Litopenaeus vannamei, ofte kjent som stillehavshvit reke, er en euryhaline-art verdsatt for sin høye kjøttutbytte, sterke stresstoleranse og raske vekst. Det er en av de viktigste rekeartene som dyrkes i Kina. For tiden inkluderer de primære oppdrettsmodellene for L. vannamei i Kina utendørs dammer, små drivhusdammer og-dammer på høyt nivå. Imidlertid kan innenlandsk produksjon fortsatt ikke møte markedets etterspørsel, noe som krever betydelig import. Dessuten har den raske utvidelsen av modeller som små drivhusoppdrett avslørt problemer som et ufullstendig teknisk rammeverk, hyppige sykdomsutbrudd og utfordringer med å behandle avløpsvann. På bakgrunn av å gå inn for ressursbevaring og bærekraftig utvikling, har det resirkulerende akvakultursystemet (RAS), anerkjent som en intensiv, effektiv og miljøvennlig oppdrettsmodell, fått bred oppmerksomhet i næringen de siste årene.
RAS bruker industrielle metoder for å aktivt regulere vannmiljøet. Den har lavt vannforbruk, et lite fotavtrykk, minimal miljøforurensning og gir sikre produkter av høy-kvalitet med færre sykdommer og høyere besetningstetthet. Produksjonen er stort sett ubegrenset av geografi eller klima. Denne modellen har høy ressursutnyttelseseffektivitet og er preget av høye investeringer og høy produksjon, noe som representerer en avgjørende vei mot en bærekraftig utvikling av havbruksnæringen. For tiden er innenlandsk oppdrett av L. vannamei konsentrert i kystområder, hovedsakelig ved bruk av naturlig sjøvann. Regioner i innlandet, begrenset av tilgjengelighet av vannkilder og miljøbestemmelser, står overfor et betydelig misforhold mellom tilbud og etterspørsel fra forbrukere. Utforskning av RAS ved bruk av kunstig sjøvann i innlandsområder har stor betydning for å forsyne lokale markeder og fremme regional økonomisk utvikling. Dette eksperimentet konstruerte med suksess et innendørs RAS for L. vannamei i en innlandssetting og gjennomførte en vellykket dyrkingssyklus. Metodene og dataene vedrørende systemkonstruksjon, kunstig sjøvannsbehandling og gårdsdrift kan tjene som referanse for L. vannamei-oppdrett i innlandet.
1. Materialer og metoder
1.1 Materialer
Forsøket ble utført ved Sichuan-provinsen Leiocassis longirostris Original Breeding Farm. Post-larven L. vannamei (P5-stadiet) ble hentet fra Huanghua-basen til Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd., og var ved god helse. Fôret som ble brukt var merket "Xia Gan Qiang" fra Tongwei Group Co., Ltd. Hovedkomponentene var: råprotein større enn eller lik 44,00 %, råfett større enn eller lik 6,00 %, råfiber mindre enn eller lik 5,00 %, og råaske mindre enn eller lik 16,00 %.
1.2 Kunstig sjøvannsforberedelse
Grunnvann fra en brønn ble brukt som kildevann. Det ble sekvensielt behandlet med desinfeksjon (blekepulver 30 mg/L, luftet i 72 timer), restklorfjerning (natriumtiosulfat, 15 mg/L) og avgiftning [Ethylendiamintetraeddiksyre (EDTA), 10–30 mg/L] før den ble brukt til kunstig sjøvannsbehandling.
Kunstig sjøvann med en saltholdighet på 8 ble fremstilt ved å bruke havsaltkrystaller som hovedingrediens; dens primære komponenter er oppført iTabell 1. Mat-CaCl₂, MgSO₄ og KCl ble brukt som supplement til Ca-, Mg- og K-elementer. Etter tilberedning ble NaHCO3 av mat-kvalitet brukt for å justere den totale alkaliniteten til 250 mg/L (som CaCO3), og NaHCO3 sammen med sitronsyremonohydrat ble brukt for å justere pH til 8,2–8,4.
1.3 RAS-konstruksjon
1.3.1 Overordnet designkonsept
Ved å kombinere uavhengig design med integrert applikasjon, ble et RAS for L. vannamei konstruert ved bruk av fysisk behandling og biofiltrering i flere-trinn. Tilsvarende systemdriftsstrategier, protokoller for justering av vannkvalitet og vitenskapelige fôringsstrategier ble implementert i henhold til rekens vekstkrav på forskjellige stadier, med sikte på stabil drift, økonomisk innsats og effektiv produksjon.
