Litopenaeus vannamei, almindeligvis kendt som den hvide stillehavsreje, er en euryhalineart, der værdsættes for sit høje kødudbytte, stærke stresstolerance og hurtige vækst. Det er en af de vigtigste rejearter, der opdrættes i Kina. I øjeblikket omfatter de primære landbrugsmodeller for L. vannamei i Kina udendørs damme, små drivhusdamme og damme på højt-niveau. Den indenlandske produktion kan dog stadig ikke imødekomme markedets efterspørgsel, hvilket nødvendiggør betydelig import. Desuden har den hurtige udvidelse af modeller som små drivhusbrug afsløret problemer som en ufuldstændig teknisk ramme, hyppige sygdomsudbrud og udfordringer med rensning af spildevand. På baggrund af fortalere for ressourcebevarelse og bæredygtig udvikling har det recirkulerende akvakultursystem (RAS), der er anerkendt som en intensiv, effektiv og miljøvenlig landbrugsmodel, høstet bred opmærksomhed i industrien i de seneste år.
RAS anvender industrielle metoder til aktivt at regulere vandmiljøet. Den har lavt vandforbrug, et lille fodaftryk, minimal miljøforurening og giver sikre produkter af høj-kvalitet med færre sygdomme og højere belægningstæthed. Dens produktion er stort set ubegrænset af geografi eller klima. Denne model kan prale af høj ressourceudnyttelseseffektivitet og er kendetegnet ved høje investeringer og høj output, hvilket repræsenterer en afgørende vej mod bæredygtig udvikling af akvakulturindustrien. I øjeblikket er husdyrbrug af L. vannamei koncentreret i kystområder, primært ved at udnytte naturligt havvand. Indlandsregioner, der er begrænset af tilgængelighed af vandkilder og miljøbestemmelser, står over for et betydeligt misforhold mellem udbud og forbrugerefterspørgsel. Udforskning af RAS ved hjælp af kunstigt havvand i indre områder har stor betydning for at forsyne lokale markeder og fremme regional økonomisk udvikling. Dette eksperiment konstruerede med succes et indendørs RAS for L. vannamei i et landområde og gennemførte en vellykket dyrkningscyklus. Metoderne og dataene vedrørende systemkonstruktion, kunstig havvandsforberedelse og farm management kan tjene som reference for L. vannamei-landbrug.
1. Materialer og metoder
1.1 Materialer
Forsøget blev udført på Sichuan-provinsen Leiocassis longirostris Original Breeding Farm. Post-larven L. vannamei (P5-stadiet) blev hentet fra Huanghua-basen i Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd. og var ved godt helbred. Det anvendte foder var mærket "Xia Gan Qiang" fra Tongwei Group Co., Ltd. Dets hovedkomponenter var: råprotein større end eller lig med 44,00%, råfedt større end eller lig med 6,00%, råfibre mindre end eller lig med 5,00% og råaske mindre end eller lig med 16,00%.
1.2 Kunstig havvandsforberedelse
Grundvand fra en brønd blev brugt som kildevand. Det blev sekventielt behandlet med desinfektion (blegepulver 30 mg/L, beluftet i 72 timer), restklorfjernelse (natriumthiosulfat, 15 mg/L) og afgiftning [Ethylendiamintetraeddikesyre (EDTA), 10-30 mg/L], før det blev brugt til kunstig havvandsforberedelse.
Kunstigt havvand med en saltholdighed på 8 blev fremstillet under anvendelse af havsaltkrystaller som hovedingrediens; dens primære komponenter er opført iTabel 1. CaCl₂, MgSO₄ og KCl i fødevarekvalitet blev brugt til at supplere Ca-, Mg- og K-elementer. Efter tilberedning blev NaHCO₃ af fødevare-kvalitet brugt til at justere den totale alkalinitet til 250 mg/L (som CaCO₃), og NaHCO₃ sammen med citronsyremonohydrat blev brugt til at justere pH til 8,2-8,4.
1.3 RAS Konstruktion
1.3.1 Overordnet designkoncept
Ved at kombinere uafhængigt design med integreret applikation blev der konstrueret et RAS for L. vannamei ved at bruge fysisk behandling og biofiltrering i flere-trin. Tilsvarende systemdriftsstrategier, protokoller for justering af vandkvalitet og videnskabelige fodringsstrategier blev implementeret i overensstemmelse med rejernes vækstkrav på forskellige stadier med henblik på stabil drift, økonomisk input og effektiv produktion.
