der Emissionen führten. Die Ammoniakemission hörte bei allen Behandlungen am 77. Tag vollständig auf. Vom 13. bis zum 25. Tag war die kumulative NH3-Emission unter der SM-Behandlung höher als unter der BSM- und CGM-Behandlung. Nach diesem Zeitraum wurden jedoch keine Unterschiede zwischen den Behandlungen beobachtet.

Quelle für im Pansen abbaubares Protein (RDP), BSM = Gülle von Tieren, die mit Bypass-Sojabohnenmehl als Quelle für im Pansen nicht abbaubares Protein (RUP) gefüttert wurden, CGM = Gülle von Tieren, die mit Maisglutenmehl als RUP-Quelle gefüttert wurden. Kammer als Versuchseinheit betrachtet (n = 9). Die Fehlerbalken stellen den Standardfehler des Mittelwerts dar.

Tägliche mittlere NH3-Emission aus dem Mist von Nellore-Rindern, die während der Mastphase im Mastbetrieb mit im Pansen nicht abbaubaren Proteinquellen gefüttert wurden. Die Auswertungen begannen, nachdem die Tiere aus der Futterstelle entfernt wurden. SM = Gülle von Tieren, die mit Sojaschrot gefüttert wurden

Es gab keine signifikanten Unterschiede in der kumulativen NH3-Emission aus der Gülle während des untersuchten Zeitraums und im Güllegehalt an DM, OM, N und C (P > 0,05) zwischen den drei Proteinquellen (Tabelle 6). Ebenso gab es keine Unterschiede im C/N-Verhältnis des Mists zwischen den RDP- und RUP-Quellen (P = 0,491). Allerdings zeigte der Mist von mit BSM gefütterten Tieren ein höheres C/N-Verhältnis als der von mit CGM gefütterten Tieren (P < 0,001). Der Mist von mit RDP gefütterten Tieren wies eine höhere NH4+-Konzentration auf als der von mit RUP gefütterten Tieren (P < 0,001); Es gab jedoch keine Unterschiede in der NH4+-Konzentration zwischen dem Mist von Tieren, denen CGM und BSM verabreicht wurden (P = 0,670).

Die Verwendung von RUP-Quellen in der Nahrung verringerte den N-Verlust über den Urin nicht. Unterdessen erhöhte es die N2O-Emission, hatte jedoch keinen Einfluss auf die CH4-Emission aus Gülle. Daher wurde unsere Hypothese, dass die Aufnahme von RUP in die Ernährung den Stickstoffverlust verringern und zu einer Verringerung der N2O- und CH4-Emissionen aus der Gülle beitragen würde, abgelehnt.

Der im Boden abgelagerte Mist erhöht seinen N- und C-Gehalt, verändert dadurch die N-Mineralisierungsrate und stimuliert die N2O-Produktion29,30. Unterdessen reguliert das bei der Materialzersetzung freigesetzte labile C die Saisonalität der N2O- und N2-Produktion30. Anorganische Formen von N (NH4+ und NO3−) sind Determinanten der N2O-Produktion. Der Mist von Tieren, die mit BSM und CGM gefüttert wurden, wies am 42. Tag eine höhere NH4+-Konzentration auf als der von Tieren, die mit SM gefüttert wurden, und am 63. nur für die CGM-Behandlung Harnstoffhydrolyse in diesen Momenten (Tabelle 3, Abb. 3). Die höhere NH4+-Konzentration unter den RUP-Behandlungen könnte die Nitrifikation oder Denitrifikation gefördert haben, was zur N2O-Produktion führte17 (Tabelle 2).

Mit der Aufnahme von RUP in die Ernährung wurde eine Verringerung des N-Gehalts im Urin erwartet, da eine Steigerung der N-Nutzungseffizienz beobachtet wird, wenn geringere RDP-Mengen in der Ernährung verwendet werden31. Mit anderen Worten: Die verringerte NH3-Konzentration im Pansen wurde durch eine erhöhte Harnstoffverwertung ausgeglichen, um eine optimale NH3-Konzentration im Pansen für ein maximales mikrobielles Wachstum aufrechtzuerhalten und so die N-Urinausscheidung zu verringern27,34,35. Dies geschah jedoch nicht, da der RDP-Gehalt in Diäten mit RUP wahrscheinlich den mikrobiellen N-Bedarf deckte, wodurch kein ausreichendes Harnstoffrecycling erreicht wurde und eine N-Ausscheidung im Urin ähnlich wie bei der Diät mit RDP möglich war (Tabelle 1).

Erhöhte Mengen an Aminosäuren, die den Dünndarm erreichen, sind ein weiterer Faktor, der zu einem größeren N-Verlust beiträgt. Wenn diese Aminosäuren im Übermaß oder im Ungleichgewicht im Verhältnis zum Bedarf des Tieres aufgenommen werden, können sie zur Energiegewinnung oxidiert werden, was zur Produktion von Harnstoff in der Leber führt, der dann über den Urin ausgeschieden wird. Dies kann der Fall sein, wenn die Ernährung ausreichende Mengen an NH3 bietet, um den Pansenbedarf zu decken34. Daher kann eine übermäßige CP-Konzentration in der Nahrung, entweder als RDP oder RUP, zur N-Ausscheidung im Urin beitragen.

