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統合多栄養養殖（IMTA ）は、ある水生生物の副産物（廃棄物を含む）を別の水生生物の投入物（肥料、餌）として利用する養殖の一種です。養殖業者は、給餌養殖（魚、エビなど）と無機抽出養殖（海藻など）および有機抽出養殖（貝類など）を組み合わせて、環境修復（バイオリミテーション）、経済的安定性（生産量の向上、コストの削減、製品の多様化、リスクの低減）、社会的受容性（より良い管理方法）のためのバランスの取れたシステムを構築します。[ 1 ]
適切な種を選択し、必要な生態系機能を提供するように様々な個体群の規模を調整することで、関連する生物学的および化学的プロセスが安定したバランスを達成し、生物同士が相互に利益を得て、生態系の健全性を向上させることができる。
理想的には、共栽培された種はそれぞれ価値のある商業用「作物」を生産します。[ 2 ] IMTAは、一部の作物が短期的には単作栽培よりも収量が少なくても、相乗的に総生産量を増加させることができます。[ 3 ]
IMTAは、養殖の環境負荷を軽減する上でも非常に有益です。養殖アトランティックサーモン（Salmo salar）の成長は、養殖需要の急速な増加を示唆しています。1980年から2004年までの生産量増加率は平均25.6%で、2004年には養殖サーモンの生産額は40億米ドルを超えました。[ 4 ] IMTAは、魚の養殖から出る過剰な栄養素や有機廃棄物などの副産物を貝類や海藻などの他の種が利用する閉鎖ループシステムを作ることで機能します。このプロセスにより、水質汚染を減らし、化学肥料の必要性を最小限に抑え、生態系全体の健全性を向上させることができます。さらに、異なる栄養段階を統合することで、IMTAは生物多様性を高め、海洋食品生産におけるより持続可能な慣行を促進することができます。
「統合型」とは、水系による栄養素とエネルギーの伝達を利用した、集約的かつ相乗的な栽培を指します。「多栄養段階」とは、様々な種が異なる栄養段階、つまり食物連鎖の異なる（しかし隣接する）リンクを占めていることを意味します。[ 2 ]
IMTAは、古くから行われている水生多種養殖の特殊な形態であり、栄養段階を考慮せずに様々な種を共生させていました。このより広いケースでは、生物は最小限の相補性を持つ生物学的および化学的プロセスを共有する可能性があり、同じ食物資源をめぐる競争により、両方の種の生産量が減少する可能性があります。しかし、中国のコイの多種養殖のように、同じ池の中で複数のニッチを占める種を使用する伝統的なシステムや、陸上の農業種と統合された魚の養殖などは、IMTAの形態とみなすことができます。[ 5 ]
より一般的な用語である「統合養殖」は、養殖システム間で水を移送することによって単一養殖を統合することを説明するために使用されます。[ 3 ]「IMTA」と「統合養殖」という用語は、主にその正確さにおいて異なり、時には互換的に使用されます。アクアポニックス、分画養殖、統合農業養殖システム、統合都市近郊養殖システム、統合漁業養殖システムはすべて、IMTA コンセプトのバリエーションです。
今日では、低強度の伝統的/偶発的な多栄養段階養殖は、現代のIMTAよりもはるかに一般的である。[ 3 ]そのほとんどは、魚、海藻、貝類など、比較的単純なものである。
真のIMTAは、池やタンクを使用する陸上ベース、あるいは開放水域の海洋または淡水システムでも実施できます。実施例には、貝類/エビ、魚類/海藻/貝類、魚類/海藻、魚類/エビ、海藻/エビなどの種の組み合わせが含まれています[ 3 ] 。 [ 6 ]
外洋での IMTA (沖合養殖)は、海藻が生えるロープ付きのブイを使用することで行うことができます。ブイ/ロープは、魚が育つ漁網やケージの隣に設置されます。 [ 7 ]熱帯アジアの一部の国では、浮遊ケージでの魚類の伝統的な養殖、近くの魚やエビの養殖池、河口での漁業と統合されたカキ養殖などがIMTAの一形態とみなすことができます。[ 8 ] 2010 年以降、ノルウェー、スコットランド、アイルランドでは IMTA が商業的に使用されています。
将来的には、追加機能のための他のコンポーネントを備えたシステム、または同様の機能を持つが粒子のサイズ範囲が異なるシステムが登場する可能性が高い。[ 2 ] 複数の規制上の問題が未解決のままである。[ 9 ]