1.3.2 Hovedprocesflow og tekniske parametre
Et eksisterende container-baseret fiskeopdrætssystem blev modificeret for at etablere L. vannamei RAS, bestående af kulturtanke, en kompositskal/partikelopsamlingsanordning (tre-dræning), biofilter, cirkulationspumper osv. Procesflowet er vist iFigur 1.
Systemets samlede projekterede vandvolumen var 750 m³, med et vandbehandlingssystemvolumen på 150 m³ og et effektivt dyrkningsvolumen på 600 m³. Den beregnede kulturbelastning var 7 kg/m³. De vigtigste tekniske parametre er angivet iTabel 2.
1.3.3 Konstruktionsdesign
De seks ottekantede kulturtanke var arrangeret i to rækker. I betragtning af ledelseskomfort, miljøstabilitet og investeringsomkostninger var tankenes hovedstruktur-murstensbeton. Dimensioner var: længde 10,0 m, bredde 10,0 m, dybde 1,2 m, med afskårne kanter på 3,0 m. Den effektive vandmængde pr. tank var 100 m³. Tankbunden havde en hældning (16%) mod det centrale afløb (Figur 2).
Tre-dræningsanordningen bestod af en central opsamler (til døde rejer, skaller og store partikler), en vertikal flow sedimentationsopsamler (til knækkede skaller, mellemstore partikler, afføring) og en sifonside-drænopsamlingsboks (til fine skaller og små-}til{{3}Figur 2).
Den ene side af konditioneringstanken indeholdt en plastikbørstemedieramme til opsamling og fjernelse af skaller og partikler fra tankudløbet. Justeringer for calcium, magnesium, total alkalinitet og pH kunne foretages i denne tank. Tankvolumen var 20 m³ med en hydraulisk retentionstid på 0,13 timer.
Cirkulationspumpen var placeret på den anden side af konditioneringstanken ved at bruge en enkelt-pumpe til energieffektivitet. Baseret på rejeøkologi og belastning blev recirkulationshastigheden beregnet til 2-6 gange/dag. Pumpeflowhastigheden var 150 m³/h, løftehøjde 10 m, effekt 5,5 kW.
Børstefilteret var udstyret med flere filterposer. Poserne blev forbundet via rørfittings til filterindløbet, fastgjort med klemmer. Spildevand kom ind i poserne via rør. Poserne var lavet af polypropylen (PP), fyldt med plastikbørstemedier, der effektivt opfanger partikler større end 0,125 mm. Den elastiske medietank bestod af tanklegemet (rektangulært, dybde 2 m), gitterrammer (parallelt med overfladen) og elastiske medier installeret på rammerne (Figur 3). Mediet bestod af adskillige plastringe med dobbelt-ringe med polyesterfilamenter, der dannede fiberbundter fordelt i hele tanken. Dets arbejdsprincip involverede at skabe en langsom-flow sedimentationseffekt via mediets opfangning og udnyttelse af biofilmen dannet på overfladen til at absorbere, nedbryde og omdanne uorganisk nitrogen og fosfor.
Biofilteret omfattede tanklegemet (rektangulært, dybde 2 m), beluftningskomponenter og bio-medier (Figur 4). Beluftningsenheden inkluderede luftfordelingsrør. Luft kom ind fra toppen og blev frigivet fra bunden, hvilket skabte et fuldstændigt blandet strømningsmønster. Tanken blev fyldt med Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) medier. Ved målrettet nitrifikationsforøgelse og alkalinitetsjustering fastgøres et stort antal nitrificerende bakterier til mediet, som forbruger organisk stof og opnår ammoniak- og nitritfjernelse, og dermed konstruerer et nitrificerende biofilter. Indløbs- og udløbsrør var på modsatte sider, med en udløbsskærm på indervæggen. I dette forsøg blev biofilterets effektive volumen indstillet til 25 % af systemkulturvolumenet med et mediefyldforhold på 30 % ved anvendelse af K5-medier.
