Litopenaeus vannamei, comunament coneguda com la gambeta blanca del Pacífic, és una espècie eurihalina valorada pel seu alt rendiment de carn, una forta tolerància a l'estrès i un creixement ràpid. És una de les espècies de gambes més importants cultivades a la Xina. Actualment, els principals models de cultiu de L. vannamei a la Xina inclouen estanys a l'aire lliure, estanys d'hivernacle petits i estanys-alts. No obstant això, la producció nacional encara no pot satisfer la demanda del mercat, la qual cosa requereix importacions importants. A més, la ràpida expansió de models com el petit cultiu d'hivernacle ha exposat problemes com un marc tècnic incomplet, brots freqüents de malalties i reptes en el tractament d'aigües residuals efluents. En el context de la defensa de la conservació dels recursos i el desenvolupament sostenible, el sistema d'aqüicultura de recirculació (RAS), reconegut com un model d'agricultura intensiva, eficient i respectuós amb el medi ambient, ha atregut una atenció generalitzada a la indústria en els darrers anys.
RAS utilitza mètodes industrials per regular activament el medi ambient aquàtic. Compta amb un baix consum d'aigua, una petita empremta, una contaminació ambiental mínima i produeix productes segurs i d'alta-qualitat amb menys malalties i densitats més altes. La seva producció no està en gran part limitada per la geografia o el clima. Aquest model compta amb una alta eficiència en la utilització dels recursos i es caracteritza per una alta inversió i un alt rendiment, que representa un camí crucial cap al desenvolupament sostenible de la indústria de l'aqüicultura. Actualment, l'agricultura domèstica de L. vannamei es concentra a les zones costaneres, utilitzant principalment aigua de mar natural. Les regions de l'interior, limitades per la disponibilitat de fonts d'aigua i les regulacions ambientals, s'enfronten a un desajust important entre l'oferta i la demanda dels consumidors. L'exploració de RAS utilitzant aigua de mar artificial a les zones interiors té una gran importància per abastir els mercats locals i promoure el desenvolupament econòmic regional. Aquest experiment va construir amb èxit un RAS interior per a L. vannamei en un entorn interior i va dur a terme un cicle de cultiu amb èxit. Els mètodes i les dades referents a la construcció del sistema, la preparació artificial d'aigua de mar i la gestió de la granja poden servir com a referència per a l'agricultura interior de L. vannamei.
1. Materials i Mètodes
1.1 Materials
L'assaig es va dur a terme a la granja de cria original de Leiocassis longirostris de la província de Sichuan. Les post-larvals de L. vannamei (etapa P5) provenien de la base Huanghua de Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd. i es trobaven en bona salut. El pinso utilitzat va ser la marca "Xia Gan Qiang" de Tongwei Group Co., Ltd. Els seus components principals eren: proteïna bruta superior o igual al 44,00%, greix brut superior o igual al 6,00%, fibra bruta inferior o igual al 5,00% i cendres brutes inferior o igual a 116,00%.
1.2 Preparació artificial de l'aigua de mar
L'aigua subterrània d'un pou s'utilitzava com a font d'aigua. Es va tractar seqüencialment amb desinfecció (pols blanquejant 30 mg/L, airejat durant 72 h), eliminació de clor residual (tiosulfat de sodi, 15 mg/L) i desintoxicació [Àcid etilendiaminotetraacètic (EDTA), 10-30 mg/L] abans de ser utilitzat per a l'aigua de mar artificial.
Es va preparar aigua de mar artificial amb una salinitat de 8 utilitzant cristalls de sal marina com a ingredient principal; els seus components principals s'enumeren aTaula 1. Es van utilitzar CaCl₂, MgSO₄ i KCl de grau alimentari-per complementar els elements Ca, Mg i K. Després de la preparació, es va utilitzar NaHCO₃ de grau alimentari -per ajustar l'alcalinitat total a 250 mg/L (com a CaCO₃) i es va utilitzar NaHCO₃ juntament amb monohidrat d'àcid cítric per ajustar el pH a 8,2-8,4.
1.3 Construcció RAS
1.3.1 Concepte general de disseny
Combinant un disseny independent amb una aplicació integrada, es va construir un RAS per a L. vannamei utilitzant tractament físic i biofiltració en diverses-etapes. Les estratègies d'operació del sistema corresponents, els protocols d'ajust de la qualitat de l'aigua i les estratègies d'alimentació científiques es van implementar d'acord amb els requisits de creixement de les gambes en diferents etapes, amb l'objectiu d'un funcionament estable, una entrada econòmica i una producció eficient.