Die größten N2O-Emissionen entstehen durch den Mist von Tieren, die mit RUP-Quellen gefüttert werden (Tabelle 3). Dies weist darauf hin, dass diese Futtermittel wahrscheinlich einen höheren Harnstoffgehalt im Mist aufwiesen, da die N2O-Emission besonders durch den Harnstoffgehalt im Urin beeinflusst wird35.

Wenn höhere RUP-Werte in der Ernährung verwendet werden, ist eine Änderung des Weges der Urin-zu-Kot-Ausscheidung zu erwarten, da eine größere Menge an intaktem Protein den Darm erreicht, was zur fäkalen N-Ausscheidung beiträgt, wenn es nicht absorbiert wird38,39. Es gab jedoch keine Unterschiede in der fäkalen N-Ausscheidung zwischen den RDP- und RUP-Behandlungen (Tabelle 1), obwohl sich die fäkale N-Konzentration zwischen den beiden RUP-Quellen unterschied. Dies könnte auf die unterschiedliche Aminosäurezusammensetzung oder die unterschiedlichen chemischen Strukturen dieser Quellen zurückzuführen sein. Die Prozesse, denen Mais (Maisgluten, ein Nebenprodukt der Nassmahlung von Mais) und Sojabohnen (thermisch behandelt) unterzogen wurden, können dazu führen, dass das Protein im Pansen nicht abbaubar oder nicht mehr verfügbar ist38.

Trotz unterschiedlicher Zusammensetzungen der Gülle zwischen den Behandlungen (Tabelle 3) gab es keine Unterschiede in der CH4-Emission (Tabelle 2). Stickstoff- und OM-Gehalte sowie das C/N-Verhältnis von Gülle sind wichtige Faktoren im Zusammenhang mit der CH4-Emission41,42. Dennoch wurden an einigen Probenahmetagen Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung des Mists zwischen den Behandlungen beobachtet (Abb. 3). Dieses Ergebnis kann mit Schwankungen der Umweltbedingungen wie Temperatur und Niederschlag zusammenhängen, die die chemische Zusammensetzung des Mists verändern können. Allerdings waren diese Unterschiede zwischen den Behandlungen nicht während des gesamten Versuchszeitraums konsistent, was das Fehlen von Unterschieden bei der CH4-Emission rechtfertigt.

Im Mist stammt der Großteil des N-Gehalts aus N, das über den Urin in Form von Harnstoff ausgeschieden wird, der schnell zu NH4+ hydrolysiert wird, und N-Verluste treten auch aus organischen Formen des Kots auf41. Organischer N kann die CH4-Emission fördern und spielt eine wichtige Rolle bei der Umwandlung von Acetat in CH442, wohingegen mineralischer N als NH4+ die CH4-Produktion hemmen kann, wodurch die Verbindung zwischen Versauerung und Methanogenese in anaeroben Prozessen unterbrochen wird43.

Die Lachgas- und CH4-Flüsse variierten während des Versuchszeitraums von −62 bis 318 µg N2O m2 h−1 bzw. von −125 bis 321 µg CH4 m2 h−1 (Abb. 2). Diese Flüsse zeigten große Schwankungen, die auf mehrere Faktoren zurückzuführen sind, wie z. B. die zeitliche Schwankung der chemischen Zusammensetzung der Gülle aufgrund von Schwankungen der klimatischen Bedingungen, wie oben erläutert (Tabelle 3, Abb. 3). Andere Forscher44 haben über große Schwankungen bei den Emissionen berichtet, die hauptsächlich mit der unregelmäßigen Ablagerung von Kot und Urin auf der Oberfläche zusammenhängen und möglicherweise auch in der vorliegenden Studie aufgetreten sind.

Die häufige Ablagerung und Ansammlung von Fäkalien und Urin im Boden führte bei allen Behandlungen im Laufe der Zeit nicht zu einer Erhöhung der CH4- und N2O-Emissionen. Das Trampeln durch Tiere könnte zu einer Belüftung des Oberflächenmaterials geführt und eine ungünstige Umgebung für die Wirkung methanogener Bakterien und nitrifizierender/denitrifizierender Mikroorganismen geschaffen haben. Darüber hinaus stieg die Luftfeuchtigkeit im Futterplatz mit der Zeit nicht an, basierend auf dem TS-Gehalt der Gülle, außer an Regentagen (Tabelle 3). Dies hängt wahrscheinlich mit dem trockenen Klima zu dieser Jahreszeit zusammen, das mit dem verdichteten Boden der Futterstelle zusammenhängt.

Niederschlag und Temperaturänderungen wirken sich stark auf die CH4-Emission aus45. Während des Untersuchungszeitraums stand der CH4-Fluss in Zusammenhang mit diesen Variablen. Am 21. Tag wurden bei allen Behandlungen erhöhte Emissionsspitzen beobachtet, vermutlich aufgrund von Niederschlägen in der Vorwoche. Wenn man bedenkt, dass CH4-Emissionen unter anaeroben Bedingungen auftreten, könnten Niederschläge aufgrund des erhöhten Feuchtigkeitsgehalts der Gülle zu höheren Emissionen geführt haben46. Am 49. Tag wurde eine verringerte CH4-Emission beobachtet, möglicherweise aufgrund des Temperaturabfalls an diesem Tag. Da es sich bei der CH4-Emission um einen biologischen und anaeroben Prozess handelt, kann die Temperatur als limitierender Faktor wirken, indem sie die Methanogenaktivität verringert47. Nach diesem Zeitraum stabilisierte sich die CH4-Emission tendenziell, wahrscheinlich aufgrund des Fehlens starker Niederschläge und geringer Temperaturschwankungen (Abb. 1).

