Prosjektnummer
901735
Mikrobiota assosiert med atlantisk laks i overgangen fra ferskvann til sjøvann i RAS: Effekt av høy/lav partikkelbelastning og konsekvenser for fiskevelferd og -helse (MikroRAS)
Ny kunnskap om sammenhengen mellom mikrobiomer i laks og produksjonsmiljø, fiskehelse, biofilterfunksjon og vannkvalitet gjennom smoltifisering og postsmoltfasen i RAS
• Partikkelnivåer som er vanlig å finne i kommersielle RAS kan medføre negative effekter på fiskens prestasjon og kan forsinke smoltifisering. Kompensatorisk vekst i sjøfasen, indikerer at nivåene/forholdene som ble testet, er innenfor fiskens rom for tilpasning og kompensasjon, men dette koster energi. Histologiske undersøkelser viste ingen uttalte negative effekter på gjeller og skinnhelse. Imidlertid, økte genuttrykk av inflammasjonsmarkører hos fisk utsatt for høy partikkelbelastning både i gjelle og skinn, særlig i slutten av RAS fasen. Dette kan være et tidlig tegne på at mer inngående skadelige helseeffekter er under utvikling.
• Nivåer av suspendert stoff rundt 7 mg/l i RAS førte til betydelig redusert sikt i vannet og redusert nitrifikasjon. Det var økt forekomst av heterotrofe bakterier i vann og biofilter i overgangen til brakkvann, noe som både kan utkonkurrere de nitrifiserende bakteriene og ha negative effekter på fiskens helse.
• Fiskeprøvene resulterte i sekvenseringsdata av dårlig kvalitet, både når det gjelder amplikonsekvensering av markørgenet 16S rRNA (for karakterisering av sammensetning av samfunn) og metagenomsekvensering (for kartlegging av de funksjonelle genene). Dette skyldes antakelig en stor andel fiskevev i prøvene.
• Lav partikkelbelastning kan også medføre en rekke praktiske fordeler, som enklere rengjøring og lettere observasjon av fisken, samt bedre effekt av vannbehandlingen (utlufting av CO2, desinfeksjon, nitrifikasjon m.m.) og redusert risiko for bakteriell produksjon av uønskede metabolitter (f.eks. H2S og geosmin).
Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige sluttrapport
Resultatene fra MikroRAS viste flere utfordringer ved forhøyet partikkelbelastning, men også en rekke praktiske fordeler ved lav partikkelbelastning.
Forhøyet partikkelnivå, som er vanlig å finne i kommersielle RAS, påvirket fiskens prestasjon i RAS negativt, sannsynligvis gjennom metabolske effekter. Etter overføring til sjøvann med gode forhold, ble det observert kompensatorisk vekst hos fisk utsatt for høy TSS (totalt suspenderte faste stoffer) i RAS, og det tok 3 måneder før forskjellene var utjevnet.
Resultatene viser også at forhøyet TSS kan forsinke smoltifiseringen, og dermed er det særlig viktig å unngå økt belastning og svingninger i TSS i denne fase. Den forhøyede partikkelbelastningen førte også til betydelig redusert sikt i vannet, redusert nitrifikasjon og økt forekomst av heterotrofe bakterier som både kan utkonkurrere de nitrifiserende bakteriene og ha negative effekter på fiskens helse. Lav partikkelbelastning kan dermed medføre en rekke praktiske fordeler, som lettere observasjon av fisken, mindre behov for rengjøring og generelt bedre tid til å sikre god biologisk produksjon.
Resultatene fra MikroRAS viste flere utfordringer ved forhøyet partikkelbelastning, men også en rekke praktiske fordeler ved lav partikkelbelastning.
Forhøyet partikkelnivå, som er vanlig å finne i kommersielle RAS, påvirket fiskens prestasjon i RAS negativt, sannsynligvis gjennom metabolske effekter. Etter overføring til sjøvann med gode forhold, ble det observert kompensatorisk vekst hos fisk utsatt for høy TSS (totalt suspenderte faste stoffer) i RAS, og det tok 3 måneder før forskjellene var utjevnet.
Resultatene viser også at forhøyet TSS kan forsinke smoltifiseringen, og dermed er det særlig viktig å unngå økt belastning og svingninger i TSS i denne fase. Den forhøyede partikkelbelastningen førte også til betydelig redusert sikt i vannet, redusert nitrifikasjon og økt forekomst av heterotrofe bakterier som både kan utkonkurrere de nitrifiserende bakteriene og ha negative effekter på fiskens helse. Lav partikkelbelastning kan dermed medføre en rekke praktiske fordeler, som lettere observasjon av fisken, mindre behov for rengjøring og generelt bedre tid til å sikre god biologisk produksjon.
