English
中文 (中国)
Cường độ sục khí thấp hơn tạo ra các hạt floc lớn hơn, đơn giản hơn, trong khi cường độ cao hơn thúc đẩy sự tích tụ DHA.
Tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) hiện là đối tượng chủ lực của ngành nuôi trồng thủy sản toàn cầu. Sự phát triển của các công nghệ nuôi tiên tiến đã cho phép gia tăng mật độ thả nuôi, nhưng đồng thời cũng làm gia tăng lượng chất thải, khiến nồng độ amoni và nitrit trong hệ thống nuôi có thể vượt ngưỡng an toàn. Những biến động này làm suy giảm hệ miễn dịch của tôm và tiềm ẩn nguy cơ gây thiệt hại kinh tế đáng kể. Do đó, việc cải tiến và tối ưu hóa các mô hình sản xuất là yêu cầu cấp thiết.
Trong bối cảnh đó, công nghệ Biofloc (BFT) được xem là một giải pháp nuôi trồng thủy sản tiên tiến và bền vững, dựa trên việc khai thác cộng đồng vi sinh vật nhằm cải thiện chất lượng nước, tái sử dụng chất dinh dưỡng và hỗ trợ tăng trưởng cũng như sức khỏe của vật nuôi. Tuy nhiên, các nghiên cứu chuyên sâu đánh giá tác động cụ thể của sục khí đối với động lực vi sinh vật trong hệ thống BFT vẫn còn hạn chế, cho thấy cần có thêm những nghiên cứu tiếp theo để làm rõ vấn đề này.
Sục khí đóng vai trò then chốt trong việc cung cấp oxy hòa tan cần thiết cho các quá trình trao đổi chất của vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí tùy nghi trong sinh khối vi sinh. Hệ thống sục khí được thiết kế và vận hành phù hợp sẽ thúc đẩy sự hình thành một cộng đồng vi sinh vật đa dạng và hoạt động mạnh, đảm nhiệm chức năng phân hủy chất hữu cơ trong môi trường nước và tạo ra các sinh khối giàu protein và lipid. Mặc dù ảnh hưởng của cường độ sục khí đối với quá trình nitrat hóa trong màng sinh học của hệ thống nuôi Litopenaeus vannamei đã được đề cập trong các nghiên cứu trước, tác động của cường độ sục khí lên cấu trúc và chức năng của cộng đồng vi sinh vật, đặc biệt liên quan đến khả năng cung cấp dinh dưỡng cho sinh vật nuôi và cải thiện chất lượng nước vẫn cần được làm rõ hơn.
Bài viết này – tóm tắt từ ấn bản gốc (Han, T. et al. 2025. Effects of Aeration Intensity on Water Quality, Nutrient Cycling, and Microbial Community Structure in the Biofloc System of Pacific White Shrimp Litopenaeus vannamei Culture. Water 2025, 17(1), 41) – thảo luận về nghiên cứu đánh giá vai trò then chốt của cường độ sục khí trong hệ thống BFT và ảnh hưởng của nó đến cấu trúc cộng đồng vi sinh vật, chất lượng nước và chu trình dinh dưỡng đối với việc nuôi tôm thẻ chân trắng Litopenaeus vannamei.
Chuẩn bị nghiên cứu
Thí nghiệm được tiến hành trong thời gian 2 tháng với ba mức cường độ sục khí, bao gồm V75 (75 L/phút), V35 (35 L/phút) và V10 (10 L/phút), mỗi nghiệm thức được bố trí bốn lần lặp lại. Tổng cộng 12 bể nuôi dung tích 40 L, chứa đầy nước biển, được sử dụng để nuôi cấy sinh khối vi sinh. Nhằm mô phỏng điều kiện nuôi và duy trì sự phát triển của sinh khối vi sinh, 120 cá thể tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) giai đoạn non, được thu thập từ một trại giống thương mại tại Taizhou, Trung Quốc, đã được phân bổ đều vào 12 bể thí nghiệm. Quá trình hình thành sinh khối vi sinh được khởi động bằng việc bổ sung glucose và thức ăn hỗn hợp cho tôm L. vannamei với lượng tương đương 3% khối lượng cơ thể mỗi ngày, lần lượt đóng vai trò là nguồn carbon và nitơ. Tỷ lệ C/N = 20:1 được duy trì ổn định trong suốt thí nghiệm.
