English
中文 (中国)
Kết quả thử nghiệm cho thấy vùng đất ngập nước nhân tạo, độ mặn cao có khả năng loại bỏ nitơ và sản xuất sinh khối đáng kể
Nghiên cứu này đã đánh giá tiềm năng của Salicornia neei, một loài thực vật ưa mặn có nguồn gốc từ Nam Mỹ, trong việc xử lý nước thải nhiễm mặn với nồng độ NH3-N và NO3-N tương tự như nước thải nuôi trồng thủy sản trên đất liền. Ảnh của Pato Novoa qua Wikimedia Commons.
Sự phát triển của các hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn sử dụng nước biển (RAS) bị hạn chế bởi khả năng xử lý hiệu quả nước thải nhiễm mặn, vốn tích tụ một lượng lớn các hợp chất nitơ có nguồn gốc từ quá trình trao đổi chất của các sinh vật nuôi. Trong RAS, việc loại bỏ các hợp chất nitơ, chủ yếu là amoni và amoniac, là vấn đề được ưu tiên hàng đầu vì những hợp chất này làm suy giảm chất lượng nước một cách nhanh chóng và có tác động tiêu cực đến động vật nuôi. Bộ lọc sinh học thường được sử dụng để thúc đẩy quá trình chuyển đổi amoni bị ion hóa và khử ion thành nitrat. Nitrat không có độc tính cao đối với hầu hết các sinh vật nuôi, với nồng độ tích lũy có thể chịu được được báo cáo là từ 120-150 mg/L trong hệ thống RAS sử dụng nước biển.
Gần đây, sự phát triển của các hệ thống tích hợp cho phép sử dụng các chất thải từ RAS làm chất dinh dưỡng, kết hợp giữa các chu kì nước khác nhau với nước trong hệ thống nước sản xuất chính. Để tận dụng các chất thải này, cụ thể là các hợp chất nitơ tích tụ trong RAS, việc sử dụng các vùng đất ngập nước nhân tạo với halophytes (thực vật ưa mặn, phát triển trong đất hoặc nước có độ mặn cao, tiếp xúc với môi trường nước mặn qua rễ hoặc cành, như bờ biển hoặc bán sa mạc nhiễm mặn, đầm lầy ngập mặn hay các môi trường khác) đã được đề xuất. Tùy thuộc vào điều kiện môi trường mà halophytes có khả năng hấp thụ các dạng nitơ khác nhau.
Nếu những cây này được trồng trong lysimeter (thiết bị được sử dụng để đo lượng lượng hơi nước bốc hơi thực tế do thực vật thải ra) hoặc vùng đất ngập nước, thì sự tương tác giữa đất, vi sinh vật và thực vật có tiềm năng cao hơn trong việc loại bỏ các hợp chất nitơ và tạo ra sinh khối, có thể được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi hoặc thực phẩm cho con người, trong sản xuất nhiên liệu sinh học hoặc các phụ phẩm được ngành dược phẩm quan tâm, và một số ứng dụng khác. Ngoài ra, người ta đã chứng minh rằng các hệ thống này cũng hiệu quả trong việc loại bỏ PO43– tồn dư khỏi RAS.
Salicornia neei là một loài ưa mặn sống ở vùng nước mặn, có nguồn gốc từ Nam Mỹ và phân bố nhiều ở bờ biển Nam Thái Bình Dương, nơi tập trung phần lớn sản lượng nuôi trồng thủy sản biển ở Nam Mỹ. S. neei được sử dụng làm thực phẩm cho người và là một loại cây trồng mới ở vùng ven biển Chile. Loại cây này đã được mô tả là có chứa một lượng lớn chất dinh dưỡng và các chất chuyển hóa chức năng quan trọng.
Bài viết này – được chỉnh sửa và tóm tắt từ bài báo gốc (Diaz, M.R. và cộng sự, 2020. Hiệu quả của Salicornia neei trong việc xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản từ một vùng đất ngập nước nhân tạo có độ mặn cao. Agriculture 2020, 10, 621) – báo cáo về một nghiên cứu đánh giá khả năng của S. neei trong việc xử lý các hợp chất nitơ hòa tan trong nước thải từ các hệ thống nuôi trồng thủy sản trên cạn và đồng thời đánh giá kết quả sản xuất sinh khối.
Thiết lập nghiên cứu
Chúng tôi đã thu thập 100 cây Salicornia neei đã phát triển đầy đủ rễ và chồi trong vùng đất ngập nước “Salinas de Puyalli”, nằm ở xã Papudo, Vùng Valparaíso, Chile và chuyển chúng đến Phòng thí nghiệm Nuôi trồng thủy sản của Đại học Pontificia Católica de Valparaíso, ở Valparaíso, Chile. Cây được cấy trên luống cát và tưới nước trong 10 tuần, sau đó chúng được chuyển đến bể thí nghiệm.
Hình 1: Sơ đồ cho thấy thiết kế của một lysimeter, mô tả cấu trúc tổng thể, đầu vào và đầu ra của nước, chất nền (cát và sỏi được ngăn cách bằng lưới) và vòi phun nước siêu nhỏ.