FHF mener at prosjektet har vist at selv moderat forhøyet partikkelbelastning (her illustrert med TSS) kan påvirke fiskens prestasjon og smoltifisering negativt i et RAS-anlegg. De har også vist at et TSS nivå på 7mg/l i RAS førte til redusert nitrifikasjon. Disse funnene vil kunne brukes av beslutningstakere i RAS-anlegg til å beregne kost-nytte av investeringer av teknologi som kan redusere TSS i anlegget. Dette er tiltak som basert på resultatene i dette prosjektet vil kunne bedre fiskens prestasjon, oppnå mer synkron smoltifisering og forbedret nitrifikasjon. Videre viste ikke forsøket gjennomført i prosjektet at TSS nivå på 7mg/l hadde noen effekt på gjelle- eller skinnhelsen til fisken.
-
Master thesis: Comparative Assessment of Water Quality and Biofilter Performance in Recirculating Aquaculture Systems (RAS) Exposed to High and Low Particle Loading
University of Bergen. Master of Science in Aquaculture. June 2023. By Ludvik Wolfgang Forbord Fiksdal.
-
Master thesis: The effect of high and low particle load on smoltification of Atlantic Salmon (Salmo salar) in RAS
University of Bergen. Master of Science in Aquaculture. June 2023. By Leif Refsnes Bø.
-
Master thesis: The effect of organic load on the rearing water and biofilter biofilm microbiota across the freshwater and brackish water phases in RAS with Atlantic salmon (Salmo salar)
Norwegian University of Science and Technology. Graduate thesis in Chemical engineering and biotechnology. June 2023. By Stian Ringbakken Stenhaug.
-
Populærformidling: Er lav partikkelbelastning i RAS fordelaktig?
Artikkel i LandbasedAQ, nr. 4-2023. Av Ole-Kristian Hess-Erga, Paulo M. Fernandes, Sara Calabrese, Simen Fredriksen, Håkon Dahle, Mark Powell, Irene Roalkvam, Melanie Andrews, Paula Rojas-Tirado, Endre Steigum, Ludvik Wolfgang Forbord Fiksdal, Leif Refsnes Bø, Stian Ringbakken Stenhaug og Ingrid Bakke.
-
Sluttrapport: Mikrobiota assosiert med atlantisk laks i overgangen fra ferskvann til sjøvann i RAS: effekt av høy/lav partikkelbelasting og konsekvenser for fiskevelferd og -helse
NIVA (Norsk institutt for vannforskning). Rapport 8074-20. 25. mars 2025. Ole-Kristian Hess-Erga (NIVA), Sara Calabrese (NIVA), Paulo M. Fernandes (NIVA), Endre Steigum (NIVA), Paula Rojas-Tirado (NIVA), Ingrid Bakke (NTNU – Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU)), Simen Fredriksen (NTNU), Stian Ringbakken Stenhaug (NTNU), Håkon Dale (Universitetet i Bergen (UiB)), Ludvik Wolfgang Forbord Fiksdal (UiB), Leif Refsnes Bø (UiB), Melanie Andrews (Marineholmen RASLab), Irene Roalkvam (Marineholmen RASLab) og Mark Powell (Marineholmen RASLab).
Bruk av resirkulerende akvakultursystemer (RAS) til produksjon av fisk er økende i Norge og globalt. I takt med utviklingen har laksenæringen i stor grad erstattet tradisjonelle gjennomstrømmingsanlegg med RAS, både for produksjon av settefisk og matfisk på land. Med resirkulering av vannet er vannrensing nødvendig for å fjerne avfallsprodukter som organisk materiale fra fôr og feces, ammonium og CO2. Toksisk ammonium omdannes til nitrat ved hjelp av nitrifiserende bakterier i biofiltre. Disse er del av komplekse biofilmsamfunn som påvirkes av driften av RAS-anlegget. For eksempel kan økt organisk belastning medføre utfordringer knyttet til oppvekst av heterotrofe bakterier i biofilmen. I tillegg finnes det mikrobiomer oppløst i vannet og i biofilm på kar- og rørvegger, samt i fiskens slimhinner. Mikrobiomene formes av de fysiske og kjemiske omgivelsene, men påvirker samtidig den kjemiske vannkvaliteten og fiskens helse. Et RAS-anlegg kan derfor betraktes som et komplekst mikrobielt økosystem, men hvordan disse mikrobiomene interagerer med hverandre er dårlig forstått.
