Litopenaeus vannamei, communément appelée crevette blanche du Pacifique, est une espèce euryhaline appréciée pour son rendement élevé en viande, sa forte tolérance au stress et sa croissance rapide. C’est l’une des espèces de crevettes les plus importantes élevées en Chine. Actuellement, les principaux modèles d'élevage de L. vannamei en Chine comprennent des étangs extérieurs, de petits étangs en serre et des étangs en hauteur. Cependant, la production nationale ne parvient toujours pas à répondre à la demande du marché, ce qui nécessite d’importantes importations. De plus, l’expansion rapide de modèles tels que les petites cultures en serre a mis en lumière des problèmes tels qu’un cadre technique incomplet, des épidémies fréquentes et des difficultés de traitement des effluents d’eaux usées. Dans le contexte de la promotion de la conservation des ressources et du développement durable, le système d'aquaculture en recirculation (RAS), reconnu comme un modèle d'agriculture intensive, efficace et respectueux de l'environnement, a suscité une large attention dans l'industrie ces dernières années.
RAS utilise des méthodes industrielles pour réguler activement l’environnement aquatique. Il se caractérise par une faible consommation d'eau, une faible empreinte au sol, une pollution environnementale minimale et produit des produits sûrs et de haute qualité, avec moins de maladies et des densités de stockage plus élevées. Sa production n'est en grande partie pas limitée par la géographie ou le climat. Ce modèle se caractérise par une utilisation efficace des ressources et se caractérise par des investissements et une production élevés, ce qui représente une voie cruciale vers le développement durable de l'industrie aquacole. Actuellement, l’élevage domestique de L. vannamei est concentré dans les zones côtières, utilisant principalement l’eau de mer naturelle. Les régions intérieures, limitées par la disponibilité des sources d’eau et les réglementations environnementales, sont confrontées à un décalage important entre l’offre et la demande des consommateurs. L'exploration du RAS à l'aide d'eau de mer artificielle dans les zones intérieures revêt une grande importance pour l'approvisionnement des marchés locaux et la promotion du développement économique régional. Cette expérience a réussi à construire un RAS intérieur pour L. vannamei dans un environnement intérieur et à mener un cycle de culture réussi. Les méthodes et les données concernant la construction du système, la préparation artificielle de l'eau de mer et la gestion des exploitations agricoles peuvent servir de référence pour l'élevage intérieur de L. vannamei.
1. Matériels et méthodes
1.1 Matériaux
L’essai a été mené dans la ferme d’élevage originale de Leiocassis longirostris de la province du Sichuan. Les post-larvaires de L. vannamei (stade P5) provenaient de la base Huanghua de Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd., et étaient en bonne santé. L'aliment utilisé était la marque « Xia Gan Qiang » de Tongwei Group Co., Ltd. Ses principaux composants étaient : protéines brutes supérieures ou égales à 44,00 %, matières grasses brutes supérieures ou égales à 6,00 %, fibres brutes inférieures ou égales à 5,00 % et cendres brutes inférieures ou égales à 16,00 %.
1.2 Préparation de l'eau de mer artificielle
L’eau souterraine d’un puits a été utilisée comme source d’eau. Il a été successivement traité par désinfection (poudre décolorante 30 mg/L, aérée pendant 72 h), élimination du chlore résiduel (thiosulfate de sodium, 15 mg/L) et détoxification [acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA), 10-30 mg/L] avant d'être utilisé pour la préparation d'eau de mer artificielle.
De l'eau de mer artificielle avec une salinité de 8 a été préparée en utilisant des cristaux de sel marin comme ingrédient principal ; ses principaux composants sont répertoriés dansTableau 1. Du CaCl₂, du MgSO₄ et du KCl de qualité alimentaire ont été utilisés pour compléter les éléments Ca, Mg et K. Après la préparation, du NaHCO₃ de qualité alimentaire -a été utilisé pour ajuster l'alcalinité totale à 250 mg/L (sous forme de CaCO₃), et du NaHCO₃ ainsi que de l'acide citrique monohydraté ont été utilisés pour ajuster le pH entre 8,2 et 8,4.
1.3 Construction du SRA
1.3.1 Concept de conception global
Combinant une conception indépendante avec une application intégrée, un RAS pour L. vannamei a été construit en utilisant un traitement physique et une biofiltration en plusieurs étapes. Des stratégies d'exploitation du système correspondantes, des protocoles d'ajustement de la qualité de l'eau et des stratégies d'alimentation scientifiques ont été mises en œuvre en fonction des besoins de croissance des crevettes à différents stades, dans le but d'un fonctionnement stable, d'un apport économique et d'un rendement efficace.
