Kỹ Thuật Nuôi, Tin tức

Liệu Giá Thể Vi Sinh Dạng Xốp Có Thể Kiểm Soát Nitơ Vô Cơ Và Chất Rắn Lơ Lửng Trong Hệ Thống Không Thay Nước Đối Với Tôm Thẻ Chân Trắng Hay Không?

Giá thể vi sinh dạng xốp có lớp màng sinh học tạo ra hàm lượng tổng nitơ amoniac và nitrit thấp hơn, nhưng nồng độ nitrat cao hơn

Nghiên cứu này đánh giá liệu giá thể vi sinh dạng xốp với màng sinh học có thể kiểm soát nitơ vô cơ và chất rắn lơ lửng trong các hệ thống không thay nước đối với hậu ấu trùng tôm thẻ chân trắng hay không. Ảnh của Darryl Jor.

Thách thức chính trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản thâm canh, bao gồm cả tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei), là sự tích tụ nitơ vô cơ – đặc biệt là amoniac và nitrit – sản sinh ra từ hoạt động ăn của chúng, có thể gây hại và tác động đến môi trường. Việc thay nước thường xuyên để pha loãng nồng độ amoniac và nitrit độc hại là một chiến lược quản lý phổ biến, nhưng nó có thể làm tăng nguy cơ bùng phát bệnh truyền nhiễm. Ngoài ra, chất rắn lơ lửng sản sinh ra từ quá trình nuôi có thể ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước, chất lượng môi trường, phúc lợi động vật và sức khỏe cộng đồng, đồng thời lượng chất rắn lơ lửng quá mức có thể ảnh hưởng đến sự sống và tăng trưởng của tôm, và chúng cần phải được quản lý.

Ngoài hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS), việc bổ sung chất nền ngập nước trong hệ thống nuôi tôm thẻ chân trắng cũng là một biện pháp giúp duy trì chất lượng nước lý tưởng và cho phép tỷ lệ thay nước ở mức tối thiểu hoặc không thay nước, đồng thời cải thiện đáng kể năng suất của tôm và giảm tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR).

Giá thể vi sinh dạng xốp (SB) được coi là chất mang sinh học lý tưởng cho sự gắn kết và phát triển của vi sinh vật do trọng lượng nhẹ, độ ổn định thủy phân cao và diện tích bề mặt riêng lớn. Đặc biệt, giá thể vi sinh dạng xốp có đặc tính hấp phụ vật lý mạnh, có thể loại bỏ chất rắn lơ lửng trong thủy vực nuôi trồng thủy sản. Trong nghiên cứu này, giá thể vi sinh dạng xốp với màng sinh học được tạo trước (SBBF) đã được sử dụng để thiết lập và đánh giá hệ thống không thay nước cho tôm thẻ chân trắng L. vannamei.

Bài viết này – được tóm tắt từ bài báo gốc (Song, Z. 2023. Ảnh hưởng của hệ thống không thay nước đối với tôm thẻ chân trắng Litopenaeus vannamei bằng cách sử dụng giá thể vi sinh dạng xốp để kiểm soát nitơ vô cơ và chất rắn lơ lửng. Sustainability 2023, 15(2), 1271) – trình bày kết quả của một nghiên cứu đánh giá vai trò của SBBF trong việc kiểm soát nitơ vô cơ và chất rắn lơ lửng, và tác động của chúng đối với năng suất tăng trưởng của tôm thẻ chân trắng L. vannamei.

Thiết lập nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện tại Đại học Kỹ thuật Qingdao (Qingdao, Trung Quốc). Tôm post thẻ L. vannamei (tám ngày tuổi, PL8) được mua từ trại giống thương mại, sau 18 ngày ương, tôm đạt chiều dài 1,6 ± 0,2 cm, trọng lượng 0,1 ± 0,001 gram và được thả vào 12 bể có dung tích 2m3 chứa đầy nước biển nhân tạo ở độ mặn 15 ppt và có sục khí cơ học. Giá thể vi sinh dạng xốp với kích thước 2 cm sử dụng làm chất nền nhân tạo được đựng trong các túi lưới có kích thước 60 x 60 cm với kích cỡ mắc lưới là 2 mm. Một chế phẩm vi khuẩn nitrat hóa thương mại tại địa phương đã được thêm vào hệ thống và các chất dinh dưỡng khác nhau để hỗ trợ hình thành màng sinh học.

