Welkom bij
Moderne landbouw
!
door Daniel Taylor en Jens Kjerulf Petersen, Deens Schelpdiercentrum, DTU Aqua, Denemarken
Eutrofiëring en de strijd om het verlies van voedingsstoffen onder controle te houden
De menselijke bevolkingsdichtheid en het gebruik van land voor het verbouwen van voedsel zijn de afgelopen eeuw in kustgebieden geïntensiveerd. Deze intensivering heeft de biologische en chemische processen in kustecosystemen drastisch beïnvloed door een toename van de stroom van nutriënten, voornamelijk stikstof en fosfor, van het land en de atmosfeer tot aan de zee.
Eigenlijk, hoe meer het land wordt gevoed (bemest) en hoe meer we onszelf voeden (voedsel plus brandstoffen), hoe meer we kustwateren voeden met nutriënten veroorzaakt door agrarische afvoer, afvalwater, en atmosferische depositie.
Naarmate de kustwateren oververrijkt raken, biologisch functioneren verandert met vaak gevolgen op de lange termijn. Een van de vele symptomen is de verhoogde groei en concentratie van fytoplankton (eencellige planten).
Verrijkte wateren kunnen zo productief worden door de groei van fytoplankton dat zonlicht niet voldoende diepte bereikt om het waterplantenleven op de zeebodem te ondersteunen en waardevolle plantenhabitats zoals zeegrasweiden verloren gaan. Verdere verhogingen van de fytoplanktonconcentraties kunnen leiden tot zuurstoftekort, wanneer dode fytoplanktoncellen op de zeebodem vervallen.
De afgelopen decennia is de verbetering van de kwaliteit van het kustwater is in veel regio's over de hele wereld een punt van beleidsontwikkeling geweest. Er zijn indrukwekkende resultaten geboekt bij de uitvoering van dit beleid, met name bij de verbetering van de afvalwaterzuivering.
Hoe dan ook, veel kustwateren, zoals die in Noord-Europa, inclusief de Baltische, worden nog steeds beschouwd als zwaar getroffen door overtollige nutriëntenafvoer en zullen dat waarschijnlijk ook de komende jaren blijven doen.
Stikstoftoevoer naar kustwateren is afkomstig van puntbronnen (bijv. waterzuiveringsinstallaties, viskwekerijen), niet-punt/diffuse bronnen (bijv. landbouwgronden, grondwaterafvoer), of atmosferisch (bijv. vervluchtigde ammoniak of absorptie van verbrandingsbijproducten).
Na wijzigingen en verbeteringen in programma's voor waterkwaliteitsbeheer, diffuse bronnen van voedingsstoffen zijn de belangrijkste. Behandelingsmethoden die zijn ontworpen om de introductie van nutriënten in kustwateren tot een minimum te beperken, worden veelvuldig toegepast.
Klassieke voorbeelden van dergelijke behandelingsmethoden zijn onder meer beperkingen in het gebruik van meststoffen, aangelegde moerassen, bezinkingsvijvers, vegetatieve oeverbufferzones; en meer recentelijk, systemen van 'precisielandbouw'.
Hoewel er veel vooruitgang is geboekt bij het terugdringen van de nutriëntenstroom naar de kustwateren, de efficiëntie van verdere implementatie neemt snel af en is ook vaak duurder om te implementeren.
Verder, decennia van verrijking heeft een erfenis van verbeterde verrijking van zeebodemsedimenten, die door meerdere processen een persistente bron van voedingsstoffen zal zijn ('interne belasting' genoemd), en kan alleen worden verzacht in het aquatisch milieu.
Mitigatie mosselen
Een innovatief middel om de verrijking van nutriënten in kustwateren te verminderen, is door gebruik te maken van een deel van de kustbiologie:filtratie van tweekleppig water door schelpdieren. Mosselen, oesters, mosselen, en andere tweekleppigen voeden zich door deeltjes uit het water te filteren; fytoplankton is een primaire voedselbron voor deze dieren.
Actieve teelt van tweekleppigen en focus op herstel van tweekleppige riffen hebben de filtratie-impact aangetoond die deze populaties kunnen vertonen. Standaard mosselkwekerijen kunnen honderdduizenden kubieke meters per uur filteren. Fytoplankton en organisch materiaal worden geassimileerd in het mossellichaam of geïmmobiliseerd in de sedimenten, het vangen van een aanzienlijk deel van de voedingsstoffen in verrijkte wateren.
