Litopenaeus vannamei, splošno znan kot pacifiška bela kozica, je evrihalna vrsta, cenjena zaradi visokega donosa mesa, močne odpornosti na stres in hitre rasti. Je ena najpomembnejših vrst kozic, gojenih na Kitajskem. Trenutno primarni modeli gojenja za L. vannamei na Kitajskem vključujejo zunanje ribnike, majhne rastlinjake in visoke-jezerce. Vendar domača proizvodnja še vedno ne more zadovoljiti povpraševanja na trgu, zaradi česar je potreben znaten uvoz. Poleg tega je hitra širitev modelov, kot je kmetijstvo v majhnih rastlinjakih, razkrila težave, kot so nepopoln tehnični okvir, pogosti izbruhi bolezni in izzivi pri čiščenju odpadne odpadne vode. V ozadju zavzemanja za ohranjanje virov in trajnostni razvoj je Recirkulacijski sistem ribogojstva (RAS), priznan kot intenziven, učinkovit in okolju prijazen model kmetovanja, v zadnjih letih pritegnil široko pozornost v industriji.
RAS uporablja industrijske metode za aktivno uravnavanje vodnega okolja. Odlikuje ga majhna poraba vode, majhen odtis, minimalno onesnaževanje okolja in daje visoko{1}}kakovostne, varne izdelke z manj boleznimi in večjo gostoto naselitve. Njegova proizvodnja v veliki meri ni omejena z zemljepisom ali podnebjem. Ta model se ponaša z visoko učinkovitostjo izkoriščanja virov in zanj so značilne visoke naložbe in visoka proizvodnja, kar predstavlja ključno pot k trajnostnemu razvoju ribogojne industrije. Trenutno je domače gojenje L. vannamei koncentrirano na obalnih območjih, predvsem z uporabo naravne morske vode. Notranje regije, ki jih omejujejo razpoložljivost vodnih virov in okoljski predpisi, se soočajo z velikim neskladjem med ponudbo in povpraševanjem potrošnikov. Raziskovanje RAS z uporabo umetne morske vode v celinskih območjih je zelo pomembno za oskrbo lokalnih trgov in spodbujanje regionalnega gospodarskega razvoja. Ta poskus je uspešno zgradil notranji RAS za L. vannamei v celinskem okolju in izvedel uspešen cikel gojenja. Metode in podatki v zvezi z izgradnjo sistema, umetno pripravo morske vode in upravljanjem ribogojnice lahko služijo kot referenca za gojenje L. vannamei v celini.
1. Materiali in metode
1.1 Materiali
Preskus je bil izveden na farmi Leiocassis longirostris Original Breeding v provinci Sečuan. Post-ličinke L. vannamei (stadij P5) so bile pridobljene iz baze Huanghua podjetja Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd. in so bile v dobrem zdravju. Uporabljena krma je bila blagovna znamka "Xia Gan Qiang" podjetja Tongwei Group Co., Ltd. Njene glavne sestavine so bile: surove beljakovine večje ali enake 44,00 %, surova maščoba večja ali enaka 6,00 %, surova vlakna manj kot ali enaka 5,00 % in surov pepel manj kot ali enak 16,00 %.
1.2 Umetna priprava morske vode
Kot izvirna voda je bila uporabljena podtalnica iz vodnjaka. Pred uporabo za pripravo umetne morske vode je bila zaporedno obdelana z dezinfekcijo (belilni prašek 30 mg/L, prezračevana 72 ur), odstranitvijo ostankov klora (natrijev tiosulfat, 15 mg/L) in razstrupljanjem [etilendiamintetraocetna kislina (EDTA), 10–30 mg/L].
Umetna morska voda s slanostjo 8 je bila pripravljena z uporabo kristalov morske soli kot glavne sestavine; njegove glavne komponente so navedene vTabela 1. CaCl₂, MgSO₄ in KCl za živila so bili uporabljeni kot dodatek k elementom Ca, Mg in K. Po pripravi smo uporabili NaHCO₃ za hrano -za prilagoditev skupne alkalnosti na 250 mg/L (kot CaCO3), NaHCO3 skupaj z monohidratom citronske kisline pa smo uporabili za prilagoditev pH na 8,2–8,4.
1.3 Konstrukcija RAS
1.3.1 Splošni koncept oblikovanja
S kombinacijo neodvisne zasnove z integrirano aplikacijo je bil RAS za L. vannamei izdelan z uporabo več-stopenjske fizične obdelave in biofiltracije. Ustrezne strategije delovanja sistema, protokoli za prilagajanje kakovosti vode in znanstvene strategije hranjenja so bile izvedene v skladu z zahtevami rasti kozic na različnih stopnjah, s ciljem doseči stabilno delovanje, ekonomičen vložek in učinkovito proizvodnjo.