1.3.2 Hovedprosessflyt og tekniske parametere
Et eksisterende container-basert fiskeoppdrettssystem ble modifisert for å etablere L. vannamei RAS, bestående av kulturtanker, en komposittskall/partikkeloppsamlingsanordning (tre-drenering), biofilter, sirkulasjonspumper osv. Prosessflyten er vist iFigur 1.
Systemets totale prosjekterte vannvolum var 750 m³, med et vannbehandlingssystemvolum på 150 m³ og et effektivt kulturvolum på 600 m³. Den beregnede kulturbelastningen var 7 kg/m³. Viktige tekniske parametere er oppført iTabell 2.
1.3.3 Konstruksjonsdesign
De seks åttekantede kulturtankene var arrangert i to rader. Med tanke på administrasjonsvennlighet, miljøstabilitet og investeringskostnader, var hovedstrukturen til tankene murstein-betong. Mål var: lengde 10,0 m, bredde 10,0 m, dybde 1,2 m, med kuttekanter på 3,0 m. Den effektive vannmengden per tank var 100 m³. Tankbunnen hadde en helning (16%) mot det sentrale avløpet (Figur 2).
Treveis dreneringsanordningen besto av en sentral oppsamler (for døde reker, skjell og store partikler), en vertikal strømningssedimentasjonsoppsamler (for ødelagte skjell, middels partikler, avføring) og en sifonside-avløpsoppsamlingsboks (for fine skjell og små-til{{3}Figur 2).
Den ene siden av kondisjoneringstanken inneholdt en plastbørstemedieramme for oppsamling og fjerning av skjell og partikler fra tankutslippet. Justeringer for kalsium, magnesium, total alkalitet og pH kan gjøres i denne tanken. Tankvolumet var 20 m³, med en hydraulisk retensjonstid på 0,13 timer.
Sirkulasjonspumpen var plassert på den andre siden av kondisjoneringstanken, og brukte en enkelt-trinnspumpe for energieffektivitet. Basert på rekeøkologi og belastning ble resirkulasjonshastigheten beregnet til 2–6 ganger/dag. Pumpestrømningshastigheten var 150 m³/t, fallhøyde 10 m, effekt 5,5 kW.
Børstefilteret var utstyrt med flere filterposer. Posene ble koblet via rørdeler til filterinntaket, festet med klemmer. Avløp kom inn i posene via rør. Posene var laget av polypropylen (PP), fylt med plastbørstemedier, som effektivt fanger opp partikler større enn 0,125 mm. Den elastiske medietanken besto av tankkroppen (rektangulær, dybde 2 m), gitterrammer (parallell med overflaten) og elastiske medier installert på rammene (Figur 3). Mediet bestod av mange doble-plastringer med polyesterfilamenter, og dannet fiberbunter fordelt over hele tanken. Arbeidsprinsippet innebar å skape en langsom-sedimenteringseffekt via medias avskjæring og utnytte biofilmen som dannes på overflaten for å absorbere, dekomponere og transformere uorganisk nitrogen og fosfor.
Biofilteret inkluderte tankkroppen (rektangulær, dybde 2 m), luftekomponenter og bio-media (Figur 4). Lufteenheten inkluderte luftfordelingsrør. Luft kom inn fra toppen og ble sluppet ut fra bunnen, og skapte et fullstendig blandet strømningsmønster. Tanken ble fylt med Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) media. Ved målrettet nitrifiserende forbedring og alkalinitetsjustering fester et stort antall nitrifiserende bakterier seg til media, forbruker organisk materiale og oppnår ammoniakk- og nitrittfjerning, og konstruerer dermed et nitrifiserende biofilter. Inn- og utløpsrør var på hver sin side, med utløpsskjerm på innervegg. I dette forsøket ble biofilterets effektive volum satt til 25 % av systemkulturvolumet, med et mediumfyllingsforhold på 30 %, ved bruk av K5-medier.
