최근 온실가스 감축에 관한 국제적인 관심이 대두되면서 반추가축의 가스발생을 조절하기 위한 연구가 다양하게 시도되고 있다. 본 실험은 섬유질배합사료를 TDN의 유지수준과 섭취수준별 가스 발생량의 증가 정도 및 절식시 감소량을 측정함으로써 반추위내 장내발효에 의한 호흡가스의 정확한 산출근거를 구명하고자 실시하였다. 실험은 43개월 령의 평균체중 $372{\pm}11.2$ kg의 Fistula가 장착된 한우 암소를 공시하여 한우사양표준(2007)에 의거하여 TDN (kg)유지수준의 성장, 200 g/일 및 400 g/일 증체수준으로 TMR 사료를 각각 2회에 걸쳐 급여하였으며 물과 mineral block은 자유 섭식하도록 하였다. 온실가스 측정은 NDIR (Non-dispersive infrared absorption) 센서를 이용한 가스다중검출기를 이용하여 이산화탄소 및 메탄가스를 측정하였으며, 호흡챔버 내 환경온도는 $20^{\circ}C$를 유지하였다. 실험결과 급이 수준별 TDN가가 높을수록 가스발생량이 증가하는 경향을 나타내었으며, 이산화탄소 발생량에서는 유지수준에 비해 200 g/일에서 21.1%, 400 g/일에서 40.6% 수준으로 가스 발생량을 나타내었다. 메탄 발생량은 유지수준에 비해 200 g/일에서 33.5%, 400 g/일에서 69.6% 수준의 가스발생량을 나타내었다. 또한 절식 대사시 3일차부터 이산화탄소 발생량은 8%와 51% 수준으로 급격한 감소를 보였으며 메탄발생량은 각각 15%와 37%의 감소를 나타내었다. 위 결과는 향후 축산분야의 온실가스를 줄이기 위한 사양체계 및 절식대사를 통해 한우의 장내발효에 의한 가스발생조절에 대한 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
최근 온실가스 감축에 관한 국제적인 관심이 대두되면서 반추가축의 가스발생을 조절하기 위한 연구가 다양하게 시도되고 있다. 본 실험은 섬유질배합사료를 TDN의 유지수준과 섭취수준별 가스 발생량의 증가 정도 및 절식시 감소량을 측정함으로써 반추위내 장내발효에 의한 호흡가스의 정확한 산출근거를 구명하고자 실시하였다. 실험은 43개월 령의 평균체중 $372{\pm}11.2$ kg의 Fistula가 장착된 한우 암소를 공시하여 한우사양표준(2007)에 의거하여 TDN (kg)유지수준의 성장, 200 g/일 및 400 g/일 증체수준으로 TMR 사료를 각각 2회에 걸쳐 급여하였으며 물과 mineral block은 자유 섭식하도록 하였다. 온실가스 측정은 NDIR (Non-dispersive infrared absorption) 센서를 이용한 가스다중검출기를 이용하여 이산화탄소 및 메탄가스를 측정하였으며, 호흡챔버 내 환경온도는 $20^{\circ}C$를 유지하였다. 실험결과 급이 수준별 TDN가가 높을수록 가스발생량이 증가하는 경향을 나타내었으며, 이산화탄소 발생량에서는 유지수준에 비해 200 g/일에서 21.1%, 400 g/일에서 40.6% 수준으로 가스 발생량을 나타내었다. 메탄 발생량은 유지수준에 비해 200 g/일에서 33.5%, 400 g/일에서 69.6% 수준의 가스발생량을 나타내었다. 또한 절식 대사시 3일차부터 이산화탄소 발생량은 8%와 51% 수준으로 급격한 감소를 보였으며 메탄발생량은 각각 15%와 37%의 감소를 나타내었다. 위 결과는 향후 축산분야의 온실가스를 줄이기 위한 사양체계 및 절식대사를 통해 한우의 장내발효에 의한 가스발생조절에 대한 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
This study was conducted to investigate the effects of different feeding level of TDN (Total Digestible Nutrients) on the generation of main greenhouse gases such as carbon dioxide and methane in Hanwoo cows. The diet TDN (kg) adjusted to achieve ADG of 0 g/day (Control), 200 g/day (T1), and 400 g/d...
