Một mô hình nuôi trồng thủy sản tuần hoàn thâm canh mới
1.Giới thiệu:
Mô hình hiện đại của hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS) được đặc trưng bởi quá trình lọc và tái sử dụng nước thải nuôi trồng thủy sản thông qua thiết bị xử lý nước. Đây là một hệ thống đa ngành tích hợp các nguyên tắc từ động vật học, cơ khí, kỹ thuật môi trường, công nghệ điều khiển máy tính và kỹ thuật dân dụng. Hình thức nuôi trồng thủy sản thâm canh đổi mới này thể hiện sự hội tụ của công nghệ tiên tiến và các biện pháp thực hành bền vững.
2. Tổng quan về phát triển:
Sự trỗi dậy của RAS ở nước ngoài
Khái niệm nuôi trồng thủy sản tuần hoàn tại nhà máy-bắt nguồn từ những năm 1960 ở các nước châu Âu phát triển. Các công nghệ nền tảng của nó bắt nguồn từ các bể cá biển nội địa, hệ thống bể cá thông minh và-dòng chảy mật độ cao-thông qua các mô hình nuôi cá.
Sự phát triển của RAS đã trải qua ba giai đoạn chính: tiền{0}}công nghiệp, nhà máy{1}}và nuôi trồng thủy sản công nghiệp hóa. Ngày nay, nhiều hệ thống đã đạt đượccơ giới hóa, tự động hóa, tin học hóa và quản lý thông minh, đánh dấu sự chuyển đổi sang quản lý nghề cá khoa học hiện đại.
Được thúc đẩy bởi việc thực hiện Chỉ thị Khung về Nước của EU, RAS đã trở thành ưu tiên chính sách quốc gia ở một số nước Châu Âu và Châu Mỹ, đồng thời là trọng tâm chính trong sự phát triển bền vững của ngành nuôi trồng thủy sản của họ.
Đặc điểm kỹ thuật và sự đa dạng loài ở châu Âu
Sự phát triển RAS ban đầu ở châu Âu được tiên phong bởiHà Lan và Đan Mạch, tập trung chủ yếu vào các loài nước ngọt như cá da trơn châu Phi, cá hồi và lươn:
♢Hệ thống RAS của Hà Lan: Thường là vòng lặp trong nhà và khép kín, được tối ưu hóa cho hoạt động sản xuất cá da trơn và lươn Châu Phi.
♢Hệ thống RAS của Đan Mạch: Hệ thống ngoài trời nửa khép kín, chủ yếu được sử dụng để nuôi cá hồi.
Với sự phát triển của công nghệ RAS và sự quan tâm ngày càng tăng của ngành công nghiệp và chính phủ,sự đa dạng của các loài nuôiđã mở rộng đáng kể. Hiện nay, các loài phổ biến được trồng ở RAS bao gồm:
Cá hồi Đại Tây Dương, cá rô phi, lươn, cá hồi, cá bơn, cá da trơn châu Phi, cá bơn và tôm - với tổng cộng hơn chục loại.
Quy mô triển khai và hội nhập công nghiệp
Tính đến năm 2014, hơncơ sở nuôi trồng thủy sản dựa trên 360 RAS-đã được thành lập trên khắpHoa Kỳ và Châu Âu. Trong số này,Na Uy và Canadađược công nhận là nhà lãnh đạo toàn cầu về RAS chonuôi cá hồi.
Từ năm 1985 đến năm 2000, năng lực sản xuất cá hồi bột của một trang trại châu Âu điển hình (về mặt sinh khối) đã tăng lên khoảng20 lần. Ở Scotland, sản xuất cá hồi bộttăng gấp đôi từ năm 1996 đến năm 2006, đạt sản lượng hàng năm trên150.000 con cá hồi con.
Các tập đoàn nuôi trồng thủy sản đa quốc gia lớn ởTây Bắc Âu, Canada và Chileđã liên tục mua lại các doanh nghiệp nhỏ hơn, hình thànhcác nhóm chuyên biệt và tích hợp theo chiều dọc. Ví dụ, các công ty ởScotland, Na Uy và Hà Lanbây giờ tính đếntrên 85%sản lượng cá hồi toàn cầu.
Sự trưởng thành của công nghiệp và doanh nghiệp đại diện
Ở Châu Âu, ngày càng có nhiều công ty áp dụng công nghệ RAS khép kín để sản xuất cây giống và canh tác toàn{0}}chu trình. Các doanh nghiệp đại diện bao gồm:
♢Trang trại cá dẹt Bluewater (Anh)
♢Pháp Turbot SAS (Pháp)
♢Ecomares Marifarm GmbH (Đức)
Các công ty này đang hướng tới chuyên môn hóa và phát triển{0}}quy mô lớn, dần dần hình thành chuỗi công nghiệp toàn diện bao gồm:
Sản xuất thiết bị → Tích hợp hệ thống → Triển khai thương mại.