Trong suốt thời gian nghiên cứu, không tiến hành thay nước. Lượng nước bị bay hơi trong mỗi bể được bù bằng nước sạch theo chu kỳ hàng tuần. Cường độ sục khí cho từng nghiệm thức được kiểm soát bằng hệ thống bơm khí trung tâm, kết hợp với đá sủi và van điều chỉnh. Để xác định chính xác lưu lượng khí, các lưu lượng kế thương mại riêng biệt được lắp đặt tại cửa hút khí của từng hệ thống và hiệu chỉnh theo mức lưu lượng quy định trong thiết kế thí nghiệm. Tất cả các nghiệm thức đều được sục khí liên tục và áp dụng các biện pháp chăm sóc tiêu chuẩn trong suốt thời gian thí nghiệm kéo dài hai tháng.
Để biết thông tin chi tiết về thiết kế thí nghiệm, chăm sóc động vật, thu thập và phân tích dữ liệu, vui lòng tham khảo ấn bản gốc.
Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy các thông số chất lượng nước ở tất cả các nghiệm thức đều dao động trong ngưỡng cho phép đối với nuôi tôm L. vannamei. Thể tích hạt floc (FV) phản ánh tổng thể tích các hạt floc tồn tại trong cột nước và được xem là chỉ tiêu quan trọng đánh giá mật độ cũng như mức độ kết tụ của hạt floc trong hệ thống. Chỉ số này cho phép theo dõi sự cân bằng giữa sinh khối vi sinh vật và nguồn dinh dưỡng sẵn có, từ đó duy trì các điều kiện tối ưu cho sự phát triển và hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật. Trong nghiên cứu này, FV thể hiện mối tương quan thuận với cường độ sục khí, với giá trị cao nhất ghi nhận ở nghiệm thức V75, phù hợp với các kết quả đã được công bố trước đó. Giá trị FV cao thường phản ánh sự hình thành của một cộng đồng vi sinh vật phát triển tốt, có khả năng sử dụng và tái chế chất dinh dưỡng hiệu quả, góp phần nâng cao chất lượng nước và tăng cường tính ổn định tổng thể của hệ thống nuôi.
Trong hệ thống Biofloc Technology (BFT), vi khuẩn dị dưỡng hiếu khí đóng vai trò chủ đạo trong việc phân hủy chất hữu cơ và thúc đẩy quá trình kết tụ hạt, qua đó góp phần hình thành và duy trì sự ổn định của các cụm sinh học (biofloc). Kết quả nghiên cứu cho thấy cường độ sục khí cao (V75) tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển và hoạt động của nhóm vi khuẩn này, thể hiện qua xu hướng hình thành số lượng cụm biofloc nhiều hơn so với điều kiện sục khí thấp. Hiện tượng này có thể được lý giải bởi việc tăng cường sục khí giúp nâng cao hàm lượng oxy hòa tan, từ đó thúc đẩy quá trình trao đổi chất của vi khuẩn, tăng hiệu quả các phản ứng oxy hóa–khử và hoạt hóa hệ enzyme của vi khuẩn hiếu khí, cuối cùng làm gia tăng tốc độ sinh trưởng và sinh sản của chúng. Tuy nhiên, ở mức sục khí cao (V75 và V35), lực cơ học tăng lên có thể gây phá vỡ các cụm biofloc, dẫn đến sự suy giảm kích thước cụm.
