Kỹ Thuật Nuôi, Tin tức

Phần 2: Vai Trò Của Vi Sinh Vật Trong Ao Nuôi Trồng Thủy Sản

4.3. Mô hình chu trình cacbon – điều hòa bằng nitơ

Năng suất tảo được điều chỉnh bởi nhiều yếu tố, bao gồm nồng độ chất dinh dưỡng, đặc biệt là nitơ và phốt pho. Có thể có những tương tác phức tạp giữa các yếu tố khác nhau mà chỉ có thể nghiên cứu thông qua nghiên cứu thực nghiệm.

Ví dụ, khi xem xét ảnh hưởng của nitơ từ phân đạm hữu cơ là nguồn duy nhất (Hình 4). Trong phiên bản mô hình này, năng suất tảo bị giới hạn bởi lượng nitơ đầu vào; giá trị được xác định bởi tỷ lệ C:N giả định trong tảo và lượng N được giải phóng trong quá trình phân hủy chất thải của vi sinh vật. Tỷ lệ C:N là 5:1 được giả định cho vi khuẩn và các nhóm tiếp theo trong chuỗi thức ăn cuối cùng là tôm. Lượng phân hoặc chất thải khác được sử dụng làm phân hữu cơ được thêm vào được đặt ở mức 1,8 g C/ m2 /ngày với tỷ lệ C:N là 5:l. (Điều này nhằm giữ mức tiêu thụ oxy tối đa vào ban đêm ở mức 4 mg/ l. Nếu thêm nhiều oxy hơn thì mức tiêu thụ oxy của vi khuẩn sử dụng mảnh vụn sẽ cao hơn và nếu không sục khí bắt buộc, nồng độ oxy sẽ giảm quá thấp.) Năng suất của tôm trong trường hợp này được xác định bởi năng suất vi khuẩn trên nguyên liệu bổ sung và năng suất tảo.

Hình 4. Ảnh hưởng của chất thải hữu cơ chứa nitơ (C:N = 5:1) đến năng suất. Đầu vào C được thiết lập để duy trì mức 0 hàng đêm, mức hấp thụ ở mức 4 mg/l. Đường dẫn cho C được in đậm. Đường dẫn cho N bình thường; đơn vị là g N/ m2/ ngày. Các chi tiết khác như trong Hình 2.

Nếu câu hỏi được đặt ra là ‘Việc bổ sung bã mía hoặc các chất thải hữu cơ khác có tỷ lệ C:N cao sẽ có tác dụng gì?’, mô hình cho biết điều gì sẽ xảy ra. Để duy trì lượng oxy hấp thụ hàng đêm dưới 4,0 mg/ l, có thể thêm tối đa 8 g C/ m2/ ngày với tỷ lệ C:N là 50:l. Điều này sẽ mang lại năng suất tôm là 60 kg/ ha/ tháng nếu không có sự thay đổi trong khẩu phần ăn của loài macrofauna (Hình 5).

Hình 5. Ảnh hưởng của chất hữu cơ có tỷ lệ C:N cao đến năng suất ao nuôi.

Chuỗi thức ăn dựa trên sản xuất sơ cấp trong ao có hiệu quả hơn so với chuỗi sử dụng chất thải bổ sung. Tuy nhiên, nếu ngành công nghiệp chế biến thực phẩm tạo ra chất thải hữu cơ và phải trả tiền cho việc loại bỏ hoặc xử lý chất thải đó thì nuôi trồng thủy sản có thể là một phương tiện biến chi phí thành lợi ích. Trong trường hợp này, có thể tốt hơn nếu tạo ra sinh khối vi sinh vật riêng biệt với ao nuôi tôm (ví dụ: ủ ngô hoặc lên men và sản xuất men). Sự kết hợp của các yếu tố kinh tế cũng như sinh học sẽ quyết định liệu các quá trình đó có đáng giá hay không.

Mô hình năng suất này chỉ nhằm mục đích thử nghiệm trong bài viết này. Nó không cho thấy sự gia tăng sinh khối hoặc năng suất thường xuyên của bất kỳ sinh vật nào và những tác động mà nó sẽ gây ra, ví dụ: về hô hấp, tất nhiên những yếu tố này sẽ cần phải được đưa vào một mô hình hoạt động đầy đủ. Nó cho thấy mật độ thả tôm nào là khả thi nếu biết được kích thước và tốc độ tăng trưởng (tức là nhu cầu thức ăn hàng ngày); một giả định quan trọng là cá hoặc tôm ăn hết sản lượng sẵn có và các quần thể macrofauna và động vật giảm sinh có thể duy trì tỷ lệ thu hoạch. Đây là một giả định quan trọng cần được kiểm tra; điều này có thể không đúng đối với tôm cỡ lớn (Moriarty, 1986b3).