1.3.2 Flux del procés principal i paràmetres tècnics
Es va modificar un sistema de piscicultura existent basat en contenidors-per establir el RAS de L. vannamei, que consta de tancs de cultiu, un dispositiu de recollida de closca/partícules compost (drenatge de tres-vies), biofiltre, bombes de circulació, etc. El flux del procés es mostra aFigura 1.
El volum total d'aigua dissenyat del sistema era de 750 m³, amb un volum del sistema de tractament d'aigua de 150 m³ i un volum efectiu de cultiu de 600 m³. La càrrega de cultiu dissenyada era de 7 kg/m³. Els paràmetres tècnics clau s'enumeren aTaula 2.
1.3.3 Disseny estructural
Els sis dipòsits de cultiu octogonals estaven disposats en dues files. Tenint en compte la comoditat de gestió, l'estabilitat ambiental i el cost d'inversió, l'estructura principal dels tancs era de formigó de maó-. Les dimensions eren: longitud 10,0 m, amplada 10,0 m, profunditat 1,2 m, amb vores tallades de 3,0 m. El volum efectiu d'aigua per dipòsit era de 100 m³. El fons del dipòsit tenia un pendent (16%) cap al desguàs central (Figura 2).
El dispositiu de drenatge de tres vies consistia en un col·lector central (per a gambes mortes, closques i partícules grans), un col·lector de sedimentació de flux vertical (per a closques trencades, partícules mitjanes, femta) i una caixa de recollida de drenatge lateral-sifó (per a closques fines i partícules petites-a{{3})Figura 2).
Un costat del dipòsit de condicionament contenia un marc de material de raspall de plàstic per recollir i treure closques i partícules de la descàrrega del dipòsit. En aquest dipòsit es podrien fer ajustos de calci, magnesi, alcalinitat total i pH. El volum del dipòsit era de 20 m³, amb un temps de retenció hidràulica de 0,13 h.
La bomba de circulació es trobava a l'altre costat del dipòsit de condicionament, utilitzant una bomba d'una -etapa per a l'eficiència energètica. Basant-se en l'ecologia i la càrrega de les gambes, la taxa de recirculació es va dissenyar de 2 a 6 vegades al dia. El cabal de la bomba era de 150 m³/h, la capçada de 10 m, la potència de 5,5 kW.
El filtre de raspall estava equipat amb diverses bosses de filtre. Les bosses es van connectar mitjançant accessoris de canonada a l'entrada del filtre, subjectes amb pinces. L'efluent va entrar a les bosses per canonades. Les bosses estaven fetes de polipropilè (PP), plenes de material de raspall de plàstic, interceptant eficaçment partícules de més de 0,125 mm. El dipòsit de mitjans elàstics constava del cos del dipòsit (rectangular, 2 m de profunditat), marcs de reixeta (paral·lels a la superfície) i mitjans elàstics instal·lats als marcs (Figura 3). Els mitjans constaven de nombrosos anells de plàstic de doble-anell amb filaments de polièster, que formaven feixos de fibres distribuïts per tot el dipòsit. El seu principi de funcionament implicava crear un efecte de sedimentació de flux-lent mitjançant la intercepció del medi i utilitzar el biofilm format a la seva superfície per absorbir, descompondre i transformar nitrogen i fòsfor inorgànics.
El biofiltre incloïa el cos del dipòsit (rectangular, 2 m de profunditat), components d'aireació i bio-medis (Figura 4). El conjunt d'aireació incloïa canonades de distribució d'aire. L'aire entrava per la part superior i s'alliberava per la part inferior, creant un patró de flux completament mixt. El dipòsit es va omplir amb suports Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR). Mitjançant la millora específica del nitrificador i l'ajust de l'alcalinitat, un gran nombre de bacteris nitrificants s'uneixen al medi, consumint matèria orgànica i aconseguint l'eliminació d'amoníac i nitrit, construint així un biofiltre nitrificant. Les canonades d'entrada i sortida estaven a costats oposats, amb una pantalla de sortida a la paret interior. En aquest assaig, el volum efectiu del biofiltre es va establir en un 25% del volum de cultiu del sistema, amb una proporció d'ompliment del medi del 30%, utilitzant medis K5.