Die mittlere CH4-Emission bei allen Behandlungen während der Endphase in der Mastanlage (SM = 53 µg C–CH4 m2 h–1; BSM = 33 µg C–CH4 m2 h–1; CGM = 16 µg C–CH4 m2 h–1). ; Mittelwert von 8,8 g C-CH4 Tag-1 Pen-1) in der vorliegenden Studie war niedriger als die von anderen Forschern berichteten Werte (Mittelwert von 110 g Tag-1 Pen-1)48 unter ähnlichen klimatischen Bedingungen und einer Stiftdichte von 6 m2 pro Tier, jedoch wurde der Boden betoniert und die Ausscheidungen alle 15 Tage entfernt. Die geringe Feuchtigkeit der Gülle war möglicherweise für die geringen CH4-Emissionen verantwortlich, da selbst unter günstigen chemischen Bedingungen die mikrobielle Aktivität bei niedrigen Feuchtigkeitswerten begrenzt ist. Bemerkenswert ist, dass die Dichte in jedem Stall 30 m2 pro Tier betrug und die Auswertungen in der Nähe der Futterhäuschen in einem Bereich von 6,5 m × 10 m mit höherer Kotablagerung durchgeführt wurden. Die Dichte der Tiere spiegelt sich im Zustand der Ablagerung und Ansammlung von Exkrementen an der Oberfläche wider und ist ein relevanter Faktor, der bei der Bewertung der Gasemissionen in Mastbetrieben berücksichtigt werden muss49.

An einigen Probenahmetagen erfolgte die CH4-Aufnahme überwiegend durch den Verbrauch von atmosphärischem CH4, was in aeroben Umgebungen vorkommen kann39. Die Umwelt ist eine CH4-Quelle, wenn das Gleichgewicht zwischen methanogener Produktion und methanotrophem Verbrauch positiv ist, was zu CH4-Emissionen führt. Ist diese Bilanz hingegen negativ, gilt die Umwelt als CH4-Senke39.

Da sich das Feedlot-System als Managementstrategie zur Minimierung der Auswirkungen einer geringeren Futterproduktion in der Trockenzeit herausgestellt hat, werden die meisten Feedlots in Brasilien von April bis November bewirtschaftet, wenn es kaum regnet und die Temperaturen niedrig sind. Die klimatischen Bedingungen in diesem Zeitraum können in Verbindung mit Mastflächen mit geringer Tierdichte zu geringen CH4-Emissionen führen. In einer Bestandsaufnahme zur Schätzung der Treibhausgasemissionen in Brasilien50 wird deutlich, dass wir nicht über genügend Daten verfügen, um die Emissionen aus brasilianischen Feedlots abzuschätzen. Daher müssen die Messungen verschiedene Systeme mit unterschiedlichen Besatz-, Fütterungs- und Mistmanagementbedingungen abdecken, um konkrete Daten zu generieren, die den Vergleich zwischen Minderungsstrategien ermöglichen.

Die mittleren N2O-Flüsse (SM = 22 µg N–N2O m2 h–1; BSM = 59 µg N–N2O m2 h–1; CGM = 36 µg N–N2O m2 h–1; 12 g N–N2O Tag–1 Stift −1), die in der vorliegenden Studie beobachtet wurden, waren höher als einige berichtete Werte (0,8 g N-N2O Tag−1 Stall−1)48, selbst unter Berücksichtigung einer höheren Dichte (6 m2 Tier−1) und der Entfernung von Exkrementen aus dem Gebiet alle 15 Tage. Am 21. Tag wurde bei allen Behandlungen ein höherer Höhepunkt der N2O-Emission beobachtet, möglicherweise aufgrund von Regenfällen in der Vorwoche. Andere Forscher51 demonstrierten in einem kontrollierten Experiment, das offene Futterflächen simulierte, erhöhte Emissionen nach Niederschlagsereignissen, mit Spitzenwerten, die 2 Stunden bis 15 Tage nach dem Regen schwanken.

Emissionen nach Regenfällen und die Vernässung des Gebiets könnten mit einer Kombination aus Mineralisierung, Nitrifikation und/oder Denitrifikation zusammenhängen, was zur Freisetzung von im trockenen Boden absorbiertem N2O führt52. Feuchtigkeit ist ein wichtiger Faktor bei der N2O-Produktion, insbesondere wenn sie mit der Temperatur und einer günstigen chemischen Zusammensetzung zusammenhängt.53 Die N2O-Emission nimmt mit steigender Temperatur deutlich zu54. Nach Erreichen des Höhepunkts blieben die N2O-Emissionen jedoch stabil, mit geringfügigen Schwankungen zwischen den Bewertungstagen; Selbst bei zusätzlichen Niederschlagsereignissen könnte die niedrige Temperatur (Minimum von 3,3 °C in der Nähe des 49. Tages) das Auftreten neuer Emissionsspitzen behindert haben.

