Meat and milk from sub Saharan African cattle systems tend to have high greenhouse gas emissions intensities; this is largely due to low levels of productivity. There is a need to increase production to meet an increasing demand for livestock commodities; driven by growing populations, and growing diet variation, as incomes and urbanisation increase. Without measures to reduce the emissions intensity of production, there will be significant increases in total greenhouse gas emissions. Therefore, cost-effective ways of reducing emissions intensity, whilst increasing productivity should be identified. This thesis looks to support this by providing an assessment of low-input to semi-intensified cattle production systems in Senegal, West Africa; where cattle populations are growing and efforts are being made to increase domestic milk production. The emissions intensity of protein from current production systems is calculated using a version of the Food and Agriculture Organization’s Global Livestock Environmental Assessment Model (GLEAM). Variation in emissions intensity is observed between current systems, which can be largely linked to feed ration quality and levels of protein productivity. Productivity improving interventions suitable for the study systems are identified, and their application to current systems modelled by altering input parameters within GLEAM. It is suggested that production systems could reduce emissions intensities by applying nutritional and health related intervention packages; through which the varying production systems could abate between 10% and 20% of their total greenhouse gas emissions whilst also making financial savings. A comparison between the current systems of production also suggests that changing the lower productivity systems to match higher producing systems would also offer substantial cost-saving emissions abatement. The thesis considers the key limitation to the use of GLEAM for modelling the application of nutritional mitigation measures, in that when nutritional improvements are made animal performance does not currently increase. Predicting how animals will respond to improved nutrition is challenging. However, a methodology is discussed, and is shown to have an important effect on the emissions abatement results. Subsequently, the thesis advocates further research to experimentally substantiate animal performance responses when nutritionally limited cattle are given improved feed regimes. Despite the study livestock keepers showing aspiration to improve the productivity of their herds, with subsequent potential to reduce greenhouse gas emissions, the thesis recognises that the abatement potentials suggested by modelling would be restricted by the reality of production system context and constraints. Key barriers to a realisation of the productivity improvements include: a lack of financial means, limitations to resource access and affordability, and requirement for information and training concerning productivity improving options. For realisation of productivity improvements the current barriers would require further investigation, the thesis helps identify what form interventions should take.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:33:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Maria Eneide de Souza Araujo (mearaujo@ipen.br) on 2015-02-25T13:31:17Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-02-25T13:31:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:11/17914-0

Orientador: Kleber Tomás de Resende / Coorientador: Marcia Helena Machado da Rocha Fernandes / Banca: Rafael Canonenco de Araújo / Banca: Carla Joice Härter / Resumo: O nitrato de cálcio encapsulado (NCE) tem sido estudado nos últimos anos como uma fonte de nitrogênio não proteico (NNP) e representa uma alternativa ao uso do hidrogênio livre no ambiente ruminal, reduzindo assim a emissão de metano e possibilitando uma maior eficiência no uso da energia. Assim, o objetivo do presente estudo foi avaliar o uso do nitrato de cálcio encapsulado como substituto do farelo de soja na partição de energia, oxidação do substrato e síntese de N microbiano. Para isso, doze caprinos machos castrados em crescimento, com peso inicial de 21,95 kg ± 3,19 kg foram usados em um quadrado latino 3 x 3 quadruplicado com três períodos de 48 dias, agrupados pelo peso corporal e distribuídos aleatoriamente em um dos três tratamentos ECN0(SBM) - controle baseado em farelo de soja; ECN1.25 - 1,25% de NCE na matéria seca; ECN2.5 - 2,5% de NCE na matéria seca. Cada período consistia de 21 dias de adaptação, 5 dias de ensaio de metabolismo e 15 dias de mensuração de gases. Entre os períodos foi feito um washout de 7 dias onde todos os animais recebiam a dieta controle. Os dados foram analizados usando o procedimento MIXED do SAS (versão 9.4; SAS Inst., Cary, NC, USA). O modelo usado foi Yjkm: μ + LSi + Periodj + Ani(LS)ki + Treatm + єijkm. Quando significante, o efeito de níveis de NCE foi decomposto em dois contrastes polinomiais ortogonais (linear e quadrático). A significância declarada foi de P < 0,05. As variáveis de produção de calor (PC) e produção de calor em je... