Maaperän päällä toimiva kierrätyskala- ja äyriäiskasvatus: 95 %:n vähentäminen vedenkulutukseen ja vakaa kalan tuotanto koko vuoden ajan – vihreä vallankumous nykyaikaisessa kala- ja äyriäiskasvatuksessa

1. Tiivistelmä

Kun perinteinen maaperäpohjaisten altaiden ja akvaalisten kanojen kalankasvatus kohtaa useita haasteita – kuten vedenpuutetta, ympäristösaastumista ja tauteja säännöllisesti – maalla toimivat kierrätyskalankasvatusjärjestelmät (RAS) nousevat kalankasvatuksen teollisuuden muunnoksen ja kehittämisen keskeiseksi suunnaksi. Tämä järjestelmä saavuttaa yli 95 prosentin kalankasvatusveden kierrätysasteen käyttäen ydin teknologioita, kuten fysikaalista suodatusta, biologista puhdistusta, sterilointia ja desinfiointia, lämpötilan säätöä sekä ilmastointia. Näin vedenkulutus vähenee 90–95 prosenttia verrattuna perinteisiin kalankasvatusmalleihin. Järjestelmä mahdollistaa vakaiden ja hallittavien tuotantoprosessien toteuttamisen koko vuoden ajan riippumatta vuodenajasta tai sääolosuhteista. Tässä artikkelissa esitetään systemaattinen yleiskatsaus maalla toimivien kierrätyskalankasvatusjärjestelmien teknisiin periaatteisiin, keskeisiin etuihin ja käyttökohteisiin.

2. Teollisuuden taustaa: Miksi maalla toimivat kierrätyskalankasvatusjärjestelmät ovat tarpeen?

2.1 Perinteinen kala- ja vesieläintuotanto on pitkään perustunut laajamittaiseen malliin, joka on 'säästä riippuvainen', ja johon liittyy seuraavat keskeiset haasteet:

(1) Suuri vedenkulutus: Perinteisessä maapohjaisessa lamppuvedentuotannossa vaihdetaan suuria määriä vettä; yhden kilogramman kalantuotannossa kuluu noin 5–10 tonnia vettä, mikä johtaa vakavaan vedenhukkaan.

(2) Korkeat ympäristöriskit: Vesieläintuotannon jätevesien suora päästö aiheuttaa veden rehevöitymisen; joissakin alueissa on jo otettu käyttöön tiukat jätevesipäästöstandarit, mikä lisää painetta perinteisten tuotantomallien noudattaa näitä vaatimuksia.

(3) Tautien ehkäisyn ja torjunnan vaikeudet: Patogeenien leviäminen avoimessa vesiympäristössä on hallitsematonta; kun tautiepäisodeja ilmestyy, tappiot ovat valtavia. Antibioottien liiallinen käyttö aiheuttaa myös elintarviketurvallisuusriskin.

(4). Rajoitteet vuodenajasta ja ilmastosta: Veden lämpötila vaihtelee vuoden aikana; kylmemmissä alueissa kalankasvatus on mahdotonta talvella, jolloin tehokasta kasvatusaikaa jää vuodessa vain 6–8 kuukautta.

(5). Epävakaa tuotos ja laatu: Hallitsemattomat kalojen tiukkuudet ja merkittävät vedenlaatuvaihtelut johtavat epätasaisiin kokoeroihin, mikä tekee siitä vaikeaa täyttää korkealaatuisen markkinan vaatimukset vakaan toimituksen suhteen.

Maaperän pohjalle rakennetut kierrätyskalankasvatusjärjestelmät (RAS) kehitettiin juuri näiden ongelmien ratkaisemiseksi, mikä edustaa perusteellista muutosta kalankasvatuksessa – siitä, joka on 'säästä riippuvainen', kohti 'tarkkaa teollisuusmaista kalankasvatusta'.

