Kết quả chỉ ra rằng mật độ thả có ảnh hưởng đáng kể đến tăng trưởng của tôm

Nghiên cứu này đánh giá mật độ thả của tôm thẻ chân trắng đối với ba loài thực vật ưa mặn ăn được trong hệ thống aquaponics sử dụng nước biển, kết quả cho thấy tỷ lệ thả có ảnh hưởng đáng kể đến sự tăng trưởng của tôm và tỷ lệ mật độ thả 3:1 với tỷ lệ C/N là 15 được xem là tối ưu cho các hệ thống aquaponics trong nhà sử dụng nước biển đối với tôm thẻ L. vannamei và ba cây ưa mặn được phân tích.

Các hệ thống sản xuất thực phẩm tích hợp aquaponic có thể giúp sản xuất nhiều thực phẩm hơn, sử dụng ít đất, ít nước và ít tác động đến môi trường hơn so với các hệ thống sản xuất thực phẩm thông thường. Việc áp dụng hệ thống aquaponics nước mặn hoặc nước lợ làm tăng đáng kể các loài động vật tiềm năng có thể được nuôi, nhiều loài phổ biến và nhu cầu tốt trên thị trường. Hệ thống aquaponics sử dụng nước biển cũng làm giảm sự phụ thuộc vào nguồn nước ngọt. Lượng nước sử dụng trong hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn nước biển là 16 L/kg hải sản được sản xuất, trong khi lượng nước sử dụng trong hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn nước ngọt là khoảng 50 L/kg.

Nhìn chung, các loài sinh vật biển và/hoặc nước lợ thường có tỷ lệ chuyển đổi thức ăn thấp hơn và tăng trưởng nhanh hơn so với các loài sống ở nước ngọt. Trong số các loài vật nuôi tiềm năng, tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) là một “ứng cử viên” sáng giá cho các hệ thống này, với tốc độ tăng trưởng nhanh, khả năng chịu được phạm vi độ mặn rộng, mật độ thả nuôi và giá thị trường cao, cũng như có được nhu cầu mạnh mẽ trên toàn cầu.

Cây thuộc nhóm Halophytes (thực vật ưa mặn) chỉ chiếm 2% các loài thực vật trên cạn và hầu hết chúng không phải là các loại cây trồng phổ biến; tuy nhiên, chúng đã được sử dụng cho nhiều mục đích như lương thực và thức ăn gia súc, dầu thực vật, xử lý các vấn đề về ô nhiễm và một số ứng dụng trong y học. Rau tân lê (Atriplex hortensis), okahijiki (Salsola komarovii) và minutina (Plantago coronopus) là những loài thực vật ưa mặn có hàm lượng dinh dưỡng cao (protein, axit amin, vitamin và khoáng chất) và đã được trồng thành công trong hệ thống aquaponics nước biển. Tuy nhiên, việc tỷ lệ của các thành phần trong hệ thống phụ sẽ ảnh hưởng đến dòng chất dinh dưỡng và sức khỏe của sinh vật trong hệ thống vẫn chưa được đánh giá trong các hệ thống sản xuất thực phẩm aquaponic này.

Bài viết này – được chỉnh sửa và tóm tắt từ bài báo gốc (Chu, Y-T và P.B. Brown., 2021. Hệ thống Aquaponics trên Biển Bền vững: Ảnh hưởng của tôm đến tỷ lệ thực vật và tỷ lệ C/N. Front. Mar. Sci., ngày 07 tháng 12 năm 2021) – báo cáo về một nghiên cứu để đánh giá các tỷ lệ quan trọng của mật độ cây trồng trong các hệ thống phụ nuôi trồng thủy sản và thủy canh, đồng thời đưa ra các hướng dẫn vận hành cho hệ thống aquaponics trên biển. Mục tiêu cụ thể là đánh giá mật độ thả giống và tỷ lệ C/N đối với tăng trưởng và sản lượng của tôm thẻ chân trắng L. vannamei và ba loài ưa mặn được nêu trên.

