Bendik Fyhn Terjesen Nofima
Transcription
Bendik Fyhn Terjesen Nofima
Forskning på miljøkrav og produksjonsmetoder i RAS for Atlantisk laks Bendik Fyhn Terjesen Seniorforsker, Nofima Ernæring og Fôrteknologi, Sunndalsøra 11/2/2012 Fremtidens Smoltproduksjon: 2ndre konferanse om resirkulering av vann i akvakultur Introduksjon • En framtidsrettet og bærekraftig smolt- og postsmoltproduksjon er avgjørende for videre vekst og utvikling i industrien • Hvor gode vi er i smoltproduksjonen avhenger av blant annet av 1) hvor effektiv teknologien er i å levere det miljøet vi har spesifisert 2) i hvilken grad vi kan forutsi hva som faktisk er det nødvendige miljøet som fisken krever • Lite kunnskap om Atlantisk laks har andre krav til miljø og ernæring i resirkulert vann (RAS), enn i gjennomstrømming (FT) • I dette innlegget vil det bli presentert en rekke forsøk fra Nofima senter for resirkulering i akvakultur (NCRA), og våre videre planer med fokus på postsmoltproduksjon i RAS og i lukkede anlegg i sjø 02.11.2012 2 Hva er effekten av resirkulering (RAS) i smoltproduksjon på velferd og ytelse? Systemvolum: 63 m3 Spedevannflow: 8.9±2.2 l/min Total resirk‐flow: 1099±19 l/min 99.2% resirkuleringsgrad, 20% utskiftning/dag Fra 23% til 73% av maks. fôr‐belastning RAS n = 4 kar i RAS-behandling Fjernvarmesystem i NCRA, Sunndalsøra. 80‐85⁰C varmekilde Nofima senter for resirkulering i akvakultur (NCRA), på Sunndalsøra FT n = 4 kar i FT-behandling Kolarevic J, Bæverfjord G, Takle H, Ytteborg E, Reiten BKM, Nergaard S, Terjesen BF (2012). Effects of recirculation of water during the freshwater stage of Atlantic salmon. In HAVBRUK 2012. p 114. 16th18th April 2012, Stavanger, Norway. Temperatur er viktig for utfallet i sammenligninger RAS og FT Rør- og pumpefriksjon varmer RAS-vann, (13.7ºC vs. 8.6ºC). RAS gav desidert bedre vekst enn gjennomstrømming (FT) RAS FT 80 60 40 Vaks Vaksinering 60 40 20 0 0 20 40 60 80 Dager siden innsett 100 120 Overført til sjø 80 20 0 24L:0D RAS FT Vaks Individvekt (g ind-1) Individvekt (g ind-1) 100 Overført til sjø 100 12L:12D 24L:0D 24L:0D 12L:12D 24L:0D Ved oppvarming av FT til RAS-vann temp, (13.9ºC vs. 13.9ºC), blir veksten lik, bildet holder seg slik også etter sjøutsett 0 20 40 60 80 Dager siden innsett Kolarevic J, Bæverfjord G, Takle H, Ytteborg E, Reiten BKM, Nergaard S, Terjesen BF (2012). Effects of recirculation of water during the freshwater stage of Atlantic salmon. In HAVBRUK 2012. p 114. 16th18th April 2012, Stavanger, Norway. 100 120 Fisk fra RAS håndterte sjøvann bedre enn fisk fra FT, kort tid etter vintersignal, og genuttrykk av ione-transportere i gjeller har annet forløp 24L:0D 12L:12D 220 Overført til sjø Over ** Plasma klorid (mmol l-1) 200 P<0.01 180 RAS FT 160 Plasma klorid etter 72 timer sjøvannstest (33.834.3 ‰ S) 140 120 0 60 70 80 90 100 110 Dager siden innsett Kolarevic J, Bæverfjord G, Takle H, Ytteborg E, Reiten BKM, Nergaard S, Terjesen BF (2012). Effects of recirculation of water during the freshwater stage of Atlantic salmon. In HAVBRUK 2012. p 114. 