1.3.2 Principaux flux de processus et paramètres techniques
Un système de pisciculture existant-basé sur des conteneurs a été modifié pour établir le RAS de L. vannamei, composé de réservoirs de culture, d'un dispositif composite de collecte de coques/particules (drainage à trois-voies), d'un biofiltre, de pompes de circulation, etc. Le flux du processus est illustré dansFigure 1.
Le volume d'eau total conçu pour le système était de 750 m³, avec un volume de système de traitement d'eau de 150 m³ et un volume de culture effectif de 600 m³. La charge de culture conçue était de 7 kg/m³. Les paramètres techniques clés sont répertoriés dansTableau 2.
1.3.3 Conception structurelle
Les six cuves de culture octogonales étaient disposées sur deux rangées. Compte tenu de la commodité de gestion, de la stabilité environnementale et du coût d'investissement, la structure principale des réservoirs était en béton de brique-. Les dimensions étaient : longueur 10,0 m, largeur 10,0 m, profondeur 1,2 m, avec des bords coupés de 3,0 m. Le volume d'eau effectif par réservoir était de 100 m³. Le fond du réservoir avait une pente (16%) vers le drain central (Figure 2).
Le dispositif de drainage à trois voies{{0}comportait un collecteur central (pour les crevettes mortes, les coquilles et les grosses particules), un collecteur de sédimentation à flux vertical (pour les coquilles cassées, les particules moyennes et les excréments) et une boîte de collecte de drainage côté siphon- (pour les coquilles fines et les particules petites-à-moyennes) (Figure 2).
Un côté du réservoir de conditionnement contenait un cadre à brosse en plastique pour collecter et éliminer les coquilles et les particules de la décharge du réservoir. Des ajustements pour le calcium, le magnésium, l'alcalinité totale et le pH pourraient être effectués dans ce réservoir. Le volume du réservoir était de 20 m³, avec un temps de rétention hydraulique de 0,13 h.
La pompe de circulation était située de l'autre côté du réservoir de conditionnement, utilisant une pompe à un étage-pour l'efficacité énergétique. En fonction de l'écologie et de la charge des crevettes, le taux de recirculation a été conçu entre 2 et 6 fois/jour. Le débit de la pompe était de 150 m³/h, hauteur 10 m, puissance 5,5 kW.
Le filtre à brosse était équipé de plusieurs sacs filtrants. Les sacs étaient reliés via des raccords de tuyauterie à l'entrée du filtre, fixés avec des pinces. Les effluents entraient dans les sacs via des canalisations. Les sacs étaient fabriqués en polypropylène (PP), remplis de brosses en plastique, interceptant efficacement les particules de plus de 0,125 mm. Le réservoir à médias élastiques était constitué du corps du réservoir (rectangulaire, profondeur 2 m), de cadres grillagés (parallèles à la surface) et de médias élastiques installés sur les cadres (Figure 3). Le support comprenait de nombreux anneaux en plastique à double-anneaux avec des filaments de polyester, formant des faisceaux de fibres répartis dans tout le réservoir. Son principe de fonctionnement consistait à créer un effet de sédimentation à flux lent via l'interception du média et à utiliser le biofilm formé à sa surface pour absorber, décomposer et transformer l'azote et le phosphore inorganiques.
Le biofiltre comprenait le corps du réservoir (rectangulaire, profondeur 2 m), les composants d'aération et le bio-média (Figure 4). L'ensemble d'aération comprenait des tuyaux de distribution d'air. L'air est entré par le haut et a été libéré par le bas, créant un flux complètement mélangé. Le réservoir était rempli de milieu de réacteur à biofilm à lit mobile (MBBR). Grâce à une amélioration ciblée du nitrifiant et à un ajustement de l'alcalinité, un grand nombre de bactéries nitrifiantes se fixent au média, consomment de la matière organique et réalisent l'élimination de l'ammoniac et des nitrites, construisant ainsi un biofiltre nitrifiant. Les tuyaux d'entrée et de sortie se trouvaient sur des côtés opposés, avec un écran de sortie sur la paroi intérieure. Dans cet essai, le volume efficace du biofiltre a été fixé à 25 % du volume de culture du système, avec un taux de remplissage du milieu de 30 %, en utilisant le milieu K5.