This study was conducted to investigate the effects of different feeding level of TDN (Total Digestible Nutrients) on the generation of main greenhouse gases such as carbon dioxide and methane in Hanwoo cows. The diet TDN (kg) adjusted to achieve ADG of 0 g/day (Control), 200 g/day (T1), and 400 g/day (T2) of the maintenance level TMR (Total Mixed Ration) delivered twice a day at 08:30 and 17:30. Cow are housed in a respiration chamber and the environmental temperature was maintained at $20^{\circ}C$. The gases were measured for 24 hours using the multi-detector instrument Mamos-300. The analyzed methane emissions of T1 and T2 were 33.5% and 69.6% higher than control, respectively, and the carbon dioxide emissions were 21.1% and 40.6% higher than control. Also, the hourly pattern of carbon dioxide and methane production were showed very similar emission. Gas production showed peak after 1 hour of feeding and this gap was wider in the afternoon than in the morning hours. It is clearly conducted that $CO_2$ and $CH_4$ emissions were different by limited intake levels of feed.
This study was conducted to investigate the effects of different feeding level of TDN (Total Digestible Nutrients) on the generation of main greenhouse gases such as carbon dioxide and methane in Hanwoo cows. The diet TDN (kg) adjusted to achieve ADG of 0 g/day (Control), 200 g/day (T1), and 400 g/day (T2) of the maintenance level TMR (Total Mixed Ration) delivered twice a day at 08:30 and 17:30. Cow are housed in a respiration chamber and the environmental temperature was maintained at $20^{\circ}C$. The gases were measured for 24 hours using the multi-detector instrument Mamos-300. The analyzed methane emissions of T1 and T2 were 33.5% and 69.6% higher than control, respectively, and the carbon dioxide emissions were 21.1% and 40.6% higher than control. Also, the hourly pattern of carbon dioxide and methane production were showed very similar emission. Gas production showed peak after 1 hour of feeding and this gap was wider in the afternoon than in the morning hours. It is clearly conducted that $CO_2$ and $CH_4$ emissions were different by limited intake levels of feed.
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문제 정의
따라서, 본 실험은 한우사양표준에 근거하여 섬유질배합사료를 TDN의 유지수준과 일당 증체량 200 g, 400 g을 목표로 급여시, 호흡대사에서 발생하는 가스(CO2, CH4)의 증감 정도 및 절식시 감소량을 측정함으로써 반추위내 장내발효에 의한 호흡가스의 정확한 산출근거 기반을 만들고자 실시하였다.
최근 온실가스 감축에 관한 국제적인 관심이 대두되면서 반추가 축의 가스발생을 조절하기 위한 연구가 다양하게 시도되고 있다. 본 실험은 섬유질배합사료를 TDN의 유지수준과 섭취수준별 가스 발생량의 증가 정도 및 절식시 감소량을 측정함으로써 반추위내 장내발효에 의한 호흡가스의 정확한 산출근거를 구명하고자 실시하였다. 실험은 43개월 령의 평균체중 372±11.
제안 방법
온실가스 측정은 NDIR (Non-dispersive infrared absorption) 센서를 이용한 가스다중검출기를 이용하하였다. CO2나 CH4 등의 가스상 물질들이 적외선(Infrared light)에 대해 특정한 스펙트럼을 갖는 것을 이용해서 특정성분의 농도를 구하는 방법으로 대기의 오염물질을 연속적으로 측정하는 비분산 정필터형 적외선 가스분석계에 대해 적용한다. 원리는 광원(Infrared source)에서 방출되는 넓은 파장의 IR 복사선이 광학섹타(Gas filter wheel)에서 광학필터(Bandpass filter)를 거치며 특정 IR 파장을 불활성 기체(질소, 아르곤)가 충전된 기준셀과 시료가 흐르는 시료셀을 번갈아 통과시키게 되는데 기준셀은 IR 파장이 모두 통과하고 시료셀에서는 가스에 의해 흡수가 일어나게 된다.
