Litopenaeus vannamei, umumnya dikenal sebagai udang putih Pasifik, adalah spesies euryhaline yang dihargai karena hasil dagingnya yang tinggi, toleransi terhadap stres yang kuat, dan pertumbuhan yang cepat. Ini adalah salah satu spesies udang terpenting yang dibudidayakan di Tiongkok. Saat ini, model budidaya utama untuk L. vannamei di Tiongkok mencakup kolam luar ruangan, kolam rumah kaca kecil, dan kolam-tingkat tinggi. Namun produksi dalam negeri masih belum bisa memenuhi permintaan pasar sehingga memerlukan impor besar-besaran. Selain itu, pesatnya perluasan model seperti pertanian rumah kaca skala kecil telah mengungkap permasalahan seperti kerangka teknis yang tidak lengkap, seringnya wabah penyakit, dan tantangan dalam mengolah air limbah. Dengan latar belakang advokasi konservasi sumber daya dan pembangunan berkelanjutan, Sistem Akuakultur Resirkulasi (RAS), yang dikenal sebagai model budidaya intensif, efisien, dan ramah lingkungan, telah menarik perhatian luas di industri dalam beberapa tahun terakhir.
RAS menggunakan metode industri untuk secara aktif mengatur lingkungan air. Teknologi ini memiliki konsumsi air yang rendah, jejak kaki yang kecil, polusi lingkungan yang minimal, dan menghasilkan produk-berkualitas tinggi dan aman dengan lebih sedikit penyakit dan kepadatan stok yang lebih tinggi. Produksinya sebagian besar tidak dibatasi oleh geografi atau iklim. Model ini menawarkan efisiensi pemanfaatan sumber daya yang tinggi dan ditandai dengan investasi dan output yang tinggi, yang merupakan jalur penting menuju pembangunan berkelanjutan dalam industri akuakultur. Saat ini, budidaya L. vannamei dalam negeri terkonsentrasi di wilayah pesisir, terutama memanfaatkan air laut alami. Wilayah pedalaman, yang dibatasi oleh ketersediaan sumber air dan peraturan lingkungan hidup, menghadapi ketidaksesuaian yang signifikan antara pasokan dan permintaan konsumen. Eksplorasi RAS dengan menggunakan air laut buatan di wilayah pedalaman mempunyai arti penting dalam memasok pasar lokal dan mendorong pembangunan ekonomi regional. Eksperimen ini berhasil membuat RAS dalam ruangan untuk L. vannamei di lingkungan pedalaman dan menjalankan siklus budidaya yang sukses. Metode dan data mengenai konstruksi sistem, penyiapan air laut buatan, dan pengelolaan budidaya dapat menjadi acuan dalam budidaya L. vannamei di darat.
1. Bahan dan Metode
1.1 Bahan
Uji coba dilakukan di Peternakan Asli Leiocassis longirostris Provinsi Sichuan. Pasca-larva L. vannamei (tahap P5) bersumber dari Pangkalan Huanghua Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd., dan berada dalam kondisi sehat. Pakan yang digunakan adalah merk “Xia Gan Qiang” dari Tongwei Group Co., Ltd. Komponen utamanya adalah: protein kasar lebih besar atau sama dengan 44,00%, lemak kasar lebih besar atau sama dengan 6,00%, serat kasar kurang dari atau sama dengan 5,00%, dan abu kasar kurang dari atau sama dengan 16,00%.
1.2 Persiapan Air Laut Buatan
Air tanah dari sumur digunakan sebagai sumber air. Itu secara berurutan diperlakukan dengan desinfeksi (bubuk pemutih 30 mg/L, diangin-anginkan selama 72 jam), penghilangan sisa klorin (natrium tiosulfat, 15 mg/L), dan detoksifikasi [asam Ethylenediaminetetraacetic (EDTA), 10–30 mg/L] sebelum digunakan untuk persiapan air laut buatan.
Air laut buatan dengan salinitas 8 dibuat dengan menggunakan kristal garam laut sebagai bahan utama; komponen utamanya tercantum dalamTabel 1. Food-CaCl₂, MgSO₄, dan KCl digunakan untuk melengkapi unsur Ca, Mg, dan K. Setelah persiapan, NaHCO₃ food grade digunakan untuk mengatur alkalinitas total hingga 250 mg/L (sebagai CaCO₃), dan NaHCO₃ bersama dengan asam sitrat monohidrat digunakan untuk mengatur pH menjadi 8,2–8,4.
1.3 Konstruksi RAS
1.3.1 Konsep Desain Secara Keseluruhan
Menggabungkan desain independen dengan aplikasi terintegrasi, RAS untuk L. vannamei dibuat menggunakan perawatan fisik multi-tahap dan biofiltrasi. Strategi pengoperasian sistem yang sesuai, protokol penyesuaian kualitas air, dan strategi pemberian pakan ilmiah diterapkan sesuai dengan kebutuhan pertumbuhan udang pada berbagai tahap, dengan tujuan untuk pengoperasian yang stabil, masukan yang ekonomis, dan keluaran yang efisien.
