Rapport i forbindelse med prosjektet: Sesongvariasjon i dypvann og effekt av filtrering på vannkvalitet i marine klekkerier

Transkript

1 Rapport i forbindelse med prosjektet: Sesongvariasjon i dypvann og effekt av filtrering på vannkvalitet i marine klekkerier Utarbeidet av Uni Miljø Ved prosjektleder Kjersti Bringsvor Mézeth

2 Forord: Dette prosjektet har vært støttet av Vestlandsrådets program for nye arter i oppdrett ved Hordaland fylkeskommune sammen med de deltakende bedriftene. Bakgrunnen for prosjektet var å undersøke vannkvaliteten og dens sesongmessige variasjon med hensyn til endringer i bakterieflora og partikulært materiale. Tradisjonelt har vannkvalitet vært forbundet med stabile parametre som temperatur og salinitet, imidlertid har studier vist at det trolig ikke er dette som er avgjørende for om vannkvaliteten er god eller ikke i forhold til yngelproduksjon. Prosjektets formål var å analysere det mikrobielle samfunnet og mengde partikulært materiale gjennom sesongen. Vannprøver ble samlet inn fra fem yngelanlegg ved ulike lokaliteter på vestkysten av Norge. Denne rapporten tar for seg de viktigste funnene som ble gjort i løpet av prosjektet som vil være nyttig kunnskap for de ulike yngelanlegg på vestkysten av Norge. Det er tatt utgangspunkt i vårsesongen når det gjelder fremstilling av resultater fordi dette datagrunnlaget var det som utgjorde størst variasjon mellom anleggene og over tid og dermed er mest nyttig å formidle til deltakende eller interesserte bedrifter i form av en rapport. Unifob miljøforskning ønsker å takke Vestlandsrådet, Sagafjord SeaFarm, Bremar Yngel, Havlandet Marin Yngel, Norwegian Lobster Farm og Scalpro for økonomisk støtte til prosjektet og for godt samarbeid. 2

3 Innhold: Sammendrag:... 4 Bakgrunn:... 5 Prosjektets oppbygging, mål og gjennomføring:... 6 Delprosjekt 1: Koordinert karakterisering av vannkvalitet i 6 marine yngelklekkerier... 6 Delprosjekt 2. Test av ulike typer vannbehandlingsteknikker og etablering av innovative, nye løsninger Delprosjekt 3. Erfaringsutveksling og kompetanseoverføring... 6 Kortfattet oppsummering av metoder:... 6 Resultater og diskusjon:... 7 Avvik:

4 Sammendrag: Prosjektet var organisert i tre delprosjekter hvor man skulle 1. karakterisere vannkvalitet i seks marine yngelklekkerier 2. Teste ulike typer vannbehandlingsteknikker og 3. Utveksle erfaringer og kompetanse ervervet i løpet av prosjektet. Ved bruk av molekylærbiologiske og kjemiske analyser ble bakteriesammensetningen og det organiske innholdet i vannprøver, før og etter behandling, fra de ulike anleggene analysert. Lokalisasjon og prøvetidspunkt viste seg å være mer avgjørende for bakteriesammensetningen enn selve behandlingen av vannet. Det var en tydelig sesongvariasjon og variasjon mellom de ulike geografiske lokalitetene med hensyn til hvilke bakteriegrupper som dominerte i vannprøvene. Det ble ikke funnet noen kjente patogene bakterier, men det ble funnet bakterier som har slektskap med sykdomsfremkallende bakterier. Innvannet fra alle anlegg ble funnet å inneholde mye organisk materiale og dette kan ha betydning for bakterievekst i anlegget. Det ble også gjort funn som antyder at hvilket dyp inntaksvannet hentes fra, fra 40 til 120 m, har relativt lite å si med hensyn til mengde organisk materiale. 4

5 Bakgrunn: For å sikre god vannkvalitet har marine yngelanlegg tradisjonelt hatt inntaksvann fra ca meters dyp. Å bruke vann fra et slikt dyp skulle sikre en jevn temperatur og saltholdighet gjennom hele året og på den måten minimere sesongvariasjonene og på denne måten sikre en bedre vannkvalitet. Imidlertid har en rekke studier avdekket at god vannkvalitet ikke nødvendigvis er ensbetydende med jevn temperatur og salinitet. Det er blitt foreslått at det muligens kan være den varierende mengden av partikulært materiale, marin snø, som er avgjørende for vannkvaliteten. En rekke undersøkelser av marin snø viser at både tetthet og partikkelstørrelse varierer stort gjennom året og ved ulike lokalisasjoner. Det er også blitt foreslått at denne marine snøen kan fungere som en vektor for en rekke sykdommer som rammer marin yngel Figur 1. Geografisk lokalisering av deltakende anlegg. 1: Norwegian lobster farm, Kvitsøy. 2: Sagafjord Seafarm, Stord. 3: Scalpro, Rong. 4: Havlandet marin yngel, Botnaneset. 5: Bremar yngel, Davik. (kart hentet fra 5

