JOHDANTO
Vietnamin suolaisen veden katkarapujen kasvatusala on kehittynyt merkittävästi viime vuosina, ja intensiivisen, superintensiivisen sekä korkean teknologian katkarapukasvatusmalleja on otettu käyttöön. FAO:n (2022) mukaan Vietnam säilyttää maailman neljännen sijan vesiviljelytuotannon määrässä. Erityisesti Vietnam on noussut maailman toiseksi suurimmaksi niveljalkaisten kasvattajaksi noin 1,1 miljoonan tonnin tuotannolla.
Vaikka alalla on monia etuja, vesiviljely kohtaa myös useita haasteita, kuten epäsäännölliset sääolosuhteet, veden laadun heikkeneminen, saastunut syöttövesi kasvatusalueiden jätevesien vuoksi sekä sairauksien puhkeaminen. Lisäksi tautien ehkäisyssä käytetään usein runsaasti kemikaaleja ja antibiootteja, mikä pahentaa ympäristön saastumista ja heikentää vesiviljelytuotteiden elintarviketurvallisuutta. Veden laadun heikkenemisen, ympäristön saastumisen ja puhtaan tuotannon riskien hallitsemiseksi on otettu käyttöön useita korkean teknologian katkarapukasvatusmalleja.
Vuoden 2023 Katkarapufestivaaleilla Vemedim haluaa jakaa asiakkaille ja katkarapujen kasvattajille tietoa yleisimmistä vedenlaatuongelmista intensiivisissä ja superintensiivisissä katkarapukasvatusaltaissa sekä joistakin ympäristöystävällisistä ja biosuojatuista katkarapukasvatusmalleista.
VEDENLAADUN ONGELMAT INTENSIIVISISSA JA SUPERINTENSIIVISISSA KATKARAPUKASVATUSALTAISSA
1.1. Katkarapujen myrkylliset jätteet ja ympäristön saastuminen
Intensiivisissä tai superintensiivisissä katkarapukasvatusaltaissa katkarapujen tiheys on erittäin korkea (100–500 yksilöä/m²). Kasvun turvaamiseksi altaaseen syötetään päivittäin suuri määrä rehua. Katkaravut käyttävät ravinnosta vain pienen osan kasvun aineksiksi, suurin osa poistuu vesistöön liuenneina jätteinä (NH3, NO2-, CO2…) ja liukenemattomina orgaanisina jätteinä (katkarapulanta, ylijäämäruoka...). Tämä aiheuttaa veden laadun heikkenemistä kasvatuskauden loppua kohden. Katkarapujen jätteiden muodostusprosessia altaassa kuvataan seuraavassa kuvassa:
Nguyen et al. (2015) tutkimuksen mukaan valkoinen katkarapu intensiivisessä kasvatuksessa käyttää vain 37 % rehussa olevasta typestä (N kasvuun), ja 63 % typestä poistuu veteen NH3:n ja pohjalle laskeutuvien aineiden muodossa. Vastaavasti Barraza-Guardado et al. (2015) havaitsivat puolintensiivisessä valkoisen katkaravun kasvatuksessa, että katkaravut käyttävät vain 31,6 % rehun typestä kasvuun, ja 68,4 % poistuu altaan veteen. NH3:n lisäksi katkaravut erittävät myös muita typpiyhdisteitä, kuten NO2-, NO3-, virtsahappoa… (Chen ja Chen, 1992; Chen et al., 1994; Shahkar et al., 2014), jotka ovat haitallisia katkaravuille. Katkarapulanta ja ylijäämäruoka kerääntyvät altaan pohjalle, ja jos niitä ei käsitellä ajoissa, anaerobinen hajoaminen tuottaa myrkyllisiä kaasuja kuten H2S, NO2-…
NH3:n myrkyllisyyttä Penaeidae-heimon katkaravuille koskevat tutkimukset osoittavat, että NH3 voi aiheuttaa seuraavia vaikutuksia: kidusten vaurioituminen, hapenkuljetuskyvyn heikkeneminen, mikä johtaa hapenpuutteeseen; osmoottisen säätelyn heikkeneminen ja ionitasapainon häiriintyminen; keskushermoston vauriot; immuunijärjestelmän heikkeneminen, mikä altistaa taudeille. Näiden vaikutusten vakavuus voi johtaa kasvun hidastumiseen, sairastuvuuden lisääntymiseen tai kuolemaan.