1.3.2 Alur Proses Utama dan Parameter Teknis
Sistem budidaya ikan berbasis wadah-yang ada telah dimodifikasi untuk membentuk L. vannamei RAS, yang terdiri dari tangki budidaya, perangkat pengumpul cangkang/partikel komposit (drainase tiga-arah), biofilter, pompa sirkulasi, dll. Alur prosesnya ditunjukkan padaGambar 1.
Total volume air yang dirancang sistem ini adalah 750 m³, dengan volume sistem pengolahan air 150 m³ dan volume budidaya efektif 600 m³. Beban budidaya yang dirancang adalah 7 kg/m³. Parameter teknis utama tercantum dalamTabel 2.
1.3.3 Desain Struktural
Enam tangki budidaya berbentuk segi delapan disusun dalam dua baris. Mempertimbangkan kemudahan pengelolaan, stabilitas lingkungan, dan biaya investasi, struktur utama tangki terbuat dari batu bata-beton. Dimensinya adalah: panjang 10,0 m, lebar 10,0 m, kedalaman 1,2 m, dengan potongan tepi 3,0 m. Volume air efektif per tangki adalah 100 m³. Dasar tangki memiliki kemiringan (16%) menuju saluran pembuangan tengah (Gambar 2).
Perangkat drainase tiga-arah terdiri dari pengumpul pusat (untuk udang mati, cangkang, dan partikel besar), pengumpul sedimentasi aliran vertikal (untuk cangkang pecah, partikel sedang, kotoran), dan kotak penampung-sisi siphon (untuk cangkang halus dan partikel-hingga-sedang) (Gambar 2).
Satu sisi tangki pengkondisian berisi bingkai media sikat plastik untuk mengumpulkan dan menghilangkan cangkang dan partikel dari pembuangan tangki. Penyesuaian kalsium, magnesium, alkalinitas total, dan pH dapat dilakukan di tangki ini. Volume tangki adalah 20 m³, dengan waktu retensi hidrolik 0,13 jam.
Pompa sirkulasi terletak di sisi lain tangki pengondisian, menggunakan pompa-satu tahap untuk efisiensi energi. Berdasarkan ekologi dan muatan udang, laju resirkulasi dirancang 2–6 kali/hari. Laju aliran pompa 150 m³/jam, head 10 m, daya 5,5 kW.
Filter sikat dilengkapi dengan beberapa kantong filter. Kantong-kantong tersebut dihubungkan melalui alat kelengkapan pipa ke saluran masuk filter, diamankan dengan klem. Limbah masuk ke kantong melalui pipa. Kantong terbuat dari Polypropylene (PP), diisi dengan media sikat plastik, efektif mencegat partikel yang lebih besar dari 0,125 mm. Tangki media elastis terdiri dari badan tangki (persegi panjang, kedalaman 2 m), rangka kisi-kisi (sejajar dengan permukaan), dan media elastis yang dipasang pada rangka (Gambar 3). Media tersebut terdiri dari banyak-cincin plastik cincin ganda dengan filamen poliester, membentuk bundel serat yang didistribusikan ke seluruh tangki. Prinsip kerjanya melibatkan penciptaan efek sedimentasi aliran lambat melalui intersepsi media dan memanfaatkan biofilm yang terbentuk di permukaannya untuk menyerap, menguraikan, dan mengubah nitrogen dan fosfor anorganik.
Biofilter mencakup badan tangki (persegi panjang, kedalaman 2 m), komponen aerasi, dan bio-media (Gambar 4). Rakitan aerasi termasuk pipa distribusi udara. Udara masuk dari atas dan dikeluarkan dari bawah, menciptakan pola aliran yang tercampur sempurna. Tangki diisi dengan media Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR). Dengan peningkatan nitrifikasi yang ditargetkan dan penyesuaian alkalinitas, sejumlah besar bakteri nitrifikasi menempel pada media, mengonsumsi bahan organik dan mencapai penghilangan amonia dan nitrit, sehingga membangun biofilter nitrifikasi. Pipa saluran masuk dan saluran keluar berada di sisi yang berlawanan, dengan sekat saluran keluar di dinding bagian dalam. Pada uji coba ini, volume efektif biofilter ditetapkan sebesar 25% dari volume kultur sistem, dengan rasio pengisian media sebesar 30%, dengan menggunakan media K5.