4.4. Tính hữu ích của mô hình lưới thức ăn

Mô hình hóa trong nuôi trồng thủy sản giúp dự đoán lượng cá thu hoạch hoặc nồng độ oxy phụ thuộc vào độ chính xác của các giả định được đưa ra. Vì vậy, mô hình là công cụ giúp hoàn thiện kiến thức về chuỗi thức ăn vi sinh vật và sự tương tác giữa vi khuẩn và môi trường. Một mô hình giúp lập kế hoạch cho các dự án nghiên cứu nhằm kiểm tra các vấn đề có tác động lớn nhất đến sản phẩm cuối cùng mong muốn. Trong nuôi trồng thủy sản thương mại cần phát triển các mô hình để hỗ trợ đưa ra quyết định về cách quản lý ao nuôi, ví dụ: phát triển lưới thức ăn tự nhiên dựa trên phân bón khi bắt đầu nuôi thương phẩm; xác định thời gian và mức độ cho ăn nhân tạo trong giai đoạn nuôi thương phẩm sau này.

Trong giai đoạn đầu phát triển, thức ăn nhân tạo có thể được chuyển hóa chủ yếu thành lưới thức ăn tự nhiên và không được tiêu thụ trực tiếp; nói cách khác, vi khuẩn trở thành đối tượng tiêu thụ chính của thức ăn viên (Moriarty, 1986b). Bởi vì điều đó đã được thực hiện, nên iệc sử dụng chuỗi thức ăn tự nhiên cho mật độ thả nuôi vừa phải mà không cần cho ăn bổ sung là rất khả thi. Ở Úc, lưới thức ăn tự nhiên được sử dụng trong giai đoạn đầu nuôi tôm sú Penaeus monodon: tốc độ tăng trưởng cao hơn 20% trong ao được xử lý bằng phân bón trong 1 tháng trước khi thả nuôi ở mật độ 15 con tôm/ m2 (Allan và cộng sự, 1995). Ở Honduras, phân gà đã được thay thế làm thức ăn cho P. vannamei và P. stylirostris. Sản lượng tương đương nhưng chi phí thấp hơn 50% ở những ao nuôi được thay thế bằng phân gà trong 2 tháng trước khi thả giống (Teichert-Coddington và cộng sự, 1991).

5. Bệnh do vi khuẩn và men vi sinh

Nghiên cứu sự lây truyền và kiểm soát bệnh tật thuộc lĩnh vực sinh thái vi sinh vật. Mật độ cao trong nuôi trồng thủy sản tạo điều kiện thuận lợi cho mầm bệnh lây lan giữa các cá thể. Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến sự tồn tại của mầm bệnh trong nước và giữa các vật chủ là điều cần thiết để kiểm soát hiệu quả dịch bệnh. Một số vi khuẩn gây bệnh là vi khuẩn hoại sinh bình thường hoặc dị dưỡng trong nước và trầm tích, tức là chúng tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ. Nếu mật độ quần thể của chúng tăng lên rõ rệt, như sẽ xảy ra trong các ao nơi có nhiều chất hữu cơ dễ tiêu hóa do cho ăn quá mức, chúng có thể trở thành mầm bệnh. Bệnh từ các sinh vật này, đặc biệt là Vibrio spp., có thể xảy ra khi vật nuôi bị căng thẳng do mật độ nuôi dày, do lượng oxy thấp hoặc nồng độ amoniac hoặc sunfua cao hoặc do dinh dưỡng kém. Cần nghiên cứu nhiều hơn về bản chất của quá trình lây nhiễm do mầm bệnh gây ra ở các động vật khác nhau, nguyên nhân gây ra độc lực và liệu vi khuẩn, ví dụ: Vibrios có thể trao đổi thông tin di truyền, bao gồm cả các gen độc lực hay không. Ở mật độ quần thể cao của vi khuẩn được tìm thấy trong các ao nuôi trồng thủy sản, việc truyền qua plasmid, tải nạp qua virus và thậm chí chuyển đổi trực tiếp từ DNA được hấp phụ thành các hạt trong nước hoặc trên bề mặt trầm tích đều có thể là cơ chế trao đổi gen.

