Energy efficiency and emissions of CO2, CH4, and N2O in organic and conventional rice production / Eficiência energética e emissões de CO2, CH4 e N2O em arroz sob cultivo orgânico e convencional

Rice is the second-most produced cereal worldwide and actively contributes to greenhouse gas (GHG) emissions, particularly methane, especially under deepwater production. Assessments of energy efficiency (EE) and GHG emissions can indicate the sustainability level of agrosystems and support decisions related to the reduction of production costs and environmental pollution. This study aimed to assess both EE and GHG emissions in organic and conventional rice production in the Southern region of Brazil. For this study, eight rice fields were evaluated. Energy inputs and outputs were calculated by multiplying the production input amounts by their respective calorific values or energy coefficients at each stage of production. EE was determined using the ratio between the total energy output and the total energy consumed during the production process. GHG emissions were estimated using the principles of the lifecycle assessment methodology in addition to the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) recommendations. Each 1.0 MJ consumed during the production of organic and conventional rice produced renewable energy averages of 10.5 MJ and 7.90 MJ, respectively, as grains. The primary energy expenses for organic rice were represented by seeds, fuel, tractors, and agricultural machinery and implements, and those for conventional rice were seeds, fuel, and fertilizers. Each kilogram of organic and conventional rice produced accounted for the emission of 0.21 and 0.32 kg of CO2eq, respectively, during the production cycles and delivery to the warehouse, with seeds, fuel, and fertilizers being the main sources of CO2eq emissions to the atmosphere.

O arroz é o segundo cereal mais cultivado no mundo e contribui ativamente nas emissões de GEE, principalmente em áreas produzidas sob inundação, com destaque para a produção de gás metano. A eficiência energética (EE) e as emissões de gases de efeito estufa (GEE) podem indicar o nível de sustentabilidade dos agrossistemas e a tomada de decisões relativas à redução dos custos de produção e poluição do ambiente. O objetivo deste trabalho foi avaliar a EE e emissões de GEE nas culturas do arroz sob cultivo orgânico e convencional na região sul do Brasil. Para isso, foram avaliadas oito áreas de arroz. As entradas e saídas de energia foram calculadas pela multiplicação da quantidade de produtos utilizados para a produção de arroz pelos seus respectivos poderes caloríficos ou coeficientes energéticos em cada etapa de produção. A EE foi obtida pela razão entre a quantidade de energia total de saída e o consumo total de energia durante o processo produtivo. Para estimar a emissão de GEE, foram aplicados princípios da metodologia de avaliação do ciclo de vida e recomendações do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC). Para cada 1,0 MJ de energia consumida na produção orgânica de arroz sob os sistemas orgânico e convencional, se produziram respectivamente em média, 10,5 MJ e 7,90 MJ de energia renovável, na forma de grãos. Os principais gastos energéticos no arroz orgânico foram com sementes, combustível, tratores, máquinas e implementos agrícolas e para o arroz convencional foram sementes, combustível e fertilizantes. Para cada 1 kg de grãos dos sistemas orgânicos e convencional são emitidos respectivamente 0,21 e 0,32 kg de CO2eq durante seus ciclos de produção e entrega no armazém, sendo as sementes, combustíveis e fertilizantes as principais fontes de emissão de CO2eq à atmosfera.

Energy efficiency and emissions of CO2, CH4, and N2O in organic and conventional rice production / Eficiência energética e emissões de CO2, CH4 e N2O em arroz sob cultivo orgânico e convencional

Rice is the second-most produced cereal worldwide and actively contributes to greenhouse gas (GHG) emissions, particularly methane, especially under deepwater production. Assessments of energy efficiency (EE) and GHG emissions can indicate the sustainability level of agrosystems and support decisions related to the reduction of production costs and environmental pollution. This study aimed to assess both EE and GHG emissions in organic and conventional rice production in the Southern region of Brazil. For this study, eight rice fields were evaluated. Energy inputs and outputs were calculated by multiplying the production input amounts by their respective calorific values or energy coefficients at each stage of production. EE was determined using the ratio between the total energy output and the total energy consumed during the production process. GHG emissions were estimated using the principles of the lifecycle assessment methodology in addition to the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) recommendations. Each 1.0 MJ consumed during the production of organic and conventional rice produced renewable energy averages of 10.5 MJ and 7.90 MJ, respectively, as grains. The primary energy expenses for organic rice were represented by seeds, fuel, tractors, and agricultural machinery and implements, and those for conventional rice were seeds, fuel, and fertilizers. Each kilogram of organic and conventional rice produced accounted for the emission of 0.21 and 0.32 kg of CO2eq, respectively, during the production cycles and delivery to the warehouse, with seeds, fuel, and fertilizers being the main sources of CO2eq emissions to the atmosphere.(AU)

