Hệ Thống Mixotrophic: Biện Pháp Nuôi Tôm Siêu Thâm Canh Thành Công

Hiện nay, để cải thiện các phương pháp canh tác và hướng tới một ngành nuôi trồng thủy sản bền vững thì việc có một kiến thức khoa học về lĩnh vực nuôi tôm, cá là điều thực sự cần thiết. Một phương pháp độc quyền được phát triển để giảm bớt các khó khăn trong nuôi cấy thâm canh và hỗ trợ các hệ thống nuôi cấy siêu thâm canh chính là hệ thống Mixotrophic. Có ba giai đoạn chính trong hệ thống này bao gồm giai đoạn thực vật phù du, giai đoạn bổ sung vi sinh vật, và giai đoạn vi sinh vật. Ngoài ra, việc duy trì chất lượng nước trong ao và quản lý đáy ao tốt thông qua việc thúc đẩy sự sinh sôi nảy nở của các vi sinh vật tự nhiên là chìa khóa cho một môi trường thủy sinh thích hợp và các loài vật nuôi khỏe mạnh.

Tôm được nuôi trong hệ thống siêu thâm canh Mixotrophic.

Vào giai đoạn trước những năm 1970, nuôi trồng thủy sản được coi là một ngành công nghiệp chẳng có đóng góp đáng kể gì cho thị trường thủy sản toàn cầu lúc bấy giờ. Tuy nhiên, lĩnh vực Nuôi cá và Nuôi trồng Thủy sản của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO) báo cáo rằng trong 48 năm qua, sản lượng nuôi trồng thủy sản đã tăng từ 3.5 triệu tấn vào năm 1970 lên khoảng 114.5 triệu tấn vào năm 2018, chiếm 46 % tổng sản lượng toàn cầu.

Có thể thấy, trữ lượng thủy sản trong tự nhiên ngày càng suy giảm, do đó, việc tăng sản lượng trong nuôi trồng thủy sản đang góp phần đáp ứng cho nhu cầu thủy sản ngày càng tăng của người dân. Bên cạnh đó, nó cũng có một số tác động tiêu cực đến môi trường và gây nên sự cạnh tranh để làm suy giảm nguồn tài nguyên thiên nhiên từ các ngành khác như nông nghiệp. Cụ thể, sản xuất ao nuôi tiếp tục chiếm ưu thế so với sản lượng nuôi trồng thủy sản và đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi tình trạng khan hiếm nước. Do đó, các nhà nuôi trồng thủy sản đã phải chịu áp lực để tăng cường sản xuất và nuôi trồng nhiều thủy sản hơn với lượng nước và đất ít hơn.

Hiện tại, ngành công nghiệp đang hướng tới việc xây dựng trang trại thông minh để hỗ trợ cho việc quản lý các quy trình nuôi. Việc sản xuất cá da trơn là một ví dụ của ngành nuôi trồng thủy sản quy mô lớn đang phát triển, trong khi các loài chính khác được ngành nuôi trồng thủy sản sản xuất bao gồm tôm càng, hàu, tôm, cá rô phi và cá vược sọc. Theo thống kê của FAO, Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam, Ecuador, Indonesia và Thái Lan là một trong những nước đang thống lĩnh sản lượng tôm và tôm thẻ trên toàn cầu.

Những thách thức trong nuôi thâm canh

Do ngành nuôi trồng thủy sản toàn cầu đang phát triển theo hướng thâm canh, nên người nuôi trồng thủy sản phải đối mặt với những khó khăn và trở ngại như dịch bệnh bùng phát, nguồn nước bị ô nhiễm, và chi phí vận hành cao. Việc cung cấp đầy đủ oxy đối với các trường hợp nuôi trong ao là một trong những thách thức lớn. Trên thực tế, oxy luôn là yếu tố đầu vào quan trọng nhất quyết định sự sống còn của sinh khối; bất kỳ sự thiếu hụt oxy nào cũng sẽ tạo ra điều kiện kỵ khí (không đủ oxy) và sản sinh ra các khí độc hại như hydro sunfua. Vấn đề thiếu hụt oxy này có thể gây ra tác động tiêu cực đối với sức khỏe của tôm và làm cho dịch bệnh bùng phát.