Sistem aerasi menggabungkan metode mekanis dan oksigen murni. Saat Oksigen Terlarut (DO) tinggi, aerasi mekanis adalah hal utama: menggunakan peniup pusaran bertekanan tinggi dan tabung mikropori berkualitas tinggi sebagai penyebar untuk memaksimalkan efisiensi transfer O₂ dan mengurangi kebisingan. Ketika DO rendah, aerasi oksigen murni ditambah: menggunakan generator oksigen + baling-baling air gelembung mikro. Generator oksigen mengeluarkan konsentrasi O₂ di atas 90%, disebarkan melalui disk nano-keramik di baling-baling. Dalam kondisi beban tinggi, generator oksigen + kombinasi kerucut oksigen berfungsi sebagai aerasi tambahan, menggunakan pompa booster untuk menghasilkan air jenuh oksigen di dalam kerucut.
1.4 Pengukuran Kualitas Air
Konsentrasi amonia dan nitrit (sebagai N) diukur menggunakan penganalisis air multi-parameter Aokedan. Total Padatan Tersuspensi (TSS) diukur menggunakan penganalisis multi-parameter Hach DR 900.
1.5 Manajemen Peternakan dan Operasi Sistem
Uji coba dimulai pada 8 Agustus 2022 dan berlangsung selama 74 hari. Keenam tangki telah diisi. Ukuran stok adalah 961 individu/kg, kepadatan sekitar 403 individu/m³, total 241.800 pasca{9}}larva. Frekuensi pemberian pakan adalah 6 kali/hari, dengan ransum harian menurun dari sekitar 7,0% (awal) menjadi 2,5% (akhir) dari perkiraan biomassa.
Sirkulasi sistem dimulai 3 hari pasca-penebaran, awalnya dengan 2 siklus/hari, kemudian meningkat menjadi 4 siklus/hari. Pada awal percobaan, dilakukan pengurasan setiap hari, yang hanya menggantikan air yang hilang melalui drainase dan penguapan. Kemudian, pengurasan dilakukan setelah setiap pemberian pakan (1 jam setelahnya), dengan pertukaran air harian di bawah 10% dari volume pengisian ulang tahap awal.
Aerasi mekanis (vortex blower) digunakan pada awalnya. Karena peningkatan beban sistem nantinya, kombinasi aerasi mekanis, generator oksigen + disk nano-keramik, dan generator oksigen + kerucut oksigen digunakan.
DO, suhu, pH, amonia, dan nitrit dalam tangki diukur secara teratur. Pertumbuhan dan pemberian pakan udang diamati dan dicatat.
1.6 Pengolahan dan Analisis Data
Data disusun menggunakan WPS Office Excel. Grafik dibuat menggunakan Origin 2021.
Rumus berikut digunakan untuk menghitung nilai tukar air (R), rasio konversi pakan (FKr), dan tingkat kelangsungan hidup (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FKr = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Dimana: R adalah nilai tukar air harian (%/hari); V₁ adalah total volume air yang ditukar (m³); V adalah total volume air sistem (m³); ini adalah hari budaya (d). FKradalah rasio konversi pakan; W adalah total masukan pakan (kg); Wₜ dan W₀ adalah massa panen akhir dan massa tebar awal (kg). RSadalah tingkat kelangsungan hidup (%); S adalah jumlah total yang dipanen (individu); N adalah jumlah total yang ditebar (individu).
2. Hasil
2.1 Pertukaran Air
Selama uji coba, total pertukaran air adalah 1.000 m³, dengan rata-rata nilai tukar harian 1,8%.
2.2 Amonia dan Nitrit
Konsentrasi amonia dalam tangki tetap di bawah 1,3 mg/L (kecuali hari ke-5), dan konsentrasi nitrit tetap di bawah 1,6 mg/L, keduanya pada tingkat yang relatif stabil (Gambar 5).
Pada tahap awal (15 hari pertama), amonia di tangki menurun dengan cepat sementara nitrit meningkat dengan cepat, yang menunjukkan terbentuknya biofilm di biofilter dan konversi amonia menjadi nitrit. Pada tahap pertengahan-(15–50 hari), dengan peningkatan pemberian pakan, konsentrasi amonia dan nitrit tetap stabil, menunjukkan oksidasi amonia dan nitrit yang tersinkronisasi dalam biofilter dan pengoperasian sistem yang stabil. Setelah hari ke 50, amonia dan nitrit menunjukkan tren penurunan, kemungkinan menunjukkan peningkatan kapasitas nitrifikasi dan sistem yang lebih matang. Hal ini tidak dapat dikonfirmasi lebih lanjut karena persidangan telah berakhir.
Gambar 6menunjukkan bahwa tren amonia di saluran masuk dan saluran keluar biofilter serupa, namun kesenjangan antara kurva secara bertahap melebar, menunjukkan peningkatan penghilangan amonia. Kurva nitrit untuk saluran masuk dan saluran keluar hampir tumpang tindih dan tidak menunjukkan tren peningkatan secara keseluruhan, menunjukkan bahwa sistem mempertahankan kapasitas oksidasi nitrit hingga akhir.