Næringens produksjon av større laksesmolt skyldes behovet for utsett i sjø til ulike tider på året og kortere produksjonstid i sjø. Dette kan også gi nye utfordringer f.eks. knyttet til smoltifisering. De komplekse fysiologiske og anatomiske endringene som oppstår under smoltifisering og tilpasningen til det marine miljøet er energikrevende prosesser, noe som blant annet gjør postsmolt mer følsom for stressfaktorer. Det er ikke kjent hvordan laksens mikrobiomer endrer seg gjennom smoltifiseringen og ved overføring til vann med økt salinitet. Det er vist at både tarm- og skinn-mikrobiota endrer seg hos laks etter utsetting i sjø, men hvilken betydning dette eventuelt har for fiskens slimhinnehelse er ikke kjent. Ifølge teorier innen mikrobiell økologi kan plutselige endringer (suksesjoner) øke sannsynligheten for oppblomstring av opportunistiske og patogene bakterier, men om laksens mikrobiomer er involvert i sykdom etter overføring til sjø er ikke kjent.
Økt forståelse av sammenhengen mellom vannkvalitet, laksens mikrobiom og dens velferd/helse i smolt/storsmolt-RAS og påfølgende påvekst, vil kunne føre til optimaliserte driftsbetingelser og dermed vesentlige kostnadsbesparelser i form av bedre produksjon, lavere dødelighet, og mindre sykdom for enkeltoppdrettere og for næringen som helhet, og i vesentlig grad bidra til utviklingen av RAS som en bærekraftig produksjonsform.
Hovedmål
Å fremskaffe økt kunnskap om sammenhengen mellom mikrobiomer i laks og produksjonsmiljø, fiskehelse, biofilterfunksjon og vannkvalitet gjennom smoltifisering og postsmoltfasen ved ulike partikkelbelastninger i RAS, samt effekter ved overførsel til sjø, og bruke denne kunnskapen for å optimalisere drift av RAS i disse fasene.
Delmål
1. Å karakterisere effekten av smoltifisering og økende salinitet på laksens feces-, skinn- og gjellemikrobiomer ved høy og lav partikkelbelastning.
2. Å karakterisere hvordan partikkelbelastning i RAS før, under og etter smoltifisering påvirker laksens mikrobiomer, mukosale helse, velferd og prestasjon også etter den første tiden i sjøen.
3. Å karakterisere effekten av partikkelbelastning og endret salinitet; før, under og etter smoltifisering på fysiokjemisk- og mikrobiologisk vannkvalitet, nitrifikasjon og biofilm- og partikkel-assosiert mikrobiota.
4. Å integrere resultatene fra delmål 1–3 for å kunne å illustrere sammenhenger og gi råd om hvordan kunnskapen kan bidra til produksjon av en mer robust fisk som presterer bedre i sjøfasen.
Å fremskaffe økt kunnskap om sammenhengen mellom mikrobiomer i laks og produksjonsmiljø, fiskehelse, biofilterfunksjon og vannkvalitet gjennom smoltifisering og postsmoltfasen ved ulike partikkelbelastninger i RAS, samt effekter ved overførsel til sjø, og bruke denne kunnskapen for å optimalisere drift av RAS i disse fasene.
Delmål
1. Å karakterisere effekten av smoltifisering og økende salinitet på laksens feces-, skinn- og gjellemikrobiomer ved høy og lav partikkelbelastning.
2. Å karakterisere hvordan partikkelbelastning i RAS før, under og etter smoltifisering påvirker laksens mikrobiomer, mukosale helse, velferd og prestasjon også etter den første tiden i sjøen.
3. Å karakterisere effekten av partikkelbelastning og endret salinitet; før, under og etter smoltifisering på fysiokjemisk- og mikrobiologisk vannkvalitet, nitrifikasjon og biofilm- og partikkel-assosiert mikrobiota.
4. Å integrere resultatene fra delmål 1–3 for å kunne å illustrere sammenhenger og gi råd om hvordan kunnskapen kan bidra til produksjon av en mer robust fisk som presterer bedre i sjøfasen.
Produksjon av laks i RAS og fordeler i senere livsfaser har ført til stor utbredelse, men det er også avdekket en rekke kunnskapshull og utfordringer. Kunnskap om mikroorganismenes rolle og funksjon i RAS og hvordan disse blir påvirket av vannets saltholdighet og partikkelinnhold, og deretter effekten på fiskens mikrobiota, er spesielt mangelfull. En kartlegging av sammenhengene mellom laksens mikrobiom, fiskehelse/-velferd og vannkvalitet vil kunne avdekke hvilke muligheter som er tilgjengelige for økt prestasjon og overlevelse av laksen. Dette vil gi en kostnadsbesparelse i form av bedre produksjon, lavere dødelighet, og mindre sykdom for enkeltoppdrettere, både i land- og sjøfasen.
