タンニンの含有

Scientific Reports volume 12、記事番号: 14220 (2022) この記事を引用

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この研究の目的は、亜酸化窒素 (N2O)、メタン (CH4)、二酸化炭素 (CO2) の排出量と、'AU Grazer' sericea lespedeza 干し草を与えられた牛去勢牛の排泄物からの N2O の同位体組成を測定することでした。 [SL; Lespedeza cuneata (Dum. Cours.) G. Don]。 15頭のブラフマン×アンガス交雑種去勢牛に、「ティフトン85」バミューダグラス干し草（サイノドン種）にSLを0、50、または100％含むという3つの実験飼料のうちの1つを与えた。ガスサンプリングは、2 つの実験期間にわたって静的チャンバーに尿または糞便を適用した後、0、1、3、5、7、14、18、25、および 32 日目に行われました。分析したすべての温室効果ガス (GHG) について、糞便投与翌日の効果 (P < 0.001)、尿中に SL 相互作用の包含が観察されました (P < 0.001)。尿および糞便中のすべての GHG 排出量のピークは最初の日に発生し (P < 0.001)、糞便中の 15N-N2O は 3 日目と 5 日目に最も減少し、尿中の 15N-N2O は 3、5、7 日目に減少しました (P < 0.001)。 0.001）。去勢牛への SL の給与は、排泄物からの GHG 排出量を軽減するのに効果的でしたが、削減の背後にあるメカニズムを調査するにはさらなる研究が必要です。

人為的活動は、農業活動の拡大などを通じて、大気中の主要な温室効果ガス (GHG) 濃度を増加させ、自然環境プロセスを変化させてきました1。 2021 年の世界の牛在庫は 10 億頭と報告され2、腸内発酵と肥料の両方がメタン (CH4) と亜酸化窒素 (N2O)3 の主な原因となっています。

肥料は、有機化合物の存在と嫌気性条件下での分解により、草原における重要な GHG 源です4。嫌気性細菌は有機物質を分解して CH4 を放出しますが、さまざまな N 源の相互作用が N サイクルに影響を及ぼし、それによって毎日の N2O5 の流量に影響を与えます。主な懸念は、特定の地域に堆積した排泄物中の窒素量が植物の当面の必要量を超え、過剰な窒素が硝酸塩浸出と N2O6,7 によって失われることです。

栄養調整は、反芻動物の排泄物中の GHG の生成と排出につながるプロセスの強度と頻度を変更する戦略です。動物の食事、飼料の質と量は、尿と糞便の窒素濃度に影響を与える可能性があります。たとえば、飼料マメ科植物は、第一胃発酵を調節できるタンニンなどの広範囲の二次代謝産物を提供します8。縮合タンニン (CT) は、食事性タンパク質に結合してルーメンでの分解からタンパク質を保護し、小腸によるアミノ酸の取り込みと糞便中の窒素の排泄を増加させます9。さらに、牛の尿に含まれる天然の窒素化合物は土壌中での N2O 生成プロセスを阻害することが報告されていますが 10、11、12、タンニンはそれらの化合物の割合に影響を及ぼし、結果として N2O の排出に影響を与える可能性があります 13。

静的チャンバーは、土壌からの GHG フラックスを測定するために一般的に使用される技術ですが、フラックスの不均一な性質のため 14、自然発生源と人為起源の発生源の大きさ、分布、時間的パターンには不確実性があります。これにより、結果の精度や、異なる場所での研究間の比較が制限されます。これに関連して、GHG の形成と隔離のプロセスには重同位体と軽同位体の特定の比率がある 16 ため、大気中のガスに含まれる安定同位体の自然存在量の分析は、GHG 収支を推定するための強力な味方となる可能性があります 15。

私たちは、去勢牛の飼料にタンニンが豊富なマメ科植物を含めると、尿から糞便への窒素排泄の変化とメタン生成に対するタンニンの影響により、排泄物からの N2O、CH4、CO2 の排出が減少するのではないかと仮説を立てました。。さらに、尿と糞便は異なる排出係数と N2O の同位体組成を示すため、排出源の特定が可能になります。したがって、この研究の目的は、タンニンが豊富な飼料マメ科植物を与えられた去勢牛の排泄物からの N2O、CH4、CO2 の正味排出量を推定し、N2O の排出係数と N2O の同位体組成を決定することでした。