Cấu trúc của sinh khối vi sinh vật không chỉ được đặc trưng bởi kích thước mà còn bởi mức độ phức tạp cấu trúc, yếu tố quyết định tốc độ lắng trong nước cũng như khả năng được các đối tượng nuôi bắt giữ. Trong đó, kích thước fractal hai chiều (2D fractal dimension) – một chỉ số thống kê phản ánh mức độ phức tạp hình thái được xem là chỉ báo quan trọng cho cấu trúc của biofloc. Các kết quả nghiên cứu cho thấy cường độ sục khí có ảnh hưởng đáng kể đến giá trị fractal 2D, qua đó tác động đến khả năng khai thác và sử dụng sinh khối vi sinh vật của các loài nuôi.
Trong nghiên cứu này, kích thước fractal hai chiều (2D) duy trì ổn định ở nghiệm thức V75, trong khi có xu hướng giảm ở các nghiệm thức V35 và V10, cho thấy mức độ phức tạp cấu trúc của các cụm sinh khối suy giảm khi cường độ sục khí thấp hơn. Hiện tượng này có thể xuất phát từ mức độ nhiễu động của nước giảm ở điều kiện sục khí yếu. Môi trường ít xáo trộn hơn làm giảm tần suất va chạm và tương tác giữa các hạt trong cụm sinh khối, từ đó hạn chế quá trình phân mảnh của các hạt lớn thành các hạt nhỏ hơn.
Bên cạnh đó, sự khác biệt về cường độ sục khí có thể tác động đáng kể đến kích thước, phân bố và vận tốc nổi của hạt floc. Ở tốc độ sục khí thấp, số lượng hajt floc tạo ra ít hơn nhưng có kích thước lớn hơn; ngược lại, cường độ sục khí cao hình thành nhiều hạt floc nhỏ do vận tốc dòng chảy tăng. Những thay đổi này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả truyền oxy, quá trình hình thành sinh khối (biofloc) và điều kiện môi trường nước tổng thể trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản. Trong tương lai, việc đánh giá một cách hệ thống tác động của sục khí đến kích thước hạt floc, cũng như mối liên hệ của yếu tố này với sự hình thành và cấu trúc sinh khối, sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hệ thống nuôi, đáp ứng yêu cầu sinh học của các loài thủy sản khác nhau và từng giai đoạn phát triển cụ thể.
Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sục khí với cường độ cao có hiệu quả trong việc làm giảm nồng độ nitrat và nitrit, đồng thời duy trì các chỉ tiêu này trong ngưỡng tối ưu cho mô hình nuôi tôm bền vững. Các phát hiện cũng làm nổi bật vai trò quan trọng của vi khuẩn thuộc họ Roseobacteraceae trong việc duy trì sự ổn định sinh thái của các hệ sinh thái biển. Đáng chú ý, các thử nghiệm độc tính vi sinh vật được xem là công cụ thiết yếu để hiểu rõ hơn các quá trình nitrat hóa, khử nitrat và anammox. Những thử nghiệm này cung cấp các thông tin giá trị về tác động của các hợp chất độc hại hoặc các yếu tố gây căng thẳng môi trường đối với chu trình chuyển hóa nitơ trong hệ thống biofloc. Việc tích hợp các đánh giá này trong các nghiên cứu tương lai sẽ góp phần tối ưu hóa hoạt động của vi sinh vật và nâng cao hiệu quả quản lý nitơ trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản.
Bên cạnh đó, biofloc đóng vai trò như một nguồn dinh dưỡng bổ sung quan trọng cho tôm Litopenaeus vannamei, cung cấp các dưỡng chất thiết yếu, bao gồm axit béo, góp phần thúc đẩy tăng trưởng, tăng cường chức năng miễn dịch và cải thiện sức khỏe tổng thể. Trong nghiên cứu này, hàm lượng protein thô, lipid và axit béo không bão hòa đa (PUFA) trong biofloc không ghi nhận sự khác biệt đáng kể giữa ba nghiệm thức. Tuy nhiên, hàm lượng axit docosahexaenoic (DHA) có sự biến động rõ rệt, trong đó nghiệm thức V75 đạt giá trị cao nhất.