6 Prosjektets oppbygging, mål og gjennomføring: Hovedmålet for prosjektet var å etablere kunnskap som kan danne grunnlag for klarere kriterier for hvordan man kan oppnå god vannkvalitet i produksjonsanlegg for marin yngel, spesielt med tanke på torsk, kamskjell og hummer som de involverte aktører fokuserte på. Videre ble prosjektet delt opp i tre delmål og delprosjekter. Delprosjekt 1: Koordinert karakterisering av vannkvalitet i 6 marine yngelklekkerier I dette prosjektet ble vannprøver fra de ulike anleggene sendt til Unifob miljøforskning som fikk analysert innholdet med hensyn til bakterier og organisk materiale. Det ble også vedlagt informasjon om ulike fysiske parametre for vannet ved prøvetaking (temperatur, salinitet, osv). Det ble tatt to prøver fra hvert anlegg ved hvert prøvetidspunkt, før (A) og etter (B) behandling. Prøve A er dermed ubehandlet inntatt dypvann, mens prøve B er etter behandling og vannet i den tilstand det sendes ut i selve produksjonsanlegget. Vannprøvene ble sendt med posten, ekspress over natt, og analysert ved ankomst til laboratoriet. Sterile flasker til prøvetaking ble sendt ut fra Unifob miljøforskning til de ulike anleggene en ukes tid før prøvetaking. Dette systemet fungerte bra. Delprosjekt 2. Test av ulike typer vannbehandlingsteknikker og etablering av innovative, nye løsninger. I dette prosjektet ble virkningsgraden til ulike typer behandlinger analysert med hensyn til bakteriologisk sammensetning i vannprøven før og etter to ulike typer vannbehandling. Dette prosjektet ble utført på ett av anleggene i prosjektet. Prøver ble hentet ved anlegget hver uke og analysert samme dag. Dette systemet fungerte bra. Delprosjekt 3. Erfaringsutveksling og kompetanseoverføring. Her vil resultatene fra prosjektet videreformidles til ulike aktører innenfor produksjon av marin yngel via Sagafjord Seafarms og Sigurd Handeland. Figurer og tabeller foreligger vedlagt i pdf format slik at de på en enkel måte kan distribueres og presenteres. Kortfattet oppsummering av metoder: Biologiske analyser: Vannprøvene ble filtrert og DNA isolert fra filteret ved bruk av standardiserte metoder. Deretter ble DNAet sekvensert og forsøkt identifisert ved å gjøre søk og sammenligning med kjente bakterie-sekvenser. 6

7 Kjemiske analyser: Vannprøvene ble filtrert og analysert med hensyn til innhold av organisk materiale. Her ble det analysert for partikulært organisk materiale (POM) partikulært uorganisk materiale (PIM), totalt organisk karbon (TOC) og løst organisk karbon (DOC). Fysiske parametre av vannprøver: Alle anlegg målte ulike fysiske parametre ved prøvetakingstidspunktet. Disse ble notert og samlet inn. Resultater og diskusjon: Sammenligninger av bakteriesamfunn i vannprøver tatt før og etter behandling viser liten forskjell når det gjelder hvilke bakterier, arter, som ble detektert i vannet. Derimot var bakteriemassen betraktelig redusert i vannet etter behandling. Dette betyr at behandlingsteknikkene ikke steriliserer vannet, men reduserer bakterieinnholdet. Dette var som forventet da anleggene ikke har interesse av å sterilisere vannet ettersom forskning har vist at den naturlige floraen gjennom sesongen faktisk skaper gunstige betingelser for yngelproduksjon fordi man da får en naturlig regulering av nivået av opportunistiske bakterier. I tillegg er det ekstremt viktig at yngelen får bygget opp den naturlige bakteriefloraen i tarm, gjeller og hud, noe som igjen er avhenging av at yngelen har naturlig sjøvann i sine omgivelser. Vannbehandlingen har derfor ikke det formål å sterilisere vannet, men å begrense mengden bakterier. Dermed får man en situasjon hvor man må finne den rette behandlingen av vannet slik at man ikke fjerner for mye av de naturlige bakteriene som er gunstige for yngelen, samtidig som man må behandle vannet noe for å fjerne virus og redusere mengden sykdomsfremkallende bakterier. Et alternativ vil være å sterilisere vannet for så å gjeninnføre bakterier som inngår i den naturlige og gunstige bakteriefloraen, men dette alternativet krever mer ressurser enn de mer standardiserte metodene for vannbehandling. Det ble ikke rapportert om noen spesielle hendelser relatert til sykdom i løpet av prosjektet fra anleggene, dermed må vi kunne anta at den bakteriemengden og de ulike typene bakterier ikke har gitt ugunstige betingelser for yngelproduksjon. Som forventet varierer sammensetningen av bakterier mellom de ulike prøvestedene og prøvetakingstidene. Figur 2 viser de identifiserte bakteriene i de ulike prøvene sortert på enten A: prøvetakingstidspunkt eller B: lokalisasjon. Figur 2A viser resultatene fra den viktige våroppblomstringen av bakterier med hensyn til prøvetakingstidspunkt og viser klart at det var en oppblomstring av actinobakterier i mars og gamma-proteobakterier og cyanobakterier i aprilmai. 7