糞便からの N2O 排出量にはサンプリング日の影響があり、最初の 5 日間は残りの日と比較して排出量が多く (P < 0.001)、14 日目には中間の排出量が見られました (図 1a)。尿については、SL 含有レベルと N2O 排出日との相互作用が観察され (P < 0.001)、尿適用後 1、3、および 5 日目に排出量が有意に増加しました (図 1b、P < 0.001)。 100SL は排出量が最も少なくなりました。

(a) Sericea lespedeza を与えられた去勢牛からの糞便によって放出される N2O の正味フラックス [SL; Lespedeza cuneata (Dum. Cours.) G. Don]、値は 2 つの実験期間における 3 つの食餌 (0、50、または 100% SL) の平均を表し、平均値の後に異なる文字が続く値は、サンプリング日ごとに大きく異なります (Pday < 0.001); (b) 0SL、50SL、または 100SL を与えられた去勢牛から採取された尿。星印は 1 日内の食餌間の違いを示します (PSL*Day < 0.001)。バーは標準偏差を示します。破線は土壌（排泄物なし）の排出量を表します。

糞便中の N2O 排出量のピークは、すべての食餌で適用後 5 日後に発生し (0SL、50SL、100SL でそれぞれ 0.12、0.07、および 0.08 mg m-2 d-1)、18 日後には同様のバックグラウンド排出量 (0.05 mg) まで減少しました。 m−2 d−1、P > 0.05)。一方、尿中の N2O 放出のピークは早期に発生しましたが（適用後 1 または 3 日、0SL、50SL、および 100SL ではそれぞれ 0.08、0.06、および 0.05 mg m-2d-1）、到達までにはより長い時間（25 日）かかりました。 7日目以降、SLレベル間に有意差は観察されなかったにもかかわらず、バックグラウンド放出（0.02 mg m-2 d-1、P > 0.05）まで減少しました。

N2O からの尿と糞便の δ15N 組成に対する日の影響 (P < 0.001) がありました (図 2)。 δ15N が最も減少した N2O は、両タイプの排泄物について 3 日目と 5 日目に発生しました (糞便では - 4.2 および - 8.2 パーセント、尿では - 2.2 および - 5.2 パーセント)。

(a) Sericea lespedeza を与えられた去勢牛からの糞便によって放出される N2O のδ15N 同位体組成 [SL; Lespedeza cuneata (Dum. Cours.) G. Don]、値は 2 つの実験期間における 3 つの食餌 (0、50、または 100% SL) の平均を表し、平均値の後に異なる文字が続く値は、サンプリング日ごとに大きく異なります (Pday < 0.001); (b) 0SL、50SL または 100SL を与えられた去勢牛の尿パッチ。星印は 1 日内の食餌間の違いを示します (PSL*Day < 0.001)。バーは標準偏差を示します。破線は土壌（排泄物なし）の排出量を表します。

糞便からの CH4 および CO2 排出量に対するサンプリング日の影響（それぞれ図 3a および 4a; P < 0.001）と、尿からの排出量に対する SL 含有量×日の相互作用（それぞれ図 3b および 4b; P < 0.001）がありました。 CH4 の場合、糞便中のピークは排泄物の適用後 1 日目に発生し、他の日では SL 封入体のレベル間に有意差は観察されませんでした。尿中では、CH4 放出は適用後 1 日目のみ SL レベル間で異なり、最大放出は治療 0SL (0.0006 mg m-2 d-1) で示され、最小は治療 100SL (-0.0004 mg m-2) で示されました。 2d−1）。さらに、SL 封入体のレベルに関係なく、陰性 CH4 ピークが尿適用後 18 日目に観察され、25 日目にはバックグラウンドレベルに回復しました。