Ryther と共同研究者は、近代的で統合された集約的な陸上養殖を開発した。[ 10 ] [ 11 ]彼らは、理論的にも実験的にも、貝類、微細藻類、海藻などの抽出生物を家庭排水の処理に統合的に利用することを、記述的かつ定量的な結果とともに始めた。家庭排水を海水と混合したものが植物プランクトンの栄養源となり、それがカキやアサリの餌となった。彼らは、養殖場の有機汚泥に根ざした食物連鎖で他の生物を栽培した。最終排水中の溶解した栄養分は、海藻（主にGracilariaとUlva）のバイオフィルターによってろ過された。人間の廃棄物排水で生育した元の生物の価値は最小限であった。
1976年、ユグナンは内陸部と沿岸部の両方で集約型養殖排水の処理方法の改良を提案した。[ 12 ]テノーレは、肉食魚と大型藻類食性アワビのシステムと統合することでこれに続いた。[ 13 ]
1977年、Hughes-Games [ 14 ]は、最初の実用的な海洋魚類/貝類/植物プランクトンの養殖について記述し、1981年にGordinらがそれに続いた。[ 15 ] 1989年までに、紅海のアカバ湾（エイラート）にある半集約型（1 kg魚/m −3）のタイとボラの養殖池システムでは、カキの餌として最適な高密度の珪藻群集が維持された。[ 16 ] [ 17 ]ここで養殖された数百キロの魚とカキが販売された。研究者らはまた、（5 kg魚/m −3 ）の緑水タイの養殖池の水質パラメータと栄養収支を定量化した。[ 16 ] [ 18 ]植物プランクトンは概して適切な水質を維持し、平均して廃棄窒素の半分以上を藻類バイオマスに変換した。集約的な二枚貝養殖の実験では、高い二枚貝の成長率が得られた。[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]この技術は、イスラエル南部の小規模農場を支えた。
IMTAは、餌を与えられた生物から出る副産物や食べ残しの飼料を収穫可能な作物に変換することで、経済的および環境的な持続可能性を促進し、それによって富栄養化を抑制し、経済の多様化を促進します。[ 3 ] [ 6 ] [ 25 ]
適切に管理された多栄養段階養殖は、有害な副作用なしに成長を促進します。[ 9 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]これにより、養殖された生物を同化する場所の能力が高まり、それによって環境への悪影響が軽減されます。
IMTAは、農家が購入した投入物をより低い栄養段階の副産物に置き換えることで、多くの場合新しい場所を必要とせずに生産物を多様化することを可能にします。初期の経済研究では、IMTAは利益を増加させ、天候、病気、市場の変動による財務リスクを軽減できることが示唆されています。[ 29 ] 1985年以降、12以上の研究がIMTAシステムの経済性を調査しました。[ 3 ]
IMTAの経済的持続可能性は、多様化によって強化されます。複数の種を養殖することで、農家は経済的リスクを分散し、複数の収入源を得ることができます。例えば、ある種の市場需要が減少した場合でも、農家は貝類や海藻などの他の種の生産に頼ることができます。これにより、単作システムにありがちな経済的脆弱性が軽減されます。さらに、食料や原材料の多様な生産は、システムの長期的な経済的存続可能性にも貢献します。
一般的に、肉食性の魚類やエビ類はIMTAの高次栄養段階を占めます。これらは可溶性アンモニアとリン（オルトリン酸）を排泄します。海藻類や類似種は、これらの無機栄養素を環境から直接吸収することができます。[ 1 ] [ 3 ] [ 6 ]魚類やエビ類は有機栄養素も放出し、それが貝類や堆積物食動物の餌となります。[ 6 ] [ 27 ] [ 30 ]
中間栄養段階を占める貝類などの種は、水中の底生有機物を濾過すると同時にアンモニアを生成するという二重の役割を果たすことが多い。[ 6 ]廃棄飼料は、直接摂取するか、個々の栄養素に分解することによって、追加の栄養素を提供することもある。一部のプロジェクトでは、廃棄栄養素を回収し、養殖魚に与える餌として再利用している。これは、育てた海藻を餌に加工することによって実現できる。[ 31 ]
IMTAシステムは、栄養素の回収効率を大幅に向上させることができます。これは、従来の単作農業が栄養バランスの崩れを引き起こし、富栄養化やデッドゾーンの原因となっている地域では特に重要です。ムール貝やカキなどの貝類は、水中の過剰な窒素とリンをろ過し、海藻は二酸化炭素を吸収して酸素を放出するため、水質の改善とより安定した海洋環境を促進します。[ 4 ]