1.3.2 Glavni tok procesa in tehnični parametri
Obstoječ-sistem ribogojstva, ki temelji na zabojnikih, je bil spremenjen za vzpostavitev L. vannamei RAS, ki ga sestavljajo rezervoarji za gojenje, sestavljena naprava za zbiranje lupine/delcev (tri-smerna drenaža), biofilter, obtočne črpalke itd. Potek procesa je prikazan vSlika 1.
Skupna projektirana prostornina vode v sistemu je bila 750 m³, s prostornino sistema za čiščenje vode 150 m³ in efektivno prostornino kulture 600 m³. Projektirana obremenitev kulture je bila 7 kg/m³. Ključni tehnični parametri so navedeni vTabela 2.
1.3.3 Konstrukcijska zasnova
Šest osmerokotnih kulturnih rezervoarjev je bilo razporejenih v dveh vrstah. Glede na priročnost upravljanja, okoljsko stabilnost in investicijske stroške je bila glavna konstrukcija rezervoarjev opečno-betonska. Dimenzije so bile: dolžina 10,0 m, širina 10,0 m, globina 1,2 m, z odrezanimi robovi 3,0 m. Efektivna prostornina vode na rezervoar je bila 100 m³. Dno rezervoarja je imelo naklon (16 %) proti osrednjemu odtoku (Slika 2).
Tri{0}}smerna drenažna naprava je bila sestavljena iz osrednjega zbiralnika (za mrtve kozice, lupine in velike delce), sedimentacijskega zbiralnika z navpičnim tokom (za zlomljene lupine, srednje delce, iztrebke) in zbiralne -odtočne škatle s sifonom (za fine lupine in majhne-do-srednje delce) (Slika 2).
Ena stran posode za kondicioniranje je vsebovala okvir iz plastične krtače za zbiranje in odstranjevanje školjk in delcev iz izpusta posode. V tem rezervoarju je mogoče prilagoditi kalcij, magnezij, skupno alkalnost in pH. Prostornina rezervoarja je bila 20 m³, s hidravličnim zadrževalnim časom 0,13 h.
Obtočna črpalka je bila nameščena na drugi strani rezervoarja za kondicioniranje in je za energetsko učinkovitost uporabljala eno-stopenjsko črpalko. Glede na ekologijo in obremenitev kozic je bila stopnja recirkulacije zasnovana na 2–6-krat na dan. Pretok črpalke je bil 150 m³/h, višina 10 m, moč 5,5 kW.
Krtačni filter je bil opremljen z več filtrirnimi vrečkami. Vrečke so bile povezane s cevnimi priključki na dovod filtra, pritrjene s sponkami. Odplake so vstopale v vreče po ceveh. Vrečke so bile izdelane iz polipropilena (PP), napolnjene s plastičnimi krtačami, ki učinkovito prestrezajo delce, večje od 0,125 mm. Rezervoar z elastičnimi mediji je bil sestavljen iz telesa rezervoarja (pravokoten, globina 2 m), mrežnih okvirjev (vzporedno s površino) in elastičnih medijev, nameščenih na okvirje (Slika 3). Medij je obsegal številne plastične obroče z dvojnimi-obroči s poliestrskimi filamenti, ki so tvorili snope vlaken, razporejene po rezervoarju. Njegovo načelo delovanja je vključevalo ustvarjanje sedimentacijskega učinka počasnega-toka s prestrezanjem medijev in uporabo biofilma, oblikovanega na njegovi površini, za absorbiranje, razgradnjo in pretvorbo anorganskega dušika in fosforja.
Biofilter je vključeval telo rezervoarja (pravokotno, globina 2 m), prezračevalne komponente in bio-medij (Slika 4). Prezračevalni sklop je vključeval cevi za distribucijo zraka. Zrak je vstopal z vrha in je bil izpuščen z dna, kar je ustvarilo popolnoma mešan vzorec toka. Rezervoar je bil napolnjen z medijem reaktorja biofilma z gibljivo posteljo (MBBR). S ciljnim izboljšanjem nitrifikatorja in prilagajanjem alkalnosti se je veliko število nitrifikacijskih bakterij pritrdilo na medij, porabilo organsko snov in doseglo odstranitev amoniaka in nitritov ter tako zgradilo nitrifikacijski biofilter. Dovodna in odvodna cev sta bili na nasprotnih straneh, na notranji steni pa je bil odvodni zaslon. V tem preskušanju je bila efektivna prostornina biofiltra nastavljena na 25 % volumna sistemske kulture, z razmerjem polnjenja medija 30 % z uporabo medija K5.
