Litopenaeus vannamei, joka tunnetaan yleisesti nimellä Tyynenmeren valkoinen katkarapu, on euryhaliinilaji, jota arvostetaan korkean lihantuotannon, vahvan stressinsietokyvyn ja nopean kasvun vuoksi. Se on yksi tärkeimmistä Kiinassa viljellyistä katkarapulajeista. Tällä hetkellä L. vannamein tärkeimpiä viljelymalleja Kiinassa ovat ulkolammet, pienet kasvihuonelammet ja korkean -tason lammet. Kotimainen tuotanto ei kuitenkaan vielä pysty vastaamaan markkinoiden kysyntään, mikä edellyttää merkittävää tuontia. Lisäksi pienten kasvihuonetilojen kaltaisten mallien nopea laajentuminen on paljastanut ongelmia, kuten puutteellinen tekninen kehys, toistuvia tautipurkauksia ja jätevesien käsittelyn haasteita. Resurssien säilyttämisen ja kestävän kehityksen puolestapuhumisen taustalla Recirculating Aquaculture System (RAS), joka on tunnustettu intensiiviseksi, tehokkaaksi ja ympäristöystävälliseksi viljelymalliksi, on kerännyt alalla laajaa huomiota viime vuosina.
RAS käyttää teollisia menetelmiä vesiympäristön aktiiviseen säätelyyn. Siinä on alhainen vedenkulutus, pieni jalanjälki, vähäinen ympäristön saastuminen, ja se tuottaa korkealaatuisia, turvallisia tuotteita, joissa on vähemmän sairauksia ja suurempi eläintiheys. Sen tuotantoa ei suurelta osin rajoita maantiede tai ilmasto. Tässä mallissa on korkea resurssien käyttötehokkuus, ja sille on ominaista suuret investoinnit ja korkea tuotto, mikä edustaa ratkaisevaa tietä kohti vesiviljelyalan kestävää kehitystä. Tällä hetkellä L. vannamein kotimainen viljely on keskittynyt rannikkoalueille pääasiassa luonnon merivettä hyödyntäen. Sisämaan alueilla, joita rajoittavat veden saatavuus ja ympäristösäännökset, tarjonta ja kulutuskysyntä eivät vastaa toisiaan. RAS-tutkimuksella keinomerivedellä sisämaassa on suuri merkitys paikallisten markkinoiden toimittamisessa ja alueellisen talouskehityksen edistämisessä. Tässä kokeessa L. vannameille rakennettiin onnistuneesti sisä-RAS sisämaassa ja suoritettiin onnistunut viljelyjakso. Järjestelmän rakentamista, keinotekoista meriveden valmistelua ja maatilan hoitoa koskevat menetelmät ja tiedot voivat toimia referenssinä sisämaan L. vannamei -viljelyssä.
1. Materiaalit ja menetelmät
1.1 Materiaalit
Koe suoritettiin Sichuanin maakunnan Leiocassis longirostris Original Breeding Farmilla. Jälki-toukka L. vannamei (P5-vaihe) hankittiin Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd.:n Huanghuan tukikohdasta, ja ne olivat hyvässä kunnossa. Käytetty rehu oli "Xia Gan Qiang" -tuotemerkki Tongwei Group Co., Ltd:ltä. Sen pääkomponentit olivat: raakaproteiini Enintään 44,00 %, raakarasva Enintään 6,00 %, raakakuitu enintään 5,00 % ja raakatuhka Vähemmän tai yhtä suuri kuin 16,0 %.
1.2 Keinotekoinen meriveden valmistus
Lähdevedenä käytettiin kaivon pohjavettä. Se käsiteltiin peräkkäin desinfioinnilla (valkaisujauhe 30 mg/l, ilmastettu 72 tuntia), jäännöskloorin poistolla (natriumtiosulfaatti, 15 mg/l) ja detoksifikaatiolla [etyleenidiamiinitetraetikkahappo (EDTA), 10–30 mg/l] ennen käyttöä keinotekoiseen meriveden valmistukseen.