16th18th April 2012, Stavanger, Norway. RAS-fisk har lavere nivå av CO2-relaterte forbindelser i blod, sammenlignet med gj.strøm (FT)-fisk på tross av samme karutskiftning, temperatur og biomasse 7.5 8.0 * -1 HCO3 (mmol l ) -1 TCO2 (mmol L ) 7.5 7.0 7.0 6.5 6.0 5.5 ** 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 5.0 0.0 0.0 RAS FT Vannbehandling RAS FT Vannbehandling Karbonatsystemet i helblod, etter 110 dager i forsøket, rett før overføring til sjø Kolarevic J, Bæverfjord G, Takle H, Ytteborg E, Reiten BKM, Nergaard S, Terjesen BF (2012). Effects of recirculation of water during the freshwater stage of Atlantic salmon. In HAVBRUK 2012. p 114. 16th18th April 2012, Stavanger, Norway. Settefiskfase 24L:0D 12L:12D I sjø Finneslitasje (score 0-2) Mindre finneslitasje og gjellelokkskader hos RAS-fisk, også langt inn i sjøfasen * 24L:0D 1.4 1.2 Vaksinering 1.0 * 0.8 0.6 0.4 RAS FT 0.2 0.0 0 50 100 150 200 250 300 Dager siden innsett Settefiskfase Gjellelokk-skade (score 0-2) 0.6 24L:0D I sjø 12L:12D 24L:0D RAS FT 0.5 Vaksinering 0.4 * 0.3 * 0.2 0.1 0.0 0 50 100 150 200 Dager siden innsett 250 300 Skader på snute var for noen prøvepunkt i sjø mer utredende hos RAS-fisk Kolarevic J, Bæverfjord G, Takle H, Ytteborg E, Reiten BKM, Nergaard S, Terjesen BF (2012). Effects of recirculation of water during the freshwater stage of Atlantic salmon. In HAVBRUK 2012. p 114. 16th18th April 2012, Stavanger, Norway. Hvorfor må vi vite laksens toleranse til ammoniakk og nitritt i RAS-miljøet? NH4+ NO2 NO3 • Fiskehelse: kronisk NH3 eller NO2 toleranse lite kjent for Atlantisk laks, nødvendig for forsvarlig drift i RAS • Ved lav substratkonsentrasjon er biofiltereffektiviteten lav • Lav NH3 eller NO2 toleranse tilsier større biofilterareal, oppholdstid og/eller større vannflow • Høy toleranse, kanskje vi kan klare oss med mindre biofilter? • Derfor, industrien bør vite hvilke krav fisken har for å optimalisere investering og drift RAS1&2 i Nofima senter for resirkulering i akvakultur, Sunndalsøra Fiskens tidlige responser under ammoniakk-eksponering 3.5 A SGR (% day-1) 3.0 (uionisert, NH3-N) 0.1 µg/L NH3-N 8 µgl/L NH3-N 14 µg/L NH3-N 32 µg/L NH3-N AB AB B 2.5 2.0 Redusert vekstrate 1.5 1.0 0.5 0.0 35 µg/L restricted 32 µg/L full-fed 17 µg/L restricted 14 µg/L full-fed 9 µg/L restricted 8 µg/L full-fed Control restricted Control full-fed 2.0 32 µg/L NH3-N 14 µg/L NH3-N 8 µg/L NH3-N 0.1 µg/L NH3-N -1 Total ammonia (mmol L ) 80 Små, men signifikante gjelleskader Full-fôret 60 1.5 * 1.0 Akkumulering i plasma 0.5 0.0 0 20 40 60 80 100 Days of exposure 40 12 Glutamine (nmol mg-1) Body weight (g ind-1) 100 Day 22 1/3 Fôringstyrke 20 * 10 8 6 0.1 µg/L NH3-N 8 µgl/L NH3-N 14 µg/L NH3-N 32 µg/L NH3-N 4 2 Avgifting til aminosyrer i hjernevev 0 0 0 20 40 60 80 100 Days of exposure Kolarevic, J., Takle, H., Felip, O., Ytteborg, E., Selset, R., Good, C.M., Baeverfjord, G., Åsgård, T., Terjesen, B.F., 2012. Molecular and physiological responses to long-term sublethal ammonia exposure in Atlantic salmon (Salmo salar). Aquatic Toxicology. 