Nitrat war während des Versuchs in der Gülle nicht nachweisbar. Man geht davon aus, dass die Produktion von Lachgas durch Nitrifikation über die Oxidation von NH4+ in Hydroxylamin (NH2OH) erfolgt, mit NOH als Zwischenprodukt und N2O als Produkt55. N2O kann auch durch Denitrifikation durch Nitrifizierer erzeugt werden, wobei NH3 nitrifiziert und zu Nitrit (NO2−) oxidiert wird, das dann zu Stickoxid (NO), N2O und molekularem N (N2) reduziert wird. Lachgas ist ein Zwischenprodukt bei der Reduktion von NO2− zu N256. Bei der Denitrifikation wird NO3− als Primärsubstrat verwendet57. In der vorliegenden Studie ist möglicherweise keine Denitrifikation aufgetreten.

Korrelationsanalysen zeigten keine signifikanten linearen Zusammenhänge der CH4- und N2O-Produktion mit den getesteten Variablen im Zusammenhang mit der chemischen Zusammensetzung der Gülle, die auf spezifische Faktoren zurückzuführen sind (Tabellen 4 und 5). Die Prozesse, die der Gasbildung zugrunde liegen, sind komplex und hängen von der chemischen Zusammensetzung der Gülle ab. Neben der chemischen Zusammensetzung ist die Emission von Gasen im Mist von weiteren Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit, Ablagerungsbedingungen und Trampeln durch Tiere abhängig. Das Fehlen signifikanter Korrelationen zwischen der Gasproduktion und der Güllezusammensetzung hängt möglicherweise mit der geringen Variation der analysierten Merkmale während des Probenahmezeitraums zusammen, was es schwierig macht, Beziehungen zwischen Variablen zu beobachten.

Die Verwendung von RUP in der Nahrung verringerte den N-Verlust über den Urin nicht und hatte keinen Einfluss auf die NH3-Emission aus der Gülle. In diesem Sinne wurde unsere Hypothese, dass die Aufnahme von RUP in die Nahrung den N-Verlust verringern und zu einer verringerten NH3-Emission beitragen würde, abgelehnt.

Der Mist von Tieren, die mit SM gefüttert wurden, wies vom 8. bis zum 25. Tag der Bewertung höhere NH3-Emissionen auf als der von Tieren, die mit CGM und BSM gefüttert wurden. Dies kann auf den höheren NH4+-Gehalt der Gülle von Tieren, die mit SM gefüttert wurden, als der von Tieren, die mit CGM und BSM gefüttert wurden, zu Beginn des Probenahmezeitraums zurückgeführt werden (Tabelle 6). Anschließend zeigte der Mist von Tieren, die mit CGM und BSM gefüttert wurden, einen neuen NH3-Emissionspeak nach dem Ereignis des höchsten Niederschlags (54,2 mm) während des gesamten Versuchszeitraums. Allerdings war in diesem Zeitraum der Großteil des NH4+ aus der SM-Behandlung bereits verbraucht, was sich in der schwachen Reaktion auf Ausfällungen bei dieser Behandlung widerspiegelt. Im Urin und im Kot vorhandener Harnstoff wird schnell hydrolysiert und das gebildete NH4+ wird in wässriges NH3 dissoziiert, abhängig von der NH4+-Konzentration und dem pH-Wert der Gülle sowie den Umweltbedingungen. Bei Niederschlägen wird die Urease-Aktivität gefördert, was zu einer erhöhten NH3-Emission führt58. Bemerkenswert ist jedoch, dass vor der Installation der Kammern in dem Gebiet Gülleproben zur Charakterisierung entnommen wurden. Daher stellen die hier dargestellten Daten zur chemischen Zusammensetzung nicht die möglichen zeitlichen Schwankungen während des NH3-Bewertungszeitraums dar (Tabelle 3).

Es wurden höhere Werte der NH3-Emissionen (49,1 kg NH3 Tier−1) in Mastviehmasten gemeldet, was hauptsächlich auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass sich die meisten Käfigmasten im Freien befinden, da die Windgeschwindigkeit in offenen Umgebungen die Emissionen erhöht59. Anderen Studien19 zufolge übersteigt die tägliche NH3-Emission in Futtermasten selten 2000 µg NH3 m−3; In der vorliegenden Studie wurden jedoch höhere Werte beobachtet. Wichtig ist, dass die Bewertungen, wie bereits erläutert, in einem Gebiet mit höherer Exkrementablagerung durchgeführt wurden, mit dem Ziel, die Behandlungen unter homogenen Bedingungen der Exkrementverteilung zu vergleichen. Daher wurde in dieser Studie möglicherweise die Emissionsmenge pro Fläche der gesamten Mastanlage überschätzt. Umgekehrt haben wir die Emissionen nicht berücksichtigt, wenn sich die Tiere in den Futterplätzen aufhielten. Während des Probenahmezeitraums waren die Tiere bereits aus dem Gebiet entfernt worden und es kam zu einer großen Menge an Mist. Zu Beginn der Regenzeit könnte die Emission durch einen erhöhten Feuchtigkeitsgehalt aufgrund der großen Menge an verfügbarem Substrat begünstigt worden sein19. Daher wurde der von den Tieren ausgeschiedene Harnstoff hydrolysiert und trug zum Vorrat an NH4+ bei, das bei niederschlagsbedingt steigendem Feuchtigkeitsgehalt als NH3 abgegeben wurde.

