Litopenaeus vannamei, широко відомий як тихоокеанська біла креветка, є евригалінним видом, який цінується за високий вихід м’яса, сильну стресостійкість і швидке зростання. Це один з найважливіших видів креветок, які вирощуються в Китаї. Наразі основні моделі вирощування L. vannamei у Китаї включають відкриті ставки, невеликі тепличні ставки та -високі ставки. Проте вітчизняне виробництво все ще не може задовольнити попит ринку, що вимагає значного імпорту. Крім того, швидке поширення таких моделей, як невелике тепличне господарство, виявило такі проблеми, як незавершена технічна база, часті спалахи захворювань і проблеми з очищенням стічних вод. На тлі пропаганди збереження ресурсів і сталого розвитку система рециркуляційної аквакультури (RAS), визнана інтенсивною, ефективною та екологічно чистою моделлю сільського господарства, останніми роками привернула широку увагу в галузі.
РАС використовує індустріальні методи активного регулювання водного середовища. Він характеризується низьким споживанням води, невеликою площею, мінімальним забрудненням навколишнього середовища та дає високо{1}}якісні безпечні продукти з меншою кількістю хвороб і більшою щільністю посадки. Його виробництво в основному не обмежене географією чи кліматом. Ця модель може похвалитися високою ефективністю використання ресурсів і характеризується великими інвестиціями та високою продукцією, що представляє важливий шлях до сталого розвитку галузі аквакультури. В даний час домашнє вирощування L. vannamei зосереджено в прибережних районах, переважно з використанням природної морської води. Внутрішні регіони, обмежені доступністю джерел води та екологічними нормами, стикаються зі значною невідповідністю між пропозицією та споживчим попитом. Дослідження RAS з використанням штучної морської води у внутрішніх районах має велике значення для забезпечення місцевих ринків і сприяння регіональному економічному розвитку. Цей експеримент успішно створив закритий RAS для L. vannamei у внутрішніх умовах і провів успішний цикл культивування. Методи та дані, що стосуються побудови системи, штучної підготовки морської води та управління фермою, можуть слугувати орієнтиром для внутрішнього розведення L. vannamei.
1. Матеріали та методи
1.1 Матеріали
Випробування проводилося на фермі Leiocassis longirostris Original Breeding Farm провінції Сичуань. Пост-личинки L. vannamei (стадія P5) були отримані з бази Huanghua Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd., і були в хорошому стані. Корм використовувався під маркою "Xia Gan Qiang" від Tongwei Group Co., Ltd. Його основними компонентами були: сирий протеїн більше або дорівнює 44,00%, сирий жир більше або дорівнює 6,00%, сира клітковина менше або дорівнює 5,00% та сира зола менше або дорівнює 16,00%.
1.2 Підготовка штучної морської води
Як вихідну воду використовували підземні води зі свердловини. Його послідовно обробляли дезінфекцією (відбілюючий порошок 30 мг/л, аерація протягом 72 годин), видаленням залишкового хлору (тіосульфатом натрію, 15 мг/л) і детоксикацією [етилендіамінтетраоцтова кислота (EDTA), 10–30 мг/л] перед використанням для приготування штучної морської води.
Штучна морська вода з солоністю 8 була приготовлена з використанням кристалів морської солі як основного інгредієнта; його основні компоненти перераховані вТаблиця 1. CaCl₂, MgSO₄ і KCl харчового-класу використовувалися як доповнення до елементів Ca, Mg і K. Після приготування використовували харчовий NaHCO₃ для встановлення загальної лужності до 250 мг/л (у вигляді CaCO3), а NaHCO3 разом із моногідратом лимонної кислоти використовували для регулювання pH до 8,2–8,4.
1.3 Будівництво РАН
1.3.1 Загальна концепція дизайну
Поєднуючи незалежний дизайн із інтегрованим застосуванням, RAS для L. vannamei було створено з використанням багато-етапної фізичної обробки та біофільтрації. Відповідні стратегії функціонування системи, протоколи коригування якості води та наукові стратегії годівлі були впроваджені відповідно до потреб росту креветок на різних етапах, з метою стабільної роботи, економічного вкладу та ефективного виходу.