Thiết lập nghiên cứu

18 hệ thống aquaponics riêng biệt đã được xây dựng tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản, Đại học Purdue (IN, Hoa Kỳ). Mỗi hệ thống có một bể nuôi trồng thủy sản (113,6 L), một bể thủy canh (102,2 L) và một bể lọc sinh học (18,9 L; Hình 1).

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống aquaponics (theo Chu và Brown (https://doi.org/10.3390/su13010269).

Tôm thẻ chân trắng L. vannamei được mua từ một trang trại nuôi tôm thương phẩm (RDM Aquaculture, Fowler, IN, U.S.) và được vận chuyển đến Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản. Hạt giống của rau tân lê, okahijiki và minutina được mua từ nguồn thương mại (Johnny’s Selected Seeds, Winslow, ME, U.S.) và gieo trong vườn ươm, môi trường không chứa đất (OASIS® Grower Solutions, Kent, OH, U.S.).

Một thiết kế 3×2 đã được sử dụng trong thử nghiệm, nghiên cứu kéo dài 4 tuần: 3 tỷ lệ tôm với cây trồng (2:1, 3:1 hoặc 5:1) và 2 tỷ lệ C/N (12 hoặc 15). Các nghiệm thức được chỉ định là 2:1–12 (tỷ lệ mật độ thả 2:1 với tỷ lệ C/N là 12), 2:1–15, 3:1–12, 3:1–15, 5:1–12 và 5: 1–15.

Các nghiệm thức được phân chia ngẫu nhiên, với 3 lần lặp lại. Nghiên cứu được thực hiện trong 4 tuần. Tôm (trọng lượng trung bình 1,5 g) được thả với mật độ 200 con/m² (40 con/bể), 300 con/m² (60 con/bể) và 500 con/m² (100 con/bể). Mật độ cây trồng là 100 cây/m², tương đương với 24 cây (8 cây/loài) trong mỗi bể thủy canh.

Trước khi thử nghiệm bắt đầu, tất cả các hệ thống thử nghiệm đều được bổ sung một loại probiotic thương mại (Zeigler Brothers, Gardners, PA, U.S.) để quản lý chất lượng nước và quần thể vi sinh vật trong mỗi hệ thống. Nước không được xả bỏ hoặc thay nước trong quá trình thử nghiệm, ngoại trừ bổ sung nước để bù cho lượng nước thất thoát do bay hơi. Muối biển (Instant Ocean®, Blacksburg, VA, United States) được sử dụng để điều chỉnh độ mặn đạt 15 ppt. Thức ăn thương mại cho tôm (Zeigler Brothers) được cung cấp 2 lần/ngày với tổng lượng hàng ngày là 3,0% trọng lượng cơ thể được chia thành các phần bằng nhau.

Để biết thông tin chi tiết về thiết kế thử nghiệm, quản lý hệ thống và cách nuôi dưỡng; thu thập và phân tích dữ liệu, vui lòng tham khảo bài báo gốc.

Kết quả và thảo luận

Kết quả của nghiên cứu chỉ ra rằng việc gia tăng mật độ thả có ảnh hưởng tiêu cực đối với sự tăng trưởng của tôm. Ngoài ra, FCR tăng khi mật độ nuôi tăng, đồng thời làm tăng chi phí sản xuất. Các kết quả tương tự cũng được quan sát thấy trong các nghiên cứu khác khi điều tra ảnh hưởng của mật độ thả đến năng suất của tôm. Tuy nhiên, tỷ lệ sống của tôm trong thí nghiệm của chúng tôi là trên 95%, trong khi các nhà nghiên cứu khác báo cáo rằng tỷ lệ sống của tôm giảm khi tăng mật độ thả nuôi.

Bảng 1. Phản ứng của tôm trong hệ thống aquaponics sử dụng nước biển với 3 tỷ lệ mật độ thả giữa tôm với cây trồng và 2 tỷ lệ C/N trong 4 tuần. Phỏng theo bài báo gốc. Giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn (SD). Giá trị trung bình trong các cột có các chữ cái thể hiện sự khác nhau đáng kể.

