Aquakultur - Bedeutung, Probleme und

Ulf Karsten
Institut für Biowissenschaften
Angewandte Ökologie
Universität Rostock
Aquakultur –
Bedeutung, Probleme & Perspektiven
Ringvorlesung, 27.5.2008
Interdisziplinäre Ringvorlesung:
Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Gliederung:
• Was ist Aquakultur?
• Warum Aquakultur?
• Welche Organismen werden kultiviert?
• Aquakultur von Makroalgen
• Biomasse-Produktion von Mikroalgen
• Nutzung von Mikro- und Makroalgen
• Probleme & Perspektiven
Interdisziplinäre Ringvorlesung:
Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Was ist Aquakultur?
• Definition (Food and Agriculture Organisation - FAO):
Aquakultur ist die Zucht oder die Bewirtschaftung
aquatischer Organismen (Tiere und Pflanzen) mit
Eingriffen in den Aufzuchtprozess, wie z.B. Fütterung,
regelmässiger Neubesatz, oder Schutz vor Räubern, die
zur Erhaltung und Erhöhung der Produktion notwendig sind
Æ Zuordnung der Aquakultur-Organismen zu einem Besitzer, der den
Bestand hegt und pflegt
Æ klassischer Fischfang in nationalen/internationalen Gewässern
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Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Was ist Aquakultur?
• Unterscheidung verschiedener Aquakultur-Verfahren:
Æ Teichwirtschaft – klassisch, terrestrisch, weit verbreitet
- stagnante Teiche: Karpfen, Schleie, Zander, Hecht
tropische Shrimpsproduktion
- durchströmte Teiche: Forelle, Äsche, Seesaibling
Æ Marikultur - Aquakultur im Meer, Netzgehege im freien
Meer oder in Buchten, z.B.
Lachs in den norwegischen Fjorden
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Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Was ist Aquakultur?
www.wikipedia.de
Teichwirtschaft nahe Mirna (Slowenien)
www.wikipedia.de
Marikultur von Lachs (Norwegen)
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Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Was ist Aquakultur?
Shrimpszucht (Ecuador)
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Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Probleme der Aquakultur
• Fakten und Probleme Shrimp-Aquakultur
Æ 85% der Produktion in Südostasien (2/3 Export)
Æ unkontrollierte Zerstörung von Mangrovenflächen
Æ Zusammenbruch der lokalen Küstenfischerei
Æ Erosion der Küstenlinie, mehr Sturmschäden
Æ Shrimp-Mast basierend auf Wildfängen
Æ unkontrollierter Einsatz: Antibiotika, Pestizide etc.
Æ Nutzung der Becken nur für wenige Jahre
Æ Krankheiten, Beeinträchtigung von Wild-Beständen
Æ Qualität der Shrimp-Produkte für Verbraucher??
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Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Warum Aquakultur?
Bevölkerungswachstum
• 2007: 6,6 Milliarden Menschen
• UN-Prognose
Æ 2025: 7,9 Milliarden
Æ 2050: 9,2 Milliarden
• politische/soziale Probleme
• ökologische Probleme
• Trinkwasser/Nahrung
• Hygiene/Gesundheit
• Umweltverbrauch
• Umweltbelastung
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Warum Aquakultur?
(www.FAO.org)
Æ Fisch als günstige Proteinquelle für viele Menschen
Æ Problem der Überfischung
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Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Warum Aquakultur?
(www.FAO.org)
Æ Stagnation/Rückgang der weltweiten Fischfänge
Æ Probleme: Artensterben, Beifang, Habitatzerstörung
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Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Warum Aquakultur?
(www.FAO.org)
Æ Zunehmende Bedeutung der Aquakultur
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Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Warum Aquakultur?
• Vorteile der Aquakultur im Vergleich zur Entnahme von
Wildbeständen:
Æ Die Aufzucht findet unter relativ kontrollierten und
konstanten Bedingungen statt
Æ Die Aquakultur garantiert eine kontinuierliche Versorgung
mit den zu produzierenden Zielorganismen
Æ Bei Erfolg ist der Ertrag höher als bei Nutzung von
Wildbeständen
Æ Die natürlichen Ressourcen werden geschont
(je nach Organismus und Technik)
Æ ABER, eine unsachgemäße Aquakultur bereitet Probleme
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Warum Aquakultur?
(www.FAO.org)
Æ größte Zuwächse in China und Südostasien
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Warum Aquakultur?
• Aquakultur in Deutschland ist global betrachtet unbedeutend
Æ Teichwirtschaft: - lange Tradition, viele Klöster
- alte Teichanlagen Hütter Wohld, 12. Jhd.
- Binnenland: Karpfen, Forelle u.ä.
