Nuôi Cá Rô Phi Lai Trong Hệ Thống Sản Xuất Sinh Học Ngoài Trời

Hàm lượng protein dễ tiêu hóa có thể được giảm bớt mà không ảnh hưởng xấu đến các chỉ số năng suất của cá.

Hệ thống nuôi công nghệ biofloc (BFT) ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất thủy sản, nhờ khả năng duy trì môi trường nước ổn định, phù hợp cho các đối tượng nuôi mật độ cao và chế độ cho ăn thâm canh.

Trong các mô hình BFT ngoài trời, ở giai đoạn đầu, sự phát triển của tảo đóng vai trò chính trong việc hấp thụ và kiểm soát lượng nitơ thải ra từ thức ăn (đặc biệt là tổng amoni – TAN). Khi hệ thống dần ổn định, quá trình nitrat hóa sẽ trở thành cơ chế chủ đạo trong việc kiểm soát TAN suốt phần còn lại của chu kỳ nuôi.

Đối với cá rô phi, sinh khối vi sinh vật hình thành trong hệ thống biofloc có thể được tận dụng như nguồn thức ăn tự nhiên, góp phần thay thế một phần protein trong khẩu phần, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng dinh dưỡng. Nhiều nghiên cứu sau này cũng tập trung làm rõ vai trò của các nguồn carbon hữu cơ khác nhau cũng như xác định tỷ lệ carbon:nitơ (C:N) tối ưu nhằm tối đa hóa hiệu quả của hệ thống BFT.

Điều đáng chú ý là đến nay chỉ có rất ít nghiên cứu đánh giá mức protein trong thức ăn công nghiệp dành cho cá rô phi giống hoặc cá rô phi giai đoạn đầu trong hệ thống biofloc (BFT). Ở cả hai nghiên cứu hiện có, nguồn carbon hữu cơ ngoại sinh đều được bổ sung theo định kỳ hoặc hàng ngày. Trong khi đó, vẫn chưa có công bố nào xem xét hàm lượng protein tối ưu trong thức ăn cho cá rô phi nuôi thương phẩm trong hệ thống BFT.

Khái niệm protein lý tưởng (IP) đã được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng khẩu phần cho cá rô phi giống khi nuôi trong bể, hệ thống tuần hoàn (RAS) hoặc lồng bè. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn chưa được áp dụng cho cá rô phi nuôi tăng trưởng đến kích cỡ thương phẩm trong mô hình BFT. Một hướng tiếp cận khác nhằm giảm hàm lượng protein trong khẩu phần là cân đối tỷ lệ axit amin thiết yếu, đồng thời hạ mức protein tiêu hóa (DP), thay vì chỉ bổ sung các axit amin giới hạn để đạt một ngưỡng tuyệt đối dựa trên nhu cầu protein ước tính.

Theo đó, có thể điều chỉnh tăng số loại axit amin giới hạn được bổ sung trong công thức, nhằm đạt được tỷ lệ protein lý tưởng tương ứng với từng mức giảm của DP, thay vì chỉ duy trì ở mức cao nhất như đối chứng. Cách làm này không chỉ giúp giảm lượng protein thô và axit amin bổ sung trong khẩu phần, mà còn góp phần hạ chi phí thức ăn và hạn chế lượng chất dinh dưỡng dư thừa thải ra môi trường.

Bài báo này – được tóm tắt từ ấn bản gốc (https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2019.01.034) – trình bày một nghiên cứu của các tác giả nhằm kiểm chứng giả thuyết rằng có thể đạt được sự giảm đáng kể hàm lượng protein ở cá rô phi lai (Oreochromis aureus × O. niloticus) được nuôi đến kích thước thương phẩm (454 gram/con) trong hệ thống sản xuất BFT ngoài trời, tự dưỡng quang hợp/tự dưỡng hóa học mà không cần bổ sung carbon hữu cơ liên tục bằng cách bổ sung bốn axit amin hạn chế đầu tiên (Lys, Met, Thr, Ile) và điều chỉnh công thức theo cấu hình IP (cơ bắp) ở mỗi mức DP được thử nghiệm.

Chuẩn bị nghiên cứu

Thí nghiệm cho ăn được thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản Quốc gia Harry K. Dupree (thuộc Cơ quan Nghiên cứu Nông nghiệp – ARS, Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ) đặt tại Stuttgart, bang Arkansas, Hoa Kỳ. Hệ thống thí nghiệm gồm chín bể nuôi tôm càng xanh ngoài trời theo công nghệ biofloc (BFT), dạng hình chữ nhật với khung gỗ, diện tích 18,6 m² và thể tích 16,6 m³. Đáy bể được thiết kế hơi nghiêng và lót bằng vật liệu polyethylene mật độ cao. Toàn bộ hệ thống được sục khí liên tục bằng máy thổi khí tái sinh, cung cấp không khí đến hai hệ thống khuếch tán đặt ở đáy mỗi bể. Ngoài ra, mỗi bể còn được trang bị hai buồng lắng đáy hình nón mắc nối tiếp, mỗi buồng có dung tích 130 lít (thể tích hoạt động 117 lít), nhằm hỗ trợ thu gom và xử lý chất thải hiệu quả.