O arroz é o segundo cereal mais cultivado no mundo e contribui ativamente nas emissões de GEE, principalmente em áreas produzidas sob inundação, com destaque para a produção de gás metano. A eficiência energética (EE) e as emissões de gases de efeito estufa (GEE) podem indicar o nível de sustentabilidade dos agrossistemas e a tomada de decisões relativas à redução dos custos de produção e poluição do ambiente. O objetivo deste trabalho foi avaliar a EE e emissões de GEE nas culturas do arroz sob cultivo orgânico e convencional na região sul do Brasil. Para isso, foram avaliadas oito áreas de arroz. As entradas e saídas de energia foram calculadas pela multiplicação da quantidade de produtos utilizados para a produção de arroz pelos seus respectivos poderes caloríficos ou coeficientes energéticos em cada etapa de produção. A EE foi obtida pela razão entre a quantidade de energia total de saída e o consumo total de energia durante o processo produtivo. Para estimar a emissão de GEE, foram aplicados princípios da metodologia de avaliação do ciclo de vida e recomendações do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC). Para cada 1,0 MJ de energia consumida na produção orgânica de arroz sob os sistemas orgânico e convencional, se produziram respectivamente em média, 10,5 MJ e 7,90 MJ de energia renovável, na forma de grãos. Os principais gastos energéticos no arroz orgânico foram com sementes, combustível, tratores, máquinas e implementos agrícolas e para o arroz convencional foram sementes, combustível e fertilizantes. Para cada 1 kg de grãos dos sistemas orgânicos e convencional são emitidos respectivamente 0,21 e 0,32 kg de CO2eq durante seus ciclos de produção e entrega no armazém, sendo as sementes, combustíveis e fertilizantes as principais fontes de emissão de CO2eq à atmosfera.(AU)

Development and evaluation of prediction equations for methane emission from Nellore cattle

Dry matter intake (DMI), nutrient intake and enteric CH4 emission were evaluated in 48 Nellore cattle (392 ± 27 days of age). Equations were generated from intake data and evaluated using root mean square prediction error (RMSPE), and validated by cross-validation. Equations that included DMI and hemicellulose intake (HEMI) [ CH4(MJd−1)=4.08(±1.65)+11.6(±2.34)DMI(kgd−1)−33.4(±7.21)HEMI(kgd−1)] ; DMI and total carbohydrate intake (TCHI) [CH4(MJd−1)=5.26(±1.69)−6.3(±1.47)DMI(kgd−1)+8.8(±1.81)TCI(kgd−1)]; metabolizable energy intake (MEI) and cellulose intake (CELI) [CH4(MJd−1)=5.16(±1.72)−0.13(±0.048)MEI(MJd−1)+7.37(±1.53)CELI(kgd−1)] , and non-fiber carbohydrate intake (NFCI) [CH4(MJd−1)=3.14(±1.48)+3.65(±1.05)NFCI(kgd−1)] resulted in the lowest RMSPE (14.3, 14.1, 14.3 and 14.7%, respectively). When literature equations were evaluated using our database, the most accurate predictions were obtained with equations that included DMI and lignin intake (RMSPE = 15.27%) and MEI, acid detergent fiber intake and lignin intake (RMSPE = 15.7%). The mean error of predicting enteric CH4 emission with the equations developed in this study based on DMI and nutrient intake is 17% and the most accurate predictions are obtained with equations including DMI, carbohydrate intake and MEI.(AU)  

Development and evaluation of prediction equations for methane emission from Nellore cattle

Dry matter intake (DMI), nutrient intake and enteric CH4 emission were evaluated in 48 Nellore cattle (392 ± 27 days of age). Equations were generated from intake data and evaluated using root mean square prediction error (RMSPE), and validated by cross-validation. Equations that included DMI and hemicellulose intake (HEMI) [ CH4(MJd−1)=4.08(±1.65)+11.6(±2.34)DMI(kgd−1)−33.4(±7.21)HEMI(kgd−1)] ; DMI and total carbohydrate intake (TCHI) [CH4(MJd−1)=5.26(±1.69)−6.3(±1.47)DMI(kgd−1)+8.8(±1.81)TCI(kgd−1)]; metabolizable energy intake (MEI) and cellulose intake (CELI) [CH4(MJd−1)=5.16(±1.72)−0.13(±0.048)MEI(MJd−1)+7.37(±1.53)CELI(kgd−1)] , and non-fiber carbohydrate intake (NFCI) [CH4(MJd−1)=3.14(±1.48)+3.65(±1.05)NFCI(kgd−1)] resulted in the lowest RMSPE (14.3, 14.1, 14.3 and 14.7%, respectively). When literature equations were evaluated using our database, the most accurate predictions were obtained with equations that included DMI and lignin intake (RMSPE = 15.27%) and MEI, acid detergent fiber intake and lignin intake (RMSPE = 15.7%). The mean error of predicting enteric CH4 emission with the equations developed in this study based on DMI and nutrient intake is 17% and the most accurate predictions are obtained with equations including DMI, carbohydrate intake and MEI.