(a) Sericea lespedeza を与えられた去勢牛からの糞便によって放出される CH4 の正味の流量 [SL; Lespedeza cuneata (Dum. Cours.) G. Don]、値は 2 つの実験期間における 3 つの食餌 (0、50、または 100% SL) の平均を表し、平均値の後に異なる文字が続く値は、サンプリング日ごとに大きく異なります (Pday < 0.001); (b) 0SL、50SL、または 100SL を与えられた去勢牛から採取された尿。星印は 1 日内の食餌間の違いを示します (PSL*Day < 0.001)。バーは標準偏差を示します。破線は土壌（排泄物なし）の排出量を表します。

(a) 0、50、または 100% のセリセアレスペデザを与えられた去勢牛からの糞便によって排出される CO2 の正味フラックス [SL; Lespedeza cuneata (Dum. Cours.) G. Don]、値は 2 つの実験期間における 3 つの食餌 (0、50、または 100% SL) の平均を表し、平均値の後に異なる文字が続く値は、サンプリング日ごとに大きく異なります (Pday < 0.001); (b) 0SL、50SL、または 100SL を与えられた去勢牛から採取された尿。星印は 1 日内の食餌間の違いを示します (PSL*Day < 0.001)。バーは標準偏差を示します。破線は土壌（排泄物なし）の排出量を表します。

糞便中のCO2のピークは、SLのレベルに関係なく、排泄物の適用後1日目に発生し（P < 0.001）、18日目にバックグラウンドレベルまでの低下に達しました（図4b）。尿では、治療 100SL ではピークが同日 (1 日目) に観察されましたが、治療 0SL および 50SL では CO2 のピークは、それぞれ排泄物適用後 5 日または 14 日で発生しました。

糞便中で観察された窒素濃度は、0SL、50SL、100SLでそれぞれ1.6、2.2、2.8%でしたが、尿では0.19、0.24、0.58%でした（表1）。

糞便からの N2O の累積排出量は、0SL、50SL、100SL でそれぞれ 2.02、1.09、0.84 mg m-2 であり、SL を含めることによる負の線形効果が示されました (P = 0.01; 表 2)。尿中での累積排出量は、0SL、50SL、100SL でそれぞれ 1.44、0.23、0.02 mg m-2 であり、SL を含めることによる負の線形効果も示されました (P = 0.01)。各タイプの排泄物内の SL の含有レベルごとの N2O (EFN2O) の排出係数を表 2 に示します。

SL を添加すると、糞便および尿中の CH4 の累積排出量の直線的な減少が観察されました (それぞれ P = 0.03 および P = 0.04)。糞便では、100% SL (-0.004 mg m-2) を含めることによって負の累積放出、または CH4 の取り込みが実証されましたが、尿では、50% SL を含めると最も少ない放出 (または最大の取り込み) が示されました。 ) 32 日 (-0.013 mg m-2)。糞便および尿中の CO2 の累積排出量は、CH4 の同様のパターンに従い、両方の排泄物タイプで SL を含めると CO2 が直線的に取り込まれ (P = 0.03)、最も少ない排出量が観察されたのは食餌 100SL (15.51 および 15.51) でした。糞便と尿ではそれぞれ 8.93 mg m-2)。

同時研究で、我々は、SL 由来の CT の大部分が 100SL を与えられた動物の糞便中のタンパク質と繊維に結合しており、その結果、これらの栄養素の見かけの全消化管消化が牧草のみの食事を摂取している動物よりも少ないことを実証しました17。したがって、宿主の酵素消化とアミノ酸の腸管吸収は、胃腸管全体のCT結合能力によって阻害され、これはまた、0SLを与えられた動物の糞便よりも100SLを与えられた動物の糞便中のN濃度が高くなることに寄与した。さらに、糞便中の窒素排泄量の増加には、食事に CT を添加したことによる内因性代謝窒素が大きく寄与している可能性があり 18、これは Komolong ら 19 および Carulla ら 8 の研究と一致している。

