Litopenaeus vannamei, cunoscut în mod obișnuit sub numele de creveți albi din Pacific, este o specie eurihalină apreciată pentru randamentul ridicat de carne, toleranța puternică la stres și creșterea rapidă. Este una dintre cele mai importante specii de creveți crescute în China. În prezent, modelele agricole principale pentru L. vannamei în China includ iazuri în aer liber, iazuri mici cu efect de seră și iazuri-la nivel înalt. Cu toate acestea, producția internă încă nu poate satisface cererea pieței, necesitând importuri semnificative. Mai mult decât atât, extinderea rapidă a modelelor precum agricultura cu efect de seră mică a expus probleme precum un cadru tehnic incomplet, focare frecvente de boli și provocări în tratarea apelor uzate efluente. Pe fundalul pledării pentru conservarea resurselor și dezvoltarea durabilă, Sistemul de Acvacultură cu Recirculare (RAS), recunoscut ca un model de agricultură intensiv, eficient și prietenos cu mediul, a atras atenția pe scară largă în industrie în ultimii ani.
RAS folosește metode industriale pentru a regla activ mediul de apă. Dispune de un consum redus de apă, o amprentă redusă, poluare minimă a mediului și oferă produse de înaltă-calitate, sigure, cu mai puține boli și densități de stocare mai mari. Producția sa este în mare parte nerestricționată de geografie sau climă. Acest model se mândrește cu o eficiență ridicată de utilizare a resurselor și se caracterizează prin investiții ridicate și producție ridicată, reprezentând o cale crucială către dezvoltarea durabilă a industriei acvaculturii. În prezent, agricultura internă a L. vannamei este concentrată în zonele de coastă, utilizând în principal apa de mare naturală. Regiunile interioare, constrânse de disponibilitatea surselor de apă și de reglementările de mediu, se confruntă cu o nepotrivire semnificativă între oferta și cererea consumatorilor. Explorarea RAS folosind apă de mare artificială în zonele interioare are o mare importanță pentru aprovizionarea piețelor locale și promovarea dezvoltării economice regionale. Acest experiment a construit cu succes un RAS de interior pentru L. vannamei într-un cadru interior și a condus un ciclu de cultivare cu succes. Metodele și datele privind construcția sistemului, prepararea artificială a apei de mare și managementul fermei pot servi ca referință pentru agricultura interioară a L. vannamei.
1. Materiale și Metode
1.1 Materiale
Testul a fost efectuat la ferma de reproducție originală Leiocassis longirostris din provincia Sichuan. Post-larvele L. vannamei (stadiul P5) au provenit de la baza Huanghua din Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd. și erau în stare bună de sănătate. Furajul folosit a fost marca „Xia Gan Qiang” de la Tongwei Group Co., Ltd. Principalele sale componente au fost: proteină brută mai mare sau egală cu 44,00%, grăsime brută mai mare sau egală cu 6,00%, fibre brute mai mică sau egală cu 5,00% și cenușă brută mai mică sau egală cu 5,00%;
1.2 Prepararea artificială a apei de mare
Apa subterană dintr-o fântână a fost folosită ca sursă de apă. A fost tratat secvenţial cu dezinfecţie (pulbere de albire 30 mg/L, aerat timp de 72 de ore), eliminarea clorului rezidual (tiosulfat de sodiu, 15 mg/L) şi detoxifiere [Acid etilendiaminotetraacetic (EDTA), 10–30 mg/L] înainte de a fi utilizat pentru prepararea apei de mare artificială.
Apa de mare artificială cu o salinitate de 8 a fost preparată folosind ca ingredient principal cristale de sare de mare; componentele sale primare sunt enumerate înTabelul 1. CaCl₂, MgSO4 și KCl de calitate alimentară au fost folosite pentru a suplimenta elementele Ca, Mg și K. După preparare, NaHCO₃ de calitate alimentară a fost folosit pentru a ajusta alcalinitatea totală la 250 mg/L (ca CaCO₃), iar NaHCO₃ împreună cu acid citric monohidrat au fost folosite pentru a ajusta pH-ul la 8,2–8,4.
1.3 Constructii RAS
1.3.1 Conceptul general de proiectare
Combinând designul independent cu aplicația integrată, a fost construit un RAS pentru L. vannamei utilizând tratamentul fizic în mai multe-etape și biofiltrarea. Strategiile corespunzătoare de funcționare a sistemului, protocoalele de ajustare a calității apei și strategiile științifice de hrănire au fost implementate în funcție de cerințele de creștere ale creveților în diferite etape, urmărind o funcționare stabilă, aport economic și producție eficientă.