사료섭취량은 사료급여량을 측정하여 급여한 후 다음 사료급여시 잔량을 측정하여 시험사료의 양에 적응시킨 후 7일간의 예비시험과 30일간의 본 시험을 실시하였다. 사료급여는 08시 30분과 17시 30분에 2회 급여하였으며 물과 Mineral block은 자유 섭식하도록 하였다. Chamber의 환경온도는 20℃를 유지하였다.
한우사양표준(2007)에 의거하여 섬유질배합사료 중 유지수준(대조구), 성장수준은 각각 200g/일(처리구 1) 및 400g/일(처리구 2)의 증체에 필요한 적정 TDN가를 산출하였다. 사료섭취량은 사료급여량을 측정하여 급여한 후 다음 사료급여시 잔량을 측정하여 시험사료의 양에 적응시킨 후 7일간의 예비시험과 30일간의 본 시험을 실시하였다. 사료급여는 08시 30분과 17시 30분에 2회 급여하였으며 물과 Mineral block은 자유 섭식하도록 하였다.
시험개시 전 CO2, CH4의 표준가스를 통과시켜 조정점을 맞춘 후 Chamber내 gas 농도를 측정하여 24시간 동안 발생량을 측정하였다. 온실가스 측정은 NDIR (Non-dispersive infrared absorption) 센서를 이용한 가스다중검출기를 이용하하였다.
실험은 43개월 령의 평균체중 372±11.2 kg의 Fistula가 장착된 한우 암소를 공시하여 한우사양표준(2007)에 의거하여 TDN (kg) 유지수준의 성장, 200 g/일 및 400 g/일 증체수준으로 TMR 사료를 각각 2회에 걸쳐 급여하였으며 물과 mineral block은 자유 섭식하도록 하였다.
2 kg의 Fistula가 장착된 한우 암소를 공시하여 한우사양표준(2007)에 의거하여 TDN (kg) 유지수준의 성장, 200 g/일 및 400 g/일 증체수준으로 TMR 사료를 각각 2회에 걸쳐 급여하였으며 물과 mineral block은 자유 섭식하도록 하였다. 온실가스 측정은 NDIR (Non-dispersive infrared absorption) 센서를 이용한 가스다중검출기를 이용하여 이산화탄소 및 메탄가스를 측정하였으며, 호흡챔버 내 환경온도는 20℃를 유지하였다. 실험결과 급이 수준별 TDN가가 높을수록 가스발생량이 증가하는 경향을 나타내었으며, 이산화탄소 발생량에서는 유지수준에 비해 200 g/일에서 21.
의 표준가스를 통과시켜 조정점을 맞춘 후 Chamber내 gas 농도를 측정하여 24시간 동안 발생량을 측정하였다. 온실가스 측정은 NDIR (Non-dispersive infrared absorption) 센서를 이용한 가스다중검출기를 이용하하였다. CO2나 CH4 등의 가스상 물질들이 적외선(Infrared light)에 대해 특정한 스펙트럼을 갖는 것을 이용해서 특정성분의 농도를 구하는 방법으로 대기의 오염물질을 연속적으로 측정하는 비분산 정필터형 적외선 가스분석계에 대해 적용한다.
CO2나 CH4 등의 가스상 물질들이 적외선(Infrared light)에 대해 특정한 스펙트럼을 갖는 것을 이용해서 특정성분의 농도를 구하는 방법으로 대기의 오염물질을 연속적으로 측정하는 비분산 정필터형 적외선 가스분석계에 대해 적용한다. 원리는 광원(Infrared source)에서 방출되는 넓은 파장의 IR 복사선이 광학섹타(Gas filter wheel)에서 광학필터(Bandpass filter)를 거치며 특정 IR 파장을 불활성 기체(질소, 아르곤)가 충전된 기준셀과 시료가 흐르는 시료셀을 번갈아 통과시키게 되는데 기준셀은 IR 파장이 모두 통과하고 시료셀에서는 가스에 의해 흡수가 일어나게 된다. 이때의 흡수도를 검출기(IR Detector)에서 검출하고 변환, 증폭하여 농도를 측정하여 메탄 및 이산화탄소의 발생량을 측정하였다.