50SL や 0SL よりも 100SL を与えられた動物の尿中の N 濃度が高いことも、高い CP 摂取に起因している可能性があります。エネルギー供給の増加を伴わない大量のCP摂取は第一胃微生物に過負荷を与え、第一胃内でのアンモニア生成を増加させ、その結果、0SL20よりも100SLを与えられた動物の第一胃壁により多くのアンモニアが吸収されることになる。それに伴い、100SL を与えられた動物では、他の食餌を与えられた動物よりも多くのアンモニアが比例して尿素に変換され、尿中に排泄されました 21。 Broderick22 は、反芻動物にマメ科植物だけを与えると、尿素の生成が激しくなり、尿中の窒素排泄量が増加し、その結果、動物による窒素貯留が減少する可能性があると述べています。これは、第一胃内でのアンモニア生成速度が微生物による利用速度を上回っており 23、第一胃内で微生物タンパク質として捕捉されないと、肝臓で尿素生成プロセスを受けるためです。

Beauchemin ら 24 は、70% 飼料ベースの飼料にケブラチョ (Schinopsis lorentzii) 由来のタンニンを 1 および 2% 補給し、CT を含めた場合、CP 消化率が低下し、総窒素排泄量に占める尿中窒素の割合が減少したと報告しました。。彼らはまた、食事にCTを多く取り入れると、総窒素排泄量に占める糞便窒素排泄量の増加も観察したが、これは内因性および微生物の寄与によるものであり、尿中窒素の実際の減少ではないと考えられた。

尿からの EFN2O は、適用された合計 N27 の割合として N2O 中の N27 を表すため、通常、糞便からの EFN2O よりも大きくなります 25,26。したがって、排泄物の種類ごとに EF を開発することが推奨されます。私たちの研究では、SL を与えられた動物の糞便または尿の EFN2O は、0SL を与えられた動物の糞便または尿よりも低かった。さらに、0SL を与えられた動物の糞便からの EFN2O のみが、IPCC 2019 の改良版 28 で提供されたデフォルト値と類似していました。この値は、特定の気象条件と土壌特性に基づいており、世界規模の推定値を誤って伝えている可能性があります。

糞便からの N2O の流れに SL を含めることによる効果の欠如は、主に結合 CT と結合した有機 N の存在によって引き起こされました 5,17。尿素は有機 N5 よりも急速に加水分解されるため、尿パッチからの N2O フラックスは一般に糞便からのフラックスよりも大きくなります。あるレビュー 21 では、尿中の窒素は最大 3.8% であるのに対し、糞便中の窒素は最大 0.7% しか大気中に N2O の形で放出されないことが実証されました。しかし、現在の研究では、糞の山からよりも尿パッチからの累積放出が少ないのは、おそらく尿が揮発性アンモニアなどの別の化合物として放出されていたためであると考えられます。

糞の山は土壌の有機肥料として機能し、栄養素の利用可能性は土壌微生物叢の重要な要素です。 Firestone と Davidson によって提案された「ホール・イン・ザ・パイプ」モデル 29 によれば、N2O 生成量は主に土壌中の窒素の利用可能量の関数です。したがって、ミネラル窒素（NH4+ および NO3-）の利用可能性と不安定な炭素の利用可能性により、主に微生物集団の活性化により、すべての治療の最初の数日で N2O と CO2 の排出量が増加しました 30。新鮮な排泄物の堆積により、水分、窒素、その他の栄養素が増加したため、初期には脱窒が引き起こされました。さらに、硝酸塩が地表水内で脱窒される場合、硝酸塩の浸出損失も発生した可能性があり、これは部分的には間接的な N2O 排出に寄与します 31,32。

Franzluebbers と Steiner 33 によれば、温度、湿度、土壌の無機窒素も N2O 排出量の決定要因となります。現在の研究では、排泄物の散布後の降雨現象が結果的に水で満たされた細孔空間（WFPS）の割合に影響を及ぼし、嫌気的条件を作り出した可能性がある。したがって、嫌気性と、排泄物の堆積による土壌中の窒素と炭素のレベルの上昇により、硝化、硝化剤の脱窒、脱窒が促進され、結果として GHG の生産と排出量が増加します 34,35。その後、フロリダの夏の気温が上昇したため、糞便の急速な乾燥と表面の地殻の形成が観察され4、これも糞便からの N2O フラックスが 5 日目以降減少することに影響を与えた可能性があります。