NO2--myrkyn osalta korkeat pitoisuudet ympäristössä pääsevät kidusten kautta verenkiertoon. NO2- alentaa hemosyaninipitoisuutta, mikä aiheuttaa hapenpuutetta eli heikentää veren hapenkuljetuskykyä. Lisäksi NO2- aiheuttaa epätäydellisen kuoriutumisen ja kuoren pehmenemisen, mikä tunnetaan kasvattajien keskuudessa nimellä ”liha putoaa”. Epätäydellinen kuoriutuminen ilmenee usein pään, pyrstön tai jalkojen kiinnittymisenä, ja katkaravut kuolevat pian kuoriutumisen jälkeen.
Pitkään altaan pohjalle kerääntyneet katkarapulanta ja ylijäämäruoka tuottavat H2S-kaasua, joka on erittäin myrkyllistä katkaravuille. H2S:n myrkytysmekanismi perustuu mitokondrioiden hengitysketjun estoon, erityisesti sytokromi a3 -entsyymin toiminnan estoon, mikä pysäyttää soluhengityksen. H2S lisää veren laktaattipitoisuutta ja anaerobista glykogeenin hajoamista sekä estää solujen fosforylaatio-oksidaatiota, joka tuottaa energiaa. Katkarapujen oireita ovat hapenpuute, kerääntyminen pintaan ja kuolema, jos H2S-pitoisuus on korkea.
Suurin osa katkarapualtaiden jätteistä ei saa asianmukaista käsittelyä, erityisesti pienviljelijöiden keskuudessa. Lê Trần Tiểu Trúc et al. (2018) mukaan 80 % Bạc Liêu’n, 23 % Sóc Trăngin ja 35 % Cà Maun viljelijöistä ei käsittele jätevesiä, vaan päästää ne suoraan ympäristöön. Pohjalietteitä ei juuri käsitellä, vaan ne joko pumpataan lietteensäilytysaltaille tai työnnetään rantaan. Jätevesien ja lietteiden päästö ympäristöön saastuttaa syöttövesiä ja levittää taudinaiheuttajia laajalle kasvatusalueella.
1.2. Mineraalien puutos ja epätasapaino
Toinen haaste katkarapukasvatuksessa on mineraalien puutos tai epätasapaino, erityisesti superintensiivisissä malleissa, joissa käytetään vähän tai ei lainkaan vedenvaihtoa. Katkaravut kuoriutuvat usein ja muodostavat uuden kuoren, joten ne tarvitsevat runsaasti mineraaleja kuoren muodostukseen. Toisin kuin kalat ja maaeläimet, katkaravut saavat typpeä (N), fosforia (P) ja rikkiä (S) ravinnosta, mutta muita mineraaleja ne imevät runsaasti vedestä. Tämä kuluttaa veden mineraalipitoisuutta kasvatuskauden aikana, ja ilman lisäystä mineraalipuutoksia syntyy. Mineraalien imeytyminen vedestä vaihtelee mineraalityypin mukaan, mutta viljelijöiden lisäys ei yleensä riitä katkarapujen tarpeisiin, mikä aiheuttaa epätasapainoa. Jotkut viljelijät käyttävät pohjavettä suolaisen veden sijaan, mikä pahentaa epätasapainoa. Mineraalien puutos tai epätasapaino aiheuttaa oireita kuten pehmeä kuori, vartalon käyryys ja samea liha. Katkarapujen kuolleisuus kasvaa ja elossaoloprosentti laskee.
