Field measurement of beef pen manure methane and nitrous oxide reveals a surprise for inventory calculations

Few data exist on direct greenhouse gas emissions from pen manure at beef feedlots. However, emission inventories attempt to account for these emissions. This study used a large chamber to isolate N2O and CH4 emissions from pen manure at two Australian commercial beef feedlots (stocking densities, 13-27 m(2) head) and related these emissions to a range of potential emission control factors, including masses and concentrations of volatile solids, NO3-, total N, NH4+, and organic C (OC), and additional factors such as total manure mass, cattle numbers, manure pack depth and density, temperature, and moisture content. Mean measured pen N2O emissions were 0.428 kg ha(-1) d(-1) (95% confidence interval [CI], 0.252-0.691) and 0.00405 kg ha(-1) d(-1) (95% CI, 0.00114-0.0110) for the northern and southern feedlots, respectively. Mean measured CH4 emission was 0.236 kg ha(-1) d(-1) (95% CI, 0.163-0.332) for the northern feedlot and 3.93 kg ha(-1) d(-1) (95% CI, 2.58-5.81) for the southern feedlot. Nitrous oxide emission increased with density, pH, temperature, and manure mass, whereas negative relationships were evident with moisture and OC. Strong relationships were not evident between N2O emission and masses or concentrations of NO3- or total N in the manure. This is significant because many standard inventory calculation protocols predict N2O emissions using the mass of N excreted by the animal.

A promising and simple method to quantify soil/manure mixing on beef feedlot pens

On beef cattle feed pen surfaces, fresh and decayed manure is mixed with base rock or soil (base). Quantifying this mixing has beneficial applications for aspects including nutrient and greenhouse gas budgeting. However, no practical methods exist to quantify mixing. We investigated if measuring element concentrations in: (A) fresh manure, (B) base material, and (C) pen manure offers a promising method to quantify manure/base mixing on pen surfaces. Using three operational beef feedlots as study sites, we targeted carbon (C), and silicon (Si), which are the two most abundant and easily measurable organic and inorganic elements. Our results revealed that C concentrations were strongly (>15 times) and significantly (P < 0.05) higher whereas Si concentrations strongly (>10 times) and significantly (P < 0.01) lower in fresh manure than base material at all three sites. These relative concentrations were not significantly impacted by manure decay, as determined by an 18-week incubation experiment. This suggested that both of these elements are suitable markers for quantifying base/manure mixing on pens. However, due to the chemical change of manure during decay, C was shown to be an imprecise marker of base/manure mixing. By contrast, using Si to estimate base/manure mixing was largely unaffected by manure decay. These findings were confirmed by measuring C and Si concentrations in stockpiled pen surface manure from one of the sites. Using Si concentrations is a promising approach to quantify base/manure mixing on feed pens given that this element is abundantly concentrated in soils and rocks.

A universal equation to predict methane production of forage-fed cattle in Australia

The methods for estimating methane emissions from cattle as used in the Australian national inventory are based on older data that have now been superseded by a large amount of more recent data. Recent data suggested that the current inventory emissions estimates can be improved. To address this issue, a total of 1034 individual animal records of daily methane production (MP) was used to reassess the relationship between MP and each of dry matter intake (DMI) and gross energy intake (GEI). Data were restricted to trials conducted in the past 10 years using open-circuit respiration chambers, with cattle fed forage-based diets (forage >70%). Results from diets considered to inhibit methanogenesis were omitted from the dataset. Records were obtained from dairy cattle fed temperate forages (220 records), beef cattle fed temperate forages (680 records) and beef cattle fed tropical forages (133 records). Relationships were very similar for all three production categories and single relationships for MP on a DMI or GEI basis were proposed for national inventory purposes. These relationships were MP (g/day) = 20.7 (±0.28) × DMI (kg/day) (R2 = 0.92, P < 0.001) and MP (MJ/day) = 0.063 (±0.008) × GEI (MJ/day) (R2 = 0.93, P < 0.001). If the revised MP (g/day) approach is used to calculate Australia’s national inventory, it will reduce estimates of emissions of forage-fed cattle by 24%. Assuming a global warming potential of 25 for methane, this represents a 12.6 Mt CO2-e reduction in calculated annual emissions from Australian cattle.