Kiểm soát mầm bệnh là một vấn đề quan trọng trong nuôi trồng thủy sản, gây thiệt hại năng suất lên tới 100% xảy ra ở các trại giống và ao nuôi thương phẩm, đặc biệt là trong các hệ thống thâm canh; Các báo cáo gần đây của FAO cho rằng dịch bệnh là một trong những hạn chế lớn đối với sản xuất nuôi trồng thủy sản trên toàn thế giới (Nash, 1990). Một lượng lớn kháng sinh được sử dụng (ví dụ: 48.000 kg ở Na Uy năm 1987 (Grave và cộng sự, 1990)). Trong hoạt động nuôi tôm và sản xuất giống, kháng sinh đã được sử dụng, nhưng trong nhiều trường hợp, chúng trở nên không hiệu quả do vi khuẩn kháng thuốc phát triển hoặc mầm bệnh bước vào giai đoạn tăng trưởng cụ thể hoặc một phần môi trường nơi chúng không nhạy cảm (xem Boonyaratpalin, 1990; Nash, 1990). Các nhà bảo vệ môi trường, chính phủ và các nhà sinh học đã bày tỏ mối lo ngại về việc sử dụng kháng sinh bừa bãi, bởi vì các chủng vi khuẩn gây bệnh kháng thuốc, bao gồm cả mầm bệnh ở người, đang phát triển, từ đó không thể kiểm soát được đợt bùng phát dịch bệnh cấp tính bằng kháng sinh. Một vấn đề tiềm tàng đối với nghề cá ven biển tự nhiên và nghề nuôi hàu là việc thải vào môi trường các mầm bệnh độc hại trên cá/tôm và các mầm bệnh kháng thuốc kháng sinh ở người (ví dụ Vibrio vulnificus).

Kiểm soát dịch bệnh cần một cách tiếp cận mới, vừa tiết kiệm chi phí vừa an toàn với môi trường. Việc sử dụng vi khuẩn có lợi (men vi sinh) để lấn át mầm bệnh (bằng quá trình cạnh tranh hoặc bằng cách giải phóng các chất ức chế tăng trưởng) hiện đang được ngành chăn nuôi chấp nhận như một phương pháp điều trị tốt hơn, rẻ hơn và hiệu quả hơn so với việc sử dụng kháng sinh để tăng cường sức khỏe của động vật. Việc kiểm soát vi khuẩn gây bệnh trong nuôi cá có tiềm năng đáng kể (Westerdahl và cộng sự, 1991). Có khả năng việc sử dụng kháng sinh trong trại giống và ao nuôi có thể được thay thế bằng vi khuẩn ức chế mầm bệnh. Thuốc kháng sinh thường không có hiệu quả do vi khuẩn kháng thuốc phát triển hoặc mầm bệnh đang ở giai đoạn không phát triển khi chúng không nhạy cảm với kháng sinh. Một chiến lược kiểm soát sinh học thay thế là sử dụng thực vật phù du để ức chế sự phát triển của vi khuẩn. Một số loại tảo, ví dụ: Tetraselmis được biết là có khả năng sản xuất kháng sinh; chúng có khả năng kiểm soát sự phát triển của vi khuẩn trong bể và do đó ngăn ngừa bệnh tật (Austin và Day, 1990).

Cần có kiến thức về mối quan hệ chính xác giữa vi khuẩn trong nước và vi khuẩn phát triển trong hoặc trên cơ thể động vật để đưa ra quyết định sáng suốt về quy trình quản lý và vận hành. Và cần nghiên cứu sâu hơn về bản chất của quần thể vi khuẩn liên quan đến động vật thủy sản, cả trong tự nhiên và nuôi cấy, để cung cấp cơ sở hiểu biết về tác động của các biện pháp kiểm soát trong trại giống, ao và đối với nước thải ra môi trường tự nhiên. Nếu chúng ta có thể điều chỉnh thành phần loài vi khuẩn và đặc biệt là kiểm soát số lượng mầm bệnh, thì tỷ lệ sống và sức khỏe của ấu trùng sẽ được nâng cao trong các trại giống và năng suất nuôi thương phẩm sẽ tăng lên, đồng thời nguy cơ lây nhiễm quần thể tự nhiên với vi khuẩn kháng kháng sinh sẽ giảm xuống.

