Carrying capacity of native low-trophic resources for fish feed ingredients - the potential of tunicate and mussel farming

Økt utnyttelse av marine organismer som beiter på plankton lavt i næringsnettet har senere år fått økt interesse i forbindelse med behov for nye, næringsrike bærekraftige fôrkilder til fiskeoppdrett. Sekkedyr (Ciona intestinalis) og blåskjell (Mytilus edulis) er foreslått som kandidater til dyrking av biomasse til produksjon av fôr ingredienser. Prosjektets målsetting var å utvikle modellverktøy for beregning av bæreevne for slik biomasse produksjon. Delmålene var 1) å fremskaffe resultater om fysiologiske prosesser og vekst hos sekkedyr som grunnlag for utvikling av vekstmodell, 2) beregne effektivitet i omsetning av tilgjengelig føde (seston) til biomasse av blåskjell og tunikater, og 3) å etablere modellverktøy for å beregne bæreevne for produksjon av tunikater og blåskjell. Vekstforsøk i området for oppstrømning av næringsrikt dypvann i Lysefjorden viste at C. intestinalis femten-doblet sin vekt fra 1 gram våtvekt i juli til sin høyeste vekt i slutten av oktober. Resultatene illustrerer den betydelige forskjellen i vekst-mønster og livshistorie strategi mellom C. intestinalis og M. edulis, som er avgjørende i beregninger av sammenligning av bæreevne og omsetning for disse artene. En sammenligning av fødeopptak hos sekkedyr og blåskjell viste hvordan metodikk påvirker bestemmelsen av effektivitet i tilbakeholdelse (retensjon), hvilke størrelser av partikler som holdes tilbake ved filtrering. Det har i mange tiår vært akseptert at blåskjell holder tilbake fødepartikler av størrelse over 3-7 mikrometer (tusendels millimeter) med 100 % effektivitet. Dette er kunnskap som også har vært brukt som grunnlag for beregning av fødeopptak hos skjell og videre i beregninger av hvor mye skjell som kan produseres under dyrking eller hvordan store forekomster av filtrerende organismer påvirker økosystemet. Våre resultater viser for M. edulis en endret sammenheng mellom retensjon og størrelse av fødepartikler og maksimum tilbakeholdelse opptrer først ved 8-11 mikrometer, mens effektiviteten avtar gradvis ned til 30-40% for 2 mikrometer. Denne forskjellen kan ofte være av stor betydning for beregning av spiserate og derav bæreevne. C. intestinalis viste en tydelig forskjell i tilbakeholdelse med effektivitet >70% for partikler større enn 1 mikrometer. Denne nye kunnskapen om tilbakeholdelse kan være avgjørende for beregning av bæreevne for blåskjell tunikater. Resultater om effekter av temperatur og salinitet på fysiologi og energiomsetning hos sekkedyr C. intestinalis er fra samarbeid med partner hvor også studier av havforsuring er inkludert. Under lav fødetilgang var effekten av økt temperatur (og pCO2) redusert ved at sekkedyr øker filtrering, absorpsjon og reduserer metabolisme. Sammenligning av M. edulis og C. intestinalis gitt gode fødeforhold viste at M. edulis har høyere toleranse for både endret salinitet og pCO2. Ved økt pCO2 viste begge arter redusert vekst potensial, men samtidig lavere salinitet viste ikke ytterligere effekt på vekst hos M. edulis, mens C. intestinalis viste 100% dødelighet ved laveste salinitet (15 psu). Disse kontrollerte eksperimentene ble fulgt opp i felt i mesokosmos forsøk utført i Kina. Resultatene indikerer at Stillehavsøsters (Crassostrea gigas, fremmed art i Norge) under naturlig varierende miljø er mer sensitiv for økt pCO2 og synes å ha mindre evne til å kompensere fysiologisk sammenlignet med M. edulis. Data fra forsøkene er brukt i utvikling av vekstmodellen Dynamic Energy Budget (DEB) som gjenskaper vekst hos C. intestinalis. DEB modeller for både C. intestinalis og M. edulis er brukt i en økosystem boks modell for beregning av bæreevne, og i tillegg effekter av ulik dyrkingstetthet, oppstrømning av næringsrikt dypvann og valg av nye lokaliteter. Resultater fra miljøgradienter i Lysefjorden tyder på at individer av C. intestinalis som har settlet og er akklimatisert under lave fødekonsentrasjoner viser høyere kapasitet til fysiologisk kompensering enn individer som kommer fra høyere fødekonsentrasjoner nær området for oppstrømning. De store forskjellene i vekst mønster og livshistorie strategi hos M. edulis og C. intestinalis illustrerer kompleksitet når artene skal sammenlignes for økologisk effektivitet i en biomasse produksjon. Det svært ulike vekstforløpet mellom artene og utfordringene i beregning av økologisk effektivitet er demonstrert ved hjelp av vekst modellene. Resultatene fra fødeopptak og fysiologi hos M. edulis og C. intestinalis bidrar til ny kunnskap som endrer forutsetninger for beregning av spiserate hos disse artene. Dette har også vesentlig betydning for beregninger av skjellenes interaksjoner i økosystemet samt beregning av bæreevne. Resultatene bidrar dermed til grunnleggende akademisk kunnskap, med betydning for artenes rolle i økosystemet, beregninger av bæreevne, kunnskap for lokalisering av anlegg, og dermed mulig utvikling av industri og samfunn.

Some marine organisms foraging low in the food web have a large production potential and can comprise a vast biomass. The exploitation of such organisms through production and harvesting have gained interest in recent years, in part to meet the increasing demand for a new, healthy and sustainable feed sources for finfish aquaculture. The suspension feeding tunicate Ciona intestinalis and the mussel Mytilus edulis are proposed as candidates for large biomass production. Farming large-scale biomasses of hi ghly efficient suspension feeders in coastal ecosystems will compete with the wild stocks for limited resources such as space and food. Competition for these resources has implications through all trophic levels for the sustainability of marine ecosystems , including maintaining biodiversity and commercial fisheries and aquaculture productivity. In order to model ecological carrying capacity and to evaluate production capacity and sustainability, it is imperative to know the functional feeding physiology o f the organisms under native environmental conditions. In this project we propose to model production and carrying capacity of the tunicate (Ciona intestinalis) and the mussel (Mytilus edulis), and to explore scenario building and optimization processes a t aquaculture sites under natural and forced upwelling events. The model input data will be based on eco-physiological measurements obtained under native environmental conditions. The project will also compare the organisms? efficiency of turning suspende d particulate food sources into biomass.