1.3.2 Fluxul principal al procesului și parametrii tehnici
Un sistem existent de piscicultura pe bază de container-a fost modificat pentru a stabili RAS L. vannamei, constând din rezervoare de cultură, un dispozitiv compozit de colectare a particulelor/cochilie (drenaj în trei-căi), biofiltru, pompe de circulație etc. Debitul procesului este prezentat înFigura 1.
Volumul total de apă proiectat al sistemului a fost de 750 m³, cu un volum al sistemului de tratare a apei de 150 m³ și un volum efectiv de cultură de 600 m³. Sarcina de cultură proiectată a fost de 7 kg/m³. Parametrii tehnici cheie sunt enumerați înTabelul 2.
1.3.3 Proiectare structurală
Cele șase rezervoare de cultură octogonale au fost dispuse pe două rânduri. Având în vedere confortul managementului, stabilitatea mediului și costul investiției, structura principală a rezervoarelor a fost din beton de cărămidă-. Dimensiunile au fost: lungime 10,0 m, latime 10,0 m, adancime 1,2 m, cu margini taiate de 3,0 m. Volumul efectiv de apă per rezervor a fost de 100 m³. Fundul rezervorului avea o pantă (16%) spre scurgerea centrală (Figura 2).
Dispozitivul de drenaj cu trei-cai a constat dintr-un colector central (pentru creveți morți, cochilii și particule mari), un colector de sedimentare cu curgere verticală (pentru cochilii sparte, particule medii, fecale) și o cutie de colectare a scurgerii lateral-sifon (pentru coji fine și particule mici{{2}sla{{3}medii)Figura 2).
O parte a rezervorului de condiționare conținea un cadru de material plastic cu perie pentru colectarea și îndepărtarea cochiliilor și particulelor din descărcarea rezervorului. În acest rezervor pot fi făcute ajustări pentru calciu, magneziu, alcalinitate totală și pH. Volumul rezervorului a fost de 20 m³, cu un timp de retenție hidraulică de 0,13 h.
Pompa de circulație era situată pe cealaltă parte a rezervorului de condiționare, folosind o pompă cu o singură treaptă{0}}pentru eficiență energetică. Pe baza ecologiei creveților și a încărcăturii, rata de recirculare a fost proiectată de 2-6 ori/zi. Debitul pompei a fost de 150 m³/h, înălțime 10 m, putere 5,5 kW.
Filtrul cu perie a fost echipat cu mai multe pungi filtrante. Sacii au fost conectați prin fitinguri de conductă la orificiul de admisie al filtrului, fixați cu cleme. Efluentul a intrat în saci prin conducte. Pungile au fost fabricate din polipropilenă (PP), umplute cu medii de perie din plastic, interceptând efectiv particulele mai mari de 0,125 mm. Rezervorul de mediu elastic era format din corpul rezervorului (dreptunghiular, adâncimea de 2 m), cadre de grilă (paralele cu suprafața) și medii elastice instalate pe rame (Figura 3). Suportul a cuprins numeroase inele duble-din plastic cu filamente de poliester, formând fascicule de fibre distribuite în întregul rezervor. Principiul său de funcționare a implicat crearea unui efect de sedimentare cu flux lent-prin interceptarea mediului și utilizarea biofilmului format pe suprafața sa pentru a absorbi, descompune și transforma azotul și fosforul anorganic.
Biofiltrul includea corpul rezervorului (dreptunghiular, adâncimea de 2 m), componente de aerare și bio-medii (Figura 4). Ansamblul de aerare a inclus conducte de distribuție a aerului. Aerul a intrat de sus și a fost eliberat de jos, creând un model de curgere complet amestecat. Rezervorul a fost umplut cu mediu Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR). Prin îmbunătățirea țintită a nitrificatorului și ajustarea alcalinității, un număr mare de bacterii nitrificatoare s-au atașat la medii, consumând materie organică și obținând îndepărtarea amoniacului și a nitriților, construind astfel un biofiltru nitrificator. Conductele de admisie și de evacuare erau pe părți opuse, cu un ecran de evacuare pe peretele interior. În acest studiu, volumul efectiv al biofiltrului a fost stabilit la 25% din volumul culturii sistemului, cu un raport de umplere cu mediu de 30%, folosind medii K5.
