Tìm kiếm theo cụm từ
Chi tiết đề tài

Thông tin chung

Tên đề tài (*) ẢNH HƯỞNG CỦA TANNIN CHIẾT XUẤT TỪ THÂN VÀ LÁ CHÈ KẾT HỢP VỚI BIOCHAR BỔ SUNG VÀO KHẨU PHẦN CƠ SỞ ĐẾN TIÊU HÓA DẠ CỎ VÀ LƯỢNG METHANE THẢI RA TRONG ĐIỀU KIỆN IN VITRO
Cơ quan chủ trì Đại học Thái Nguyên
Cơ quan thực hiện Khối cơ quan Đại học Thái Nguyên
Loại đề tài Đề tài cấp Bộ
Lĩnh vực nghiên cứu Chăn nuôi thú y - Thủy sản
Chủ nhiệm(*) Mai Anh Khoa
Ngày bắt đầu 01/2016
Ngày kết thúc 12/2017

Tổng quan

10.1. Ngoài nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài trên thế giới, liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài được trích dẫn khi đánh giá tổng quan)

Chăn nuôi đóng góp khoảng 16% tổng khí methan của hành tinh, đứng sau nhiên liệu hóa thạch và đất ngập nước (Johnson & Johnson, 1995), và khoảng 74% khí methan từ chăn nuôi là do chăn nuôi gia súc nhai lại gây ra (Tamminga và cs., 1992). Chiến lược chủ yếu giảm thải khí methan từ bò sữa là cải tiến chất lượng khẩu phần và tăng hiệu quả sản xuất sữa (Bell và cs., 2008). Cải tiến chất lượng khẩu phần là giải pháp ngắn hạn, còn tăng hiệu quả sản xuất sữa là giải pháp chiến lược. Methane thải ra từ bò sữa có thể giảm theo một hàm mũ nếu tăng năng suất sữa/bò sữa/năm (Garnsworthy, 2004). Giảm đầu con, tăng năng suất sữa/bò/năm là một cách để giảm khí thải methan từ chăn nuôi bò sữa (O’Mara và cs. 2008). Cũng theo O’Mara và cs., (2008) nếu năng suất gia súc tăng lên thông qua dinh dưỡng tốt hơn, năng lượng cần cho duy trì tính theo tỷ lệ phần trăm của tổng nhu cầu năng lượng sẽ giảm đi, và CH4 đi cùng với nhu cầu duy trì giảm, vì vậy CH4/kg sữa hoặc thịt cũng giảm. Tương tự như vậy, nếu năng suất gia súc được cải thiện, thì thời gian đạt khối lượng giết mổ giảm nên tổng CH4 cho một đời gia súc cũng sẽ giảm (O’Mara và cs., 2008). Tuy nhiên, khi tăng năng suất gia súc, tuổi đời của gia súc giảm, phải nuôi nhiều gia súc thay thế hơn nên CH4 có khi lại tăng lên (O’Mara và cs., 2008). Chiến lược giảm CH4 phải dựa trên toàn bộ chu kỳ sản xuất của một gia súc (O’Mara và cs., 2008).

Chiến lược giảm CH4 ở dạ cỏ vì thế là tìm cách giảm tạo ra hydro, ngăn chăn và hạn chế quá trình hình thành CH4,  đưa hydro vào các sản phẩm trao đổi chất khác hoặc tạo ra các bể chứa hydro khác (O’Mara và cs, 2008). Chiến lược dinh dưỡng giảm thiểu CH4 là dựa trên cơ sở các nguyên lý này (O’Mara và cs, 2008).

Từ các nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học kết luận rằng có nhiều loại cây giàu tannin bổ sung và khẩu phần ăn của gia súc nhai lại có thể làm giảm phát thải khí methane trong cả hai điều kiện in vitroin vivo. Trong điều kiện in vitro, khi bổ sung 20% Biophytum petersianum (có 4,3% tannin) và Sesbania grandiflora (có 1,9% tannin) vào chất nền đã làm giảm lần lượt từ 17 – 25% và 9,2 -10,3% lượng methan thải ra mà không ảnh hưởng đến tỷ lệ tiêu hóa chất khô (Hariadi and Santoso, 2010). Trong điều kiện in vivo, Grainger và cs (2009) đã bổ sung hai mức tannin (8,6 và 14,6 g/kg DMI) được tách chiết từ Acacia mearnsii vào khẩu phần của bò sữa chăn thả ăn 4,5 kg thức ăn tinh. Kết quả cho thấy việc bổ sung này đã làm giảm thiểu 11,5 và 28% methane thải ra, nhưng cũng làm giảm tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần. Như vậy, tannin có cả ảnh hưởng tích cực và tiêu cực tùy thuộc nguồn và tỷ lệ bổ sung vào khẩu phần. Điều quan trọng chúng ta phải nghiên cứu đề tìm ra được nguồn và tỷ lệ bổ sung thích hợp để làm giảm lượng methan sản sinh ra nhưng lại không ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật trong dạ cỏ và tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần.

Nghiên cứu của Makkar và cs (1995) cho thấy khi gia súc ăn khẩu phần có chứa tannin của cây mẻ rìu thì tổng số protozoa trong dạ cỏ giảm đi đáng kể. Các loài cây nhiệt đới chứa nhiều tannin như Lotus pedunculatus khi sử dụng trong khẩu phần đã làm giảm tới 30% lượng methane thải ra (Waghorn và cs., 2002; Woodward và cs., 2004) và có thể thay thế các loại thức ăn thô khác trong khẩu phần.