1.3.2 Основний технологічний процес і технічні параметри
Існуючу систему вирощування риби на основі-контейнерів було модифіковано для створення L. vannamei RAS, що складається з культуральних резервуарів, композитного пристрою для збору шкаралупи/частинок (три-дренування), біофільтра, циркуляційних насосів тощо. Потік процесу показано намалюнок 1.
Загальний проектний об’єм води системи становив 750 м³, з об’ємом системи водопідготовки 150 м³ і ефективним об’ємом культури 600 м³. Розраховане культуральне навантаження становило 7 кг/м³. Основні технічні параметри наведені вТаблиця 2.
1.3.3 Конструкція
Шість восьмикутних культурних резервуарів були розташовані в два ряди. Враховуючи зручність керування, екологічну стабільність та інвестиційну вартість, основна конструкція резервуарів була цегляно-бетонною. Розміри становили: довжина 10,0 м, ширина 10,0 м, глибина 1,2 м, зрізані краї 3,0 м. Ефективний об’єм води на резервуар становив 100 м³. Дно бака мало ухил (16%) у бік центрального зливу (малюнок 2).
Три{0}}дренажний пристрій складався з центрального колектора (для мертвих креветок, панцирів і великих частинок), колектора для осадження з вертикальним потоком (для зламаних панцирів, середніх часток, фекалій) і сифонної{1}}дренажної коробки для збору дрібних панцирів і дрібних-–-середніх частинок) (малюнок 2).
Одна сторона резервуара для кондиціонування містила пластикову щіточну раму для збору та видалення оболонок і частинок із розряду бака. У цьому резервуарі можна регулювати кальцій, магній, загальну лужність і pH. Об’єм резервуара становив 20 м³, час гідравлічного утримування 0,13 год.
Циркуляційний насос був розташований з іншого боку резервуару кондиціонування, використовуючи одно-ступінчастий насос для енергоефективності. Виходячи з екології креветок і навантаження, швидкість рециркуляції була розроблена на рівні 2–6 разів на день. Подача насоса 150 м³/год, напір 10 м, потужність 5,5 кВт.
Щітковий фільтр був оснащений кількома фільтр-мішками. Мішки були з’єднані за допомогою трубних фітингів з входом фільтра, закріпленими затискачами. Стоки потрапляли в мішки по трубах. Мішки були виготовлені з поліпропілену (PP), наповнені пластиковою щіткою, яка ефективно перехоплювала частинки розміром більше 0,125 мм. Резервуар еластичного середовища складався з корпусу резервуару (прямокутної форми, глибина 2 м), рам-сіток (паралельно поверхні) та встановлених на рамах еластичних середовищ (малюнок 3). Середовище складалося з численних подвійних-кільцевих пластикових кілець із поліефірними нитками, які утворювали пучки волокон, розподілених по всьому баку. Його принцип роботи полягав у створенні повільного-ефекту седиментації шляхом перехоплення середовища та використання біоплівки, утвореної на його поверхні, для поглинання, розкладання та перетворення неорганічного азоту та фосфору.
Біофільтр включав корпус ємності (прямокутної форми, глибина 2 м), компоненти аерації та біо-носії (малюнок 4). Аераційний вузол включав повітророзподільні труби. Повітря входило зверху і випускалося знизу, створюючи повністю змішану схему потоку. Резервуар був заповнений середовищем реактора з біоплівкою з рухомим шаром (MBBR). Завдяки цілеспрямованому посиленню нітрифікатора та регулюванню лужності велика кількість нітрифікуючих бактерій прикріплюється до середовища, споживаючи органічні речовини та досягаючи видалення аміаку та нітритів, створюючи таким чином нітрифікуючий біофільтр. Вхідний і вихідний патрубки були на протилежних сторонах, з вихідним екраном на внутрішній стінці. У цьому дослідженні ефективний об’єм біофільтра був встановлений на рівні 25% об’єму системної культури з коефіцієнтом заповнення середовища 30%, використовуючи середовище K5.