Tỷ lệ sống và tăng trưởng của tôm giảm khi thả ở mật độ cao có thể liên quan đến một số yếu tố, bao gồm không gian sống, cạnh tranh thức ăn, ăn thịt đồng loại và sự bài tiết chất thải tăng dẫn đến chất lượng nước bị suy giảm. Tỷ lệ sống cao ở mật độ nuôi cao trong nghiên cứu này có thể là do việc sử dụng probiotic và mật rỉ đường, bởi vì probiotic giúp cải thiện khả năng chống chịu với môi trường bất lợi và khả năng chịu stress.

Việc sử dụng mật rỉ đường làm tăng tỷ lệ C/N, tạo môi trường có lợi cho probiotic đồng hóa chất thải chứa nitơ và cạnh tranh với mầm bệnh, như Vibrio spp. Tỷ lệ C/N tăng cũng dẫn đến việc hình thành biofloc, tạo nguồn thức ăn bổ sung cho tôm. Hơn nữa, việc sử dụng mật rỉ đường đã cải thiện khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng từ cột nước của cây. Việc áp dụng probiotic và mật rỉ đường đã mang lại hiệu quả trong việc duy trì chất lượng nước và dẫn đến tỷ lệ sống cao hơn trong nghiên cứu của chúng tôi, mặc dù tốc độ tăng trưởng giảm. Hiện chưa chắc chắn liệu tăng mật độ nuôi và tiềm năng tiêu thụ tôm trên thị trường tăng có bù đắp được tốc độ tăng trưởng chậm hơn và chi phí thức ăn cao hơn liên quan đến nuôi mật độ siêu cao hay không, nhưng khả năng này cần được khám phá thêm.

Nhìn chung, hiệu suất tăng trưởng của ba loài thực vật ưa mặn tốt hơn khi mật độ thả và tỷ lệ C/N ngày càng tăng. Cân bằng dinh dưỡng là một trong những yếu tố chính dẫn đến thành công của hệ thống aquaponics; mật độ của động vật quá ít sẽ hạn chế nguồn nitơ đối với thực vật, và ngược lại, mật độ động vật quá mức sẽ dẫn đến bài tiết nitơ vượt quá khả năng hấp thụ của thực vật và có thể gây độc tính mãn tính hoặc thậm chí cấp tính cho cả động vật và thực vật.

Các loài thực vật ưa mặn được phát triển trong nghiên cứu. Bên trái: rau tân lê (Atriplex hortensis), ảnh của Stickpen. Ở giữa: okahijiki (Salsoola komarovii); ảnh của Aomorikuma. Bên phải: minutina (Plantago coronopus); ảnh của Jacilluch.

Trong nghiên cứu của chúng tôi, 3 loài cây ưa mặn nhận được ảnh hưởng tích cực từ mật độ thả tôm cao hơn, trong đó nhiều chất dinh dưỡng được cung cấp cho cây trồng. Tất cả cây đều có năng suất cao hơn ở nghiệm thức 5:1. Một xu hướng tương tự cũng được báo cáo bởi các nhà nghiên cứu khác, rằng sản lượng thực vật cao hơn ở tỷ lệ tôm so với thực vật là 1:1, tiếp theo là 1:2 và sau đó là 1:3. Hơn nữa, nồng độ các chất dinh dưỡng đa lượng (N, P và K) trong mô thực vật cũng cao hơn ở cả hai nghiệm thức 5:1 so với các nghiệm thức có tỷ lệ thả khác. Nồng độ cao hơn của tổng nitơ amoniac (TAN), nitrit (NO₂–), nitrat (NO₃–) và phốt phát (PO₄³–) được tìm thấy trong nghiệm thức 5:1 có thể là kết quả của việc lượng thức ăn đầu vào cao hơn trong nghiệm thức này. Sự gia tăng ổn định của NO₃–, và PO₄³– trong tất cả các nghiệm thức có thể cho thấy sự bão hòa về giới hạn đồng hóa của cây trồng. Cần nghiên cứu thêm để đánh giá thời gian nuôi dài hơn hoặc các chiến lược khác nhau để thu hoạch cây trồng (thả liên tiếp) vì nồng độ của tất cả các hợp chất N và P trong nước có thể sẽ tăng lên sau mỗi vụ thu hoạch, điều này có thể là mối lo ngại đối với nghề nuôi tôm.

