Forskning på miljøkrav og produksjonsmetoder i RAS for Atlantisk laks

Transkript

1 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

2 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

3 Hva er effekten av resirkulering (RAS) i smoltproduksjon på velferd og ytelse? Systemvolum: 63 m 3 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 Nofima senter for resirkulering i akvakultur (NCRA), på Sunndalsøra Fjernvarmesystem i NCRA, Sunndalsøra ⁰C varmekilde FT n = 4 kar i RAS-behandling 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 p th- 18th April 2012, Stavanger, Norway.

4 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) Ved oppvarming av FT til RAS-vann temp, (13.9ºC vs. 13.9ºC), blir veksten lik, bildet holder seg slik også etter sjøutsett Individvekt (g ind -1 ) L:0D RAS FT 12L:12D Vaks Vaks 24L:0D Overført til sjø Individvekt (g ind -1 ) L:0D RAS FT 12L:12D Vaksinering 24L:0D Overført til sjø Dager siden innsett 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 p th- 18th April 2012, Stavanger, Norway.

5 Fisk fra RAS håndterte sjøvann bedre enn fisk fra FT, kort tid etter vintersignal, og genuttrykk av ione-transportere i gjeller har annet forløp 12L:12D 24L:0D 220 Overført til sjø 200 Plasma klorid (mmol l -1 ) RAS FT P<1 Plasma klorid etter 72 timer sjøvannstest ( S) 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 p th- 18th April 2012, Stavanger, Norway.

6 RAS-fisk har lavere nivå av CO 2 -relaterte forbindelser i blod, sammenlignet med gj.strøm (FT)-fisk på tross av samme karutskiftning, temperatur og biomasse TCO 2 (mmol L -1 ) HCO 3 (mmol l -1 ) RAS FT RAS FT Vannbehandling 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 p th- 18th April 2012, Stavanger, Norway.

7 Finneslitasje (score 0-2) Settefiskfase 24L:0D 12L:12D Vaksinering 24L:0D I sjø RAS FT Mindre finneslitasje og gjellelokkskader hos RAS-fisk, også langt inn i sjøfasen Dager siden innsett 0.6 Settefiskfase 24L:0D 12L:12D 24L:0D I sjø Gjellelokk-skade (score 0-2) Vaksinering Dager siden innsett RAS FT 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 p th- 18th April 2012, Stavanger, Norway.

8 Hvorfor må vi vite laksens toleranse til ammoniakk og nitritt i RAS-miljøet? NH 4+ NO 2 NO 3 Fiskehelse: kronisk NH 3 eller NO 2 toleranse lite kjent for Atlantisk laks, nødvendig for forsvarlig drift i RAS Ved lav substratkonsentrasjon er biofiltereffektiviteten lav Lav NH 3 eller NO 2 toleranse tilsier større biofilterareal, oppholdstid og/eller større vannflow Høy toleranse, kanskje vi kan klare oss med mindre biofilter? RAS1&2 i Nofima senter for resirkulering i akvakultur, Sunndalsøra Derfor, industrien bør vite hvilke krav fisken har for å optimalisere investering og drift

9 Fiskens tidlige responser under ammoniakk-eksponering (uionisert, NH 3 -N) Body weight (g ind -1 ) 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 Full-fôret 1/3 Fôringstyrke Days of exposure Kolarevic, J., Takle, H., Felip, O., Ytteborg, E., Selset, R., Good, C.M., Baeverfjord, G., Åsgård, T., Terjesen, B.F., Molecular and physiological responses to long-term sublethal ammonia exposure in Atlantic salmon (Salmo salar). Aquatic Toxicology , DOI: /j.aquatox Total ammonia (mmol L -1 ) SGR (% day -1 ) Glutamine (nmol mg -1 ) Relative gene expression µg/l NH3-N A AB AB 8 µgl/l NH3-N 3.0 B 14 µg/l NH3-N 32 µg/l NH3-N Day Days of exposure Day 22 Day µg/l NH3-N 14 µg/l NH3-N 8 µg/l NH3-N 0.1 µg/l NH3-N 0.1 µg/l NH3-N 8 µgl/l NH3-N 14 µg/l NH3-N 32 µg/l NH3-N 0.1 µg/l NH3-N 8 µgl/l NH3-N 14 µg/l NH3-N 32 µg/l NH3-N Redusert vekstrate Små, men signifikante gjelleskader Akkumulering i plasma Avgifting til aminosyrer i hjernevev Økt genuttrykk av NH 3 - pumper i gjeller

10 Fiskens status etter langvarig ammoniakkeksponering (uionisert, NH 3 -N) SGR (% day -1 ) µg/l NH3-N 8 µgl/l NH3-N 14 µg/l NH3-N µg/l NH3-N Ingen påvisbar effekt på vekst Body weight (g ind -1 ) 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 NH 3 -N= 14 µg/l Full-fôret 1/3 Fôringstyrke Days of exposure Kolarevic, J., Takle, H., Felip, O., Ytteborg, E., Selset, R., Good, C.M., Baeverfjord, G., Åsgård, T., Terjesen, B.F., Molecular and physiological responses to long-term sublethal ammonia exposure in Atlantic salmon (Salmo salar). Aquatic Toxicology , DOI: /j.aquatox Total ammonia (mmol L -1 ) Glutamine (nmol mg -1 ) Relative gene expression Day Days of exposure Day 105 Day µg/l NH3-N 14 µg/l NH3-N 8 µg/l NH3-N 0.1 µg/l NH3-N 0.1 µg/l NH3-N 8 µgl/l NH3-N 14 µg/l NH3-N 32 µg/l NH3-N 0.1 µg/l NH3-N 8 µgl/l NH3-N 14 µg/l NH3-N 32 µg/l NH3-N Ikke påvisbare gjelleskader Ingen sign. akkumulering i plasma Avgifting til aminosyrer i hjernevev Økt genuttrykk av NH 3 - pumper i gjeller