On-farm Campylobacter and Escherichia coli in commercial broiler chickens: Re-used bedding does not influence Campylobacter emergence and levels across sequential farming cycles

Limitations in quality bedding material have resulted in the growing need to re-use litter during broiler farming in some countries, which can be of concern from a food-safety perspective. The aim of this study was to compare the Campylobacter levels in ceca and litter across three litter treatments under commercial farming conditions. The litter treatments were (a) the use of new litter after each farming cycle; (b) an Australian partial litter re-use practice; and (c) a full litter re-use practice. The study was carried out on two farms over two years (Farm 1, from 2009–2010 and Farm 2, from 2010–2011), across three sheds (35,000 to 40,000 chickens/shed) on each farm, adopting three different litter treatments across six commercial cycles. A random sampling design was adopted to test litter and ceca for Campylobacter and Escherichia coli, prior to commercial first thin-out and final pick-up. Campylobacter levels varied little across litter practices and farming cycles on each farm and were in the range of log 8.0–9.0 CFU/g in ceca and log 4.0–6.0 MPN/g for litter. Similarly the E. coli in ceca were ∼log 7.0 CFU/g. At first thin-out and final pick-up, the statistical analysis for both litter and ceca showed that the three-way interaction (treatments by farms by times) was highly significant (P < 0.01), indicating that the patterns of Campylobacter emergence/presence across time vary between the farms, cycles and pickups. The emergence and levels of both organisms were not influenced by litter treatments across the six farming cycles on both farms. Either C. jejuni or C. coli could be the dominant species across litter and ceca, and this phenomenon could not be attributed to specific litter treatments. Irrespective of the litter treatments in place, cycle 2 on Farm 2 remained campylobacter-free. These outcomes suggest that litter treatments did not directly influence the time of emergence and levels of Campylobacter and E. coli during commercial farming.

Water activity of poultry litter: Relationship to moisture content during a grow-out

Poultry grown on litter floors are in contact with their own waste products. The waste material needs to be carefully managed to reduce food safety risks and to provide conditions that are comfortable and safe for the birds. Water activity (Aw) is an important thermodynamic property that has been shown to be more closely related to microbial, chemical and physical properties of natural products than moisture content. In poultry litter, Aw is relevant for understanding microbial activity; litter handling and rheological properties; and relationships between in-shed relative humidity and litter moisture content. We measured the Aw of poultry litter collected throughout a meat chicken grow-out (from fresh pine shavings bedding material to day 52) and over a range of litter moisture content (10–60%). The Aw increased non-linearly from 0.71 to 1.0, and reached a value of 0.95 when litter moisture content was only 22–33%. Accumulation of manure during the grow-out reduced Aw for the same moisture content. These results are relevant for making decisions regarding litter re-use in multiple grow-outs as well as setting targets for litter moisture content to minimise odour, microbial risks and to ensure necessary litter physical conditions are maintained during a grow-out. Methods to predict Aw in poultry litter from moisture content are proposed.