Keinotekoinen merivesi, jonka suolapitoisuus oli 8, valmistettiin käyttämällä merisuolakiteitä pääainesosana; sen pääkomponentit on lueteltu kohdassaTaulukko 1. Ruoka-laatuista CaCl2:ta, MgSO₂:a ja KCl:a käytettiin täydentämään Ca-, Mg- ja K-elementtejä. Valmistuksen jälkeen käytettiin elintarvikelaatuista NaHC03:a säätämään kokonaisemäksisyys arvoon 250 mg/L (CaCO3:na) ja NaHC03:lla yhdessä sitruunahappomonohydraatin kanssa pH säädettiin arvoon 8,2–8,4.
1.3 RAS-rakenne
1.3.1 Kokonaissuunnittelukonsepti
Yhdistämällä itsenäinen suunnittelu integroituun sovellukseen, L. vannameille rakennettiin RAS käyttämällä monivaiheista fyysistä käsittelyä ja biosuodatusta. Vastaavat järjestelmän toimintastrategiat, vedenlaadun säätöprotokollat ja tieteelliset ruokintastrategiat toteutettiin katkarapujen kasvuvaatimusten mukaisesti eri vaiheissa, tavoitteena vakaa toiminta, taloudellinen panos ja tehokas tuotos.
1.3.2 Pääprosessin kulku ja tekniset parametrit
Olemassa olevaa kontti{0}}pohjaista kalanviljelyjärjestelmää muutettiin L. vannamei RAS:n luomiseksi, ja se koostuu viljelysäiliöistä, yhdistelmäkuoren/hiukkasten keräyslaitteesta (kolmi-tiedonpoisto), biosuodattimesta, kiertovesipumpuista jne. Prosessin kulku näkyy kuvassaKuva 1.
Järjestelmän suunniteltu kokonaisvesitilavuus oli 750 m³, vedenkäsittelyjärjestelmän tilavuus 150 m³ ja tehollinen viljelytilavuus 600 m³. Suunniteltu viljelykuorma oli 7 kg/m³. Tärkeimmät tekniset parametrit on lueteltu kohdassaTaulukko 2.
1.3.3 Rakennesuunnittelu
Kuusi kahdeksankulmaista viljelysäiliötä järjestettiin kahteen riviin. Hoidon mukavuuden, ympäristön vakauden ja investointikustannusten vuoksi säiliöiden päärakenne oli tiili-betoni. Mitat olivat: pituus 10,0 m, leveys 10,0 m, syvyys 1,2 m, leikkausreunat 3,0 m. Tehokas vesitilavuus säiliötä kohti oli 100 m³. Säiliön pohjassa oli kaltevuus (16 %) kohti keskiviemäriä (Kuva 2).
Kolmisuuntainen tyhjennyslaite koostui keskuskeräimestä (kuolleille katkaravuille, kuorille ja suurille hiukkasille), pystysuuntaisesta sedimentaatiokerääjästä (rikkinäisille kuorille, keskikokoisille hiukkasille, ulosteille) ja sifonin puoleisesta-viemärinkeräyslaatikosta (pienille{2}}hiukkasille ja{3}}keskimäisille)Kuva 2).
Hoitosäiliön toisella puolella oli muovinen harjakehys, jolla kerättiin ja poistettiin kuoret ja hiukkaset säiliön poistoilmasta. Kalsiumin, magnesiumin, kokonaisalkaliteetin ja pH:n säädöt voidaan tehdä tässä säiliössä. Säiliön tilavuus oli 20 m³, hydraulinen retentioaika 0,13 tuntia.
Kiertopumppu sijaitsi ilmastointisäiliön toisella puolella, ja siinä käytettiin yksivaiheista{0}}pumppua energiatehokkuuden parantamiseksi. Katkarapujen ekologiaan ja kuormitukseen perustuen kierrätysnopeus suunniteltiin 2–6 kertaa päivässä. Pumpun virtausnopeus oli 150 m³/h, nostokorkeus 10 m, teho 5,5 kW.