L'aeració del sistema combina mètodes mecànics i d'oxigen pur. Quan l'oxigen dissolt (DO) era alt, l'aireació mecànica era principal: utilitzant un bufador de vòrtex d'alta-pressió i tubs microporosos d'alta-qualitat com a difusors per maximitzar l'eficiència de transferència d'O₂ i reduir el soroll. Quan el DO era baix, l'aireació d'oxigen pur es complementava: utilitzant un generador d'oxigen + una hèlix d'aigua de micro-bombolla. La concentració d'O₂ del generador d'oxigen és superior al 90%, dispersa mitjançant un disc de nano-ceràmica a l'hèlix. Sota una càrrega elevada, una combinació de generador d'oxigen + con d'oxigen va servir com a aireació auxiliar, utilitzant una bomba de reforç per crear aigua-saturada d'oxigen al con.
1.4 Mesura de la qualitat de l'aigua
Les concentracions d'amoníac i nitrit (com a N) es van mesurar mitjançant un analitzador d'aigua multi-Aokedan. Els sòlids totals en suspensió (TSS) es van mesurar mitjançant un analitzador multi-de paràmetres Hach DR 900.
1.5 Gestió de l'explotació i funcionament del sistema
El judici va començar el 8 d'agost de 2022 i va durar 74 dies. Els sis tancs estaven proveïts. La mida de la població era de 961 individus/kg, la densitat d'aproximadament 403 individus/m³, amb un total de 241.800 postlarves. La freqüència d'alimentació va ser de 6 vegades al dia, amb una ració diària que va disminuir d'un 7,0% (primer) al 2,5% (tard) de la biomassa estimada.
La circulació del sistema va començar 3 dies després de l'-existència, inicialment amb 2 cicles/dia, i després augmentant a 4 cicles/dia. Al principi de la prova, es va produir un drenatge diari, només reposant l'aigua perduda per drenatge i evaporació. Més tard, el drenatge va seguir a cada alimentació (1 hora després), amb l'intercanvi d'aigua diari per sota del 10% del volum de reposició-de l'etapa inicial.
Inicialment es va utilitzar l'aeració mecànica (ventilador de vòrtex). A causa de l'augment de la càrrega del sistema posteriorment, es va utilitzar una combinació d'aireació mecànica, generador d'oxigen + disc de nano-ceràmica i generador d'oxigen + con d'oxigen.
Es van mesurar regularment l'OD, la temperatura, el pH, l'amoníac i els nitrits als dipòsits. Es va observar i registrar el creixement i l'alimentació de les gambes.
1.6 Tractament i anàlisi de dades
Les dades es van organitzar mitjançant WPS Office Excel. Els gràfics es van crear amb Origin 2021.
Es van utilitzar les fórmules següents per calcular la taxa de canvi d'aigua (R), la relació de conversió d'alimentació (FCR), i la taxa de supervivència (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
On: R és el tipus de canvi diari d'aigua (%/d); V₁ és el volum total d'aigua intercanviada (m³); V és el volum total d'aigua del sistema (m³); t són els dies de cultura (d). FCRés la relació de conversió d'alimentació; W és l'entrada total d'alimentació (kg); Wₜ i W₀ són la massa final de la collita i la massa inicial (kg). RSés la taxa de supervivència (%); S és el nombre total collit (individus); N és el nombre total emmagatzemat (individus).
2. Resultats
2.1 Intercanvi d'aigua
Durant la prova, l'intercanvi total d'aigua va ser de 1.000 m³, amb un tipus de canvi diari mitjà de l'1,8%.
2.2 Amoníac i nitrit
La concentració d'amoníac als dipòsits es va mantenir per sota dels 1,3 mg/L (excepte el dia 5), i la concentració de nitrits es va mantenir per sota dels 1,6 mg/L, ambdós a nivells relativament estables (Figura 5).
En l'etapa inicial (els primers 15 dies), l'amoníac del tanc va disminuir ràpidament mentre que el nitrit va augmentar ràpidament, cosa que indica l'establiment de biofilm al biofiltre i la conversió d'amoníac en nitrit. A l'etapa mitjana-(15-50 dies), amb l'augment de l'alimentació, les concentracions d'amoníac i nitrit es van mantenir estables, cosa que indica una oxidació sincronitzada d'amoníac i nitrit al biofiltre i un funcionament estable del sistema. Després del dia 50, tant l'amoníac com el nitrit van mostrar una tendència a la baixa, possiblement indicant una capacitat de nitrificació millorada i un sistema més madur. Això no es va poder confirmar més quan va acabar el judici.