Systemlufting kombinerte mekaniske og rene oksygenmetoder. Når oppløst oksygen (DO) var høy, var mekanisk lufting primært: bruk av en virvelblåser med høy-trykk og mikroporøse rør av høy-kvalitet som diffusorer for å maksimere O₂-overføringseffektiviteten og redusere støy. Når DO var lav, ble ren oksygenlufting supplert: ved hjelp av en oksygengenerator + mikro-boblevannspropell. Oksygengeneratoren gir ut O₂-konsentrasjon over 90 %, spredt via en nano-keramisk skive i propellen. Under høy belastning fungerte en oksygengenerator + oksygenkjeglekombinasjon som hjelpelufting, ved å bruke en boosterpumpe for å lage oksygen-overmettet vann i kjeglen.
1.4 Måling av vannkvalitet
Konsentrasjoner av ammoniakk og nitritt (som N) ble målt ved hjelp av en Aokedan multi-parameter vannanalysator. Total Suspended Solids (TSS) ble målt ved hjelp av en Hach DR 900 multi-parameteranalysator.
1.5 Gårdsdrift og systemdrift
Rettssaken startet 8. august 2022 og varte i 74 dager. Alle seks tankene var på lager. Besetningsstørrelsen var 961 individer/kg, tetthet ca. 403 individer/m³, totalt 241 800 post-larver. Fôringsfrekvensen var 6 ganger/dag, med en daglig rasjon som gikk ned fra ca. 7,0 % (tidlig) til 2,5 % (sent) av estimert biomasse.
Systemsirkulasjonen startet 3 dager etter-lageret, først med 2 sykluser/dag, økende til 4 sykluser/dag senere. Tidlig i forsøket skjedde daglig drenering, bare påfyll av vann gikk tapt til drenering og fordampning. Senere fulgte drenering etter hver fôring (1 time etter), med daglig vannutskifting under 10 % av det tidlige-stadiet etterfyllingsvolum.
Mekanisk lufting (virvelblåser) ble brukt til å begynne med. På grunn av økt systembelastning senere ble det brukt en kombinasjon av mekanisk lufting, oksygengenerator + nano-keramisk skive og oksygengenerator + oksygenkjegle.
DO, temperatur, pH, ammoniakk og nitritt i tankene ble målt regelmessig. Rekevekst og fôring ble observert og registrert.
1.6 Databehandling og -analyse
Data ble organisert ved hjelp av WPS Office Excel. Grafer ble laget med Origin 2021.
Følgende formler ble brukt til å beregne vannutvekslingshastighet (R), fôrkonverteringsforhold (FCR), og overlevelsesrate (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Hvor: R er daglig vannutvekslingshastighet (%/d); V1 er totalt byttet vannvolum (m3); V er totalt systemvannvolum (m³); t er kulturdager (d). FCRer fôrkonverteringsforhold; W er total innmating (kg); Wₜ og W₀ er endelig slaktemasse og initial besetningsmasse (kg). RSer overlevelsesrate (%); S er totalt antall høstet (individer); N er totalt antall lagerførte (individer).
2. Resultater
2.1 Vannutveksling
I løpet av forsøket var den totale vannutskiftningen 1000 m³, med en gjennomsnittlig dagsutveksling på 1,8 %.
2.2 Ammoniakk og nitritt
Ammoniakkkonsentrasjonen i tankene holdt seg under 1,3 mg/L (unntatt dag 5), og nitrittkonsentrasjonen holdt seg under 1,6 mg/L, begge på relativt stabile nivåer (Figur 5).
I det tidlige stadiet (første 15 dager) reduserte tankammoniakk raskt mens nitritt økte raskt, noe som indikerer biofilmetablering i biofilteret og omdannelse av ammoniakk til nitritt. På midten av-stadiet (15–50 dager), med økt fôring, holdt ammoniakk- og nitrittkonsentrasjonene seg stabile, noe som indikerer synkronisert ammoniakk- og nitrittoksidasjon i biofilteret og stabil systemdrift. Etter dag 50 viste både ammoniakk og nitritt en nedadgående trend, noe som muligens tyder på økt nitrifikasjonskapasitet og et mer modent system. Dette kunne ikke bekreftes ytterligere da rettssaken ble avsluttet.
Figur 6viser at ammoniakktrender i biofilterinnløpet og -utløpet var like, men gapet mellom kurvene ble gradvis utvidet, noe som indikerer forbedret ammoniakkfjerning. Nitrittkurvene for innløp og utløp overlappet nesten og viste ikke en generell økende trend, noe som tyder på at systemet opprettholdt nitrittoksidasjonskapasiteten til slutten.