栄養素の回収効率は、技術、収穫スケジュール、管理、空間配置、生産、種の選択、栄養段階のバイオマス比、天然の餌の利用可能性、粒子サイズ、消化率、季節、光、温度、水流の関数である。[ 3 ] [ 6 ] [ 30 ]これらの要因は場所や地域によって大きく異なるため、回収効率も異なる。
パイロットスケールのデータに基づくと、仮想的な家族規模の魚類/微細藻類/二枚貝/海藻養殖場では、投入された栄養素の少なくとも 60% が商業製品に到達し、これは現代の網生簀養殖場の 3 倍近くになります。仮想的な1 ヘクタール (2.5 エーカー)のシステムで予想される年間平均収穫量は、タイ35 トン (34 ロングトン、39 ショートトン)、二枚貝100 トン (98 ロングトン、110 ショートトン) 、海藻125 トン (123 ロングトン、138 ショートトン)でした。これらの結果を得るには、植物プランクトンの個体群を一定に保つことが難しいため、正確な水質管理と二枚貝の栄養への適合性への注意が必要でした。[ 3 ] [ 18 ] [ 22 ] [ 32 ]
海藻の窒素吸収効率は陸上システムでは2～100%の範囲である。[ 6 ] 開放水域IMTAにおける吸収効率は不明である。[ 33 ]
ある種の廃棄物を別の種に与えると汚染の可能性があるが、これは IMTA システムではまだ観察されていない。ファンディ湾のアトランティックサーモンのケージに隣接して生育するムール貝とコンブは、 2001 年以来、医薬品、重金属、ヒ素、PCB、農薬による汚染について監視されている。濃度は一貫して検出限界以下か、カナダ食品検査庁、米国食品医薬品局、欧州共同体指令によって定められた規制限度をはるかに下回っている。[ 34 ] [ 35 ]味覚検査員は、これらのムール貝には「魚臭さ」がなく、「天然」のムール貝と区別できないと述べている。ムール貝の肉収量は著しく高く、これは栄養素の利用可能性の増加を反映している。[ 27 ] 最近の調査結果によると、サケ養殖場に隣接して生育するムール貝は、肉重量とコンディション指数（肉と殻の比率）が高いため、冬の収穫に有利である。この発見は特に興味深い。なぜなら、この研究が行われたファンディ湾では、冬季に単一養殖の状況でコンディション指数の低いムール貝が生産され、季節的な麻痺性貝毒（PSP）の発生により、ムール貝の収穫は通常冬季に限定されるからである。[ 36 ]
歴史的および現在進行中の研究プロジェクトには以下が含まれます。
日本、中国、韓国、タイ、ベトナム、インドネシア、バングラデシュなどは、海洋、汽水、淡水環境で何世紀にもわたって水生生物を共養殖してきた。[ 1 ] [ 3 ]魚、貝類、海藻は湾、潟、池で一緒に養殖されてきた。試行錯誤により、時間の経過とともに統合が改善されてきた。[ 3 ]アジアの養殖生産のうち、IMTAシステムで行われている割合は不明である。
2004年の津波の後、インドネシアのアチェ州とタイのラノーン州の多くのエビ養殖業者がIMTA（統合的多栄養養殖）の研修を受けました。これは、海洋エビの単一養殖が持続不可能であると広く認識されたため、特に重要でした。ティラピア、マッドクラブ、海藻、ミルクフィッシュ、ムール貝の生産も組み込まれています。 アクアフィッシュ共同研究支援プログラム
バングラデシュではインドコイやナマズが養殖されているが、その方法はもっと生産性を高めることができるはずだ。現在用いられている池やケージでの養殖は魚類のみを対象としており、他の栄養段階の生物を含めた場合に得られる生産性向上という利点を活かせていない。高価な人工飼料が用いられているが、これは魚類にタンパク質を供給するためである。ベンガル巻貝などの淡水巻貝を同時に養殖することで、利用可能なタンパク質を増やし、これらのコストを削減できる可能性がある。また、淡水巻貝やヨウサイなどの水生植物をそれぞれ養殖に取り入れることで、養殖の副産物として発生する有機廃棄物や無機廃棄物を最小限に抑えることもできる。[ 37 ]
グラン・カナリア島のファロス・プロジェクトによるIMTAの実証実験では、商業養殖ケージ操業から放出される栄養豊富な廃棄物による汚染の削減と生物多様性の回復について調査しています。この実験では、商業養殖ケージを多種養殖の大型藻類、高価値のアワビ養殖ライン、ナマコ養殖ケージ、人工礁の組み合わせで囲みます。ファロス・プロジェクトは、ゴードン・ダルトン博士が率いる、ホライズン・ヨーロッパの下でEUの資金提供を受けているプロジェクトです。[ 38 ] [ 39 ]