Sự phát triển công nghiệp này đã đặt nền tảng vững chắc cho việc toàn cầu hóa nuôi trồng thủy sản tuần hoàn như một giải phápbền vững,{0}}công nghệ cao và hiệu quảmô hình nuôi cá.
Hiện trạng phát triển thiết bị hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS) ở nước ngoài
1.Nền tảng công nghiệp mạnh mẽ cho phép thiết bị RAS tiên tiến
Dựa vào cơ sở hạ tầng công nghiệp phát triển cao, các nước ngoài đã đạt được tiến bộ đáng kể trong việc nghiên cứu và phát triển các thiết bị chính cho hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS). Hiệu suất và độ tin cậy của các cơ sở canh tác cốt lõi ở những quốc gia này thuộc hàng tốt nhất trên toàn cầu, hỗ trợ tự động hóa toàn bộ quy trình và tích hợp hệ thống hiệu quả.
2.Các nhà sản xuất thiết bị RAS quốc tế hàng đầu
Một số công ty toàn cầu đi đầu trong sản xuất cơ sở RAS, mỗi công ty tập trung vào các thành phần khác nhau trong chuỗi sản xuất nuôi trồng thủy sản:
♢Tập đoàn AKVA (Na Uy):
Chuyên phát triển và sản xuất thiết bị nuôi trồng thủy sản hoàn chỉnh cho toàn bộ vòng đời - bao gồm nuôi,-nuôi, thu hoạch và chế biến cá cũng như các tàu nuôi cá xa bờ-quy mô lớn.
♢Hệ thống nuôi trồng thủy sản VAKI (Iceland):
Tập trung vào các thiết bị hỗ trợ cho hoạt động của trang trại như máy bơm cá, máy phân loại và máy cho ăn tự động.
♢HYDROTECH (Thụy Điển):
Nổi tiếng với việc sản xuất bộ lọc trống màn hình vi-chất lượng cao-, rất quan trọng trong việc lọc nước và loại bỏ chất thải rắn trong quá trình thiết lập RAS.
3. Hệ thống cho ăn thông minh ở vị trí hàng đầu toàn cầu
Trong lĩnh vực công nghệ cho ăn tự động, một số công ty đã phát triển các hệ thống hàng đầu thế giới nhằm cải thiện hiệu quả sử dụng thức ăn và giảm lãng phí:
♢Fishtalk-Kiểm soát bởi Tập đoàn AKVA (Na Uy):
Nền tảng quản lý cho ăn thông minh tích hợp giám sát dữ liệu, tối ưu hóa chiến lược cho ăn và cảm biến môi trường.
♢Feedmaster của Công ty ETI (Mỹ):
Một hệ thống kiểm soát việc cho ăn tiên tiến được thiết kế riêng cho nuôi trồng thủy sản chính xác.
♢Robot cho ăn do ArvoTec (Phần Lan) phát triển:
Những rô-bốt này cho phép cho ăn tự động, có thể lập trình và cho từng loài cụ thể-, nâng cao độ chính xác và hiệu quả lao động.
Phát triển các mô hình RAS đa dạng cho cá, tôm, tảo, động vật có vỏ và hải sâm
Trung Quốc đã thiết lập một hệ thống thiết bị và công nghệ RAS hoàn thiện và có thể mở rộng để nuôi cá và tôm.
Ngoài ra, nghiên cứu quan trọng và thực hành công nghiệp đã được thực hiện trong quá trình nuôi trồng vi tảo, động vật có vỏ và hải sâm tại nhà máy:
- hoặc nuôi trồng tảo đơn bào, cũng như sản xuất cây giống hải sâm và động vật có vỏ, một hệ thống công nghệ RAS hoàn thiện đã được phát triển.
- cácViện Hải dương học, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốcđã phát triển các lò phản ứng quang sinh học dạng ống-vòng khép kín để nuôi-quy mô lớn Haematococcus pluvialis và đã thiết lập một hệ thống quy trình hoàn chỉnh để chiết xuất astaxanthin từ loài tảo này.
- Đại học Khoa học và Công nghệ Đông Trung Quốcđã thông qua một "quá trình canh tác liên tục{0}}pha loãng{1}}dị dưỡng do quang hóa" dành cho việc trồng Chlorella ở mật độ-cao{1}} ở quy mô nhà máy, giải quyết các vấn đề như mật độ tế bào thấp, tốc độ tăng trưởng kém, năng suất thấp, chi phí thu hoạch cao và chất lượng sản phẩm không nhất quán thường thấy trong các phương pháp quang tự dưỡng truyền thống.
Đối với sản xuất giống hải sâm và hải sâm:
- Công nghệ tương đối trưởng thành và đã được áp dụng trên quy mô lớn.
- Tuy nhiên, ngành này vẫn chủ yếu áp dụng dòng chảy{0}}thông qua các mô hình canh tác tại nhà máy với mức độ cơ giới hóa và tự động hóa thấp.
- Vẫn còn nhiều chỗ cần cải thiện về mặt hiện đại hóa cơ sở vật chất và nâng cấp mô hình canh tác.