124–125, 48-57. DOI: 10.1016/j.aquatox.2012.07.003 Relative gene expression Day 22 6 5 4 * * 3 2 * 1 0 Day 22 0.1 µg/L NH3-N 8 µgl/L NH3-N 14 µg/L NH3-N 32 µg/L NH3-N Økt genuttrykk av NH3pumper i gjeller (uionisert, NH3-N) 1.0 0.5 Ingen påvisbar effekt på vekst Day 105 Ikke påvisbare gjelleskader 32 µg/L NH3-N 14 µg/L NH3-N 8 µg/L NH3-N 0.1 µg/L NH3-N -1 Total ammonia (mmol L ) 2.0 NH3-N= 14 µg/l 60 1.5 * 1.0 0.5 Ingen sign. akkumulering i plasma 0.0 Full-fôret 0 20 40 60 80 100 Days of exposure 40 12 Glutamine (nmol mg-1) Body weight (g ind-1) 80 1.5 0.0 35 µg/L restricted 32 µg/L full-fed 17 µg/L restricted 14 µg/L full-fed 9 µg/L restricted 8 µg/L full-fed Control restricted Control full-fed 100 0.1 µg/L NH3-N 8 µgl/L NH3-N 14 µg/L NH3-N 32 µg/L NH3-N 2.0 SGR (% day-1) Fiskens status etter langvarig ammoniakkeksponering 1/3 Fôringstyrke 20 * 10 8 6 0.1 µg/L NH3-N 8 µgl/L NH3-N 14 µg/L NH3-N 32 µg/L NH3-N 4 2 Avgifting til aminosyrer i hjernevev 0 0 0 20 40 60 80 100 Days of exposure Kolarevic, J., Takle, H., Felip, O., Ytteborg, E., Selset, R., Good, C.M., Baeverfjord, G., Åsgård, T., Terjesen, B.F., 2012. Molecular and physiological responses to long-term sublethal ammonia exposure in Atlantic salmon (Salmo salar). Aquatic Toxicology. 124–125, 48-57. DOI: 10.1016/j.aquatox.2012.07.003 Relative gene expression Day 105 6 5 * 4 3 * * 2 1 0 Day 105 0.1 µg/L NH3-N 8 µgl/L NH3-N 14 µg/L NH3-N 32 µg/L NH3-N Økt genuttrykk av NH3pumper i gjeller Nitritt og pH kan svinge mye under produksjon i kommersielt ferskvann-RAS for smolt prod. (5 mill. ind/år) 8.5 8.0 7.0 4.0 6.5 3.0 6.0 NO2-N (mg/L) 2.0 5.5 0.6 5.0 0.4 * * ** *** ** * *** * * *** * ** 0.2 de s .0 8 fe b. 0 ap 9 r.0 ju 9 n. 0 au 9 g. 0 ok 9 t.0 de 9 s. 09 fe b. 1 ap 0 r.1 ju 0 n. 1 au 0 g. 1 ok 0 t.1 de 0 s. 10 fe b. 1 ap 1 r. 1 ju 1 n. 1 au 1 g. 11 0.0 N=770. Gjengitt etter tillatelse fra Frode Mathisen og Per-Magne Eriksen, Grieg SeaFood 02.11.2012 pH 7.5 11 Dato * : hendelser som kan innvirke på RAS ytelse og stabilitet , f.eks. sortering, vaksinering, endret spedevannsflow, problemer med dosering av alkalitet etc. • Generelt antas klorid: nitritt-N ratio på 20:1 å beskytte fisk mot nitritt-giftighet, men det er ikke rapportert langvarige forsøk med laks • I de første ukene med eksponering av parr, beskyttet imidlertid ikke den mye brukte klorid: nitritt-N ratio på 20:1, mot veksttap SGR dag 1-21 3.4 Spesifikk vekstrate (% BW/dag) Effekter av nitritteksponering og Cl-:NO2-N ratio hos parr av laks A 3.2 3.0 AB 2.8 AB AB B 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 0.0 Nitritt-N kons. Kontroll 0.5 mg/l 5 Cl:NO2-N ratio 2x10 : 1 ~400:1 2 mg/l 5 mg/l 10 mg/l ~100:1 ~40:1 ~20:1 Nominell eksponeringsgruppe 3.5 • Ved fare for nitritt-akkumulering bør en sikre mot skader og vekstreduksjon med salttilsetning til ratio ≥ 100:1 for parr av laks Plasma NO2-N (mg/L) • Bare en ratio på ≥100:1 beskyttet parren mot nitritt-akkumulering i plasma (og dermed mot