oleh Daniel Taylor dan Jens Kjerulf Petersen, Pusat Kerang Denmark, DTU Aqua, Denmark
Eutrofikasi dan perjuangan untuk mengendalikan kehilangan nutrisi
Kepadatan populasi manusia dan pemanfaatan lahan untuk budidaya makanan telah meningkat di wilayah pesisir selama abad terakhir. Intensifikasi ini secara dramatis mempengaruhi proses biologi dan kimia di ekosistem pesisir melalui peningkatan aliran nutrisi, terutama nitrogen dan fosfor, dari daratan dan atmosfer ke laut.
Pada dasarnya, semakin banyak tanah diberi makan (pupuk) dan semakin banyak kita memberi makan diri kita sendiri (makanan plus bahan bakar), semakin kita memberi makan perairan pesisir dengan nutrisi yang disebabkan oleh limpasan pertanian, air limbah, dan pengendapan atmosfer.
Saat perairan pesisir menjadi terlalu kaya, perubahan fungsi biologis dengan konsekuensi jangka panjang. Salah satu gejalanya adalah meningkatnya pertumbuhan dan konsentrasi fitoplankton (tanaman bersel satu).
Perairan yang diperkaya dapat menjadi sangat produktif dengan pertumbuhan fitoplankton sehingga sinar matahari tidak akan cukup mencapai kedalaman untuk mendukung kehidupan tanaman air di dasar laut dan habitat tanaman yang berharga seperti padang lamun hilang. Peningkatan lebih lanjut dalam konsentrasi fitoplankton dapat menyebabkan penipisan oksigen, ketika sel-sel fitoplankton mati membusuk di dasar laut.
Selama beberapa dekade terakhir, peningkatan kualitas air pesisir telah menjadi lokus pengembangan kebijakan di banyak wilayah di dunia. Ada pencapaian yang mengesankan dalam implementasi kebijakan ini, terutama dalam peningkatan pengolahan air limbah.
Namun demikian, banyak badan air pantai, seperti di Eropa Utara, termasuk Baltik yang tepat, masih dianggap sangat terpengaruh oleh limpasan nutrisi yang berlebihan dan kemungkinan akan terus demikian selama bertahun-tahun yang akan datang.
Masukan nitrogen ke perairan pantai berasal dari sumber titik (misalnya instalasi pengolahan air, peternakan ikan), sumber non-titik/difusi (misalnya lahan pertanian, debit air tanah), atau atmosfer (misalnya amonia yang diuapkan atau penyerapan produk samping pembakaran).
Mengikuti modifikasi dan perbaikan dalam program pengelolaan kualitas air, sumber nutrisi yang menyebar adalah yang paling signifikan. Metode pengolahan yang dirancang untuk meminimalkan masuknya unsur hara ke perairan pantai banyak diterapkan.
Contoh klasik dari metode pengobatan tersebut termasuk pembatasan penggunaan pupuk, lahan basah yang dibangun, kolam pengendapan, zona penyangga riparian vegetatif; dan baru-baru ini, sistem 'pertanian presisi'.
Meskipun banyak kemajuan telah dibuat dalam mengurangi aliran nutrisi ke perairan pesisir, efisiensi implementasi lebih lanjut dengan cepat berkurang dan juga seringkali lebih mahal untuk diterapkan.
Lebih-lebih lagi, dekade pengayaan memiliki warisan peningkatan pengayaan sedimen dasar laut, yang akan menjadi sumber nutrisi yang persisten melalui berbagai proses (disebut 'pemuatan internal'), dan hanya dapat dikurangi dalam lingkungan perairan.
Kerang mitigasi
Salah satu cara inovatif untuk mengurangi pengayaan nutrisi di perairan pesisir adalah dengan memanfaatkan bagian dari biologi pesisir – penyaringan air kerang kerang. Kerang, tiram, remis, dan bivalvia lainnya makan dengan menyaring partikel dari air; fitoplankton merupakan sumber makanan utama bagi hewan ini.
Budidaya aktif bivalvia dan fokus pada restorasi terumbu karang telah menunjukkan dampak filtrasi yang dapat ditunjukkan oleh populasi ini. Peternakan kerang standar dapat menyaring ratusan ribu meter kubik per jam. Fitoplankton dan bahan organik diasimilasi dalam tubuh kerang atau tidak bergerak ke sedimen, menjebak sebagian besar nutrisi di perairan yang diperkaya.