2.2 Tekniset periaatteet: Kuinka kierrätyskalankasvatusjärjestelmät toimivat?

Maaperällisen kierrätyskalojenviljelyn ydinkäsite on »ei veden poistoa, kierrätys ja tarkka säätö«. Kalojenviljelyyn käytetty vesi kiertää jatkuvasti järjestelmän sisällä; sen kulkiessa usean vaiheen kautta suodatusta ja puhdistusta se palautetaan kasvatusaltaisiin, muodostaen suljetun kiertopiirin. Täydellinen RAS-järjestelmä koostuu tyypillisesti seuraavista ydinosista:

(1) Kasvatusaltaat: Kalojen kasvun ydinalue, yleensä pyöreitä tai kanavamaisia betoni- tai PE-altaita, joissa on keskitetty poistorakenne, joka mahdollistaa syömättömän ruoan ja ulosteiden keskitetyn poiston.

(2) Mikrosuodatinlaitteisto / pyörivä rumpusuodatin: Fysikaalisen suodatuksen ensimmäinen vaihe, jossa poistetaan vedestä kiinteitä kelluvia aineita (syömätön ruoka, ulosteet, lima jne.). Suodatustarkkuus on tyypillisesti 40–100 mikrometriä, mikä estää orgaanisen aineen kertymisen järjestelmään. – 100 mikrometriä, mikä estää orgaanisen aineen kertymisen järjestelmään.

(3). Biologinen suodatin (nitrausjärjestelmä): Järjestelmän ydinbiokemiallinen moduuli. Se käyttää nitrifioivia bakteereja muuntamaan kalojen aineenvaihdunnasta syntyvän erittäin myrkyllisen ammoniakin (NH₃/NH₄⁺) vähemmän myrkylliseksi nitraatiksi (NO₃⁻), jolloin veden laatu pysyy turvallisena.

(4). UV-sterilointi/ozonidesinfiointi: Käyttää ultraviolettivaloa tai otsonia tappamaan patogeenejä, viruksia ja loisien munia vedessä, mikä vähentää sairauksien puhkeamisen riskiä ja pienentää tai jopa poistaa antibioottien käytön tarpeen.

(5). Ilmastusjärjestelmä: Säilyttää liuenneen hapen pitoisuuden vedessä 5 mg/L:n tai korkeamman tasolla puhtaalla hapella, mikro- – ja nanobubblereilla tai nestemäisellä hapella, mikä varmistaa kalojen hengitystarpeet korkean tiukkuuden kasvatuksessa.

(6). Lämpötilansäätöjärjestelmä: Käyttää lämpöpumppuja, kuumennuslaitteita tai maalämpöä säätääkseen veden lämpötilan tarkasti koekalalajin optimaaliselle kasvualueelle (esim. 26 °C – 28 °C), mikä mahdollistaa vuoden ympäri vakiolämpötilaisen kalojen kasvatuksen.

(7). Kaasunpoisto ja pH:n säätö: Veden ylimääräinen CO₂ poistetaan ja pH pidetään sopivalla alueella 7,0 – 8,5, mikä luo vakauden nitrifioiville bakteereille ja kaloille.

(8). Älykäs seurantajärjestelmä: Seuraa reaaliajassa tärkeitä parametrejä, kuten veden lämpötilaa, liuenneen hapen määrää, pH-arvoa, ammoniakin typpeä ja nitriittiä; antaa automaattisen hälytyksen poikkeamien ilmetessä; ja tukee etähallintaa.

Yllä mainitut moduulit toimivat sarjassa. Kasvatusaltaista tuleva vesi suodatetaan → käsitellään biokemiallisesti → desinfioidaan → happeutetaan → lämpötilaa säädään, minkä jälkeen vesi palautetaan takaisin kasvatusaltaisiin yhden kierroksen suorittamiseksi. Järjestelmä tekee tyypillisesti 8–24 kierrosta päivässä, mikä varmistaa vakiomaisen ja vakauden vedenlaadussa.