10.2. Trong nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở Việt Nam, liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài được trích dẫn khi đánh giá tổng quan)

Trong những năm gần đây, tổng đàn bò nước ta phát triển với tốc độ nhanh. Năm 2004 Việt nam có gần 2,9 triệu con bò đến năm 2010, tổng đàn bò nước ta là 5,7 triệu con. Mặc dù ngành chăn nuôi bò đang phát triển với tốc độ nhanh đồng nghĩa với lượng khí CH4 thải ra môi trường từ chăn nuôi ngày càng lớn. Nhưng vì nhiều lý do khác nhau như: kinh phí, con người, trang thiết bị kỹ thuật... nên đến nay chúng ta có rất ít nghiên cứu được thực hiện để tìm ra giải pháp nhằm giảm thiểu khí methane sản sinh từ quá trình lên men dạ cỏ. Đinh Văn Tuyền và cs (2010) đã sử dụng buồng hô hấp để xác định lượng methane sản sinh ra từ bò lai ½ HF cạn sữa và bò lai ½ Red Angus trưởng thành khi ăn khẩu phần có mức bổ sung hạt bông khác nhau thì thấy rằng lượng methane hàng ngày dao động từ 300-320 l/con/ngày và thí nghiệm của Vũ Chí Cương và cs (2011) cũng đã sử dụng buồng hô hấp để có sự sai khác thống kê giữa các giống gia súc và các khẩu phần khác nhau. Trong các đo lượng methane thải ra từ bò lai ½ HF tơ lỡ. Nhưng các số liệu này chỉ sử dụng để xác định nhu cầu năng lượng cho duy trì mà không xử lý thống kê.

Việt Nam là một trong 5 quốc gia trên thế giới bị ảnh hưởng nặng nề nhất do biến đổi khí hậu. Xác định các yếu tố và mức độ ảnh hưởng của nó để tìm ra các chiến lược hạn chế là vấn đề cực kỳ cấp bách hiện nay của cả thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Trong chăn nuôi, methane loại khí có ảnh hưởng đứng thứ 2 trong việc gây ra hiệu ứng nhà kính (nguyên nhân chính gây biến đổi khí hậu) phát thải lớn nhất từ gia súc nhại lại. Như vậy, chúng ta cần có các nghiên cứu để định lượng được lượng methane thải ra từ động vật nhai lại, xây dựng các chiến lược để hạn chế sự phát thải của loại khí nhà kính này.

Từ trước đến nay, trong lĩnh vực thức ăn chăn nuôi chúng ta có hai quan điểm trái chiều nhau về vai trò cũng như tác dụng của tannin. Một số nhà khoa học cho rằng tannin là một hợp chất kháng dinh dưỡng vì tannin kết hợp với protein của thức ăn và với cả enzym đường tiêu hoá làm giảm tỷ lệ tiêu hoá protein thức ăn, giảm thu nhận thức ăn, giảm sinh trưởng, giảm sản lượng của vật nuôi (Dương Thanh Liêm, 2008) và cần phải khắc phục ảnh hưởng có hại của tannin bằng cách xử lý kiềm (bổ sung urê) hoặc phối hợp thức ăn chứa tannin với sunphat sắt hoặc polyethilene glycol - 4000 (PEG-4000) (Vũ Duy Giảng, 2001). Ngược lại, theo Nguyễn Xuân Trạch (2003) lại cho rằng bổ sung tannin vào khẩu phần ăn của gia súc nhai lại ở mức thấp (20-40 g/kg vật chất khô thức ăn) sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng protein của gia súc. Để đạt được hai mục tiêu giảm thiểu methane và duy trì được tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần, chúng ta cần phải xác định được nguồn tannin cũng như tỷ lệ bổ sung thích hợp vào khẩu phần ăn của gia súc nhai lại.

Trong cây, ở các bộ phận càng được tiếp xúc nhiều với ánh sáng mặt trời thì hàm lượng tannin càng cao. Trong khi đó, Việt Nam là nước nằm trong khu vực nhiệt đới, thời gian chiếu sáng hằng năm lớn. Hầu hết các loài thực vật đều chứa một hàm lượng tannin nhất định. Đặc biệt các loài thực vật có vị chát thì hàm lượng tannin khá cao. Ví dụ như tannin của lá chè chiếm 12,68% vật chất khô (Lê Tự Hải, 2010), trong cây keo lá tràm (Acacia auriculiformis) và cây kim phượng (Bonducpina pulcierrina) có hàm lượng tannin lần lượt là 16,63 và 7,69% vật chất khô (Hồ Thị Liễu, 2004)....Như vậy ta có thể sử dụng nguồn tannin sẳn có từ thực vật bổ sung vào khẩu phần ăn của gia súc nhai lại để giảm thiểu khí methane.

Tính cấp thiết

Trong những năm qua, số lượng vật nuôi nói chung và số lượng bò nói riêng đang có khuynh hướng tăng trưởng mạnh mẽ theo từng năm. (Số lượng đàn bò thịt năm 2014 là 5,16 triệu con; bò sữa 227,6 nghìn con; đàn trâu 2,53 triệu con – Tạp chí Chăn nuôi số 1-2015).

Việc tăng trưởng mạnh mẽ số lượng bò thịt là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tăng lượng chất thải từ chăn nuôi, đặc biệt là nguồn khí gây hiệu ứng nhà kính phát ra từ dạ cỏ. Hàng năm sản xuất chăn nuôi, chủ yếu là chăn nuôi gia súc nhai lại, tạo ra khoảng 86 triệu tấn khí methane (CH4), đóng góp tới 18% tổng lượng khí thải nhà kính (Steinfeld và cs., 2006). Lượng methane có xu hướng ngày càng tăng do số lượng gia súc tăng nhanh trên phạm vi toàn thế giới. Theo Moss và cs (2000) methane từ gia súc nhai lại chiếm khoảng 30-40% tổng lượng methane thải ra từ cơ quan tiêu hóa của động vật trên toàn cầu.  Việc phát thải khí nhà kính từ chăn nuôi đang có khuynh hướng gia tăng do tăng cả về số lượng và quy mô chăn nuôi nhằm đáp ứng nhu cầu thịt, sữa ngày càng cao của con người (Leng, 2008). Methane sản sinh trong dạ cỏ không chỉ gây nên hiệu ứng khí thải nhà kính mà methane mất đi còn kéo theo mất đi khoảng 10% năng lượng của vật chủ (Moss và cs, 2000). Do vậy,  việc giảm lượng CH4 sản sinh trong dạ cỏ không chỉ làm giảm thiểu khí thải gây hỉệu ứng nhà kính mà nó còn đóng góp làm tăng năng suất vật nuôi.