Prezračevanje sistema je kombiniralo mehanske metode in metode čistega kisika. Ko je bil raztopljeni kisik (DO) visok, je bilo mehansko prezračevanje primarno: uporaba visoko{1}}vrtinčnega puhala in visoko-kakovostnih mikroporoznih cevi kot difuzorjev za povečanje učinkovitosti prenosa O₂ in zmanjšanje hrupa. Ko je bil DO nizek, je bilo dopolnjeno prezračevanje s čistim kisikom: z uporabo generatorja kisika + mikro-vodnega propelerja z mehurčki. Izhodna koncentracija O₂ generatorja kisika je nad 90 %, razpršena preko nano-keramične plošče v propelerju. Pod visoko obremenitvijo je kombinacija generatorja kisika in kisikovega stožca služila kot pomožno prezračevanje z uporabo pospeševalne črpalke za ustvarjanje s kisikom{11}}prenasičene vode v stožcu.
1.4 Merjenje kakovosti vode
Koncentracije amoniaka in nitrita (kot N) so bile izmerjene z več-parametrskim analizatorjem vode Aokedan. Skupne suspendirane trdne snovi (TSS) so bile izmerjene z več-parametrskim analizatorjem Hach DR 900.
1.5 Upravljanje kmetije in delovanje sistema
Sojenje se je začelo 8. avgusta 2022 in je trajalo 74 dni. Vseh šest cistern je bilo založenih. Velikost zasedbe je bila 961 osebkov/kg, gostota približno 403 osebkov/m³, skupaj 241.800 post{9}}ličink. Pogostost hranjenja je bila 6-krat na dan, dnevni obrok pa se je zmanjšal s približno 7,0 % (zgodaj) na 2,5 % (pozno) ocenjene biomase.
Sistemsko kroženje se je začelo 3 dni po-zalogah, sprva z 2 cikli/dan, kasneje pa se je povečalo na 4 cikle/dan. Na začetku preskušanja je prišlo do vsakodnevnega odvajanja, le dopolnjevanje vode, izgubljene zaradi odvajanja in izhlapevanja. Kasneje je odvajanje sledilo vsakemu hranjenju (1 ura po), z dnevno izmenjavo vode pod 10 % prostornine dopolnjevanja v zgodnji-fazi.
Sprva je bilo uporabljeno mehansko prezračevanje (vrtinčni puhalnik). Zaradi kasnejše povečane obremenitve sistema je bila uporabljena kombinacija mehanskega prezračevanja, generator kisika + nano-keramični disk in generator kisika + kisikov konus.
Redno so se merili DO, temperatura, pH, amoniak in nitrit v posodah. Rast in hranjenje kozic so opazovali in beležili.
1.6 Obdelava in analiza podatkov
Podatki so bili organizirani s pomočjo WPS Office Excel. Grafi so bili ustvarjeni s programom Origin 2021.
Naslednje formule so bile uporabljene za izračun stopnje izmenjave vode (R), razmerja pretvorbe krme (FCR) in stopnjo preživetja (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Kjer je: R dnevna stopnja izmenjave vode (%/d); V₁ skupna izmenjana prostornina vode (m³); V je skupna prostornina vode v sistemu (m³); t so kulturni dnevi (d). FCRje razmerje pretvorbe krme; W je skupni vnos krme (kg); Wₜ in W₀ sta masa končnega pridelka in masa začetne naselitve (kg). RSje stopnja preživetja (%); S skupno število posekanih (osebkov); N je skupno število naseljenih (posameznikov).
2. Rezultati
2.1 Menjava vode
Med poskusom je bila celotna izmenjava vode 1.000 m³, s povprečno dnevno stopnjo menjave 1,8 %.
2.2 Amoniak in nitrit
Koncentracija amoniaka v rezervoarjih je ostala pod 1,3 mg/L (razen 5. dan), koncentracija nitritov pa je ostala pod 1,6 mg/L, oboje na razmeroma stabilnih ravneh (Slika 5).
V zgodnji fazi (prvih 15 dni) se je amoniak v rezervoarju hitro zmanjšal, medtem ko se je nitrit hitro povečal, kar kaže na vzpostavitev biofilma v biofiltru in pretvorbo amoniaka v nitrit. V srednji -fazi (15–50 dni) s povečanim hranjenjem sta koncentraciji amoniaka in nitritov ostali stabilni, kar kaže na sinhronizirano oksidacijo amoniaka in nitritov v biofiltru ter stabilno delovanje sistema. Po 50. dnevu sta tako amoniak kot nitrit pokazala padajoči trend, kar verjetno kaže na povečano zmogljivost nitrifikacije in zrelejši sistem. Tega po koncu sojenja ni bilo več mogoče potrditi.
