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Safebed : improving safety and sustainability of recycled manure solids as bedding material for dairy cows

2025-06-23Doctoral thesis Open access
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dc.contributor.advisorOliveira, Maria Manuela Castilho Monteiro de
dc.contributor.advisorBexiga, José Ricardo Dias
dc.contributor.advisorFangueiro, David Paulo
dc.contributor.authorPires, Ana José de Oliveira Nunes
dc.date.accessioned2025-07-22T21:23:42Z
dc.date.available2025-07-22T21:23:42Z
dc.date.issued2025-06-23
dc.descriptionTese especialmente elaborada para obtenção do grau de Doutor em Ciências Veterinárias na especialidade de Sanidade Animalpt_PT
dc.description.abstractABSTRACT - SAFEBED: IMPROVING SAFETY AND SUSTAINABILITY OF RECYCLED MANURE SOLIDS AS BEDDING MATERIAL FOR DAIRY COWS - Antimicrobial resistance (AMR) and the environmental impact of livestock production pose significant challenges to sustainable dairy farming. The use of recycled manure solids (RMS) as bedding material offers economic and environmental benefits but raises concerns regarding microbial safety, including the persistence of antimicrobial-resistant bacteria and potential pathogens. This study evaluated the effects of biochar supplementation in RMS to mitigate AMR risks, enhance microbial safety, and reduce environmental emissions. Fresh RMS samples were collected from a commercial dairy farm and divided into five treatments: non-supplemented RMS (C-), acidified RMS (C+), and RMS supplemented with 2.5%, 5%, or 10% biochar. Samples were incubated for 30 days at ambient temperature, with assessments on Days 0, 5, 15, and 30. Two assays were conducted: one in a humid period (April–May) and another in a dry period (June–July). Microbial analyses included bacterial quantification, Escherichia coli and Enterococcus spp. isolation, AMR and virulence profiling, and 16S rDNA sequencing for microbial community shifts. In parallel, the environmental study examined RMS characteristics, nutrient retention, and greenhouse gas (GHG) emissions. Results from the bacterial quantification revealed no statistically significant reduction in E. coli and Enterococcus spp. counts with biochar supplementation. However, trends suggested a potential decrease in AMR and virulence factors, with reductions observed in oxytetracycline resistance and biofilm formation. In contrast, the microbiome analysis demonstrated a significant reduction in bacterial loads, with 5% biochar leading to a 59.50% decrease under humid conditions. However, Brucella spp. and Pseudomonas spp. increased in biochar amended RMS. Environmentally, the supplementation with 10% biochar significantly reduced CO₂ (32%) and N₂O (47%) emissions, stabilized nitrogen, and minimized volatilization losses. However, methane emissions were largely unaffected. Addicionally, Biochar supplementation increased micronutrient and heavy metal concentrations (except for molybdenum), as well as potassium and magnesium levels, while decreasing sodium, phosphorus, and total organic carbon content. This study highlights biochar’s potential for improving microbial safety and environmental sustainability in dairy farming. Further research should optimize biochar concentrations, assess long-term effects, and evaluate field-scale applications to fully harness its role in sustainable manure managementpt_PT
dc.description.abstractRESUMO - SAFEBED: MELHORAR A SEGURANÇA E SUSTENTABILIDADE DE SÓLIDOS DE ESTRUME RECICLADO COMO MATERIAL DE CAMA PARA VACAS LEITEIRAS - A resistência aos antimicrobianos (RAM) e o impacto ambiental da pecuária leiteira representam desafios críticos para a sustentabilidade do setor. A reutilização de sólidos de estrume reciclado (SER) como material de cama oferece benefícios, mas levanta preocupações quanto à segurança microbiana. Este estudo avaliou o impacto da suplementação de biochar no SER para mitigar riscos de RAM, melhorar a segurança microbiana e reduzir emissões ambientais. Amostras