Da im Laufe der Zeit aufgrund der Abwesenheit von Tieren in der Gegend kein neuer Mist abgelagert wurde, hörte die Emission wahrscheinlich auf, als das Substrat verbraucht war, was in der vorliegenden Studie etwa am 77. Tag der Fall war. In Experimenten, in denen die Ausscheidungen der Tiere gesammelt und dann in Abwesenheit von Tieren und neuen Ablagerungen zur Bewertung auf den Boden aufgetragen werden, erfolgt die Ammoniakemission im Durchschnitt für 3 Wochen42,62,63. Daher sind weitere Studien erforderlich, um die NH3-Emissionen in offenen Weideflächen zu untersuchen und das Auftreten von Spitzenwerten in Anwesenheit von Tieren zu beobachten und die Auswertungen auch nach dem Entfernen der Tiere in der nächsten Regenzeit aufrechtzuerhalten.

Die Aufnahme von RUP in die Nahrung hatte keinen Einfluss auf die N-Ausscheidung der Tiere. Während der N2O-Ausstoß aus der Gülle zunahm, blieben der CH4-Ausstoß und der NH3-Ausstoß unverändert. Weitere Studien sind erforderlich, um die Auswirkungen der Verwendung unterschiedlicher Anteile von RDP und RUP in der Ernährung auf die NH3-, N2O- und CH4-Emissionen aus dem Mist von Tieren zu untersuchen, die in Mastsystemen unter tropischen Bedingungen gehalten werden.

Das Experiment wurde vom Ethik-, Bioethik- und Tierschutzausschuss der São Paulo State University (UNESP), Jaboticabal, unter der Protokollnummer 16.668/16 genehmigt. Alle Methoden wurden in Übereinstimmung mit den relevanten Richtlinien und Vorschriften durchgeführt. Die Methoden werden im Manuskript gemäß den Empfehlungen in den ARRIVE-Richtlinien angegeben.

Die vorliegende Studie wurde auf dem Campus Jaboticabal der São Paulo State University, Sao Paulo, Brasilien (21°14′05″S, 48°17′09″W; Höhe: 615,01 m) durchgeführt. In der Region herrscht tropisches Klima mit einer Trockenzeit von April bis September und einer Regenzeit von Oktober bis März, in der über 80 % des Jahresniederschlags fallen. Der Boden besteht aus rhodischem Ferralsol62 aus Basalt mit einer Sand-Ton-Lehm-Struktur (10 % Schluff und 61 % Sand) in der Oberflächenschicht (0–10 cm). Der pH-Wert des Bodens in CaCl2 beträgt 5,9, die Schüttdichte beträgt 1,8 kg dm−3 und der Gehalt an organischer Substanz beträgt 16,6 g dm−3 in derselben Tiefe.

Meteorologische Daten (täglicher Niederschlag und Umgebungstemperatur) wurden aus dem Datensatz der Agrometeorologischen Station der Abteilung für Exakte Wissenschaften der Universidade Estadual Paulista (UNESP), Campus Jaboticabal, 1 km vom Versuchsgebiet entfernt, gewonnen.

Das Experiment wurde 210 Tage lang von Mai bis Dezember 2019 durchgeführt. Die ersten 21 Tage waren der Anpassung der Tiere an die Ernährung gewidmet, gefolgt von 112 Tagen Gefangenschaft, in denen wöchentlich N2O- und CH4-Proben entnommen wurden. Nachdem die Tiere aus den Futterplätzen entfernt worden waren, wurden 77 Tage lang NH3-Proben entnommen.

Vierundfünfzig Nellore-Bullen mit einem anfänglichen Körpergewicht von etwa 360 kg wurden auf drei Behandlungen verteilt. Die Tiere wurden in drei Behandlungen aufgeteilt und in Gemeinschaftsställen (11 m × 50 m; ein Pferch pro Behandlung und 18 Tiere pro Pferch) untergebracht. Jeder Pferch hatte einen Lehmboden mit Sammeltränken für jeweils zwei Pferche. In jedem Stall befanden sich zwei überdachte Futterautomaten (INTERGADO®, Intergado Ltd., Contagem, Minas Gerais, Brasilien). Das Futtersystem war mit einem automatischen Futterüberwachungsgerät ausgestattet, das auf Wägezellen ruhte und eine elektronische Registrierung der vom Tier aufgenommenen Futtermenge ermöglichte. Der Trog erkennt das Tier anhand der elektronischen Ohrmarke, sendet die Verbrauchsdaten automatisch an eine Datenbank und speichert die Informationen.

Der Mist von Tieren, die mit Proteinquellen gefüttert wurden (zwei RUP-Quellen und eine RDP-Quelle als Kontrolle), wurde gesammelt, was zu drei Behandlungen wie folgt führte:

Sojabohnenmehl (SM): Quelle für RDP.