원리는 광원(Infrared source)에서 방출되는 넓은 파장의 IR 복사선이 광학섹타(Gas filter wheel)에서 광학필터(Bandpass filter)를 거치며 특정 IR 파장을 불활성 기체(질소, 아르곤)가 충전된 기준셀과 시료가 흐르는 시료셀을 번갈아 통과시키게 되는데 기준셀은 IR 파장이 모두 통과하고 시료셀에서는 가스에 의해 흡수가 일어나게 된다. 이때의 흡수도를 검출기(IR Detector)에서 검출하고 변환, 증폭하여 농도를 측정하여 메탄 및 이산화탄소의 발생량을 측정하였다.
공시사료의 일반 조성분은 Table 1과 같으며 한우사양표준(축산과학원, 2007)의 일당증체에 따른 가소화영양소총량(TDN), 조단백질(CP) 및 건물섭취량(DMI)은 Table 2와 같다. 한우사양표준(2007)에 의거하여 섬유질배합사료 중 유지수준(대조구), 성장수준은 각각 200g/일(처리구 1) 및 400g/일(처리구 2)의 증체에 필요한 적정 TDN가를 산출하였다. 사료섭취량은 사료급여량을 측정하여 급여한 후 다음 사료급여시 잔량을 측정하여 시험사료의 양에 적응시킨 후 7일간의 예비시험과 30일간의 본 시험을 실시하였다.
대상 데이터
최근 지구온난화 문제에 따라 대기 중 온실가스 감축에 대한 국제적인 관심이 증가하고 있는 추세이다(IPCC, 2006). 교토의정서에서 지정한 감축 대상가스로는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 불화탄소(PFC), 수소화불화탄소(HFC), 불화유황(SF6)이다. 특히 그 중에서도 메탄은 축산분야의 강력한 온실가스로 반추가축의 장내 발효로 인한 메탄생성이 전 세계 메탄 배출량 중 15%를 차지하는 것으로 알려져 있다(Crutzen, 1995).
본 시험의 시험시간은 2010년 8월부터 2010년 12월까지 5개월 동안 진행되었다. 시험동물은 43개월령 평균 체중 372±11.
시험동물은 43개월령 평균 체중 372±11.31 kg의 한우 암소 2마리를 공시하였으며 후드식 호흡 chamber를 이용하여 호흡대사시험을 실시하였다.
데이터처리
시험에서 얻어진 모든 분석치는 각 처리구별로 평균치를 제시하였다. 분석치의 유의성 검정은 SAS 9.1 Package/PC software (SAS, 2003) 프로그램을 이용하여 GLM (General Linear Model) 분석 후 Duncan의 다중검정(Multiple range test)에 의해 처리간의 유의성을 검정하였다.
시험에서 얻어진 모든 분석치는 각 처리구별로 평균치를 제시하였다. 분석치의 유의성 검정은 SAS 9.
성능/효과
사료급여 후 한 시간 동안 높은 수준의 이산화탄소 발생을 보이다 2시간 후 감소하는 것으로 나타났으며, 오후 사료급여에서도 이산화탄소 발생량은 2시간 내까지 급격히 증가하는 경향을 보였다. 각 처리구별 비교에서 오전에는 사료급여수준별 일정한 간격으로 차이를 보였으며 오후부터 밤사이는 유지수준과 200 g 성장 처리구에서 유사한 경향을 보이다가, 400 g 성장 처리구와의 차이가 더욱 현저해지는 경향을 보였다.