ガス損失は土壌 δ15N と直線関係にあり、NO3- が脱窒反応で完全に消費される場合には分別係数が大きくなることが示されました 36。報告されている土壌および土壌から放出される N2O δ15N 値は、通常 0 から - 40 ‰37、38、39、40 の範囲であり、ガス損失経路における 15N の減少に大きなばらつきがあることを示しています。私たちの研究では、アンモニア揮発の強力な分別と脱窒プロセスの強化によって表されるように、排出がより激しいとき（排泄物散布後の最初の数日間）、N2O のδ15N はより消耗しました41。この傾向は、尿から N2O よりもアンモニアとして失われる窒素の方が多いという仮説を裏付けています。

Kool et al.11 は、高馬尿酸濃度の合成尿により N2O 排出が最大 50% 削減されることを実証しました。最近では、Zhou ら 13 は、尿からの N2O 排出量が大幅に減少したのは、肉牛の飼料にタンニン酸を添加したことによると考えています。著者らは、馬尿酸 N/尿中 N の比率の増加は N2O の排出に抑制効果があるが、タンニン酸の効果は粗タンパク質のレベルが高くなるとより明らかになる、と結論付けました。尿中のこれらの化合物は測定しませんでしたが、100SL を与えられた動物の尿中に存在する CT からの芳香族化合物は、おそらく土壌の硝化プロセスをある程度阻害し 42、その結果 N2O の排出量が減少したと考えられます。

評価した 3 つの GHG の累積排出量は、排泄物の種類に関係なく、100SL を与えられた動物よりも 0SL を与えられた動物の方が大きかった。しかし、排泄物を適用した数日後、CH4 のフラックスはマイナスになり、土壌からの取り込みが示されました。さらに、すべての GHG の総排出量の 65% 以上が 7 日目までに排出されており、これは排泄物の堆積直後の排出量がいかに重要であるかを示しています 43。

排泄物からのメタンの放出は、主に好都合な嫌気条件下でのメタン生成生物による糞便の分解により発生します44。したがって、排泄物の種類に関係なく、排泄物の散布後の最初の数日間でより大きな CH4 フラックスが観察される可能性があり、これは熱帯牧草地での文献で観察されたものと同様です 25,45。メタン生成はおそらく初期の土壌の水分が多かったために促進され、排泄物の水分の自然な減少、降雨事象の不足、微生物による栄養素の浸出と消費により減少する傾向がありました45。しかし、CT はメタン生成菌に対する直接的な悪影響と関連しており 46、これが SL を与えられた動物の排泄物におけるメタン生成を制限した可能性があり、食餌中のマメ科植物の含有率が 0% から 100% に直線的に減少することを説明しています。

要約すると、この研究は、動物の食事、排泄物の種類、気象条件が北フロリダの温暖な気候の牧草地の GHG フラックスにどのような影響を与えるかを示しました。したがって、去勢牛に SL を与えることは、土壌に堆積してから 32 日間、排泄物からの N2O、CH4、CO2 の排出を軽減するのに効果的でした。さらに、タンニンが豊富なマメ科植物を含めると排泄物のEFN2Oは減少しましたが、各研究条件（食事、土壌、降水量）の特定の変化のため、糞便と尿は別々に考慮する必要があります。したがって、国や地域ごとに特定の EFN2O を採用することで、畜産部門からの世界的な排出量の過大評価が回避されるでしょう。現在の研究では、SL 干し草を与えられた動物の排泄物を介してより多くの N2 が添加され、牧草干し草のみを与えられた動物の排泄物と比較して N2O 排出量が減少しました。 δ15N は、N2O のフラックスと同様のパターンに従い、排泄物散布後の土壌微生物の活動により、高い放出速度でさらに減少しました。損失減少の背後にあるメカニズムを理解するにはさらなる研究が必要である一方、水素同位体などの追加の同位体測定を使用した研究は、排出量と大気のモデリングの推定を容易にするでしょう。