Trong những năm đầu của ngành chăn nuôi thương phẩm, năng suất ao nuôi bị giới hạn ở mức sinh khối, nó có thể duy trì chỉ với việc thông khí tự nhiên theo thời tiết. Trong những năm qua, từ việc thông khí khi cần thiết, cho đến thông khí hàng đêm và cuối cùng là thông khí liên tục 24 giờ đã trở thành quy trình kỹ thuật tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp. Tuy nhiên, việc thông khí liên tục trong 24 giờ rất tốn kém, đặc biệt là ở những khu vực hạn chế về điện hoặc nhiên liệu. So sánh chung giữa các quốc gia nuôi tôm chủ yếu như Indonesia, Ấn Độ và Ecuador, các phương pháp nuôi trồng thủy sản hiện tại có thể duy trì mật độ thả lần lượt là 200, 100 và 30 con ấu trùng trên một mét vuông.

Ngay cả khi nhu cầu về oxy được đáp ứng, nồng độ của các hợp chất nitơ từ quá trình phân hủy chất thải cũng có thể ảnh hưởng đến sức khỏe của tôm bởi vì chúng thường rất độc. Môi trường nước ngoài các sinh vật nuôi ra cũng có thể chứa các sinh vật khác, như sinh vật phù du, tảo và vi khuẩn. Các sinh vật gây bệnh hoặc có khả năng gây bệnh có thể ảnh hưởng đến sự tăng trưởng, sức khỏe và chất lượng của các loài vật nuôi. Các vấn đề như tảo nở hoa và chết cũng có thể gặp phải khi tỷ lệ sản xuất cao, không khuyến khích mật độ thả nuôi cao. Ví dụ, sự phát triển nhanh chóng của tảo hoặc tích tụ trong quần thể của chúng, mặc dù chúng ta không mong muốn chúng xuất hiện trong ao nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là tảo xanh lam, nó có mùi vị lạ, khiến cho thịt cá cũng theo đó mà có mùi vị lạ, thậm chí là khó chịu.

Hệ thống nuôi thâm canh / siêu thâm canh có sự khác biệt đáng kể so với các hệ thống nuôi truyền thống. Cụ thể là khả năng vận chuyển của hệ thống nuôi thâm canh / siêu thâm canh cao hơn so với các hệ thống nuôi truyền thống, chúng cũng đòi hỏi nguồn lực đầu vào nhiều hơn, ví dụ như thức ăn, oxy, v.v. Mặt khác, sản lượng từ nuôi thâm canh / siêu thâm canh cũng cao hơn về sinh khối và sản lượng chất thải, do đó có thể dẫn đến sự phát triển không kiểm soát của thực vật phù du và vi khuẩn. Chính vì thế, nuôi thâm canh / siêu thâm canh đòi hỏi sự cân bằng lớn hơn về nguồn lực và năng lượng.

Hệ thống nuôi thâm canh / siêu thâm canh

Các trang trại ngoài trời phải chịu nhiều tác động của sự thay đổi môi trường như nhiệt độ, mưa, thiếu an toàn sinh học, v.v. Vì vây, chúng đòi hỏi việc thay nước thường xuyên để duy trì chất lượng nước.

Hệ thống nuôi ngoài trời đòi hỏi việc sục khí và thay nước hiệu quả

Các hệ thống nuôi trồng thủy sản khép kín thường là các trang trại trong nhà. Mặc dù có khả năng kiểm soát tốt hơn về các thông số môi trường, nhưng hệ thống này lại không phải là hệ thống tối ưu nhất vì chi phí và sự phức tạp của hệ thống vận hành cao hơn so với các trang trại ngoài trời. Để giải quyết những thiếu sót này, các yếu tố như công trình xử lý nước đã được đầu tư cao hơn với các trang thiết bị hiện đại, nhưng việc tăng chi phí vốn cho phần này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn nhân lực và năng lượng.