Система аерації комбінувала механічний і чистокисневий методи. Коли вміст розчиненого кисню (DO) був високим, основною була механічна аерація: використовували вихровий нагнітач високого-тиску та високоякісні-мікропористі трубки як дифузори для максимізації ефективності перенесення O₂ та зменшення шуму. Коли DO був низьким, доповнювали аерацію чистим киснем: за допомогою генератора кисню + мікро-бульбашкового водяного пропелера. Генератор кисню видає концентрацію O₂ вище 90 %, розподіляється через нано-керамічний диск у пропелері. Під високим навантаженням комбінація генератора кисню та кисневого конуса слугувала допоміжною аерацією, використовуючи допоміжний насос для створення-перенасиченої киснем води в конусі.
1.4 Вимірювання якості води
Концентрації аміаку та нітритів (як N) вимірювали за допомогою багато-параметричного аналізатора води Aokedan. Загальний вміст завислих речовин (TSS) вимірювали за допомогою багато-параметричного аналізатора Hach DR 900.
1.5 Управління фермою та функціонування системи
Суд розпочався 8 серпня 2022 року і тривав 74 дні. Усі шість танків були укомплектовані. Розмір поголів’я становив 961 особину/кг, щільність приблизно 403 особини/м³, загальна кількість 241 800 пост{9}}личинок. Частота годівлі становила 6 разів на день, добовий раціон зменшувався приблизно з 7,0% (ранній) до 2,5% (пізній) від оціненої біомаси.
Циркуляція системи почалася через 3 дні після-запасу, спочатку з 2 циклами на день, пізніше збільшившись до 4 циклів на день. На початку випробування відбувався щоденний дренаж, лише поповнюючи воду, втрачену через дренаж і випаровування. Пізніше зціджування слідувало за кожним годуванням (через 1 годину), при цьому щоденний обмін води становив менше 10% від об’єму поповнення на ранній-стадії.
Спочатку використовувалася механічна аерація (вихровий вентилятор). Через збільшення навантаження на систему пізніше було використано комбінацію механічної аерації, генератора кисню + нано-керамічного диска та генератора кисню + кисневого конуса.
Регулярно вимірювали DO, температуру, рН, аміак і нітрит у резервуарах. Спостерігали та записували ріст креветок та їхнє харчування.
1.6 Обробка та аналіз даних
Дані були організовані за допомогою WPS Office Excel. Графіки створено за допомогою Origin 2021.
Для розрахунку коефіцієнта водообміну (R), коефіцієнта конверсії корму (FCR), і рівень виживання (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Де: R – добовий обмін води (%/день); V₁ – загальний об’єм обмінної води (м³); V - загальний об'єм води в системі (м³); t – дні культури (d). ФCR– коефіцієнт конверсії корму; W – загальна витрата корму (кг); Wₜ і W₀ — маса кінцевого врожаю та маса початкового закладення (кг). РS– виживаність (%); S – загальна кількість вилучених (особин); N - загальна кількість поголів'я (особин).
2. Результати
2.1 Водообмін
Під час випробування загальний водообмін становив 1000 м³ із середньодобовою швидкістю обміну 1,8%.
2.2 Аміак і нітрит
Концентрація аміаку в резервуарах залишалася нижче 1,3 мг/л (за винятком дня 5), а концентрація нітритів залишалася нижче 1,6 мг/л, обидва на відносно стабільних рівнях (малюнок 5).
На ранній стадії (перші 15 днів) аміак у резервуарі швидко зменшувався, тоді як нітрит швидко зростав, що вказує на створення біоплівки в біофільтрі та перетворення аміаку на нітрит. У середній -етапі (15–50 днів) при збільшенні годівлі концентрації аміаку та нітритів залишалися стабільними, що свідчить про синхронне окислення аміаку та нітритів у біофільтрі та стабільну роботу системи. Після 50-го дня як аміак, так і нітрит показали тенденцію до зниження, що, можливо, вказує на підвищену здатність нітрифікації та більш зрілу систему. Це не вдалося підтвердити далі, оскільки судовий розгляд закінчився.