この研究は、フロリダ大学施設内動物管理使用委員会 (プロトコル #201810218) によって承認されたすべての手順に従い、すべての方法は関連するガイドラインおよび規制に従って実行されました。この原稿はARRIVEガイドラインに従って報告されています。

実験は、フロリダ州マリアンナ（北緯30度52分、西経85度11分、海抜35メートル）にあるフロリダ大学のノースフロリダ研究教育センター（NFREC）の「ペンサコーラ」バヒアグラスの牧草地で行われた。 (Paspalum notatum Flüggé)。実験場の土壌はオレンジバーグローム質砂（細かいローム質、カオリナイト質、熱性の典型的なカンディウダルト）として分類され、平均 pH は 6.5 です。 Mehlich-I の平均抽出可能 P、K、Mg、および Ca 濃度は、それぞれ 13、45、31、および 245 mg kg-1 でした。土壌有機物は 6.3 g kg-1 で、推定陽イオン交換容量は 2.8 meq 100 g-1 でした。この研究は、15日の間隔をあけて、それぞれ32日間の2つの実験期間で実施されました（期間1：2018年6月8日から2018年7月10日、期間2：2018年7月25日から2018年8月） 2018 年 27 月）。実験期間の平均気温、最高気温、最低気温、降水量を図5に示します。

フロリダ自動気象ネットワーク (FAWN) のマリアンナ (フロリダ州) 観測所の (a) 2 つの実験期間からの週間降雨量と気温のデータ、(b) 累積月降雨量 (mm) と平均気温 (°C) のデータ。期間 1: 2018 年 6 月 8 日から 2018 年 7 月 10 日まで。期間 2: 2018 年 7 月 25 日から 2018 年 8 月 27 日まで。

ブラフマン × アンガス交雑種去勢牛 15 頭 [期間 1: 初期体重 (BW) 324 ± 26 kg。期間 2: 体重 336 ± 30 kg] を 3 つの実験食にランダムに分配しました: 'AU Grazer' sericea lespedeza 干し草を 0、50、または 100% (給餌時) 含む [SL; Lespedeza cuneata (Dum. Cours.) G. Don] を「Tifton 85」バミューダグラス干し草 (BG; Cynodon spp.) の餌に与え (表 3)、排泄物 (尿および糞便) のドナーとして使用しました。同時研究では去勢牛に 2 回の給餌期間で 21 日間給餌し 17、現在の研究で使用した排泄物はそれぞれの実験の最後の 2 日間に収集しました。すべての方法は、関連するガイドラインおよび規制に従って実行されました。

GHG の排出量は、静的チャンバー (非定常状態) 技術を使用して評価されました 14。チャンバーは半径 30 cm の円形で、ベースと蓋が両方とも PVC47 で作られていました。蓋には反射テープが巻かれて断熱され、ガスサンプリング用にゴム隔膜が追加されました48。測定中にチャンバー内の適切な空気圧を確保するために、ベースには長さ 10 cm の銅製の通気チューブが取り付けられていました 49,50。ガスサンプリング中は、部品をしっかりと密封する自転車タイヤのインナーチューブを取り付けて、蓋とベースを閉じた状態に保ちました。

温室効果ガス排出に対する土壌撹乱の影響を避けるため、排泄物散布の 2 週間前にチャンバーの基部をバヒアグラスの非放牧牧草地に設置しました51。ベースは深さ 8 cm に設置され、地面から 5 cm 伸びています。設置の深さは、Clough et al.48 に基づいて決定されました。チャンバー上部の高さは 22 cm で、ベースの 5 cm と合計すると 27 cm となり、展開 1 時間あたりのチャンバー高さ 40 cm 以上の指標と一致しています。第 2 実験期間では、やはり新たなガスサンプリングを開始する 2 週間前に、同じ牧草地の近くの場所に新しい基地が設置されました。