Æ Ostseeküste kaum Betriebe, rückläufige Tendenz
- Fischproduktion & -setzlinge (Arterhaltung)
1985: 620 t
1993: 150 t
Æ Nordseeküste ebenfalls kaum Betriebe
- Miesmuschel-Zucht (28.000 t/a)
- Austern-Zucht (Sylt: 80 t/a; F: 125.000)
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Welche Organismen werden kultiviert?
www.FAO.org)
• Knochenfische (Pisces) aller Arten (ca. 70%)
• Weichtiere (Mollusca): Muscheln, Schnecken, Kopffüsser
• Krebstiere (Crustacea): Krabben, Hummer, Shrimps
• Algen (Phycophyta): Grün-, Rot- und Braunalgen (10%)
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Welche Organismen werden kultiviert?
(DLG/ Fischmagazin 2004)
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Aquakultur von Makroalgen
• Historische Nutzung von Algen
- seit 2500 Jahren Makroalgen sammeln & essen in China
- seit 1500 Jahren Makroalgen sammeln & essen in Europa
- 1623: Porphyra (Rotalge) Kultivierung in Korea
- 17. Jahrhundert: Produktion von Pottasche & Soda für
Seifen-/Glasindustrie Æ Braunalgen (Laminariales)
- bis 1810 Soda chemisch hergestellt wurde
- 1811: Algenernte zur Jodgewinnung (Laminaria)
- bis ca. 1900 Chile-Salpeter zur Jodgewinnung
- ab ca. 1900: Gewinnung von Gelierstoffe (Agar etc.)
- seit ca. 1950: Selektion, Züchtung, Aquakultur
Æ wissenschaftliche Erkenntnisse (China, Japan)
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Aquakultur von Makroalgen
• Historische Nutzung von Algen – Beispiel Bretagne
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Aquakultur von Makroalgen
• Nutzung von natürlichen Algenbeständen – Beispiel Bretagne
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Laminaria in Südostasien
• 2 Komponenten der Kultivierung
Æ Produktion von “Keimlingen”
- Etablierung kleiner Sporophyten auf Seilen
Æ Ausbringen der besetzten Seile ins Meer bis zum
Auswachsen der Pflanzen, danach Ernte
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Laminaria in Südostasien
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Laminaria in Südostasien
Ernte der Braunalge Laminaria japonica in Japan
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Laminaria japonica in Südostasien
• weltweite Ernte (Wildbestände/Aquakultur) (FG)
Herbivore
Pathogene (Pilze)
(www.FAO.org)
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Eucheuma/Kappaphycus Philippinen
Æ Carragenophyten: Phykokolloide
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Eucheuma/Kappaphycus Philippinen
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Eucheuma/Kappaphycus Philippinen
Æ 2002: > 600.000 t Frischgewicht, > 50 Mill. US$ Export
Æ viele Firmen Philippinische Eigentümer
Æ > 500.000 Algenfarmer, > 12.000 Verarbeitungsindustrie
Æ vegetative Vermehrung führt zur genetischen Verarmung
- Zunahme an Krankheiten (z.B. Pilze)
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Eucheuma/Kappaphycus Philippinen
Interdisziplinäre Ringvorlesung:
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Porphyra in Südostasien
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Porphyra in Südostasien
• Lebenszyklus
Æ makroskopisch
Æ mikroskopisch
Conchocelis rosea
Kathleen M. Drew, 1954
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Porphyra in Südostasien
(www.FAO.org)
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Porphyra in Südostasien
• Massenkultur von Conchocelis-Phasen
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Porphyra in Südostasien
• Beimpfen der Netze mit Conchosporen
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Porphyra in Südostasien
• Beimpfen der Netze mit Conchosporen
Interdisziplinäre Ringvorlesung:
Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Porphyra in Südostasien
• Verschiedene Kultivierungsmethoden
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Porphyra in Südostasien
• Verschiedene Erntemethoden
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Porphyra in Südostasien
• Prozessierung
Æ ähnlich Papierherstellung
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Porphyra in Südostasien
• Prozessierung - Automatisierung
Interdisziplinäre Ringvorlesung:
Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Porphyra in Südostasien
• Prozessierung – high end Produkt
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Aquakultur von Makroalgen
• Großflächige Algenzucht – Porphyra tenera in Südostasien
• jährliche Produktion
(www.FAO.org)
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Aquakultur von Makroalgen
Production by Weight
Economic Value
(thousand metric tonnes)
Undaria
pinnatifida
Eucheuma 311.1 tmt
cottonii
604.6 tmt
Other
41.8 tmt
($US Million)
Undaria
Eucheuma
pinnatifida
cottonii
US$148.9 million
US$43.9 million
Other US$14.9
million
Porphyra
spp.
US$1183.2
million
Porphyra spp.