2.3 Oppløst oksygen og total alkalinitet
Som vist iFigur 7Til tross for økende systembelastning, holdt de kombinerte luftemetodene tankens DO over 6 mg/L. Videre, ved å tilsette NaHC03, ble total alkalitet opprettholdt mellom 175–260 mg/L.
2.4 Totalt suspendert stoff
Trender i TSS-konsentrasjon på viktige systempunkter er vist iFigur 8. TSS i tilløpet til vertikalstrømsedimentoppsamleren og sifonsideboksen (en del av tre-dreneringen) reflekterte TSS-trender i tankene. Totalt sett økte TSS gradvis, og stabiliserte seg i midten av-sene stadier (etter dag 35), og viste en synkende trend gjennom påfølgende behandlingsstadier.
2.5 Oppdrettsresultater
Total besetning var 241 800 post-larver med en gjennomsnittlig størrelse på 0,52 g, fordelt på 6 tanker med en gjennomsnittlig tetthet på 403 individer/m³. Etter 74 dager var total høsting 3 012,2 kg, gjennomsnittlig størrelse 15,82 g, gjennomsnittlig overlevelse 78,75 %, gjennomsnittlig avling 5,02 kg/m³. Total innmating var 3 386,51 kg, FCR1.18. Beregnede kostnader (frø, fôr, helseprodukter, elektrisitet, kunstig sjøvann, desinfeksjon) var 155 870,6 CNY. Inntekter fra rekesalg var 192 780,8 CNY, noe som resulterte i et overskudd på 36 910,2 CNY for syklusen.
3. Diskusjon
De siste årene har RAS blitt en svært lovende retning for L. vannamei-oppdrett. Denne utprøvingen konstruerte en RAS inkludert kulturtanker, komposittskall/partikkeloppsamling, børstefilter, biofilter og lufteutstyr, og gjennomførte vellykket en syklus med innendørs jordbruk.
Sammenlignet med tradisjonell RAS er dette systemet enklere. Strukturelt sett utelot den utstyr som trommelfiltre og proteinskimmere, som har relativt høyere faste kostnader og vedlikeholdskostnader. I stedet brukte den enklere vannbehandlingsenheter for å lage en komposittbehandling på flere-nivåer for partikler og oppløste forurensninger, og oppnådde god vannkvalitetskontroll med enklere prosesser og lavere kostnader.
Ved å bruke ulike vannkvalitetshåndteringsmetoder skreddersydd til ulike vekststadier og systembelastninger, holdt systemet ammoniakk og nitritt under henholdsvis 1,3 og 1,6 mg/L, og DO over 6 mg/L, og oppnådde til slutt et utbytte på 5,02 kg/m³. Dette er nær resultater fra Yang Jing et al. Videre kontrollerte vannbehandlingssystemet den gjennomsnittlige daglige valutakursen til 1,8 %, og utnyttet behandlingskapasiteten fullt ut og reduserte kostnadene betydelig.
RAS tilbyr miljøfordeler, produktsikkerhet og færre sykdommer. På grunn av transportbegrensninger har L. vannamei et stort markedspotensial i innlandet. Gjennomføring av RAS for L. vannamei i innlandet er i tråd med bransjetrender. Nåværende rekeoppdrett i innlandet er primært ferskvann, med avling og kvalitet som henger etter havoppdrett. Bruk av kunstig sjøvann i dette forsøket løste delvis dette gapet. Den nåværende høye kostnaden for kunstig sjøvann nødvendiggjør imidlertid optimalisering av RAS-prosesser for nitrogen- og fosforfjerning for å muliggjøre gjenbruk av vann, som er en effektiv måte å redusere kostnader på og bør være et sentralt forskningsfokus for L. vannamei RAS i innlandet.
FCRer en viktig indikator for RAS-ytelse. Den endelige FCRpå 1,18 i dette forsøket er sammenlignbart med tradisjonell intensivdrift. Som et lukket system ligger RAS sin fordel i gjenbruk av input. Basert på å forbedre vannbehandlingskapasiteten, formulere presise fôringsstrategier for å senke FCRbør være neste optimaliseringsfokus.