Để giảm thiểu khí methane trong dạ cỏ đã có nhiều công trình nghiên cứu về khẩu phần ăn của các tác giả như: Lovett và cs, (2005) về bổ sung thức ăn tinh, của Ungerfeld và cs (2005), Van Nevel và Demeyer (1996) về bổ sung mỡ trong khẩu phần. Các kết qủa của các nghiên cứu này cho thấy có thể giảm từ 12 đến 37% phát thải khí methane trong dạ cỏ khi sử dụng các khẩu phần ăn nêu trên. Việc sử dụng probiotic và prebiotic trong khẩu phần ăn cho gia súc nhai lại (Mwenya và cs, 2004; Takahashi và cs, 2005) cũng là hướng nghiên cứu nhằm giảm giải phóng các phân tử hydro tự do thông qua thay đổi môi trường dạ cỏ và ức chế sản sinh acetate. Một số hướng nghiên cứu khác cũng đã được thực hiện như: bổ sung kháng sinh, axit hữu cơ, các chiết suất từ ​​thực vật (như tannin) vào khẩu phần ăn của gia súc nhai lại cũng có thể hạn chế sản sinh khí methane từ dạ cỏ.

Hiện nay tỉnh Thái Nguyên có diện tích chè lớn thứ 2 trong cả nước (17.660 ha), cả 9 huyện, thành thị đều có sản xuất chè. Do thiên nhiên ưu đãi về thổ nhưỡng đất đai, nguồn nước, thời tiết khí hậu, rất phù hợp với cây chè. Vì vậy nguyên liệu chè búp tươi ở Thái Nguyên có phẩm cấp, chất lượng rất cao. Trong quá trình sản xuất, hàng năm, có một lượng lớn thân và lá chè già được đốn chặt để tạo búp mầm mới, đây là nguồn nguyên liệu quan trọng để có thể chiết xuất tannin bằng phương pháp thủ công, đơn giản. Nguồn Tannin này kết hợp với biochar được phối trộn vào khẩu phần ăn của gia súc như là nguồn thức ăn bổ sung sẽ cải thiện khả năng thu nhận thức ăn và tỷ lệ tiêu hóa cũng như năng suất vật nuôi (Khang và Wiktorsson, 2006). Tannin có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành methane hoặc ảnh hưởng gián tiếp thông qua việc giảm số lượng động vật nguyên sinh và vi khuẩn phân giải xơ trong dạ cỏ (Ushida và Jouany, 1996). Do đó, việc sử dụng tannin kết hợp với ure và biochar trong khẩu phần ăn có khả năng làm giảm phát thải methane từ dạ cỏ (Tiemann và cs, 2008) mà vẫn duy trì được tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần.

Mục tiêu

Xác định được ảnh hưởng của việc bổ sung tanin chiết xuất từ thân, lá chè và biochar vào khẩu phần ăn đến khả năng giảm thiểu lượng khí methane thải ra môi trường từ dạ cỏ đồng thời tăng tỷ lệ tiêu hóa VCK và chất hữu cơ của bò.

Xác định khẩu phần ăn hợp lý khi bổ sung tannin chiết xuất từ thân, lá chè và biochar trong chăn nuôi bò nhằm giảm thiểu lượng khí methane thải ra môi trường từ dạ cỏ đồng thời vẫn duy trì hiệu quả sử dụng của thức ăn cao.

Mục tiêu cụ thể:

            Xác định ảnh hưởng của các mức tannin và biochar khác nhau khi có ure bổ sung làm chất nền ảnh hưởng đến tổng lượng khí sản sinh,và tỷ lệ tiêu hóa trong điều kiện in vitro.

            Xác định ảnh hưởng của các mức tannin và biochar khác nhau đến tỷ lệ tiêu hóa chất khô (VCK) và chất hữu cơ (CHC) trong điều kiện in vitro.

 Xác định lượng methane (CH4) thải ra ở dạ cỏ trong điều kiện in vitro ở các mức tannin khác nhau bổ sung vào mẫu thức ăn (khẩu phần ăn).

Nội dung

PP nghiên cứu

14. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

14.1. Cách tiếp cận

Để phát triển các chiến lược giảm thiểu khí methane sản sinh ra từ gia súc nhai lại, chúng ta phải xác định được lượng methane thải ra. Hiện nay, có nhiều kỹ thuật khác nhau được sử dụng để đo lượng methan thải ra trong điều kiện in vitro và từ cá thể hay nhóm động vật. Mỗi phương pháp có những ưu, nhược điểm riêng. Trong những năm gần đây, các phương pháp được sử dụng phổ biến để định lượng methane bao gồm:

Kỹ thuật hô hấp do nhiệt lượng

Sử dụng kỹ thuật hô hấp do nhiệt lượng để đo methane là phương pháp truyền thống của các nhà dinh dưỡng gia nhai lại. Chúng được dùng để thu thập hầu hết các thông tin liên quan đến phát thải khí methane từ gia súc. Kỹ thuật này có nhiều thiết kế khác nhau như buồng hô hấp, head hood, hay mặt nạ... Nhưng chúng đều có quy luật chung là một vòng tuần hoàn khí mở (Blaxter, 1962). Hệ thống chỉ có 1 lỗ (head hood, mặt nạ) hoặc 2 lỗ (buồng hô hấp) cho không khí lưu thông nằm ở 2 góc, 1 lỗ để dẫn không khí sạch từ bên ngoài vào (lỗ này ở head hood và mặt nạ thì không cần thiết vì khí sạch đi vào bằng các khe hở tiếp giáp cổ hoặc mặt gia súc) và 1 lỗ để không khí từ buồng đi ra. Không khí trong hệ thống chỉ lưu thông theo 1 chiều nhờ bơm hút khí gắn với lỗ đưa khí ra. Hệ thống bơm này thổi không khí đi qua một thiết bị đo lưu lượng để xác định tổng lượng khí được hút ra khỏi buồng hô hấp và lưu vào máy tính nhờ phần mềm ghi chép và lưu giữ số liệu chuyên dụng. Ngoài ra một máy phân tích nồng độ khí methane cũng được lắp đặt để tự động lấy mẫu và phân tích nồng độ khí methane theo chu kỳ 5 phút/lần đối với luồng không khí đi ra từ hệ thống (đã có methane do gia súc thải ra) và 20 phút/ lần đối với mẫu không khí sạch đi vào. Khi gia súc được nuôi nhốt hoặc gắn hệ thống này, methane thải ra sẽ hòa cùng không khí xung quanh đầu con vật và được hút ra theo hệ thống bơm nói trên. Tổng lượng khí methane mà gia súc thí nghiệm sản sinh ra được xác định từ số liệu ghi chép của máy phân tích nồng độ khí methane và thiết bị xác định tổng lưu lượng khí đi ra khỏi hệ thống.

Ưu điểm của phương pháp này là đo chính xác lượng methane thải ra từ dạ cỏ (Bhatta và cs., 2007). Tuy nhiên nhược điểm của kỹ thuật này là hạn chế sự di chuyển của con vật, chi phí để xây dựng và duy trì hoạt động hệ thống khá cao, yêu cầu nhiều nhân lực.

Kỹ thuật khí đánh dấu

Methane thải ra từ gia súc nhai lại cũng có thể ước thể tính bằng kỹ thuật đánh dấu. Người ta thường dùng khí trơ sulfur hexafluoride (SF6) làm chất đánh dấu để xác định lượng methane thải ra từ động vật nhai lại trong điều kiện sản xuất. Kỹ thuật khí đánh dấu sulfur hexafluoride phát triển đã phá vỡ những hạn chế của những kỹ thuật khác.Trong kỹ thuật này, một ống thấm nhỏ có chứa sulfur hexafluoride (SF6) được đưa vào dạ cỏ. Tỷ lệ giải phóng của SF6 từ ống thấm được biết trước khi lắp đặt ống vào con vật. Một dây được gắn với một ống mao dẫn được đặt trên đầu của con vật và kết nối với một hộp nhỏ đã hút chân không để lấy mẫu. Khi thu mẫu thì van lấy mẫu được mở ra và một lượng mẫu không khí xung quanh miệng và mũi của con vật được thu thập với  tỷ lệ nhất định. Các mạch thu khí sẽ được đóng lại khi áp lực trong mạch khoảng 0,5 atm. Tùy theo thời gian thu mẫu mà người ta có thể thay đổi chiều dài hoặc đường kính của ống ống mao dẫn. Sau khi thu thập mẫu, ống đựng sẽ được bơm nitơ vào cho đến khi áp suất trong ống tương đương với áp không khí (khoảng 1 atm). Nồng độ khí methane và SF6 sau đó được xác định bởi phương pháp sắc ký khí. Lượng khí methane sản sinh được tính như sau:

QCH4 = QSF6 × [CH4] / [SF6]

Trong đó QCH4 là lượng khí methane sản sinh (g / ngày); QSF6 là tỷ lệ giải phóng (g / ngày) của SF6 từ ống thấm, [CH4] và [SF6] được đo nồng độ trong ống đựng.

Johnson và cs (1994) so sánh giữa 55 lần đo sử dụng kỹ thuật SF6 với 25 lần đo sử dụng kỹ thuật buồng hô hấp trên bò và cho thấy rằng lượng methane ước tính bằng SF6 tương đương 93% lượng methane thu được từ buồng hô hấp. Sự khác biệt này là không đáng kể. Trong các nghiên cứu của Pinares-Patino (2000) so sánh trên bê sữa và Boadi và cs (2002) xác định trên cừu cũng cho kết quả tương tự.

Ưu điểm của kỹ thuật này là không hạn chế sự vận động của động vật, không cần thiết phải thu mẫu trực tiếp từ dạ cỏ và họng của gia súc. Nhược điểm là (i) SF6 có tác động gây hiệu ứng nhà kính gấp 23.900 lần so với CO2, thời gian tồn tại trong khí quyển 3.200 năm (Machmuller and Hegarty, 2005); (ii) SF6 còn tồn lưu trong thịt và sữa động vật; (iii) Con vật cần phải huấn luyện để đeo dây và hộp thu khí.

Kỹ thuật sinh khí in vitro

 Kỹ thuật sinh khí in vitro được sử dụng để mô phỏng quá trình lên men dạ cỏ trong phòng thí nghiệm từ lâu (Storm và cs., 2012). Trong những năm gần đây, các khí nhà kính phát thải từ nông nghiệp ngày càng tăng. Do đó, kỹ thuật sinh khí in vitro truyền thống đã được thay đổi để xác định các loại khí này đặc biệt là khí methane.

Trong kỹ thuật sinh khí in vitro, thức ăn được ủ với hỗn hợp dịch dạ cỏ, dung dịch đệm và các khoáng chất ở 390C trong một khoảng thời gian nhất định, cụ thể là 24, 48, 72 và 96 giờ với ba lần lặp lai. Tổng lượng khí sinh ra được ghi chép và thu lại đem phân tích thành phần của hỗn hợp khí để xác định số liệu về lượng methane sản sinh ra. Đồng thời, kỹ thuật này cũng xác định được tỷ lệ phân giải in vitro của thức ăn. Như vậy, ta có thể tính toán được khả năng giảm thiểu methane trong quá trình phân giải thức ăn. Kết quả của các thí nghiệm này được thể hiện bằng lượng methane phát thải trên mỗi gam vật chất khô, vật chất khô tiêu hóa hay mỗi gam NDF tiêu hóa. Có nhiều hệ thống sinh khí in vitro được sử dụng để xác định lượng methane ví dụ như xylanh (Bhatta và cs., 2006; Blümmel and Orskov, 1993), mô phỏng dạ cỏ (rusitec) (Bhatta và cs., 2006), hệ thống gas production tự động hoàn toàn (Pellikaan và cs., 2011).