Mặc dù không thể hiện rõ như mật độ thả tôm, nhưng tỷ lệ C/N cũng có tác động đến các đặc tính sản xuất của cây trồng. Việc bổ sung carbon có tác dụng điều chỉnh môi trường nuôi giúp cải thiện khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng của cây trồng, tăng năng suất và giảm bớt độc tính thực vật do kim loại vi lượng, độ mặn, thuốc trừ sâu, độc tố thực vật hoặc hóa chất gây độc từ thực vật. Nhìn chung, ảnh hưởng của tỷ lệ C/N đến sự phát triển, năng suất và nồng độ dinh dưỡng khoáng trong cây tương đối nhỏ so với mật độ thả.

Để quản lý tốt chất lượng nước, sự hiện diện của một quần thể vi sinh vật mạnh mẽ là không thể thiếu trong hệ thống aquaponics. Bổ sung probiotic hoặc nước đã qua xử lý, tạo giá thể sinh học hoặc sử dụng biofloc từ hệ thống ổn định trước đó sang hệ thống mới là những phương pháp hiệu quả để thúc đẩy việc hình thành hệ vi sinh vật. Trong nghiên cứu của chúng tôi, nồng độ TAN và NO₂– duy trì ở mức thấp hơn 0,2 mg/L trong suốt thí nghiệm, ngay cả ở nghiệm thức có mật độ nuôi cao. Nghiên cứu bổ sung cần được tiến hành để kiểm tra tần suất sử dụng probiotic và các cách thu hoạch khác nhau, vì sau mỗi vụ thu hoạch cây trồng, TAN và NO₂– có thể sẽ tăng lên.

Nồng độ TAN và NO₂– cao hơn ở nghiệm thức có tỷ lệ C/N cao, trong khi nồng độ NO₃– lại thấp hơn. Kết quả tương tự đã được báo cáo trong các nghiên cứu khác. Việc bổ sung carbon hữu cơ đã tạo điều kiện cho sự phát triển của vi khuẩn dị dưỡng, cạnh tranh chất dinh dưỡng và không gian bên trong màng sinh học hoặc môi trường sinh học với vi khuẩn nitrat hóa (NB), bao gồm vi khuẩn oxy hóa amoniac (AOB) và vi khuẩn oxy hóa nitrit (NOB). Tốc độ sinh sản của vi khuẩn dị dưỡng nhanh hơn nhiều so với NB, trong khi tốc độ sinh sản của AOB nhanh hơn NOB. Do sự cạnh tranh với vi khuẩn dị dưỡng và tốc độ tăng trưởng chậm hơn của AOB và NOB, hiệu quả của quá trình nitrat hóa giảm khi tỷ lệ C/N tăng, dẫn đến tỷ lệ loại bỏ TAN và hiệu suất NO₃– giảm. Tuy nhiên, trong nghiên cứu của chúng tôi, tất cả các chất thải chứa nitơ đều ở dưới nồng độ được xem là độc hại.

Nồng độ PO₄³– tiếp tục được tích lũy trong suốt thí nghiệm, tương tự như các kết quả trước đó và cao hơn ở các nghiệm thức có mật độ thả và tỷ lệ C/N cao, điều này có thể là do lượng thức ăn đầu vào cao hơn, hoặc có thể là do tỷ lệ C/N cao hơn dẫn đến hệ thống biofloc bị chiếm ưu thế bởi vi khuẩn dị dưỡng, đồng thời mật độ tảo cũng ít hơn. Hơn nữa, sự tích lũy PO₄³– cho thấy khả năng đồng hóa của thực vật đã bão hòa. PO₄³– là một trong những hợp chất gây ra hiện tượng phú dưỡng, là một vấn đề đối với hệ thống aquaponics; do đó, cần có nhiều nghiên cứu hơn để cải thiện việc quản lý PO₄³– trong aquaponics và xác định cách cải thiện khả năng đồng hóa PO₄³– của cây trồng.