Figura 6mostra que les tendències de l'amoníac a l'entrada i sortida del biofiltre eren similars, però la bretxa entre les corbes es va eixamplar gradualment, cosa que indica una millora de l'eliminació d'amoníac. Les corbes de nitrits per a l'entrada i la sortida gairebé es van solapar i no van mostrar una tendència a l'augment general, cosa que suggereix que el sistema va mantenir la capacitat d'oxidació de nitrits fins al final.
2.3 Oxigen dissolt i alcalinitat total
Com es mostra aFigura 7, malgrat l'augment de la càrrega del sistema, els mètodes d'aireació combinats van mantenir el DO del tanc per sobre de 6 mg/L. A més, afegint NaHCO₃, l'alcalinitat total es va mantenir entre 175-260 mg/L.
2.4 Total de sòlids en suspensió
Es mostren les tendències de la concentració de TSS en els punts clau del sistemaFigura 8. El TSS a l'entrada al col·lector de sediments de flux vertical i a la caixa lateral del sifó (part del drenatge de tres-vies) va reflectir les tendències del TSS als dipòsits. La TSS global va augmentar gradualment, estabilitzant-se durant les etapes mitjanes-últimes (després del dia 35) i va mostrar una tendència decreixent a través de les etapes successives del tractament.
2.5 Resultats agrícoles
La població total va ser de 241.800 post-larves amb una mida mitjana de 0,52 g, en 6 tancs amb una densitat mitjana de 403 individus/m³. Després de 74 dies, la collita total va ser de 3.012,2 kg, mida mitjana 15,82 g, supervivència mitjana 78,75%, rendiment mitjà 5,02 kg/m³. L'entrada total d'alimentació va ser de 3.386,51 kg, FCR1.18. Els costos calculats (llavor, pinsos, productes sanitaris, electricitat, aigua de mar artificial, desinfecció) van ascendir a 155.870,6 CNY. Els ingressos per vendes de gambes van ser de 192.780,8 CNY, el que va suposar un benefici de 36.910,2 CNY per al cicle.
3. Discussió
En els últims anys, RAS s'ha convertit en una direcció molt prometedora per a l'agricultura de L. vannamei. Aquest assaig va construir un RAS que incloïa dipòsits de cultiu, col·lecció de closca composta/partícules, filtre de raspall, biofiltre i equip d'aireació, i va dur a terme amb èxit un cicle de cultiu interior interior.
En comparació amb el RAS tradicional, aquest sistema és més senzill. Estructuralment, va ometre equips com els filtres de tambor i els skimmers de proteïnes, que tenen costos fixos i de manteniment relativament més elevats. En canvi, va utilitzar dispositius de tractament d'aigua més senzills per crear un tractament compost de diversos-nivells per a partícules i contaminants dissolts, aconseguint un bon control de la qualitat de l'aigua amb processos més senzills i un cost més baix.
Mitjançant l'ús de diversos mètodes de gestió de la qualitat de l'aigua adaptats a les diferents etapes de creixement i càrregues del sistema, el sistema va mantenir l'amoníac i el nitrit per sota d'1,3 i 1,6 mg/L, respectivament, i el DO per sobre de 6 mg/L, aconseguint finalment un rendiment de 5,02 kg/m³. Això s'acosta als resultats de Yang Jing et al. A més, el sistema de tractament d'aigua va controlar el tipus de canvi diari mitjà fins a l'1,8%, aprofitant al màxim la seva capacitat de tractament i reduint significativament els costos.
RAS ofereix beneficis ambientals, seguretat del producte i menys malalties. A causa de les limitacions de transport, L. vannamei té un gran potencial de mercat a l'interior. La realització de RAS per a L. vannamei a l'interior s'alinea amb les tendències de la indústria. La cria actual de gambes d'interior és principalment d'aigua dolça, amb el rendiment i la qualitat endarrerits de l'agricultura marina. L'ús d'aigua de mar artificial en aquest assaig va abordar en part aquesta bretxa. No obstant això, l'elevat cost actual de l'aigua de mar artificial requereix optimitzar els processos RAS per a l'eliminació de nitrogen i fòsfor per permetre la reutilització de l'aigua, que és una manera eficaç de reduir costos i hauria de ser un focus de recerca clau per a l'interior de L. vannamei RAS.
FCRés un indicador important del rendiment del RAS. La final FCRd'1,18 en aquest assaig és comparable a l'agricultura intensiva tradicional. Com a sistema tancat, l'avantatge de RAS rau en la reutilització d'entrada. Basat en millorar la capacitat de tractament de l'aigua, formulant estratègies d'alimentació precises per reduir FCRhauria de ser el proper focus d'optimització.