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Encapsulated calcium nitrate (ECN) has been studied in last years as a source of non-protein nitrogen (NPN) and represents an alternative to use of free hydrogen in the ruminal environment, thus reducing the emission of methane and a higher efficiency in use of energy. Thus the aim of this study was to assess the impact of the use of encapsulated calcium nitrate as a substitute for soybean meal in the energy partition, substrate oxidation, and microbial N synthesis. For this, twelve castrated male growing goats, with initial average weight of 21.95 kg ± 3.19 kg were used in a quadruplicated 3 x 3 Latin square design with three 48-d periods, grouped by body weight (BW) and randomly assigned to three diets: ECN0(SBM) - control based on soybean meal; ECN1.25 - 1.25% of encapsulated calcium nitrate (ECN) on dry matter (DM) basis; ECN2.5 - 2.5% of ECN on DM basis. Each period comprised 21 days for adaptation, five days for metabolism trial (d22 to d26) and 15 days for gas measurements (d27 to d38). Between periods, a washout period was provided for 7 d during which the control diet was fed. The data were analyzed using MIXED procedure of SAS (version 9.4; SAS Inst., Cary, NC, USA). The model used for each treatment was the following: Yjkm: μ + LSi + Periodj + Ani(LS)ki + Treatm + єijkm. When significant, the effect of levels of ECN was decomposed into two orthogonal polynomial contrasts (linear and quadratic). Significance was declared at P < 0.05. The heat production (HP) and fas... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O óxido nitroso (N2O) é o terceiro mais importante gás de efeito estufa. Globalmente, a maior fonte de N2O são os processos de nitrificação e desnitrificação no solo. Cerca de dois terços da emissão do solo ocorrem nos trópicos e aproximadamente 20% são originados nos ecossistemas de florestas tropicais úmidas, como a Floresta Amazônica. O presente estudo envolveu a realização de medidas de perfis verticais de N2O utilizando aviões de pequeno porte desde a superfície até cerca de 4 km sobre duas florestas da região leste e central da Amazônia: Flona Tapajós (2000-2009) e Rebio Cuieiras (2004-2007); e a estimativa dos fluxos de N2O da região entre a costa brasileira e as florestas acima mencionadas utilizando dois métodos de cálculo de fluxo: Método de Integração de Coluna e Modelo de Inversão FLEXPART. As medidas de N2O em escala regional até o presente momento são únicas e representam uma nova abordagem nas emissões nesta escala. Pelos dois métodos, o fluxo calculado entre a costa brasileira e a Rebio Cuieiras apresentou pouca sazonalidade e valor médio de 1,9±1,6 mgN2Om2dia1 para o Método de Integração de Coluna e 2,3±0,9 mgN2Om2dia1 para o Modelo de Inversão Flexpart. Para a região entre a costa e a Flona Tapajós, o Modelo de Inversão - FLEXPART apresentou cerca da metade (0,9±1,7 mgN2Om2dia1) do valor do fluxo de N2O calculado pelo Método de Integração de Coluna (2,0±1,1 mgN2Om2dia1) no mesmo período (2004-2008). Uma provável explicação é a não representatividade de atividades antrópicas pelo modelo de inversão, uma vez que este representou bem uma região menos impactada. As duas regiões estudadas apresentaram emissão de N2O semelhante na estação chuvosa. Pelo Método de Integração de Coluna a região entre a costa e a Flona Tapajós apresentou fluxo de N2O durante a estação seca (1,8±0,9 mgN2Om2dia1) muito próximo do fluxo calculado na estação chuvosa. Encontrou-se uma correlação entre os perfis de N2O ii e CO, traçador de queimadas, sendo esta uma das possíveis causas desta emissão. A taxa CO:N2O encontrada para os 38 perfis amostrados nesta estação foi de 82±69 mol CO:molN2O, cerca de 10 vezes maior que o apresentado em literaturas anteriores. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:33:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O Metano (CH4) é o segundo gás de efeito estufa mais importante, com aproximadamente 40% de sua emissão proveniente de fontes naturais, enquanto as fontes antrópicas representam cerca de 60%. Sua média global em 2009 foi de 1803ppb, que representa um aumento de 5ppb em relação ao ano anterior. Neste estudo foram calculados os fluxos de CH4, utilizando medidas de perfis verticais com aviões de pequeno porte, desde a superfície até 4,4km na Bacia Amazônica, sobre Santarém (SAN), Alta Floresta (ALF), Rio Branco (RBA) e Tabatinga (TAB), por meio do Método de Integração de Coluna. Estas medidas de CH4 em escala regional até o presente momento são únicas e representam uma nova abordagem nas emissões nesta escala. As medidas em SAN foram realizadas entre 2000 e 2010 e o fluxo de CH4 encontrado para este período foi de 53,0 ± 27,9mgCH4.m-2.dia-1. Para o ano de 2010, o maior fluxo de emissão de CH4 foi observado no lado leste da Bacia Amazônica, entre a costa e SAN, 56,4 ± 22,4mgCH4.m-2.dia-1. Entre a costa e ALF, ao sul da Bacia Amazônica, o fluxo médio anual foi de 17,1 ± 2,3mgCH4.m-2.dia-1, e entre a costa e os locais TAB e RBA, no lado oeste da Bacia, foi observado um fluxo médio anual de 18,7 ± 4,2 e 19,3 ± 10,2mgCH4.m-2.dia-1, respectivamente. Extrapolando os resultados obtidos em TAB e RBA para toda a área da Bacia Amazônica (5 milhões Km2) obtêm-se uma emissão de 34,7 ± 13,5TgCH4.ano-1. Com o objetivo de determinar a influência da queima de biomassa no fluxo regional de emissão de CH4, foi utilizada a correlação 6,4ppbCO/ppbCH4 calculada neste estudo, ALF foi o local de estudo que apresentou a maior influência no fluxo de CH4 oriundo da queima de biomassa, 23% do fluxo total anual. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Maria Eneide de Souza Araujo (mearaujo@ipen.br) on 2015-02-25T13:31:17Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-02-25T13:31:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / No panorama atual de mudanças climáticas, o Metano (CH4) é considerado o segundo principal gás de efeito estufa antrópico. Este trabalho teve como objetivo estudar o papel da Amazônia na emissão global de CH4, sendo esta a maior floresta tropical do mundo. Neste estudo foram realizados perfis verticais, utilizando aviões de pequeno porte, desde 150 m da superfície até 4,4 km, em quatro localidades da Bacia Amazônica, formando um grande quadrante abrangendo toda a Bacia. Os locais foram: próximo a Santarém (SAN; 2,8°S, 54,9°O), Alta Floresta (ALF; 8,8°S, 56,7°O), Rio Branco (RBA; 9,3°S, 67,6°O) e Tabatinga (TAB; 5,9°S, 70,0°O). Foram realizados quatro anos (2010-2013) de medidas contínuas em escala regional, quinzenalmente, totalizando 293 perfis verticais. Até o presente momento estas medidas são únicas e representam uma nova abordagem nas emissões nesta escala. Foram calculados os fluxos de CH4 nestas quatro localidades por meio do Método de Integração de Coluna e os fluxos anuais foram calculados através de média proporcional, considerando a área de influência de cada localidade. Os anos de 2010 e 2012 foram anos de seca, enquanto 2011 e 2013 foram anos com precipitação acima da média na Amazônia. Dos quatro anos de estudo apenas 2011 apresentou uma temperatura inferior a média. Os resultados obtidos mostraram que a Amazônia atua como uma importante fonte de CH4, com uma emissão de 25,4 Tg ano-1 (4% - 5% da emissão global), considerando a área da Amazônia Brasileira (4,2 milhões de km2). As emissões nesta região apresentaram variações regionais e anuais, com maiores emissões nos anos de seca. A emissão pela queima de biomassa não foi significativa nas regiões de estudo, enquanto as estimativas de emissões por fermentação entérica e manejo dos dejetos de animais foram significativas na maioria destas regiões. Os resultados obtidos ressaltam a importância da realização de estudos em escala regional para esclarecer o comportamento de toda a área da Bacia Amazônica Brasileira. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:11/17914-0

