Lắng Nghe Đáy Ao: Làm Thế Nào Sinh Học Âm Thanh Có Thể Thay Đổi Cách Quản Lý Thức Ăn Cho Tôm

Nghiên cứu cho thấy việc giám sát bằng âm thanh khắc phục được hạn chế do độ đục của nước, tối ưu hóa sự phát triển và tiết lộ các mô hình hành vi mới trong các điều kiện môi trường khác nhau.

Trong bối cảnh tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) ngày càng giữ vai trò quan trọng trong ngành nuôi trồng thủy sản, xu hướng thâm canh hóa đã đặt ra nhiều thách thức đối với việc giám sát sức khỏe và hoạt động của vật nuôi. Một trong những khó khăn lớn nhất là theo dõi hành vi của tôm sống ở tầng đáy trong các ao nuôi có độ đục cao. Sự phát triển mạnh của tảo và quần thể vi sinh vật trong nước thường làm giảm đáng kể khả năng quan sát trực quan, khiến việc đánh giá mức độ bắt mồi của tôm trở nên khó khăn. Từ trước đến nay, người nuôi chủ yếu sử dụng khay ăn đặt dưới nước để kiểm tra lượng thức ăn còn lại và điều chỉnh khẩu phần. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi nhiều công lao động và chỉ cung cấp thông tin sau khi quá trình cho ăn đã diễn ra, làm hạn chế khả năng đưa ra các quyết định quản lý kịp thời.

Việc thiếu khả năng theo dõi hoạt động bắt mồi của tôm theo thời gian thực từ lâu đã trở thành một thách thức lớn trong nuôi tôm thương phẩm, kéo theo nhiều hệ lụy về kinh tế và môi trường. Thức ăn hiện là khoản chi phí lớn nhất trong sản xuất tôm, thường chiếm từ 50–60% tổng chi phí vận hành. Khi cho ăn vượt nhu cầu thực tế, lượng thức ăn dư thừa không chỉ làm gia tăng chi phí mà còn nhanh chóng phân hủy dưới đáy ao, gây suy giảm chất lượng nước và làm tăng nguy cơ phát sinh dịch bệnh. Ngược lại, nếu cho ăn thiếu, tôm sẽ không được đáp ứng đầy đủ nhu cầu dinh dưỡng, dẫn đến tăng trưởng chậm và kéo dài thời gian nuôi.

Để giải quyết hạn chế này, các nhà khoa học và doanh nghiệp trong ngành đã phát triển các công nghệ theo dõi hành vi ăn của tôm dựa trên sinh học âm thanh, trong đó nổi bật là phương pháp Giám sát Âm thanh Thụ động (Passive Acoustic Monitoring – PAM). Khi bắt mồi, phần phụ miệng và hàm của tôm tạo ra những âm thanh “tách” đặc trưng ở dải tần số cao do quá trình nghiền nát viên thức ăn. Các hệ thống cho ăn tự động bằng âm thanh được trang bị thiết bị thu âm dưới nước có độ nhạy cao kết hợp với thuật toán phân tích thông minh để nhận diện các tín hiệu âm thanh này theo thời gian thực. Nhờ đó, hệ thống có thể xác định chính xác mức độ thèm ăn của tôm và tự động điều chỉnh lượng thức ăn cung cấp phù hợp, giúp tối ưu hiệu quả sử dụng thức ăn, giảm thất thoát và hạn chế tác động tiêu cực đến môi trường ao nuôi. Những tiến bộ này đang mở ra hướng tiếp cận mới trong quản lý cho ăn chính xác, góp phần nâng cao hiệu quả và tính bền vững của ngành nuôi tôm hiện đại.

