Tesis por compendio / [EN] Climate change, a resultant effect of greenhouse gas emissions, is a worldwide concern because its continuation is having significant impacts on people, natural resources and economic conditions around the world. The root cause of this recent past and projected climate change is now recognised to be the warming potential of a number of greenhouse gases that, by absorbing terrestrial infrared radiation, raise the temperature of the troposphere and with it, global surface temperatures. The major greenhouse gases are water vapour, carbon dioxide, methane, nitrous oxide and fluorinated gases. While carbon dioxide receives the most attention as a factor which causes global warming, methane also cause significant radiative forcing. Methane is only second to carbon dioxide in its contribution to global warming and its emissions are caused by both natural and anthropogenic actions. Human activities such as intensive livestock farming are the primary cause of the increased methane concentrations in the atmosphere, being ruminants the animals which create large amounts of methane via fermentation of feeds in the rumen. During this physiological digestive process, hydrogen is released by some microbes during fermentation of forage and is used by methanogenic Archaea (methanogens) to convert carbon dioxide to methane, which is released through eructation, normal respiration and small quantities as flatus. Rumen fermentation of cattle contributes the most towards the greenhouse effect through methane emission followed by sheep, goats and buffalos, respectively. Several techniques have been developed to quantify methane emissions from ruminants - indirect calorimetry, sulphur hexafluoride tracer technique and in vitro gas production technique - and some strategies for reduction of methane emissions from the rumen have been described - defaunation treatment, vaccine and dietary composition -. The initial topics of this research were: design the experiments with goats because there are not many reports about methane emissions in these animals; investigate the influence of dietary composition (carbohydrates) as a strategy for reduction methane emissions from the rumen; and use the indirect calorimetry as method to quantify methane production. Consequently, three experiments were performed. Murciano-Granadina goats during mid or late lactation were used. Diets were mixed rations that differed in the inclusion of cereal or fibrous by-products. The effect of diet was studied on milk yield, digestibility, rumen parameters, energy partitioning, carbon and nitrogen balance, substrate oxidation and methane productions. In the first experiment, gas exchange was measured using a face mask which was fixed to the head of the goat by a rubber band; a sample of exhaled gas was stored in a gas collection bag which was connected to an analyzer, and it measured the concentration of O2, CO2 and CH4 from the air. This first experiment replaces corn grain with beet pulp and the amount of methane recovered was 19.6 and 29.7 g/day, respectively. In the other two experiments, gas exchange was measured by a head box designed for small ruminants where the goat introduced the whole head and a specific software automatically recorded concentrations of O2, CO2 and CH4 from the exhaled air continuously throughout the day. The second experiment involved two diets with high and low level of starch and no differences were found on methane emission (28.5 g/day). The experiment number three replaces ingredient by ingredient like in the experiment number one. Here, barley grain was replaced with orange pulp or soybean hulls and no differences were found, with an average methane production value of 41 g/day. The metabolizable energy intake during the three experiments was 1279 kJ/kg of BW0.75 and day on average, and the efficiency use of metabolizable energy intake for milk production was 0.6. / [ES] El cambio climático es una preocupación de ámbito mundial debido a que su perpetuación en el tiempo está teniendo un impacto significativo sobre las personas, los recursos naturales y las condiciones económicas de todo el mundo. La causa fundamental de este fenómeno es el potencial de calentamiento de una serie de gases de efecto invernadero que, mediante la absorción de la radiación infrarroja terrestre, elevan la temperatura de la troposfera y, con ella, las temperaturas superficiales de la Tierra. Los principales gases de efecto invernadero son el vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano, el óxido nitroso y los gases fluorados. El metano, después del dióxido de carbono, es el gas que más repercusión tiene sobre