Nghiên cứu bao gồm 4 nghiệm thức, mỗi nghiệp thức được lặp lại 3 lần: (1) giá thể sinh học dạng xốp đối chứng (SBC; 5% thể tích/thể tích, v/v); SB không có màng sinh học tạo trước và có sục khí trong túi lưới terylene (một dạng polyester); (2) giá thể vi sinh dạng xốp có màng sinh học tạo trước (SBBF2.5a, 2,5% v/v); SBBF và có sục khí trong túi lưới terylene; (3) SBBF5a (5% v/v); SBBF và có sục khí trong túi lưới terylene; (4) SBBF5 (5% v/v), hoặc SBBF không sục khí trong túi lưới terylene. Các túi được ngâm trong bể trong suốt thời gian thử nghiệm.

Hình 1: Sơ đồ hệ thống không thay nước cho tôm thẻ chân trắng L. vannamei với giá thể vi sinh dạng xốp.

Tôm được cho ăn 4 lần/ngày bằng thức ăn thương mại địa phương, tốc độ tăng trưởng và mức tiêu thụ thức ăn của tôm được đánh giá hàng ngày để điều chỉnh lượng thức ăn. Trong quá trình thử nghiệm, nhiệt độ nước là 28 ± 1,0°C, DO là 6,5–8,0 mg/L, và bất kỳ lượng nước nào bị mất đi do bay hơi và lấy mẫu đều được thay thế. Cứ sau 10-15 ngày, các túi lưới terylene có SB được lấy ra khỏi bể để loại bỏ các chất hấp phụ trong các lỗ rỗng và tái tạo khả năng hấp phụ của chúng.

Kết quả và thảo luận

Độ đục của nước trong tất cả các nghiệm thức luôn được duy trì ở mức thấp trong toàn bộ thí nghiệm, thấp hơn nhiều so với các giá trị được báo cáo trong các hệ thống sử dụng công nghệ Biofloc (BFT). Kết quả này chứng minh rằng việc sử dụng giá thể vi sinh dạng xốp (SB) có thể giúp các hạt bám vào màng sinh học, lọc nước và giảm chất rắn lơ lửng. Các SB được thêm vào bể có khả năng hấp phụ mạnh và có thể hấp thụ một lượng lớn chất rắn lơ lửng, điều này có thể được xác nhận bằng sự thay đổi màu sắc của SB thông qua hình ảnh trên kính hiển vi điện tử quét và trọng lượng khô tăng lên. Trong một nghiên cứu khác, chúng tôi thấy rằng độ đục trong bể nuôi tôm có SB thấp hơn đáng kể so với bể nuôi thay nước (WE), đặc biệt là trong giai đoạn cuối của quá trình nuôi tôm. Nghiệm thức SBBF có độ đục cao hơn nghiệm thức SBC, điều này cho thấy sự hình thành màng sinh học có thể làm giảm không gian hấp phụ của SB.

Hình 2: Sự thay đổi về độ đục trung bình (NTU) trong các hệ thống không thay nước đối với tôm thẻ chân trắng L. vannamei trước và sau khi làm sạch SB (12 giờ và 24 giờ) trong quá trình nghiên cứu. Các thanh lỗi biểu thị SD.

Tổng nồng độ nitơ amoniac (TAN) của cả 4 nghiệm thức luôn thấp hơn 0,3 mg/L và duy trì dưới mức an toàn đối với L. vannamei trong suốt thí nghiệm. Mặc dù nghiệm thức SBC có nồng độ trung bình và nồng độ đỉnh của TAN cao hơn so với nghiệm thức SBBF, nhưng chúng thấp hơn nhiều so với nồng độ được báo cáo trong hệ thống nuôi với chất nền nhân tạo và hệ thống nuôi biofloc.