Le système d'aération combine des méthodes mécaniques et à l'oxygène pur. Lorsque l'oxygène dissous (OD) était élevé, l'aération mécanique était primordiale : en utilisant un ventilateur vortex à haute-pression et des tubes microporeux de haute-qualité comme diffuseurs pour maximiser l'efficacité du transfert d'O₂ et réduire le bruit. Lorsque l'OD était faible, une aération à l'oxygène pur est complétée : à l'aide d'un générateur d'oxygène + d'une hélice d'eau à micro-bulles. Le générateur d'oxygène produit une concentration d'O₂ supérieure à 90 %, dispersée via un disque en nano-céramique dans l'hélice. Sous une charge élevée, une combinaison générateur d'oxygène + cône d'oxygène servait d'aération auxiliaire, utilisant une pompe de surpression pour créer de l'eau sursaturée en oxygène - dans le cône.
1.4 Mesure de la qualité de l'eau
Les concentrations d'ammoniac et de nitrite (sous forme de N) ont été mesurées à l'aide d'un analyseur d'eau multi-paramètres Aokedan. Les matières totales en suspension (TSS) ont été mesurées à l'aide d'un analyseur multi-paramètres Hach DR 900.
1.5 Gestion de la ferme et fonctionnement du système
Le procès a débuté le 8 août 2022 et a duré 74 jours. Les six réservoirs étaient approvisionnés. La taille du stock était de 961 individus/kg, la densité d'environ 403 individus/m³, totalisant 241 800 post-larves. La fréquence d'alimentation était de 6 fois/jour, la ration quotidienne diminuant d'environ 7,0 % (tôt) à 2,5 % (tard) de la biomasse estimée.
La circulation du système a commencé 3 jours après-stockage, initialement à 2 cycles/jour, puis à 4 cycles/jour plus tard. Au début de l'essai, un drainage quotidien avait lieu, ne faisant que reconstituer l'eau perdue lors du drainage et de l'évaporation. Plus tard, une vidange a suivi chaque tétée (1 heure après), avec un échange d'eau quotidien inférieur à 10 % du volume de réapprovisionnement au stade précoce-.
L'aération mécanique (soufflante vortex) a été utilisée dans un premier temps. En raison de l'augmentation ultérieure de la charge du système, une combinaison d'aération mécanique, de générateur d'oxygène + disque nano-céramique et de générateur d'oxygène + cône d'oxygène a été utilisée.
L'OD, la température, le pH, l'ammoniac et les nitrites dans les réservoirs ont été mesurés régulièrement. La croissance et l'alimentation des crevettes ont été observées et enregistrées.
1.6 Traitement et analyse des données
Les données ont été organisées à l'aide de WPS Office Excel. Les graphiques ont été créés à l’aide d’Origin 2021.
Les formules suivantes ont été utilisées pour calculer le taux d'échange d'eau (R), le taux de conversion alimentaire (FCR) et le taux de survie (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Où : R est le taux de change quotidien de l’eau (%/j) ; V₁ est le volume total d'eau échangée (m³) ; V est le volume total d'eau du système (m³) ; ce sont les jours de culture (d). FCRest le taux de conversion alimentaire ; W est l'apport total d'aliments (kg) ; Wₜ et W₀ sont la masse finale de récolte et la masse initiale de stockage (kg). R.Sest le taux de survie (%) ; S est le nombre total récolté (individus) ; N est le nombre total stocké (individus).
2. Résultats
2.1 Échange d'eau
Au cours de l'essai, le renouvellement total de l'eau était de 1 000 m³, avec un taux de change quotidien moyen de 1,8 %.
2.2 Ammoniac et nitrite
La concentration d'ammoniac dans les réservoirs est restée inférieure à 1,3 mg/L (sauf le jour 5) et la concentration de nitrite est restée inférieure à 1,6 mg/L, toutes deux à des niveaux relativement stables (Figure 5).
Au début (15 premiers jours), l'ammoniac du réservoir a diminué rapidement tandis que les nitrites ont augmenté rapidement, indiquant l'établissement d'un biofilm dans le biofiltre et la conversion de l'ammoniac en nitrite. Au stade intermédiaire (15 à 50 jours), avec une alimentation accrue, les concentrations d'ammoniac et de nitrite sont restées stables, indiquant une oxydation synchronisée de l'ammoniac et des nitrites dans le biofiltre et un fonctionnement stable du système. Après le 50e jour, l’ammoniac et le nitrite ont montré une tendance à la baisse, indiquant peut-être une capacité de nitrification accrue et un système plus mature. Cela n'a pas pu être confirmé davantage à la fin du procès.
Figure 6montre que les tendances de l'ammoniac à l'entrée et à la sortie du biofiltre étaient similaires, mais l'écart entre les courbes s'est progressivement élargi, indiquant une amélioration de l'élimination de l'ammoniac. Les courbes des nitrites à l’entrée et à la sortie se chevauchaient presque et ne montraient pas de tendance globale à la hausse, ce qui suggère que le système a maintenu sa capacité d’oxydation des nitrites jusqu’à la fin.
