Bendik Fyhn Terjesen Nofima

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
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
02.11.2012
2
Hva er effekten av resirkulering (RAS) i smoltproduksjon på
velferd og ytelse?
Systemvolum: 63 m3
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
n = 4 kar i RAS-behandling
Fjernvarmesystem i NCRA, Sunndalsøra. 80‐85⁰C varmekilde
Nofima senter for resirkulering i akvakultur (NCRA), på Sunndalsøra
FT
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 2012. p 114. 16th18th April 2012, Stavanger, Norway.
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)
RAS
FT
80
60
40
Vaks
Vaksinering
60
40
20
0
0
20
40
60
80
Dager siden innsett
100
120
Overført
til sjø
80
20
0
24L:0D
RAS
FT
Vaks
Individvekt (g ind-1)
Individvekt (g ind-1)
100
Overført
til sjø
100
12L:12D
24L:0D
24L:0D
12L:12D
24L:0D
Ved oppvarming av FT til RAS-vann temp,
(13.9ºC vs. 13.9ºC), blir veksten lik, bildet
holder seg slik også etter sjøutsett
0
20
40
60
80
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 2012. p 114. 16th18th April 2012, Stavanger, Norway.
100
120
Fisk fra RAS håndterte sjøvann bedre enn fisk fra FT, kort
tid etter vintersignal, og genuttrykk av ione-transportere i
gjeller har annet forløp
24L:0D
12L:12D
220
Overført til sjø
Over
**
Plasma klorid
(mmol l-1)
200
P<0.01
180
RAS
FT
160
Plasma klorid etter 72
timer sjøvannstest (33.834.3 ‰ S)
140
120
0
60
70
80
90
100
110
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 2012. p 114. 16th18th April 2012, Stavanger, Norway.
RAS-fisk har lavere nivå av CO2-relaterte
forbindelser i blod, sammenlignet med
gj.strøm (FT)-fisk på tross av samme karutskiftning, temperatur og biomasse
7.5
8.0
*
-1
HCO3 (mmol l )
-1
TCO2 (mmol L )
7.5
7.0
7.0
6.5
6.0
5.5
**
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
5.0
0.0
0.0
RAS
FT
Vannbehandling
RAS
FT
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 2012. p 114. 16th18th April 2012, Stavanger, Norway.
Settefiskfase
24L:0D 12L:12D
I sjø
Finneslitasje (score 0-2)
Mindre finneslitasje og gjellelokkskader hos RAS-fisk, også langt
inn i sjøfasen
*
24L:0D
1.4
1.2
Vaksinering
1.0
*
0.8
0.6
0.4
RAS
FT
0.2
0.0
0
50
100
150
200
250
300
Dager siden innsett
Settefiskfase
Gjellelokk-skade (score 0-2)
0.6
24L:0D
I sjø
12L:12D
24L:0D
RAS
FT
0.5
Vaksinering
0.4
*
0.3
*
0.2
0.1
0.0
0
50
100
150
200
Dager siden innsett
250
300
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 2012. p 114. 16th18th April 2012, Stavanger, Norway.
Hvorfor må vi vite laksens toleranse til ammoniakk og
nitritt i RAS-miljøet?
NH4+  NO2  NO3
• Fiskehelse: kronisk NH3 eller
NO2 toleranse lite kjent for
Atlantisk laks, nødvendig for
forsvarlig drift i RAS
• Ved lav substratkonsentrasjon
er biofiltereffektiviteten lav
• Lav NH3 eller NO2 toleranse
tilsier større biofilterareal,
oppholdstid og/eller større
vannflow
• Høy toleranse, kanskje vi kan
klare oss med mindre biofilter?