A emissão de gases de efeito estufa (GEE) é uma das principais causas do aquecimento global, sendo uma problemática mundial das últimas décadas. O dióxido de carbono (CO2), o metano (CH4) e oxido nitroso (N2O) são os principais GEE e os ruminantes são uns dos maiores contribuintes com a produção desses gases no mundo, devido ao processo digestivo de fermentação entérica. Na busca de estratégias para diminuir as emissões de metano e melhorar a produtividade animal, aditivos alimentares têm sido utilizados nas dietas dos animais. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a inclusão de aditivos alimentares sobre a produção de metano determinada pela técnica do gás traçador SF6, assim como, o consumo de matéria seca, a dinâmica ruminal e a contagem total e diferencial de protozoários do rúmen. Seis vacas não-gestantes e não-lactantes, com peso vivo médio de 784 &plusmn; 87 kg e canuladas no rúmen, foram distribuídas a uma das três dietas experimentais, seguindo-se delineamento experimental em quadrado latino 3x3 replicado (n= 18 unidades experimentais), sendo os tratamentos: 1) Controle (CON): Dieta basal sem inclusão de aditivo; 2) Monensina (MON): Dieta com adição de 300 mg de monensina sódica por animal por dia; 3) Tanino (TAN): Dieta com adição de 68 g de extrato de tanino condensado de Acácia-negra (Acacia mearnsii) por animal por dia. Os alimentos foram fornecidos duas vezes ao dia, na forma de ração completa. Cada período experimental foi constituído por 21 dias, sendo 10 dias de adaptação às respectivas dietas. A partir do dia 16 até o dia 21 foram coletados os dados de consumo de matéria seca e de produção de metano, sendo este último determinado a cada 24 horas, pela técnica do gás traçador de SF6. No dia 21, coletou-se conteúdo ruminal para determinação de protozoários. Quanto à dinâmica ruminal, foi realizado o esvaziamento ruminal nos dias 10 (3 horas após alimentação matinal) e 11 (imediatamente antes da alimentação matinal) de cada período experimental. Os resultados foram analisados através do procedimento MIXED onde o modelo incluiu o efeito de tratamento como fator fixo e os efeitos de animal dentro de quadrado, quadrado e período como fatores aleatórios. Não houve diferenças significativas (P&gt;0,05) entre os tratamentos para as variáveis do consumo de matéria seca, como também, para os parâmetros de dinâmica ruminal (P&gt;0,05) (matéria seca do conteúdo ruminal, massa líquida, massa sólida, massa total, assim como taxa de desaparecimento). A emissão de metano (expressa em g/d, g/kg PV, g/kg PV0,75 ou Mcal/Ani/d) com o tratamento com monensina foi menor em relação ao tratamento controle. Para a contagem total e diferencial de protozoários foi verificado efeito de aditivo para a subfamília Diplodiniinae, sendo que, o tratamento com monensina diminuiu em 27,5% a contagem desta subfamília em relação ao tratamento com tanino. Referente ao gênero Isotricha, foi observado que os tratamentos com monensina ou com tanino diminuíram em 31 e 30% respectivamente, este gênero em relação ao tratamento controle. A adição de monensina (17 mg/kg de MSI) revela-se uma alternativa para reduzir as perdas energéticas geradas na produção de metano, assim como também na redução de protozoários, que albergam microrganismos metanogênicos. Em relação ao tanino (0,4% na dieta) acredita-se que com doses mais elevadas na dieta possa resultar numa redução da emissão de metano / The emission of greenhouse gases (GHG) is a major cause of global warming, being a worldwide concern in recent decades. Carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) are the main greenhouse gases and ruminants are one of the major contributors to the production of these gases around the world, due to the enteric fermentation process. In the search for strategies to reduce methane emissions and to improve animal productivity, food additives have been used in animal diets lately. Thus, the aim of this trial was to assess the inclusion of food additives on methane emissions in cattle, using the sulfur hexafluoride (SF6) tracer technique, as well as on dry matter intake, rumen dynamics and total and differential counts of ruminal protozoa. Six non-pregnant and non-lactating rumen-cannulated cows (784 &plusmn; 87 kg) were assigned to a replicated 3x3 Latin square (18 experimental units). Treatments were: 1) Control (CON) basal diet with no additive inclusion; 2) Monensin (MON) addition of 300 mg of sodium monensin per animal per day, 3) Tannin (TAN) addition of 68 g of concentrated extract of condensed tannin (Acacia mearnsii) per animal per day. The animals were fed total mixed ration twice daily. Each experimental period consisted of 21 days the first 10 days were used for diet adaptation. From day 16 up to 21, data about dry matter intake and methane production were collected, the latter done every 24 hours using the sulfur hexafluoride (SF6) tracer technique. On the day 21, ruminal content was sampled for protozoa determination. Regarding the rumen dynamics, the rumen was emptied on days 10 (3 hours post-morning feeding) and 11 (right before morning feeding) of each experimental