de SER foram recolhidas de uma exploração leiteira e sujeitas a cinco tratamentos: SER não suplementado (C-), acidificado (C+) e suplementado com 2,5%, 5% ou 10% de biochar. As amostras foram incubadas durante 30 dias à temperatura ambiente, com análises aos dias 0, 5, 15 e 30. Foram realizados dois ensaios, um em período húmido (abril-maio) e outro em período seco (junho-julho). A caracterização incluiu quantificação bacteriana, isolamento de Escherichia coli e Enterococcus spp., perfis de RAM e virulência, sequenciação de 16S rDNA para avaliar alterações na comunidade microbiana e avaliação das propriedades químicas, da retenção de nutrientes e das emissões de gases com efeito de estufa (GEE). Relativamente à quantificação bacteriana não foram registadas reduções significativas de E. coli e Enterococcus spp., embora tenha sido observada uma tendência de diminuição na resistência a oxitetraciclina e na formação de biofilme. Em contraste, a analise do microbiona revelou uma redução significativa da carga bacteriana, com 5% de biochar a reduzir 59,50% das contagens sob condições húmidas, embora tenha sido registado um aumento de Brucella spp. e Pseudomonas spp. Adicionalmente a 10% de biochar reduziu as emissões de CO₂ (32%) e N₂O (47%), estabilizou o azoto e minimizou perdas por volatilização, sem impacto significativo nas emissões de metano. A análise química indicou um aumento de micronutrientes e metais pesados (exceto molibdénio), além de um aumento nos teores de potássio e magnésio e uma redução de sódio, fósforo e carbono orgânico total. Este estudo destaca o potencial do biochar na mitigação da RAM e na sustentabilidade da produção leiteira. No entanto, são necessários estudos adicionais para otimizar as concentrações aplicadas, avaliar efeitos a longo prazo e validar a sua aplicação em larga escalapt_PT
dc.description.versionN/Apt_PT
dc.identifier.citationPires AJON. 2025. Safebed : improving safety and sustainability of recycled manure solids as bedding material for dairy cows [dissertation]. Lisboa: FMV-Universidade de Lisboapt_PT
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10400.5/102296
dc.language.isoengpt_PT
dc.publisherUniversidade de Lisboa, Faculdade de Medicina Veterináriapt_PT
dc.relationSafeBed: Improving safety and sustainability of recycled manure solids as bedding material for dairy cows
dc.relationCentre for Interdisciplinary Research in Animal Health
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/pt_PT
dc.subjectBiocharpt_PT
dc.subjectRecycled manure solidspt_PT
dc.subjectAntimicrobial resistancept_PT
dc.subjectMicrobiome modulationpt_PT
dc.subjectEnvironmental sustainabilitypt_PT
dc.subjectGreenhouse gas emissionspt_PT
dc.subjectOne Healthpt_PT
dc.subjectBiocharpt_PT
dc.subjectSólidos de estrume recicladopt_PT
dc.subjectResistência antimicrobianapt_PT
dc.subjectModulação do microbiomapt_PT
dc.subjectSustentabilidade ambientalpt_PT
dc.subjectEmissões de gases com efeito de estufapt_PT
dc.subjectUma-só-saúdept_PT
dc.titleSafebed : improving safety and sustainability of recycled manure solids as bedding material for dairy cowspt_PT
dc.typedoctoral thesis
dspace.entity.typePublication
oaire.awardTitleSafeBed: Improving safety and sustainability of recycled manure solids as bedding material for dairy cows
oaire.awardTitleCentre for Interdisciplinary Research in Animal Health
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oaire.fundingStream6817 - DCRRNI ID
oaire.fundingStreamConcurso de avaliação no âmbito do Programa Plurianual de Financiamento de Unidades de I&D (2017/2018) - Financiamento Base
oaire.fundingStreamConcurso de avaliação no âmbito do Programa Plurianual de Financiamento de Unidades de I&D (2017/2018) - Financiamento Programático
oaire.fundingStreamConcurso para Atribuição do Estatuto e Financiamento de Laboratórios Associados (LA)
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project.funder.nameFundação para a Ciência e a Tecnologia
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