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, chi phí thấp. Một lúc ta có thể chạy hàng trăm nghiệm thức. Chúng ta cũng có thể tăng số lần lặp lại của mỗi nghiệm thức để bảm bảo được độ tin cậy cao của các số liệu thu được. Phương pháp này rất phù hợp với các nước đang phát triển, nơi mà nguồn kinh phí phục vụ cho nghiên cứu chưa nhiều. Một nhược điểm lớn của phương pháp này là chỉ mô phỏng sự lên men dạ cỏ của thức ăn mà không phải là quá trình tiêu hóa thức ăn của con vật. Hơn nữa, hệ vi sinh vật không có thời gian thích nghi chuẩn. Thông thường, ở các thí nghiệm trên vật nuôi thì con vật được ăn thích với loại thức ăn thí nghiệm. Bởi vì dịch dạ cỏ được lấy từ con vật ăn khẩu phần thích nghi với khẩu phần ít nhất 14 ngày.

 Mỗi phương pháp có những ưu, nhược điểm riêng. Trong nghiên cứu này các chiến lược giảm thiểu khí methane sản sinh ra từ gia súc nhai lại, chúng ta phải xác định được lượng methane thải ra thì chúng tôi sử dụng kỹ thuật sinh khí in vitro gas production, phương pháp được sử dụng phổ biến, đơn giản và có chi phí thấp.

14.2. Phương pháp nghiên cứu

+ Hóa chất và các dụng cụ làm gas production.

+ Tất cả các mẫu thức ăn được phân tích các chỉ tiêu: Vật chất khô (VCK), protein thô, lipid, xơ thô, NDF, ADF, khoáng tổng số (KTS) và được phân tích tại phòng Phân tích thức ăn và sản phẩm chăn nuôi - Viện Chăn nuôi.

Sấy khô, nghiền các nguyên liệu thức ăn khẩu phần và thức ăn bổ sung được nghiền nhỏ đến kích thước ≤1mm.

Mẫu thức ăn (khẩu phần ăn cơ sở) được xây dựng theo dạng hỗn hợp hoàn chỉnh, có mật độ dinh dưỡng đáp ứng nhu cầu cho bò sinh trưởng theo tiêu chuẩn NRC (1996) (10-11 MJ/kgVCK và 12-14% protein thô) phối trộn tại Viện KHSS-ĐHTN. Nguyên liệu dùng để xây dựng khẩu phần cơ sở là các nguồn thức ăn sẵn có (cỏ voi, đậu tương, bột sắn, cám ngô, cám gạo) thường dùng trong các cơ sở chăn nuôi.

Bảng 1. Thành phần và tỷ lệ của mẫu thức ăn (khẩu phần cơ sở)

Nguyên liệu 

Tỷ lệ (% VCK) 

  1. Cỏ voi

89

  1. Bột sắn

1,8

  1. Đậu tương

3,9

  1. Cám ngô

2,5

  1. Cám gạo

2,8

Tổng 

100 

VCK 

25,2 

Protein thô 

13 

ME 

               10,3 (MJ/kg) 

Sau khi xác định được vật chất khô của mẫu (khẩu phần cơ sở)  tannin và biochar sẽ được bổ sung vào khẩu phần cơ sở với các tỷ lệ khác nhau kết hợp với ure với tỷ lệ cố định là 2%. Mẫu phối trộn này được gọi là khẩu phần. Như vậy sẽ có   khẩu phần (1 mẫu đối chứng, và   mẫu thí nghiệm). Sau khi phối trộn, tất cả các mẫu này sẽ được chia làm hai phần, một phần đem phân tích thành phần hóa học, phần còn lại đưa vào làm thí nghiệm in vitro gas production.

Thiết kế thí nghiệm: Thí nghiệm được thiết kế hoàn toàn ngẫu nhiên.

Sơ đồ bố trí thí nghiệm được trình bày ở bảng 3.2.

Bảng 2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm invitro

Nghiệm thức 

Kí hiệu 

Lặp lại 

Control (0% tannin; 0% biochar;) + 2% ure

 

3

Tannin (2%) + 2% ure

 

3

Tannin (4%) + 2% ure

 

3

Tannin (6%) + 2% ure

 

3

Biochar (0,5%)+ 2% ure

 

3

Biochar (1.0%)+ 2% ure

 

3

Biochar (1,5%)+ 2% ure

 

3

Tannin (2%) + Biochar (0,5%)+ 2% ure

 

3

Tannin (2%) + Biochar (1.0%)+ 2% ure

 

3

Tannin (2%) + Biochar (1,5%)+ 2% ure

 

3

Tannin (4%) + Biochar (0,5%)+ 2% ure

 

3

Tannin (4%) + Biochar (1%)+ 2% ure

 

3

Tannin (4%) + Biochar (1,5%)+ 2% ure

 

3

Tannin (6%) + Biochar (0,5%)+ 2% ure

 

3

Tannin (6%) + Biochar (1%)+ 2% ure

 

3

Tannin (6%) + Biochar (1,5%)+ 2% ure

 

3

Tổng số xilanh

 

48

 

15. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

15.1.  Nội dung nghiên cứu (trình bày dưới dạng đề cương nghiên cứu chi tiết)

 

      Nội dung 1: Xác định ảnh hưởng của các mức tannin chiết xuất từ thân, lá chè và biochar khác nhau với ure bổ sung vào làm chất nền đến tổng lượng khí sản sinh và tỷ lệ tiêu hóa trong điều kiện in vitro.

Thí nghiệm in vitro gas production

Phương pháp thí nghiệm in vitro gas production được tiến hành theo thủ tục của Menke và Steingass (1988) gồm các bước: chuẩn bị mẫu thức ăn ủ, xylanh và dịch dạ cỏ, dung dịch đệm và pha chế dịch ủ; tiến hành thí nghiệm.

