Echo sounder technology for appetite-led-feeding and welfare-monitoring of caged salmon (ECHOFEEDING)

Fôrspill utgjør per i dag en enorm kostnad i lakseoppdrett, hvor utvikling av ny teknologi med økende fiskemengder ytterligere skjerper kravene til kontroll av bla. fôring. Vekstpotensialet til oppdrettslaks bør ideelt sett utnyttes uten fôrspill (overfôring), som praktisk sett innebærer å fôre fisken etter appetitt. Appetittbasert fôring utføres i dag ved tidkrevende visuelle observasjoner av fôringsaktivitet og fôrspill, og beslutninger tas ut fra oppdretters subjektive vurdering. I dette prosjektet har vi utviklet Echofeeding, en teknologi basert på grunnleggende kunnskap om atferd hos oppdrettslaks, for objektiv fôringskontroll av post-smolt i et hvert oppdrettssystem: Et ekkolodd måler biomasse i et definert fôringsområde, og tilknyttet software integrert i fôringsanlegget stanser fôring ved kritisk biomasse/appetitt-nivå. Praktisk sett vil oppdretteren programmere tidspunkter for fôringsstart og antall måltid, og fiskens fôringsaktivitet bestemme når hvert måltid avsluttes. Metoden kan ansees som en robot kalibrert av oppdretter gjennom å definere kritisk biomassenivå for avslutting av fôring. Echofeeding er forsøkt gjennom flere forsøk i forskningsskala merder, både i kyst og fjordmiljø. I alle forsøk har det vist seg enkelt å implementere Echofeeding, ved ulike fiskestørrelser, fra smolt til slaktestørrelse, og ved ulike tider på året. Fôrfaktor og vekst har vært meget god i alle forsøk. Mens fiskens fôringsrespons som målt ved ekkolodd har vist seg forutsigbar i kystmiljø, er den mer variabel i fjordmiljøet ettersom sterke vertikale forskjeller i temperatur og saltholdighet forekommer. Dette kan gi utslag i at laksen velger å spise lite enn å svømme opp og spise i kaldt overflatevann. Fjordmiljøet krever derfor mer oppfølging ved bruk av Echofeeding enn det miljøet for kystlokaliteter krever. Videre er det observert at det kan være vanskelig å skille fôringsatferd fra laksens rutineatferd når fisken oppholder seg ved høy tettet i varmt overflatevann om våren. Prosjektet har adressert flere problemstillinger som er relevant for fôringskontroll generelt. Fôringsintensitet, altså hvor mye fôr fisken gis per tid, er forsøkt endret fra lav til høy intensitet ved ulike fiskestørrelser, og laksen har vist seg svært fleksibel i tilvenning til å spise effektivt. Høy fôringsintensitet gir uavhengig av observasjonsmetode (visuelt eller maskinelt fra kamera, eller ekkolodd) en klar og hurtig respons fra fisken ved start av fôring, og et sterkt signal når fisken mettes gjennom både markant endring i atferd og mengde pellets som synker forbi fisken. For eksempel har grupper på 6000 laks på en kilos størrelse vist gjennom gradvis tilvenning å kunne spise seg mett (~1.5% utfôring relativt til biomassen) med kun 20 minutter daglig fôring om sommeren. Dette er ikke en større oppgave enn at hver laks må spise 3 pellets per minutt. Til sammenligning regnes tilsvarende over 2 timer som høy fôringsintensitet i kommersielt oppdrett. Andre forsøk i prosjektet har undersøkt hvor vidt grupper av laks i merder kan kondisjoneres/læres til å svømme til fôringsområdet på lyd- eller lyssignaler som signaliserer at fôret straks kommer. Dette gjør laks villig i oppdrettskar, mens laksen har ikke vist sterk fôrventningsatferd på fôrsignaler i våre merdforsøk. Dette kan bero på at laksen danner sterkere sosiale strukturere i merder enn den gjør i kar, og vil ikke nødvendigvis bety at den ikke har lært assosiasjonen mellom signal og fôr. En annen form for læring som er undersøkt, er hvor godt laksen tilvenner seg endring i hvor fôret kommer ut i merden. Dette ble undersøkt ved å flytte utfôring fra overflaten til under fiskestimens normale svømmedyp. Laksen viste stor forvirring ved første måltid som ble gitt på 8 meters dybde, men klarte siden å hurtig identifisere hvor den skulle spise, selv når fôringsdypet ble endret mellom 0 og 8 meters dyp for hvert måltid. Laksen viste dog lavere svømmehastighet ved undervannsfôring og krevde derfor et større vertikalt område for å spise opp fôret. Dette er relevant kunnskap for fôringskontroll ved undervannsfôring.

Prosjektet Echofeeding har satt fokus på fôringsmetodikk i laksenæringen og demonstrert: 1. At ekkolodd kan benyttes som et svært hensiktsmessig verktøy for observasjon av fiskens appetitt, og 2. At laksen kan og bør fôres etter en konsekvent metodikk, og 3. At det er mulig å fôre laksen med autonom kontroll, full vekst og uten fôrspill. Prosjektets resultater inkluderer en kunnskapsbasert protokoll for oppsett og innstillinger av autonom fôringskontroll med Echofeeding, inkludert forventet frekvens av kalibrering av stoppsignal for fôring ettersom fisken vokser, og identifisering av miljøendringer som kan vanskeliggjøre bruken. Dette tilsier at prosjektet har belyst en metodikk for effektiv autonom fôringskontroll til bruk i lakseoppdrett, som også gir et mer objektivt mål av appetitt som velferdsindikator. Robotisering av fôringskontrollen forventes å kunne gi en betydelig reduksjon i fôrspill, som er et vedvarende biologisk og økonomisk problem innen fiskeoppdrett.

Waste feed is a huge economic cost and source of environmental impact in salmon sea-cage farming. Appetite monitoring and feed control is key to reducing waste feed and optimizing fish growth for maximum profits. However, visual-based techniques in current use are labour-intensive, imprecise and prone to overfeeding, and becoming increasingly inadequate in larger modern cages of different designs. In this project, we will explore the technology application of an ECHOFEEDING system to autonomously monitor fish appetite and control feeding. The technology uses an echo sounder transducers to monitor fish and calculate their biomass in the feeding area of a cage. When feeding is performed, it is pre-programmed to continue or stop feeding based on the amount of fish biomass levels in the feeding area. In this way, fish appetite is measured in real-time and dictates feed quantities at each meal. In contrast to visual-based appetite monitoring, the technology of ECHOFEEDING does not require continuous visual observation and can objectively quantify fish appetite. Intensive feeding over shorter intervals is a prerequisite for ECHOFEEDING, leading to longer fish residency times at lower cage depths and reduced contact with surface-dwelling infective salmon lice larvae. We will determine optimal methodology for commercial scale use of the technique, examine factors explaining fish appetite variation in caged salmon and assess the applicability of fish appetite recordings from ECHOFEEDING as an early-warning system for poor fish welfare. Technology innovation achieved in this project has the potential to substantially lower waste feed, maximize economic returns and improve fish welfare in the Norwegian salmon farming industry. The project addresses several of the areas within the Havbruk2 calls for Theme 4 HAVTEK (aquaculture technology), with emphasis on the knowledge and technology for more controlled, efficient feeding.