Litopenaeus vannamei, הידוע בכינויו השרימפס הלבן של האוקיינוס השקט, הוא מין euryhaline המוערך בשל תפוקת הבשר הגבוהה שלו, סובלנות חזקה ללחץ וצמיחה מהירה. זהו אחד ממיני השרימפס החשובים ביותר המגודלים בסין. נכון לעכשיו, המודלים החקלאיים העיקריים של L. vannamei בסין כוללים בריכות חיצוניות, בריכות חממה קטנות ובריכות- ברמה גבוהה. עם זאת, הייצור המקומי עדיין לא יכול לעמוד בביקוש בשוק, מה שמצריך יבוא משמעותי. יתרה מכך, ההתרחבות המהירה של מודלים כמו חקלאות חממה קטנה חשפה בעיות כמו מסגרת טכנית לא שלמה, התפרצויות מחלות תכופות ואתגרים בטיפול בשפכי קולחים. על רקע התמיכה בשימור משאבים ופיתוח בר קיימא, מערכת החקלאות המחודשת (RAS), המוכרת כמודל חקלאות אינטנסיבי, יעיל וידידותי לסביבה, זכתה בשנים האחרונות לתשומת לב נרחבת בתעשייה.
RAS משתמשת בשיטות תעשייתיות כדי לווסת באופן אקטיבי את סביבת המים. הוא כולל צריכת מים נמוכה, טביעת רגל קטנה, זיהום סביבתי מינימלי, ומניב מוצרים איכותיים ובטוחים עם פחות מחלות וצפיפות גרב גבוהה יותר. הייצור שלו אינו מוגבל ברובו על ידי גיאוגרפיה או אקלים. מודל זה מתהדר ביעילות ניצול משאבים גבוהה ומאופיין בהשקעה גבוהה ובתפוקה גבוהה, המהווים נתיב מכריע לקראת פיתוח בר קיימא של תעשיית החקלאות הימית. נכון לעכשיו, החקלאות הביתית של L. vannamei מרוכזת באזורי החוף, בעיקר תוך שימוש במי ים טבעיים. אזורים בפנים הארץ, המוגבלים על ידי זמינות מקורות מים ותקנות סביבתיות, מתמודדים עם אי התאמה משמעותית בין ההיצע לביקוש הצרכנים. לחקר RAS באמצעות מי ים מלאכותיים באזורים פנימיים יש משמעות רבה לאספקת שווקים מקומיים וקידום פיתוח כלכלי אזורי. ניסוי זה בנה בהצלחה RAS מקורה עבור L. vannamei בסביבה פנימית וביצע מחזור טיפוח מוצלח. השיטות והנתונים הנוגעים לבניית מערכות, הכנת מי ים מלאכותיים וניהול חוות יכולים לשמש אסמכתא לחקלאות L. vannamei בפנים הארץ.
1. חומרים ושיטות
1.1 חומרים
הניסוי נערך בחוות הגידול המקורית של מחוז סצ'ואן, Leiocassis longirostris. הזחל שלאחר-L. vannamei (שלב P5) נלקח מבסיס Huanghua של Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd., והיו במצב בריאותי תקין. המזון בו נעשה שימוש היה המותג "Xia Gan Qiang" מבית Tongwei Group Co., Ltd. מרכיביו העיקריים היו: חלבון גולמי גדול מ- או שווה ל-44.00%, שומן גולמי גדול מ- או שווה ל-6.00%, סיבים גולמיים פחות מ- או שווה ל- 5.00%, ואפר גולמי פחות מ.00% או שווה ל-16%.
1.2 הכנת מי ים מלאכותיים
מי תהום מבאר שימשו כמי המקור. הוא טופל ברצף בחיטוי (אבקת הלבנה 30 מ"ג/ליטר, מאווררת במשך 72 שעות), סילוק כלור שאריות (נתרן תיוסולפט, 15 מ"ג/ליטר), וגמילה [חומצה אתילנדיאמין-טטרה-אצטית (EDTA), 10-30 מ"ג/ליטר] לפני השימוש להכנת מי ים מלאכותיים.