Bypass-Sojabohnenmehl (BSM): Quelle für RUP

Maisglutenmehl (CGM): Quelle für RUP.

Die experimentellen Diäten bestanden zu 30 % aus Raufutter und zu 70 % aus Kraftfutter und waren so formuliert, dass sie laut BR CORTE63 eine durchschnittliche tägliche Gewichtszunahme (ADG) von 1,5 kg pro Tag erreichten. Die Diäten wurden um 08:00 Uhr und 16:00 Uhr angeboten. Die angebotenen Mengen reichten aus, um täglich 5–10 % der angebotenen Gesamtmenge übrig zu lassen.

Die Inhaltsstoffe der Diäten wurden auf ihre chemische Zusammensetzung hin analysiert (Tabelle 7). Die AOAC64-Methode wurde verwendet, um den Gehalt an Trockenmasse (DM) (Methode 930.15), Rohprotein (CP) (Methode 990.03), organischer Substanz (OM) (Methode 942.05) und Etherextrakt (EE) (Methode 920.39) zu bestimmen. Der Gehalt an neutralen Waschmittelfasern (NDF) wurde gemäß der von65 beschriebenen Methode unter Verwendung von ANKOM® 2000 (Ankom Technologies, New York, USA) mit thermostabiler α-Amylase und ohne Natriumsulfit bestimmt, korrigiert um Asche und Restproteine. Der RDP- und RUP-Gehalt wurde basierend auf der Proteinfraktion66 und der Abbaurate jeder Fraktion unter Berücksichtigung einer Durchgangsrate von 5 % pro Stunde geschätzt.

Gasproben (N2O, CH4 und NH3) wurden mithilfe von Kammern (n = 9 pro Behandlung) entnommen, die auf einer Fläche von 65 m2 in der Nähe der Zuführungen angeordnet waren, wo sich der Mist (Kot und Urin) am häufigsten ablagerte. Die Kammern wurden auf Mist (Kot und Urin) gestellt, der von Tieren, die einer Behandlung unterzogen wurden, auf der Oberfläche des Futterplatzes abgelagert worden war. Zum Zeitpunkt der Bewertung wurden die Kammern nach dem Zufallsprinzip in einem Bereich (6,5 m × 10 m) platziert, der in der Nähe der Futtertröge in jedem Käfig abgegrenzt war. Konkret wurde ein Bereich mit höherer Exkrementablagerung zum Zweck des Behandlungsvergleichs ausgewählt und so eine Auswertung an Orten ohne homogene Exkrementverteilung vermieden (Abb. 6).

Karte des Versuchsgebiets.

Lachgas- und CH4-Emissionen wurden mithilfe statischer geschlossener Kammern gemäß den Empfehlungen des Handbuchs zur Treibhausgasbewertung67 bestimmt. Kunststoffkammern (0,6 m × 0,4 m × 0,24 m), die mit einem Wärmeisolator beschichtet waren, wurden nur zum Zeitpunkt der Gassammlung über dem Mist positioniert, sodass die Tiere frei in der Umgebung herumtrampeln, ihren Kot absetzen und urinieren konnten. Die Probenahme erfolgte einmal pro Woche während des gesamten Feedlot-Zeitraums (112 Tage), insgesamt 16 Probenahmeereignisse. Die Probenahme erfolgte zwischen 16:00 und 16:00 Uhr. Die Kammern wurden 20 Minuten lang geschlossen und Luftproben wurden bei 0, 10 und 20 Minuten mit einer 50-ml-Polypropylenspritze gesammelt und dann in zuvor evakuierte Chromatographiekolben (20 ml) überführt. Die Temperatur innerhalb und außerhalb der Kammer wurde mit einem digitalen Thermometer (Incoterm®) gemessen, um die Gasflüsse zu korrigieren.

Luftproben wurden mittels Gaschromatographie (Shimadzu Greenhouse Gas Analyzer GC-2014; Kyoto, Japan) unter den folgenden Bedingungen analysiert: (1) N2O: Injektortemperatur 250 °C; Säulentemperatur: 80 °C; N2-Trägergas (30 ml min−1); und Temperatur des Elektroneneinfangdetektors: 325 °C; und (2) CH4: H2-Flammengas (30 ml min−1) und Flammeneintrittsdetektortemperatur, 280 °C.

Die Flüsse von Lachgas (µg N–N2O m−2 h−1) und CH4 (µg C–CH4 m−2 h−1) wurden unter Berücksichtigung eines linearen Anstiegs der Gaskonzentration in der Kammer während des geschlossenen Zeitraums berechnet und um die Umgebungstemperatur korrigiert , Umgebungsdruck und Kammerabmessungen wie folgt:

Dabei ist Gas der Anstieg der Gaskonzentration in der Kammer während der geschlossenen Zeit (ppb min−1); Mω ist die Molmasse von N-N2O (28 g mol-1) oder C-CH4 (12 g mol-1); V ist das Kammervolumen (m3); 60 ist der Umrechnungsfaktor von Minuten in Stunden; 10–6 stellt den Umrechnungsfaktor von g in µg dar; A ist die Kammerfläche (m2); VMcorr ist das Molekülvolumen, korrigiert um die normalen Temperatur- und Druckbedingungen zum Zeitpunkt der Probenahme; und 10–9 ist der Umrechnungsfaktor von ppb in µL m−3.