• Derfor, industrien bør vite hvilke
krav fisken har for å optimalisere
investering og drift
RAS1&2 i Nofima senter for resirkulering i akvakultur, Sunndalsøra
Fiskens tidlige responser
under ammoniakk-eksponering
3.5
A
SGR (% day-1)
3.0
(uionisert, NH3-N)
0.1 µg/L NH3-N
8 µgl/L NH3-N
14 µg/L NH3-N
32 µg/L NH3-N
AB AB
B
2.5
2.0
Redusert
vekstrate
1.5
1.0
0.5
0.0
35 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
2.0
32 µg/L NH3-N
14 µg/L NH3-N
8 µg/L NH3-N
0.1 µg/L NH3-N
-1
Total ammonia (mmol L )
80
Små, men
signifikante
gjelleskader
Full-fôret
60
1.5
*
1.0
Akkumulering i
plasma
0.5
0.0
0
20
40
60
80
100
Days of exposure
40
12
Glutamine (nmol mg-1)
Body weight (g ind-1)
100
Day 22
1/3 Fôringstyrke
20
*
10
8
6
0.1 µg/L NH3-N
8 µgl/L NH3-N
14 µg/L NH3-N
32 µg/L NH3-N
4
2
Avgifting til
aminosyrer i
hjernevev
0
0
0
20
40
60
80
100
Days of exposure
Kolarevic, J., Takle, H., Felip, O., Ytteborg, E., Selset, R., Good, C.M., Baeverfjord, G., Åsgård, T., Terjesen, B.F.,
2012. Molecular and physiological responses to long-term sublethal ammonia exposure in Atlantic salmon (Salmo
salar). Aquatic Toxicology. 124–125, 48-57. DOI: 10.1016/j.aquatox.2012.07.003
Relative gene expression
Day 22
6
5
4
*
*
3
2
*
1
0
Day 22
0.1 µg/L NH3-N
8 µgl/L NH3-N
14 µg/L NH3-N
32 µg/L NH3-N
Økt genuttrykk
av NH3pumper
i gjeller
(uionisert, NH3-N)
1.0
0.5
Ingen
påvisbar
effekt på
vekst
Day 105
Ikke
påvisbare
gjelleskader
32 µg/L NH3-N
14 µg/L NH3-N
8 µg/L NH3-N
0.1 µg/L NH3-N
-1
Total ammonia (mmol L )
2.0
NH3-N= 14 µg/l
60
1.5
*
1.0
0.5
Ingen sign.
akkumulering
i plasma
0.0
Full-fôret
0
20
40
60
80
100
Days of exposure
40
12
Glutamine (nmol mg-1)
Body weight (g ind-1)
80
1.5
0.0
35 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
100
0.1 µg/L NH3-N
8 µgl/L NH3-N
14 µg/L NH3-N
32 µg/L NH3-N
2.0
SGR (% day-1)
Fiskens status etter langvarig
ammoniakkeksponering
1/3 Fôringstyrke
20
*
10
8
6
0.1 µg/L NH3-N
8 µgl/L NH3-N
14 µg/L NH3-N
32 µg/L NH3-N
4
2
Avgifting til
aminosyrer i
hjernevev
0
0
0
20
40
60
80
100
Days of exposure
Kolarevic, J., Takle, H., Felip, O., Ytteborg, E., Selset, R., Good, C.M., Baeverfjord, G., Åsgård, T., Terjesen, B.F.,
2012. Molecular and physiological responses to long-term sublethal ammonia exposure in Atlantic salmon (Salmo
salar). Aquatic Toxicology. 124–125, 48-57. DOI: 10.1016/j.aquatox.2012.07.003
Relative gene expression
Day 105
6
5
*
4
3
*
*
2
1
0
Day 105
0.1 µg/L NH3-N
8 µgl/L NH3-N
14 µg/L NH3-N
32 µg/L NH3-N
Økt genuttrykk
av NH3pumper
i gjeller
Nitritt og pH kan svinge mye under produksjon
i kommersielt ferskvann-RAS for smolt prod.
(5 mill. ind/år)
8.5
8.0
7.0
4.0
6.5
3.0
6.0
NO2-N (mg/L)
2.0
5.5
0.6
5.0
0.4
*
* ** ***
**
* *** * * *** * **
0.2
de
s
.0
8
fe
b.
0
ap 9
r.0
ju 9
n.
0
au 9
g.
0
ok 9
t.0
de 9
s.
09
fe
b.
1
ap 0
r.1
ju 0
n.
1
au 0
g.
1
ok 0
t.1
de 0
s.
10
fe
b.
1
ap 1
r. 1
ju 1
n.
1
au 1
g.
11
0.0
N=770. Gjengitt etter tillatelse fra Frode Mathisen og Per-Magne
Eriksen, Grieg SeaFood
02.11.2012
pH
7.5
11
Dato
*
: hendelser som
kan innvirke på RAS
ytelse og stabilitet ,
f.eks. sortering,
vaksinering, endret
spedevannsflow,
problemer med
dosering av alkalitet
etc.