מי ים מלאכותיים עם מליחות של 8 הוכנו באמצעות גבישי מלח ים כמרכיב העיקרי; המרכיבים העיקריים שלו מפורטים בטבלה 1. CaCl₂, MgSO₄ ו-KCl בדרגת מזון שימשו להשלמת אלמנטים Ca, Mg ו-K. לאחר ההכנה, נעשה שימוש ב-NaHCO₃ של מזון - כדי להתאים את הבסיסיות הכוללת ל-250 מ"ג/ליטר (כ-CaCO₃), ו-NaHCO₃ יחד עם מונוהידראט חומצת לימון שימשו כדי להתאים את ה-pH ל-8.2-8.4.
1.3 בניית RAS
1.3.1 תפיסת עיצוב כוללת
בשילוב עיצוב עצמאי עם יישום משולב, נבנה RAS עבור L. vannamei תוך שימוש בטיפול פיזי רב-שלבי וביוסינון. אסטרטגיות תפעול מערכת מתאימות, פרוטוקולים להתאמת איכות המים ואסטרטגיות האכלה מדעיות יושמו בהתאם לדרישות הגידול של השרימפס בשלבים שונים, במטרה לפעולה יציבה, תשומה כלכלית ותפוקה יעילה.
1.3.2 זרימת תהליך ראשי ופרמטרים טכניים
מערכת גידול דגים קיימת-שונתה להקמת ה-L. vannamei RAS, המורכבת ממיכלי תרבות, מכשיר לאיסוף קליפות מרוכבות/חלקיקים (תלת-ניקוז), ביולוגי, משאבות מחזור וכו'. זרימת התהליך מוצגת ב-איור 1.
נפח המים המתוכנן הכולל של המערכת היה 750 מ"ק, עם נפח מערכת טיפול במים של 150 מ"ק ונפח תרבית אפקטיבי של 600 מ"ק. עומס התרבית המתוכנן היה 7 ק"ג/מ"ר. פרמטרים טכניים מרכזיים מפורטים בטבלה 2.
1.3.3 עיצוב מבני
ששת מיכלי התרבות המתומנים היו מסודרים בשתי שורות. בהתחשב בנוחות הניהול, ביציבות הסביבתית ובעלות ההשקעה, המבנה העיקרי של המיכלים היה לבנים-בטון. המידות היו: אורך 10.0 מ', רוחב 10.0 מ', עומק 1.2 מ', עם קצוות חתוכים של 3.0 מ'. נפח המים האפקטיבי לכל מיכל היה 100 מ"ר. לתחתית המיכל היה שיפוע (16%) לכיוון הניקוז המרכזי (איור 2).
התקן הניקוז התלת-כיווני כלל אספן מרכזי (לחסילונים מתים, קונכיות וחלקיקים גדולים), אספן שקיעת זרימה אנכית (עבור קונכיות שבורות, חלקיקים בינוניים, צואה) וקופסת איסוף-בצד סיפון (עבור קונכיות עדינות וקטנים-עד{{3)}איור 2).
צד אחד של מיכל המיזוג הכיל מסגרת חומרי מברשת פלסטיק לאיסוף והסרה של קונכיות וחלקיקים מפריקת המיכל. ניתן לבצע התאמות עבור סידן, מגנזיום, בסיסיות מוחלטת ו-pH במיכל זה. נפח המיכל היה 20 מ"ק, עם זמן שמירה הידראולי של 0.13 שעות.
משאבת הסחרור הייתה ממוקמת בצד השני של מיכל המיזוג, תוך שימוש במשאבה- חד-שלבית ליעילות אנרגטית. בהתבסס על האקולוגיה והעומס של השרימפס, קצב המחזור תוכנן ל-2-6 פעמים ביום. קצב זרימת המשאבה היה 150 מ"ק לשעה, ראש 10 מ', הספק 5.5 קילוואט.