Die Flüsse wurden mit 24 multipliziert, um die täglichen Emissionen zu erhalten, und die täglichen Werte wurden durch lineare Interpolation integriert, um die kumulativen Emissionen während des bewerteten Zeitraums zu erhalten. In die Berechnungen wurden negative Flüsse einbezogen, um verzerrte Daten zu vermeiden68.

Nach dem Entfernen der Tiere von den Futterplätzen wurde die NH3-Verflüchtigung bewertet, bis die NH3-Emission durch Probenahmen an den Tagen 1, 2, 3, 4, 6, 8, 13, 19, 25, 31, 38, 44, 51, 59, 68 usw. aufhörte 77 nach Positionierung der Kammer. Die Kammern wurden wahllos über dem Mist (Kot und Urin) in den zuvor abgegrenzten Bereichen platziert. Die Quantifizierung wurde gemäß der Methodik der statischen Kammer69 durchgeführt, wobei halboffene Kammern aus Plastikflaschen verwendet wurden, die einen Schaum enthielten, der in 10 ml einer 1,0 mol dm−3 H2SO4-Lösung + Glycerin 2 % (v/v) getränkt war, um N einzufangen. Die Menge Der im Schaum zurückgehaltene N-NH3-Gehalt wurde durch Destillation nach der Kjeldhal-Methode (Methode 973.49)61 bestimmt und ein Korrekturfaktor von 1,74 wurde verwendet69.

An den Tagen 42, 63 und 105 wurden an den Tagen 42, 63 und 105 nach der N2O- und CH4-Bewertung direkt über der Bodenoberfläche an den Stellen, an denen die Kammern positioniert waren, Gülleproben gesammelt, die aus Fäkalien und Urin bestanden, die im Boden des Oberflächenmaterials der Futterstelle abgelagert und von den Tieren zertrampelt wurden. Die Proben wurden auf DM (Methode 930.15)64, OM (Methode 942.05)64, Gesamt-C, Gesamt-N (Trockenverbrennungsmethode, unter Verwendung von Leco® CN-828, Leco Corporation, Michigan, USA) und anorganischen Boden-N (NO3) analysiert − und NH4+) (Destillation mit Magnesiumoxid und Devarda-Legierung, Methode 973.49)64 Gehalt.

Die Stuhlproduktion wurde mithilfe der internen Markertechnik70 basierend auf dem unverdaulichen NDF-Marker (NDFi) geschätzt. Die Kotprobenahme erfolgte ab dem 60. Tag, nachdem die Tiere die Futterplätze betreten hatten, an drei aufeinanderfolgenden Tagen direkt aus dem Rektum der Tiere. Die Probenahme erfolgte am ersten, zweiten und dritten Tag morgens, mittags und nachmittags. Aus den Proben dieser drei Tage wurde eine zusammengesetzte Stuhlprobe pro Tier (9 Tiere/Behandlung) hergestellt. Die Proben wurden gemischt, homogenisiert, teilweise in einem Umluftofen bei 55 °C 72 Stunden lang getrocknet und in einer Mühle mit einem 2-mm-Sieb gemahlen. Es wurden Proben der Futterinhaltsstoffe der Tiere gesammelt und deren Verzehr mit dem INTERGADO® ermittelt.

Der NDFi-Gehalt im Stuhl wurde nach 288-stündiger In-situ-Inkubation der Proben71 und anschließender Extraktion mit neutralem Reinigungsmittel unter Verwendung eines Autoklaven72 bestimmt. Die fäkale DM-Produktion wurde als Verhältnis der Konzentration des vom Tier aufgenommenen internen Indikators und seiner Konzentration im Kot bestimmt73.

Urinproben wurden gleichzeitig mit Stuhlproben gesammelt. Kurz gesagt, es wurden an drei aufeinanderfolgenden Tagen 50-ml-Urinaliquots („Punktproben“) entnommen74. Die Kreatininkonzentration in der Spotprobe wurde mit einer kolorimetrischen Methode unter Verwendung eines kommerziellen Kits (Labtest®) bestimmt. Die Urinausscheidung wurde auf der Grundlage des Zusammenhangs zwischen Kreatininausscheidung und Körpergewicht unter Verwendung der von75 vorgeschlagenen Gleichung geschätzt:

wobei UCE = Kreatininausscheidung im Urin und BW = Körpergewicht in kg.

Die Stuhl- und Urinproben wurden mithilfe der Trockenverbrennungsmethode mit Leco® CN-828 (Leco Corporation) auf ihren Gesamt-C- und Gesamt-N-Gehalt analysiert. Die Stickstoffretention (NR) wurde in Gramm pro Tag und als Prozentsatz an NC ausgedrückt, und die N-Ausscheidung im Stuhl und Urin wurde als Prozentsatz des gesamten ausgeschiedenen Materials ausgedrückt. Zur Berechnung von NR wurde die folgende Gleichung verwendet:

wobei NC = N-Verbrauch, EFN = Ausscheidung von fäkalem N und EUN = Ausscheidung von Urin-N.