f.eks. MetHb), versus kontrollgruppe. Ingen klart markert tilvenning som for NH3-N Kontroll, dag 21 0.5. mg/l, dag 21 2 mg/l, dag 21 5 mg/l, dag 21 10 mg/l, dag 21 Kontroll, dag 84 0.5 mg/l, dag 84 2 mg/l, dag 84 5 mg/l, dag 84 10 mg/l, dag 84 3.0 2.5 2.0 B B B 1.5 B 1.0 AB 0.5 0.0 A A A A A Nitritt-N kons. Kontroll Cl:NO2-N ratio 2x105: 1 0.5 mg/l 2 mg/l 5 mg/l 10 mg/l ~400:1 ~100:1 ~40:1 ~20:1 Nominell eksponeringsgruppe Gutierrez, X., Kolarevic, J., Sæther, B., Bæverfjord, G., Takle, H., Medina, H., Terjesen, B.F, 2011. Effects of sub-lethal nitrite exposure at high chloride background during the parr stage of Atlantic salmon, In: Aquaculture Europe 2011 Proc., Rhodes, Greece, pp. 1080-1081. 02.11.2012 12 Gode bakgrunnsdata er viktig for nøyaktig dimensjonering av TAN- og CO2-fjerning • Kjørte gradvis økende fôr-belastning (og biomasse) av parr i RAS1, og fulgte vannkvalitet i kar-utløp 1.0 14 Sampling 93% Sampling 108% Sampling 135% 12 0.8 10 0.6 8 6 0.4 4 0.2 CO2 i kar-utløp (mg/L) • Timmons og Ebeling (2007) modell for TAN og CO2-produksjon: TAN prod 46 g N/kg fôr Vannkvalitet ved faktisk maks fôrbelastning (100%), N-retensjon fra Nofima (laks parr GrisdaleHelland & Helland, 1997), 35 g N/kg Vannkvalitetskrav ved antatt maks fôrbelastning (100%), 46 g N/kg Timmons & Ebeling (2007) TAN i kar-utløp (mg/L) • I NCRA ble bioreaktorog CO2-lufter dimensjonert fra nødvendig fôringskapasitet og minimumskrav til vannkvalitet ved denne belastningen 2 0.0 0 30 35 40 45 50 55 60 65 Daglig fôrbelastning (kg/døgn) 70 80 90 100 110 120 130 140 Daglig fôrbelastning (% av teoretisk kapasitet) Terjesen BF, Summerfelt ST, Nerland S, Ulgenes Y, Fjæra SO, Megård Reiten BK, Selset R, Kolarevic J, Brunsvik P, Bæverfjord G, Takle H, Kittelsen A, Åsgård T (2012). Design, dimensioning, and performance of a research facility for studies on the requirements of fish in RAS environments. Submitted, in review. 02.11.2012 13 Effekt av vannhastighet i kar i RAS • Rask utskiftning av karvolumet kan være nødvendig for god vannkvalitet i RAS, spesielt ved lave fjerningseffektiviteter • I RAS kan derfor ofte vannhastigheten i karet være høy, spesielt dersom det ikke er sideutløp, og innløp ikke innstilt Forsøkshall 1, Nofima senter for resirkulering akvakultur, Sunndalsøra, bygd for oppholdstider ned mot 20 minutter - da er hele karets vannvolumet skiftet ut • I gjennomstrømmings-anlegg har det vært vist at trening v.h.a. høy vannhastighet gir økt tilvekst (Jobling, Takle m.fl.). • Fiskens miljø i RAS kan være radikalt forskjellig fra FT. Er optimal vannhastighet i resirkuleringsanlegg den samme som i gjennomstrømming? 