1.3. Paikallinen hapenpuute
Paikallinen hapenpuute intensiivisissä ja superintensiivisissä katkarapukasvatusaltaissa saa katkaravut kerääntymään pintaan ja rantaan. Vaikka tätä kutsutaan ”hapenpuutteeksi”, ympäristötekijät eivät rajoitu vain liuenneen hapen alhaiseen pitoisuuteen, vaan myös korkea CO2-pitoisuus, myrkyt kuten NO2-, H2S, NH3 ja korkea orgaanisen aineen määrä vaikuttavat samanaikaisesti. Paikallisen hapenpuutteen syyt ovat pääasiassa: (i) leväkukinta ja levien kuolema kukinnan jälkeen; (ii) biofloc-hiukkasten suuri tiheys (biofloc-teknologiaa käyttävissä malleissa). Katkarapujen tiheys intensiivisissä malleissa on korkea, ja ne erittävät runsaasti ravinteita ja orgaanista ainesta, mikä edistää leväkukintaa. Päivällä levät fotosynteettisesti tuottavat happea kompensoiden kaikkien altaan eliöiden hapenkulutuksen, joten liuenneen hapen pitoisuus pysyy sopivana (>4 mg/L). Yöllä kaikki eliöt hengittävät, myös levät, mikä laskee hapen pitoisuutta ja nostaa CO2-tasoa. Levän kukinnan aikana levätiheys on korkea, ja ne kuluttavat yöllä paljon happea, mikä aiheuttaa paikallista hapenpuutetta myöhään yöllä ja aamulla. Kukinnan lopussa levät kuolevat, ja niiden jäänteiden hajoaminen kuluttaa happea ja tuottaa myrkkyjä NO2-, H2S ja NH3.
Biofloc-teknologiaa käyttävissä katkarapukasvatusmalleissa, kun biofloc-hiukkasten tilavuus ylittää 15 mL/L, paikallinen hapenpuute ilmenee. Biofloc-hiukkaset koostuvat orgaanisista hiukkasista, bakteereista, levistä ja muista mikro-organismeista, joiden hengitys kuluttaa paljon happea ja tuottaa CO2. Kuten leväkukinnassa, biofloc-levät fotosynteettisesti tuottavat happea päivällä, mutta yöllä eivät, mikä johtaa hapen nopeaan vähenemiseen ja hapenpuutteeseen katkaravuille ja biofloc-mikrobeille. Hapenkulutuksen lisääntyminen aiheuttaa biofloc-hiukkasten kuoleman, ja niiden hajoaminen tuottaa myrkkyjä. NO2-, H2S ja CO2 heikentävät katkarapujen veren hapenkuljetuskykyä, mikä pahentaa paikallista hapenpuutetta.
VEDENLAADUN ONGELMIEN RATKAISUT JA HALLINTA
2.1 Jätteiden ja myrkkyjen käsittely katkarapukasvatusaltaissa
Kuten edellä todettiin, katkarapujen eritteet ovat usein myrkyllisiä. Tätä prosessia ei voi vähentää, koska terve kasvu ja korkea ruokahalu lisäävät eritteiden määrää, ja eritteiden vähentäminen hidastaisi kasvua ja alentaisi selviytymisprosenttia. Siksi myrkkyjen vähentämiseksi ja veden laadun ylläpitämiseksi on otettava käyttöön jätteiden käsittelymenetelmiä ja teknologioita.
Ensiksi on poistettava ylijäämäruoka, katkarapulanta ja orgaaniset jäänteet (levät, eläimet) altaasta. Tätä varten katkarapualtaan tulee olla suunniteltu siten, että siinä on lietteen keräyskuoppa keskellä helpottamaan pohjalietteen imua. Ilmastusjärjestelmä ja vesituuletin tulee sijoittaa siten, että syntyy keskeinen virtauksen suunta, joka kerää jätteet lietteen keräyskuoppaan. Imuroitu pohjaliete tulee käsitellä edelleen, jotta sitä ei pääse suoraan ympäristöön. Biokaasu- tai biologiset altaat ovat soveltuvia lietteen käsittelymenetelmiä.
Liuenneiden myrkkyjen poistoon voidaan käyttää biofloc-teknologiaa, kiertovesisuodatusta tai monilajisuodatusta.