Alle statistischen Analysen wurden mit SAS 9.4 (SAS Inc., Cary, NC) durchgeführt. Die Antwortvariablen wurden in einem vollständig randomisierten Design unter Verwendung des PROC MIXED-Verfahrens analysiert. Pro Behandlung gab es neun Versuchseinheiten. Mittelwerte wurden unter Verwendung orthogonaler Kontraste (SM vs. RUP und BSM vs. CGM) mit einer Wahrscheinlichkeit von 5 % verglichen.

Gesamt-N, Gesamt-C und C/N in Kot und Urin sowie die N-Balance wurden unter Berücksichtigung eines Modells analysiert, das die Behandlungen (SM, BSM und CGM) als feste Effekte, Tiere (Versuchseinheit in der Option RANDOM SAS) und restliche Zufallseffekte umfasste Fehler (NIID) von (0, σ2) als zufällige Effekte.

Die kumulativen N2O-, CH4- und NH3-Emissionen sowie die Eigenschaften der Gülle (DM, OM, N, C, C/N, NH4+ und NO3− der Gülle, die am Tag 0 vor Beginn der NH3-Emissionsmessungen entnommen wurde) wurden unter Berücksichtigung eines Modells analysiert einschließlich der Behandlungen (SM, BSM und CGM) als feste Effekte, Kammer (experimentelle Einheit in der Option RANDOM SAS) und Residual Random Error (NIID) von (0, σ2) als zufällige Effekte.

Die täglichen Lachgas- und CH4-Flüsse sowie die Gülleeigenschaften (DM, OM, N, C, C/N, NH4+ und NO3−, entnommen an den Tagen 42, 63 und 105 der N2O- und CH4-Bewertung) wurden unter Verwendung eines gemischten Modells mit wiederholten Messungen analysiert im Zeitverlauf einschließlich der Behandlungen (SM, BSM und CGM), Erfassungszeitraum und Interaktion als feste Effekte, Kammer (Versuchseinheit und RANDOM SAS-Option) und verbleibender Zufallsfehler (NIID) von (0, σ2) als zufällige Effekte. Es wurden verschiedene Kovarianzmatrizen ausgewertet und die beste Struktur gemäß dem Akaike-Informationskriterium (AIC) ausgewählt.

Die Pearson-Korrelationsanalyse zwischen der Gasemission (N2O und CH4) und der chemischen Zusammensetzung (N, C, C/N, TM, OM und NH4+) der Gülle wurde für jeden Probenahmetag (Tage 42, 63 und 105 der Güllebewertung) separat durchgeführt ) und auch unter Berücksichtigung aller an diesen Tagen gesammelten Daten.

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Diese Arbeit wurde von der Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (2016/22022-4) und einem Stipendium für LM Coelho (2019/11864-2) und AS Cardoso (2017/11274-5) unterstützt. Die Autoren möchten außerdem dem National Council for Scientific and Technological Development – ​​​​CNPq für die Finanzierung von LF Brito (Zuschuss 118700/2017-0 und Zuschuss 103245/2020-0) und JD Messana (Zuschuss 103922/2019-9) und LM danken Coelho (Stipendium 130981/2019-2). Die Autoren möchten außerdem der Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel (CAPES) danken.

Abteilung für Tierwissenschaften, Paulista State University (UNESP) – Fakultät für Agrar- und Veterinärwissenschaften (FCAV), Jaboticabal, SP, 14884-900, Brasilien

Larissa de Melo Coelho, Liziane de Figueiredo Brito, Juliana Duarte Messana, Abmael da Silva Cardoso, Geovany Macêdo Carvalho, Rodrigo de Nazaré Santos Torres und Telma Teresinha Berchielli

Abteilung für Ingenieurwissenschaften und exakte Wissenschaft, Universidade Estadual Paulista (UNESP) – Fakultät für Agrar- und Veterinärwissenschaften (FCAV), Jaboticabal, SP, 14884-900, Brasilien

Roberta Souto Carlos & Euclides Braga Malheiros

Abteilung für Bodenkunde, Paulista State University (UNESP) – Fakultät für Agrar- und Veterinärwissenschaften (FCAV), Jaboticabal, SP, 14884-900, Brasilien

Mara Cristina Pessoa da Cruz

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LMC, JDM, ASC, LFB und TTB haben das Experiment entworfen. LMC, GMC und LFB führten das Experiment durch und sammelten Proben. LMC und RSC analysierten die Proben. L.MC., LFB, EBM, RNST führten statistische Analysen durch. LMC, LFB, JDM und ASC haben das Manuskript geschrieben. LMC, JDM, ASC, LFB, MCPC und TTB haben das Manuskript überarbeitet und bearbeitet. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript wie gezeigt genehmigt.

Korrespondenz mit Larissa de Melo Coelho.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

de Melo Coelho, L., de Figueiredo Brito, L., Messana, JD et al. Auswirkungen von im Pansen nicht abbaubaren Proteinquellen auf die Lachgas-, Methan- und Ammoniakemission aus dem Mist von Mastrindern. Sci Rep 12, 9166 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-13100-9

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Eingegangen: 29. August 2021

Angenommen: 20. Mai 2022

Veröffentlicht: 02. Juni 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-13100-9

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