Nhìn chung, việc cải tiến các phương pháp nuôi trồng thủy sản được luôn cần thiết trong lĩnh vực kỹ thuật, đặc biệt là các phương pháp nâng cao sức chịu đựng để có thể thích ứng với sự thay đổi của môi trường. Hệ thống Mixotrophic là hệ thống độc quyền được phát minh bởi Tiến sĩ Farshad Shishehchian / Blue Aqua International là một trong những ví dụ điển hình về phương pháp nuôi cấy “xanh” cải tiến giúp tạo ra mức oxy cao hơn, khả năng oxy hóa – khử cao hơn (ORP), cân bằng khoáng chất, cân bằng vi khuẩn / thực vật phù du và cân bằng dinh dưỡng trong môi trường ao nuôi. Năng suất trung bình trong hệ thống nuôi tôm truyền thống là khoảng 1-2kg/m² , nhưng sử dụng hệ thống Mixotrophic, tiềm năng sản lượng là khoảng 15-20kg/m².

Tóm tắt về Hệ thống Mixotrophic

Nói một cách ngắn gọn, hệ thống Mixotrophic là hệ thống đưa ra những hướng dẫn về cách điều chỉnh các yếu tố môi trường như pH, ORP, tỷ lệ cacbon: nitơ (C: N) và tỷ lệ nitơ: phốt pho (N: P). Nhìn chung, kết quả cuối cùng mà hệ thống này mang lại chính là sự gia tăng khả năng chịu đựng của vật nuôi, điều này có nghĩa là hệ thống Mixotrophic này được coi là biện pháp sinh khối của bất kỳ loài nào mà một môi trường cụ thể có thể hỗ trợ (Hình 1).

Hình 1: Minh họa về sức tải.

Các thông số chất lượng nước thường bao gồm oxy hòa tan, amoniac, nitrit, pH, độ mặn, nhiệt độ và độ kiềm. Trong số đó thì oxy hòa tan, pH và ORP là các thông số quan trọng nhất trong nuôi tôm/cá, bởi vì chúng có tác động nhiều nhất đến các quá trình hóa học/sinh học. Để tạo ra một môi trường ổn định cho việc nuôi tôm với mật độ cao thì việc tối ưu hóa sự cân bằng các chất dinh dưỡng trong hệ thống nuôi là điều thiết yếu. Việc tối ưu hóa này có thể được thực hiện bằng cách cung cấp lượng thức ăn, khoáng chất và vi sinh vật cần thiết.

Thực vật phù du và vi sinh vật

Thực vật phù du và vi sinh vật được xem là hai tác nhân chính, sự hiện diện của chúng được điều chỉnh bởi tỷ lệ N: P và tỷ lệ C: N tương ứng. Việc áp dụng một chế phẩm sinh học thích hợp sẽ giúp cải thiện ORP, và quản lý tốt thực vật phù du sẽ làm giảm sự biến động về nồng độ pH.

Vi sinh vật có lợi được đưa vào hệ thống giúp cân bằng môi trường thông qua việc xử lý sinh học, ngăn chặn mầm bệnh và có tác động sinh học tích cực đến tôm. Quần xã vi sinh vật bị ảnh hưởng bởi môi trường, tuy nhiên, việc áp dụng liên tục các vi sinh vật thích nghi (chế phẩm sinh học) cho phép sự xâm nhập của quần thể cả trong môi trường và tôm/cá. Do đó, cần phải sử dụng men vi sinh thường xuyên để xử lý vi khuẩn và quản lý hệ thống.

Trong giai đoạn đầu của việc chăn nuôi thì thực vật phù du là yếu tố đóng vai trò quan trọng nhất. Chúng cung cấp nơi trú ẩn, bảo vệ khỏi tác hại của ánh nắng của mặt trời và tia cực tím, là nguồn cung cấp thức ăn và chế độ ăn chính cho vật nuôi, đồng thời là những nhà sản xuất chính của chuỗi thức ăn trong hệ thống. Quản lý tốt việc cung cấp các chất dinh dưỡng thiết yếu và cân bằng tỷ lệ N: P có thể đem lại sự cân bằng lành mạnh của các loại thực vật phù du (Bảng 1).