• 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
SGR dag 1-21
3.4
Spesifikk vekstrate (% BW/dag)
Effekter av nitritteksponering og
Cl-:NO2-N ratio hos parr av laks
A
3.2
3.0
AB
2.8
AB
AB
B
2.6
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
0.0
Nitritt-N kons. Kontroll
0.5 mg/l
5
Cl:NO2-N ratio 2x10 : 1 ~400:1
2 mg/l
5 mg/l
10 mg/l
~100:1
~40:1
~20:1
Nominell eksponeringsgruppe
3.5
• Ved fare for nitritt-akkumulering bør en sikre
mot skader og vekstreduksjon med
salttilsetning til ratio ≥ 100:1 for parr av laks
Plasma NO2-N (mg/L)
• 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 NH3-N
Kontroll, dag 21
0.5. mg/l, dag 21
2 mg/l, dag 21
5 mg/l, dag 21
10 mg/l, dag 21
Kontroll, dag 84
0.5 mg/l, dag 84
2 mg/l, dag 84
5 mg/l, dag 84
10 mg/l, dag 84
3.0
2.5
2.0
B
B
B
1.5
B
1.0
AB
0.5
0.0
A
A
A
A
A
Nitritt-N kons. Kontroll
Cl:NO2-N ratio 2x105: 1
0.5 mg/l
2 mg/l
5 mg/l
10 mg/l
~400:1
~100:1
~40:1
~20:1
Nominell eksponeringsgruppe
Gutierrez, X., Kolarevic, J., Sæther, B., Bæverfjord, G., Takle, H., Medina, H., Terjesen, B.F, 2011. 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. 1080-1081.
02.11.2012
12
Gode bakgrunnsdata er viktig for nøyaktig dimensjonering
av TAN- og CO2-fjerning
• Kjørte gradvis økende
fôr-belastning (og
biomasse) av parr i
RAS1, og fulgte
vannkvalitet i kar-utløp
1.0
14
Sampling
93%
Sampling
108%
Sampling
135%
12
0.8
10
0.6
8
6
0.4
4
0.2
CO2 i kar-utløp (mg/L)
• Timmons og Ebeling
(2007) modell for TAN og
CO2-produksjon: TAN
prod 46 g N/kg fôr
Vannkvalitet ved faktisk maks
fôrbelastning (100%), N-retensjon
fra Nofima (laks parr GrisdaleHelland & Helland, 1997), 35 g N/kg
Vannkvalitetskrav ved antatt
maks fôrbelastning (100%), 46 g
N/kg Timmons & Ebeling (2007)
TAN i kar-utløp (mg/L)
• I NCRA ble bioreaktorog CO2-lufter dimensjonert fra nødvendig
fôringskapasitet og
minimumskrav til
vannkvalitet ved denne
belastningen
2
0.0
0
30
35
40
45
50
55
60
65
Daglig fôrbelastning (kg/døgn)
70
80
90
100
110
120
130
140
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.
02.11.2012
13
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
Forsøkshall 1, Nofima senter for resirkulering akvakultur, Sunndalsøra, bygd for
oppholdstider ned mot 20 minutter - da er hele karets vannvolumet skiftet ut
• I gjennomstrømmings-anlegg har det
vært vist at trening v.h.a. høy vannhastighet gir økt tilvekst (Jobling, Takle
m.fl.).
• Fiskens miljø i RAS kan være radikalt
forskjellig fra FT. Er optimal
vannhastighet i resirkuleringsanlegg den
samme som i gjennomstrømming?
02.11.2012
14
•
For høy vannhastighet i RAS i ferskvannsfasen gir økt
dødelighet ved smitte med Mortiella viscosa, vintersårBeste overlevelse:
bakterien
Høy vannhastighet helt frem
Medium vannhastighet
1KL/s + lav vannhastighet
(0.5 KL/s) rett før utsett
mot utsett (>1.5 KL/s) gav
signifikant bedre tilvekst enn
lavere hastighet (1, <0.5
KL/s), som sett tidligere i
gjennomstrømmings-forsøk
• 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 2012. p 189. 16th -18th April 2012, Stavanger, Norway.
02.11.2012
15
OPP:
Optimalisert Postsmolt-Produksjon
et NFR-Innovasjonsprosjekt i næringslivet
217502/E40
02.11.2012
16
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: «Kunnskaps‐
oppbygging»
WP‐Leder: Sigurd Handeland
Forsøk 1‐4
02.11.2012
WP2: «Feltforsøk Marine Harvest»
WP‐Leder: Ørjan Tveiten Forsøk 5a WP3: «Feltforsøk Smøla Klekkeri
og Settefisk»
WP‐Leder: Svein Martinsen Forsøk 5b 17
WP4: «Feltforsøk Grieg SeaFood»
WP‐Leder: Frode Mathisen
Forsøk 6
WP5: «Markører ytelse,
helse, velferd»
WP‐Leder: Harald Takle
Analyser forsøk 1‐6 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
02.11.2012
18
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 186913/I30, «Fish welfare and performance in recirculating
aquaculture systems»), og
-prosjekt 217502/E40, «Optimalisert postsmoltproduksjon»
Kontakt: bendik.terjesen@nofima.no