Giftighet og vannbehandling for å redusere kobbertoksisitet for laks

Giftighet og vannbehandling for å redusere kobbertoksisitet for laks Åse Åtland 1,Torstein Kristensen 1 og Carlos Pessot 2 1: NIVA Fisk og Akvakultur 2: NIVA Chile S.A. Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 1

Disposisjon Case fra Chilensk smoltproduksjon Kobberproblematikk - mekanismer Vannbehandling eksperimentelle forsøk Kobber i RAS-systemer Oppsummering Åtland, Kristensen og Pessot. 2012

Gjelle Cu (ug/g gjelle tørrvekt) Cu i inntaksvann (ug/l) Bakgrunn for arbeidet 14 12 10 8 6 4 14 12 10 8 6 4 2 0 12.04.2007 12.04.2007 18.05.2007 20.05.2007 25.05.2007 29.12.2007 09.01.2008 10.01.2008 23.01.2008 03.02.2008 Anlegg i Chile med høy yngeldødelighet Forhøyet kobberkonsentrasjon i råvannet Påslag av kobber på fiskegjeller assosiert med dødelighet Karakteristisk at dette skjedde i vann med lavt humusinnhold (TOC) dvs. klarvann der kobberet vil være løst og ikke organisk bundet 2 0 Yngel fra kar med dødelighet Kar m frisk fisk

Percentilfordeling Cu råvann Chile 10-15% av de undersøkte råvannskildene i Chile ligger et potensielt risikoområde for giftighet av kobber Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 4

Total Organisk Karbon (TOC) TOC er en nøkkelfaktor for å bestemme giftigheten av Cu for fisk Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 5

Kobber generelt Kobber er et mikronæringsstoff inngår som komponent i mange livsviktige enzymer Kobber er giftig for fisk ved langt lavere konsentrasjoner enn aluminium og jern Generelt svært lite litteratur på Atlantisk laks og effekter av kobber mye på regnbueørret Toksisiteten av kobber er sterkt påvirket av vannets hardhet og organiske innhold (TOC): Mest forenklet: (Meade, 1989) Hardhet <100 mg/l (som CaCO 3 ), anbefalt Cu < 6 µg/l for fisk Hardhet >100 mg/l (som CaCO 3 ), anbefalt Cu < 30 µg/l USA EPA (Environmental Protection Agency) tar inn flere aspekter av den totale vannkvaliteten (Biotic Ligand Model) for å beregne CMC (Critical Maximum Concentration) Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 6

Kobber og fysiologi Eksponering for kobber i vannet medfører økt tap av Na + hovedsakelig over gjellene (Hashemi et al. 2007) Dette igjen medfører forstyrret utveksling av Na + /NH4 + - fisken blir ikke kvitt ammoniakken Resultat akkumulering av ammoniakk i vev (DeBoeck et al.) Også redusert Na+/K+ - ATP aktivitet og svikt i ionereguleringen Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 7

Yngel og kobber Dette henger nøye sammen med den observerte dødeligheten på yngel fra anlegg i Chile Så lenge fisken kun lever på plommesekken er proteininntaket begrenset. Så snart den går over på startfôr med høyt proteininnhold øker også behovet for å kvitte seg med ammoniakk. Basert på erfaringer med bl.a. karpe har en sett at fisk som er utsatt for kobber i vannet får gjelleskader og dør med svært høye ammoniakkkonsentrasjoner i vevet. Av samme årsak har de observert at sultet fisk klarer seg bedre enn fisk som tilføres for (De Boeck et al.) Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 8

Laksesmolt og kobber NIVA gjennomførte i 2007 eksperimenter med laksesmolt i kobberholdig vann. En total kobberkonsentrasjon i vannet på ca 20 µg/l forårsaket 100% dødelighet på laksesmolt i løpet av 48 timer (Kristensen et al. 2009). Eksperimentene, som viste høy sensitivitet for kobber hos laksesmolt, ble utført i vann med en Ca-konsentrasjon på 1,5 mg/l noe som er vanlig i råvann til norske settefiskanlegg (gjennomsnittlig kalsium i råvann til norske settefiskanlegg er 1,97 mg/l, Bjerknes 2007). Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 9

Vannbehandling Eksperimentene ble utført i Chile I samarbeid med oppdrettsselskapet Granja Marina Tornagaleones» Basert på erfaringen fra anlegget pulseksponering for kobber (20 µg/l) kombinert med aluminium (80 og 125 µg/l) Fulgte OECD Guidelines for Testing of Chemicals Fish, Early-life Stage Toxicity Test (OECD, 1992). Eksponering fra 25. juni til 14. september (370 til 912 døgngrader dvs. rogn før klekking til etter startfôring) 3 pulser: 1: 3 dager (72 t) 2: 3 dager (72 t) 3: 2 dager (48 t) Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 10

Eksperimentelt oppsett A water inlet B Al/Cu solution C silicate solution D mixing chamber E peristaltic pump G egg trays Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 11

Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 12

Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 13

Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 14

Mortality Dødelighet Accumulated Mortality Hatch 7% 1 st Pulse 2 nd Pulse 3 rd Pulse 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0% 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Degree days Control Marble 896 ATU Silicate Cu Al Control 1 P Cu Al Control 2 P Cu Al Control 3 P Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 15

Mortalty Akkumulert dødelighet Mortality at 896 Degree Days 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0% 4.56% 4.18% 4.42% 6.47% Control Marble Silicate Cu/Al 3 Pulses Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 16

Resirkulering og kobber Anlegg som benytter resirkulering bør være spesielt oppmerksomme på muligheten for høye kobberkonsentrasjoner. Kobber det metallet som over tid kan akkumuleres opp til kritisk høye nivåer i karvann med høy resirkuleringsgrad (Davidson et al. 2009). Kilden til dette kobberet kan være fiskefôr, feces og muligens også fra selve konstruksjonen. Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 17

Akkumulering av metall i resirkuleringsanlegg To resirkuleringsgrader: 30 L/ kg fôr /dag (høy resirkuleringsgrad) 1500 L/ kg fôr/dag (lav resirkuleringsgrad/kontroll) Fra: Martins et al.2009, Aquaculture 291:65-73 Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 18

Ulike typer av TOC Giftigheten av kobber i et RAS-system vil motvirkes av akkumuleringen av TOC i et slikt system TOC er mye forskjellig, og vi vet ikke om TOC i et RAS-system beskytter fisken like godt som naturlig TOC (humus and fulvussyrer) Et arbeid har imidlertid studert effekten av ulike typer av organisk materiale på Cu-giftighet): Fra en myr (humus) Fra en innsjø Fra et kloakkrenseanlegg Resultatene viste små forskjeller med mindre Cukonsentrasjonen var svært høy (>128 µg/l) Ref: Gheorghiu et al. 2010, Aquatic Toxicology 97:343-352 Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 19

Oppsummering Giftighet av kobber er et problem i en del smoltanlegg i Chile og i Norge Toksisiteten er høyest i vann med lav TOC (dvs grunnvann) og lav hardhet (Ca, Mg) Marmorfilter og silikatbehandling gir god effekt på yngelstadiet, men vi mangler fortsatt kunnskap på andre livsstadier og andre arter enn laks Arbeid gjenstår også for å studere dette i intensive RAS-systemer Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 20

Finansiering og samarbeid Finansiering: CORFO (Production Development Corporation), Ministry of Economy, Chile Ref. Nº O9IERI- 5623 Samarbeidende institusjoner: NIVA Chile, NIVA, Universitetet i Valparaiso, Marine Farms Chile, Billund Chile Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 21

Åtland, Kristensen og Pessot. 2012 22