Biofloc-teknologia on yleisesti käytössä valkoisen katkaravun ja tiheästi kasvatettavan nilviäiskalan kasvatuksessa. Se käsittelee sekä liuenneita että liukenemattomia jätteitä. Teknologia perustuu mikrobien, kuten bakteerien ja levien, kasvuun kiinteillä hiukkasilla muodostaen biofloc-hiukkasia (biologisia sakkoja). Bakteerit käyttävät orgaanisen aineen hiiltä (C) ja ravinteita orgaanisen aineen (C5H702NP0.1) muodostamiseen, ja levät käyttävät CO2:ta orgaanisen aineen (C106H181O45N16P) muodostamiseen kasvaakseen. Tämän prosessin ansiosta ravinteet (orgaaninen aine, NH4+, NO3-, PO43-) ja myrkyt (NH3, NO2-) imeytyvät ja muunnetaan mikrobien biomassaksi, mikä puhdistaa vettä.
Kuitenkin katkarapualtaissa biofloc-hiukkasten muodostuminen on vähäistä hiilen puutteen vuoksi, koska veden C:N-suhde on hyvin matala (noin 1:1), kun taas biofloc-hiukkasten biomassan C:N-suhde on noin 5–6:1. Bakteerit ja levät käyttävät vain noin 50 % hiilen lähteestä orgaanisen aineen muodostukseen, joten hiilipitoista ainetta, jonka C:N-suhde on yli 12:1, on lisättävä bioflocien kasvun stimuloimiseksi. Siksi hiilipitoisia aineita, kuten melassi tai tärkkelys, lisätään altaisiin bioflocien muodostamiseksi. Lisäksi mikrobivalmisteiden lisääminen on tarpeen hyödyllisten bakteerien tiheyden lisäämiseksi ja bioflocien nopean muodostumisen edistämiseksi.
Kiertovesiteknologia käyttää bakteereita perustuen seuraavaan kemialliseen reaktioon:
NH4+ + 1.86O2 + 1.98HCO3- ® 0.02C5H7NO2 + 0.98NO3-+ 1.88H2CO3 + 1.04H2O
Tätä teknologiaa käytetään yleensä pienimuotoisissa sisätiloissa. Biologisissa suodattimissa tarvitaan tukea ja heikko valaistus nitrifioivien bakteerien Nitrosomonas- ja Nitrobacter-ryhmien kasvattamiseksi, mikä vaikeuttaa suurten ulkotilojen käyttöä. Lisäksi suodattimien tukimateriaalit ovat kalliita, mikä nostaa investointikustannuksia suurissa järjestelmissä. Kiertovesijärjestelmä käsittelee vain liukenemattomia jätteitä ja TAN:ia (NH3 ja NH4+), mutta ravinteet kuten NO3- ja PO43- eivät poistu, vaan kertyvät järjestelmään. Liukenemattomat jätteet erotetaan ja käsitellään erikseen tai denitrifikaatioreaktoreissa.
Monilajikiertojärjestelmä hyödyntää tiettyjä eläinlajeja (osterit, simpukat, nilviäiset, tiheästi kasvatetut kalat) poistamaan kiinteitä hiukkasia, minkä jälkeen kasvit (merilevät, levät) imevät ravinteita (TAN ja PO43-…) veden puhdistamiseksi. Puhdistettu vesi palautetaan katkarapualtaaseen (uudelleenkäyttö).