02.11.2012 14 • For høy vannhastighet i RAS i ferskvannsfasen gir økt dødelighet ved smitte med Mortiella viscosa, vintersårBeste overlevelse: bakterien Høy vannhastighet helt frem Medium vannhastighet 1KL/s + lav vannhastighet (0.5 KL/s) rett før utsett mot utsett (>1.5 KL/s) gav signifikant bedre tilvekst enn lavere hastighet (1, <0.5 KL/s), som sett tidligere i gjennomstrømmings-forsøk • Men, høy vannhastighet (>1.5 KL/s) gav signifikant høyere dødelighet ved vintersår-smitte • Foreløpig konklusjon kan være at vannhastighet i RAS bør ligge ~1-1.5 KL/s, for å utnytte trening, men ikke for høy slik at sykdomsresistens blir redusert Høyest dødelighet: Høy vannhastighet >1.5 KL/s + lav vannhastighet (0.5 KL/s) rett før utsett Takle H, Kolarevic J., Terjesen BF, Bæverfjord G (2012). Does water velocity affect fish welfare and performance in RAS? In The Research Council of Norway program conference HAVBRUK 2012. p 189. 16th -18th April 2012, Stavanger, Norway. 02.11.2012 15 OPP: Optimalisert Postsmolt-Produksjon et NFR-Innovasjonsprosjekt i næringslivet 217502/E40 02.11.2012 16 Prosjektstruktur i NFR-OPP Styringsgruppe Cato Lyngøy (MH, Leder styringsgruppe, Prosjekteier), Frode Mathisen (GSF), Harald Sveier (Lerøy SG), Svein Martinsen (SKS), Sigurd O. Handeland (UNI), Sigurd Stefansson (UiB), Bjørn Olav Rosseland (UMB), Sveinung Fivelstad (HiB), Åse Aatland (NIVA), Bendik Fyhn Terjesen (Nofima) Teknisk prosjektleder: Bendik Fyhn Terjesen (Nofima) WP1: «Kunnskaps‐ oppbygging» WP‐Leder: Sigurd Handeland Forsøk 1‐4 02.11.2012 WP2: «Feltforsøk Marine Harvest» WP‐Leder: Ørjan Tveiten Forsøk 5a WP3: «Feltforsøk Smøla Klekkeri og Settefisk» WP‐Leder: Svein Martinsen Forsøk 5b 17 WP4: «Feltforsøk Grieg SeaFood» WP‐Leder: Frode Mathisen Forsøk 6 WP5: «Markører ytelse, helse, velferd» WP‐Leder: Harald Takle Analyser forsøk 1‐6 Delmål i NFR-OPP 1. Identifisere optimal fisketetthet for postsmolt i sjø med gjennomstrømming (FT) (Forsøk 1, NFR + FHF) 2. Identifisere nødvendig vanngjennomstrømning i L/kg/min for oppdrett av postsmolt i sjø med FT (Forsøk 1, NFR + FHF) 3. Grenseverdien for karbondioksid for postsmolt (Forsøk 2) 4. Identifisere hvilken salinitet en bør benytte i landbasert postsmoltproduksjon i RAS (Forsøk 3) 5. Kartlegge om postsmolt fra landbaserte anlegg bør produseres i FT eller i RAS og hva som er ideell utsettsstørrelse til tradisjonelle nøter i sjø (Forsøk 4) 6. Utvikle en «best management practice» (BMP) protokoll for postsmolt i semi-lukkede anlegg i sjø 7. Kartlegge ytelse og velferd hos postsmolt gjennom en produksjonssyklus i to typer pilot-skala semi-lukkede anlegg i sjø, eller i kommersiell skala i RAS, og eventuelle seneffekter ved slakting 02.11.2012 18 Takk for oppmerksomheten! Stor takk til medvirkende Nofima-kolleger; forskere, adm., og stab ved Nofima Sunndalsøra, Ås, Averøy og Tromsø Takk til gode eksterne samarbeidspartnere: S. Summerfelt and C. Good (Freshwater Institute, WV) K. Snekvik (College of Vet. Med., Washington State Univ) K. Azrague og Y. Ulgenes (SINTEF) L.T. Mydland (APC CoE, UMB) X. Gutierrez og P. Ibieta (AVS Chile, Chile) O. Felipe (U. of Barcelona, Dept. of Anim. Phys., Spain) A Zühlke (U. of Rostock, Germany) OPP-konsortiet Finansiert av Norges Forskningsråd -prosjekt 186913/I30, «Fish welfare and performance in recirculating aquaculture systems»), og -prosjekt 217502/E40, «Optimalisert postsmoltproduksjon» Kontakt: [email protected]