Systembeluftning kombinerede mekaniske og rene oxygenmetoder. Når opløst ilt (DO) var høj, var mekanisk beluftning primært: Brug af en høj-hvirvelblæser og mikroporøse rør af høj-kvalitet som diffusorer for at maksimere O₂-overførselseffektiviteten og reducere støj. Når DO var lav, blev ren iltbeluftning suppleret: ved hjælp af en iltgenerator + mikro-boblevandspropel. Iltgeneratoren udsender O₂-koncentration over 90 %, spredt via en nano-keramisk skive i propellen. Under høj belastning fungerede en kombination af iltgenerator og iltkegle som ekstra beluftning ved at bruge en boosterpumpe til at skabe ilt-overmættet vand i keglen.
1.4 Vandkvalitetsmåling
Ammoniak og nitrit (som N) koncentrationer blev målt ved hjælp af en Aokedan multi-parameter vandanalysator. Total Suspended Solids (TSS) blev målt ved hjælp af en Hach DR 900 multi-parameteranalysator.
1.5 Farm Management og systemdrift
Retssagen begyndte den 8. august 2022 og varede 74 dage. Alle seks tanke var på lager. Belægningsstørrelsen var 961 individer/kg, tætheden ca. 403 individer/m³, i alt 241.800 post-larver. Fodringshyppigheden var 6 gange/dag, med en daglig ration faldende fra ca. 7,0 % (tidlig) til 2,5 % (sen) af estimeret biomasse.
Systemcirkulationen startede 3 dage efter-oplagring, i begyndelsen med 2 cyklusser/dag, stigende til 4 cyklusser/dag senere. Tidligt i forsøget forekom daglig dræning, kun genopfyldning af vand tabt til dræning og fordampning. Senere fulgte dræning efter hver fodring (1 time efter), med daglig vandudskiftning under 10 % af genopfyldningsvolumen på det tidlige-stadium.
Mekanisk beluftning (hvirvelblæser) blev oprindeligt brugt. På grund af øget systembelastning senere blev der brugt en kombination af mekanisk beluftning, oxygengenerator + nano-keramisk skive og oxygengenerator + oxygenkegle.
DO, temperatur, pH, ammoniak og nitrit i tankene blev målt regelmæssigt. Rejevækst og fodring blev observeret og registreret.
1.6 Databehandling og -analyse
Data blev organiseret ved hjælp af WPS Office Excel. Grafer blev oprettet ved hjælp af Origin 2021.
Følgende formler blev brugt til at beregne vandudvekslingshastighed (R), foderomsætningsforhold (FCR), og overlevelsesrate (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Hvor: R er den daglige vandudvekslingshastighed (%/d); V1 er total udvekslet vandvolumen (m3); V er systemets samlede vandvolumen (m³); t er kulturdage (d). FCRer foderomsætningsforhold; W er total tilførsel (kg); Wₜ og W₀ er endelig høstmasse og startbelægningsmasse (kg). RSer overlevelsesrate (%); S er det samlede antal høstede (individer); N er det samlede antal på lager (individer).
2. Resultater
2.1 Vandudskiftning
Under forsøget var den samlede vandudskiftning 1.000 m³ med en gennemsnitlig dagsudveksling på 1,8%.
2.2 Ammoniak og nitrit
Ammoniakkoncentrationen i tankene forblev under 1,3 mg/L (undtagen dag 5), og nitritkoncentrationen forblev under 1,6 mg/L, begge ved relativt stabile niveauer (Figur 5).
I det tidlige stadie (første 15 dage) faldt tankammoniak hurtigt, mens nitrit steg hurtigt, hvilket indikerer biofilmetablering i biofilteret og omdannelse af ammoniak til nitrit. I det midterste-stadium (15-50 dage), med øget fodring, forblev ammoniak- og nitritkoncentrationerne stabile, hvilket indikerer synkroniseret ammoniak- og nitritoxidation i biofilteret og stabil systemdrift. Efter dag 50 viste både ammoniak og nitrit en nedadgående tendens, hvilket muligvis tyder på øget nitrifikationskapacitet og et mere modent system. Dette kunne ikke bekræftes yderligere, da retssagen sluttede.
Figur 6viser, at ammoniaktendenserne i biofilterets indløb og udløb var ens, men afstanden mellem kurverne blev gradvist udvidet, hvilket tyder på forbedret ammoniakfjernelse. Nitritkurverne for indløb og udløb overlappede næsten hinanden og viste ikke en samlet stigende tendens, hvilket tyder på, at systemet bibeholdt nitritoxidationskapaciteten indtil slutningen.