2.2. Mineraalien lisäys katkaravuille
Oparin-Haldanen elämän alkuperää koskevan mallin mukaan ensimmäiset elävät organismit (nykyisten eliöiden esi-isät) syntyivät merivedestä, joten useimpien nykyisten eliöiden kehossa on mineraalikoostumus ja -suhteet, jotka vastaavat merivettä. Suolaisen veden katkaravut elävät laimennetussa merivedessä (merivesi sekoittuneena jokiveteen), mikä on niille suotuisa ympäristö. Na+:n suhde K+:n ja Mg2+:n suhde Ca2+:n vedessä on tärkeämpi kuin suolapitoisuus. Epäsopivat mineraalisuhteet aiheuttavat osmoottista shokkia, joka vaikuttaa katkarapujen kasvuun ja selviytymiseen. Siksi vesieliöiden normaalin elämän turvaamiseksi solunesteessä tulee olla tietty suhde yksiarvoisten ionien (Na+, K+) ja kaksiarvoisten ionien (Ca2+, Mg2+) välillä, jota kutsutaan Lobin kertoimeksi, ja se on lajikohtainen. Luonnollisessa merivedessä optimaalinen Na:K, Mg:Ca ja Ca:K -suhde on 28,5:1, 3,37:1 ja 1,05:1. Sopivat mineraalipitoisuudet (tasapainossa) katkaravuille voidaan laskea kaavalla:
Sopiva ionipitoisuus (mg/L) = Suolapitoisuus (‰) x Ionikerroin
Ionien Cl-, Na+, SO42-, Mg2+, Ca2+ ja K+ kertoimet ovat vastaavasti 550; 304,5; 78,3; 39,1; 11,6; ja 10,7.
Suolaisen veden katkaravuille mineraalien lisäys on välttämätöntä matalan suolapitoisuuden tai mineraalitasapainon puuttuessa, erityisesti pohjaveden käytössä. Liukoisia epäorgaanisia mineraaleja kuten NaCl, CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2, KCl, K2SO4, NaHCO3, dolomiitti käytetään usein erikoistuotteiden valmistukseen katkarapukasvatuksessa. Hivenmineraalien lisäämiseksi yksittäisiä mineraaleja raaka-aineista ei ole kätevää eikä käytännöllistä, joten markkinoilla olevia valmiita mineraaliseoksia (mineraaliseokset) käytetään hivenmineraalien lisäykseen altaan veteen.
Mineraalien lisäämisen lisäksi joissakin tapauksissa mineraaleja voidaan lisätä rehuun, mutta on tärkeää käyttää helposti imeytyviä, vähän liukenevia ja antinutrientteja välttäviä mineraaleja. Mineraalien imeytymisen parantamiseksi rehuun lisätään orgaanisia mineraalikomplekseja (komplekseja tai kelatoituja yhdisteitä). Kompleksit muodostuvat, kun metallionit sitoutuvat orgaanisiin molekyyleihin kovalenttisilla sidoksilla. Kelaatit ovat komplekseja, joissa metallionit ovat sitoutuneet useampaan orgaaniseen molekyyliin, jotka ”puristavat” ionin. Yleisesti käytettyjä orgaanisia mineraalivalmisteita vesiviljelyrehussa ovat mm.: Cu-Lysiini, Zn-Lysiini, Fe-Metioniini, Mn-Metioniini, Zn-Metioniini, Ca-Aminohappo, K-Aminohappo, Mg-Aminohappo, Co-Aminohappo, Mn-Aminohappo, Cu-Proteinaatti, Zn-Proteinaatti, Fe-Proteinaatti, Co-Proteinaatti, Mg-Proteinaatti, Ca-Proteinaatti, Mn-Proteinaatti, Cu-Polysakkaridi, Zn-Polysakkaridi, Fe-Polysakkaridi… Orgaanisten mineraalien käyttö rehussa vähentää mineraalien antagonismia, parantaa mineraalien hyötykäyttöä, torjuu antinutrientteja kuten fytaatit ja oksalaatit sekä vähentää mineraalien liukenemista veteen ja metallisaastetta, suojellen ympäristöä.