Clays Can Decrease Gaseous Nutrient Losses from Soil-Applied Livestock Manures

Clays could underpin a viable agricultural greenhouse gas (GHG) abatement technology given their affinity for nitrogen and carbon compounds. We provide the first investigation into the efficacy of clays to decrease agricultural nitrogen GHG emissions (i.e., N2O and NH3). Via laboratory experiments using an automated closed-vessel analysis system, we tested the capacity of two clays (vermiculite and bentonite) to decrease N2O and NH3 emissions and organic carbon losses from livestock manures (beef, pig, poultry, and egg layer) incorporated into an agricultural soil. Clay addition levels varied, with a maximum of 1:1 to manure (dry weight). Cumulative gas emissions were modeled using the biological logistic function, with 15 of 16 treatments successfully fitted (P < 0.05) by this model. When assessing all of the manures together, NH3 emissions were lower (×2) at the highest clay addition level compared with no clay addition, but this difference was not significant (P = 0.17). Nitrous oxide emissions were significantly lower (×3; P < 0.05) at the highest clay addition level compared with no clay addition. When assessing manures individually, we observed generally decreasing trends in NH3 and N2O emissions with increasing clay addition, albeit with widely varying statistical significance between manure types. Most of the treatments also showed strong evidence of increased C retention with increasing clay additions, with up to 10 times more carbon retained in treatments containing clay compared with treatments containing no clay. This preliminary assessment of the efficacy of clays to mitigate agricultural GHG emissions indicates strong promise.

Microbial Aspects of Environmentally Benign Iron Ore

Many types of micro-organisms inhabit iron ore deposits contributing to biogenic formation and conversion of iron oxides and associated minerals. Bacteria such as Paenibacillus polymyxa arc capable of significantly altering the surface chemical behaviour of iron ore minerals such as haematite, alumina, calcite and silica. Differing mineral surface affinities of bacterial cells and metabolic products such as proteins and polysaccharides can be utilised to induce their flotation or flocculation. Mineral-specific bioreagents such as proteins are generated when bacteria are grown in the presence of haematite, alumina, calcite and silica. Alumina-grown bacterial cells and proteins separated from such cells were found to be capable of separating alumina from haematite. Biodegradation of iron ore flotation collectors such as amines and oleates can be effectively utilised to achieve environmental control in iron ore processing mills.

Biomineralization and Biobeneficiation of Bauxite

Role of indigenous microbes in the formation and conversion of bauxite minerals is illustrated. Many types of microorganisms such as fungi, heterotrophic and autotrophic bacteria and yeasts inhabit bauxite ore deposits bringing about biogenesis and biomineraliztion. Organisms capable of iron oxidation and reduction and solubilising calcium carbonate and silica can be isolated from bauxite deposits and are used to bring about selective mineral beneficiation to remove iron, calcium and silica. Use of Paenibacillus polymyxa in the efficient removal of calcium from low grade bauxites is demonstrated through bioreactor technology. Similarly, for iron removal from bauxite, iron-reducing bacteria can be used. Silicate bacteria aid in selective silica solubilisation to control alumina: silica ratios. Microorganisms can also be used to bring about environmental control with respect to red mud disposal through bioremediation technology.

The development of the South Carolina Coastal Information Network and portal site: Bringing training opportunities and educational resources to coastal community officials and the public

The South Carolina Coastal Information Network (SCCIN) emerged as a result of a number of coastal outreach institutions working in partnership to enhance coordination of the coastal community outreach efforts in South Carolina. This organized effort, led by the S.C. Sea Grant Consortium and its Extension Program, includes partners from federal and state agencies, regional government agencies, and private organizations seeking to coordinate and/or jointly deliver outreach programs that target coastal community constituents. The Network was officially formed in 2006 with the original intention of fostering intra-and inter- agency communication, coordination, and cooperation. Network partners include the S.C. Sea Grant Consortium, S.C. Department of Health and Environmental Control – Office of Ocean and Coastal Resource Management and Bureau of Water, S.C. Department of Natural Resources – ACE Basin National Estuarine Research Reserve, North Inlet-Winyah Bay National Estuarine Research Reserve, Clemson University Cooperative Extension Service and Carolina Clear, Berkeley-Charleston-Dorchester Council of Governments, Waccamaw Regional Council of Governments, Urban Land Institute of South Carolina, S.C. Department of Archives and History, the National Oceanic and Atmospheric Administration – Coastal Services Center and Hollings Marine Laboratory, Michaux Conservancy, Ashley-Cooper Stormwater Education Consortium, the Coastal Waccamaw Stormwater Education Consortium, the S.C. Chapter of the U.S. Green Building Council, and the Lowcountry Council of Governments. (PDF contains 3 pages)