Banyak pekerjaan telah dilakukan untuk menganalisis 'jasa ekosistem' yang disediakan oleh bivalvia selama beberapa dekade terakhir oleh banyak peneliti, sebagian besar di Amerika Serikat dan Eropa Utara. Lebih dari satu dekade konseptualisasi dan penelitian di Pusat Kerang Denmark (DSC) - bagian dalam DTU Aqua, Technical University of Denmark – telah berfokus pada pemanfaatan filtrasi bivalve dalam budidaya aktif sebagai mekanisme intensif untuk mengurangi besarnya kondisi eutrofik di perairan Baltik barat; disebut 'Mitigasi budaya kerang'.
Dengan memanen kerang, nutrisi yang pertama kali dikonsumsi oleh fitoplankton dan kemudian diubah menjadi biomassa kerang, akan dikeluarkan dari ekosistem. Mempekerjakan teknik budidaya yang diadaptasi dari industri budidaya kerang konvensional, kepadatan tinggi kerang dapat tumbuh di daerah sasaran, dengan potensi untuk menghilangkan beberapa metrik ton nutrisi dari perairan pantai per panen (Petersen et al, 2019).
Modus ini juga berfungsi sebagai sarana untuk memanfaatkan larva kerang dalam jumlah besar, yang biasanya dikonsumsi sebagai zooplankton atau gagal mengendap. Sementara kerang budidaya (yang muncul di piring makan) juga menyediakan layanan ini, 'kerang mitigasi' biasanya dipanen dengan manipulasi minimal dan pada periode pertumbuhan yang lebih pendek untuk mengurangi biaya dan memaksimalkan potensi ekstraktif nutrisi - mereka cenderung jauh lebih kecil daripada kerang yang ditemukan di pasar atau restoran.
Sebagai langkah mitigasi nutrisi, mitigasi budidaya kerang telah diadopsi dalam rencana upaya masa depan untuk mencapai status ekologi yang baik di perairan pesisir Denmark. Di Denmark, tujuan yang diusulkan adalah untuk memanen 100, 000 metrik ton kerang mitigasi setiap tahun, yang akan menghasilkan penghapusan 1-2, 000 ton nitrogen, sesuai dengan 8-15 persen[JKP1] dari permintaan pengurangan nasional di Denmark.
Mitigasi makan kerang:Mengembalikan nutrisi yang hilang
Bagaimana aquafeeds dan bentuk lain dari akuakultur cocok dengan persamaan ini? Konsep mengintegrasikan organisme penyaring makan, seperti kerang, ke dalam produksi spesies trofik yang lebih tinggi telah dipopulerkan oleh banyak orang, sering disebut 'Akuakultur Multitrofik Terpadu' atau lebih tepatnya hanya 'Akuakultur Multitrofik'.
Sebagai sumber nutrisi, Namun, di sebagian besar negara, hal ini memberikan kontribusi nutrisi dalam jumlah yang dapat diabaikan relatif terhadap beban pesisir terestrial yang lebih besar.
Karena kerang mitigasi cenderung lebih kecil dan ukurannya kurang seragam daripada yang dibudidayakan untuk konsumsi manusia, produksi makanan pakan telah menjadi jalan yang paling menarik untuk pemanfaatan. Meningkatnya permintaan akan sumber protein untuk pakan dengan profil asam amino yang seimbang telah membutuhkan generasi yang diperluas dan dimasukkannya alternatif tepung ikan.
Makanan yang dihasilkan dari kerang biru umumnya memiliki profil asam amino yang mirip dengan makanan ikan (Jönsson dan Elwinger, 2009), dengan kadar protein kasar total 65-71 persen. Konsentrasi asam amino biasanya membutuhkan suplementasi dalam diet pengganti, seperti metionin dan taurin, mirip dengan profil tepung ikan (Árnason et al, 2015).
Jaringan kerang mengandung pigmen penting dan anti-oksidan, termasuk mytiloxanthin, pigmen unik untuk kerang, yang mengungguli astaxanthin dalam pemulungan hidroksil (Maoka et al., 2016). Lebih-lebih lagi, makanan kerang penuh lemak menunjukkan proporsi LC-PUFA yang menarik seperti DHA, DPA, dan EPA (Árnason et al, 2015).
Dalam diet pertanian peternakan, tingkat inklusi yang tinggi telah menunjukkan efek positif pada ayam petelur (Afrose et al, 2016), dan kecernaan dalam pakan babi (Nørgaard et al, 2015).
Sejumlah penelitian terbatas pada spesies ikan bersirip telah menunjukkan daya cerna yang tinggi pada arang Arktik (Salvelinus alpinus) dan bertengger Eurasia (Perca fluvialtilis) (Langeland et al, 2016), serta peningkatan palatabilitas dalam diet karnivora dengan inklusi tanaman tinggi (Nagel et al, 2014). Menariknya, komposisi biokimia jaringan kerang dapat dipengaruhi oleh kondisi lokal pertumbuhan, karena konstituen komunitas fitoplankton yang berbeda (Pleissner et al, 2012), serta keadaan reproduksi; karena konsentrasi glikogen dan pigmen karotenoid meningkat segera sebelum pemijahan.