2.3. Levän ja biofloc-hiukkasten tiheyden hallinta paikallisen hapenpuutteen välttämiseksi
Intensiivisissä ja superintensiivisissä katkarapukasvatusaltaissa ravinteiden (katkarapujen eritteiden) pitoisuus nousee nopeasti, mikä johtaa leväkukintaan. Levän tiheyden hallintaan yksinkertaisin keino on vedenvaihto. Kuitenkin luonnollisen pintaveden käyttö vedenvaihtoon voi tuoda taudinaiheuttajia altaaseen ja toisaalta altaan jätevesi voi saastuttaa ympäristöä. Ympäristön ja tautiturvallisuuden varmistamiseksi tilalla tulee olla ”vesikasvatusaltaiden” järjestelmä, johon kuuluvat saostusallas, käsittelyallas ja käsitellyn veden säiliöallas. Levän tiheyden hallintaan levien tuhoaminen on yksinkertainen keino, mutta suoraan katkarapualtaassa tehtynä se voi vahingoittaa katkarapuja ja kuolleiden levien hajoaminen vähentää liuennutta happea ja tuottaa myrkkyjä. Tehokkaaseen levien tuhoamiseen levät tulisi tuhota käsittelyaltaassa. Katkarapualtaan vesi, jossa on korkea levätiheys, pumpataan käsittelyaltaaseen, jossa levät tuhotaan levänmyrkyllä, jonka jälkeen annetaan kemikaalin hajota ja leväjäämät laskeutua pohjalle muutaman päivän ajan, ja puhdas vesi palautetaan katkarapualtaaseen.
Monilajikiertojärjestelmä on myös hyvä malli levätiheyden hallintaan ja paikallisen hapenpuutteen ehkäisyyn. Järjestelmässä katkarapualtaan vesi (sisältäen levää ja ravinteita) johdetaan kalojen kasvatusaltaaseen, jossa kalat syövät levää ja suuria hiukkasia. Vesi jatkaa simpukoiden kasvatusaltaaseen, jossa pienemmät hiukkaset suodatetaan. Tämän jälkeen vesi virtaa merileväaltaaseen, jossa ravinteet poistetaan, ja lopuksi puhdistettu vesi palautetaan katkarapualtaaseen. Biofloc-teknologiaa käyttävässä superintensiivisessä katkarapukasvatuksessa, jos biofloc-hiukkasten tiheys pidetään matalana (semi-biofloc-malli), myrkkyjen (NH3, NO2-) poisto ei ole riittävä, mutta korkea biofloc-tiheys (>15 mL/L) aiheuttaa yöllisen paikallisen hapenpuutteen. Myrkkyjen täydelliseen poistoon ilman hapenpuutetta biofloc-hiukkasia on poistettava altaasta. Painovoimainen saostus on yksinkertainen menetelmä biofloc-hiukkasten poistoon, koska ne ovat kooltaan ja tiheydeltään suuria ja laskeutuvat muutamassa tunnissa tyynessä vedessä. Biofloc-hiukkasia sisältävä katkarapualtaan vesi johdetaan saostusaltaaseen, jossa ilman ilmastusta hiukkaset laskeutuvat pohjalle ja kirkas vesi palautetaan altaaseen. Hiukkaset imetään säännöllisesti pois saostusaltaasta ja käsitellään sopivalla menetelmällä, kuten biokaasu- tai biologisilla altailla.
Näin biofloc-teknologialla myrkkyjen (NH3, NO2-…) käsittely tapahtuu lisäämällä hiilipitoista ainetta ja mikrobivalmisteita biofloc-hiukkasten muodostumisen stimuloimiseksi. Biofloc-hiukkasten sisältämät mikrobit (bakteerit, levät) imevät myrkyt ja hiilen ja muuntavat ne biomassaksi kasvaakseen ja lisääntyäkseen, minkä jälkeen hiukkaset poistetaan altaasta. Näin biofloc-tiheys pidetään matalana, mutta myrkyt poistuvat kokonaan ilman hapenpuutetta. Tätä menetelmää voidaan käyttää myös jätevesien puhdistukseen ravinteiden poistamiseksi kasvatuskauden jälkeen.
Tässä on esitelty yleisimmät vedenlaatuongelmat intensiivisissä ja superintensiivisissä katkarapukasvatusaltaissa sekä niiden ratkaisut korkean teknologian, biosuojan ja ympäristöystävällisten prosessien avulla. Tämä artikkeli kattaa vain osan intensiivisestä ja superintensiivisestä katkarapukasvatuksesta, ja siinä voi olla puutteita, joten toivomme lukijoiden palautetta. Toivomme, että artikkeli tarjoaa hyödyllistä tietoa lukijoille.
