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虾书:集约化虾

约拉姆·阿夫尼梅勒(Yoram Avnimelech)博士

密集型系统可以支持的生产量是扩展型系统的100倍

密集的
集约化虾生产系统可在小范围内支持高产量。摄影:Nyan Taw博士。

人们普遍希望获得越来越高的产量-理由包括限制水处理的环境法规,对生物安全的关注以及水资源短缺和/或成本等原因-使水产养殖转向更加集约化的生产系统。表1概述了池塘集约化的一般演变。

Avnimelech,池塘强度水平,表1

池塘类型介入大约虾
产量*(kg / ha /周期)
限制因素
基于天然饲料或少量饲料的池塘少吃谷物,农场和家庭残留物超过100-500(超过2,000)*初级生产的局限性,食物链效率
广泛的池塘
通过完整的饮食颗粒喂养500-2,500(2,000-4,000)*清晨氧气
半精养池塘,夜间和补充
通风
夜间或紧急增氧机,〜1-5 hp / ha1,500-8,000(4,000-10,000)*污泥堆积,厌氧池底
集约化,完全充气的池塘 20 hp / ha以下的24小时曝气(如果需要,可提供纯氧气),完全混合8,000-20,000(20,000-100,000)*水质控制
表1.池塘强度水平,近似产量和限制因素。改编自Avnimelech et al。,2008。

虾可以在充气池塘中以很高的密度生长。然而,随着生物量的增加,由于有毒代谢物的积累,水质可能成为限制因素,其中最臭名昭著的是氨和亚硝酸盐。自然控制机制主要基于藻类对铵的吸收,因此无法控制集约化系统中的氮。

水质控制

可以使用三种不同的方法来控制水质:
•在高强度池塘,水道或水箱中,通常以高汇率用外部水代替池塘水。
•通过外部生物过滤器回收水进行处理和净化。
•使用藻类(分区水产养殖池塘)或细菌群落(生物絮凝物)处理池塘系统内的水质。

由于出于环境,生物安全和缺水的考虑,高水交换率通常是不可接受的,因此需要其他方法来控制水质。在虾孵化场和苗圃以及许多鱼类生产系统中,一种常见的方法是通过生物滤池再循环水以改善水质。使用该技术的系统称为循环水产养殖系统(RAS)。

循环水产养殖系统

RAS系统基于生产单元和水处理模块之间水的再循环。水从生产部件(通常是水箱或较小的带衬砌的池塘)中抽出,经过一系列处理以改善各种物理和化学参数,然后返回生产单元。这些系统已经过充分验证,可以商业方式获得,生产能力高达100 kg / m2。然而,RAS单元的操作在投资和运行成本上都是相当昂贵的。 RAS水处理组件很大,相当复杂且依赖能量。

生物絮凝技术

在集约化池塘中通过饲料循环利用来进行水处理可以通过生物絮凝技术的发展来实现,该技术基于对零水交换或低水交换,混合和充气池塘中微生物的操纵。任何集约化池塘的固有特征是高通气率和充分混合。在集约化池塘中鼓励微生物优势的另一个特征是有机基质的积累。 Biofloc技术利用活跃的微生物群落来控制水质和回收饲料。

当水交换受到限制时,培养水中会积聚有机物。有机物是发展异养微生物群落所需的基质-微生物通过代谢有机分子获得能量。强化,通气,混合和有限的水交换都会导致池塘中微生物优势的发展。表2给出了与以藻类为主的系统相比,以微生物为主的系统的典型特征。

Avnimelech,藻类和细菌的比较,表2

因子藻类控制细菌控制
能量源太阳辐射。主要是有机物。
发生有机物浓度低的池塘。藻类密度随养分的供应而增加,直至光照受限。在高供应和有机底物集中的池塘中占主导地位,通常限于零交换或低交换率的集约化池塘,尽管在养分丰富的地方很常见。
对环境变量的敏感性光线是必不可少的(阴天时活动要少)。崩溃很常见。不需要光照,适应各种条件。崩溃是异常情况。
对氧气的影响白天产生氧气,晚上消耗氧气。消耗氧气。
相关活动初级生产产生有机物和氧气。吸收铵。有机物的降解。硝化作用,产生微生物蛋白。
无机氮控制初级生产驱动的吸收。最大容量0.7克铵/平方米/天。氮的吸收受有机物碳:氮比的影响。几乎无限的容量。
潜在容量通常,每天的初级生产量不超过4克碳/米2受底物浓度和降解速率常数限制。
表2.藻类和细菌控制系统的比较。