Cá rô phi lai toàn đực được nhập từ một đơn vị cung cấp thương mại (Aquasafra, Inc., Bradenton, Florida, Hoa Kỳ) và được ương nuôi trong điều kiện trong nhà trước khi chuyển sang môi trường mới. Khi bắt đầu thí nghiệm ngoài trời, cá có khối lượng trung bình 32,2 ± 10,1 g/con và sinh khối ban đầu đạt 0,9 ± 0,01 kg/m³ (giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn).

Thí nghiệm được bố trí theo thiết kế hoàn toàn ngẫu nhiên với ba nghiệm thức trong các bể ngoài trời, kéo dài 5 tháng. Cá được cho ăn các khẩu phần thử nghiệm với ba mức protein tiêu hóa (DP) khác nhau: 22,5%, 27,7% và 32,3%. Mỗi khẩu phần được cân đối theo tỷ lệ protein lý tưởng (IP), bổ sung bốn axit amin thiết yếu đầu tiên (Lys, Met, Thr, Ile) dựa trên thành phần axit amin trong cơ cá rô phi tương ứng với từng mức DP. Cá được cho ăn thủ công đến khi no rõ rệt, hai lần mỗi ngày trong tuần và một lần mỗi ngày vào cuối tuần, liên tục trong 122 ngày.

Để biết thêm thông tin chi tiết về thiết kế thí nghiệm và chế độ ăn; quản lý bể, cá và cho ăn; lấy mẫu cá và mô; phân tích hóa học chế độ ăn và mô; phân tích 2-methylisoborneol (MIB) và geosmin; và phân tích thống kê, vui lòng tham khảo ấn bản gốc.

Kết quả và thảo luận

Kết quả cho thấy tổng sản lượng cá (Hình 2), sản lượng ròng, mức tăng trọng và tỷ lệ cá đạt kích cỡ trên 454 g đều cao hơn rõ rệt ở nghiệm thức DP 27,7% so với DP 22,5%, trong khi nghiệm thức DP 32,3% ghi nhận mức trung gian. Sau khi áp dụng các khẩu phần thử nghiệm, tốc độ tăng trưởng của cá (thể hiện qua độ dốc đường cong) ở nghiệm thức DP 27,7% vượt trội so với DP 22,5% (3,56), còn nghiệm thức DP 32,3% vẫn nằm ở mức trung bình (Hình 3). Đồng thời, cá ở nghiệm thức DP 22,5% có trọng lượng cuối cùng thấp hơn đáng kể và hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) cao hơn rõ rệt so với hai nghiệm thức còn lại, trong khi giữa DP 27,7% và DP 32,3% không ghi nhận sự khác biệt đáng kể.

Tổng hàm lượng nitơ và phốt pho trong thức ăn, chỉ số gan (HSI) và tỷ lệ cơ ở nghiệm thức DP 27,7% ghi nhận ở mức trung gian so với hai nghiệm thức còn lại và có sự khác biệt rõ rệt. Lượng thức ăn cung cấp hằng ngày không có sự sai khác đáng kể giữa các nghiệm thức, với giá trị trung bình lần lượt là 158 g/m³, 162 g/m³ và 154 g/m³ tương ứng với DP 22,5%, 27,7% và 32,3%. Các chỉ tiêu phản hồi khác đều không bị ảnh hưởng bởi hàm lượng protein tiêu hóa trong khẩu phần.

Đây là nghiên cứu đầu tiên đánh giá tác động của mức protein trong khẩu phần đến năng suất cá rô phi lai nuôi trong hệ thống biofloc tự dưỡng kết hợp quang hợp – hóa tự dưỡng. Kết quả cho thấy có thể giảm hàm lượng protein tiêu hóa từ 32,3% xuống 27,7% mà không làm ảnh hưởng đến tăng trưởng và sản lượng cá. Tuy nhiên, khi tiếp tục giảm xuống 22,5%, hiệu suất tăng trưởng và năng suất đã suy giảm đáng kể. Điều này cho thấy sinh khối vi sinh vật (biofloc) chỉ có thể bù đắp một phần nhu cầu protein trong khẩu phần khi mức giảm nằm trong khoảng từ 32,3% xuống 27,7%.