Avaliação das condições ambientais e de trabalho em salas cirúrgicas e de necropsia - estudos de casos em hospitais públicos e IMLs da região metropolitana do Rio de Janeiro

A qualidade do ar é um importante indicador de saúde ambiental, sendo o seu monitoramento contínuo necessário. Apesar da relevância do tema, há muitos países em que os limites de exposição para agentes biológicos ainda não foram estabelecidos ou foram definidos de forma inadequada, podendo comprometer a qualidade ambiental. Os ambientes hospitalares, assim como as salas de necropsia podem apresentar problemas de contaminação do ar por agentes microbiológicos, necessitando de monitoramento contínuo a fim de evitar a ocorrência de doenças nos trabalhadores e na população em geral. Este estudo realizou a avaliação microbiológica do ar em hospitais públicos e IMLs da região metropolitana do Rio de Janeiro em salas cirúrgicas e de necropsia. A pesquisa exploratória e descritiva baseou-se em levantamento bibliográfico e investigação de campo, através de estudos de casos. Os dados foram obtidos por meio de entrevistas e observação direta nos locais de trabalho, onde foram realizadas as avaliações microbiológicas do ar. As variações em salas cirúrgicas para bactérias e fungos foram respectivamente de 14,99 ufc/m3 88,29 ufc/m3 e de 45,93 ufc/m3 - 742,09 ufc/m3. Já nas salas de necropsia os valores para bactérias e fungos variaram respectivamente de 18,96 ufc/m3 54,9 ufc/m3 e de 144,87 ufc/m3 - 1152,01 ufc/m3. Foram identificados tanto no ambiente cirúrgico como nas salas de necropsia a presença dos seguintes fungos: Aspergillus sp., Neurospora sp., Penicillium sp., Fusarium sp., Cladosporium sp., Curvularia sp., e Trichoderma sp. Já em relação às bactérias foram identificadas as presenças de Staphilococcus sp., Streptococcus sp. e Micrococcus sp. Foram traçadas recomendações para melhoria da qualidade ambiental e do ar. Os resultados indicaram que os valores são elevados quando comparados com as recomendações das normas internacionais. Foram encontrados valores inferiores aos sugeridos pela CP n. 109 da ANVISA. A presença de microrganismos patogênicos sugere adoção de medidas de controle ambiental. O estudo apontou a necessidade urgente do estabelecimento de valores de referência para ambientes hospitalares no Brasil a fim de garantir condições seguras que não venham a comprometer a saúde dos pacientes e profissionais de saúde envolvidos.

Estudo experimental de wetlands construídos como unidade de polimento no tratamento de lixiviados de aterros sanitários.

A grande quantidade de resíduos sólidos gerados nas cidades é um desafio para o saneamento ambiental no Brasil. A fim de se reduzir os impactos gerados ao meio ambiente e à saúde pública, é necessário que haja um gerenciamento adequado, desde a coleta até a disposição final, desses resíduos sólidos urbanos. Os aterros sanitários permitem um maior controle ambiental, desde que sejam bem projetados e operados. A decomposição da matéria orgânica presente nesses resíduos, somada às águas das chuvas gera o lixiviado, líquido com alto potencial poluidor. Várias formas de tratamento são propostas com a finalidade de tornar o lixiviado menos poluente ao meio ambiente. Wetlands construídos tem se mostrado uma alternativa eficiente para a remoção de poluentes em lixiviados, além dos baixos custos operacionais e de implantação. O presente estudo investigou o uso de wetlands subsuperficiais em escala-piloto para o tratamento de um lixiviado prétratado. Os wetlands foram monitorados com a finalidade de se obter remoções de matéria orgânica e nitrogênio amoniacal. As maiores reduções percentuais de concentração de nitrogênio amoniacal, DQO e COD foram, 91%, 42% e 35%, respectivamente. As maiores reduções percentuais em carga de nitrogênio amoniacal e DQO foram, 67% e 50%, respectivamente. Os resultados dos ensaios de toxicidade realizados com os organismos Vibrio fischeri e Danio rerio revelaram que, a toxicidade do lixiviado foi reduzida ao ser tratado pelo wetland.