Việc tăng cường sục khí đã cung cấp lượng oxy cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp DHA, qua đó thúc đẩy quá trình này và dẫn đến sự gia tăng nồng độ DHA được ghi nhận. Đáng chú ý, cường độ sục khí không gây ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng các axit béo khác trong sinh khối vi sinh vật, và cơ chế nền tảng của hiện tượng này hiện vẫn chưa được làm rõ. Một giả thuyết hợp lý cho rằng các con đường sinh tổng hợp của những axit béo này ít nhạy cảm hơn trước sự biến động của lượng oxy sẵn có.
Phân tích chức năng gen của hệ vi sinh vật giữa các nghiệm thức cho thấy hoạt động trao đổi chất gần như tương đồng, phản ánh sự ổn định và tính nhất quán của cấu trúc cộng đồng vi sinh khi đáp ứng với các mức cường độ sục khí khác nhau. Kết quả này cho thấy quá trình hô hấp hiếu khí và sản sinh năng lượng diễn ra liên tục trong hệ vi sinh của hệ sinh thái nuôi trồng thủy sản theo công nghệ biofloc (BFT). Do đó, việc tối ưu hóa các điều kiện công nghệ sinh học không chỉ giúp duy trì hiệu quả làm sạch nước mà còn đảm bảo cung cấp các dưỡng chất thiết yếu cho đối tượng nuôi, từ đó mang lại lợi ích đồng thời về sinh thái và kinh tế.
Kết luận
Cường độ sục khí có ảnh hưởng rõ rệt đến đặc tính của sinh khối vi sinh (biofloc). Ở mức sục khí thấp, các cụm vi sinh có xu hướng hình thành với kích thước lớn hơn và cấu trúc đơn giản hơn; trong khi đó, cường độ sục khí cao lại thúc đẩy sự tích lũy DHA trong biofloc. Dù ở bất kỳ mức sục khí nào, công nghệ biofloc đều cho thấy hiệu quả trong việc làm giảm nồng độ amoniac và nitrit trong hệ thống nuôi. Các chức năng vi sinh liên quan đến chuyển hóa nitơ và tổng hợp protein vẫn được duy trì ổn định dưới mọi điều kiện sục khí, qua đó đảm bảo hiệu suất biofloc nhất quán.
Những kết quả này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tối ưu hóa chiến lược sục khí trong nuôi tôm Litopenaeus vannamei cũng như trong quản lý chất thải nuôi trồng thủy sản. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung làm rõ tác động của sục khí lên cấu trúc cộng đồng vi sinh vật và tích hợp các phát hiện này với các chỉ tiêu hiệu suất sản xuất. Mặc dù kết quả nghiên cứu mang lại những hiểu biết giá trị cho nuôi tôm và cá rô phi, vẫn cần thêm các đánh giá để xác định khả năng áp dụng đối với các loài thủy sản khác.
Theo Tao Han, Mingmin Zhang, Wenping Feng, Tianyou Li, Xueting Liu, Jiteng Wang
Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Tôm Giống Gia Hoá Bình Minh
Xem thêm:
- Ảnh Hưởng Của Vi Tảo Scenedesmus Đến Tôm Thẻ Chân Trắng Và Cá Rô Phi Trong Môi Trường Biofloc
- Các Phương Pháp Tiêm Vắc-Xin Bất Hoạt Bằng Formalin Khác Nhau Và Ảnh Hưởng Của Chúng Đến Khả Năng Miễn Dịch Và Sức Đề Kháng Bệnh Tật Của Cá Rô Phi
- Phục Hồi Hỗn Hợp’: Rabobank Dự Báo Ngành Tôm Sẽ Tăng Trưởng Chậm Vào Năm 2024, Đối Mặt Với Nhiều Thách Thức Thị Trường Toàn Cầu