Harjasuodatin oli varustettu useilla suodatinpusseilla. Pussit yhdistettiin putkiliittimillä suodattimen sisääntuloon ja kiinnitettiin puristimilla. Jätevesi pääsi pusseihin putkia pitkin. Pussit valmistettiin polypropeenista (PP), joka oli täytetty muoviharjalla, joka sieppasi tehokkaasti yli 0,125 mm:n hiukkasia. Elastinen materiaalisäiliö koostui säiliön rungosta (suorakulmainen, syvyys 2 m), ristikkokehyksistä (pintaan suuntaisesti) ja kehyksiin asennetuista elastisista materiaaleista (Kuva 3). Välineet koostuivat lukuisista kaksoisrengas-muovirenkaista, joissa oli polyesterifilamentteja, jotka muodostivat kuitukimppuja jaettuna koko säiliöön. Sen toimintaperiaate sisälsi hitaan-virtauksen sedimentaatiovaikutuksen luomisen väliaineen sieppauksen kautta ja sen pinnalle muodostuneen biokalvon hyödyntämisen epäorgaanisen typen ja fosforin absorboimiseksi, hajottamiseksi ja muuntamiseksi.
Biosuodatin sisälsi säiliön rungon (suorakulmainen, syvyys 2 m), ilmastuskomponentit ja bio-väliaineen (Kuva 4). Ilmastuskokoonpano sisälsi ilmanjakoputket. Ilmaa tuli ylhäältä ja se vapautui alhaalta, jolloin muodostui täysin sekoitettu virtauskuvio. Säiliö täytettiin Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) -väliaineella. Kohdennettulla nitrifioijan tehostamisella ja emäksisyyden säätämisellä suuri määrä nitrifioivia bakteereja kiinnittyy väliaineisiin kuluttaen orgaanista ainesta ja saavuttaen ammoniakin ja nitriitin poiston, mikä muodostaa nitrifioivan biosuodattimen. Tulo- ja poistoputket olivat vastakkaisilla puolilla, ja ulostuloverkko sisäseinässä. Tässä kokeessa biosuodattimen tehollinen tilavuus asetettiin 25 %:iin järjestelmän viljelytilavuudesta ja väliaineen täyttösuhteen ollessa 30 % käyttäen K5-elatusainetta.
Järjestelmän ilmastus yhdisti mekaanisia ja puhdashappimenetelmiä. Kun liuenneen hapen (DO) taso oli korkea, mekaaninen ilmastus oli ensisijainen: käyttämällä korkeapaineista pyörrepuhallinta ja korkealaatuisia-mikrohuokoisia putkia diffuusorina O₂-siirtotehokkuuden maksimoimiseksi ja melun vähentämiseksi. Kun DO oli alhainen, täydennettiin puhdasta happiilmastusta: käyttämällä happigeneraattoria + mikro{5}}kuplavesipotkuria. Happigeneraattorin ulostulon O₂-pitoisuus yli 90 %, dispergoituneena potkurissa olevan nano-keraamisen kiekon kautta. Suurella kuormituksella happigeneraattorin ja happikartion yhdistelmä toimi apuilmastuksena, joka käytti tehostepumppua happi{11}}ylikyllästetyn veden luomiseen kartioon.
1.4 Veden laadun mittaus
Ammoniakin ja nitriitin (N:nä) pitoisuudet mitattiin Aokedan-moni{0}}-parametrin vesianalysaattorilla. Suspendoituneiden kiintoaineiden kokonaismäärä (TSS) mitattiin käyttämällä Hach DR 900 -moni-parametrianalysaattoria.
1.5 Maatilan hallinta ja järjestelmän käyttö
Oikeudenkäynti alkoi 8.8.2022 ja kesti 74 päivää. Kaikki kuusi tankkia oli varastossa. Istunnon koko oli 961 yksilöä/kg, tiheys noin 403 yksilöä/m³, yhteensä 241 800 toukkaa. Ruokintatiheys oli 6 kertaa vuorokaudessa, päiväannoksen pienentyessä noin 7,0 %:sta (varhainen) 2,5 %:iin (myöhäinen) arvioidusta biomassasta.
Järjestelmän kierto alkoi 3 päivää varastoinnin-jälkeen, aluksi 2 jaksoa/vrk ja nousi 4 jaksoon/vrk myöhemmin. Kokeen alussa tapahtui päivittäinen tyhjennys, joka vain täydensi tyhjennykseen ja haihduttamiseen menetettyä vettä. Myöhemmin jokaista ruokintaa seurasi tyhjennys (1 tunti sen jälkeen), jolloin päivittäinen vedenvaihto oli alle 10 % varhaisen-vaiheen lisäystilavuudesta.