Đơn vị thí nghiệm bao gồm 3 bể RAS riêng biệt, mỗi bể chứa 3 lysimeter. Mỗi lysimeter được đặt trong hộp nhựa PE có kích thước 0,5 × 0,6 × 0,6 m (dài × rộng × sâu) với diện tích bề mặt là 0,3 m2 và tổng diện tích trên mỗi RAS là 0,9 m2. 4 cây S. neei được cấy và phát triển trong lysimeter cho đến khi đạt được sinh khối khoảng 1 kg/lysimeter hoặc 3 kg/m2. Nước thoát (nước thải) được đưa trở lại các bể tương ứng của từng hệ thống để kết thúc vòng nước tuần hoàn.
Cây được trồng trong 74 ngày trong lysimeters, chia thành 3 nhóm, được bổ sung lần lượt là: (1) Nit + Amm, (2) Nit và (3) không bổ sung (Đối chứng). Các thông số hóa lý của chất lượng nước được ghi lại trực tiếp từ nước thải trong 8 ngày đầu tiên sau khi bổ sung.
Để biết thông tin chi tiết về thiết kế thử nghiệm, lysimeters, thu thập dữ liệu và phân tích thống kê, vui lòng tham khảo bài báo gốc.
Kết quả và thảo luận
Việc tích hợp halophytes như một bộ lọc sinh học trong các hệ thống RAS sử dụng nước biển đã được đề xuất như một giải pháp thay thế thích hợp để xử lý nước thải. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đánh giá liệu vùng đất ngập nước nhân tạo trồng S. neei có thể được sử dụng để xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản bị nhiễm mặn hay không. S. neei được lựa chọn chủ yếu do sự xuất hiện tự nhiên của nó trên khắp bờ biển Nam Thái Bình Dương của Nam Mỹ, điều này cho phép nó được áp dụng phổ biến trong ngành nuôi trồng thủy sản đang phát triển ở Nam Mỹ. Tốc độ và hiệu quả loại bỏ NO3-N của nó trong nghiên cứu của chúng tôi cao hơn hoặc tương đương với tốc độ được báo cáo so với các loài ưa mặn khác ở độ mặn cao. Do đó, vùng đất ngập nước nhân tạo trồng S. neei có thể là một giải pháp thay thế thích hợp để xử lý nước thải có độ mặn cao từ hệ thống RAS sử dụng nước biển.
Các thông số hóa lý của nước thải, như nhiệt độ và pH, đặc biệt quan trọng trong xử lý nước thải nhiễm mặn vì chúng có thể ảnh hưởng đến các quá trình loại bỏ các hợp chất nitơ. Trong nghiên cứu của chúng tôi, nhiệt độ và pH được duy trì trong phạm vi tối ưu (lần lượt là 20-21°C và 7,8-8,2) và do đó không ảnh hưởng đến quá trình loại bỏ. Phát hiện này phù hợp với kết quả của các nghiên cứu trước, rằng đối với quá trình khử nitrat trong các hệ thống đất ngập nước, nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng từ 20-40°C và pH tối ưu khoảng 8,0.
Một thông số quan trọng khác mà chúng tôi đã đánh giá trong nghiên cứu là độ mặn, độ mặn của nước thải tương đối cao, lên đến 50 g/L NaCl. Sự gia tăng này chủ yếu là do yếu tố sự thoát hơi nước, phù hợp với dữ liệu từ các nhà khoa học khác, rằng họ nhận thấy độ mặn của nước được xử lý trong vùng đất ngập nước nhân tạo tăng lên mặc dù thực vật hấp thụ muối, chúng tôi nghĩ điều này chủ yếu là do sự bốc hơi của đất và sự thoát hơi nước của thực vật.
Sự tích lũy nitơ không được xác định trong nghiên cứu này, nhưng chúng tôi đã lấy dữ liệu trong một nghiên cứu trước đây của của nhóm chúng tôi. Dữ liệu cho thấy tổng lượng nitơ cố định trong không khí của S. neei tương ứng với 1,76 ± 0,08 g / 100 g trọng lượng tươi. Các nhà nghiên cứu khác ở Ấn Độ cũng thu được kết quả tương tự đối với Salicornia brachiata. Do đó, chúng tôi ước tính rằng tổng nồng độ các hợp chất chứa nitơ được cố định trong S. neei vào cuối thử nghiệm của chúng tôi sẽ nằm trong khoảng từ 46-103,9 g đối với nghiệm thức 2, trong khi ở nghiệm thức 1, mức cố định sẽ nằm trong khoảng từ 57,8-130,1 g nitơ cho tổng sinh khối được hình thành, điều này cho thấy rằng S. neei có thể chuyển hóa hầu hết lượng nitơ có sẵn trong thử nghiệm này.
