De kweek van algen, zeewier en schelpdieren (laagtrofische aquacultuur) kan helpen te voorzien in de wereldwijde behoefte aan gezond en duurzaam geproduceerd voedsel. In Nederland gaat het vooral om de kweek van schelpdieren. Het benutten van nieuwe kweekruimte op de Noordzee vereist het monitoren van de kweek op afstand. Daar wordt aan gewerkt in het project VOLTA (Voedselkweek op zee – naar een laagtrofische aquacultuur) door onderzoekers van HZ University of Applied Sciences. Samen met partners ontwikkelen ze modellen voor de mosselgroei om kwekers inzicht te geven voor het tijdig nemen van beheersmaatregelen. Dat gebeurt met inzet van de sleuteltechnologieën data en AI.
In Nederland worden vooral schelpdieren, zoals mosselen en oesters, gekweekt. Deze schelpdiercultuur concentreert zich op beschutte locaties, in de Waddenzee en de Zeeuwse Delta. Doordat de beschikbare ruimte op deze locaties volledig wordt benut, is er behoefte aan kweekruimte op de Noordzee.
Locaties op volle zee zijn dynamisch en daardoor lastig te bereiken. Een van de uitdagingen voor het maken van de transitie van kweek in beschutte gebieden naar kweek op open zee, is het op afstand monitoren van de productie op kweeklocaties. Inzicht in de groei en omstandigheden daar is van groot belang voor kwekers om tijdig beheersmaatregelen te kunnen uitvoeren. Daarnaast hebben uiteenlopende factoren effect op de productie. Voorbeelden zijn de grootte van het uitgangsmateriaal, het aantal schelpen per systeem en het type systeem, alsmede tussentijdse beheersmaatregelen en oogstmoment.
Eva Hartog is senior onderzoeker lectoraat Aquaculture in Delta Areas bij HZ University of Applied Sciences.
“Het invangen van mosselzaad op de Voordelta kan erg succesvol zijn, maar vereist wel inzicht in de groei. Daarbij kan het gebruik van modellen voor de mosselkweek interessant zijn, al beschrijven die meestal de groei achteraf. Voor een toepassing bij kweek is een real-time voorspelling noodzakelijk.”
Pascalle Jacobs is onderzoekscoördinator/senior onderzoeker lectoraat Aquaculture in Delta Areas bij HZ University of Applied Sciences.
“Als onderzoeksgroep Aquacultuur leggen we samen met de kwekers de weg af van digitaal data verzamelen, analyseren en gebruiken naar datagestuurd werken. Een model is daarbij in mijn ogen een middel en geen doel. Voor het model dat het lectoraat Data Science ontwikkelt, zijn onder meer veel omgevingsdata nodig. Die benodigde datadichtheid is voor deltagebieden en de Voordelta eigenlijk alleen beschikbaar uit remote sensing. Voor het voorspellen van mosselgroei werken we nu met data afkomstig uit de Oosterschelde; gegevens over mosselgroei op de Voordelta ontbreken nu nog grotendeels. Dit zou de eerste prioriteit moeten zijn voor vervolgonderzoek.”
Gert Jacobusse is senior onderzoeker lectoraat Data Science bij HZ University of Applied Sciences.
“Voor datagedreven modellen zoeken we naar het optimale detailniveau om groei van mosselen te kunnen verklaren. De groei van mosselen varieert per maand. Er zijn verschillende onafhankelijke variabelen, zoals watertemperatuur en hoeveelheid daglicht, die samenhangen met deze variatie. Het is niet altijd mogelijk om dat soort verbanden te ontrafelen en te begrijpen wat de oorzaken zijn van seizoensvariatie. Ook bij datagedreven modellen laten we ons inspireren door biologische kennis, bijvoorbeeld voor feature-selectie en feature-engineering.”
Pieter Geijsen is aquacultuurmanager Roem van Yerseke.
“De toekomstbestendigheid van Roem van Yerseke ligt in het innoveren en ontwikkelen. Dat betekent onderzoeken hoe je op de beste manier samen met de natuur kunt zorgen dat je mosselen kunt blijven kweken op de percelen die je hebt en wellicht nieuwe gebieden bekijken om te zorgen dat je het nog beter kunt doen. We zijn het project gestart om beter te kunnen begrijpen hoe die mossel zich nu ontwikkelt binnen de temperatuur, de algen en de stroming van het water.
De toekomstbestendigheid van dit project zit ’m in het feit dat je de ruimte die je hebt, beter kunt benutten. Dat je op slechte locaties niet blijft doormodderen, maar weet: als ik naar een andere locatie ga, een paar honderd meter opzij, kan ik daar de ruimte wel fatsoenlijk gebruiken.”