Sự khác biệt về nồng độ nitrit giữa các nghiệm thức SBC và SBBF là rất đáng kể. Các nghiệm thức SBC cũng có nồng độ trung bình và nồng độ đỉnh của nitrit cao hơn đáng kể so với nghiệm thức SBBF. Sự tích tụ nitrit quá mức làm giảm khả năng vận chuyển oxy và làm suy yếu phản ứng miễn dịch của động vật thủy sinh. Điều này có thể liên quan đến thời gian ngắn về nồng độ đỉnh của nitrit, nồng độ oxy hòa tan cao và độ mặn cao.

Nitrat là sản phẩm cuối cùng của quá trình nitrat hóa. Mức độ tích lũy liên tục trong suốt thời gian nuôi tôm và nồng độ cao nhất được tìm thấy ở các nghiệm thức SBBF5a (98,99 mg/L). Tuy nhiên, ở các nghiệm thức SBC, nồng độ cao nhất chỉ đạt 13,43 mg/L. Các nghiệm thức SBBF thể hiện khả năng oxy hóa amoni thành nitrit và nitrat cao hơn so với các nghiệm thức SBC, và hiệu suất oxy hóa tăng lên cùng với sự gia tăng phần trăm của các SBBF được thêm vào. SBBF gần như có thể ngay lập tức bắt đầu phản ứng nitrat hóa sau khi chúng được thêm vào bể.

Hình 3: Sự thay đổi về nồng độ trung bình của nitơ vô cơ (mg/L) trong các hệ thống không thay nước đối với tôm thẻ chân trắng L. vannamei.

Các thanh lỗi biểu thị SD. (a) TAN, (b) nitơ nitrit, (c) nitơ nitrat.

Trong nghiên cứu này, các nghiệm thức SBBF có màng sinh học nitrat hóa được tạo trước, giúp oxy hóa amoniac thành nitrat và nitrit, làm chất trung gian thông qua quá trình nitrat hóa. Kết quả thử nghiệm của chúng tôi đã xác nhận rằng quá trình nitrat hóa và các quá trình loại bỏ amoniac và nitrit có hiệu quả khi bổ sung SBBF trong suốt thời gian thử nghiệm. Kết quả này có thể khẳng định qua sự thay đổi nồng độ TAN, nitrit, nitrat và sự giảm pH trong quá trình thí nghiệm. Mặc dù các nghiệm thức SBC không tạo màng sinh học trước, nhưng nồng độ amoniac vẫn ở mức an toàn đối với tôm thẻ L. vannamei. Điều này có thể là do lượng thức ăn ít và phân tôm trong giai đoạn đầu của thí nghiệm.

Việc sử dụng chất nền nhân tạo đã được báo cáo là có liên quan đến việc cải thiện năng suất trong các hệ thống nuôi tôm thẻ chân trắng L. vannamei. Tôm được nuôi trong các nghiệm thức SBBF cho thấy trọng lượng cuối cùng trung bình, tỷ lệ sống và năng suất cao hơn so với những con tôm được nuôi trong các nghiệm thức SBC. Điều này là do sự thấp hơn về nồng độ trung bình và nồng độ đỉnh của TAN cũng như nồng độ nitơ nitrit trong các nghiệm thức SBBF. Những giá trị này chứng thực kết quả của các nghiên cứu khác rằng sự hiện diện của chất nền nhân tạo ảnh hưởng tích cực đến năng suất của tôm thẻ chân trắng L. vannamei. Nhưng các chức năng của SBBF như một nguồn thực phẩm bổ sung bị hạn chế và điều này có thể liên quan đến khả năng hấp thụ một số hạt mịn của SBBF trong giai đoạn đầu của thí nghiệm.

Tính năng độc đáo của các hệ thống không thay nước được sử dụng trong nghiên cứu này là sự tích hợp giữa quy trình nuôi tôm và lọc nước trong cùng một bể, thay vì tuần hoàn nước sản xuất qua các bộ lọc sinh học đặt bên ngoài bể nuôi tôm như thường được thực hiện trong các hệ thống RAS. Thiết bị sục khí ban đầu trong các bể nuôi trồng thủy sản được sử dụng để cung cấp oxy hòa tan cho các vi sinh vật nitrat hóa trong SBBF.