Малюнок 6показує, що тенденції аміаку на вході та виході біофільтра були подібними, але розрив між кривими поступово збільшувався, вказуючи на покращення видалення аміаку. Криві нітритів для входу та виходу майже перекривалися та не демонстрували загальної тенденції до зростання, що свідчить про те, що система зберігала здатність до окислення нітритів до кінця.
2.3 Розчинений кисень і загальна лужність
Як показано вМалюнок 7, незважаючи на збільшення навантаження на систему, комбіновані методи аерації підтримували DO в резервуарі вище 6 мг/л. Крім того, шляхом додавання NaHCO₃ загальна лужність підтримувалася між 175–260 мг/л.
2.4 Загальний вміст зважених твердих речовин
Тенденції концентрації TSS у ключових точках системи показано наМалюнок 8. TSS у притоці до колектора осаду з вертикальним потоком і боковій камері сифона (частина три- дренажу) відображає тенденції TSS у резервуарах. Загальний TSS поступово збільшувався, стабілізуючись на середньо-пізніх стадіях (після 35 дня), і демонстрував тенденцію до зниження на послідовних стадіях лікування.
2.5 Результати землеробства
Загальне розміщення становило 241 800 пост-личинок із середнім розміром 0,52 г у 6 резервуарах із середньою щільністю 403 особини/м³. Через 74 дні загальний урожай становив 3012,2 кг, середній розмір 15,82 г, середня виживаність 78,75%, середня врожайність 5,02 кг/м³. Загальна витрата корму склала 3386,51 кг, ФCR1.18. Розраховані витрати (насіння, корми, медичні продукти, електроенергія, штучна морська вода, дезінфекція) склали 155 870,6 CNY. Дохід від продажу креветок склав 192 780,8 CNY, що призвело до прибутку 36 910,2 CNY за цикл.
3. Обговорення
В останні роки RAS став дуже перспективним напрямком вирощування L. vannamei. Під час цього випробування було створено RAS, що включає резервуари для культур, збір композиційної оболонки/частинок, щітковий фільтр, біофільтр та обладнання для аерації, а також успішно проведено один цикл внутрішнього землеробства в закритому грунті.
Порівняно з традиційною RAS ця система є простішою. Конструктивно в ньому не було такого обладнання, як барабанні фільтри та білкові скиммери, які мають відносно вищі постійні витрати та витрати на технічне обслуговування. Замість цього він використав простіші пристрої для очищення води, щоб створити багато{2}}рівневу комплексну очистку частинок і розчинених забруднювачів, досягнувши хорошого контролю якості води за допомогою простіших процесів і нижчої вартості.
Застосовуючи різні методи управління якістю води, адаптовані до різних стадій росту та навантажень системи, система підтримувала рівень аміаку та нітриту нижче 1,3 та 1,6 мг/л відповідно, а DO вище 6 мг/л, досягаючи в кінцевому підсумку врожайності 5,02 кг/м³. Це близько до результатів Yang Jing et al. Крім того, система очищення води контролювала середньодобовий обмінний курс до 1,8%, повністю використовуючи свою очисну потужність і значно скорочуючи витрати.
RAS забезпечує переваги для навколишнього середовища, безпеку продукції та менше захворювань. Через транспортні обмеження L. vannamei має великий ринковий потенціал усередині країни. Проведення RAS для L. vannamei всередині країни відповідає галузевим тенденціям. Сучасне вирощування креветок у внутрішніх водах переважно прісноводне, а врожайність і якість відстають від морського. Використання штучної морської води в цьому дослідженні частково усунуло цю прогалину. Однак нинішня висока вартість штучної морської води вимагає оптимізації процесів RAS для видалення азоту та фосфору, щоб уможливити повторне використання води, що є ефективним способом зниження витрат і має бути ключовим напрямком досліджень для внутрішньої L. vannamei RAS.
FCRє важливим показником ефективності RAS. Фінальний ФCR1,18 у цьому дослідженні можна порівняти з традиційним інтенсивним землеробством. Перевага RAS як закритої системи полягає в повторному використанні вхідних даних. На основі підвищення здатності до очищення води, формулювання точних стратегій годування для зниження FCRмає бути наступним фокусом оптимізації.