Slika 6kaže, da so bili trendi amoniaka na vstopu in izhodu biofiltra podobni, vendar se je vrzel med krivuljama postopoma povečala, kar kaže na izboljšanje odstranjevanja amoniaka. Krivulji nitrita za vstop in izhod sta se skoraj prekrivali in nista pokazali splošnega naraščajočega trenda, kar nakazuje, da je sistem ohranil zmogljivost oksidacije nitrita do konca.
2.3 Raztopljeni kisik in skupna alkalnost
Kot je prikazano vSlika 7Kljub vse večji obremenitvi sistema so kombinirane metode prezračevanja ohranile DO v rezervoarju nad 6 mg/L. Poleg tega je bila z dodatkom NaHCO3 skupna alkalnost vzdrževana med 175–260 mg/L.
2.4 Skupne suspendirane trdne snovi
Trendi koncentracije TSS na ključnih sistemskih točkah so prikazani vSlika 8. TSS v dotoku v zbiralnik usedlin z navpičnim tokom in sifonsko stransko škatlo (del tri-smerne drenaže) je odražal trende TSS v rezervoarjih. Celoten TSS se je postopoma povečeval, stabiliziral v srednje-poznih fazah (po 35. dnevu) in pokazal trend padanja skozi zaporedne stopnje zdravljenja.
2.5 Rezultati kmetovanja
Skupna naselitev je bila 241.800 po-ličink s povprečno velikostjo 0,52 g, v 6 rezervoarjih s povprečno gostoto 403 osebkov/m³. Po 74 dneh je bil skupni pridelek 3.012,2 kg, povprečna velikost 15,82 g, povprečno preživetje 78,75 %, povprečni pridelek 5,02 kg/m³. Skupni vnos krme je bil 3386,51 kg, FCR1.18. Izračunani stroški (semena, krma, zdravstveni izdelki, elektrika, umetna morska voda, dezinfekcija) so skupaj znašali 155.870,6 CNY. Prihodki od prodaje kozic so znašali 192.780,8 CNY, kar je povzročilo dobiček v višini 36.910,2 CNY za cikel.
3. Razprava
V zadnjih letih je RAS postala zelo obetavna smer za gojenje L. vannamei. V tem poskusu so izdelali RAS, vključno z rezervoarji za gojenje, sestavljeno zbiralnico lupine/delcev, krtačni filter, biofilter in opremo za prezračevanje, ter uspešno izvedli en cikel gojenja v zaprtih prostorih.
V primerjavi s tradicionalnim RAS je ta sistem preprostejši. Strukturno je izpustil opremo, kot so bobnasti filtri in posnemalniki beljakovin, ki imajo relativno višje fiksne stroške in stroške vzdrževanja. Namesto tega je uporabil enostavnejše naprave za čiščenje vode za ustvarjanje več-nivojske sestavljene obdelave delcev in raztopljenih onesnaževal, s čimer je dosegel dober nadzor kakovosti vode s preprostejšimi postopki in nižjimi stroški.
Z uporabo različnih metod upravljanja kakovosti vode, prilagojenih različnim stopnjam rasti in obremenitvam sistema, je sistem vzdrževal amoniak in nitrit pod 1,3 oziroma 1,6 mg/L ter DO nad 6 mg/L, s čimer je na koncu dosegel izkoristek 5,02 kg/m³. To je blizu rezultatom Yang Jing et al. Poleg tega je sistem za čiščenje vode nadzoroval povprečni dnevni menjalni tečaj na 1,8 %, s čimer je v celoti izkoristil svojo zmogljivost čiščenja in znatno zmanjšal stroške.
RAS nudi okoljske koristi, varnost izdelkov in manj bolezni. Zaradi transportnih omejitev ima L. vannamei velik tržni potencial v notranjosti. Izvajanje RAS za L. vannamei v notranjosti je v skladu s trendi v industriji. Trenutno gojenje kozic v celinskih vodah je predvsem sladkovodno, z donosom in kakovostjo zaostajata za gojenjem v morju. Uporaba umetne morske vode v tem preskušanju je delno odpravila to vrzel. Vendar pa trenutni visoki stroški umetne morske vode zahtevajo optimizacijo postopkov RAS za odstranjevanje dušika in fosforja, da se omogoči ponovna uporaba vode, kar je učinkovit način za zmanjšanje stroškov in bi moralo biti ključno raziskovalno središče za L. vannamei RAS v notranjosti.
FCRje pomemben indikator za delovanje RAS. Končni FCR1,18 v tem poskusu je primerljivo s tradicionalnim intenzivnim kmetovanjem. Kot zaprt sistem je prednost RAS v ponovni uporabi vnosa. Na podlagi povečanja zmogljivosti čiščenja vode, oblikovanja natančnih strategij hranjenja za znižanje FCRbi moral biti naslednji fokus optimizacije.