2.3 Oxygène dissous et alcalinité totale
Comme le montreFigure 7, malgré l'augmentation de la charge du système, les méthodes d'aération combinées ont maintenu l'OD du réservoir au-dessus de 6 mg/L. De plus, en ajoutant NaHCO₃, l’alcalinité totale a été maintenue entre 175 et 260 mg/L.
2.4 Total des matières en suspension
Les tendances de la concentration de TSS aux points clés du système sont présentées dansFigure 8. Les TSS dans l'afflux vers le collecteur de sédiments à écoulement vertical et la boîte latérale du siphon (qui fait partie du drainage à trois voies) reflétaient les tendances des TSS dans les réservoirs. Le TSS global a augmenté progressivement, s'est stabilisé au cours des étapes intermédiaires-tardives (après le jour 35) et a montré une tendance à la baisse au fil des étapes de traitement successives.
2.5 Résultats agricoles
Le stockage total était de 241 800 post-larves d'une taille moyenne de 0,52 g, répartis dans 6 réservoirs à une densité moyenne de 403 individus/m³. Après 74 jours, la récolte totale était de 3 012,2 kg, le calibre moyen 15,82 g, la survie moyenne 78,75 %, le rendement moyen 5,02 kg/m³. L'apport total d'aliments était de 3 386,51 kg, FCR1.18. Les coûts calculés (semences, aliments pour animaux, produits de santé, électricité, eau de mer artificielle, désinfection) se sont élevés à 155 870,6 CNY. Les revenus des ventes de crevettes se sont élevés à 192 780,8 CNY, ce qui a généré un bénéfice de 36 910,2 CNY pour le cycle.
3. Discussion
Ces dernières années, le RAS est devenu une direction très prometteuse pour l’élevage de L. vannamei. Cet essai a construit un RAS comprenant des réservoirs de culture, une coque composite/collecte de particules, un filtre à brosse, un biofiltre et un équipement d'aération, et a mené avec succès un cycle d'agriculture intérieure intérieure.
Comparé au RAS traditionnel, ce système est plus simple. Structurellement, il a omis des équipements tels que les filtres à tambour et les écumeurs de protéines, qui ont des coûts fixes et de maintenance relativement plus élevés. Au lieu de cela, il a utilisé des dispositifs de traitement de l'eau plus simples pour créer un traitement composite à plusieurs niveaux pour les particules et les polluants dissous, permettant ainsi d'obtenir un bon contrôle de la qualité de l'eau avec des processus plus simples et un coût inférieur.
En employant diverses méthodes de gestion de la qualité de l'eau adaptées aux différents stades de croissance et charges du système, le système a maintenu l'ammoniac et le nitrite en dessous de 1,3 et 1,6 mg/L, respectivement, et l'OD au-dessus de 6 mg/L, atteignant finalement un rendement de 5,02 kg/m³. Ceci est proche des résultats de Yang Jing et al. De plus, le système de traitement de l'eau a contrôlé le taux de change quotidien moyen à 1,8 %, exploitant pleinement sa capacité de traitement et réduisant considérablement les coûts.
RAS offre des avantages environnementaux, la sécurité des produits et moins de maladies. En raison des limitations de transport, L. vannamei présente un grand potentiel de marché à l'intérieur des terres. La réalisation d'une RAS pour L. vannamei à l'intérieur des terres s'aligne sur les tendances de l'industrie. L’élevage actuel de crevettes dans les eaux intérieures se fait principalement en eau douce, avec un rendement et une qualité inférieurs à ceux de l’élevage marin. L’utilisation d’eau de mer artificielle dans cet essai a en partie comblé cette lacune. Cependant, le coût actuel élevé de l’eau de mer artificielle nécessite d’optimiser les processus RAS pour l’élimination de l’azote et du phosphore afin de permettre la réutilisation de l’eau, ce qui constitue un moyen efficace de réduire les coûts et devrait constituer un objectif clé de recherche pour le RAS intérieur de L. vannamei.
FCRest un indicateur important de la performance du RAS. Le F finalCRde 1,18 dans cet essai est comparable à l’agriculture intensive traditionnelle. En tant que système fermé, l'avantage de RAS réside dans la réutilisation des entrées. Basé sur l'amélioration de la capacité de traitement de l'eau, la formulation de stratégies d'alimentation précises pour réduire FCRdevrait être le prochain objectif d’optimisation.