2.3 Oksigen Terlarut dan Alkalinitas Total
Seperti yang ditunjukkan diGambar 7, meskipun beban sistem meningkat, metode aerasi gabungan mempertahankan DO tangki di atas 6 mg/L. Selanjutnya, dengan menambahkan NaHCO₃, alkalinitas total dipertahankan antara 175–260 mg/L.
2.4 Jumlah Padatan Tersuspensi
Tren konsentrasi TSS pada titik-titik sistem utama ditunjukkan padaGambar 8. TSS pada aliran masuk ke pengumpul sedimen aliran vertikal dan kotak samping siphon (bagian dari drainase tiga arah) mencerminkan tren TSS di dalam tangki. Secara keseluruhan TSS meningkat secara bertahap, stabil selama pertengahan-tahap akhir (setelah hari ke-35), dan menunjukkan tren penurunan melalui tahapan pengobatan berturut-turut.
2.5 Hasil Pertanian
Total penebaran adalah 241.800 pasca-larva dengan ukuran rata-rata 0,52 g, di 6 tangki dengan kepadatan rata-rata 403 individu/m³. Setelah 74 hari, total panen 3.012,2 kg, ukuran rata-rata 15,82 g, kelangsungan hidup rata-rata 78,75%, hasil rata-rata 5,02 kg/m³. Total masukan pakan sebanyak 3.386,51 kg, FKr1.18. Biaya yang dihitung (benih, pakan, produk kesehatan, listrik, air laut buatan, desinfeksi) berjumlah 155,870.6 CNY. Pendapatan dari penjualan udang adalah 192,780.8 CNY, menghasilkan keuntungan sebesar 36,910.2 CNY untuk siklus tersebut.
3. Diskusi
Dalam beberapa tahun terakhir, RAS telah menjadi arah yang sangat menjanjikan untuk budidaya L. vannamei. Uji coba ini membuat RAS yang mencakup tangki budidaya, pengumpul cangkang/partikel komposit, filter sikat, biofilter, dan peralatan aerasi, dan berhasil melakukan satu siklus pertanian dalam ruangan di darat.
Dibandingkan dengan RAS tradisional, sistem ini lebih sederhana. Secara struktural, peralatan seperti filter drum dan skimmer protein dihilangkan, yang memiliki biaya tetap dan pemeliharaan yang relatif lebih tinggi. Sebaliknya, mereka menggunakan perangkat pengolahan air yang lebih sederhana untuk membuat pengolahan komposit multi-tingkat untuk partikel dan polutan terlarut, sehingga mencapai kontrol kualitas air yang baik dengan proses yang lebih sederhana dan biaya yang lebih rendah.
Dengan menggunakan berbagai metode pengelolaan kualitas air yang disesuaikan dengan tahapan pertumbuhan dan beban sistem yang berbeda, sistem ini mampu mempertahankan amonia dan nitrit masing-masing di bawah 1,3 dan 1,6 mg/L, dan DO di atas 6 mg/L, sehingga pada akhirnya mencapai hasil sebesar 5,02 kg/m³. Hal ini mendekati hasil dari Yang Jing dkk. Selain itu, sistem pengolahan air mengendalikan nilai tukar rata-rata harian menjadi 1,8%, memanfaatkan sepenuhnya kapasitas pengolahannya dan mengurangi biaya secara signifikan.
RAS menawarkan manfaat lingkungan, keamanan produk, dan lebih sedikit penyakit. Karena keterbatasan transportasi, L. vannamei mempunyai potensi pasar yang besar di pedalaman. Melaksanakan RAS untuk L. vannamei di daratan selaras dengan tren industri. Budidaya udang darat saat ini sebagian besar dilakukan di perairan tawar, dengan hasil dan kualitas yang tertinggal dibandingkan budidaya udang laut. Penggunaan air laut buatan dalam uji coba ini dapat mengatasi kesenjangan ini. Namun, tingginya biaya air laut buatan saat ini memerlukan optimalisasi proses RAS untuk menghilangkan nitrogen dan fosfor agar air dapat digunakan kembali. Hal ini merupakan cara efektif untuk mengurangi biaya dan harus menjadi fokus penelitian utama untuk RAS L. vannamei di daratan.
FKrmerupakan indikator penting untuk kinerja RAS. F terakhirKr1,18 dalam uji coba ini sebanding dengan pertanian intensif tradisional. Sebagai sistem tertutup, keunggulan RAS terletak pada penggunaan kembali input. Berdasarkan peningkatan kapasitas pengolahan air, merumuskan strategi pemberian pakan yang tepat untuk menurunkan FKrharus menjadi fokus optimasi berikutnya.