Litopenaeus vannamei, plaši pazīstama kā Klusā okeāna baltā garnele, ir eirihalīna suga, kas tiek novērtēta ar augstu gaļas ražu, spēcīgu stresa toleranci un strauju augšanu. Tā ir viena no svarīgākajām garneļu sugām, ko audzē Ķīnā. Pašlaik galvenie L. vannamei audzēšanas modeļi Ķīnā ir āra dīķi, mazi siltumnīcu dīķi un augsta līmeņa dīķi. Tomēr vietējā ražošana joprojām nevar apmierināt tirgus pieprasījumu, tādēļ nepieciešams ievērojams imports. Turklāt tādu modeļu kā mazo siltumnīcu saimniecības straujā paplašināšanās ir atklājusi tādas problēmas kā nepilnīga tehniskā struktūra, biežie slimību uzliesmojumi un problēmas notekūdeņu attīrīšanā. Resursu saglabāšanas un ilgtspējīgas attīstības atbalsta kontekstā Recirkulācijas akvakultūras sistēma (RAS), kas atzīta par intensīvu, efektīvu un videi draudzīgu lauksaimniecības modeli, pēdējos gados ir izpelnījusies plašu uzmanību nozarē.
RAS izmanto rūpnieciskas metodes, lai aktīvi regulētu ūdens vidi. Tam ir zems ūdens patēriņš, mazs nospiedums, minimāls vides piesārņojums, kā arī kvalitatīvi un droši produkti ar mazāku slimību skaitu un lielāku ganāmpulka blīvumu. Tās ražošanu lielā mērā neierobežo ģeogrāfija vai klimats. Šim modelim ir augsta resursu izmantošanas efektivitāte, un to raksturo lielas investīcijas un liela produkcija, kas ir izšķirošs ceļš uz akvakultūras nozares ilgtspējīgu attīstību. Pašlaik L. vannamei mājsaimniecība ir koncentrēta piekrastes zonās, galvenokārt izmantojot dabisko jūras ūdeni. Iekšzemes reģioni, kurus ierobežo ūdens avotu pieejamība un vides noteikumi, saskaras ar ievērojamu neatbilstību starp piedāvājumu un patērētāju pieprasījumu. RAS izpētei, izmantojot mākslīgo jūras ūdeni iekšzemes teritorijās, ir liela nozīme vietējo tirgu apgādē un reģionālās ekonomiskās attīstības veicināšanā. Šis eksperiments veiksmīgi izveidoja iekštelpu RAS L. vannamei iekšzemes vidē un veica veiksmīgu kultivēšanas ciklu. Metodes un dati par sistēmas uzbūvi, mākslīgo jūras ūdens sagatavošanu un fermas pārvaldību var kalpot par atsauci L. vannamei audzēšanai iekšzemē.
1. Materiāli un metodes
1.1 Materiāli
Izmēģinājums tika veikts Sičuanas provinces Leiocassis longirostris oriģinālajā audzēšanas fermā. Pēc-kāpurs L. vannamei (P5 stadija) tika iegūts no Huanghua bāzes Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd., un tiem bija laba veselība. Izmantotā barība bija "Xia Gan Qiang" zīmols no Tongwei Group Co., Ltd. Tās galvenās sastāvdaļas bija: kopproteīns, lielāks vai vienāds ar 44,00%, koptauki, kas ir lielāki vai vienādi ar 6,00%, kopšķiedra mazāka vai vienāda ar 5,00%, un koppelni mazāks par vai vienāds ar 16,0%.
1.2. Mākslīgā jūras ūdens sagatavošana
Kā avota ūdens tika izmantots gruntsūdens no akas. Tas tika secīgi apstrādāts ar dezinfekciju (balināšanas pulveris 30 mg/l, aerēts 72 stundas), atlikušā hlora noņemšanu (nātrija tiosulfāts, 15 mg/L) un detoksikāciju [etilēndiamīntetraetiķskābe (EDTA), 10–30 mg/L], pirms to izmantoja mākslīgai jūras ūdens sagatavošanai.