チャンバーに適用された処理は、牛去勢牛に与えられる SL 干し草の 3 つのレベルのいずれか 1 つに含まれる糞便または尿で構成され、完全にランダム化されたブロック設計として分配されました。尿と糞便は、自発的または刺激された排尿と排便によって各動物から直接収集され、チャンバーの面積に対して牛が排泄する典型的な量として、尿 2 L、糞便 2 kg の割合で適用されました 5,52。必要な排泄物の量を得るために、サンプリングは 1 日 2 回 (700 時間と 1500 時間) 行われ、サンプルは翌朝 (ガスサンプリングの 0 日目) まで 4 °C で冷蔵保存されました。各排泄物の種類のサンプルは、各 SL 食餌内の 5 匹の動物すべてにわたって合成され、最終的に 3 つのサブサンプル (3 つの SL 食餌のそれぞれからの尿と糞便) が得られました。排泄物サンプルは、チャンバーに適用する 2 時間前に室温で保管されました。その化学組成は表 1 に記載されています。

チャンバーへの排泄物の適用は、各実験期間に 1 回、チャンバーの底部 (0.28 m253) によって決定される領域内の土壌表面に行われました。チャンバーエリア内の草は、必要に応じて、各サンプリング日の前に地上で刈り取られました。ガスサンプリングは、両実験期間の排泄物適用後 0、1、3、5、7、14、18、25、および 32 日目の気温が 1 日の平均値をよりよく表すと考えられる 09:00 から 11:00 の間に行われました47。 15 分間隔 (T0、T15、および T30) で区切られ、チャンバーごとの展開時間ごとに 1 つのサブサンプルが採取されました。 T0 で、土壌表面の直上の領域からサンプルが収集されました54。その直後に、自転車のインナーチューブを使用してベースに蓋を取り付けることによってチャンバーをしっかりと閉じ、その後、次のサンプル展開時間を続けました。 60 mL シリンジを使用してすべてのサンプルを収集し、事前に真空にした 30 mL ガラスバイアルに直ちに流し込みました。バイアルにはブチルゴム栓が取り付けられ、アルミニウム隔膜で密封された。サンプルは各実験期間の終了直後に分析されました。

ガスサンプル分析は、ガスクロマトグラフ（Trace 1310 ガスクロマトグラフ、Thermo Scientific、Waltham、MA）を使用して実施されました。 N2O の場合、電子捕獲検出器 (350 °C) およびキャピラリカラム (ステンレス鋼チューブ内の J&W GC 充填カラム、長さ 6.56 フィート (2 M)、外径 1/8 インチ、内径 2 mm、Hayesep D パッキン、メッシュ)サイズ 80/100、事前調整済み、Agilent Technologies) を使用しました。メタンは炎イオン化検出器 (250 °C) とキャピラリーカラム (J&W PoraBOND Q GC カラム、Agilent Technologies) を使用して分析されました。 CO2 の場合、熱伝導率検出器 (200 °C) およびキャピラリーカラム [ステンレス鋼チューブ内の J&W GC 充填カラム、長さ 7 フィート (2.13 M)、外径 1/8 インチ、内径 2 mm、Haysep N 充填、メッシュサイズ60/80、事前調整済み、Agilent Technologies] を使用しました。インジェクターとカラムの温度はそれぞれ 80 °C と 200 °C でした。

時間ごとのガス流束 (m-2 h-1 あたりの N2O または CH4 または CO2 の mg) は、Cardoso et al.55 に従って計算されました。

ここで、δC/δtは展開時間中のチャンバー内のガス濃度の変化です。 V と A はそれぞれチャンバーの容積とチャンバーで覆われた土壌面積です。 M はガスの分子量です。 Vm は気体の分子体積です。 Vm パラメーターは、温度と圧力の標準条件に合わせて Vm = 0.02241 × (273.15 + Tc/273.15) × p0/p1 として補正されました。ここで、0.02241 はモル体積 (m3)、Tc はサンプリング時のチャンバーのヘッドスペース温度 ( °C)、p0 は海面の気圧、p1 は気圧方程式を使用して計算された局地的な圧力です。検出可能な最小フラックスは、N2O については 0.012 ppb min-1、CH4 については 0.004 ppm min-1、CO2 については 1.40 ppm min-1 でした。