Chuẩn bị mẫu ủ, xylanh và dịch dạ cỏ

Theo phương pháp của Menke và Steingass (1988) với thức ăn có độ hoà tan kém, thức ăn có hàm lượng xơ cao khối lượng mẫu nên cân là 200 ± 5mg. Sau đó đặt lượng mẫu thức ăn vừa cân xuống đáy của xylanh (các xylanh đã được rửa sạch, sấy khô) không để mẫu dính vào thành xylanh vì có thể gây sai số đối với kết quả sinh khí. Mỗi mẫu thường được tiến hành với 3 xylanh. Lắp pittong đã được bôi trơn bằng vasơlin vào xylanh (vasơlin giúp cho pittong có thể trượt dễ dàng khi bị đẩy bởi áp suất do cột khí sinh ra trong quá trình ủ, mặt khác làm pittông trở lên kín khít với xylanh hơn để khí sinh ra không bị thoát ra ngoài). Không lắp pittông sát tận đáy xylanh, để một khoảng trống để theo dõi xem xylanh có bị hở không sau khi đã buộc (kẹp) đầu còn lại. Các xylanh đã chứa mẫu được đưa vào bảo quản trong tủ ấm 390C trước khi cho dung dịch ủ vào.

Dịch dạ cỏ lấy từ 2 bò mổ lỗ dò giống lai Sind ăn khẩu phần thức ăn (Cỏ voi, bột đậu tương, bột sắn, bột ngô, cám gạo) theo tiêu chuẩn NRC (1996) (10-11 MJ/kgVCKvà 12-14% protein thô trong khẩu phần) nuôi cùng điều kiện, trước khi cho ăn sáng để đảm bảo thành phần và hoạt lực của vi sinh vật trong dạ cỏ tương đối ổn định. Dịch dạ cỏ lấy từ 2 bò ở cùng thời điểm khoảng 1lít rồi trộn với nhau, đựng trong một bình kín (để đảm bảo yếm khí) và được giữ ấm trong bể (bồn) nước ấm 390C đến khi pha chế dung dịch ủ. Dịch dạ cỏ trước khi tiến hành đem pha chế thành dung dịch ủ phải được lọc (có thể lọc bằng vải gạc) để đảm bảo loại trừ các mảnh thức ăn lớn còn lẫn ở trong dịch dạ cỏ làm ảnh hưởng không tốt đến kết quả sinh khí trong thí nghiệm.

Chuẩn bị dung dịch đệm và pha chế dịch ủ

Dung dịch đệm thường gồm các loại sau: dung dịch đệm 1, dung dịch khoáng đa lượng, dung dịch khoáng vi lượng, dung dịch Resazurin (dung dịch chỉ thị). Các dung dịch trên có thể được pha chế trước và bảo quản đến ngay trước khi tiến hành thí nghiệm in vitro gas production thì pha chế thành dung dịch đệm 2 (dung dịch này chỉ được pha chế ngay trước khi tiến hành thí nghiệm, nên thường gọi là dung dịch tươi). Các dung dịch đệm 1, dung dịch khoáng đa lượng, dung dịch khoáng vi lượng, dung dịch đệm 2 được pha chế theo bảng 3 và 4

Bảng 3. Bảng pha chế các dung dịch đệm 1, dung dịch khoáng đa lượng, dung dịch khoáng vi lượng cần thiết và dung dịch Resazurin

1. Dung dịch đệm 1

3. Dung dịch khoáng vi lượng

35 g NaHCO3            

13,2g CaCl2 .2H2O

4 g (NH4)HCO3         

10 g MnCl2 .4H2O

Hoà với nước cất thành 1 lít dung dịch

1 g CoCl2 .6H2O

2. Dung dịch khoáng đa lượng        

0,8 g FeCl2 .6H2O

5,7 g Na2HPO4

Hoà với nước cất thành 100 ml

6,2 g KH2PO4

4. Dung dịch Resazurin

0,6 g MgSO4 7H2O    

100 mg resazurin

Hoà với nước cất thành 1 lít dung dịch

Hoà với nước cất thành 100 ml

Bảng 4: Bảng pha chế dung dịch đệm 2

Thành phần

Lượng dung dịch cần tạo ra (ml)

500

1000

1200

1400

1500

2000

1. Nước cất (ml)

237,5

475

570

665

712,5

950

2. DD đệm 1 (ml)

120

240

288

336

360

480

3. Đa khoáng (ml)

120

240

288

336

360

480

4. Vi khoáng (ml)

0,06

0,12

0,144

0,168

0,180

0,240

5. Resazurin (ml)

0,61

1,22

1,46

1,71

1,83

2,44

Dung dịch khử

1. Nước cất (ml)

23,8

47,5

57,1

66,6

71,3

95

2. NaOH 1N (ml)

1,0

2,0

2,4

2,8

3,0

4,0

3. Na2S.9H2O (g)

0,168

0,336

0,360

0,470

0,504

0,672

                 

Dung dịch đệm 2 sau khi pha xong được đổ vào một bình tam giác và đặt trong một bể nước ấm 38 - 390C (trong nghiên cứu này đặt dung dịch đệm 2 trong máy khuấy từ có bể nước làm ấm) trong vòng 25 - 30 phút sau đó cho dung dịch khử vào và liên tục sục khí CO2 vào bình tam giác để tạo môi trường yếm khí cho đến khi mẫu dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt sau đó chuyển màu sáng. Bình tam giác vẫn được giữ ấm và liên tục được sục khí CO2 cho đến khi trộn lẫn dịch dạ cỏ vào. Dung dịch ủ bao gồm dung dịch đệm 2 và dịch dạ cỏ đã được lọc trộn lẫn theo tỷ lệ dung dịch đệm 2/ dung dịch dạ cỏ là 2/1. Sau khi đã pha chế xong dung dịch đệm 2 và chuẩn bị xong dung dịch dạ cỏ tiến hành đổ dung dịch dạ cỏ vào bình tam giác nói trên theo tỷ lệ 1/2 và vẫn tiếp tục sục khí CO2, dung dịch được tạo ra là dịch ủ. Dung dịch này được giữ ấm ở 38 - 390C và liên tục sục khí CO2 cho đến khi bơm vào các xylanh chứa mẫu.