Er is veel werk verzet om de 'ecosysteemdiensten' te analyseren die de afgelopen decennia door tweekleppigen zijn geleverd door talloze onderzoekers, voornamelijk in de VS en Noord-Europa. Meer dan een decennium van conceptualisering en onderzoek bij het Danish Shellfish Centre (DSC) - een sectie binnen DTU Aqua, Technische Universiteit van Denemarken – heeft zich gericht op het gebruik van tweekleppige filtratie in actieve teelt als een intensief mechanisme om de omvang van eutrofe omstandigheden in de westelijke Baltische wateren te verminderen; 'Mitigatie mosselcultuur' genoemd.
Door de mosselen te oogsten, de voedingsstoffen die eerst door fytoplankton worden geconsumeerd en vervolgens worden omgezet in mosselbiomassa, worden uit het ecosysteem verwijderd. Gebruik makend van teelttechnieken die zijn aangepast aan de conventionele mosselaquacultuurindustrie, hoge dichtheden mosselen kunnen worden gekweekt in gerichte regio's, met het potentieel om meerdere tonnen nutriënten uit kustwateren per oogst te verwijderen (Petersen et al, 2019).
Deze modus dient ook als een middel om grote aantallen mossellarven te gebruiken, die normaal gesproken als zoöplankton worden geconsumeerd of niet bezinken. Terwijl aquacultuurmosselen (die op borden verschijnen) deze service ook bieden, 'mitigatiemosselen' worden doorgaans geoogst met minimale manipulatie en in een kortere groeiperiode om de kosten te verlagen en het extractiepotentieel van voedingsstoffen te maximaliseren - ze zijn meestal aanzienlijk kleiner dan de mosselen die op de markt of in restaurants te vinden zijn.
Als een nutriëntenbeperkende maatregel, beperking van de mosselkweek is opgenomen in de plannen voor toekomstige inspanningen om een goede ecologische toestand in de Deense kustwateren te bereiken. In Denemarken, een voorgesteld doel is om 100 te oogsten, 000 ton mitigatiemosselen per jaar, wat resulteert in het verwijderen van 1-2, 000 ton stikstof, overeenkomend met 8-15 procent [JKP1] van de nationale reductievraag in Denemarken.
Mitigatie van mosselmaaltijden:verloren voedingsstoffen teruggeven
Hoe passen aquafeeds en andere vormen van aquacultuur in deze vergelijking? Het concept van het integreren van filtervoedende organismen, zoals mosselen, in de productie van hogere trofische soorten is door velen gepopulariseerd, vaak 'geïntegreerde multitrofische aquacultuur' of beter gezegd gewoon 'multitrofische aquacultuur' genoemd.
Als een bron van voedingsstoffen, echter, in de meeste landen draagt dit een verwaarloosbare hoeveelheid nutriënten bij ten opzichte van de grotere terrestrische kustbelasting.
Aangezien mitigatiemosselen doorgaans kleiner en minder uniform van grootte zijn dan die welke voor menselijke consumptie worden gekweekt, de productie van voedermaaltijden was de meest aantrekkelijke manier om te gebruiken. De groeiende vraag naar eiwitbronnen voor voeders met uitgebalanceerde aminozuurprofielen vereist een uitgebreide generatie en opname van vismeelalternatieven.
Maaltijden gemaakt van blauwe mosselen hebben over het algemeen vergelijkbare aminozuurprofielen als vismaaltijden (Jönsson en Elwinger, 2009), met een totaal ruw eiwitgehalte van 65-71 procent. Concentraties van aminozuren die doorgaans suppletie vereisen in vervangende diëten, zoals methionine en taurine, zijn vergelijkbaar met vismeelprofielen (Árnason et al, 2015).
Mosselweefsels bevatten belangrijke pigmenten en antioxidanten, inclusief mytiloxanthine, een pigment dat uniek is voor schaaldieren, die beter presteert dan astaxanthine bij het opruimen van hydroxyl (Maoka et al., 2016). Verder, volvette mosselmaaltijden bevatten aantrekkelijke proporties van LC-PUFA's zoals DHA, DPA, en EPA (Árnason et al, 2015).
In de diëten van de landbouw, hoge niveaus van inclusie hebben positieve effecten aangetoond op legkippen (Afrose et al, 2016), en verteerbaarheid in varkensvoer (Nørgaard et al, 2015).
Een beperkt aantal studies bij vinvissoorten hebben een hoge verteerbaarheid aangetoond in Arctische zalmforel (Salvelinus alpinus) en Euraziatische baars (Perca fluvialtilis) (Langeland et al, 2016), evenals verhoogde smakelijkheid in carnivoordiëten met een hoge plantinclusie (Nagel et al, 2014). interessant, de biochemische samenstelling van mosselweefsel kan worden beïnvloed door de lokale groeiomstandigheden, vanwege verschillende bestanddelen van de fytoplanktongemeenschap (Pleissner et al, 2012), evenals reproductieve toestand; omdat de glycogeenconcentraties en carotenoïdepigmenten toenemen vlak voor het uitzetten.