Aluksi käytettiin mekaanista ilmastusta (pyörrepuhallin). Myöhemmin lisääntyneen järjestelmän kuormituksen vuoksi käytettiin mekaanisen ilmastuksen, happigeneraattorin + nano-keraamisen levyn ja happigeneraattorin + happikartion yhdistelmää.
DO, lämpötila, pH, ammoniakki ja nitriitti tankeissa mitattiin säännöllisesti. Katkarapujen kasvua ja ruokintaa tarkkailtiin ja kirjattiin.
1.6 Tietojen käsittely ja analysointi
Tiedot järjestettiin WPS Office Excelillä. Kaaviot luotiin Origin 2021:llä.
Seuraavia kaavoja käytettiin veden vaihtonopeuden (R) ja rehun muuntosuhteen (FCR) ja eloonjäämisprosentti (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Missä: R on päivittäinen vedenvaihtokurssi (%/d); V1 on vaihdetun veden kokonaistilavuus (m3); V on järjestelmän kokonaisvesitilavuus (m³); t on kulttuuripäiviä (d). FCRon rehun muunnossuhde; W on kokonaissyöttö (kg); Wₜ ja W0 ovat lopullinen satomassa ja alkuperäinen istutusmassa (kg). RSon eloonjäämisprosentti (%); S on korjattujen kokonaismäärä (yksilöt); N on varastoitujen kokonaismäärä (yksityishenkilöt).
2. Tulokset
2.1 Vedenvaihto
Kokeen aikana veden kokonaisvaihto oli 1 000 m³, keskimääräisen vuorokauden vaihtokurssin ollessa 1,8 %.
2.2 Ammoniakki ja nitriitti
Säiliöiden ammoniakkipitoisuus pysyi alle 1,3 mg/l (paitsi päivä 5) ja nitriittipitoisuus alle 1,6 mg/l, molemmat suhteellisen vakailla tasoilla (Kuva 5).
Varhaisessa vaiheessa (ensimmäiset 15 päivää) säiliön ammoniakki väheni nopeasti, kun taas nitriitti lisääntyi nopeasti, mikä osoitti biofilmin muodostumista biosuodattimessa ja ammoniakin muuttumista nitriitiksi. Keskivaiheessa (15–50 päivää), kun ruokinta lisääntyi, ammoniakki- ja nitriittipitoisuudet pysyivät vakaina, mikä osoittaa synkronoitua ammoniakin ja nitriittien hapettumista biosuodattimessa ja vakaata järjestelmän toimintaa. Päivän 50 jälkeen sekä ammoniakki että nitriitti osoittivat laskusuuntausta, mikä mahdollisesti osoitti parantuneen nitrifikaatiokapasiteetin ja kypsemmän järjestelmän. Tätä ei voitu vahvistaa enempää oikeudenkäynnin päätyttyä.
Kuva 6osoittaa, että ammoniakkitrendit biosuodattimen sisään- ja ulostulossa olivat samanlaisia, mutta käyrien välinen rako laajeni vähitellen, mikä osoittaa ammoniakin poiston paranemista. Sisääntulon ja poiston nitriittikäyrät olivat lähes päällekkäisiä eivätkä ne osoittaneet yleistä kasvavaa suuntausta, mikä viittaa siihen, että järjestelmä säilytti nitriittien hapetuskapasiteetin loppuun asti.
2.3 Liuennut happi ja kokonaisalkaliteetti
Kuten näkyyKuva 7järjestelmän kuormituksen lisääntymisestä huolimatta yhdistetyt ilmastusmenetelmät pitivät säiliön DO:n yli 6 mg/l. Lisäksi NaHC03:a lisäämällä kokonaisalkalisuus pidettiin välillä 175–260 mg/l.
2.4 Suspendoituneiden kiintoaineiden kokonaismäärä
TSS-pitoisuuden trendit järjestelmän avainpisteissä on esitettyKuva 8. Pystysuoravirtauksen sedimenttikerääjän ja sifonin sivulaatikon (osa kolmisuuntaista tyhjennystä) TSS heijasti TSS-trendejä säiliöissä. Kaiken kaikkiaan TSS lisääntyi vähitellen, vakiintuen keski-myöhäisten vaiheiden aikana (35. päivän jälkeen) ja osoitti laskevaa suuntausta peräkkäisten hoitovaiheiden aikana.
