Devi Hermsen1

Tegenwoordig is het begrijpen en voorspellen van de impact van antropogene klimaatverandering veroorzaakt door de uitstoot van broeikasgassen (stijgende temperaturen en verzuring van oceanen) en de exploitatie van natuurlijke hulpbronnen (overexploitatie en afvalproductie) op de dynamiek van ecosystemen een belangrijk punt. Met de wereldbevolking die nog steeds toeneemt, is er een vraag om meer voedsel te produceren, wat botst met de wens om de afvalproductie en de ecologische voetafdruk te verminderen en het gebruik van beperkte hulpbronnen te verlagen. Aquacultuur heeft het potentieel om de productie te verhogen door intensivering, maar om dit te doen staat de sector voor grote uitdagingen op het gebied van duurzaamheid. Twee belangrijke kwesties die duurzame intensivering belemmeren zijn afvalresten in het water van vijverteelten en het gebruik van uit de vangstvisserij afkomstig vismeel en visolie in aquacultuurdiëten als bron van hoog onverzadigde omega-3 vetzuren (HUFA).

Dit proefschrift onderzocht het potentieel van de ontwikkeling van het "nutritious pond concept" (voedzame vijverconcept). In een dergelijk productiesysteem wordt de garnalen- (of vis-) productie ecologischer gemaakt met behoud van de huidige hoge productieniveaus. In voedzame vijvers moet de focus verschuiven van het voeren van de garnalen naar het voeden van de hele vijver. Door deze benadering te gebruiken, ontwikkelt zich een goed uitgebalanceerd voedselweb dat extra natuurlijk voedsel levert dat energie, eiwitten en HUFA bevat die door de kweeksoort kunnen worden gebruikt. Dit voedselweb wordt gestimuleerd door zorgvuldig geformuleerd vijvervoer. Het voedselweb levert aanvullende voedingsstoffen die de novo in de vijver worden geproduceerd, en fungeert tegelijkertijd als een natuurlijk biofilter dat de omzetsnelheid van voedingsstoffen, van afval naar natuurlijk voedsel, efficiënter maakt terwijl de afvalproductie wordt verminderd.

Dit proefschrift was gericht op het verkrijgen van inzicht in de werkelijke bijdrage van HUFA en eiwitten door primaire productie aan de productie van witpootgarnalen (Litopenaeus vannamei) in mesocosms. Er werd verondersteld dat garnalenvoer gedeeltelijk zou kunnen worden vervangen door goedkopere meststoffen zonder de productieniveaus in gevaar te brengen, waarbij verschoven werd van directe naar indirecte garnalenvoeding terwijl de invoerratio tussen koolstof en stikstof (C:N) vergelijkbaar bleef. Er werd verondersteld dat garnalen HUFA en eiwitten rechtstreeks uit het voedselweb halen, waardoor de toevoegingsniveaus van vismeel en visolie in het dieet verlaagd konden worden. In navolging van de ecologische literatuur werd verondersteld dat door het verlagen van de totale fosforinvoer in de vijver, natuurlijk voedsel meer HUFA zou bevatten. Er werd gedacht dat als gevolg van de gewijzigde stoichiometrie van de invoer (verhoogde C:P), de structuur en de voedingswaarde van het voedselweb gewijzigd zouden kunnen worden, wat er mogelijk toe zou leiden dat garnalen meer natuurlijk voedsel zouden eten. Alle experimenten werden uitgevoerd in mesocosms, die tropische semi-intensieve garnalenvijvers nabootsen die primaire productie mogelijk maken.

In hoofdstuk 2 werd de bijdrage van HUFA uit visolie en vismeel uit het dieet en het natuurlijke voedselweb aan de garnalenproductie bepaald. Vetzuurmassa-balansen werden berekend om onderscheid te maken tussen HUFA-bijdrage op basis van het geformuleerde dieet en op basis van primaire productie. De afwezigheid van zowel visolie als vismeel in het geformuleerde dieet verminderde de garnalenproductie in mesocosms niet. Garnalen die diëten kregen zonder visolie en vismeel bevatten echter slechts de helft van de HUFA vergeleken met de controlegarnalen. In beide dieetbehandelingsgroepen werden grote kwantitatieve verliezen in het dieet waargenomen van de voorlopers ALA en LA, die werden gebruikt als energiebron in plaats van voor HUFA-synthese. Hoewel er in de controlegroep ook verliezen werden waargenomen voor EPA en DHA, was er een opmerkelijke winst voor deze componenten in garnalen die diëten kregen die vrij waren van visolie en vismeel. Garnalen verkregen ten minste 32% van hun EPA- en 6% van hun DHA-gehalte uit het op algen gebaseerde voedselweb. Deze bevindingen suggereerden sterk dat het natuurlijke voedselweb van de vijver (primaire productie) HUFA produceerde die de garnalenproductie kan ondersteunen, maar dit vereiste verder onderzoek.