Hình 2: Sản xuất sinh khối của Salicornia neei được biểu thị bằng sản lượng trọng lượng tươi trên một đơn vị diện tích (kg/m2). Nitrat + Amoni: được tưới bằng NO3-N và NH4-N, Nit: được tưới bằng NO3-N, Đối chứng: chỉ tưới nước biển. Chữ thường thể hiện sự khác biệt đáng kể giữa các nghiệm thức. Giá trị trung bình của ba lysimeter cho mỗi mỗi nghiệm thức được hiển thị.
Dựa trên những kết quả này, chúng tôi cũng có thể đề xuất rằng S. neei có thể cố định NH4-N nếu xem xét sự khác biệt của giữa 2 nghiệm thức (thêm khoảng 20% N ở nghiệm thức Nit + Amm). Điều này phản ánh hiệu quả tổng hợp được tạo ra bởi hai hợp chất khi được tiêu thụ cùng một lúc. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu khác đã báo cáo rằng sự hấp thụ thực tế có thể chỉ chiếm một phần tương đối nhỏ trong tỷ lệ loại bỏ nitơ (N) toàn cầu và vi sinh vật có vai trò quan trọng nhất trong việc sử dụng và chuyển hóa của thành phần nitơ.
Để chắc chắn hơn, các nhà nghiên cứu khác đã nghiên cứu và thu được tỷ lệ loại bỏ tương đối thấp. Cụ thể, Tanner và cộng sự đã phát hiện ra rằng trong tổng số nitơ bị loại bỏ bởi các hệ thống đất ngập nước, chỉ có 25% tương ứng với sự cố định ở thực vật. Tương tự, Lin và cộng sự quan sát thấy rằng, trong số 73% nitơ bị loại bỏ, chỉ có 11% được cố định trong thực vật. Tuy nhiên, Webb và cộng sự đã quan sát thấy sự khác biệt đáng kể giữa khả năng loại bỏ nitơ trong hệ thống có và không có cây ưa mặn: trong nghiên cứu của họ, họ đã chứng minh năng suất loại bỏ của hệ thống có cây ưa mặn cao hơn so với hệ thống không có các cây này.
Điều này phù hợp với kết quả của chúng tôi cho thấy việc loại bỏ nitơ tỷ lệ thuận với sinh khối. Do đó, chúng ta không thể loại trừ rằng sự gia tăng sinh khối chỉ giải thích cho sự gia tăng tốc độ loại bỏ nitrat. Trên thực tế, điều hợp lý là hệ thống rễ khỏe được hình thành bởi loại thực vật này hỗ trợ việc thiết lập một số vi sinh vật giúp cải thiện tốc độ loại bỏ tải lượng nitơ bằng cách hoạt động hỗ trợ lẫn nhau.
Sự hình thành sinh khối của S. neei trong nghiên cứu đạt tổng khối lượng tịnh từ 7 đến 8 kg/m2 trong 11 tuần ở các nghiệm thức tưới Nit và Nit + Amm, lần lượt. Sản lượng sinh khối cao này có thể so sánh với sản lượng thu được của Ventura và cộng sự, người đã báo cáo sản lượng của Salicornia persica đạt 16 kg/m2 trong khoảng thời gian 24 tuần. Để so sánh, S. neei vẫn phát triển mạnh mẽ trong suốt thời gian thử nghiệm, ngay cả ở nồng độ mặn cao gần 50 g/L NaCl.
Đặc điểm vốn có này của thực vật ưa mặn làm nổi bật cơ chế phản ứng mạnh mẽ đối với stress phi sinh học do S. neei gây ra, củng cố tính khả thi của việc đưa loài thực vật này vào xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản. Về việc loại bỏ hai nguồn hợp chất nitơ, có sự tương tác tích cực giữa amoni/nitrat cung cấp cho sự hình thành sinh khối của S. neei.
Quan điểm
Kết quả của chúng tôi chứng minh rằng việc tích hợp S. neei vào vùng đất ngập nước nhân tạo để xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản tuần hoàn sẽ là một giải pháp thay thế khả thi để loại bỏ hợp chất nitơ trong nước thải nhiễm mặn và loài thực vật này có tiềm năng cho các hệ thống RAS biển ở Nam Mỹ.
Theo Mónica R. Diaz, Javier Araneda, Andrea Osses, Jaime Orellana, và Tiến sĩ José A. Gallardo
Nguồn:https://www.globalseafood.org/advocate/can-salicornia-effectively-treat-aquaculture-effluent/
Biên dịch: Huyền Thoại – Tôm Giống Gia Hóa Bình Minh
“Tôm Giống Gia Hóa – Chìa Khóa Thành Công”
Xem thêm:
- Hoạt tính kháng khuẩn của các chủng Bacillus chống lại vi khuẩn Vibrio campbellii gây bệnh AHPND ở tôm thẻ chân trắng
- Bột Sachi Được Thử Nghiệm Như Một Chất Thay Thế Bột Cá Trong Khẩu Phần Ăn Của Tôm Thẻ Chân Trắng
- Axit Hữu Cơ Và Muối Vi Nang Có Lợi Trong Sản Xuất Tôm Thẻ Chân Trắng