3. Avaintiedot

3.1 Äärimmäinen veden säästö: Vesiresurssien rajoitteiden voittaminen

Maalla toimivat kierrätyskalojenkasvatusjärjestelmät käyttävät vain 5 – 10 prosenttia perinteisillä menetelmillä vaaditusta vesimäärästä. Jokaista tuotettua kalakilogrammaa kohden kierrätysjärjestelmä vaatii vain noin 100 – 200 litraa vettä, kun taas perinteinen maapohjainen altaikko vaatii 5 000 – 10 000 litraa. Aikakaudella, jolloin vettä on yhä vähemmän saatavilla, tämä etu mahdollistaa kalanviljelyn kuivilla sisämaan alueilla ja kaupunkien ulkopuolella.

Tukidata: Kierrätyskalanviljelyjärjestelmissä päivittäinen veden täydennysmäärä on tyypillisesti vain 1 %-5%koko veden määrästä, mikä johtaa yli 95 prosentin veden säästöön %.

Vakaa tuotanto koko vuoden ajan ilman kausirajoituksia

Lämpötilasäätöjärjestelmä pitää veden lämpötilan kohdekalojen optimaalisessa kasvualueessa, mikä poistaa kokonaan vuodenajat ja ilmastolliset rajoitteet. Kylmässä pohjoisessa, jossa perinteinen kala- ja äyriäisviljely pysähtyy kokonaan talvella, kierrätysjärjestelmät mahdollistavat keskeytymättömän viljelyn 365 päivää vuodessa, ja vuosittainen tuotos on 5–10 kertaa suurempi kuin perinteisillä menetelmillä samalla alueella.

Sovellustilanteet: RAS-järjestelmiä käytetään pohjoisissa alueissa, kuten Shandongissa ja Liaoningissa, jotta Litopenaeus vannamei -räkäleitä voidaan viljellä koko vuoden; koska räkäleet sadetetaan talvella, jolloin hinnat ovat korkeammat, voitot kasvavat merkittävästi.

3.2 Hallittava sairastuvuus ja turvallinen vesielinten laatu

Suljettu kala- ja vesieläintuotantoympäristö katkaisee ulkoisten patogeenien tartuntareitit; yhdistettynä UV- ja otsonidesinfiointiin tautitilanteen esiintyvyys vähenee yli 80 prosenttia verrattuna perinteisiin menetelmiin. Koska viljelyprosessissa ei tarvita antibiootteja, tuotetut vesieläintuotteet täyttävät 'vihreän ruoan' tai jopa orgaanisen tuotannon vaatimukset, mikä täyttää korkealaatuisen markkinasegmentin ja vientimarkkinoiden vaatimukset.

Sovellustilanteet: Antibioottivapaa viljely korkeaarvoisista lajeista, kuten lohista, pihlajakalasta ja kalifornianahvenesta, mikä mahdollistaa suoran toimituksen korkealaatuisiin vähittäiskauppa-kanaviin, kuten Hemaan ja Sam's Clubiin.

3.3 Korkeatiukkuinen viljely, joka kaksinkertaistaa tuotannon yksikköpinta-alaa kohden

Kierrätysvesikala- ja vesieläintuotantojärjestelmän tarkat ilmastointi- ja vedenlaatujen säätömahdollisuudet mahdollistavat viljelytiukkuuden 50 – 100 kg/m³, mikä on 20 – 50-kertainen verrattuna perinteisiin maapohjaisiin lammenpoijuun (1 – 3 kg/m³). Tämä vähentää merkittävästi vaadittavaa maanpintaa ja parantaa huomattavasti maankäytön tehokkuutta, mikä tekee siitä sopivan ratkaisun alueille, joilla maavara on rajallinen.

3.4 Nolla saastuttavaa jätevesien purkua, ympäristöystävällinen

Järjestelmän tuottama pieni määrä kiinteitä jätteitä kerätään keskitetysti ja sitä voidaan käyttää orgaanisena lannoitteena tai biokaasun tuotannossa; saastunutta vettä ei päästetä vesistöihin. Kierrätyskalojenkasvatusmalli täyttää täysin kansalliset ’Kalojenkasvatuksen jätevesien päästöstandarit’ ja ’Vihreän kalatalouden’ kehittämispolitiikan. Ympäristötarkastusten tiukentuessa jatkuvasti tämä on ainoa kestävä ratkaisu laajamittaiselle kalojenkasvatuksele.