6% 수준의 가스발생량을 나타내었다. 또한 절식 대사시 3일차부터 이산화탄소 발생량은 8%와 51% 수준으로 급격한 감소를 보였으며 메탄발생량은 각각 15%와 37%의 감소를 나타내었다. 위 결과는 향후 축산분야의 온실가스를 줄이기 위한 사양체계 및 절식대사를 통해 한우의 장내발효에 의한 가스발생조절에 대한 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
국내 한우에서 각 축종별 배출계수와 사육두수를 이용하여 축산부분의 메탄배출량을 계산한 수치는 약 47 kg으로 유사한 측정치를 나타내었으며(이 등, 2003), TDN 조절 급여수준에 따라 9%, 32%, 46% 높은 가스발생량을 나타내었다. 또한, IPCC (2006)에 따른 오세아니아의 무게 400 kg의 성숙한 암소에서 발생하는 메탄배출치인 71 kg와 비교하였을 때 각각 48.33 kg, 69.43 kg, 88.32 kg으로 유사한 범위를 나타낸 것으로 국내에서도 한우의 메탄 인벤토리에 대한 기초 근거자료가 될 수 있을 것이라고 판단된다.
6% 수준으로 가스 발생량을 나타내었다. 메탄 발생량은 유지수준에 비해 200 g/일에서 33.5%, 400 g/일에서 69.6% 수준의 가스발생량을 나타내었다. 또한 절식 대사시 3일차부터 이산화탄소 발생량은 8%와 51% 수준으로 급격한 감소를 보였으며 메탄발생량은 각각 15%와 37%의 감소를 나타내었다.
3은 급여수준에 따른 시간대별 이산화탄소의 변화를 나타낸 것이다. 사료급여 후 한 시간 동안 높은 수준의 이산화탄소 발생을 보이다 2시간 후 감소하는 것으로 나타났으며, 오후 사료급여에서도 이산화탄소 발생량은 2시간 내까지 급격히 증가하는 경향을 보였다. 각 처리구별 비교에서 오전에는 사료급여수준별 일정한 간격으로 차이를 보였으며 오후부터 밤사이는 유지수준과 200 g 성장 처리구에서 유사한 경향을 보이다가, 400 g 성장 처리구와의 차이가 더욱 현저해지는 경향을 보였다.
온실가스 측정은 NDIR (Non-dispersive infrared absorption) 센서를 이용한 가스다중검출기를 이용하여 이산화탄소 및 메탄가스를 측정하였으며, 호흡챔버 내 환경온도는 20℃를 유지하였다. 실험결과 급이 수준별 TDN가가 높을수록 가스발생량이 증가하는 경향을 나타내었으며, 이산화탄소 발생량에서는 유지수준에 비해 200 g/일에서 21.1%, 400 g/일에서 40.6% 수준으로 가스 발생량을 나타내었다. 메탄 발생량은 유지수준에 비해 200 g/일에서 33.
05)인 차이를 각각 나타내었다. 전체적으로 급여수준이 높을수록 메탄 발생이 현저하게 증가하는 것으로 나타났으며 유지수준에 비해 200 g/일에서 33.5%, 400g/일에서 69.6% 수준의 높은 메탄발생량을 나타내었다. 이는 사료섭취량을 유지수준의 2배로 증가시켰을 때 총 메탄 발생량이 증가한다는 보고(Blaxter 등, 1995)와 유사하였다.
05)인 차이를 각각 나타내었다. 전체적으로 급여수준이 증가할수록 이산화탄소 발생이 높게 나타났으며 유지수준에 비해 200 g/일에서 21.1%, 400 g/일에서 40.6% 수준의 높은 이산화탄소 발생량을 나타내었다.
05)인 차이를 나타내었다. 절식 1일차에서 2일차 사이와 3일차 사이에서 이산화탄소 발생량은 8% 수준과 51% 수준으로 급격한 감소를 보였으며 메탄발생량은 각각 15% 수준과 37% 수준의 감소를 나타내었다.
