Tilbake til søkeresultatene

HAVBRUK2-Stort program for havbruksforskning

Water treatment technology for microbial stabilization in landbased aquaculture systems

Tildelt: kr 3,9 mill.

En typisk utfordring i landbasert oppdrett er redusert helse og fiskedød på grunn av ugunstige forhold og sykdomsutbrudd knyttet til opportunistiske bakterier. En populær tilnærming for å hindre dette er å prøve å redusere bakteriebelastningen i systemet gjennom desinfeksjon. Dette er imidlertid ikke mulig eller tilstrekkelig i mange av systemene, fordi desinfeksjon har en kortvarig effekt på antallet bakterier og destabiliserer bakteriesammensetningen. I de fleste systemene vil vannutskiftingshastigheten og den organiske belastingen føre til gjenvekst av bakterier i karene. I dette prosjektet fikk vi økt og ny kunnskap om mekanismer som styrer mikrobiotaen i fiskekarene og vi utviklet strategier for å etablere og vedlikeholde stabile mikrobielle systemer. Vi jobbet med en metode for å måle andelen r-strateger (opportunister) i et bakteriesamfunn. Den mest lovende metoden ble publisert i en vitenskapelig artikkel. Vi utviklet et eksperimentelt småskala system til hypotesetesting. Vi gjennomførte et eksperiment for å undersøke effekten av biofilmoverflate og vannutskiftning på utviklingen av det mikrobielle miljøet i saltvann og ferskvann ved 12 og 20°C. Generelt fant vi en høyere andel r-strateger i vannet ut av reaktorene uten biofilterbærere, og en reduksjon i bakterieantallet ut fra reaktorer med biofilmbærere. Vi kvantifiserte slipp/migrasjon av bakterieceller per time til vannfasen fra biofilm dannet ved lav og høy næringsbelastning. Biofilm dannet ved høyere belastning bidro med flere celler per time til vannfasen enn biofilm dannet ved lavere belastning, mens temperatur ikke hadde særlig innvirkning på menge celler som ble frigitt. Vi gjennomførte også et eksperiment der vi dokumenterte utviklingen av mikrobiotasammensetningen i biofilmen og vannfasen fra start med nye, rene biofilmbærere. Tilgjengelig biofilteroverflate, vannutskiftninngshastighet i tank og vannutskiftningshastighet i totalsystemet er faktorer som påvirker mengden og sammensetningen av bakterier i tanken. Vi utførte et eksperiment der vi dokumenterte mengden og sammensetningen av mikrobiotaen etter flere ukers drift med ulik systemdesign (gjennomstrøm, gjenbruk av vann, resirkulering (inkludert biofilter) og resirkulering med UV-desinfeksjon i behandlingssløyfa) og med ulik vannutskiftning i tankene (0,5, 2 og 8 timer oppholdstid). For lave vannutskiftningsrater var bakterieantallet likt i fisketankene i resirkulerings- og gjennomstrømssystemet, mens for høy vannutskiftning i tankene gikk antallet frittlevende bakerier ned til nivået i inntaksvannet i gjennomstrømssystemet. Mens UV-behandling ikke påvirket antallet bakterier i tankene i resirkuleringssystemene, ga biofilter (resirkuleringssystemene) et redusert antall bakterier i tankene sammenlignet med gjenbruk av vann uten biofilter. Ved gjenbruk av vann økte antallet bakterier i tankene. For resirkuleringssystemene og gjennomstrømssystemet ga økt vannutskiftning i tanken en økt andel opportunistiske bakterier, mens i gjenbrukssystemet ga lav vannutskiftning en høyere andel opportunister i tankvannet. Gjennomstrøm og resirkulering ga ulik mikrobiota i tankene. UV-behandling i resirkuleringssystemet gjorde at mikrobiotaen i liknet mer på gjennomstrømssystemet, mens gjenbruk gjorde at mikrobiotaen ble mer lik den i resirkuleringssystemet uten desinfeksjon. Vi utviklet en matematisk modell som beskriver konkurransen mellom r- og K-strategiske bakterier i en tank avhengig av systemdesign, vannstrøm, desinfeksjon og fôring/fjerning av organisk materiale. Konkurransen i modellen er bestemt av den mikrobielle bæreevnen (antall bakterier som kan opprettholdes i tanken over tid) og nivået av bakterier som gjør at K-strategene favoriseres (der en viss prosent av bæreevnen er fylt). Modellen ga innsikt i effekten av systemdesign og vannbehandling på sammensetningen av det mikrobielle samfunnet (r- eller K-dominert) over tid (timer til uker) i fisketanken. Modellen viste at gradvis økning av bæreevnen (økende fôring) gir en raskere dominans av K-strateger enn rask endring. Modellen viste også at desinfeksjon av innkommende vann til tanken ikke har stor innvirkning på utfallet og konkurransen mellom r- og K-strategiske bakterier. Vannutskiftningshastighet i tanken og antall bakterier i innkommende vann har derimot stor innvirkning på denne konkurransen og utfallet.

The paradigm of this project is that a stable, elevated microbial abundance in the water phase of land based aquaculture systems can be beneficial for fish health and economically profitable. A common challenge in land based systems, and shown across species, is the loss of fish due to unfavourable conditions and disease outbreaks that may be linked to opportunistic bacteria. A popular approach to prevent this is to attempt to reduce the load of bacteria in the systems by the use of UV or ozone disinfection. This is however not possible or sufficient in the majority of systems, because disinfection has a non?lasting effect on the numbers and a destabilising effect on the composition of bacteria. In most systems, the water exchange rates and organic loading applied for biological reasons allow for microbial regrowth in the rearing tanks. Hence, alternative approaches to reduce the chances of disease outbreaks are needed. This project pursues the concept of establishing and maintaining stable microbial systems. Water treatment technology for promoting K-selection, which is a selective pressure disfavouring the r-selected opportunists, has shown very promising results for several marine species in small scale experiments, but the up?scaling and optimization for flow through systems (FTS) and recirculating aquaculture systems (RAS) remains. The paradigm favouring a stable and elevated bacterial abundance is foreseen to reduce fish mortality and also reduce water treatment costs. This project will investigated fish health and microbial carrying capacity correlations as well as identifying treatment requirements to achieve a certain microbial stability.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

HAVBRUK2-Stort program for havbruksforskning