el calentamiento global y sus emisiones son causadas tanto por acciones naturales como humanas. Actividades antropogénicas tales como la ganadería intensiva son la principal causa de aumento de las concentraciones de metano en la atmósfera, siendo los rumiantes los animales que mayores cantidades de metano generan a través de la fermentación de alimentos que se produce en el rumen. Las emisiones de metano del ganado vacuno son las que principalmente contribuyen al efecto invernadero seguido de las ovejas, las cabras y los búfalos, respectivamente. Se han descrito diferentes técnicas para medir las emisiones de metano de los rumiantes - la calorimetría indirecta, la técnica del marcador con hexafluoruro de azufre y la técnica de producción de gas in vitro - y, además, se han mencionado algunas estrategias para reducir las emisiones de metano - la defaunación, las vacunas y la composición de la dieta -. Los puntos clave de esta Tesis fueron: diseñar los experimentos con cabras, debido a que no hay muchas investigaciones sobre emisiones de metano en estos animales; estudiar la influencia de la composición de la dieta (hidratos de carbono) como una posible estrategia para la reducción de las emisiones de metano del rumen; y utilizar la calorimetría indirecta como método para cuantificar la producción de metano. Se realizaron tres experimentos. Se utilizaron cabras de la raza Murciano-Granadina en mitad o final de la lactación. Las dietas eran raciones mixtas que diferían en la inclusión de cereal o subproductos fibrosos. El efecto de la dieta se estudió en la producción de leche, la digestibilidad, los parámetros del rumen, la partición de energía, el balance de carbono y nitrógeno, la oxidación de nutrientes y las producciones de metano. En el primer experimento, el intercambio de gases se midió utilizando una mascarilla que se fijó a la cabeza de la cabra con una goma; se almacenó una muestra de gas exhalado en una bolsa de recogida de gas que estaba conectada a un analizador, y se midió la concentración de O2, CO2 y CH4 del aire. En este primer experimento se reemplazó el grano de maíz con pulpa de remolacha y la cantidad de metano recuperado fue del 19,6 y 29,7 g/día, respectivamente. En los otros dos experimentos, el intercambio de gases se midió mediante una urna o cajón diseñado para pequeños rumiantes, donde la cabra introducía toda la cabeza y un programa informático grababa automáticamente las concentraciones de O2, CO2 y CH4 del aire exhalado de forma continua a lo largo del día. El segundo experimento consistió en dos dietas con alto y bajo nivel de almidón y no se encontraron diferencias en la emisión de metano (28,5 g/día). En el tercer experimento se sustituyó ingrediente por ingrediente como en el experimento número uno. El grano de cebada se sustituyó por pulpa de naranja o cascarilla de soja y tampoco se encontraron diferencias, con un valor promedio de la producción de metano de 41 g/día. La energía metabolizable ingerida durante los tres experimentos fue de 1279 kJ/kg de peso metabólico (PV0.75) y día de promedio, y la eficiencia de utilización de la energía metabolizable ingerida para la producción de leche fue de / [CA] El canvi climàtic és una preocupació d'àmbit mundial ja que la seua perpetuació en el temps està tenint un impacte significatiu sobre les persones, els recursos naturals i les condicions econòmiques de tot el món. La causa fonamental d'aquest fenòmen és el potencial d'escalfament d'una sèrie de gasos d'efecte hivernacle que, mitjançant l'absorció de la radiació infraroja terrestre, eleven la temperatura de la troposfera i, amb ella, les temperatures superficials de la Terra. Els principals gasos d'efecte hivernacle són el vapor d'aigua, el diòxid de carboni, el metà, l'òxid nitrós i els gasos fluorats. El metà, després del diòxid de carboni, és el gas que més repercussió té sobre l'escalfament global i les seues emissions són causades tant per accions naturals com humanes. Activitats antropogèniques com ara la ramaderia intensiva són la principal causa d'augment de les concentracions de metà a l'atmosfera, sent els remugants els animals que més quantitats de metà generen a través de la fermentació d'aliments que es produeix al rumen. Les emissions de metà dels bovins són les que principalment contribueixen a l'efecte hivernacle seguit de les ovelles, les cabres i els búfals, respectivament. S'han descrit diferents tècniques per mesurar les emissions de metà dels remugants - la calorimetria indirecta, la tècnica del marcador amb hexafluorur de sofre i la tècnica de producció de gas in vitro - i, a més, s'han esmentat algunes estratègies per reduir les emissions de metà - la defaunació, les vacunes i la composició de la dieta -. Els punts clau d'aquesta Tesi van ser: dissenyar els experiments amb cabres, pel fet que no hi ha moltes investigacions sobre emissions de metà en aquests animals; estudiar la influència de la composició de la dieta (hidrats de carboni) com una possible estratègia per a la reducció de les emissions de metà del rumen; i utilitzar la calorimetria indirecta com a mètode per quantificar la producció de metà. Es van realitzar tres experiments. S'utilitzaren cabres de la raça Murciano-Granadina a la meitat o final de la lactació. Les dietes eren racions mixtes que diferien en la inclusió de cereal o subproductes fibrosos. L'efecte de la dieta es va estudiar en la producció de llet, la digestibilitat, els paràmetres del rumen, la partició d'energia, el balanç de carboni i nitrogen, l'oxidació de nutrients i les produccions de metà. En el primer experiment, l'intercanvi de gasos es va mesurar utilitzant una màscara que es va fixar al cap de la cabra amb una goma; es va emmagatzemar una mostra de gas exhalat en una bossa de recollida de gas que estava connectada a un analitzador, i es va mesurar la concentració d'O2, CO2 i CH4 de l'aire. En aquest primer experiment es va reemplaçar el gra de blat de moro amb polpa de remolatxa i la quantitat de metà recuperat va ser del 19,6 i 29,7 g/dia, respectivament. En els altres dos experiments, l'intercanvi de gasos es va mesurar mitjançant una urna o calaix dissenyat per a petits remugants, on la cabra introduïa tot el cap i un programa informàtic gravava automàticament les concentracions d'O2, CO2 i CH4 de l'aire exhalat de forma contínua al llarg del dia. El segon experiment va consistir en dues dietes amb alt i baix nivell de midó i no es van trobar diferències en l'emissió de metà (28,5 g/dia). En el tercer experiment es va substituir ingredient per ingredient com en l'experiment número u. El gra d'ordi es va substituir per polpa de taronja o pellofa de soja i tampoc es van trobar diferències, amb un valor mitjà de la producció de metà de 41 g/dia. L'energia metabolitzable ingerida durant els tres experiments va ser de 1279 kJ/kg de pes metabòlic (PV0.75) i dia de mitjana, i l'eficiència d'utilització de l'energia metabolitzable ingerida per a la producció de llet va ser de 0,6. / Ibáñez Sanchis, C. (2015). INFLUENCE OF NUTRITION ON METHANE GAS PRODUCTION IN MURCIANO-GRANADINA GOATS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59389 / Compendio

Tesis por compendio / [EN] The main objective of this Thesis was to study the energy metabolism in small ruminants under different nutrition sceneries. As methodology we utilized indirect calorimetry instead of direct calorimetry or feeding trials. Within indirect calorimetry we worked with a portable open circuit gas exchange system with a head hood. This open circuit respiration system permitted completed the whole energy balance and evaluate the efficiency of utilization of the energy of the diet for different physiological circumstances as milk production in dairy goats or maintenance in sheep. Besides, we could quantify in each trial some of the wastes related to environmental pollution as CH4 emissions and excretion of nitrogen in feces and urine. In this thesis three experiments were designed, two in dairy goats and other in sheep as we described below. In the first experiment, digestibility, energy balance, carbon and nitrogen balance, milk performance, rumen parameters and milk fatty acids and metabolites were obtained. Metabolic cages and open circuit indirect calorimetry system were the methods applied. Treatments consist in two mixed diets with alfalfa as forage. Within the concentrate, oat grain was replaced with rice bran. No significant differences were found for metabolizable energy intake (MEI), 1254kJ/kg of BW0.75 on average, and heat production (HP); 640 kJ/kg of BW0.75 on average. No differences were obtained for milk production (2.2 kg/d on average) and milk fat was greater in the rice bran diet (6.9% vs. 5.3% for rice bran and oat diets, respectively). Energy balance was positive and milk metabolites correlated these found. Regards to CH4 emissions, determined in vivo by gas exchange indirect calorimetry, goats fed the rice bran significantly reduced methane production (23.2 g/d vs 30.1 g/d). In the second experiment, we also used two types of diets, but in this case we substituted the forage and maintained the same concentrate; in one of the diets a grass (Maralfafa [Pennisetum sp.]