In de afbeelding hieronder zie je de presentatie van voorlopige resultaten tijdens NWO LIFE in Egmond aan Zee op 22 mei 2024. Van links naar rechts de HZ-onderzoekers Gert Jacobusse, Natan Hoefnagel, Pascalle Jacobs en Iarima S. Mendonça. (Foto: HZ, Lectoraat Data Science).
In het project VOLTA zijn twee modelleerbenaderingen toegepast om relaties tussen de groei van mosselen en de omgevingsomstandigheden te vinden, om uiteindelijk de groei te voorspellen. Dit zijn het biologisch geïnspireerde dynamische energiebudget (DEB) model en datagestuurde machine learning (een vorm van kunstmatige intelligentie). Het gebied waarvoor de modellen worden ontwikkeld, is de Voordelta, maar daarvan zijn slechts weinig gegevens over mosselgroei. Daarom worden voor het ontwikkelen en trainen van de modellen in eerste instantie gegevens gebruikt uit de traditionele aquacultuurgebieden in Nederland, namelijk de Oosterschelde en de Waddenzee.
Voor de modellen zijn maandelijkse mosselgroeigegevens gebruikt, die systematisch over zes jaar zijn verzameld. Van een reeks omgevingsgegevens (verzameld in situ en met afstandswaarneming via satellieten) zijn uiteindelijk watertemperatuur, chlorofylgehalte en daglicht als voorspellers voor mosselgroei geselecteerd. Andere gegevens vielen af. Zo voorspelde maand van jaar de mosselgroei best goed, maar levert geen oorzakelijk verband met mosselgroei. Verder variëren de diepte en stroomsnelheid weliswaar tussen en binnen de Oosterschelde en de Waddenzee, maar zijn ze niet zomaar te extrapoleren naar andere gebieden.
Onder meer een Random Forest Regressiemodel werd getraind om de maandelijkse mosselgroei per dag te voorspellen op basis van omgevingsdata. De voorspellingen kwamen goed overeen met de gemiddeldes van de geobserveerde data. Op beslisbomen gebaseerde modellen laten echter te veel vrijheidsgraden toe om biologische limitatie correct mee te nemen in de modellen.
Inspectie van de DEB-modelresultaten en daaropvolgende analyses van watertemperatuur, chlorofylgehalte en zonnestraling versus mosselgroei, gaven inzicht in deze limitatie. De relatie tussen de mosselgroei en elk van deze drie factoren bleek het effectiefst gemodelleerd te kunnen worden met polynomische relaties. Daarop is een mixed model gebruikt dat deze polynomische effecten meeneemt.
In de afbeelding hieronder zie je de voorspelde mosselgroei volgens het mixed model in relatie tot sea surface temperature en irradiance, ofwel daglicht. Er is gemeten voor de periode april tot en met oktober. De hoeveelheid daglicht correspondeert met de maand van het jaar. De groei is hoger bij een combinatie van meer daglicht en hogere watertemperatuur – tot aan een bepaalde drempelwaarde.
We gaan de modellen voor het voorspellen van de groei van mosselen verwerken in scenario’s die de mosselkwekers ondersteunen bij het maken van keuzes. In die scenario's worden ook aannames gemaakt, onderbouwd en doorgerekend over andere variabelen. Denk aan de overleving van mosselen, het verlies van mosselen door wegspoelen en de kosten voor het bereiken van de locaties.
Dit onderzoek wordt medegefinancierd door Regieorgaan SIA, onderdeel van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). Het wordt uitgevoerd door de lectoraten Aquaculture in Delta Areas en Data Science van HZ University of Applied Sciences in Zeeland, onder leiding van Pascalle Jacobs, senior onderzoeker in het lectoraat Aquaculture in Delta Areas. Zij is ook verantwoordelijk voor de inbreng van de onderzoekers van dit lectoraat. Voor het onderzoek door het lectoraat Data Science ligt de verantwoordelijkheid bij lector Mischa Beckers.
Hogeschool Van Hall Larenstein voert binnen dit project een beleidsanalyse uit naar de haalbaarheid van laagtrofische aquacultuur op de Noordzee. Ander partners zijn onder meer WaterInsight, de kwekers M en M Padmos, Roem van Yerseke en Mosselkweek Steketee-Philipse, hun belangenbehartigers, MBO-instellingen Scalda en Friese Poort, en overheden.
Consortium, onderdeel van Zuyd Hogeschool, Hogeschool Utrecht, Breda University of Applied Sciences, +10
Headerafbeelding: Mosselzaadinvang in de Noordzee, op de locatie Voordelta. Rechts bemanning aan boord van de Yerseke 72 (YE72). (Foto: Eva Hartog)