Mākslīgais jūras ūdens ar sāļumu 8 tika pagatavots, kā galveno sastāvdaļu izmantojot jūras sāls kristālus; tā primārās sastāvdaļas ir uzskaitītas1. tabula. Ca, Mg un K elementu papildināšanai tika izmantoti pārtikas- kvalitātes CaCl₂, MgSO₄ un KCl. Pēc sagatavošanas tika izmantots pārtikas -pakāpes NaHCO₃, lai noregulētu kopējo sārmainību līdz 250 mg/l (kā CaCO₃), un NaHCO₃ kopā ar citronskābes monohidrātu tika izmantots, lai noregulētu pH līdz 8,2–8,4.
1.3 RAS būvniecība
1.3.1. Vispārējā dizaina koncepcija
Apvienojot neatkarīgu dizainu ar integrētu lietojumprogrammu, tika izveidota L. vannamei RAS, izmantojot daudzpakāpju fizisko apstrādi un biofiltrāciju. Atbilstoši garneļu augšanas prasībām dažādos posmos tika ieviestas atbilstošas sistēmas darbības stratēģijas, ūdens kvalitātes regulēšanas protokoli un zinātniskās barošanas stratēģijas, lai nodrošinātu stabilu darbību, ekonomisku ieguldījumu un efektīvu produkciju.
1.3.2. Galvenā procesa plūsma un tehniskie parametri
Esošā zivju audzēšanas sistēma, kuras pamatā ir-konteiners, tika pārveidota, lai izveidotu L. vannamei RAS, kas sastāv no kultūras tvertnēm, saliktas čaumalas/daļiņu savākšanas ierīces (trīs-novadīšanas), biofiltra, cirkulācijas sūkņiem utt. Procesa plūsma ir parādīta1. attēls.
Sistēmas kopējais projektētais ūdens tilpums bija 750 m³, ūdens attīrīšanas sistēmas tilpums 150 m³ un efektīvais kultūras tilpums 600 m³. Projektētā kultūras slodze bija 7 kg/m³. Galvenie tehniskie parametri ir uzskaitīti2. tabula.
1.3.3. Strukturālā projektēšana
Sešas astoņstūra formas kultūras tvertnes bija izvietotas divās rindās. Ņemot vērā pārvaldības ērtības, vides stabilitāti un investīciju izmaksas, tvertņu galvenā struktūra bija ķieģeļu{1}}betona. Izmēri bija: garums 10,0 m, platums 10,0 m, dziļums 1,2 m, ar grieztām malām 3,0 m. Efektīvais ūdens tilpums uz vienu tvertni bija 100 m³. Tvertnes dibenam bija slīpums (16%) pret centrālo noteku (2. attēls).
Trīs{0}}virzienu drenāžas ierīce sastāvēja no centrālā savācēja (beigtām garnelēm, čaumalām un lielām daļiņām), vertikālās plūsmas sedimentācijas savācēja (salauztām čaumalām, vidējām daļiņām, fekālijām) un sifona{1}}notekas savākšanas kastes (smalkiem čaumalām un mazām{2}}līdz{3}}vidējām daļiņām)2. attēls).
Vienā kondicionēšanas tvertnes pusē bija plastmasas birstes materiāla rāmis, lai savāktu un noņemtu čaulas un daļiņas no tvertnes izplūdes. Šajā tvertnē var pielāgot kalciju, magniju, kopējo sārmainību un pH. Tvertnes tilpums bija 20 m³, ar hidraulisko aiztures laiku 0,13 h.
Cirkulācijas sūknis atradās kondicionēšanas tvertnes otrā pusē, un energoefektivitātei tika izmantots vienpakāpes{0}}sūknis. Pamatojoties uz garneļu ekoloģiju un slodzi, recirkulācijas ātrums tika paredzēts 2–6 reizes dienā. Sūkņa plūsmas ātrums bija 150 m³/h, augstums 10 m, jauda 5,5 kW.