Menentukan pola komposisi yang berbeda di masa depan dapat memberikan peluang untuk makanan tertentu; Namun, ini memerlukan penyelidikan lebih lanjut asalkan produksi makanan skala besar kemungkinan akan memadukan bahan dari berbagai tempat dan waktu.
Kerang, dalam budaya mitigasi, oleh karena itu merupakan sumber protein yang menarik karena mereka mengasimilasi fitoplankton yang sudah melimpah di lingkungan (tanpa masukan pakan yang dikelola) sambil memberikan umpan balik ekologis yang positif. Umpan balik seperti itu (jasa ekosistem) dalam mekanisme mitigasi lainnya sebagian besar dikompensasi oleh dukungan keuangan langsung atau skema penggantian biaya. Intinya, mendaur ulang nutrisi yang 'hilang' kembali ke sistem pangan dan memperbaiki lingkungan lokal di sepanjang jalan.
Namun demikian, seperti cerita bagus lainnya, ada tantangan di depan. Perluasan produksi kerang mitigasi memerlukan optimalisasi ekstraksi nutrisi dalam ruang terbatas yang juga meminimalkan konflik dengan penggunaan lain dari perairan pesisir dan kepentingan pribadi di bentang laut.
Lingkungan alam juga dapat menimbulkan rintangan untuk ekspansi:apakah kondisi hidrodinamika cocok, pemukiman kerang alami sudah cukup, dan tekanan predator (yaitu bebek eider) dapat dikelola. Dalam lingkaran kebijakan, dari lokal ke regional, menentukan bagaimana dan di mana mengelola nutrisi diwarnai oleh beragam perspektif.
Karena mekanisme ini bertujuan untuk mengurangi nutrisi yang sudah ada di lingkungan laut, mitigasi budidaya kerang dimaksudkan untuk melengkapi program pengelolaan nutrisi yang ada, dan konsep ini merupakan titik perdebatan yang sedang berlangsung.
Akhirnya, dan yang penting dalam hal kelayakan ekonomi, pengolahan tepung kerang dan perampingan produksi akan membutuhkan inovasi lebih lanjut. Tantangan pemrosesan dalam mengubah kerang mitigasi menjadi makanan berakar pada pemisahan cangkang dari jaringan dengan throughput tinggi sebelum produksi makanan berikutnya.
Metode pemisahan uap dan getar konvensional relatif mahal, sedangkan metode alternatif 'jus' atau bentuk pemisahan lain tanpa pengecualian cangkang awal umumnya menghasilkan tepung dengan kandungan abu yang tinggi dari bagian cangkang yang tertinggal.
Penelitian saat ini
Baru-baru ini, dua proyek yang dikelola oleh DSC didanai untuk mengevaluasi teknik optimasi untuk memaksimalkan ekstraksi unsur hara di unit mitigasi sambil mendokumentasikan dampak ekologisnya.
Proyek BONUS OPTIMUS telah mengumpulkan konsorsium penelitian dari empat negara dan sembilan mitra untuk pengembangan budaya mitigasi di Baltik barat untuk produksi selanjutnya dari makanan kerang sebagai alternatif tepung ikan.
Percobaan pemberian makan yang dilakukan di OPTIMUS termasuk penggantian dalam diet salmonid. Proyek yang didanai secara nasional, MuMiPro, menyatukan 15 mitra yang mengevaluasi teknik budidaya optimal di perairan Denmark yang eutrofik untuk produksi tepung kerang organik skala besar.
Ambisi kedua proyek ini adalah untuk menunjukkan cara menghasilkan kerang mitigasi yang memaksimalkan jejak ekologis positif mereka pada tingkat yang layak secara ekonomi. Ini termasuk pengembangan lebih lanjut dari pengolahan tepung kerang untuk pakan ternak, dan pada akhirnya pertumbuhan pasar aquafeed yang tinggi.
Pengujian dan optimalisasi teknik pemrosesan alternatif saat ini sedang diselidiki dalam proyek MuMiPro. Menemukan kombinasi mempertahankan profil nutrisi yang baik dan meminimalkan biaya pemrosesan, seperti semua bahan aquafeed lainnya, merupakan proses yang terus berkembang.
Tujuan gabungan dari kedua proyek ini adalah untuk mendorong pengembangan budidaya kerang mitigasi sebagai alat mitigasi nutrisi dan teknik pemrosesan untuk makanan berkualitas tinggi.