Trong hệ thống aquaponics, pH là một thông số quan trọng khác có thể bị ảnh hưởng bởi quá trình nitrat hóa, quá trình đồng hóa chất dinh dưỡng của thực vật và vi khuẩn dị dưỡng, sự bài tiết carbon dioxide (CO₂) của động vật thủy sinh, và một số yếu tố khác. Quá trình nitrat hóa và đồng hóa chất thải nitơ do vi khuẩn và CO₂ được giải phóng qua quá trình hô hấp của động vật thủy sinh và vi sinh vật có xu hướng làm giảm pH. Ngược lại, quá trình loại bỏ CO₂ và đồng hóa chất dinh dưỡng của thực vật có xu hướng làm tăng pH. Điều này có thể giải thích tại sao pH thấp nhất ở mật độ thả 5:1, tiếp theo là 3:1, và cuối cùng là 2:1. Ngoài ra, pH thấp hơn có thể là một lý do khác giúp cây trồng phát triển tốt hơn trong các nghiệm thức có mật độ thả cao hơn, vì lượng dinh dưỡng sẵn có tăng lên khi pH giảm.

Quan điểm

Tỷ lệ mật độ thả tôm và tỷ lệ C/N có tác động đáng kể đến hiệu suất của tôm và cây trồng trong nghiên cứu aquaponics sử dụng nước biển của chúng tôi. Tôm hoạt động tốt hơn ở mật độ thả 2:1 và 3:1, không bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ C/N. Ngược lại, cây trồng hoạt động tốt hơn ở mật độ thả 3:1 và 5:1 với tỷ lệ C/N ở mức 15. Do đó, tỷ lệ mật độ thả 3:1 với tỷ lệ C/N ở mức 15 được đề xuất là điều kiện tối ưu cho tôm và ba loài thực vật ưa mặn trong hệ thống sản xuất thực phẩm aquaponics trong nhà sử dụng nước biển.

Việc tạo biofloc vào nước và sử dụng probiotic thường xuyên có thể tăng cường quản lý chất lượng nước và sức khỏe của tôm và cây trồng trong hệ thống aquaponics. Mặc dù chất lượng nước được duy trì ở mức an toàn cho tôm và 3 loài cây ưa mặn trong quá trình thử nghiệm, nhưng cần có nhiều nghiên cứu hơn với thời gian nuôi lâu dài để hiểu rõ hơn về hệ thống aquaponics sử dụng nước biển khi nuôi các loài này.

Theo Tiến sĩ Yu-Ting Chu, và Tiến sĩ Paul B. Brown.

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/assessing-the-stocking-density-ratio-of-pacific-white-shrimp-to-three-edible-halophytes-in-a-marine-aquaponics-system/

Biên dịch: Huyền Thoại – Tôm Giống Gia Hóa Bình Minh

“Tôm Giống Gia Hóa – Chìa Khóa Thành Công”

Xem thêm:

• Virus Gây Ánh Kim Trên Hồng Cầu Tôm SHIV
• Bổ Sung Nucleotide Vào Khẩu Phần Ăn Của Tôm Thẻ Chân Trắng Nuôi Trong Ao Thâm Canh Ngoài Trời
• Phần 1 – BIỂU HIỆN LÂM SÀNG CỦA HỘI CHỨNG PHÂN TRẮNG White feces syndrome (WFS) VÀ MỐI LIÊN QUAN CỦA NÓ VỚI VI BÀO TỬ TRÙNG Enterocytozoon hepatopenaei (EHP) TRONG CÁC TRANG TRẠI NUÔI TÔM THẺ CHÂN TRẮNG THƯƠNG PHẨM: MỘT CUỘC ĐIỀU TRA BỆNH HỌC