3.5 Älykäs hallinta, vähennetty riippuvuus työvoimasta

Nykyajan RAS-järjestelmät on varustettu internetiin kytkettyjen esineiden (IoT) antureilla ja automatisoiduilla ohjausalustoilla. Vedenlaatuparametrit lähetetään pilveen reaaliajassa, ja poikkeamista ilmoitetaan automaattisesti sekä laitteiston toimintaa koordinoidaan automaattisesti. – 3 operaattoria hallinnoi 1 000 m³:n kala-akvaalaitosta, mikä vähentää merkittävästi työvojakustannuksia ja hallinnon monimutkaisuutta.

4. Maaperän pohjalla toimivien kierrätyskala-akvaalaitosten vertailu perinteisiin kala-akvaalaitosmalleihin

Taulukko 1: Eri viljelyjärjestelmien yksityiskohtainen vertailu

5sopivat kalojenviljelyyn käytettävät lajit

Maaperällä toimivat kierrätyskalojenviljelyjärjestelmät ovat sopivia laajalle valikoimalle korkeaarvoisia vesieläimiä, mukaan lukien mutta ei rajoittuen seuraaviin:

(1) Makean veden lajit: kalifornianahven, mandariinikala, keltakarppi, hauki, sinitaimen, koi, tilapia, sammakkoahven

(2) Meren- tai suolaisen veden lajit: valkoleppäkamari, pihlaja, keltakurkku, atlantinlohi, meriahven, fugu

(3) Erityislaatuiset vesieläimet: ankeriaat, pehmeäkilpiset kilpikonnat, kiinalainen jättimäinen salamanderi, hevoskalat, koristekalat

6tyypilliset käyttötilanteet

(1). Teollisuusperäiset kala- ja vesieläintuotantolaitokset kaupunkien ulkopuolella: Vanhentuneiden teollisuusrakennusten tai varastojen muuttaminen kierrätysvesikala- ja vesieläintuotantolaitoksiksi (RAS), jotka sijaitsevat lähellä kuluttajamarkkinoita, jotta eläviä ja tuoreita tuotteita voidaan toimittaa suoraan, mikä vähentää kuljetushävikkiä ja poistaa välittäjiä. Tyypillinen mittakaava: 500 – 5 000 m³ veden tilavuus, vuosittainen tuotannon arvo 5 – 50 miljoonaa yuania.

(2). Kylmäalueilla harjoitettava kausittainen kala- ja vesieläintuotanto: Korkealla korkeudella, korkealla leveyspiirillä ja kylmissä alueissa RAS-järjestelmiä käytetään lämmitettyyn talvituotantoon, mikä mahdollistaa ”talouskäyrän ulkopuolisen silakkan sadonkorjuun ja kausittaisen markkina-ehdoton tarjonnan”, jolloin hintapremio on 30 %-50%.

(3). Suola- ja emäksisen maaperän kokonaisvaltainen kunnostus yhdessä kala- ja vesieläintuotannon kanssa: Kierrätysvesikala- ja vesieläintuotantolaitosten kehittäminen suola- ja emäksiselle maaperälle sekä parantaa maaperän laatua että tuottaa taloudellista hyötyä, jolloin saavutetaan ”kunnostus kala- ja vesieläintuotannon avulla”.

(4). Maaperälliset tukisijaintipaikat syvänmeren ja merellisen kasvatuksen siittiöille: Nämä tarjoavat välivaiheen korkealaatuisen siittiön kasvatukseen, joka on tarkoitettu suurille syvänmeren ja merellisiin verkkopensaille sekä kalanviljelyalusille. Kierrätysvesijärjestelmät varmistavat siittiön terveen kasvun hallitussa ympäristössä, mikä parantaa selviytymisastetta merelle vapauttamisen jälkeen.

7usein kysytyt kysymykset (UKK)

K: Mikä on maaperällisen kierrätysvesikasvatuksen likimääräinen alkuinvestointi?