Birstes filtrs bija aprīkots ar vairākiem filtru maisiem. Maisiņi caur cauruļu savienotājelementiem tika savienoti ar filtra ieplūdi, nostiprināti ar skavām. Notekūdeņi maisos iekļuva pa caurulēm. Maisiņi bija izgatavoti no polipropilēna (PP), pildīti ar plastmasas birstes materiāliem, efektīvi pārtverot daļiņas, kas lielākas par 0,125 mm. Elastīgā materiāla tvertne sastāvēja no tvertnes korpusa (taisnstūrveida, dziļums 2 m), režģa rāmjiem (paralēli virsmai) un uz rāmjiem uzstādīta elastīga materiāla (3. attēls). Materiāls sastāvēja no daudziem dubultgredzeniem plastmasas gredzeniem ar poliestera pavedieniem, kas veidoja šķiedru saišķus, kas bija sadalīti pa visu tvertni. Tās darbības princips ietvēra lēnas -plūsmas sedimentācijas efekta radīšanu, izmantojot vides pārtveršanu un uz tās virsmas izveidotās bioplēves izmantošanu, lai absorbētu, sadalītos un pārveidotu neorganisko slāpekli un fosforu.
Biofiltrā bija iekļauts tvertnes korpuss (taisnstūrveida, 2 m dziļums), aerācijas komponenti un bio{1}}vide (4. attēls). Aerācijas mezglā bija iekļautas gaisa sadales caurules. Gaiss ieplūda no augšas un tika atbrīvots no apakšas, radot pilnīgi jauktu plūsmas modeli. Tvertne tika piepildīta ar Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) barotni. Mērķtiecīgi uzlabojot nitrifikatoru un pielāgojot sārmainību, barotnei pievienojas liels skaits nitrificējošu baktēriju, kas patērē organiskās vielas un panāk amonjaka un nitrītu atdalīšanu, tādējādi izveidojot nitrificējošu biofiltru. Ieplūdes un izplūdes caurules atradās pretējās pusēs, ar izplūdes sietu iekšējā sienā. Šajā izmēģinājumā biofiltra efektīvais tilpums tika iestatīts uz 25% no sistēmas kultūras tilpuma ar barotnes piepildījuma attiecību 30%, izmantojot K5 barotni.
Sistēmas aerācija apvieno mehāniskās un tīrā skābekļa metodes. Kad izšķīdinātā skābekļa (DO) līmenis bija augsts, primārā bija mehāniskā aerācija: kā difuzoru izmantot augsta-spiediena virpuļpūtēju un augstas{2}kvalitatīvas mikroporainas caurules, lai maksimāli palielinātu O₂ pārneses efektivitāti un samazinātu troksni. Kad DO bija zems, tika papildināta tīrā skābekļa aerācija: izmantojot skābekļa ģeneratoru + mikro{5}}burbuļūdens dzenskrūvi. Skābekļa ģeneratora izejas O₂ koncentrācija pārsniedz 90%, izkliedēta caur nano-keramikas disku propellerā. Pie lielas slodzes skābekļa ģeneratora un skābekļa konusa kombinācija kalpoja kā papildu aerācija, izmantojot pastiprinātāja sūkni, lai konusā izveidotu skābekļa{11}}pārsātinātu ūdeni.
1.4. Ūdens kvalitātes mērīšana
Amonjaka un nitrītu (kā N) koncentrācijas tika mērītas, izmantojot Aokedan daudzparametru ūdens analizatoru. Kopējās suspendētās cietās daļiņas (TSS) tika mērītas, izmantojot Hach DR 900 daudzparametru analizatoru.
1.5. Lauku saimniecības vadība un sistēmas darbība
Tiesas process sākās 2022. gada 8. augustā, un tas ilga 74 dienas. Visas sešas tvertnes bija uzkrātas. Ganāmpulka lielums bija 961 īpatnis/kg, blīvums aptuveni 403 īpatņi/m³, kopā 241 800 kāpuri. Barošanas biežums bija 6 reizes dienā, dienas devai samazinoties no aptuveni 7,0% (agri) līdz 2,5% (vēlu) no aplēstās biomasas.
Sistēmas cirkulācija sākās 3 dienas pēc-uzglabāšanas, sākotnēji ar 2 cikliem dienā, bet vēlāk pieauga līdz 4 cikliem dienā. Izmēģinājuma sākumā notika ikdienas iztukšošana, tikai papildinot drenāžas un iztvaikošanas rezultātā zaudēto ūdeni. Vēlāk katrai barošanai sekoja iztukšošana (1 stundu pēc tam), un ikdienas ūdens apmaiņa bija mazāka par 10% no sākotnējās-posma papildināšanas apjoma.