Estratégias para mitigar a produçãode metano entérico / Ruminal methanogenesis and strategies to mitigate enteric methane production

O objetivo da presente revisão é abordar as principais estratégias para mitigação da produção de metano (CH4) pelos animais ruminantes. Dentre as atividades antrópicas, a pecuária é apontada como uma das maiores responsáveis pelo aquecimento global, visto que os ruminantes são grandes produtores de metano, que é um dos principais gases do efeito estufa, sendo o que mais retém calor na atmosfera terrestre. A metanogênese ruminal ocorre por conta das condições fermentativas do ambiente ruminal, e sua produção, além de causar impactos ambientais também significa redução da eficiência energética da dieta, afetando diretamente a produtividade animal. O metano produzido pelos ruminantes é uma das poucas fontes desse gás passível de ser manipulada pelo homem. Por essa razão, várias pesquisas têm sido conduzidas na tentativa de reduzir a emissão de CH4 pelos animais ruminantes. Na tentativa de reduzir a metanogênese entérica, várias técnicas foram desenvolvidas, desde utilização de fármacos (ionóforos), como manipulação da dieta, incluindo carboidratos solúveis, forragem com maior digestibilidade e/ou com taninos e saponinas (fatores antinutricionais que manipulam a fermentação ruminal) e fontes de óleo. No entanto, cada técnica utilizada com a finalidade de reduzir a produção de metano ruminal, tem pontos pró e contra, que podem afetar negativamente a produção animal e até mesmo causar danos à saúde dos animais. Portanto, é necessário que se tomem cuidados quando se resolver adotar alguma das técnicas que visam mitigar a produção de CH4 entérico.

The objective of this review is to address the main strategies for mitigation of methane production by ruminants. Among the anthropogenic activities cattle ranching are considered one of the most responsible global warming. Given that, ruminants are major producers of methane, which is a major greenhouse gas, is what retains more heat in the atmosphere. The ruminal methanogenesis occurs on account of the rumen fermentation conditions, and its production besides causing environmental impacts, also means reducing the energy efficiency of the diet, directly affecting animal productivity. The methane produced by the ruminants is one of the few such sources capable of being manipulated by man gas. Therefore, various researches have been conducted in an attempt to reduce methane emission by ruminants. In an attempt to reduce methanogenesis enteric, several techniques have been developed from use of drugs (ionophore) as dietary manipulation, including soluble carbohydrate material with higher digestibility and / or tannins and saponins (antinutritional factors that manipulate rumen fermentation) and sources of oil. However, each technique in order to reduce ruminal methane production, has pro and con points which can adversely affect animal production and even cause damage to the health of animals. Therefore, it is necessary to take care when resolving to adopt some of the techniques to mitigate enteric methane production.

Estratégias para mitigar a produçãode metano entérico / Ruminal methanogenesis and strategies to mitigate enteric methane production

O objetivo da presente revisão é abordar as principais estratégias para mitigação da produção de metano (CH4) pelos animais ruminantes. Dentre as atividades antrópicas, a pecuária é apontada como uma das maiores responsáveis pelo aquecimento global, visto que os ruminantes são grandes produtores de metano, que é um dos principais gases do efeito estufa, sendo o que mais retém calor na atmosfera terrestre. A metanogênese ruminal ocorre por conta das condições fermentativas do ambiente ruminal, e sua produção, além de causar impactos ambientais também significa redução da eficiência energética da dieta, afetando diretamente a produtividade animal. O metano produzido pelos ruminantes é uma das poucas fontes desse gás passível de ser manipulada pelo homem. Por essa razão, várias pesquisas têm sido conduzidas na tentativa de reduzir a emissão de CH4 pelos animais ruminantes. Na tentativa de reduzir a metanogênese entérica, várias técnicas foram desenvolvidas, desde utilização de fármacos (ionóforos), como manipulação da dieta, incluindo carboidratos solúveis, forragem com maior digestibilidade e/ou com taninos e saponinas (fatores antinutricionais que manipulam a fermentação ruminal) e fontes de óleo. No entanto, cada técnica utilizada com a finalidade de reduzir a produção de metano ruminal, tem pontos pró e contra, que podem afetar negativamente a produção animal e até mesmo causar danos à saúde dos animais. Portanto, é necessário que se tomem cuidados quando se resolver adotar alguma das técnicas que visam mitigar a produção de CH4 entérico.(AU)

The objective of this review is to address the main strategies for mitigation of methane production by ruminants. Among the anthropogenic activities cattle ranching are considered one of the most responsible global warming. Given that, ruminants are major producers of methane, which is a major greenhouse gas, is what retains more heat in the atmosphere. The ruminal methanogenesis occurs on account of the rumen fermentation conditions, and its production besides causing environmental impacts, also means reducing the energy efficiency of the diet, directly affecting animal productivity. The methane produced by the ruminants is one of the few such sources capable of being manipulated by man gas. Therefore, various researches have been conducted in an attempt to reduce methane emission by ruminants. In an attempt to reduce methanogenesis enteric, several techniques have been developed from use of drugs (ionophore) as dietary manipulation, including soluble carbohydrate material with higher digestibility and / or tannins and saponins (antinutritional factors that manipulate rumen fermentation) and sources of oil. However, each technique in order to reduce ruminal methane production, has pro and con points which can adversely affect animal production and even cause damage to the health of animals. Therefore, it is necessary to take care when resolving to adopt some of the techniques to mitigate enteric methane production.(AU)