1011.0 tmt
Laminaria
japonica
4580.1 tmt
Source: FAO, Review of the State of World Aquaculture 2002
Laminaria
japonica
US$2811.4
million
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Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Biomasse-Produktion von Mikroalgen
• Historische Nutzung von Mikroalgen
- Azteken (Mexiko) Æ Cyanobakterien
- China: Nostoc-“Blätter“ (Bodenkrusten)
- großtechnische Kultivierung erst seit ca. 50 Jahren:
- 1960: Chlorella vulgaris (Fa. Nihon Chlorella; Taiwan)
- 1980: über 46 Fabriken in Asien
- heute: ca. 30 Mikroalgenarten
Æ Spirulina (Athrospira), Chlorella, Dunaliella,
Biomasseproduktion ca. 10.000t Trockenmasse/a
Jahresumsatz von circa US$ 1.25x109
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Biomasse-Produktion von Mikroalgen
• offene Systeme („open ponds“)
Dunaliella salina
(Congnis Nutrition and Health Ltd, Australien)
Athrospira, Haematococcus
(Cyanotech Corp. Hawaii)
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Biomasse-Produktion von Mikroalgen
• geschlossene Systeme – Photobioreaktoren (PBR)
• verschiedenste Designs
www.algatech.com
www.igv-gmbh.de
Fa. Subitec
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Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Nutzung von Mikro- und Makroalgen
• Makroalgen
- Nahrungsmittel
Æ Mensch & Tier
- Landwirtschaft
Æ Dünger, Bodenverbesserer
- Energiegewinnung
Æ Biogas
- Kosmetik
Æ z.B. Antioxidantien
- Pharmazie
Æ diverse Wirkstoffe
- Lebensmitteltechnologie Æ Geliermittel (Phykokolloide)
Produkt
Carrageenan
Alginate
Agar
Total
Wert
(106 US $)
~240
~211
~132
583
Rohmaterial
(mt) (US $/mt)
400,000
460,000
125,000
985,000
600
459
1056
Produkt
(mt) (US $/mt)
~25,000
~23,000
~7,500
~55,500
9,600
9,174
17,600
Source: Lobban and Harrison (1997), Porse (1998)
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Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Nutzung von Mikro- und Makroalgen
• Makroalgen – Phykokolloide
• Vielfältige Nutzungen
- Geliermittel, Gel-Bildung > 0,02%; Emulgator u.ä.
Interdisziplinäre Ringvorlesung:
Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Nutzung von Mikro- und Makroalgen
• Mikroalgen – vielfältige Nutzungen
- Aquakultur
Æ Futter, Nahrungszusatz (Astaxanthin)
„Der Fisch ist, was er frißt“
- Nahrungsergänzung
- Kosmetika
- Pharmazie
- Energie
- CO2-Fixierung
- Umweltmonitoring
Æ Vitamine, omega-3-Fettsäuren etc.
Æ Anti-Aging, Sonnenschutz, Wellness
Æ Zytostatika, Antibiotika etc.
Æ Biogas, Biodiesel, H2-Produktion
Æ Rauchgas-Reinigung
Æ Ökotoxikologie
Interdisziplinäre Ringvorlesung:
Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Nutzung von Mikro- und Makroalgen
• Mikroalgen – vielfältige Nutzungen
Interdisziplinäre Ringvorlesung:
Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Nutzung von Mikro- und Makroalgen
• Mikroalgen – vielfältige Nutzungen
Chlorella:
mehr als 70 Firmen weltweit produzieren
über 2000t/a TM mit einem Umsatz von
40 Milliarden US$ (inkl. Produkte)
Interdisziplinäre Ringvorlesung:
Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Probleme der Aquakultur
• Intensivierung der industriellen Aquakultur schafft Probleme
Æ Wasserverschmutzung (Nährstoffe, Futterreste,
Antibiotika etc.)
Æ Küstenhabitat-Zerstörung (Mangroven u.ä.)
Æ Verwendung von Fischmehl (Beifang) zur Fütterung
Æ Pathogene (Viren, Bakterien, Pilze)
Æ Entweichung von Zuchttiere in die Natur (AntibiotikaResistenz)
Interdisziplinäre Ringvorlesung:
Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Perspektiven der Aquakultur
• Aquakultur gewinnt zukünftig noch mehr an Bedeutung
Æ Nachhaltigkeit, Naturschutz, < Agrochemikalien
Æ Fütterung durch pflanzliche Produkte
(Naturland Shrimpsfarm Ecuador)
Æ weniger Jungtiere aus Wildbeständen für die Mast
Æ sozio-ökonomische Aspekte Lokalbevölkerung
Æ Wissenschaftlicher & technologischer Fortschritt
(Polykultur u.ä.)
Interdisziplinäre Ringvorlesung:
Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven
Perspektiven der Aquakultur
• Aquakultur in Deutschland
Æ Produktion hochwertiger Organismen
Æ Forschung & Entwicklung (Innovation)
Æ künstliches Riff
Æ zukünftiger Masterstudiengang Aquakultur (INF)
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Aquakultur – Bedeutung, Probleme und Perspektiven