vind Korsøen
Hvorfor måle oksygen i
laksemerder?
Mette Remen,
Post-doc ved Havforskningsinstituttet
AKVAgroup Bryne , 23.06.15
Bakgrunn
• 2003-2007: Kartlegging av merdmiljø
• Tommelfingerregel: > 6-7 mg/l for god
vekst
– Tilsvarer ~60-90 %O2 ved 6-18 °C
• Oksygenmålinger viste perioder med
langt lavere verdier
Algeoppblomstringer
Oltesvik, 6 dager i oktober, 14 °C. Natt: O2=55-90%, Dag: O2=80-110% O2
Fig. fra Crampton m.fl. (2003) EWOS Perspective UK edition, No. 2
”Strømstille” når tidevannet snur
Dybde (m)
Masfjorden, oktober, 13-17 °C: 55-90 % O2
5
10
72 timer
Fig.: Johansson et al. 2006
Noen lokaliteter er verre enn andre..
Begroing
• Problem med tanke på oksygentilførsel?
Foto: Jana Guenther, SINTEF
Årstidsvariasjoner
• Lavest O2 i høstperioden- høy temperatur og biomasse
Temperatur
Oksygenmetning
Hordaland, 2008-2009 (Stien og Kristiansen 2010/ Oppedal et al. 2011, modifisert)
O
O
Problemstillinger
• Hvor mye oksygen trenger laks?
– For maksimalt fôrinntak og effektiv utnyttelse?
– For å unngå stress/ dødelighet?
• Hvilke faktorer påvirker kravet til løst O2?
• Tilpasses lave O2-nivå?
Foto: Tom Haga, © Norwegian Seafood Council
Hvorfor trenger laksen oksygen?
Oksygen forbrukes når energi skal frigjøres:
ATP
Lagret energi
Tilgjengelig energi
(adenosin trifosfat: ATP)
(Fett, proteiner og karbohydrater)
-energidonor
Oksygen (O2)
Karbondioksid (CO2)
Vann (H2O)
6 O2
F.eks
Respirasjon
Sirkulasjon
Ioneregulering
Bevegelse
Vekst
Nedbrytning uten oksygen
• Anaerob nedbrytning (uten oksygen) er lite effektiv:
ATP
Lagret energi
ATP
Tilgjengelig energi
(Fett, proteiner og karbohydrater)
Oksygen (O2)
Laktat (melkesyre)
Protoner (pH ↓)
• Lite ATP dannes
• Laktat/H+ hopes opp i blod og vev
• Energilagre forbrukes raskt
• Overlevelsen er truet
Oksygenbehov
• Hypoksi = for lite oksygen til å dekke behovet
• Oksygenbehovet varierer!
OKSYGENBEHOV
Maksimum: Høy temperatur, fôret fisk, høy svømmehastighet
Sulting
Laks i oppdrett
Håndtering (stress)
Etter fôring
Minimum: Lav temperatur, sultet fisk som ikke svømmer
Respons ved hypoksi
1) Opprettholde oksygenopptaksrate
• Øke gjelleventilering og kapasitet for oksygentransport
2) Redusere annen aktivitet
• Fôrinntak, fordøyelse, vekst
3) Iverksette ”krisetiltak”
• Anaerob metabolisme, stressrespons, flukt
Hypoksi alvorlighetsgrad og grenseverdier
←Oksygennivå→
Ingen effekt
NORMOKSI
Grenseverdi for maks.
fôrinntak, DOmaxFI
Redusert fôrinntak og vekst
Fordøyelse tar lengre tid
MODERAT
HYPOKSI
Kritisk oksygenmetning, DOkrit
Stressrespons
Anaerob metabolisme
Overlevelse er truet
ALVORLIG
HYPOKSI
(DO= dissolved oxygen)
Forsøk I-II
• Finne DOmaxFI og DOkrit ved ”vanlig”
høsttemperatur (16 °C)
• Evne til å tilpasse seg?
• Kompenserer i gode perioder?
• Effekt av hypoksi på fordøyelse?