מסנן המברשת צויד במספר שקיות סינון. השקיות חוברו באמצעות אביזרי צינור לכניסת המסנן, מאובטחות באמצעות מהדקים. שפכים נכנסו לשקיות דרך צינורות. השקיות היו עשויות מפוליפרופילן (PP), מלאות במברשת פלסטיק, המיירטת למעשה חלקיקים גדולים מ-0.125 מ"מ. מיכל המדיה האלסטי הורכב מגוף המיכל (מלבני, עומק 2 מ'), מסגרות רשת (מקבילות למשטח), ומדיה אלסטית המותקנת על המסגרות (איור 3). המדיה כללה מספר רב של טבעות פלסטיק כפולות- עם חוטי פוליאסטר, שיצרו צרורות סיבים הפזורים בכל המיכל. עקרון העבודה שלו כלל יצירת אפקט שקיעת-זרימה איטית באמצעות יירוט המדיה וניצול הביופילם שנוצר על פני השטח שלה כדי לספוג, לפרק ולהמיר חנקן וזרחן אנאורגניים.
הביופילטר כלל את גוף המיכל (מלבני, עומק 2 מ'), רכיבי אוורור ואמצעי ביו-(איור 4). מכלול האוורור כלל צינורות חלוקת אוויר. אוויר נכנס מלמעלה ושוחרר מלמטה, ויצר תבנית זרימה מעורבת לחלוטין. המיכל היה מלא באמצעי Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR). על ידי שיפור ממוקד של ניטריפייר והתאמת בסיסיות, מספר רב של חיידקים מחנקים המחוברים למדיה, צורכים חומרים אורגניים ומשיגים סילוק אמוניה וניטריט, ובכך בונים ביולוגי-פילטר ניטריפי. צינורות כניסה ויציאה היו בצדדים מנוגדים, עם מסך יציאה בדופן הפנימית. בניסוי זה, הנפח האפקטיבי של הביופילטר נקבע על 25% מנפח תרבית המערכת, עם יחס מילוי מדיה של 30%, תוך שימוש במדיה K5.
אוורור המערכת שילב שיטות מכניות וחמצן טהור. כאשר חמצן מומס (DO) היה גבוה, אוורור מכני היה עיקרי: שימוש במפוח מערבולת-בלחץ גבוה וצינורות מיקרו-נקבים באיכות גבוהה-כמפזרים כדי למקסם את יעילות העברת ה-O₂ ולהפחית רעש. כאשר ה-DO היה נמוך, הוספה לאוורור חמצן טהור: באמצעות מחולל חמצן + מדחף מים מיקרו-. מחולל החמצן פלט ריכוז O₂ מעל 90%, מפוזר באמצעות דיסק ננו-קרמי במדחף. בעומס גבוה, שילוב מחולל חמצן + חרוט חמצן שימש כאוורור עזר, באמצעות משאבת דחף כדי ליצור מים רווי חמצן- בקונוס.
1.4 מדידת איכות מים
ריכוזי אמוניה וניטריט (כ-N) נמדדו באמצעות מנתח מים רב- של Aokedan. Total Suspended Solids (TSS) נמדד באמצעות מנתח רב -פרמטרים של Hach DR 900.
1.5 ניהול חווה ותפעול מערכת
המשפט החל ב-8 באוגוסט 2022, ונמשך 74 ימים. כל ששת הטנקים היו מצוידים. גודל הגרב היה 961 פרטים/ק"ג, צפיפות של כ-403 פרטים/מ"ר, סה"כ 241,800 זחלים פוסט-. תדירות האכלה הייתה 6 פעמים ביום, כשהמנה היומית ירדה מכ-7.0% (מוקדמת) ל-2.5% (מאוחר) מהביומסה המשוערת.
מחזור המערכת החל 3 ימים לאחר-המלאי, תחילה ב-2 מחזורים ליום, עלייה ל-4 מחזורים ליום לאחר מכן. בתחילת הניסוי, התרחש ניקוז יומי, רק מילוי מים שאבד לניקוז ולאידוי. מאוחר יותר, הניקוז בוצע לאחר כל האכלה (שעה לאחר מכן), עם החלפת מים יומית מתחת ל-10% מנפח החידוש- בשלב מוקדם.