8 Actinobakteriene som dominerte i mars er en gruppe filamentøse bakterier med ca 2100 arter og er svært viktige i karbonsyklusen, hvor ulike, relativt komplekse, karbonforbindelser blir brutt ned til enkle karbonforbindelser og energi frigjøres. Disse bakteriene ville man forvente å finne gjennom hele sesongen og som sett på figur 2A ser man at man har funnet actinobakterier i februar, mars og mai. Cyanobakterier, også kalt blågrønne alger, er viktige fototrofe bakterier bruker sollys som energikilde og omdanner uorganiske forbindelser til organiske som så kan benyttes av kjemoheterotrofe arter i nærmiljøet. De er også viktige i omsetningen av nitrogen i det marine miljøet. Det er så langt funnet rundt 300 arter av cyanobakterier. Ettersom cyanobakteriene er avhengig av sollyset som energikilde var det forventet at denne gruppen ville dominere bakteriesamfunnet i april-mai når antall timer med dagslys øker, noe som også ble funnet å være tilfelle i dette prosjektet (figur 2A). Proteobakterier er en stor gruppe bakterier som til nå er funnet å inneholde mer enn 5000 ulike arter, noe som utgjør mer enn 30 % av alle kjente bakterier. Proteobakterier er delt inn i flere underklasser, blant annet gamma-proteobakterier, som alene er funnet å inneholde mer enn 2000 arter av bakterier. Generelt kan man si at proteobakteriene inneholder mange patogene bakterier, og spesielt gamma-proteobakteriene hvor man finner en rekke viktige medisinske og vitenskapelige bakterier som blant annet kan forårsake pest, kolera. Imidlertid, inneholder gamma-proteobakteriene også en rekke bakterier som har en metabolisk rolle, det betyr at de kan anvende spesielle kjemiske forbindelser i naturen som energikilder. Spesielt for gamma-proteobakteriene er at de inkluderer en rekke bakterier som har spesielle metabolske egenskaper hvor de kan bruke for eksempel metan eller hydrogensulfid som energikilder. Deteksjon av gamma-proteobakterier i april og mai er ikke overraskende da de også inkluderer purpur-svovel-bakterier som er en gruppe anaerobe og fototrofe bakterier som vil blomstre på våren når det blir lysere og de kan benytte solen som energikilde. Alfaproteobakteriene var til en viss grad forventet å ha en oppblomstring i april. Resultatene viser derimot at disse bakteriene ble funnet gjennom hele året, og hovedsaklig i februar. Denne bakteriegruppen er også svært vanlig å finne i jord og sedimenter. Resultatene i figur 2A kan også fremstilles med hensyn til lokalisering (figur 2B). Dette gir oss informasjon om hvilke bakteriegrupper man har funnet ved de ulike lokalisasjonene, og som sett fra figur 2B er det store forskjeller mellom anleggene. Alfa-proteobakteriene ble funnet i vannprøver fra Scalpro i Øygarden og Norwegian Lobster Farm (NLF) på Kvitsøy. Mens cyanobakteriene funnet i april og mai ble funnet hos Havlandet Marin Yngel (HMY) i Davik og NLF. 8

9 Actinobacteria Cyanobacteria α-proteobacteria γ-proteobact Figur 2A. Bakteriologiske analyser av dypvann fremstilt med hensyn til hvilken måned prøvene ble tatt. Dermed kan man anta at lokalitet også spiller inn på hvilke bakterier som blir funnet i vannet. Her kan det tenkes at sjøstrømmer som gir gode betingelser for oppdrift av sedimenter og dermed øker sjansen for at alfa-proteobakterier kan være tilstede høyere i vannkolonnen vil ha hatt en innvirkning på funnene hos Scalpro og NLF som ligger i geografiske områder mer utsatt for vær og vind. 9