微生物种群的大小取决于有机物的供应,有氧群落的稳定性取决于充足的氧气供应。微生物繁殖的驱动力是添加有机物,有机物的主要来源是饲料。

零交换集约化池塘中的细菌数量可以达到109细胞/ mL。细菌形成的絮状物大小可达几毫米,是细菌,有机残留物和微生物(如原生动物和浮游动物)的混合物。

正确地控制微生物生物量能够有效控制水质,主要是通过将潜在有毒的无机氮物质转化为微生物蛋白来实现的。反过来,微生物蛋白可以用来喂虾。

微生物絮凝物,虾营养

在对虾对15种微生物絮凝物的吸收和利用的一项研究中,自然生物区系对虾每日氮吸收的比例计算为18%至29%。由于将排出的氮再循环为可利用的微生物蛋白质,生物絮凝池中的蛋白质利用率几乎是传统池塘中的两倍。该蛋白质被“食用两次”。首先吸收饲料中的蛋白质,最后通过收获生物絮凝物再次食用未利用的残留物。

蛋白质是水产饲料的昂贵成分,此外,基于鱼粉的蛋白质也存在环境问题。因此,蛋白质利用率的提高和饲料中蛋白质百分比的降低具有重大的经济和环境影响。

饲料施用后不久,未利用的饲料和饲料成分将在常规RAS池塘中丢弃。饲料残渣在生物絮凝系统中具有很长的水力滞留。食物网的回收可以更好地利用饲料。装有生物絮凝剂的虾池中的饲料需求减少到开放系统所需的约70%。

生物絮凝系统的局限性

Biofloc系统有一些限制。过度混浊会对鱼类产生不利影响,并拮抗藻类的生长,在某些情况下会导致虾的生长更好。排出过多的污泥是控制浊度的一种手段。

基于生物絮凝剂的池塘比清水池塘需要更多的氧气,但是微生物代谢所需的额外氧气中约有50%被硝化所需的氧气所抵消。此外,在这些池塘中几乎不需要抽水。在生物滤池中泵送的能量与通气所需的能量大致相同。

商业发展

伯利兹水产养殖是第一个实践和开发生物絮凝技术的大型农场。经营商业生物絮凝虾塘的许多专业知识都源于伯利兹水产养殖的经验。正如Nyan Taw博士在各种科学论坛上报道的那样,印度尼西亚的多家公司正在使用生物絮凝剂系统大规模生产虾。这些作业规模巨大,覆盖了数千公顷的池塘。

另外,在生物絮凝系统的许多研究已经在诸如美国南卡罗来纳州的Waddell海水养殖中心以及其他地方的机构中进行,由于温度限制,这些机构经常使用温室。使用温室封闭的水道系统和获得高产量可能证明一年四季都可以养成虾,即使在气候条件限制开放池塘中的虾到一年一个季节的地区也是如此。

观点

在土地和水的使用相对较少的情况下,集约化系统目前可支持的生产量是扩展系统的约100倍。

集约化循环水产养殖系统需要很高的投资和维护成本。 RAS已成功用于生产高价值的鱼类或虾孵化场和苗圃。扩大RAS系统以打开虾生产池塘似乎不切实际。

Biofloc技术可以使用可变程度的强度。生物絮凝系统所需的投资和运行成本低于RAS所需的投资和运行成本。建造生物絮凝池的成本可以低于建造规模可产生同等产量的土池的成本。

重要的限制条件是对可靠电源,输入源和营销基础架构以及适当的备用系统的基本需求。没有这种支持,有效利用生物絮凝系统的小规模农场的发展将受到限制。

(编辑’注意:本文最初发表于2012年7月/ 2012年8月的印刷版中。 全球水产养殖倡导者