Prosjektaktivitetene er organisert i fem arbeidspakker (AP-er) med underliggende aktiviteter, basert på en serie av forsøk i Marineholmen RASLab sine forsøkskar (lav (1–2 mg TSS/l)/høy (12–15 mg TSS/l) partikkelbelastning og overgang fra ferskvann til brakkvann) og deretter en simulert overføring til sjø. TSS er totalt suspenderte faste stoffer.
AP 1: Effekt av smoltifisering og økende salinitet på laksens tarm-, skinn-, og gjellemikrobiomer ved lav og høy partikkelbelastning
Prøver av feces, skinn- og gjelleoverflater gjennom RAS-forsøket og etter overføring til sjø vil sikre informasjon om suksesjonen av mikrobiomer. Sammensetning av mikrobesamfunn kartlegges ved bruk av Illumina-sekvensering for å kartlegge diversitet og funksjonelt potensiale.
AP 2: Laksens velferd og helse før, under og etter smoltifisering ved lav og høy partikkelbelastning i RAS
Helse- og velferdsindikatorer fra et molekylært nivå (f.eks. genuttrykk av stressmarkører) til indikatorer på et gruppe-/karnivå (oksygenforbruk og kortisolnivåer i vann) vil sammen med histopatologiske undersøkelser og produksjonsparameter bli integrert for å få et helhetlig bilde av effekter av partikkelbelastning i RAS under ulike livsstadier.
AP 3: Vannkvalitet, nitrifikasjon og partikkel-assosiert mikrobiota før, under og etter smoltifisering ved lav og høy partikkelbelastning i RAS
Overvåking av vannkvalitet gjennom RAS-forsøket og etter overføring til sjø vil sikre informasjon om hvilken grad partikkelbelasting og saltholdighet påvirker fysiokjemisk vannkvalitet, nitrifikasjonsrate, suspendert- og biofilter-mikrobiom og partikkelkarakteristikk (bl.a. O2, CO2, pH, salinitet, NH4, NO2, NO3, bakterieantall og -aktivitet, PO4, SO4, H2S, partikkelantall, -størrelse og mikrobiom analyser). For deretter kunne vurdere effekter på fisk, mikrobiomer og system.
AP 4: Integrere resultater fra AP 1–3 for å illustrere sammenhenger mellom laksens mikrobiota, velferd/helse, vannkvalitet, nitrifikasjon og partikkel-assosiert mikrobiota før, under og etter smoltifisering ved lav og høy partikkelbelastning i RAS
Arbeidet under AP 1–3 vil integreres for å identifisere sammenhenger mellom RAS-komponenter og ulike biotiske og abiotiske prosesser. Hovedmålet med dette vil være å få en bedre forståelse av hva som er en optimal produksjon av helsemessig robust laks som presterer godt i sjøfasen.
AP 5: Prosjektadministrasjon, koordinering og formidling
Prosjektet er et samarbeid mellom NIVA, Universitetet i Bergen (UiB), NTNU og Marineholmen RASLab under ledelse av NIVA Akvakultur. Forskere fra UiB (mikrobiologi, analyseverktøy/statistiske analyser), NTNU (mikrobiologi, analyseverktøy/statistiske analyser), RASLab (forsøk, fiskevelferd/-helse) og NIVA (vannkvalitet, mikrobiologi, fiskevelferd/-helse, administrasjon) vil ha ansvar for sine spesifikke fagområder og tilhørende arbeidspakker. Møter, kommunikasjon, formidling av resultater og rapportering vil håndteres under denne arbeidspakken.
AP 1: Effekt av smoltifisering og økende salinitet på laksens tarm-, skinn-, og gjellemikrobiomer ved lav og høy partikkelbelastning
Prøver av feces, skinn- og gjelleoverflater gjennom RAS-forsøket og etter overføring til sjø vil sikre informasjon om suksesjonen av mikrobiomer. Sammensetning av mikrobesamfunn kartlegges ved bruk av Illumina-sekvensering for å kartlegge diversitet og funksjonelt potensiale.
AP 2: Laksens velferd og helse før, under og etter smoltifisering ved lav og høy partikkelbelastning i RAS
Helse- og velferdsindikatorer fra et molekylært nivå (f.eks. genuttrykk av stressmarkører) til indikatorer på et gruppe-/karnivå (oksygenforbruk og kortisolnivåer i vann) vil sammen med histopatologiske undersøkelser og produksjonsparameter bli integrert for å få et helhetlig bilde av effekter av partikkelbelastning i RAS under ulike livsstadier.