Tiến hành thí nghiệm

Sau khi đã pha xong dung dịch ủ, chuẩn bị xong các xylanh chứa mẫu tiến hành cho dung dịch ủ vào xylanh. Lấy 30ml dung dịch ủ cho vào xylanh giữ xylanh và đẩy hết không khí ra ngoài một cách nhẹ nhàng đến khi khí thoát ra hết, buộc (kẹp) đầu kia lại và nhẹ nhàng đặt xylanh vào tủ ấm có quạt đối lưu đảm bảo nhiệt độ luôn luôn là 39 ± 0,50C. Các xylanh chứa mẫu ủ với dịch ủ và các Blank (xylanh không có mẫu chỉ có dung dịch ủ) được đặt trên cùng giá nhưng các vị trí ngẫu nhiên và đặt vào tủ ấm. Sau 30 phút kể từ khi ủ lắc nhẹ xylanh và sau đó cứ một giờ lắc một lần trong suốt 10 giờ ủ đầu tiên. Ghi chép chỉ số "ml" trên xylanh ở thời điểm 0; 3; 6; 9; 12; 24; 48; 72 và 96 giờ sau khi bắt đầu ủ. Nhẹ nhàng cho thoát khí (xả khí) ra nếu pittong bị đẩy đến vạch 60ml và đưa pittong về vị trí ban đầu ở thời điểm 0 giờ. Sự giải thoát khí này nhằm giải phóng lượng khí sinh ra trong xylanh có thể tích lại gây áp lực làm ảnh hưởng không tốt đến hoạt động của vi sinh vật dạ cỏ trong dung dịch ủ. Khi tiến hành thí nghiệm in vitro gas production cần thiết phải sử dụng "mẫu trắng" hay còn gọi là các Blank thường chỉ chứa 30ml dung dịch ủ trong các xylanh để tính lượng khí mà vi sinh vật sinh ra từ các chất hữu cơ còn sót lại trong dịch dạ cỏ và khí sinh ra gián tiếp từ môi trường đệm. Kết quả sinh khí từ các Blank được sử dụng để hiệu chỉnh khi tính toán kết quả sinh khí thực của các mẫu thức ăn thí nghiệm.

Các chỉ tiêu theo dõi và phương pháp xác định

Động thái lên men: Tổng lượng khí sản sinh ở thời điểm 0; 3; 6; 12; 24; 48; 72 và 96 giờ sau khi bắt đầu ủ được ghi chép để xác định động thái lên men của từng loại thức ăn có hàm lượng tannin cao.

Động thái lên men của các mẫu thức ăn:

Được xác định theo phương trình của Orskov và Mc Donald (1979). Phương trình có dạng như sau:

Y = a + b(1 - e-ct)

Trong đó:

Y: là thể tích khí sinh ra ở thời điểm t (ml)

a: là lượng khí sinh ra từ các chất dễ hoà tan thường ở ngay tại thời điểm ban đầu khi ủ mẫu (ml).

b: là lượng khí sinh ra từ các chất hữu cơ khó hoà tan trong suốt quá trình ủ (ml).

a+b: là tổng lượng khí sinh ra của mẫu thức ăn đem ủ hay tiềm năng sinh khí của thức ăn đó (ml).

c: là tốc tộ sinh khí (%/giờ).

t: là thời gian ủ mẫu thức ăn thí nghiệm (giờ).

Các thông số trên được tính toán dựa vào phần mềm chuyên dụng NEWAY của Cheng (1996) về xử lý các kết quả phân giải chất hữu cơ và khả năng sinh khí trong các thí nghiệm in saccoin vitro gas production.

Nội dung 2: Xác định ảnh hưởng của các mức tannin và biochar khác nhau với ure bổ sung vào làm chất nền đến tỷ lệ tiêu hóa chất khô (VCK) và chất hữu cơ (CHC) trong điều kiện in vitro.

Phân tích thành phần hoá học của các loại thức ăn bao gồm: hàm lượng chất khô (%VCK), hàm l­ượng protein thô, hàm l­ượng xơ thô, hàm l­ượng mỡ thô, hàm l­ượng khoáng tổng số (KTS), tỷ lệ phần xơ tan trong môi trường trung tính (%NDF) và tỷ lệ phần xơ tan trong môi trư­ờng axit (%ADF). ) được phân tích tại Viện KHSS-ĐHTN.

Tannin tổng số được phân tích theo phương pháp của AOAC (1975) tại Viện KHSS, thể hiện bằng (%VCK).

Xác định giá trị năng lượng trao đổi (ME) và axit béo mạch ngắn (SCFA)

Dựa vào lượng khí sinh ra tại thời điểm 24h sau khi ủ, kết hợp với thành phần hóa học của từng mẫu thí nghiệm để ước tính giá trị năng lượng trao đổi của chúng thông qua các phương trình của Vũ Chí Cương (2006)

ME (MJ/kg VCK) =11,8-0.198*CP+0,117*EE+0,107CF+0,0147*GP24

Trong đó: GP24 (ml) là thể tích khí trong xylanh chứa mẫu tại thời điểm 24 giờ sau ủ, CP (%) là tỷ lệ protein thô, CF (%) là tỷ lệ xơ thô, EE (%) là tỷ lệ lipit.

Hàm lượng axít béo mạch ngắn (SCFA) (mmol/200gVCK):

Dựa vào khí sinh ra tại thời điểm 24h sau khi ủ để ước tính hàm lượng axít béo mạch ngắn của từng loại cây thức ăn giàu tannin thông qua phương trình của Getachew và cs (1999):

SCFA (mmol/200gVCK) = 0,0239*GP24 – 0,0601

Trong đó: GP24(ml) là thể tích khí trong xylanh chứa mẫu tại thời điểm 24 giờ sau ủ.