オランダでは、ワーヘニンゲン大学（植物科学グループ）のウィレム・ブランデンブルクが、オランダ初の海藻養殖場を設立した。この養殖場は「De Wierderij」と呼ばれ、研究目的で使用されている。[ 40 ]
スコットランド海洋科学協会（オーバン）は、いくつかのプロジェクトを通じて、サケ、カキ、ウニ、褐藻類、紅藻類の共培養を開発しています。[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]研究は、生物学的および物理的プロセス、ならびに生産経済と沿岸域管理への影響に焦点を当てています。研究者には、M. Kelly、A. Rodger、L. Cook、S. Dworjanyn、C. Sanderson が含まれます。[ 45 ] [ 46 ]
アイルランド西海岸のバントリーにあるファロス・プロジェクトの実証実験では、環境上の利点を評価するために、大規模なサケ養殖場の隣で多種多様な海藻を共存させる実験が行われている。バントリー海洋研究所がUltfarmsプロジェクトと共同で実施しているこの研究では、2つの場所を比較している。1つは、サケ養殖場に隣接してアラリア・エスクレンタ、サッカリナ・ラティッシマ、ラミナリア・ディジタタを栽培している6ヘクタールのバントリーの養殖場、もう1つはローリングウォーター湾の対照地である。この実証実験では、生物多様性、CO₂隔離、海洋酸性化の潜在的な緩衝効果の違いを調べており、バントリーの養殖場は、高バイオマス生産用に設計された110メートルのラインが17本ある。[ 47 ]
産業界、学術界、政府が協力して、生産を商業規模に拡大しようとしている。[ 2 ]現在のシステムには、大西洋サケ、ムラサキイガイ、ケルプが組み込まれており、堆積物食性生物も検討されている。AquaNet（カナダの卓越センターネットワークの1つ）がフェーズ1に資金を提供した。大西洋カナダ機会庁がフェーズ2に資金を提供している。プロジェクトリーダーは、ティエリー・ショパン（セントジョンのニューブランズウィック大学）とショーン・ロビンソン（水産海洋省、セントアンドリュース生物学ステーション）である。[ 9 ] [ 35 ] [ 48 ]
Pacific SEA-lab は、ギンダラ、ホタテ、カキ、ムラサキイガイ、ウニ、コンブの混養について研究し、ライセンスを取得していました。「SEA」は、持続可能な生態系養殖を意味します。このプロジェクトは、4 種の生物のバランスを取ることを目的としていました。このプロジェクトは、ビクトリア大学沿岸養殖研究訓練 (CART) ネットワークのブリティッシュ コロンビアイノベーション 賞の下で、スティーブン クロスが主導しました。[ 49 ] [ 50 ]
プエルトモントにあるロス・ラゴス大学のi-mar研究センター[ 51 ]は、集約的なサケ養殖の環境への影響を軽減するために活動している。初期の研究では、マス、カキ、海藻が対象となった。現在の研究は、サケ、海藻、アワビが生息する外洋に焦点を当てている。プロジェクトリーダーはアレハンドロ・ブッシュマンである[ 52 ] 。
イスラエルの地中海沿岸、テルアビブ北部で数年間操業していたシーオー・マリン・エンタープライズ社は、海水魚（マダイ）、海藻（アオサとヒラメ）、そしてアワビを養殖していた。同社は、地域の気候を活用し、魚の廃棄物を海藻バイオマスにリサイクルしてアワビの餌として利用する手法を採用していた。また、養殖池への水の再利用を可能にするほど効果的に水を浄化し、点源排水に関する環境規制にも適合させていた。
PGP Ltd.はイスラエル南部にある小規模な養殖場です。海水魚、微細藻類、二枚貝、アルテミアを養殖しています。タイやスズキの排水は沈殿池に集まり、そこで微細藻類（主に珪藻）が密集して繁殖します。アサリ、カキ、そして時にはアルテミアが水から微細藻類を濾過し、澄んだ排水を作り出します。養殖場では、魚、二枚貝、アルテミアを販売しています。
3つの養殖場では、陸上のタンクでアワビの排水を利用して飼料用の海藻を栽培している。再循環水の最大50%が海藻タンクを通過する。[ 53 ]やや珍しいことに、魚類もエビ類も上位栄養段階の種ではない。その動機は、栄養塩の削減ではなく、天然の海藻群落の乱獲や赤潮の発生を避けることにある。これらの商業的成功は、アーバインとジョンソン・ケープ・アワビとケープタウン大学およびストックホルム大学の科学者との研究協力から生まれた。[ 53 ]