In hoofdstuk 3 werd de in situ geproduceerde HUFA gekwantificeerd per compartiment van het voedselweb. Seston bleek het hoogste HUFA-gehalte in de mesocosm te bevatten, terwijl biofloc domineerde in termen van biomassa. De totale HUFA-productie in de mesocosms was een toename van meer dan 600% vergeleken met de minimale HUFA-input in de tanks die HUFA-deficiënte diëten kregen, wat wijst op de novo in situ productie. Het grootste deel van de geformuleerde voerinvoer resulteerde in accumulatie van organische stof biomassa anders dan garnalen, aangezien garnalen slechts 12% van de invoer van organische stof vasthielden. Dit toonde aan dat het systeem als geheel vrij efficiënt is in het omzetten van voedingsstoffen in verschillende compartimenten van het voedselweb, maar de garnalenproductie alleen is vrij inefficiënt. Bij de oogst van garnalen wordt slechts 25 – 27% van het totale HUFA-gehalte van de mesocosm uit het systeem verwijderd. De meerderheid van de voedingsstoffen, inclusief de novo geproduceerde HUFA, bleef in het voedselweb. Dit legde een grote uitdaging bloot om manieren te vinden om die voedingsstoffen op een efficiëntere manier uit het systeem terug te winnen.

Deze uitdaging werd versterkt door de resultaten in hoofdstuk 4, dat zich richtte op stikstof (eiwit), waaruit bleek dat grote hoeveelheden van het totale stikstofgehalte van de mesocosm gevonden konden worden in andere compartimenten van het voedselweb dan garnalen. Het verlagen van de voer:meststof-ratio van de mesocosm-invoer door 50% van het geformuleerde voer te vervangen door koolstof- en stikstofmeststoffen, wat een vermindering van de invoer van ruw eiwit met de helft betekent, leidde tot een toename van 48% van de eiwitbijdrage van het voedselweb aan het eiwitgehalte van de garnalen. De totale bijdrage van natuurlijk voedseleiwit werd geschat op 74%. De voederconversieratio was lager dan 1,0 in alle behandelingen en nam af bij een afnemende voer:meststof-ratio tot 0,48. De stikstof-naar-eiwit conversiefactor van gevlokte materie in de waterkolom werd bepaald en bleek 7,31 te zijn, hoger dan verwacht. Het schatten van het eiwitgehalte van het voedselweb met behulp van deze factor toonde aan dat een vergelijkbaar equivalent aan eiwit als in garnalen geaccumuleerd was in biofloc en perifyton gecombineerd, dat ongebruikt in het systeem achterbleef na de oogst van de garnalen. Het vinden van manieren om dit eiwit (stikstof) in het voedselweb beter te gebruiken, zou het mogelijk maken om het gehalte aan ruw eiwit in het geformuleerde dieet te verlagen. Het verlagen van de fosforinvoer in het systeem met 50% had geen effect op het HUFA-gehalte van het voedselweb en verhoogde de fosforretentie van garnalen van 16 tot 34%.

Het vervangen van tot 50% van de voerinvoer door koolhydraten en anorganische stikstof die rechtstreeks toegankelijk waren voor de microbiota van de vijver, resulteerde in hoofdstuk 5 niet in verschillen in de verdeling van voedingsstoffen en C:N:P-ratio's in compartimenten van het voedselweb, inclusief garnalen.

De bijdrage van natuurlijk voedsel aan de garnalenproductie nam aanzienlijk toe bij een lager voedingsniveau en een hogere toevoeging van koolhydraten en anorganische stikstof, maar alleen als het systeem binnen de maximale draagkracht bleef. Het berekenen van massabalansen van fosfor onthulde dat na een met meer dan 30% verminderde systeemfosforinvoer, de fosforstromen in het voedselweb veranderden. Als gevolg hiervan stroomde fosfor van detritus naar perifyton met een zodanige snelheid dat fosforuitputting zou zijn opgetreden binnen één garnalenproductiecyclus. Dit betekende dat bij het ontwikkelen van een voedzaam vijverdieet waarbij een deel van het voer wordt vervangen door koolstof- en stikstofmeststof, fosfor ook moet worden toegevoegd om uitputting te voorkomen, maar een vermindering van de totale fosforinvoer tot 20% is mogelijk.

Ten slotte vatte hoofdstuk 6 de uitkomsten van dit proefschrift samen door de resultaten in een bredere context te plaatsen. De uitkomsten en aanbevelingen naar aanleiding van dit proefschrift kunnen bijdragen aan de manier waarop we kijken naar aquacultuur in relatie tot duurzaamheid en beperkte hulpbronnen, klimaatverandering, nutriëntenstromen, de voedingswaarde van aquacultuurproducten en de ecologie van aquacultuur. Met een nog steeds groeiende wereldbevolking is er behoefte om onze huidige voedselproductiesystemen te veranderen in de richting van circulaire productiesystemen. Klimaatverandering gaat de aquacultuurproductie beïnvloeden en kan een extra uitdaging vormen voor de verdere ontwikkeling van het concept van de voedzame vijver, met name wat betreft de novo HUFA-productie in de vijver. Niettemin vormt het concept van de voedzame vijver een cruciale stap in de richting van een duurzamere aquacultuur, onafhankelijk van de vangstvisserij.