בתחילה נעשה שימוש באוורור מכני (מפוח מערבולת). עקב עומס מוגבר של המערכת מאוחר יותר, נעשה שימוש בשילוב של אוורור מכני, מחולל חמצן + ננו-דיסק קרמי ומחולל חמצן + חרוט חמצן.
DO, טמפרטורה, pH, אמוניה וניטריט במיכלים נמדדו באופן קבוע. גידול והאכלה של שרימפס נצפו ונרשמו.
1.6 עיבוד וניתוח נתונים
הנתונים אורגנו באמצעות WPS Office Excel. גרפים נוצרו באמצעות Origin 2021.
הנוסחאות הבאות שימשו לחישוב קצב חילופי המים (R), יחס המרת הזנה (FCR), ושיעור ההישרדות (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
איפה: R הוא שיעור חילופי המים היומי (%/d); V₁ הוא נפח המים המוחלף הכולל (מ³); V הוא נפח המים הכולל של המערכת (מ³); זה ימי תרבות (ד). וCRהוא יחס המרת הזנה; W הוא קלט הזנה כולל (ק"ג); Wₜ ו-W₀ הם מסת הקציר הסופית ומסת הגרב הראשונית (ק"ג). רSהוא שיעור הישרדות (%); S הוא המספר הכולל שנקטף (יחידים); N הוא המספר הכולל במלאי (יחידים).
2. תוצאות
2.1 החלפת מים
במהלך הניסוי, חילופי המים הכוללים היו 1,000 מ"ק, עם שער חליפין יומי ממוצע של 1.8%.
2.2 אמוניה וניטריט
ריכוז האמוניה במיכלים נשאר מתחת ל-1.3 מ"ג/ליטר (למעט יום 5), וריכוז הניטריט נשאר מתחת ל-1.6 מ"ג/ליטר, שניהם ברמות יציבות יחסית (איור 5).
בשלב מוקדם (15 הימים הראשונים), האמוניה במיכל ירדה במהירות בעוד הניטריט עלה במהירות, מה שמעיד על התבססות ביופילם בביופילטר והפיכה של אמוניה לניטריט. בשלב -האמצעי (15-50 ימים), עם האכלה מוגברת, ריכוזי האמוניה והניטריט נותרו יציבים, מה שמעיד על חמצון מסונכרן של אמוניה וניטריט בביופילטר ופעולת מערכת יציבה. לאחר יום 50, הן אמוניה והן ניטריט הראו מגמת ירידה, אולי מצביעה על יכולת ניטריפיקציה מוגברת ומערכת בוגרת יותר. לא ניתן היה לאשר זאת עוד לאחר שהמשפט הסתיים.
איור 6מראה כי מגמות אמוניה בכניסה וביציאה הביולוגית היו דומות, אך הפער בין העקומות התרחב בהדרגה, מה שמעיד על שיפור בסילוק האמוניה. עקומות הניטריט עבור הכניסה והיציאה כמעט חפפו ולא הראו מגמת עלייה כוללת, מה שמרמז על כך שהמערכת שמרה על יכולת חמצון ניטריט עד הסוף.
2.3 חמצן מומס ואלקליניות מוחלטת
כפי שמוצג באיור 7, למרות עומס המערכת הגובר, שיטות האוורור המשולבות שמרו על מיכל DO מעל 6 מ"ג/ליטר. יתר על כן, על ידי הוספת NaHCO₃, הבסיסיות הכוללת נשמרה בין 175-260 מ"ג/ליטר.
2.4 סה"כ מוצקים מרחפים
מגמות בריכוז TSS בנקודות מפתח במערכת מוצגות באיור 8. ה-TSS בזרימה לאסוף המשקעים בזרימה אנכית ולתיבה הצדדית של הסיפון (חלק מהניקוז התלת--) שיקף את מגמות ה-TSS במיכלים. ה-TSS הכולל עלה בהדרגה, והתייצב במהלך-שלבים מאוחרים באמצע (אחרי יום 35), והראה מגמת ירידה דרך שלבי טיפול עוקבים.