AP 3: Vannkvalitet, nitrifikasjon og partikkel-assosiert mikrobiota før, under og etter smoltifisering ved lav og høy partikkelbelastning i RAS
Overvåking av vannkvalitet gjennom RAS-forsøket og etter overføring til sjø vil sikre informasjon om hvilken grad partikkelbelasting og saltholdighet påvirker fysiokjemisk vannkvalitet, nitrifikasjonsrate, suspendert- og biofilter-mikrobiom og partikkelkarakteristikk (bl.a. O2, CO2, pH, salinitet, NH4, NO2, NO3, bakterieantall og -aktivitet, PO4, SO4, H2S, partikkelantall, -størrelse og mikrobiom analyser). For deretter kunne vurdere effekter på fisk, mikrobiomer og system.
AP 4: Integrere resultater fra AP 1–3 for å illustrere sammenhenger mellom laksens mikrobiota, velferd/helse, vannkvalitet, nitrifikasjon og partikkel-assosiert mikrobiota før, under og etter smoltifisering ved lav og høy partikkelbelastning i RAS
Arbeidet under AP 1–3 vil integreres for å identifisere sammenhenger mellom RAS-komponenter og ulike biotiske og abiotiske prosesser. Hovedmålet med dette vil være å få en bedre forståelse av hva som er en optimal produksjon av helsemessig robust laks som presterer godt i sjøfasen.
AP 5: Prosjektadministrasjon, koordinering og formidling
Prosjektet er et samarbeid mellom NIVA, Universitetet i Bergen (UiB), NTNU og Marineholmen RASLab under ledelse av NIVA Akvakultur. Forskere fra UiB (mikrobiologi, analyseverktøy/statistiske analyser), NTNU (mikrobiologi, analyseverktøy/statistiske analyser), RASLab (forsøk, fiskevelferd/-helse) og NIVA (vannkvalitet, mikrobiologi, fiskevelferd/-helse, administrasjon) vil ha ansvar for sine spesifikke fagområder og tilhørende arbeidspakker. Møter, kommunikasjon, formidling av resultater og rapportering vil håndteres under denne arbeidspakken.
Funnene skal kommuniseres på en måte som både viser mulighetene, utfordringene, inspirerer og sikrer en bærekraftig videreutvikling av næringen. Publisering av resultater gjennom populærvitenskapelig artikler (Kyst.no/ Norsk Fiskeoppdrett, Ilaks, forskning.no e.l.), foredrag (FHF-dialogmøter, Aqua Nor-2023), åpent avslutningsmøte og faglig sluttrapport vil sørge for kommunikasjon og formidling av resultater til interessenter i næringen. Vitenskapelige artikler og foredrag på internasjonale møter (NordicRAS-2023) vil formidle resultatene til internasjonale forskningsmiljø innen akvakultur og mikrobiologi.
-
Sluttrapport: Mikrobiota assosiert med atlantisk laks i overgangen fra ferskvann til sjøvann i RAS: effekt av høy/lav partikkelbelasting og konsekvenser for fiskevelferd og -helse
NIVA (Norsk institutt for vannforskning). Rapport 8074-20. 25. mars 2025. Ole-Kristian Hess-Erga (NIVA), Sara Calabrese (NIVA), Paulo M. Fernandes (NIVA), Endre Steigum (NIVA), Paula Rojas-Tirado (NIVA), Ingrid Bakke (NTNU – Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU)), Simen Fredriksen (NTNU), Stian Ringbakken Stenhaug (NTNU), Håkon Dale (Universitetet i Bergen (UiB)), Ludvik Wolfgang Forbord Fiksdal (UiB), Leif Refsnes Bø (UiB), Melanie Andrews (Marineholmen RASLab), Irene Roalkvam (Marineholmen RASLab) og Mark Powell (Marineholmen RASLab).
Medieomtale
The effect of organic load on the rearing water and biofilter biofilm microbiota across the freshwater and brackish water phases in RAS with Atlantic salmon (Salmo salar)
Masteroppgave Stian Stenhaug
Comparative Assessment of Water Quality and Biofilter Performance in Recirculating Aquaculture Systems (RAS) Exposed to High and Low Particle Loading
Masteroppgave Ludvik Fiksdal
The effect of high and low particle load on smoltification of Atlantic Salmon (Salmo salar) in RAS
Masteroppgave Leif Bø
Er lav partikkelbelastning i RAS fordelaktig?
LandbasedAQ