Bảng 1: Các loại thực vật phù du với tỉ lệ N: P khác nhau

Thực vật phù du có xu hướng gây ra các vấn đề hơn so với vi khuẩn, vì chúng là nguyên nhân gây ra sự dao động nồng độ pH khi có quá nhiều sự tăng trưởng. Do đó, trong hệ thống Mixotrophic, thực vật phù du sẽ chi phối giai đoạn đầu của quá trình nuôi, nhưng trong các giai đoạn sau, quần thể của thực vật phù du sẽ bị giảm đi và vi sinh vật có lợi sẽ trở thành thành phần chính (Hình 2).

Hình 2: Tỷ lệ thực vật phù du và vi sinh vật trong suốt giai đoạn nuôi trong hệ thống Mixotrophic

Chu trình nitơ

Thức ăn là nguồn dinh dưỡng chủ yếu được đưa vào quá trình nuôi và góp một lượng lớn nitơ cho hệ thống nuôi. Trung tâm của hệ thống Mixotrophic chính là chu trình nitơ, vì vậy hiểu được chu trình nitơ (Hình 3) là điều rất quan trọng, nó liên quan đến nhiều phản ứng hóa học như ammoni hóa và nitrat hóa. Chu trình nitơ liên quan đến hai nhóm sinh vật: những sinh vật tự dưỡng như thực vật phù du, vi sinh vật nitrat hóa, vi sinh vật khử nitơ và tảo lam; hoặc những sinh vật dị dưỡng như vi sinh vật dị dưỡng và sinh vật tiêu thụ (động vật phù du, tôm, v.v.).

Hình 3: Minh họa chu trình nitơ

 Thế oxy hóa-khử

Có nhiều yếu tố chính quyết định đến khả năng chịu đựng của hệ thống có liên quan đến ORP. Ví dụ, ORP đóng một vai trò quan trọng trong chu trình nitơ ở cả hai bước nitrat hóa, tốc độ oxy hóa amoniac (AOR) và tốc độ oxy hóa nitrit (NOR). Hoạt động nitrat hóa có thể xảy ra ở ORP là trên +150.

Nồng độ pH

Trong chăn nuôi tôm, sự dao động của nồng độ pH quan trọng hơn con số tuyệt đối của nó. Trong hệ thống chăn nuôi xanh, sự dao động pH sẽ bị ảnh hưởng chủ yếu bởi quá trình quang hợp, và một phần thông qua quá trình hô hấp. Do đó, để quản lý tốt nồng độ pH thì việc quản lý thực vật phù du là rất quan trọng. Sự nở hoa của thực vật phù du có liên quan đến tổng chất hữu cơ, sự bài tiết và hoạt động của vi sinh vật. Và việc ngăn chặn sự nở hoa này là một trong những thách thức lớn nhất mà mọi nông dân đang phải đối mặt, vì độ pH sẽ dao động trong quá trình nở hoa do quang hợp (Hình 4). Độ pH trong ánh sáng ban ngày sẽ cao hơn vào ban đêm, khi thực vật phù du ngừng quang hợp và tạo ra carbon dioxide thông qua quá trình hô hấp thì axit cacbonic sẽ được sinh ra và giải phóng các ion hydro làm giảm độ pH.

Hình 4: Minh họa sự dao động pH vào ban ngày trong thời kỳ nở hoa của thực vật phù du

 Khoáng chất

Khoáng chất có tác động đến độ kiềm và độ cứng của nước. Độ kiềm của nước được coi như một thước đo khả năng trung hòa axit của nước. Độ cứng của nước là tổng lượng canxi và magiê có trong nước. Tính khả dụng của độ kiềm và độ cứng trong nước phụ thuộc vào khả năng hòa tan của chúng, canxi cacbonat được sử dụng phổ biến trong ao nuôi tôm vì tính năng không hòa tan trong nước. Cacbonat và bicacbonat đóng vai trò chính trong dung dịch đệm và quá trình nitrat hóa, và là nguồn cacbon vô cơ quan trọng trong tỷ lệ C: N đối với vi sinh vật nitrat hóa. Magiê là một thành phần quan trọng nằm trong phân tử diệp lục và đóng vai trò trong chức năng trao đổi chất của vi sinh vật.