Foto: Jana Guenther, SINTEF
Forsøk I: Oppsett
”Tidevannstille”
100
% O2
80
90:90
90:70
90:60
90:50
90:40
60
40
20
0
00:00
04:00
08:00
12:00
16:00
20:00
24:00
00:00
Time (hr)
• Postsmolt, 250-350 g
• 16 °C, 21 dager
• 4 × 2 t med lav O2 per dag (40-70%)
• Effekt av oksygennivå på fôropptak og stressnivå
• Tilvenning over tid?
100
Fôrinntak i hypoksi
% O2
80
60
40
20
0
00:00
04:00
08:00
12:00
16:00
20:00
Time (hr)
• DOmaxFI = ca 70% O2
• Gradvis reduksjon i appetitt ved O2 under 70%
• Ingen tilpasning; negativ effekt vedvarer
Remen et al. (2012) Aquaculture 326-329, 148-155
100
Fôrinntak i normoksi
% O2
80
60
40
20
0
00:00
04:00
08:00
12:00
16:00
20:00
Time (hr)
Tegn til tilpasning/kompensering etter 1 uke:
Tar igjen noe av det tapte fôrinntaket når O2-nivå er høyt
Remen et al. (2012) Aquaculture 326-329, 148-155
Blodprøver
DOkrit ≈ 60% O2
• Stressrespons ved O2 < 60%: Laktat og
kortisol-mengde i blod øker
Tegn til hypoksitilpasning:
• Nedregulerer stressrespons (kortisol↓)
• Gir økt appetitt?
Dag nr
Forsøk II: Effekt på fordøyelse
Oxygen saturation (%)
”Tidevannsstille”
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
00:00
80:80
80:70
80:60
80:50
04:00
08:00
12:00
16:00
20:00
00:00
Time of day
• Postsmolt, 0.4-1 kg
• 16 °C, 2 mnd
• 4 × 2 t med lav O2 per dag (50-80%)
• Målte bl.a. fôrinntak og fordøyelighet
Fôrinntak
• 60 og 50% O2 i hypoksiperioder: 6 og 13% reduksjon i FI
a
a
b
b
b
a
b
Daily feed intake (% of biomass)
1.4
1.2
a
a
a
1.0
a b
b
b
a
c
b
c
a
b
b
80:80
0.8
a
c
c
80:70
0.6
80:60
0.4
80:50
0.2
0.0
1-34
35-69
Day number
1-34
1-69
35-69
Day number
1-69
• Men bedre enn å fôre under hypoksi (også):
– Forsøk I: 9 og 33% i 90:60 og 90:50-grupper
Remen et al. (2012) Aquaculture Research, 1–12
Fôrutnyttelse
(T.S. Aas, NOFIMA)
• Ingen negativ effekt på fordøyelighet
• Men: lavere fett/energi-innhold ved slutt
• Mulig nedbremsing av fordøyelse
- Funnet hos regnbueørret/torsk
Remen et al. (2012) Aquaculture Research, 1–12
Forsøk III-VI:
Effekt av temperatur og
fiskestørrelse på grenseverdier
• Vi har funnet grenseverdier for post-smolt ved 16 °C
• Velkjent at oksygenopptak øker med temperaturen og
minker med størrelsen
– Vil grenseverdiene også endres?
Forsøk III:
- Effekt av temperatur på den kritske oksygenmetningen: DOkrit
(DO= dissolved oxygen)
18 °C
Temperatur
20
15
12 °C
10
6 °C
5
0
0
5
10
15
Dag nummer
20
25
Postsmolt, 300-500 g, 4 stk 500 L kar
30
A
3.0
B
R2 = 0.94
2.0
2.0
1.5
LOC 95% Conf. int.
1.0
Vf = 0.00
0.5
R
Vf max
2.5
Vf (beats s-1 )
MO2 (mg kg -1 min-1 )
Oksygenforbruksrate
Måling av DOkrit
1.5
Vf norm
1.0
0.5
0.5
Kritisk oksygenmetning
LOC
LOCVf
0.0
0.0
0
1
2
3
4
5
6
DO (mg L-1 )
7
8
9
0
1
2
3
4 5 6
DO (mg L-
Åpen respirometri i karet. Fôret fisk, ikke håndtert
Kritisk oksygenmenintg (%)
Oksygenforbruksrate (mg/kg/min)
Resultat
5
4
3
2
1
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0
5
10
15
Temperatur (°C)
20
0
5
10
15
Temperatur (°C)
20
• Dokrit øker med temperaturen: 28→55% O2 (6-18 °C)
• Lavere MO2 enn tidligere målt hos post-smolt
• Mulig at DOkrit er noe underestimert?