Các vấn đề quốc tế trong ngành Hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS)
1. Chi phí xây dựng cao và tiêu thụ năng lượng là những thách thức lớn trong các mô hình RAS
Theo nghiên cứu có liên quan, hệ thống nuôi trồng thủy sản tại nhà máy-tiêu thụ nhiều năng lượng (điện và nhiên liệu) hơn và chịu chi phí xây dựng cao hơn so với các mô hình nuôi trồng thủy sản truyền thống. Những yếu tố này đặt ra những thách thức lớn nhất cho sự phát triển bền vững của RAS. Mặc dù RAS áp dụng các hệ thống sản xuất thâm canh giúp giảm đáng kể việc sử dụng nước và đất, nhưng mức tiêu thụ năng lượng cao sẽ làm tăng chi phí vận hành và góp phần gây ra các tác động tiềm ẩn về môi trường và năng lượng liên quan đến việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
Để đạt được sự bền vững cả về kinh tế và môi trường, điều cần thiết là phải đạt được sự cân bằng giữa sử dụng nước, xả chất thải, tiêu thụ năng lượng và hiệu quả sản xuất.
Do đó, nghiên cứu về công nghệ-tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải-trong các cơ sở RAS, cùng với việc phát triển các công nghệ và thiết bị mới xanh và hiệu quả, sẽ là lĩnh vực trọng tâm cho sự phát triển trong tương lai của ngành RAS.
2. Các vấn đề về bệnh tật cản trở sự phát triển lành mạnh của RAS
Sự bùng phát dịch bệnh là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự phát triển lành mạnh của ngành nuôi trồng thủy sản tại nhà máy-. Bệnh thiếu máu truyền nhiễm ở cá hồi (ISA), do virus ISA gây ra, là một bệnh do virus nghiêm trọng. Tác động của nó đã khiến sản lượng cá hồi Đại Tây Dương của Chile sụt giảm mạnh trong giai đoạn 2009–2010. Một căn bệnh lớn khác trong chăn nuôi cá hồi toàn cầu là Hội chứng cá hồi vân (RTFS), do vi khuẩn nước lạnh-Flavobacter psychrophilum gây ra.
Vi khuẩn gram âm-này gây hoại tử lá lách, gan và thận của cá hồi vân bị nhiễm bệnh, dẫn đến chán ăn và hành vi bơi lội bất thường. Căn bệnh này có tỷ lệ tử vong cao ở cá hồi con và gây thiệt hại đáng kể hàng năm.
Trong nuôi tôm, vấn đề dịch bệnh còn nghiêm trọng hơn cả bệnh cá. Các bệnh phổ biến ở tôm bao gồm bệnh đốm trắng (WSD), bệnh đầu vàng (YHD) và nhiều bệnh khác. Những căn bệnh này tiếp tục gây khó khăn cho ngành nuôi tôm RAS và trở thành rào cản lớn cho sự phát triển lành mạnh của ngành này.
Triển vọng: Hướng tới nuôi trồng thủy sản hiệu quả, thông minh và chính xác
Nông nghiệp hiệu quả, thông minh và chính xác là hướng đi chính cho sự phát triển xanh trong tương lai của ngành nuôi trồng thủy sản Trung Quốc. Sự phát triển này sẽ liên quan đến những đột phá trong nghiên cứu và phát triển IoT nuôi trồng thủy sản, hệ thống điều khiển thông minh, công nghệ dữ liệu lớn, robot và thiết bị thông minh, tích hợp với hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS) được thiết kế theo đặc điểm sinh học của các loài nuôi.
Cùng với nhau, những tiến bộ này nhằm mục đích xây dựng các trang trại cá thông minh "không người lái" theo kiểu nhà máy,-trên đất liền-.
Với sự tiến bộ nhanh chóng của cảm biến giám sát chất lượng nước sinh hoạt, xử lý thông tin thông minh và nền tảng IoT, việc áp dụng công nghệ thông minh trong nuôi trồng thủy sản tại nhà máy-ngày càng trở nên khả thi. Tuy nhiên, phải nhấn mạnh rằng nuôi trồng thủy sản thông minh thực sự chỉ có thể được hiện thực hóa bằng cách nghiên cứu và hiểu biết kỹ lưỡng trước tiên:
- điều kiện sinh lý và đặc điểm tập tính của loài nuôi;
- mô hình tăng trưởng và ngân sách năng lượng của họ;
- diễn biến chất lượng nước trong quá trình canh tác;
- và cơ chế điều tiết môi trường.
Chỉ trên nền tảng này, chúng tôi mới có thể tích hợp hiệu quả việc thu thập và phân tích dữ liệu lớn dựa trên IoT-để xây dựng một hệ thống quản lý chuyên gia nuôi trồng thủy sản-kết hợp theo dõi và đánh giá sức khỏe của sinh vật nuôi, quản lý quy trình nuôi trồng, kiểm soát chất lượng nước và vận hành thiết bị. Điều này sẽ rất cần thiết để đạt được các mục tiêu của nuôi trồng thủy sản thông minh.