Hình 4: Sơ đồ hệ thống không thay nước đối với tôm thẻ chân trắng L. vannamei bằng cách sử dụng chức năng nitrat hóa và các đặc tính hấp phụ/giải hấp của giá thể vi sinh dạng xốp (SB). (a) SB không tạo màng sinh học; (b) SB đã tạo màng sinh học 25 ngày; (c) SBBF đựng trong túi lưới terylene; (d) SBBF được sử dụng trong bể chứa; (e) SBBF với khả năng tái tạo khả năng hấp phụ sau khi làm sạch; (f) Chất hấp phụ được loại bỏ khỏi SBBF.

Các hệ thống này có thể sử dụng trong các bể xây bằng xi măng, vải bạt và các vật liệu khác, hoặc trong thùng chứa (containers), và không có bộ lọc sinh học, vi lọc và tách protein trong hệ thống RAS thông thường. Mỗi bể là một đơn vị hoạt động độc lập, giúp tránh sự lưu thông nước giữa các bể khác nhau được sử dụng trong nhiều hoạt động RAS. Nồng độ TAN và nitrit trong giai đoạn nuôi được kiểm soát bởi màng sinh học nitrat hóa được tạo, vì vậy thời gian khởi động kéo dài liên quan đến tốc độ tăng trưởng thấp hơn của vi sinh vật nitrat hóa là không cần thiết. Chất rắn lơ lửng được kiểm soát bằng cách làm sạch thường xuyên để loại bỏ các chất hấp phụ của giá thể vi sinh dạng xốp và điều kiện kỵ khí bên trong SBBF có thể được ngăn chặn đồng thời. Ngoài ra, phương pháp này không yêu cầu thời gian thiết lập và chi phí xây dựng thấp.

Cần có các nghiên cứu sâu hơn để phát triển các thiết bị cơ khí có chức năng làm sạch tự động nhằm cải thiện tính khả thi của SBBF và để đánh giá hiệu quả của màng sinh học và tính ổn định lâu dài của cấu trúc quần thể vi sinh vật trong các hệ thống nuôi quy mô lớn.

Quan điểm

Chúng tôi đã đánh giá vai trò của SBBF trong việc kiểm soát nitơ vô cơ và chất rắn lơ lửng cũng như tác động của chúng đối với năng suất tăng trưởng của tôm thẻ chân trắng L. vannamei. Giá thể vi sinh dạng xốp có tạo màng sinh học trước (SBBF) trong nghiên cứu này được sử dụng để xây dựng và phát triển hệ thống không thay nước cho tôm.

Sự thấp hơn về nồng độ amoniac và nitrit và sự cao hơn về nồng độ nitrat cho thấy quá trình nitrat hóa năng động hơn trong các nghiệm thức SBBF so với các nghiệm thức SBC. Các nghiệm thức SBBF có thể duy trì hàm lượng amoniac, nitrit và chất rắn lơ lửng ở mức thấp đối với L. vannamei theo yêu cầu nghiêm ngặt là không thay nước trong toàn bộ thời gian nuôi. Chất rắn lơ lửng được tạo ra trong quá trình nuôi tôm trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản có thể được kiểm soát hiệu quả bằng cách hấp phụ/giải hấp và duy trì độ đục của nước ở mức có thể chấp nhận được.

Tôm thẻ chân trắng L. vannamei nuôi ở nghiệm thức SBBF có trọng lượng cuối cùng, tỷ lệ sống và năng suất trung bình cao hơn so với tôm nuôi trong nghiệm thức SBC. Tỷ lệ chuyển hóa thức ăn ở nghiệm thức SBC thấp hơn so với nghiệm thức SBBF.

Theo Tiến Sĩ Zhiwen Song

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/can-sponge-biocarriers-control-inorganic-nitrogen-and-suspended-solids-in-zero-exchange-systems-for-pacific-white-shrimp/

Biên dịch: Huyền Thoại –Bình Minh Capital

Xem thêm:

You cannot copy content of this page