- M diet) was used as forage and in the other an extensively used leguminous (Alfalfa [Medicago sativa]- A diet). Methods and analysis were the same that in Experiment 1, and here we include metabolites in urine and blood plasma. The dry matter intake was higher for diet A (1.8 vs 1.6 kg/d, respectively) and digestibility coefficients were higher for diet M. However, no significant differences were shown in MEI (1089 kJ/kg of BW0.75, on average) and HP (639 kJ/kg of BW0.75on average). Higher milk yield was observed in A diet than M diet (1.8 vs. 1.7 kg/d, respectively) and metabolites in urine, plasma and milk indicated better use of diet A than M, while no differences in milk composition were found (5% of fat and 4.3% of protein). Methane production was higher for A diet (28.5 g/d) than M diet (25.9 g/d), although these differences were not statistically significant. In the third experiment, energy partition was compared in two sheep breeds (Manchega vs. Guirra) fed above maintenance. We fed again with mixed diets and metabolic cages, indirect calorimetry, nitrogen balance and integral calculus were the tools used for these energy partitioning approach. An approximation of division of heat production was done. ME for maintenence was estimated at 354 kJ/kg of BW0.75and day, on average for the two breeds. Basal metabolic rate was different between breeds; 270 vs. 247 kJ/kg of BW0.75for Guirra and Manchega, respectively. / [ES] El objetivo principal de esta tesis fue estudiar el metabolismo energético en pequeños rumiantes bajo diferentes escenarios de nutrición. Como metodología se utilizó la calorimetría indirecta en vez de calorimetría directa o pruebas de alimentación. Dentro de la calorimetría indirecta trabajamos con un sistema portátil de circuito abierto de intercambio de gases con una "urna" (Heat hood). Este sistema de circuito abierto de respiración nos permitió completar todo el balance energético y evaluar la eficiencia de la utilización de la energía de la dieta para diferentes estados fisiológicos como producción de leche en cabras u oveja en mantenimiento. Además fue posible cuantificar en cada ensayo algunas perdidas relacionadas con la contaminación ambiental como emisiones de CH4 y la excreción de nitrógeno en heces y orina. En esta tesis se diseñaron tres experimentos, dos en cabras en lactación y otro en ovejas como describimos a continuación. En el primer experimento se han determinado, digestibilidad, balance energético, balance carbono nitrógeno, producción de leche, parámetros ruminales, ácidos grasos y metabolitos en leche. Jaulas metabólicas y un sistema de circuito abierto de calorimetría indirecta fue el método aplicado. Los tratamientos consistieron en dos dietas mixtas con alfalfa como forraje y dentro del concentrado el grano de avena fue reemplazado por cilindro de arroz. No se encontraron diferencias significativas en la energía metabolizable ingerida (MEI) de 1254 kJ/kg PV0.75 en promedio y una producción de calor (HP) de 640 kJ/kg PV0.75 en promedio. La producción de leche no presentó diferencias significativas entre las dos dietas, (2,2 kg/den promedio), la grasa de la leche fue mayor en la dieta de cilindro de arroz (6,9% vs. 5,3% para cilindro de arroz y avena respectivamente). El balance energético fue positivo y correlacionado a los metabolitos en leche determinados. En cuanto a las emisiones de CH4, determinadas en vivo mediante el intercambio de gases por calorimetría indirecta, las cabras alimentadas con el subproducto redujeron significativamente la producción de metano (23,2 g / d vs 30,1 g / d.). En el segundo experimento, también utilizamos dos tipos de dietas, pero en este caso sustituimos los forrajes y mantuvimos el mismo pienso; en una de las dietas se utilizó como forraje una gramínea (Maralfafa [Pennisetum sp.] - dieta M) y en el otro una leguminosa de uso extendido (Alfalfa [Medicago sativa] - dieta A). Los métodos de análisis y análisis fueron los mismos que los utilizados en el Experimento 1, y se incluyeron además análisis de metabolitos en orina y plasma. La materia seca ingerida fue mayor para dieta A (1,8 vs 1,6 kg/d, respectivamente), los coeficientes de digestibilidad fueron mayores para la dieta M. Sin embargo, no se encontraron diferencias significativas en MEI (1089 kJ/kg PV0.75, en promedio) y HP 639 kJ/kg PV0.75, en promedio). La producción de leche fue mayor en la dieta A que la dieta M, (1,8 vs. 1,7 kg/d, respectively) y los metabolitos en orina, plasma y leche indican un mejor aprovechamiento de la dieta A. No se presentaron diferencias en la composición de la leche (5% de grasa and 4.3% de proteína). La producción de metano fue mayor para la dieta A (28,5 g/d) que para la dieta M (25,9 g/d), aunque estas diferencias no fueron estadísticamente significativas. En el tercer experimento se