 Các giai đoạn và quy trình rõ ràng là chìa khóa để thành công

Hệ thống Mixotrophic bao gồm ba giai đoạn: giai đoạn thực vật phù du, giai đoạn bổ sung vi sinh, và giai đoạn vi sinh vật.

Trong giai đoạn thực vật phù du, thực vật phù du (tảo lục/tảo cát) là nguồn thức ăn cho ấu trùng, tạo ra nguồn cung cấp thức ăn tự nhiên dồi dào và môi trường ổn định cho tôm. Việc kiểm soát các thông số chất lượng nước (oxy hòa tan và pH) và quản lý tỷ lệ pH và N: P là rất quan trọng. Đây là giai đoạn vật nuôi non được thả.

Trong giai đoạn bổ sung vi sinh vật, các vi sinh vật kiểm soát sự gia tăng các chất hữu cơ. Việc bổ sung vi sinh vật có thể làm giảm quần thể thực vật phù du bằng cách tạo ra sự cạnh tranh, ngăn chặn sự nở hoa quá mức của thực vật phù du và sự chết của chúng. Bổ sung vi sinh vật cũng có thể ngăn chặn sự sinh sôi của vi khuẩn gây bệnh. Trong khi đó, chất thải nitơ được tái chế thông qua quá trình quang hợp/nitrat hóa. Khi vật nuôi lớn hơn, nhu cầu về thực vật phù du giảm xuống. Khi đó, việc quản lý thực vật phù du là điều cần thiết để ngăn chặn sự tăng trưởng quá mức, điều này có thể dẫn đến sự dao động về nồng độ pH, gây ra căng thẳng cho vật nuôi.

Trong giai đoạn vi sinh vật, vào cuối chu kỳ, vi sinh vật thống trị hệ thống nuôi. Ở giai đoạn này, sinh khối của vật nuôi và lượng chất thải sản sinh ra tăng lên. Điều này dẫn đến lượng chất hữu cơ cũng tăng, đòi hỏi vi sinh vật phải hoạt động hết công xuất. Vì có ít thực vật phù du trong nước, nên các quần thể vi sinh vật dị dưỡng và vi sinh vật nitrat hóa có thể phát triển, thúc đẩy quá trình phân hủy chất thải và duy trì chất lượng nước ổn định. Một điều lưu ý là không giống như vi sinh vật, thực vật phù du chỉ có khả năng tiêu hóa chất thải vô cơ.

Nước ở giai đoạn vi sinh vật (giai đoạn cuối) chứa một lượng lớn lợi khuẩn

 Tổng kết

Hệ thống Mixotrophic đã được công bố rộng rãi để có thể giúp người dân có thể quản lý tốt trang trại, ngay cả trong nuôi siêu thâm canh. Với chất lượng con giống tốt, quản lý thức ăn và quy trình nuôi thích hợp là những yếu tố góp phần giảm vi khuẩn gây bệnh và kiểm soát dịch bệnh. Một khuyến nghị của nghiên cứu là nên tập trung vào việc thân thiện với môi trường, chú trọng an toàn sinh học để ngăn ngừa dịch bệnh, phối hợp nhịp nhàng để thành công trong sản xuất và thu về lợi nhuận cao, điều này cực kỳ quan trọng đối với tương lai của ngành nuôi trồng thủy sản.

 

Theo Farshad Shishehchian và Erika Chong

Nguồn: INFOFISH International 5/2021

Biên dịch: Huyền Thoại –  Bình Minh Capital.

 

Xem thêm:

• 07 Giải Pháp Để Cải Thiện Chất Lượng Nền Đáy Ao Nuôi Tôm
• Chế Phẩm Sinh Học, Bacillus subtilis Tăng Khả Năng Tăng Trưởng Và Tiêu Hóa Của Tôm Thẻ Chân Trắng, Litopenaeus vannamei
• Hệ Thống Mixotrophic: Biện Pháp Nuôi Tôm Siêu Thâm Canh Thành Công