10 Actinobacteria Cyanobacteria α-proteobacteria γ-proteobact Figur 2B. Bakteriologiske analyser av dypvann fremstilt med hensyn til hvilken lokalitet prøvene ble tatt fra. Det ble også utført analyser for å måle mengden marin snø, mengden organisk materiale i vannet før og etter behandling. I denne forbindelse ble det også målt mengde uorganisk materiale. Resultatene viser at for alle anleggene varierer PIM (partikulært uorganisk 10

11 materiale) mellom mg/l og POM (partikulært organisk materiale) mellom 4 10 mg/l (Figur 3). Det kan se ut som om det er liten variasjon mellom før og etter filtrering. Generelt ligger PIM og POM (A) litt høyere enn PIM og POM (B), men det er ikke mye. Dette betyr at den vannbehandlingen (filtreringen) som skjer i anlegget ikke er særlig effektiv nok med hensyn til å fjerne den marine snøen (det partikulære organiske materialet). Scalpro har en noe forhøyet PIM-konsentrasjon i mars, sammenlignet med de andre anleggene. Konsentrasjonen av POM er nokså lik mellom anleggene. Scalpro mg/l februar mars april mai juni 2009 Figur 3. Mengde partikulært organisk og uorganisk materiale før og etter vannbehandling ved Scalpro i perioden februar til juni. (blå linje = PIM A, rosa linje = PIM B, gul linje = POM A, turkis linje = POM B) Det ble i tillegg målt totalt organisk karbon (TOC) og løst organisk karbon (DOC) på tre lokaliteter, Scalpro, Sagafjord og NLF. Resultatene viser at det er lite variasjon mellom TOC og DOC fra de tre lokalitetene. DOC fraksjonen utgjør en stor del av TOC for alle prøvene. Innvannet fra alle lokalitetene innholder derfor mye løst organisk materiale, som igjen kan ha en betydning for bakterieveksten inne i anleggene, hvis den ikke blir fjernet. Det ble også gjort analyser for å undersøke ulike kombinasjoner av vannbehandlingsteknikker som gav best effekt i henhold til bakteriesamfunn og organisk materiale. Totalt organisk karbon (TOC) og løst organisk karbon (DOC) ble analysert ved tre forskjellige tidspunkt i mars, april og mai det ble gjort analyser på inntaksvann før filtrering, etter behandling med AFM, AFM og skummer, etter trommelfilter og etter trommelfilter og skummer. Vannprøvene ble sendt til Chemlab Services AS for analyse i henhold til Norsk Standard Resultatene viser at det er mindre TOC/DOC i vannet når det er blitt behandlet med både trommelfilter og skummer, enn med AFM filter og skummer. 11

12 Avvik: Det forekom noen avvik i løpet av prosjektet. - Noen anlegg hadde mer utstyr tilgjengelig for å måle de ulike fysiske parametrene på vannet ved prøvetaking enn andre anlegg. Dette medførte at listen over fysiske parametre som ble overvåket ble noe kortere enn ønsket. Det var ikke mulig å låne slikt utstyr over et så langt tidsrom som prosjektet ble gjennomført på og innkjøp av utstyr ble ansett å være for kostbart til å kunne gjennomføres ved de tilgjengelige prosjektmidlene. De viktigste parametrene var målbare og avviket ble ansett som uvesentlig. - I løpet av prosjektperioden var det flere anlegg som avviklet drift, eller stanset produksjon. Dette hadde en innvirkning på antall bedrifter som sendte inn vannprøver. Det skulle opprinnelig ha vært 6 anlegg med på prosjektet. Grieg Cod Juveniles måtte avlyse sin deltakelse like før prosjektstart, Bremar Yngel meldte om frafall på prosjektet i mai, mens Sagafjord Seafarm avviklet produksjonen og sendte kun inn A prøver fra mai. Avvikene ble sett på som lite vesentlig, ettersom anleggene fremdeles hadde fin geografisk spredning og det fremdeles var 5 anlegg som sendte inn prøver på dypvann før behandling, og 4 som også sendte inn B prøver (etterbehandling). - Prøvetakingen ble avsluttet i juli da ytterligere to anlegg meldte om frafall i juli avsluttet vi prøveinnsamlingen og startet med analyser. Det hadde vært ønskelig med prøver tatt til og med august. Avviket ansees likevel som lite vesentlig ettersom man har fått med hovedparten av en produksjonssesong. Konklusjoner: Behandlingen av innvannet har liten effekt på bakteriesammensetningen, men er funnet å redusere bakteriemassen Lokalisasjon og årstid er avgjørende for hvilke bakterier man finner i innvannet Det er tydelig sesongvariasjon mellom anleggene og det er et spesielt tydelig skille i bakteriesammensetningen i perioden fra januar til mars og mars til mai Det ble ikke funnet noen kjente patogene bakterier i løpet av prosjektperioden, men det ble funnet bakterier som trolig har slektskap med sykdomsfremkallende bakterier Innvannet fra alle lokalitetene innholder mye løst organisk materiale og dette kan ha en betydning for bakterieveksten inne i anleggene 12