A:Riippuen viljeltävästä lajista, toiminnan laajuudesta ja automaation tasosta rakennuskustannukset ovat noin 400–1 100 Yhdysvaltain dollaria kuutiometriä vettä kohden. Standardoitu kierrätysvesikasvatusjärjestelmä, jonka kapasiteetti on 1 000 m³, vaatii yhteensä noin 415 000–1,1 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria. Vaikka alkuinvestointi on suuri, korkean tuotannon, vähäisen hukan ja pitkäaikaisten tuottojen ansiosta investointi takautuu yleensä kolmen vuoden sisällä. – 5 vuotta.

K: Ovatko sähkön kustannukset korkeat kierrätyskalojenviljelyjärjestelmissä?

A:Sähkön kustannukset ovat yksi tärkeimmistä toimintakustannuksista RAS-järjestelmässä ja ne muodostavat noin 30–40 % kokonaistoimintakustannuksista. Energiansäästöteknologioiden, kuten korkean hyötysuhteen pumppujen, taajuusmuuttajakytkentöjen ja lämpöpumpun hukkalämmön talteenoton, käyttö mahdollistaa sähkön kustannusten pitämisen kalojen kilogrammaa kohden 0,3–0,5 USD:n välillä, samalla kun kokonaistaloudellinen suorituskyky pysyy parempana kuin perinteisissä järjestelmissä.

K: Mihin alueisiin maaperän pohjalla toimiva kierrätyskalojenviljely soveltuu kehittämiseen?

A:Teoriassa mikä tahansa alue soveltuu, mutta edut ovat selkeimmät seuraavissa tilanteissa: 1).sisämaan alueet, joissa vettä on vähän; 2). pohjoiset alueet, joissa talvet ovat kylmiä; 3).kaupunkien ulkopuolella sijaitsevat alueet, joissa maanvaraa on vähän; 4).jokien varrella sijaitsevat alueet, joissa ympäristönsuojelun vaatimukset ovat tiukat; 5).alueet, joissa on runsaasti ei-maatalouskäyttöön soveltuvaa maata, kuten suolaisia ja alkaloidun maaperän alueita sekä autioita alueita.

K: Onko makueroja kalaan, joka on kasvatettu kierrätyskalojenviljelyjärjestelmissä, verrattuna perinteisiin maapohjaisiin lammiin kasvatettuun kalaan?

A:Sopivilla kalan tiukkuuksilla ja rehuseoksilla kala, joka on kasvatettu kierrätyskalojenviljelyjärjestelmissä, on tiukkaa lihaa ja ilman maaperäistä hajua; joillakin lajeilla (kuten lohella ja kalifornianahvenella) maku on jopa parempi kuin perinteisissä järjestelmissä kasvatetulla kalalla. Avain on puhtaassa vedenlaadussa ja antibioottijäämien puuttumisessa, mikä johtaa kuluttajien yhä suurempaan hyväksyntään.

K: Onko järjestelmän huolto vaikeaa? Vaatiiko se erikoistuneita ammattilaisia?

A:Nykyiset RAS-järjestelmät ovat erittäin automatisoituja. Tavallinen huolto koostuu pääasiassa: päivittäisistä tarkastuksista laitteiden toiminnasta, säännöllisestä mikrosuodattimien puhdistuksesta, vedenlaatuparametrien seurannasta sekä probioottien ja ravinteiden täydentämisestä. Tavallisille työntekijöille voidaan antaa koulutus järjestelmän käyttöön alle viikossa. – 2 viikkoa, ja järjestelmän toimittajat tarjoavat yleensä teknistä koulutusta ja jälkimyyntitukea.

8. Ota meihin yhteyttä

Jos haluat tarkempaa tietoa maaperällä toimivien kierrätyskalojenviljelyjärjestelmien teknisistä ratkaisuista, laitteistokonfiguraatioista ja tuottoprosenttianalyysistä tai haluat varata vierailun esittelypaikkaan, älä epäröi ottaa meihin yhteyttä.

Kuva 1: Maaperällä toimivan kierrätyskalojenviljelylaitoksen valokuvaa