Avaliação de Metodologia para Controle e Medição de Cor em Efluentes Têxteis.

Os processos de beneficiamento têxtil, como o alvejamento, a purga, o tingimento e as lavagens são reconhecidamente impactantes ao meio ambiente, tanto do ponto de vista de consumo de água, quanto da geração de efluentes. Os efluentes têxteis oriundos dos processos de beneficiamento se caracterizam por apresentarem elevadas concentrações de substâncias emulsificantes, íons cloreto, sólidos e matéria orgânica, além de alta toxicidade. Mas sem dúvida, o maior problema desses efluentes deve-se a presença de corantes e pigmentos. Alguns parâmetros físico-químicos importantes no controle da poluição hídrica são de difícil medição e consequente monitoramento, principalmente pela ausência de legislação que expresse de maneira clara e objetiva os limites destes parâmetros. Este fato permite avaliações dúbias e contestações aos órgãos ambientais. Especificamente no caso do parâmetro cor, esta subjetividade obriga muitas indústrias a empregarem valores de controle de cor oriundos de outros estados, ou até mesmo de outros países. No Rio de Janeiro, de acordo com a NT-202-R-10 do INEA, o critério para cor é estar virtualmente ausente no efluente. Neste contexto, este estudo avaliou algumas metodologias empregadas na determinação da cor em um efluente têxtil. Para a medição de cor, foram empregadas três metodologias descritas na literatura. A primeira metodologia desenvolvida para análise de água, também utilizada para efluentes líquidos, se baseia em medições espectrofotométricas em um único comprimento de onda padrão (450nm ou 465nm), tendo como referência soluções de Pt-Co. Essa metodologia não abrange todas as tonalidades do espectro de cores possíveis para os efluentes têxteis. O segundo método se baseia na medição em três comprimentos de onda (436, 525 e 620nm), denominado índice DFZ. O último método investiga os valores máximos de absorbância, na faixa entre 350 e 700nm, na amostra. Os resultados obtidos mostraram que as correções dos valores de medição de cor utilizando os valores máximos de absorbância expressaram melhor a realidade dos dados experimentais, visto que eliminam um possível erro causado pela restrita faixa de detecção do método tradicional, numa região do espectro típica para tonalidades encontradas na água.

Acesso e permanência: aprovação/reprovação dos alunos no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro

A presente dissertação de mestrado tem por objetivo analisar os múltiplos determinantes propulsores da reprovação dos alunos dos 1 e 2 períodos dos Cursos Técnicos Integrado ao Ensino Médio em Química e Controle Ambiental no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro/campus Nilópolis. Não cabe nesse estudo dar conta de todos os determinantes, por que são muitos e, é inalcançável exauri-los, mas, refletir sobre os que mais respondem sobre a reprovação. O Ensino Médio e a Educação Profissional possuem centralidade neste trabalho justamente pela relação dual e dicotômica entre trabalho e educação no sistema capitalista e assunção da educação pelo Estado. É intenção de o trabalho discutir até que ponto o IFRJ na intencionalidade da educação que ministra vai em direção da transformação ou conformação social. A discussão dos dados realizou-se num movimento constante entre as partes e o todo, ou seja, sem ponto absoluto de partida ou de chegada. Para realizar a pesquisa foram utilizados questionário e entrevista semi-estruturados aplicados com os alunos do 1 e 2 períodos dos cursos, com os professores que ministram aulas nestes períodos, coordenadores dos cursos de Química e Controle Ambiental, os dirigentes da direção de ensino sistêmica e do campus e a Coordenação Técnico-Pedagógica. O roteiro do questionário e da entrevista teve como eixo central levantar os principais fatores apontados pelos pesquisados que direta/indiretamente conduzem a reprovação. As principais conclusões apontam para a individuação e culpabilização da reprovação, a externalização do fenômeno, a filosofia institucional liberdade com responsabilidade e a estrutura administrativa e pedagógica.