毎日の N2O、CO2、および CH4 排出量はフラックスに 24 時間を乗じて計算され、累積排出量は毎日のフラックス (曲線の下の面積) を積分して期間ごとに平均することによって推定されました。排出係数 (EF) と呼ばれる、排泄物に適用された N2O として失われる N の割合は、次の方程式に従って計算されました。

ここで、 \({\text{EF}}_{{{\text{N}}_{{2}} {\text{O}}}}\) は N2O の排出係数です。 N2O-Nemitted は、排泄物を含むチャンバーからの累積 N2O-N 排出量 (mg m-2) です。 N2O-Nblank は、ブランク (排泄物が堆積していないチャンバー; mg m-2) からの累積 N2O-N 排出量です。 Napplied は尿または糞便の N 適用率 (mg m-2) です。

収集したガスのサブサンプル (12 ml) を真空排気容器 (Labco、英国) に移しました。エクセテナーに二重針で穴を開け、オートサンプラー (Gilson GX-271、Gilson Inc、WI) を使用して超純度の He 流 (12 mL min-1) で 6 分間フラッシュしました。フラッシング中、サンプルは、CO2、CO、および水を除去するために Ascarite、Sofnocat、および Mg(ClO4)2 が充填されたガラストラップ (外径 10 mm、長さ 20 cm) を備えた前濃縮ユニット (Trace Gas、ハーナウ、ドイツ) に移されました。、それぞれ。残りの N2O を、液体窒素に浸したキャピラリーカラム上で 12 分間凍結集束し、同位体比質量分析計 (IsoPrime 100、IsoPrime、マンチェスター、英国) に移し、ヘリウム (2 ml min-1) を分析に使用しました。運送業者。 15N/14N の同位体比は次のように計算されました。

ここで、δ15N は大気窒素に対するサンプルの N 同位体比、15N/14Nsample はサンプルの N 同位体比、15N/14Nreference は大気窒素 (標準) の N 同位体比です。窒素の安定同位体組成は、従来のデルタパーミル表記法を使用して報告されました。 δ15N 値は国際標準 (AIR-N2) と比較して表されます。

実験は完全にランダム化されたブロック設計として分析され、反応の大きさの違いにより糞便と尿のデータが別々に計算されました53。各治療には 3 回の反復 (チャンバー) があり、すべての変数の反復測定を 1 日とみなしました。ＳＡＳのＧｌｉｍｍｉｘ手順（ＳＡＳＩｎｓｔ．，Ｉｎｃ．、ノースカロライナ州ケアリー、バージョン９．４）を使用し、チャンバを実験ユニットとみなした。グラフは Microsoft Excel (バージョン 16.61) を使用して描画されました。分布の正規性と分散の均一性は、SAS の単変量手順を使用して評価されました。共分散構造は、最小の赤池情報量基準値に基づいています。このモデルには、SL 封入レベルと排泄物適用後の翌日の固定効果とそれらの相互作用、およびブロック、期間、およびそれらの相互作用のランダム効果が含まれていました。平均値は、Tukey の検定により有意性 5% で調整された PDIFF を使用して比較されました。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータが記事に含まれています。

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フラビア・OS・ファン・クリーフ、ホセ・CB・デュボー・ジュニア、マルティン・ルイス＝モレノ、リザ・ガルシア、ニコラス・ディロレンソ

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フランシーヌ・M・シリアコ＆ダレン・D・ヘンリー

米国酪農飼料研究センター、USDA/農業研究局、マーシュフィールド、ウィスコンシン州、54449、米国

デビッド・M・ハラミーロ

アルバータ大学農業・食品・栄養科学部、アルバータ州エドモントン、T5N3X1、カナダ

エリック RS サントス

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ジョアン MB ヴェンドラミニ

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ハーレー・D・ナウマン

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リン・E・ソーレンバーガー

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Flavia OS van Cleefに対応。

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OS van Cleef、F.、B. Dubeux、JC、M. Ciriaco、F. 他去勢牛の食事にタンニンが豊富なマメ科植物を含めることで、排泄物からの温室効果ガスの排出が削減されます。 Sci Rep 12、14220 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-18523-y

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