Sistemul de aerare a combinat metode mecanice cu oxigen pur. Când oxigenul dizolvat (DO) era ridicat, aerarea mecanică era principală: folosind o suflantă vortex cu presiune înaltă-și tuburi microporoase de înaltă calitate-ca difuzoare pentru a maximiza eficiența transferului de O₂ și a reduce zgomotul. Când OD a fost scăzut, aerarea cu oxigen pur a fost suplimentată: folosind un generator de oxigen + elice cu micro-bule de apă. Generatorul de oxigen produce o concentrație de O₂ peste 90%, dispersat printr-un disc nano-ceramic din elice. În condiții de sarcină mare, o combinație de generator de oxigen + con de oxigen a servit ca aerare auxiliară, folosind o pompă de rapel pentru a crea apă suprasaturată cu oxigen-în con.
1.4 Măsurarea calității apei
Concentrațiile de amoniac și nitriți (sub formă de azot) au fost măsurate utilizând un analizor de apă multi-Aokedan. Solidele totale în suspensie (TSS) au fost măsurate folosind un analizor multi-parametric Hach DR 900.
1.5 Managementul fermei și funcționarea sistemului
Procesul a început pe 8 august 2022, cu o durată de 74 de zile. Toate cele șase tancuri au fost stocate. Dimensiunea efectivului a fost de 961 indivizi/kg, densitatea de aproximativ 403 indivizi/m³, totalizând 241.800 de post-larve. Frecvența hrănirii a fost de 6 ori/zi, rația zilnică scăzând de la aproximativ 7,0% (devreme) la 2,5% (târzie) din biomasa estimată.
Circulația sistemului a început la 3 zile după-stoc, inițial la 2 cicluri/zi, crescând la 4 cicluri/zi mai târziu. La începutul procesului, a avut loc drenarea zilnică, doar reumplerea apei pierdute prin drenaj și evaporare. Ulterior, drenarea a urmat fiecărei hrăniri (1 oră după), cu schimb zilnic de apă sub 10% din volumul de reaprovizionare în stadiul inițial-.
Inițial a fost utilizată aerarea mecanică (suflante de vortex). Datorită încărcării crescute a sistemului ulterior, a fost utilizată o combinație de aerare mecanică, generator de oxigen + disc nano-ceramic și generator de oxigen + con de oxigen.
OD, temperatura, pH-ul, amoniacul și nitriții din rezervoare au fost măsurate în mod regulat. Creșterea și hrănirea creveților au fost observate și înregistrate.
1.6 Prelucrarea și analiza datelor
Datele au fost organizate folosind WPS Office Excel. Graficele au fost create folosind Origin 2021.
Următoarele formule au fost utilizate pentru a calcula rata de schimb a apei (R), raportul de conversie a furajului (FCR), și rata de supraviețuire (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Unde: R este rata zilnică de schimb a apei (%/d); V₁ este volumul total de apă schimbată (m³); V este volumul total de apă al sistemului (m³); t este zilele culturii (d). FCReste raportul de conversie a furajului; W este intrarea totală de alimentare (kg); Wₜ și W₀ sunt masa de recoltare finală și masa inițială de stocare (kg). RSeste rata de supraviețuire (%); S este numărul total recoltat (indivizi); N este numărul total stocat (persoane fizice).
2. Rezultate
2.1 Schimbul de apă
În timpul testului, schimbul total de apă a fost de 1.000 m³, cu un curs mediu zilnic de schimb de 1,8%.
2.2 Amoniac și nitriți
Concentrația de amoniac din rezervoare a rămas sub 1,3 mg/L (cu excepția zilei 5), iar concentrația de nitriți a rămas sub 1,6 mg/L, ambele la niveluri relativ stabile (Figura 5).
În stadiul incipient (primele 15 zile), amoniacul din rezervor a scăzut rapid, în timp ce nitritul a crescut rapid, indicând stabilirea biofilmului în biofiltru și conversia amoniacului în nitriți. La mijlocul-etapa (15–50 de zile), cu creșterea hrănirii, concentrațiile de amoniac și nitriți au rămas stabile, indicând oxidarea sincronizată a amoniacului și a nitriților în biofiltru și funcționarea stabilă a sistemului. După ziua 50, atât amoniacul, cât și nitritul au prezentat o tendință descendentă, indicând posibil o capacitate de nitrificare îmbunătățită și un sistem mai matur. Acest lucru nu a putut fi confirmat în continuare, deoarece procesul s-a încheiat.