Sākotnēji tika izmantota mehāniskā aerācija (virpuļpūtējs). Sakarā ar palielinātu sistēmas slodzi vēlāk tika izmantota mehāniskās aerācijas, skābekļa ģeneratora + nano-keramikas diska un skābekļa ģeneratora + skābekļa konusa kombinācija.
Regulāri tika mērīts DO, temperatūra, pH, amonjaks un nitrīts tvertnēs. Tika novērota un reģistrēta garneļu augšana un barošanās.
1.6. Datu apstrāde un analīze
Dati tika sakārtoti, izmantojot WPS Office Excel. Diagrammas tika izveidotas, izmantojot Origin 2021.
Lai aprēķinātu ūdens apmaiņas ātrumu (R), barības konversijas koeficientu (F.), tika izmantotas šādas formulasCR) un izdzīvošanas līmeni (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Kur: R ir dienas ūdens maiņas kurss (%/d); V₁ ir kopējais apmainītā ūdens tilpums (m³); V ir kopējais sistēmas ūdens tilpums (m³); t ir kultūras dienas (d). FCRir barības konversijas koeficients; W ir kopējā ievades padeve (kg); Wₜ un W₀ ir galīgā ražas masa un sākotnējā ganāmpulka masa (kg). RSir izdzīvošanas rādītājs (%); S ir kopējais novākto skaits (indivīdi); N ir kopējais krājumu skaits (indivīdi).
2. Rezultāti
2.1 Ūdens apmaiņa
Izmēģinājuma laikā kopējā ūdens apmaiņa bija 1000 m³ ar vidējo dienas maiņas kursu 1,8%.
2.2 Amonjaks un nitrīts
Amonjaka koncentrācija tvertnēs saglabājās zem 1,3 mg/l (izņemot 5. dienu), un nitrītu koncentrācija saglabājās zem 1,6 mg/l, abos relatīvi stabilos līmeņos (5. attēls).
Agrīnā stadijā (pirmās 15 dienas) tvertnes amonjaks strauji samazinājās, bet nitrīts strauji palielinājās, norādot uz bioplēves veidošanos biofiltrā un amonjaka pārvēršanos par nitrītu. Vidējā -posmā (15–50 dienas), palielinoties barošanai, amonjaka un nitrītu koncentrācija saglabājās stabila, norādot uz sinhronizētu amonjaka un nitrītu oksidēšanos biofiltrā un stabilu sistēmas darbību. Pēc 50. dienas gan amonjaks, gan nitrīts uzrādīja lejupejošu tendenci, iespējams, liecinot par uzlabotu nitrifikācijas spēju un nobriedušāku sistēmu. To nevarēja vairāk apstiprināt, jo tiesas process beidzās.
6. attēlsparāda, ka amonjaka tendences biofiltra ieplūdē un izplūdē bija līdzīgas, taču atstarpe starp līknēm pakāpeniski palielinājās, norādot uz uzlabošanos amonjaka atdalīšanai. Nitrītu līknes ieplūdei un izplūdei gandrīz pārklājās un neuzrādīja vispārēju pieauguma tendenci, kas liecina, ka sistēma saglabāja nitrītu oksidācijas spēju līdz beigām.
2.3. Izšķīdinātais skābeklis un kopējā sārmainība
Kā parādīts7. attēls, neskatoties uz pieaugošo sistēmas slodzi, kombinētās aerācijas metodes uzturēja tvertnes DO virs 6 mg/l. Turklāt, pievienojot NaHCO₃, kopējā sārmainība tika uzturēta starp 175–260 mg/l.
2.4. Kopējais suspendēto cietvielu daudzums
TSS koncentrācijas tendences galvenajos sistēmas punktos ir parādītas8. attēls. TSS ieplūdē uz vertikālās plūsmas nogulumu savācēju un sifona sānu kārbu (daļa no trīs-ceļu drenāžas) atspoguļoja TSS tendences tvertnēs. Kopējais TSS palielinājās pakāpeniski, stabilizējoties vidējā vēlīnā stadijā (pēc 35. dienas), un secīgos ārstēšanas posmos tam bija tendence samazināties.