11 Nitritt og ph kan svinge mye under produksjon i kommersielt ferskvann-ras for smolt prod. (5 mill. ind/år) NO 2 -N (mg/l) des.08 feb.09 apr.09 jun.09 aug.09 okt.09 des.09 feb.10 apr.10 N=770. Gjengitt etter tillatelse fra Frode Mathisen og Per-Magne Eriksen, Grieg SeaFood jun.10 Dato aug.10 okt.10 des.10 feb.11 apr.11 jun.11 aug ph : hendelser som kan innvirke på RAS ytelse og stabilitet, f.eks. sortering, vaksinering, endret spedevannsflow, problemer med dosering av alkalitet etc.

12 Effekter av nitritteksponering og Cl - :NO 2 -N ratio hos parr av laks 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 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 NH 3 -N Ved fare for nitritt-akkumulering bør en sikre mot skader og vekstreduksjon med salttilsetning til ratio 100:1 for parr av laks Spesifikk vekstrate (% BW/dag) Nitritt-N kons. Cl:NO2-N ratio Plasma NO 2 -N (mg/l) A SGR dag 1-21 AB AB AB Kontroll 0.5 mg/l 2 mg/l 5 mg/l 10 mg/l 2x10 5 : 1 ~400:1 ~100:1 ~40:1 ~20:1 A Nominell eksponeringsgruppe Kontroll, dag mg/l, dag 21 2 mg/l, dag 21 5 mg/l, dag mg/l, dag 21 Kontroll, dag mg/l, dag 84 2 mg/l, dag 84 5 mg/l, dag mg/l, dag 84 A A A Nitritt-N kons. Kontroll 0.5 mg/l 2 mg/l 5 mg/l 10 mg/l Cl:NO2-N ratio 2x10 5 : 1 ~400:1 ~100:1 ~40:1 ~20:1 Nominell eksponeringsgruppe AB A B B B B B Gutierrez, X., Kolarevic, J., Sæther, B., Bæverfjord, G., Takle, H., Medina, H., Terjesen, B.F, 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

13 Gode bakgrunnsdata er viktig for nøyaktig dimensjonering av TAN- og CO 2 -fjerning I NCRA ble bioreaktorog CO 2 -lufter dimensjonert fra nødvendig fôringskapasitet og minimumskrav til vannkvalitet ved denne belastningen Timmons og Ebeling (2007) modell for TAN og CO 2 -produksjon: TAN prod 46 g N/kg fôr TAN i kar-utløp (mg/l) Vannkvalitetskrav ved antatt maks fôrbelastning (100%), 46 g N/kg Timmons & Ebeling (2007) Sampling 93% Sampling 108% Vannkvalitet ved faktisk maks fôrbelastning (100%), N-retensjon fra Nofima (laks parr Grisdale- Helland & Helland, 1997), 35 g N/kg Sampling 135% CO 2 i kar-utløp (mg/l) Kjørte gradvis økende fôr-belastning (og biomasse) av parr i RAS1, og fulgte vannkvalitet i kar-utløp Daglig fôrbelastning (kg/døgn) 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

14 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 I gjennomstrømmings-anlegg har det vært vist at trening v.h.a. høy vannhastighet gir økt tilvekst (Jobling, Takle m.fl.). Forsøkshall 1, Nofima senter for resirkulering akvakultur, Sunndalsøra, bygd for oppholdstider ned mot 20 minutter - da er hele karets vannvolumet skiftet ut Fiskens miljø i RAS kan være radikalt forskjellig fra FT. Er optimal vannhastighet i resirkuleringsanlegg den samme som i gjennomstrømming?

15 For høy vannhastighet i RAS i ferskvannsfasen gir økt dødelighet ved smitte med Mortiella viscosa, vintersårbakterien Høy vannhastighet helt frem mot utsett (>1.5 KL/s) gav signifikant bedre tilvekst enn lavere hastighet (1, <0.5 KL/s), som sett tidligere i gjennomstrømmings-forsøk Beste overlevelse: Medium vannhastighet 1KL/s + lav vannhastighet (0.5 KL/s) rett før utsett 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 p th -18th April 2012, Stavanger, Norway

16 OPP: Optimalisert Postsmolt-Produksjon et NFR-Innovasjonsprosjekt i næringslivet /E

17 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: «Kunnskapsoppbygging» WP Leder: Sigurd Handeland WP2: «Feltforsøk Marine Harvest» WP Leder: Ørjan Tveiten WP3: «Feltforsøk Smøla Klekkeri og Settefisk» WP Leder: Svein Martinsen WP4: «Feltforsøk Grieg SeaFood» WP Leder: Frode Mathisen WP5: «Markører ytelse, helse, velferd» WP Leder: Harald Takle Forsøk 1 4 Forsøk 5a Forsøk 5b Forsøk 6 Analyser forsøk

18 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

19 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 /I30, «Fish welfare and performance in recirculating aquaculture systems»), og -prosjekt /E40, «Optimalisert postsmoltproduksjon» Kontakt: bendik.terjesen@nofima.no