2.5 תוצאות חקלאות
סה"כ הגרב היה 241,800 זחלים לאחר-בגודל ממוצע של 0.52 גרם, על פני 6 מכלים בצפיפות ממוצעת של 403 פרטים/מ"ר. לאחר 74 ימים, היבול הכולל היה 3,012.2 ק"ג, גודל ממוצע 15.82 גרם, הישרדות ממוצעת 78.75%, יבול ממוצע 5.02 ק"ג/מ"ק. כמות הזנה הכוללת הייתה 3,386.51 ק"ג, FCR1.18. העלויות המחושבות (זרעים, מזון, מוצרי בריאות, חשמל, מי ים מלאכותיים, חיטוי) הסתכמו ב-155,870.6 CNY. ההכנסות ממכירת שרימפס היו 192,780.8 CNY, והביאו לרווח של 36,910.2 CNY למחזור.
3. דיון
בשנים האחרונות, RAS הפך לכיוון מבטיח ביותר עבור חקלאות L. vannamei. ניסוי זה בנה RAS הכולל מכלי תרבית, איסוף קליפות/חלקיקים מרוכבים, מסנן מברשות, ביולוגי וציוד אוורור, וביצע בהצלחה מחזור אחד של חקלאות פנימית.
בהשוואה ל-RAS המסורתי, מערכת זו פשוטה יותר. מבחינה מבנית, הוא השמיט ציוד כמו מסנני תופים ורחפני חלבון, שעלויות קבועות ותחזוקה גבוהות יחסית. במקום זאת, היא השתמשה במכשירים פשוטים יותר לטיפול במים כדי ליצור טיפול מרוכב מרובה רמות עבור חלקיקים ומזהמים מומסים, תוך השגת בקרת איכות מים טובה עם תהליכים פשוטים יותר ועלות נמוכה יותר.
על ידי שימוש בשיטות שונות לניהול איכות מים המותאמות לשלבי גידול שונים ועומסי המערכת, המערכת שמרה על אמוניה וניטריט מתחת ל-1.3 ו-1.6 מ"ג/ליטר, בהתאמה, ו-DO מעל 6 מ"ג/ליטר, והשיגה בסופו של דבר תפוקה של 5.02 ק"ג/מ"ר. זה קרוב לתוצאות של Yang Jing et al. יתרה מזאת, מערכת הטיפול במים שלטה בשער החליפין היומי הממוצע ל-1.8%, תוך ניצול מלא של יכולת הטיפול שלה והוזלה משמעותית עלויות.
RAS מציעה יתרונות סביבתיים, בטיחות מוצרים ופחות מחלות. בשל מגבלות תחבורה, ל-vannamei יש פוטנציאל שוק גדול בפנים הארץ. ביצוע RAS עבור L. vannamei בפנים הארץ תואם את המגמות בתעשייה. החקלאות הנוכחית של שרימפס בפנים הארץ היא בעיקר מים מתוקים, כאשר התפוקה והאיכות מפגרים מאחורי החקלאות הימית. שימוש במי ים מלאכותיים בניסוי זה טיפל בחלקו בפער הזה. עם זאת, העלות הגבוהה הנוכחית של מי ים מלאכותיים מחייבת אופטימיזציה של תהליכי RAS להסרת חנקן וזרחן כדי לאפשר שימוש חוזר במים, שהיא דרך יעילה להפחתת עלויות וצריכה להיות מוקד מחקר מרכזי עבור L. vannamei RAS הפנימית.
FCRמהווה אינדיקטור חשוב לביצועי RAS. ה-F האחרוןCRשל 1.18 בניסוי זה דומה לחקלאות אינטנסיבית מסורתית. כמערכת סגורה, היתרון של RAS טמון בשימוש חוזר בקלט. מבוסס על שיפור יכולת הטיפול במים, גיבוש אסטרטגיות האכלה מדויקות להורדת FCRצריך להיות מוקד האופטימיזציה הבא.