2.5 Maanviljelyn tulokset
Yhteensä istutuksia oli 241 800 jälki{2}}toukkaa, keskimäärin 0,52 g, 6 säiliössä keskimääräisellä tiheydellä 403 yksilöä/m³. 74 päivän jälkeen kokonaissato oli 3 012,2 kg, keskikoko 15,82 g, keskimääräinen eloonjäämisaste 78,75 %, keskisato 5,02 kg/m³. Kokonaissyöttö oli 3 386,51 kg, FCR1.18. Lasketut kustannukset (siemenet, rehu, terveystuotteet, sähkö, keinotekoinen merivesi, desinfiointi) olivat yhteensä 155 870,6 CNY. Katkarapujen myyntitulot olivat 192 780,8 CNY, mikä johti 36 910,2 CNY:n voittoon sykliltä.
3. Keskustelu
Viime vuosina RAS:sta on tullut erittäin lupaava suunta L. vannamei -viljelylle. Tässä kokeessa rakennettiin RAS, joka sisälsi viljelysäiliöt, komposiittikuoren/hiukkasten keräyksen, harjasuodattimen, biosuodattimen ja ilmastuslaitteet, ja suoritettiin onnistuneesti yksi sisämaaviljelyjakso.
Perinteiseen RAS-järjestelmään verrattuna tämä järjestelmä on yksinkertaisempi. Rakenteellisesti se jätti pois laitteet, kuten rumpusuodattimet ja proteiininkeräimet, joilla on suhteellisen korkeammat kiinteät ja ylläpitokustannukset. Sen sijaan se käytti yksinkertaisempia vedenkäsittelylaitteita luodakseen monitasoisen yhdistelmäkäsittelyn hiukkasille ja liuenneille epäpuhtauksille, mikä saavutti hyvän veden laadun hallinnan yksinkertaisemmilla prosesseilla ja alhaisemmilla kustannuksilla.
Käyttämällä erilaisia vedenlaadun hallintamenetelmiä, jotka on räätälöity eri kasvuvaiheisiin ja järjestelmän kuormituksiin, järjestelmä piti ammoniakin ja nitriitin alle 1,3 ja 1,6 mg/L ja DO:n yli 6 mg/L, jolloin saatiin lopulta 5,02 kg/m³ saanto. Tämä on lähellä Yang Jingin et al. Lisäksi vedenkäsittelyjärjestelmä kontrolloi keskimääräistä päivittäistä vaihtokurssia 1,8 %:iin hyödyntäen täysin käsittelykapasiteettiaan ja alentaen merkittävästi kustannuksia.
RAS tarjoaa ympäristöhyötyjä, tuoteturvallisuutta ja vähemmän sairauksia. Kuljetusrajoituksista johtuen L. vannameillä on suuri markkinapotentiaali sisämaassa. RAS:n suorittaminen L. vannameille sisämaassa on linjassa alan trendien kanssa. Nykyinen sisämaan katkarapuviljely on pääasiassa makean veden viljelyä, ja tuotto ja laatu jäävät jälkeen meriviljelystä. Keinotekoisen meriveden käyttö tässä kokeessa korjasi osittain tämän puutteen. Keinotekoisen meriveden nykyiset korkeat kustannukset kuitenkin edellyttävät RAS-prosessien optimointia typen ja fosforin poistamiseksi veden uudelleenkäytön mahdollistamiseksi. Tämä on tehokas tapa vähentää kustannuksia ja sen pitäisi olla L. vannamei RAS:n keskeinen tutkimuskohde.
FCRon tärkeä indikaattori RAS-suorituskyvylle. Viimeinen FCR1,18 tässä kokeessa on verrattavissa perinteiseen tehoviljelyyn. Suljetussa järjestelmässä RAS:n etuna on syötteiden uudelleenkäyttö. Perustuu vedenkäsittelykapasiteetin parantamiseen, tarkkojen ruokintastrategioiden muotoiluun F:n alentamiseksiCRpitäisi olla seuraava optimoinnin painopiste.