Nutrient (C, N and P) budgets of Hediste diversicolor (OF Müller, 1776) fed salmon smolt sludge

Abstract

Norge er verdens største produsent av atlantisk laks (Salmo salar), med en årlig produksjon på omtrent 1.3 millioner tonn. Med matproduksjon på denne skalaen oppstår det store mengder med næringsforurensning i form av overforing og avføring. Da dette kan ha skadelige innvirkninger på akvatiske miljøer, er det et miljømessig og økonomisk insentiv for resirkulering av disse næringsstoffene til verdifulle produkter. En foreslått løsning er integrert flertrofisk akvakultur (IMTA), hvor organismer fra lavere trofiske nivåer kultiveres med avfall fra hovedproduksjonen som fôrkilde. Den nereide børstemarken Hediste diversicolor utnytter slam fra lakseoppdrett som en fôrkilde, og er derfor en lovende kandidat for dette formålet.

Denne oppgaven hadde som mål å undersøke bioremedieringspotensialet til H. diversicolor fôret på slam fra laksesmolt, ved å etablere individuelle næringsbudsjetter for de tre næringsstoffene karbon (C), nitrogen (N) og fosfor (P). Dette var basert på et foringsforsøk med søkelys på spiseaktivitet, næringsopptak, avføring og metabolisme på to ulike fôrnivåer, 5 og 40% av markens totale nitrogeninnhold. Oksygenkonsumet til børstemarken ble målt for å undersøke innvirkningen av fôrkonsentrasjon og foringsstatus på respirasjonsraten.

Børstemarkene inntok en større mengde næring ved det høye fôringsnivået. Inntaksraten sank derimot med økende fôrtilgjengelighet, med 64 ± 20 og 22 ± 12% inntak av fôret i henholdsvis det lave og høye fôrnivået. En signifikant høyere opptaksrate ble observert i det høye fôrnivået (72-85%) enn i det lave (50-78%) for alle tre næringsstoffene, hvor opptaket var mest effektivt av N, og lavest av P. For det lave fôrnivået ble det funnet en signifikant forskjell mellom alle tre næringsstoffene, men ingen forskjell ble observert i det høye. Grunnet den lave inntaksraten var opptaket av den totale mengden næring tilsatt observert å være mye lavere. Det totale opptaket var høyere i det lave fôrnivået (28-53%) enn i det høye (16-21%). Den største produksjonen av avføringen ble observert i det lave nivået for P med 40% av den inntatte næringen. For prosent avføring produsert var det høyere produksjon i det lave fôrnivået enn det høye for alle tre næringsstoffene, hvor kun P hadde en signifikant forskjell. Respirasjonsraten til børstemarken var ikke forskjellig mellom de to fôrnivåene eller fôringsstatusene. En rate på -0.04 µmol O2 mgTV-1 t-1 ble funnet, som ble omregnet til en CO2-produksjon på 0.84 µg CO2 mgTV-1 t-1.

Det konkluderes med at Hediste diversicolor kan benytte seg av slam fra laksesmolt som sin eneste fôrkilde. Børstemarken tar effektivt opp næringsstoffer den har spist, med den laveste opptaksraten observert i P og den høyeste i N. Opptaksevnen til børstemarken er derimot sterkt begrenset av inntaksraten, spesielt ved høyere fôrnivåer. Dermed har H. diversicolor potensialet til å resirkulere akvakulturslam, og er en lovende kandidat for IMTA-applikasjoner i fremtiden.

Nøkkelord: Hediste diversicolor, børstemark, bioremediering, akvakulturslam, IMTA, næringsbudsjett

Norway is the largest producer of Atlantic salmon (Salmo salar) in the world, with a yearly production of approximately 1.3 million tons. With aquaculture of this scale, a large amount of nutrient pollution occurs in the form of spilled feed and excreted nutrients. As this can have adverse effects on aquatic systems, there is an environmental and economic incentive for recycling said nutrients into valuable products. One proposed solution is integrated multi-trophic aquaculture (IMTA), where lower trophic level organisms are cultivated using the waste products of the main species as feed. The Nereid polychaete Hediste diversicolor has been shown to utilize aquaculture sludge as a feed source and is therefore a novel candidate for this purpose.

This thesis aimed to investigate the bioremediation potential of H. diversicolor fed salmon smolt sludge, by establishing an individual nutrient budget containing the three macronutrients carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P). This was based on a feeding experiment that investigated the feeding activity, nutrient assimilation, feces production and metabolism at two feeding levels, namely 5% and 40% of the polychaetes total N content. The oxygen consumption of the polychaetes were measured to observe the impact of feed concentration and feeding state on the respiratory rate.

The polychaetes ingested a larger amount of feed in the high feeding level. However, the ingestion rate decreased with an increasing feed availability, with 64 ± 20% and 22 ± 12% of the feed added being ingested for the low and high feeding treatment, respectively. A significantly higher assimilation rate was seen in the high feeding treatment (72-85%) than in the low (50-80%) for all three macronutrients, with N being the most efficiently assimilated and P being the least. For the low feeding treatment, significantly different assimilation rates were seen for all three nutrients, but no difference was found in the high. Due to the low ingestion rate, the assimilation of the total amount of nutrients added was found to be much lower. The total assimilation was higher in the low treatment (28-53%) than in the high (16-21%). The largest feces production was seen in the low treatment for P with 40% of the ingested nutrients. Only P showed a significant difference between the low and high treatment when investigating percentage feces production, but a similar trend was also seen in C and N. The respiratory rate of the polychaete did not differ between the two feeding levels, nor the feeding state of the polychaetes. A rate of -0.04 µmol O2 mgDW-1 h-1 was established, giving a CO2-production of 0.84 µg CO2 mgDW-1 h-1.

It is concluded that Hediste diversicolor utilizes salmon smolt sludge as a feed source. The polychaetes efficiently assimilates ingested nutrients, with the lowest ability for assimilation found in P and the highest in N. However, the assimilation ability of the polychaete is strongly limited by its low ingestion rate at higher feeding levels. Thus, H. diversicolor has the potential of recycling nutrient from aquaculture sludge, making it a novel candidate for IMTA-applications in the future.

Keywords: Hediste diversicolor, polychaete, bioremediation, aquaculture sludge, IMTA, nutrient budgets