Het bepalen van differentiële samenstellingspatronen in de toekomst kan kansen bieden voor gespecificeerde maaltijden; echter, dit vereist nader onderzoek, op voorwaarde dat grootschalige productie van maaltijden waarschijnlijk materiaal van meerdere locaties en tijdstippen zal mengen.
Mosselen, in de mitigatiecultuur, vormen daarom een aantrekkelijke bron van eiwitten omdat ze fytoplankton assimileren dat al overvloedig aanwezig is in het milieu (nul beheerde voerinvoer) terwijl ze positieve ecologische feedback geven. Dergelijke terugkoppelingen (ecosysteemdiensten) in andere mitigatiemechanismen worden grotendeels gecompenseerd door directe financiële steun of kostencompensatieregelingen. In essentie, het recyclen van 'verloren' voedingsstoffen terug in het voedselsysteem en het verbeteren van de lokale omgeving onderweg.
Hoe dan ook, zoals elk goed verhaal, er zijn uitdagingen in het verschiet. Uitgebreide productie van mitigatiemosselen vereist optimalisatie van nutriëntenextractie binnen beperkte ruimte die ook conflicten met ander gebruik van kustwateren en gevestigde belangen in het zeegezicht minimaliseert.
De natuurlijke omgeving kan ook een belemmering vormen voor expansie:of hydrodynamische omstandigheden geschikt zijn, natuurlijke mosselzetting is voldoende, en roofdierdruk (dwz eidereenden) zijn beheersbaar. In beleidskringen van lokaal tot regionaal, bepalen hoe en waar voedingsstoffen moeten worden beheerd, wordt gekleurd door een grote verscheidenheid aan perspectieven.
Aangezien dit mechanisme gericht is op het verminderen van nutriënten die zich al in het mariene milieu bevinden, matigende mosselcultuur is bedoeld als aanvulling op bestaande programma's voor nutriëntenbeheer, en dit concept is een voortdurend punt van discussie.
als laatste, en die essentieel is voor de economische levensvatbaarheid, verwerking van mosselmeel en stroomlijning van de productie vragen om verdere innovatie. Verwerkingsuitdagingen bij het transformeren van mitigatiemosselen in een maaltijd zijn geworteld in de scheiding met hoge doorvoer van de schaal van het weefsel vóór de daaropvolgende maaltijdproductie.
Conventionele stoom- en trilscheidingsmethoden zijn relatief duur, terwijl alternatieve methoden van 'persen' of andere vormen van scheiding zonder voorafgaande uitsluiting van de schaal over het algemeen resulteren in maaltijden met een hoog asgehalte van achtergebleven schaaldelen.
Huidig onderzoek
Onlangs, twee projecten beheerd door DSC werden gefinancierd om optimalisatietechnieken te evalueren voor het maximaliseren van de extractie van nutriënten in mitigatie-eenheden en het documenteren van hun ecologische effecten.
Het BONUS OPTIMUS-project heeft een onderzoeksconsortium uit vier landen en negen partners bijeengebracht voor de ontwikkeling van mitigatiecultuur in de westelijke Oostzee voor de daaropvolgende productie van mosselmeel als alternatief voor vismeel.
Voerproeven uitgevoerd in OPTIMUS omvatten vervanging in zalmachtige diëten. Het nationaal gefinancierde project, MuMiPro, brengt 15 partners samen die optimale teelttechnieken in eutrofe Deense wateren evalueren voor grootschalige productie van biologisch mosselmeel.
De ambitie van beide projecten is om middelen te demonstreren om mitigatiemosselen te produceren die hun positieve ecologische voetafdruk maximaliseren tegen een economisch haalbare snelheid. Dit omvat onder meer de verdere ontwikkeling van de verwerking van mosselmeel voor diervoeders, en uiteindelijk de snelgroeiende markt voor aquafeed.
Het testen en optimaliseren van alternatieve verwerkingstechnieken wordt momenteel onderzocht in het MuMiPro-project. De combinatie vinden van het behouden van een goed voedingsprofiel en het minimaliseren van verwerkingskosten, net als alle andere ingrediënten voor aquafeed, is een voortdurend evoluerend proces.
De gecombineerde doelstellingen van deze twee projecten zijn het stimuleren van de ontwikkeling van een mitigerende mosselcultuur als hulpmiddel voor het verminderen van nutriënten en verwerkingstechnieken voor een hoogwaardige maaltijd.