Figura 6arată că tendințele amoniacului în intrarea și ieșirea biofiltrului au fost similare, dar decalajul dintre curbe s-a lărgit treptat, indicând o îmbunătățire a eliminării amoniacului. Curbele de nitriți pentru intrare și ieșire aproape s-au suprapus și nu au arătat o tendință generală de creștere, sugerând că sistemul a menținut capacitatea de oxidare a nitriților până la sfârșit.
2.3 Oxigenul dizolvat și alcalinitatea totală
După cum se arată înFigura 7, în ciuda creșterii sarcinii sistemului, metodele combinate de aerare au menținut OD din rezervor peste 6 mg/L. În plus, prin adăugarea de NaHCO₃, alcalinitatea totală a fost menținută între 175-260 mg/L.
2.4 Total solide în suspensie
Tendințele concentrației TSS la punctele cheie ale sistemului sunt prezentate înFigura 8. TSS din fluxul de aflux către colectorul de sedimente cu curgere verticală și cutia laterală a sifonului (parte a drenajului cu trei-căi) a reflectat tendințele TSS în rezervoare. În general, TSS a crescut treptat, stabilizându-se în timpul etapelor mijlocii-târzii (după ziua 35) și a arătat o tendință de scădere prin etapele succesive de tratament.
2.5 Rezultatele agriculturii
Suprafața totală a fost de 241.800 de post-larve la o dimensiune medie de 0,52 g, în 6 rezervoare la o densitate medie de 403 indivizi/m³. După 74 de zile, recolta totală a fost de 3.012,2 kg, mărimea medie 15,82 g, supraviețuire medie 78,75%, randament mediu 5,02 kg/m³. Intrarea totală de furaj a fost de 3.386,51 kg, FCR1.18. Costurile calculate (semințe, furaje, produse de sănătate, electricitate, apă de mare artificială, dezinfecție) au totalizat 155.870,6 CNY. Veniturile din vânzările de creveți au fost de 192.780,8 CNY, rezultând un profit de 36.910,2 CNY pentru ciclu.
3. Discuție
În ultimii ani, RAS a devenit o direcție foarte promițătoare pentru agricultura L. vannamei. Acest studiu a construit un RAS care include rezervoare de cultură, cochilie compozită/colecție de particule, filtru cu perie, biofiltru și echipamente de aerare și a condus cu succes un ciclu de agricultură interioară în interior.
În comparație cu RAS tradițional, acest sistem este mai simplu. Din punct de vedere structural, a omis echipamente precum filtrele cu tambur și skimmerele de proteine, care au costuri fixe și de întreținere relativ mai mari. În schimb, a folosit dispozitive mai simple de tratare a apei pentru a crea un tratament compozit pe mai multe-niveluri pentru particule și poluanți dizolvați, realizând un control bun al calității apei cu procese mai simple și costuri mai mici.
Prin utilizarea diferitelor metode de management al calității apei adaptate diferitelor stadii de creștere și sarcini ale sistemului, sistemul a menținut amoniacul și nitriții sub 1,3 și respectiv 1,6 mg/L și OD peste 6 mg/L, obținând în cele din urmă un randament de 5,02 kg/m³. Acest lucru este aproape de rezultatele lui Yang Jing et al. În plus, sistemul de tratare a apei a controlat cursul mediu zilnic de schimb la 1,8%, utilizându-și pe deplin capacitatea de tratare și reducând semnificativ costurile.
RAS oferă beneficii pentru mediu, siguranța produselor și mai puține boli. Din cauza limitărilor de transport, L. vannamei deține un potențial mare de piață în interior. Efectuarea RAS pentru L. vannamei în interior se aliniază cu tendințele industriei. Actuala creștere a creveților interioare este în principal de apă dulce, cu randamentul și calitatea în urmă cu cea marină. Folosirea apei de mare artificiale în acest studiu a abordat parțial această lacună. Cu toate acestea, costul ridicat actual al apei de mare artificiale necesită optimizarea proceselor RAS pentru îndepărtarea azotului și a fosforului pentru a permite reutilizarea apei, care este o modalitate eficientă de reducere a costurilor și ar trebui să fie un punct cheie de cercetare pentru RAS interioară L. vannamei.
FCReste un indicator important pentru performanța RAS. Finalul FCRde 1,18 în acest studiu este comparabil cu agricultura intensivă tradițională. Ca sistem închis, avantajul RAS constă în reutilizarea intrărilor. Bazat pe îmbunătățirea capacității de tratare a apei, formularea unor strategii precise de hrănire pentru a reduce FCRar trebui să fie următorul obiectiv de optimizare.