Ước tính tỷ lệ tiêu hóa chất hữu cơ

Dựa vào lượng khí sinh ra tại thời điểm 24h sau khi ủ, kết hợp với thành phần hóa học của từng mẫu thí nghiệm để ước tính giá trị năng lượng trao đổi của chúng thông qua các phương trình ước tính tỷ lệ tiêu hóa chất hữu cơ (OMD %) của các loại thức ăn tinh của Vũ Chí Cương và cs (2006)

OMD = 50,4+0,66*GP24+0,127*DM-0,256*CP      

Trong đó: GP24: thể tích khí sinh ra ở thời điểm 24 giờ sau ủ (ml/200 mg DM); CP (%) là tỷ lệ protein thô, DM (%) là tỷ lệ vật chất khô.

 

Nội dung 3: Xác định ảnh hưởng của các mức tannin chiết xuất từ thân, lá chè và biochar khác nhau với ure bổ sung vào làm chất nền đến một số chỉ tiêu của dung dịch dạ cỏ và lượng khí mêtan sản sinh trong điều kiện in vitro.

Xác định lượng khí CH4

 Lượng khí CH4 sản sinh được xác định theo 2 phương pháp như sau:

Phương pháp xác định phần trăm thể tích của CH4 bằng dung dịch NaOH (10M):

Bước 1: Tại thời điểm ủ 96 giờ lấy xylanh trong tủ ấm 390 C ra thu khí vào xylanh

Bước 2: Chuyển toàn bộ lượng khí thu được vào lọ thủy tinh có dung tích 100 ml.

Bước 3: Hút V1 ml khí từ lọ thủy tinh vào trong xylanh 100 ml

Chuẩn bị một xylanh 5 ml trong có chứa 4 ml dung dịch NaOH (10M).

Bước 4: Bơm từ từ dung dịch NaOH vào xy lanh 100 ml vừa hút mẫu ở bước 3 sau đó lắc đều (1 lần/phút) trong vòng 5 phút, đọc thể tích V2 sau khi NaOH đã hấp thụ hoàn toàn CO2 (Demeyer và cs, 1988; Fievez và cs, 2005) theo phản ứng sau: 2NaOH +CO2  → Na2CO3 + H2O.

Bước 5: Tính kết quả dựa vào công thức:

                                           %CO= ×100

                                           % CH4 =100 - %CO2

Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

Số liệu được xử lý thô trên bảng tính Excel và phần mềm NEWAY của Cheng (1996), sau đó được tiến hành xử lý thống kê trên phần mềm SAS. Số liệu được phân tích bằng cách sử dụng các mô hình tuyến tính đơn (General Linear Models-GLM) của phần mềm SAS(1998) (SAS Inst. Inc, Cary, NC). Dữ liệu được phân tích bằng cách sử dụng phương trình Yij = µ + Ti + εij.

Trong đó (ij) là quan sát từ công thức, (i) là sự lặp lại, (µ) là giá trị trung bình tổng thể, (Ti) là giá trị trung bình của từng công thức, (εij) là ảnh hưởng của các yếu tố còn lại. So sánh đa chiều các giá trị trung bình của các công thức bằng Duncan’s New Multiple Range Test (DMRT) (Steel and Torrie, 1980).

Nội dung 4: Thử nghiệm (invivo) mức tannin và biochar bổ sung có kết quả sản sinh CH4 thấp nhất từ kết quả của nội dung 1, 2 trên đàn bò ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng của bò.

Sơ đồ bố trí thí nghiệm

 

Các mức thí nghiệm

Số lần lặp

Mức Tannin x +2% ure

3

Mức Biochar y+2% ure

3

Mức Tannin x + mức Biochar y+2% ure

3

Control +2% ure

3

Thí nghiệm được tiến hành trên 12 bò đực Vàng laisind có độ tuổi và cân nặng tương đương nhau. Xem lại phần này

Thí nghiệm sẽ được tiến hành trong ba tháng, các chỉ tiêu theo dõi bao gồm:

Lượng thức ăn thu nhận: Được tính toán bằng cách cân tổng lượng thức ăn cho ăn vào sáng sớm và cân lại lượng thức ăn thừa vào buổi chiều tối.

Bò sẽ được cân hàng tuần để tính toán khả năng sinh trưởng thông qua các chỉ tiêu sinh trưởng tuyệt đối/ngày; sinh trưởng tương đối (%).

Dựa trên các số liệu thu thập được các chỉ tiêu như: FCR, hiệu quả kinh tế sẽ được tính toán.

 

15.2. Tiến độ thực hiện

Hiệu quả KTXH

- Góp phần nâng cao năng lực nghiên cứu và giảng dạy cho giảng viên, giúp đào tạo đội ngũ giảng viên trẻ.

- Kết quả của đề tài sẽ góp phần làm phong phú thêm cơ sở dữ liệu về khả năng giảm thiểu khí methane của một số phụ gia bổ sung

- Kết quả của đề tài được ứng dụng trong chăn nuôi trâu bò như là một biện pháp nhằm giảm thiểu lượng khí methane thải ra môi trường từ dạ cỏ đồng thời vẫn duy trì hiệu quả sử dụng của thức ăn.

- Góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do giảm thiểu được lượng khí methane thải ra từ dạ cỏ bằng việc sử dụng những phụ phẩm có sẵn, rẻ tiền.

ĐV sử dụng

-          Kết quả nghiên cứu sẽ được phổ biến ứng dụng thông qua các chương trình chuyển giao khoa học kỹ thuật của đơn vị phối hợp là Trung tâm nghiên cứu phát triển chăn nuôi miền núi – Viện Chăn nuôi quốc gia.

 

STT Tên đơn vị Người đại diện
STT Tên người tham gia

  BÌNH LUẬN BẠN ĐỌC(0)

  GỬI BÌNH LUẬN

Họ tên*
Email
Tiêu đề(*)
Nội dung*