2.3 Opløst ilt og total alkalinitet
Som vist iFigur 7På trods af stigende systembelastning holdt de kombinerede beluftningsmetoder tank DO over 6 mg/L. Ved tilsætning af NaHC03 blev den totale alkalinitet desuden opretholdt mellem 175-260 mg/L.
2.4 Samlet suspenderet fast stof
Tendenser i TSS-koncentration på vigtige systempunkter er vist iFigur 8. TSS i indstrømningen til den vertikale flow sedimentopsamler og sifonsidekassen (en del af tre-dræningen) afspejlede TSS-tendenser i tanke. Generelt steg TSS gradvist og stabiliserede sig i de midterste-se stadier (efter dag 35) og viste en faldende tendens gennem successive behandlingsstadier.
2.5 Landbrugsresultater
Den samlede belægning var 241.800 post-larver ved en gennemsnitlig størrelse på 0,52 g på tværs af 6 tanke med en gennemsnitlig tæthed på 403 individer/m³. Efter 74 dage var den samlede høst 3.012,2 kg, gennemsnitlig størrelse 15,82 g, gennemsnitlig overlevelse 78,75%, gennemsnitsudbytte 5,02 kg/m³. Samlet fodertilførsel var 3.386,51 kg, FCR1.18. De beregnede omkostninger (frø, foder, sundhedsprodukter, elektricitet, kunstigt havvand, desinfektion) beløb sig til 155.870,6 CNY. Omsætningen fra rejesalg var 192.780,8 CNY, hvilket resulterede i et overskud på 36.910,2 CNY for cyklussen.
3. Diskussion
I de senere år er RAS blevet en meget lovende retning for L. vannamei-landbruget. Dette forsøg konstruerede en RAS inklusive kulturtanke, kompositskal/partikelopsamling, børstefilter, biofilter og beluftningsudstyr og gennemførte med succes en cyklus med indendørs landbrug.
Sammenlignet med traditionel RAS er dette system enklere. Strukturelt udelod den udstyr som tromlefiltre og proteinskimmere, som har relativt højere faste omkostninger og vedligeholdelsesomkostninger. I stedet brugte den enklere vandbehandlingsenheder til at skabe en kompositbehandling på flere niveauer for partikler og opløste forurenende stoffer, hvilket opnåede god vandkvalitetskontrol med enklere processer og lavere omkostninger.
Ved at anvende forskellige vandkvalitetsmetoder skræddersyet til forskellige vækststadier og systembelastninger, holdt systemet ammoniak og nitrit under henholdsvis 1,3 og 1,6 mg/L og DO over 6 mg/L, hvilket i sidste ende opnåede et udbytte på 5,02 kg/m³. Dette er tæt på resultater fra Yang Jing et al. Desuden kontrollerede vandbehandlingssystemet den gennemsnitlige daglige vekselkurs til 1,8 %, udnyttede dets behandlingskapacitet fuldt ud og reducerede omkostningerne betydeligt.
RAS tilbyder miljømæssige fordele, produktsikkerhed og færre sygdomme. På grund af transportbegrænsninger har L. vannamei et stort markedspotentiale inde i landet. Udførelse af RAS for L. vannamei inde i landet stemmer overens med branchens tendenser. Nuværende rejeopdræt i indlandet er primært ferskvand, med udbytte og kvalitet bagud i havbrug. Brugen af kunstigt havvand i dette forsøg løste delvist dette hul. Men de nuværende høje omkostninger ved kunstigt havvand nødvendiggør optimering af RAS-processer til nitrogen- og fosforfjernelse for at muliggøre genbrug af vand, hvilket er en effektiv måde at reducere omkostninger på og bør være et centralt forskningsfokus for L. vannamei RAS.
FCRer en vigtig indikator for RAS-ydeevne. Det endelige FCRpå 1,18 i dette forsøg kan sammenlignes med traditionelt intensivt landbrug. Som et lukket system ligger RAS' fordel i genbrug af input. Baseret på forbedring af vandbehandlingskapaciteten, formulering af præcise fodringsstrategier for at sænke FCRbør være det næste optimeringsfokus.