Việc không ghi nhận sự khác biệt đáng kể giữa các nghiệm thức về nồng độ chlorophyll a trung bình và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) cho thấy sinh khối vi sinh, cả về số lượng lẫn chất lượng tương đối đồng đều giữa các phương pháp. Khi kết hợp với thực tế lượng thức ăn cung cấp là tương đương, có thể suy ra rằng mức dinh dưỡng trong nghiệm thức DP 22,5% chưa đủ để duy trì tốc độ tăng trưởng cao.

Biofloc có nguồn gốc từ vi khuẩn dị dưỡng, với thành phần khoảng 25% protein và 7,2% lipid tính theo trọng lượng khô. Dù hồ sơ axit amin thiết yếu cho thấy đây là nguồn protein tiềm năng cho cá rô phi, nhưng hàm lượng một số axit amin quan trọng như methionine (Met), arginine (Arg) và lysine (Lys) vẫn còn hạn chế. Bên cạnh đó, các yếu tố quản lý hệ thống biofloc, đặc biệt là nguồn carbon bổ sung và tỷ lệ C:N mục tiêu có ảnh hưởng lớn đến hàm lượng protein, thể hiện qua mức protein thô dao động từ 14,2% đến 41,2%. Cá rô phi có khả năng tiêu thụ biofloc hiệu quả và giữ lại khoảng 24–32% lượng nitơ từ nguồn này, cho thấy biofloc có thể đóng vai trò thay thế một phần khẩu phần thức ăn công nghiệp hằng ngày.

Tuy nhiên, khả năng thay thế protein trong thức ăn bằng sinh khối vi sinh thay đổi theo từng giai đoạn phát triển của cá. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi nuôi cá rô phi đến kích cỡ thương phẩm, hàm lượng protein tiêu hóa (DP) trong khẩu phần có thể giảm từ 32,3% xuống còn 27,7% mà vẫn duy trì được tăng trưởng.

Ở mức DP thấp nhất, hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) có xu hướng tăng nhẹ. Chỉ số gan/thể trọng (HSI) tăng nhẹ khi DP giảm, trong khi tỷ lệ mỡ nội tạng (IPF) hầu như không bị ảnh hưởng giữa các mức DP khảo sát.

Hiệu quả giữ lại protein và axit amin ở cá có xu hướng cải thiện khi DP giảm, nhưng hàm lượng protein và axit amin trong mô lại giảm nhẹ. Sự khác biệt về thành phần axit amin giữa cơ và toàn thân chủ yếu xuất hiện ở mức DP thấp nhất, dù biên độ thay đổi nhỏ (<0,25%) nhưng có ý nghĩa thống kê. Điều này, cùng với việc không có khác biệt đáng kể về thành phần dinh dưỡng giữa cơ và toàn thân, cho thấy cả ba khẩu phần đều đáp ứng nhu cầu trao đổi chất cơ bản, nhưng mức DP thấp nhất chưa đủ để đạt hiệu suất tăng trưởng tối đa.

Đáng chú ý, trong bốn axit amin được bổ sung, khả năng giữ lại Lys (~30%) và hàm lượng Lys trong cơ (~1,6%) không bị ảnh hưởng bởi mức DP, cho thấy Lys có thể là yếu tố giới hạn đầu tiên trong khẩu phần. Sự suy giảm Lys toàn cơ thể ở mức DP thấp nhất (từ 1,19% xuống 1,17% và 1,09%), cùng xu hướng giảm tương tự ở một số axit amin thiết yếu khác, khẳng định rằng khẩu phần 22,5% DP chưa phù hợp để tối ưu hiệu suất tăng trưởng của cá rô phi sông Nile trong giai đoạn nuôi vỗ béo. Thực tế, nhiều nghiên cứu trước đây cũng chỉ ra rằng mức DP này là quá thấp, trong khi khoảng 25–27% DP được xem là phù hợp để cá tăng trưởng nhanh đến kích cỡ thương phẩm, với điều kiện công thức và chế độ cho ăn được xây dựng hợp lý.

Một vấn đề được đặt ra là liệu có thể tiếp tục giảm hàm lượng protein trong khẩu phần, xuống mức 27,7%–22,5% protein tiêu hóa (DP), mà vẫn đảm bảo cá rô phi đạt kích cỡ thương phẩm trong các hệ thống nuôi hiện tại hay không. Với công thức nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu này, kết quả cho thấy isoleucine (Ile) mới là axit amin hạn chế thứ tư, thay vì arginine (Arg). Đồng thời, hàm lượng Arg trong toàn bộ cơ thể và mô cơ gần như không biến động đáng kể (≤ 0,04%) trước các chế độ ăn khác nhau. Điểm khác biệt trong cách tiếp cận của nghiên cứu là tập trung xác định mức protein tối ưu dựa trên cân bằng các axit amin hạn chế ở từng mức giảm DP, thay vì duy trì mức protein cao như nhiều nghiên cứu trước.