2.5. Lauksaimniecības rezultāti
Kopējais krājums bija 241 800 kāpuru, kuru vidējais izmērs bija 0,52 g, 6 tvertnēs ar vidējo blīvumu 403 īpatņi/m³. Pēc 74 dienām kopraža bija 3012,2 kg, vidējais izmērs 15,82 g, vidējā izdzīvošana 78,75%, vidējā raža 5,02 kg/m³. Kopējais barības daudzums bija 3386,51 kg, FCR1.18. Aprēķinātās izmaksas (sēklas, barība, veselības produkti, elektrība, mākslīgais jūras ūdens, dezinfekcija) bija 155 870,6 CNY. Ieņēmumi no garneļu pārdošanas bija 192 780,8 CNY, kā rezultātā cikla peļņa bija 36 910,2 CNY.
3. Diskusija
Pēdējos gados RAS ir kļuvis par ļoti perspektīvu L. vannamei saimniekošanas virzienu. Šajā izmēģinājumā tika uzbūvēta RAS, kas ietver kultūras tvertnes, kompozītmateriālu čaumalu/daļiņu savākšanu, suku filtru, biofiltru un aerācijas aprīkojumu, un veiksmīgi tika veikts viens iekšzemes lauksaimniecības cikls.
Salīdzinot ar tradicionālo RAS, šī sistēma ir vienkāršāka. Strukturāli tas izlaida tādu aprīkojumu kā cilindru filtri un proteīnu skimmeri, kuriem ir salīdzinoši augstākas fiksētās un uzturēšanas izmaksas. Tā vietā tika izmantotas vienkāršākas ūdens attīrīšanas ierīces, lai izveidotu daudzlīmeņu saliktu apstrādi daļiņām un izšķīdušajiem piesārņotājiem, panākot labu ūdens kvalitātes kontroli ar vienkāršākiem procesiem un zemākām izmaksām.
Izmantojot dažādas ūdens kvalitātes pārvaldības metodes, kas pielāgotas dažādiem augšanas posmiem un sistēmas slodzēm, sistēma uzturēja amonjaka un nitrītu līmeni attiecīgi zem 1,3 un 1,6 mg/L un DO virs 6 mg/l, galu galā sasniedzot ražu 5,02 kg/m³. Tas ir tuvu Yang Jing et al. Turklāt ūdens attīrīšanas sistēma kontrolēja vidējo dienas maiņas kursu līdz 1,8%, pilnībā izmantojot attīrīšanas jaudu un ievērojami samazinot izmaksas.
RAS piedāvā ieguvumus videi, produktu drošību un mazāk slimību. Transportēšanas ierobežojumu dēļ L. vannamei iekšzemē ir liels tirgus potenciāls. RAS veikšana L. vannamei iekšzemē atbilst nozares tendencēm. Pašreizējā iekšzemes garneļu audzēšana galvenokārt ir saldūdens, un raža un kvalitāte atpaliek no jūras audzēšanas. Mākslīgā jūras ūdens izmantošana šajā izmēģinājumā daļēji novērš šo plaisu. Tomēr pašreizējās augstās mākslīgā jūras ūdens izmaksas rada nepieciešamību optimizēt RAS procesus slāpekļa un fosfora atdalīšanai, lai nodrošinātu ūdens atkārtotu izmantošanu, kas ir efektīvs veids, kā samazināt izmaksas, un tam vajadzētu būt galvenajam pētniecības mērķim iekšzemes L. vannamei RAS.
FCRir svarīgs rādītājs RAS veiktspējai. Fināls FCR1,18 šajā izmēģinājumā ir salīdzināms ar tradicionālo intensīvo lauksaimniecību. Kā slēgtai sistēmai RAS priekšrocība ir ievades atkārtota izmantošana. Pamatojoties uz ūdens attīrīšanas jaudas palielināšanu, formulējot precīzas barošanas stratēģijas, lai samazinātu FCRvajadzētu būt nākamajam optimizācijas mērķim.