compararon la partición energética en dos razas de ovejas (Manchega vs. Guirra) en mantenimiento. Fueron alimentadas con dietas mixtas en jaulas metabólicas, calorimetría indirecta, balance carbono nitrógeno y cálculos integrales fueron las herramientas utilizadas para un aproximación de la partición energética. Se realizó una aproximación de división de producción de calor. El ME para mantenimiento se estimó en 354 kJ/kg PV0.75/ día, en promedio para las dos razas. Las diferencias en la tasa metabólica basal entre las razas fu / [CA] El principal objectiu d'aquesta tesi va ser estudiar el metabolism energètic en xicotets ruminants baix diferents escenaris de nutrició. Com a metodologia es va utilitzar la calorimetria indirecta en compte de calorimetria directa o proves d'alimentació. Dins de la calorimetria indirecta treballarem amb un sistema portatil de circuit obert d'intercanvi de gasos amb "urna" (Heat hood). Aquest sistema de respiració de circuit obert ens va permetre completar tot el balanç energètic i avaluar l'eficiència de la utilització de l'energia de la dieta per a diferents circumstàncies fisiològiques com produccion de llet en cabres o manteniment en ovelles. A més va ser possible quantificar en cada assaig algunes perdues relacionades amb la contaminacion ambiental com a emissions de CH4 i l'excreció de nitrogen en femta i orina. En aquesta tesi es van dissenyar tres experiments, dos en cabres en lactación i un altre en ovelles com vam descriure a continuació. En el primer experiment s'han determinat,digestibilidad, balanç energètic, balanç carboni nitrogen, producció de llet, paràmetres ruminales, àcids grassos i metabòlits en llet. Gàbies metabòliques i un sistema de circuit obert de calorimetria indirecta va ser el mètode aplicat. Els tractaments van consistir en dues dietes mixtes amb alfals com a farratge i dins del concentrat el gra de civada va ser reemplaçat per cilindre d'arròs. No es van trobar diferències significatives en l'energia metabolizable ingerida (MEI) de 1254 kJ/kg PV0.75 en mitjana i una producció de calor (HP) de 640 kJ/kg PV0.75 en mitjana. La producció de llet no va presentar diferències significatives entre les dues dietes, (2.2 kg/donen mitjana), el greix de la llet va ser major en la dieta de cilindre d'arròs (6.9% vs. 5.3% per a cilindre d'arròs i civada respectivament). El balanç energètic va ser positiu i correlacionat als metabòlits en llet determinats. Quant a les emissions de CH4, determinades en viu mitjançant l'intercanvi de gasos per calorimetria indirecta, les cabres alimentades amb el subproducte van reduir significativament la producció de metà (23.2 g / d vs 30.1 g / d.).En el segon experiment, també utilitzem dos tipus de dietes, però en aquest cas substituïm els farratges i vam mantenir el mateix pinso; en una de les dietes es va utilitzar com a farratge una gramínea (Maralfafa [Pennisetum sp.] - dieta M) i en l'altre una **leguminosa d'ús estès (Alfals [Medicago sativa] - dieta A). Els mètodes d'anàlisis i anàlisis van ser els mateixos que els utilitzats en l'Experiment 1, i es van incloure a més anàlisi de metabòlits en orina i plasma. La matèria seca ingerida va ser major per a dieta A (1,8 vs 1,6 kg/d, respectivament), els coeficients de digestibilidad van ser majors per a la dieta M. No obstant açò no es van trobar diferències significatives en MEI (1089 kJ/kg PV0.75, en mitjana) i HP 639 kJ/kg PV0.75, en mitjana). La producció de llet va ser major en la dieta Al fet que la dieta M, (1,8 vs. 1,7 kg/d, respectively) i els metabòlits en orina, plasma i llet indiquen un millor aprofitament de la dieta A. No es van presentar diferències en la composició de la llet (5% de greix i 4.3% de proteïna). La producció de metà va ser major per a la dieta A (28,5 g/d) que per a la dieta M (25,9 g/d), encara que aquestes diferències no van anar estadísticament significatives. En el tercer experiment es van comparar la partició energètica en dues races d'ovelles (Manxega vs. Guirra) en manteniment. Van ser alimentades amb dietes mixtes en gàbies metabòliques, calorimetria indirecta, balanç carboni nitrogen i càlculs integrals van ser les eines utilitzades per a un aproximació de la partició energètica. Es va realitzar una aproximació de divisió de producció de calor. L'EM para manteniment es va estimar en 354 kJ/kg PV0.75 / dia, en mitjana per a les dues races. Les diferències en la taxa metabòlica basal entre les races va ser de 2 / Criscioni Ferreira, PF. (2016). Application of an open circuit indirect calorimetry system for gaseous exchange measurements in small ruminant nutrition [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/64069 / Compendio