Forsøk IV: DOkrit for større laks
• Lavere DOkrit?
• ~ 4 kg laks
• DOkrit målt ved 8, 13 og 18 °C
Resultat
70
post-smolt < 1 kg
post-smolt < 1 kg
voksen laks 4 kg
60
voksen laks 4 kg
Kritisk oksygenmetning (%)
Oksygenforbruk (mg kg -1 min-1 )
5
4
3
2
1
50
40
30
20
10
0
0
0
5
10
Temperatur
15
20
0
5
• Stor laks har lavere MO2 enn postsmolt
• MEN: Samme DOkrit
10
Temperatur
15
20
Forsøk V:
Øker grenseverdi for maksimalt fôrinntak
også med temperaturen?
140
120
O2 (%)
100
80
DOFI max?
60
DOkrit
40
20
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Temperature (°C)
• Post-smolt (305-470 g)
• 7, 11, 15 og 19 °C, 4 kar per gruppe
• 7 ulike oksygennivå per temperatur (32 til122%)
Forsøksoppsett
140
120
O2 (% metning)
100
19 °C
80
15 °C
60
11 °C
7 °C
40
20
0
-2
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44
Dagnr
• 2 dager ved hvert oksygennivå
• Fôrinntak målt 2 ganger daglig
Bestemme DOFI max
Daglig fôrinntak (% av biomasse)
• Fôrinntaksdata til knekkpunktsanalyse i R
1.3
1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
DOFI max
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130
O2 (%)
Effekt på fôrinntak
Daglig fôrinntak (% av biomasse)
1.2
1.0
0.8
19 °C
15 °C
0.6
11 °C
7 °C
0.4
0.2
0.0
0
10
20
30
40
50
60
70
O2 (%)
80
90 100 110 120 130
DOFI max
• Klar temperatureffekt
90
80
a
DOFI max (% O2)
70
a
b
60
50
42-76% O2 eller
4.2-5.4 mg/l
bc
40
30
20
10
0
0
3
6
9
12
15
Temperatur (°C)
18
21
Hvor mye oksygen trenger laks?
• Krav til oksygennivå øker med temperaturen:
– DOmaxFI = 42-76% O2 ved 7-19 °C
– DOkrit
= 30-55% O2 ved 6-18 °C
Foto: Jana Guenther, SINTEF
Algeoppblomstringer
Oltesvik, 6 dager i oktober, 14 °C. Natt: O2=55-90%, Dag: O2=80-110% O2
Fig. fra Crampton m.fl. (2003) EWOS Perspective UK edition, No. 2
”Strømstille” når tidevannet snur
Dybde (m)
Masfjorden, oktober, 13-17 °C: 55-90 % O2
5
10
72 timer
Fig.: Johansson et al. 2006
Noen lokaliteter er verre enn andre..
Årstidsvariasjoner
• Lavest O2 i høstperioden- høy temperatur og biomasse
Temperatur
Oksygenmetning
Hordaland, 2008-2009 (Stien og Kristiansen 2010/ Oppedal et al. 2011, modifisert)
Målt oksygen fremstilt i AOS
”Hypoxia grade”
4
3
2
1
-1
-2
-3
-4
DOmaxFI
DOkrit
Takk til:
Frode Oppedal (HI)
Thomas Torgersen (HI)
Tone Vågseth (HI)
Albert Imsland (AkvaplanNIVA)
Turid Synnøve Aas (NOFIMA)
Florian Sambraus (HI)
Grethe Thorsheim (HI)
Rolf Erik Olsen (HI)
Michael Sievers (Melbourne University)
Tom J. Hansen (HI)
Per Gunnar Fjelldal (HI)
Foto: Jana Günther, SINTEF
..og
takk for oppmerksomheten!