Hiện tượng nhiễm mùi do MIB và geosmin đã được ghi nhận ở cá rô phi nuôi ao và hệ thống tuần hoàn (RAS), tuy nhiên chưa có nhiều báo cáo trong hệ thống biofloc. Trong nghiên cứu này, diễn biến nồng độ MIB và geosmin trong nước bể tương đồng với các kết quả trước đây trên cá trê nuôi biofloc. Giá trị cao nhất ghi nhận được là 47,3 ng/L đối với MIB và 211,1 ng/L đối với geosmin (ở nghiệm thức 27,7% DP vào ngày 141), vẫn thấp hơn đáng kể so với mức có thể vượt 700 ng/L MIB và 2.000 ng/L geosmin trong ao nuôi cá trê tại miền Nam Hoa Kỳ.

Mặc dù các quá trình chuyển hóa dinh dưỡng diễn ra trong buồng lắng, hệ thống biofloc (BFT) vẫn duy trì nồng độ nitơ và phốt pho cao do chu trình dinh dưỡng nội tại. Do đó, cần tiếp tục nghiên cứu nhằm tối ưu hóa quá trình loại bỏ nitơ (khử nitrat) và phốt pho (xử lý sinh học), góp phần giảm tác động môi trường từ chất thải nuôi. Bên cạnh đó, việc cải tiến công thức thức ăn theo hướng cân bằng protein lý tưởng, kết hợp bổ sung enzyme hỗ trợ tiêu hóa, sẽ giúp nâng cao khả năng hấp thu và giữ lại dưỡng chất.

Kết luận

Việc cá rô phi lai tận dụng sinh khối vi sinh cho thấy khả năng giảm hàm lượng protein tiêu hóa trong khẩu phần từ 32,3% xuống 27,7% mà không làm suy giảm năng suất. Tuy nhiên, khi tiếp tục hạ mức protein xuống 22,5%, nguồn sinh khối vi sinh không còn đủ bù đắp, dẫn đến sản lượng giảm rõ rệt và kích cỡ cá nhỏ hơn. Ở mức protein 22,5%, cá chuyển hóa thức ăn kém hiệu quả hơn nhưng khả năng giữ lại protein vẫn tương đương nhóm 27,7%. Trong khi đó, chỉ số PRE thấp ở nhóm 32,2% cho thấy khẩu phần có thể đang dư thừa protein.

Ngoài ra, cá rô phi có xu hướng ăn lớp màng sinh học bám trên bề mặt nước, nơi tích tụ nhiều hợp chất gây mùi như MIB và geosmin, được xem là nguyên nhân chính gây mùi vị khó chịu trong thịt cá. Vì vậy, việc kiểm soát các hợp chất này là yếu tố then chốt để đảm bảo tính bền vững trong hệ thống nuôi biofloc (BFT). Sự tích tụ nitơ và phốt pho trong nước cũng có liên quan chặt chẽ đến hàm lượng dinh dưỡng trong thức ăn và cường độ cho ăn.

Trong hệ thống, nồng độ chất rắn và thực vật phù du được duy trì ổn định thông qua các buồng lắng dòng phụ. Tại đây, nitrat được chuyển hóa chủ yếu thông qua quá trình khử nitrat, chiếm khoảng 25–30% tổng lượng nitơ từ thức ăn, cùng với quá trình khử nitrat trực tiếp (DNRA). Tuy nhiên, sự tuần hoàn dinh dưỡng giữa bể nuôi và buồng lắng vẫn khiến hàm lượng nitơ và phốt pho duy trì ở mức cao. Do đó, cần tiếp tục cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả giữ lại dinh dưỡng trong thức ăn, đồng thời tối ưu hóa các quá trình loại bỏ nitơ và phốt pho trong hệ thống BFT.

Theo Bartholomew W. Green, Steven D. Rawles, Kevin K. Schrader, T. Gibson Gaylord, Matthew E. McEntire

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/hybrid-tilapia-culture-outdoor-biofloc-production-system/

Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Tôm Giống Gia Hoá Bình Minh

Xem thêm:

• Cấy Vi Sinh Vật Vào Bộ Lọc Sinh Học Trong Hệ Thống Nuôi Trồng Thủy Sản Tuần Hoàn
• Tích Hợp Sản Xuất Thức Ăn Chăn Nuôi Vào Hoạt Động Sản Xuất Cá Hoặc Tôm
• Phân Tích Phiên Mã mRNA và RNA Vòng Cho Thấy Việc Bổ Sung Lactiplantibacillus Plantarum Đông Khô Vào Khẩu Phần Ăn Giúp Tăng Cường Trí Nhớ Miễn Dịch Của Tôm Thẻ Chân Trắng (Penaeus vannamei) Chống Lại Mầm Bệnh