Avaliação da eficiência de wetland construído como unidade de polimento de efluente de tratamento secundário de lixiviado por lodos ativados

Uma das dificuldades a ser enfrentada na implantação de aterros sanitários é o tratamento adequado do lixiviado gerado e seu lançamento no meio ambiente dentro dos padrões estabelecidos pela legislação. O potencial poluidor do lixiviado está ligado principalmente aos altos valores de carga orgânica que promove a redução do oxigênio disponível (utilizado na degradação da matéria orgânica) em cursos dágua, prejudicando a fauna e a flora nesses meios. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o sistema de tratamento por wetland construído como unidade de polimento do efluente secundário de uma estação de tratamento de lixiviado de aterro de resíduos sólidos urbanos na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Além dos parâmetros coletivos específicos e não específicos, também foram empregados o fracionamento pelo processo de separação por membranas e ensaios de toxicidade aguda. Os resultados mostram que o wetland tem uma ação positiva como unidade de polimento refletida na redução dos parâmetros turbidez (84%), DQO (19%), amônia (30%) e sólidos totais (3%) reduzindo, assim, os impactos ambientais do lançamento do lixiviado. Contudo, a qualidade do efluente final encontra-se acima dos parâmetros de referência de controle ambiental e mostra a necessidade de um efluente secundário de melhor qualidade. Os resultados mostraram também que altos valores de DQO inerte tanto no afluente (85% em média) quanto no efluente (93,5% em média) do wetland indicam que esses lixiviados apresentam natureza refratária confirmada pelos baixos valores de biodegradabilidade no afluente (20,5% em média) e no efluente (5% em média) do wetland. O fracionamento com membranas mostrou que o afluente e o efluente do wetland possuem maiores contribuições de moléculas na fração >1 kDa. Os ensaios de toxicidade com Aliivibrio fischeri mostraram que o afluente e o efluente do wetland possuem toxicidade aguda, sendo a mesma menor na faixa com moléculas menores.

Carbon dioxide dynamics and controls in a deep-water wetland on the Qinghai-Tibetan Plateau

To initially characterize the dynamics and environmental controls of CO2, ecosystem CO2 fluxes were measured for different vegetation zones in a deep-water wetland on the Qinghai-Tibetan Plateau during the growing season of 2002. Four zones of vegetation along a gradient from shallow to deep water were dominated, respectively by the emergent species Carex allivescens V. Krez., Scirpus distigmaticus L., Hippuris vulgaris L., and the submerged species Potamogeton pectinatus L. Gross primary production (GPP), ecosystem respiration (Re), and net ecosystem production (NEP) were markedly different among the vegetation zones, with lower Re and GPP in deeper water. NEP was highest in the Scirpus-dominated zone with moderate water depth, but lowest in the Potamogeton-zone that occupied approximately 75% of the total wetland area. Diurnal variation in CO2 flux was highly correlated with variation in light intensity and soil temperature. The relationship between CO2 flux and these environmental variables varied among the vegetation zones. Seasonal CO2 fluxes, including GPP, Re, and NEP, were strongly correlated with aboveground biomass, which was in turn determined by water depth. In the early growing season, temperature sensitivity (Q(10)) for Re varied from 6.0 to 8.9 depending on vegetation zone. Q(10) decreased in the late growing season. Estimated NEP for the whole deep-water wetland over the growing season was 24 g C m(-2). Our results suggest that water depth is the major environmental control of seasonal variation in CO2 flux, whereas photosynthetic photon flux density (PPFD) controls diurnal dynamics.