추정식에 따른 일당 메탄가스 발생량은 Table 4와 같으며 일당 증체량에 따른 섬유질배합사료의 급여비율이 높을수록 일당 가스발생량이 증가하는 것으로 나타났으며, 이는 사료섭취량이 많을수록 GE의 손실과 메탄발생량이 증가한다는 보고와 동일한 결과로 나타났다 (Johnson 등, 1993). 국내 한우에서 각 축종별 배출계수와 사육두수를 이용하여 축산부분의 메탄배출량을 계산한 수치는 약 47 kg으로 유사한 측정치를 나타내었으며(이 등, 2003), TDN 조절 급여수준에 따라 9%, 32%, 46% 높은 가스발생량을 나타내었다.
후속연구
또한 절식 대사시 3일차부터 이산화탄소 발생량은 8%와 51% 수준으로 급격한 감소를 보였으며 메탄발생량은 각각 15%와 37%의 감소를 나타내었다. 위 결과는 향후 축산분야의 온실가스를 줄이기 위한 사양체계 및 절식대사를 통해 한우의 장내발효에 의한 가스발생조절에 대한 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. (주제어: 이산화탄소, 한우, 메탄가스, TDN, 섬유질 배합사료)
이때 메탄 발생균은 생성된 분해산물 중 수소와 formate를 기질로 이용하여 메탄을 발생시키는데 사료섭취가 이루어지지 않으면서 메탄 발생량과 이산화탄소 발생량이 감소한 경향으로 판단된다(Hungate 등, 1970; Whitman 등, 1992). 이는 사료급여에 의한 온실가스 발생량으로 추정됨을 뒷받침해 주는 근거자료로써 장기간 절식대사에 의한 발효패턴연구가 필요할 것으로 판단된다.
일당증체량이 높을수록 많은 메탄가스 발생량을 나타내는데, 이는 소의 장내발효과정에서 생성되는 메탄가스를 줄이는 것은 축산물의 생산면에서 고기 중 지방함량의 감소나 우유생산량의 감소를 야기할 수 있지만(Johnson and Johnson, 1995), 장기간의 전망을 본다면 축산분야의 온실가스를 줄일 수 있는 사양체계를 증명하는 연구가 필요할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대기 중 온실가스 감축에 대한 관심이 높아지는 이유는 무엇인가?
최근 지구온난화 문제에 따라 대기 중 온실가스 감축에 대한 국제적인 관심이 증가하고 있는 추세이다(IPCC, 2006). 교토의정서에서 지정한 감축 대상가스로는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 불화탄소(PFC), 수소화불화탄소(HFC), 불화유황 (SF6)이다.
섬유질배합사료의 장점으로는 무엇이 있는가?
또한, 최근 섬유질배합사료의 급여가 확산되고 있는데, 섬유질배합사료의 장점은 반추위내 발효를 안정시키고 초산과 프로피온산 생성을 유지시켜주고, 전체 사료 건물 섭취량이 증가(McGilliard 등, 1983; Nock 등, 1986)한다고 알려져 있다. 이는 농후사료와 조사료를 동시에 투입함으로써 반추위 기능을 개선시킨다는 보고와 밀접한 관련이 있다(Cao 등, 2009).
사료급여에 의한 온실가스 발생량이 추정되는 근거자료는 무엇이 있는가?
사료섭취가 일어나면 반추위 내로 들어온 단백질, 전분, 세포막 중합체 등은 bacteria, protozoa, fungi 등의 1차 분해 미생물들에 의해 분해되어 당과 아미노산 등을 생성하고 이러한 생성물들은 1차, 2차 분해 미생물들에 의해 다시 휘발성 지방산, 수소, 이산화탄소로 분해된다. 이때 메탄 발생균은 생성된 분해산물 중 수소와 formate를 기질로 이용하여 메탄을 발생시키는데 사료섭취가 이루어지지 않으면서 메탄 발생량과 이산화탄소 발생량이 감소한 경향으로 판단된다(Hungate 등, 1970; Whitman 등, 1992). 이는 사료급여에 의한 온실가스 발생량으로 추정됨을 뒷받침해 주는 근거자료로써 장기간 절식대사에 의한 발효패턴연구가 필요할 것으로 판단된다.
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