Nhiều chế phẩm thương mại chứa vi khuẩn sống đang được sử dụng để kiểm soát chất lượng nước trong ao nuôi; (một thuật ngữ cho việc này là tăng cường sinh học). Các quá trình sinh thái chi phối hiệu quả được cho là của nhiều chế phẩm này chưa được xác định rõ ràng, mặc dù vi khuẩn được thêm vào được cho là sẽ tạo ra số lượng lớn hơn và nhiều loại ngoại enzyme hơn để phân hủy các hợp chất hữu cơ. Nhiều người dùng báo cáo rằng các sản phẩm này có hiệu quả, vì vậy nghiên cứu về hệ sinh thái của vi khuẩn tham gia vào các quá trình đó sẽ giúp kiểm soát chất lượng nước trong ao tốt hơn và phát triển các sản phẩm tốt hơn. Điều này sẽ tiếp tục cải thiện việc cải thiện tình trạng ô nhiễm bằng vi sinh vật, không chỉ trong nuôi trồng thủy sản mà còn trong các ngành công nghiệp khác có tác động đến môi trường ven biển.

Việc tăng cường sinh học hay sử dụng chế phẩm sinh học có thể là những công cụ quản lý quan trọng hay không phụ thuộc vào việc hiểu biết nhiều hơn về bản chất của sự cạnh tranh giữa các loài hoặc chủng vi khuẩn trong môi trường tự nhiên. Trên thực tế, việc xác định thế nào là loài vi khuẩn có liên quan đến vấn đề này.

Điều cần thiết hiện nay là các kỹ thuật xác định loài vi khuẩn phát triển tại một thời điểm nhất định và theo dõi sự thay đổi thành phần loài của quần thể vi khuẩn trong thời gian ngắn khi các yếu tố kiểm soát như nhiệt độ, nồng độ chất dinh dưỡng và thành phần thay đổi. Những phát triển gần đây trong sinh học phân tử hiện nay giúp xác định được sự phát triển cũng như sự hiện diện và sự sống sót của các loài vi khuẩn cụ thể trong môi trường, ví dụ như một ao cá hoặc ruột. Vì vậy, hiện nay việc nghiên cứu động thái quần thể và các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của mầm bệnh cũng như các loài vi khuẩn chiếm ưu thế, vi khuẩn mong muốn trong ao có thể thực hiện được và do đó cải thiện đáng kể các biện pháp quản lý. Một số ví dụ về kỹ thuật là: (a) định lượng tốc độ tổng hợp DNA ở các loài vi khuẩn tự dưỡng và dị dưỡng được lựa chọn phát triển trong cột nước hoặc trên các hạt trong trầm tích; (b) định lượng số lượng các loài vi khuẩn được chọn được dán nhãn kháng thể huỳnh quang và/hoặc đầu dò oligonucleotide được dán nhãn cho rRNA; (c) đánh giá sự đa dạng của vi khuẩn dựa trên kiểu hình và kiểu gen (ví dụ: trình tự rRNA 16s) trong ao, trên cá hoặc trong ruột cá.

Từ những nghiên cứu về hệ sinh thái định lượng của các loài vi khuẩn được chọn lọc – ví dụ: mầm bệnh hoặc chế phẩm sinh học – có thể xác định tác động của các điều kiện môi trường và quy trình quản lý khác nhau đối với sự đóng góp của chúng đối với động học và quá trình phân hủy chất hữu cơ hoặc tái chế chất dinh dưỡng khoáng.

Cũng có thể nghiên cứu sự tương tác giữa vi khuẩn dị dưỡng, tự dưỡng và tảo trong ao.

Khi đó, các câu hỏi đặt ra có thể thay đổi từ việc tại sao sự phong phú của vi khuẩn ở một nơi có thể được kiểm soát bởi carbon, nitơ hoặc phốt phát hoặc chuyển hóa sang: liệu chúng ta có thể dự đoán mật độ quần thể của một loài vi khuẩn cụ thể tại một thời điểm nhất định không? Các ao nuôi trồng thủy sản có thể được sử dụng như môi trường bán tự nhiên mà người nghiên cứu có thể kiểm soát được phần nào việc nghiên cứu các quá trình sinh học cơ bản trong chuỗi thức ăn của vi sinh vật, thường phức tạp hơn và khó nghiên cứu hơn trong môi trường tự nhiên. Do đó, khoa học về sinh thái vi sinh vật có thể được nâng cao đồng thời cung cấp ứng dụng thực tế cho ngành nuôi trồng thủy sản.

Theo David J.W. Moriarty

Nguồn:https://www.academia.edu/2093774/The_role_of_microorganisms_in_aquaculture_ponds?sm=b

Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Bình Minh Capital

Xem thêm:

You cannot copy content of this page