period. The results were analyzed by MIXED procedure; the model included the effect of treatment as fixed factor and the effects of period, square and animal within square as random factors. There were no significant differences (P&gt;0.05) among treatments for dry mater intake variables, nor for ruminal dynamics parameters (ruminal content dry matter, liquid mass, solid mass, total mass or disappearance rate). Methane emission (expressed in g/day, g/kg LW, g/kg LW0.75 or Mcal/Ani/day) was lower for the group receiving monensin compared to the control group. For total and differential counts of protozoa, the additives affected the Diplodiniinae subfamily, i.e. monensin decreased the count of this subfamily by 27.5%, compared to tannin. Regarding the Isotricha genus, treatments with monensin or tannin decreased it by 31 and 30% respectively, compared to the control treatment. The addition of monensin (17 mg/kg DMI) revealed to be an alternative to reduce the energy lost by methane production, as well as to decrease the protozoa, which host methanogen microorganisms. Regarding tannin (0.4% in the diet), it is believed that higher doses in the diet can lead to a reduction in methane emission

O Metano (CH4) é o segundo gás de efeito estufa mais importante, com aproximadamente 40% de sua emissão proveniente de fontes naturais, enquanto as fontes antrópicas representam cerca de 60%. Sua média global em 2009 foi de 1803ppb, que representa um aumento de 5ppb em relação ao ano anterior. Neste estudo foram calculados os fluxos de CH4, utilizando medidas de perfis verticais com aviões de pequeno porte, desde a superfície até 4,4km na Bacia Amazônica, sobre Santarém (SAN), Alta Floresta (ALF), Rio Branco (RBA) e Tabatinga (TAB), por meio do Método de Integração de Coluna. Estas medidas de CH4 em escala regional até o presente momento são únicas e representam uma nova abordagem nas emissões nesta escala. As medidas em SAN foram realizadas entre 2000 e 2010 e o fluxo de CH4 encontrado para este período foi de 53,0 ± 27,9mgCH4.m-2.dia-1. Para o ano de 2010, o maior fluxo de emissão de CH4 foi observado no lado leste da Bacia Amazônica, entre a costa e SAN, 56,4 ± 22,4mgCH4.m-2.dia-1. Entre a costa e ALF, ao sul da Bacia Amazônica, o fluxo médio anual foi de 17,1 ± 2,3mgCH4.m-2.dia-1, e entre a costa e os locais TAB e RBA, no lado oeste da Bacia, foi observado um fluxo médio anual de 18,7 ± 4,2 e 19,3 ± 10,2mgCH4.m-2.dia-1, respectivamente. Extrapolando os resultados obtidos em TAB e RBA para toda a área da Bacia Amazônica (5 milhões Km2) obtêm-se uma emissão de 34,7 ± 13,5TgCH4.ano-1. Com o objetivo de determinar a influência da queima de biomassa no fluxo regional de emissão de CH4, foi utilizada a correlação 6,4ppbCO/ppbCH4 calculada neste estudo, ALF foi o local de estudo que apresentou a maior influência no fluxo de CH4 oriundo da queima de biomassa, 23% do fluxo total anual. / Methane (CH4) is the second most important greenhouse gas with approximately 40% of emission from natural sources, while anthropogenic sources account for about 60%. The global average was 1803ppb in 2009, representing an increase of 5ppb in relation to the previous year. This study calculated the fluxes of CH4, using measurements of vertical profiles with small aircraft, from the surface to 4.4km in the Amazon Basin, over Santarém (SAN), Alta Floresta (ALF), Rio Branco (RBA) and Tabatinga (TAB), using the Column Integration Technique. These measurements of CH4 at a regional scale until now are unique and represent a new approach to emissions on this scale. SAN measurements were realized between 2000 and 2010 and CH4 flux found for this period was 53.0 ± 27.9mgCH4.m-2.day-1. For the year 2010, the largest flux of CH4 emission was observed in the eastern Amazon Basin, between the coast and SAN, 56.4 ± 22.4mgCH4.m-2.day-1. Between the coast and ALF, located in the south of the Amazon Basin, the annual mean flux was 17.1 ± 2.3mgCH4.m -2.day-1, and between the coast and the local TAB and RBA on the west side of the Basin was observed an mean annual flux of 18.7 ± 4.2 and 19.3 ± 10.2mgCH4.m-2.day-1, respectively. Extrapolating the results obtained in TAB and RBA for the whole area of the Amazon Basin (5 million km2) to obtain an emission of 34,7 ± 13,5TgCH4.year-1. In order to determine the influence of biomass burning on regional emission flux of CH4, was used a correlation 6.4ppbCO/ppbCH4 calculated in this study, ALF was the site that had the most influence on the CH4 flux from the burning biomass, 23% of the total annual flux.