13 Samfunnsmessige nytteverdier ervervet i prosjektet: De resultatene som er kommet frem i prosjektet kan indikere at oppdretterne må vurdere når det er gunstig å starte en yngel-sesong. Her må årstid og lokalisasjon vurderes opp mot bruk av ressurser og potensiell gevinst. Det kan også være gunstig for noen av anleggene å skifte vannbehandlingsmetoder for å fjerne mer av den marine snøen. Når det gjelder dypet på inntaksvannet viser det seg at dette har liten betydning på mengden organisk karbon. Imidlertid bør det gjøres ytterligere undersøkelser på om det kan være selve rørledningen, og vekst av ulike typer organismer inni denne, som er avgjørende for hvilke typer bakterier man finner i innvannet og hvor mye organisk karbon det inneholder. 13

14 Vedlegg 1 Tabell 1 Oversikt over treff ved søk i Genbank på sekvenserte sekvenser i SIV prøver Sekvens nr TJ738 Treff i ncbi-databasen Acc.nr kommentar Uncultured marine bacterium clone AntCL1C6 (92%) 741 Uncultured marine bacterium clone BM (99%) 742 Colwellia rossensis strain ANT9279 (99%) 743 Sphingomonas melonis strain PPs-4 (98%) 744 A)Methylobacterium adhaesivum (97%) B) Uncultured actinobacterium clone HF4000_16H14 (99%) 746 Uncultured bacterium clone b78 (100%) Emiliania huxleyi strain CCMP 373 chloroplast (95%) 747 Micromonas sp. RCC299 chloroplast (98%) 748 Rhodobacteraceae bacterium clone SBI04_41 (99%) Pseudoruegeria sp. JC2496(97%) 749 Uncultured bacterium clone s69 (99%) 750 Uncultured gamma proteobacterium clone E8 (93%) 751 Uncultured gamma proteobacterium clone PI_4t9c (95%) 752 Uncultured cyanobacterium (99%) Synechococcus sp. CC9311 (99%) 753 Uncultured marine bacterium clone A6-5-4 (99%) Roseovarius sp. JA14 (97%) 754 Uncultured gamma proteobacterium clone HAL-SW-16 (98%) DQ FJ AY FJ AB EU EU AY FJ DQ EU EU EU AY AM CP FJ FJ EU gammaproteobacterium eukaryot kloroplast? alfaproteo Ectosymbiont til krabber 755 Uncultured bacterium EU Characterization of the

15 clone b131 (99%) Uncultured gamma proteobacterium clone wmm-2 (98%) DQ Uncultured bacterium EF clone N67e_56 (99%) 757 Uncultured phototrophic eukaryote clone BM1-F- 79 (100%) Cyanobacterium MS-M- 30 (100%) FJ FJ Uncultured Roseobacter AF NAC Micromonas sp. RCC299 FJ chloroplast (98%) 695 Uncultured gamma FM proteobacterium (94%) Alcanivorax sp. 2A44 AB Uncultured Rhodococcus EU sp. clone Rc6 (97%) 759 Salinisphaera dokdoensis EF strain CL-ES53 (99%) Salinisphaera shabanensis NR_ strain E1L3A (97%) 700 Uncultured EU actinobacterium clone HF4000_35E Uncultured bacterium AF clone ARKDMS Rhodococcus sp. ZS1-27 FJ bacterial community associated with the surface and mucus layer of whiting (Merlangius merlangus) JOURNAL FEMS Microbiol. Ecol. 62 (1), (2007) In marine aquaculture Frå Sediment 706 Uncultured marine bacterium clone BM (97%) 707 Sphingomonas melonis strain PR-3 (99%) FJ FJ Alle sekvenser frå SIV-prosjektet vart sett saman og eit fylogenetisk tre har vorte laga ved neighbor joining metoden.