Hiệu suất thực địa vượt trội

Việc chuyển từ phương pháp cho ăn thủ công sang hệ thống cho ăn tự động đã mang lại những cải thiện đáng kể trong quản lý thức ăn cũng như hiệu quả kinh tế của nghề nuôi tôm. Nhiều nghiên cứu quan trọng đánh giá hiệu suất nuôi của hệ thống cho ăn bằng sóng âm tại Trung tâm Nuôi trồng Thủy sản Claude Peteet (CPMC) thuộc Đại học Auburn, bang Alabama (Hoa Kỳ), cho thấy tôm được cho ăn tự động đạt tốc độ tăng trưởng cao hơn và rút ngắn đáng kể thời gian nuôi so với phương pháp cho ăn thủ công truyền thống. Kết quả này cho thấy công nghệ cho ăn tự động không chỉ giúp tối ưu hóa việc sử dụng thức ăn mà còn góp phần nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất trong nuôi tôm thương phẩm.

Bằng cách chỉ cung cấp thức ăn khi tôm thực sự có nhu cầu, hệ thống cho ăn dựa trên tín hiệu âm thanh thụ động giúp cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng thức ăn. Nhiều nghiên cứu cho thấy phương pháp này không chỉ giúp giảm hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR), mà còn góp phần nâng cao kích cỡ thu hoạch và tăng năng suất tổng thể của vụ nuôi. Nhờ tối ưu hóa quá trình cho ăn theo nhu cầu thực tế, hệ thống còn giúp đàn tôm phát huy tối đa tiềm năng tăng trưởng di truyền, từ đó đạt kích cỡ thương phẩm trong thời gian ngắn hơn so với phương pháp cho ăn truyền thống.

Do lượng thức ăn được điều chỉnh linh hoạt theo sức ăn của tôm, người nuôi có thể tăng khẩu phần một cách an toàn mà không làm gia tăng đáng kể lượng thức ăn dư thừa. Điều này vừa giúp giảm chi phí sản xuất, vừa hạn chế nguy cơ ô nhiễm môi trường ao nuôi do thức ăn phân hủy tích tụ dưới đáy ao. Tuy nhiên, tốc độ tăng trưởng nhanh hơn cũng đồng nghĩa với việc tải lượng sinh học trong ao tăng lên. Vì vậy, người nuôi cần đầu tư hệ thống sục khí và quản lý oxy hiệu quả để đáp ứng nhu cầu hô hấp cao hơn của đàn tôm, đồng thời duy trì điều kiện môi trường ổn định trong suốt quá trình nuôi.

Từ thực địa đến phòng thí nghiệm

Những thành công đã được ghi nhận tại các trang trại nuôi thương mại đã cho thấy tiềm năng to lớn của công nghệ âm thanh trong nuôi trồng thủy sản. Không chỉ dừng lại ở ứng dụng thực tế, công nghệ này còn mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong phòng thí nghiệm. Trên thực tế, các nghiên cứu đầu tiên về cơ chế phát ra âm thanh và ứng dụng của phương pháp giám sát âm thanh thụ động (PAM) trên tôm sú (Penaeus monodon) đã được thực hiện từ hơn một thập kỷ trước. Trong những năm gần đây, Phòng thí nghiệm Công nghệ Nuôi trồng Thủy sản thuộc Đại học Nông thôn Liên bang Pernambuco (UFRPE) và Trung tâm Thủy sản Vỏ sò EW tại AU đã trở thành những đơn vị tiên phong trong việc nghiên cứu các ứng dụng của PAM nhằm phân tích hành vi bắt mồi của tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) trong điều kiện thí nghiệm được kiểm soát.

Nhờ những nghiên cứu này, ngành nuôi tôm hiện nay đã có thêm nhiều hiểu biết chuyên sâu mà các nhà sản xuất hệ thống cho ăn tự động bằng âm thanh trước đây chưa cung cấp. Chẳng hạn, các đặc tính của âm thanh “click” phát ra trong quá trình ăn có thể thay đổi tùy thuộc vào tính chất vật lý của thức ăn. Sự khác biệt này đặc biệt rõ rệt giữa các loại thức ăn viên hoặc thức ăn ép đùn có kích thước, đường kính và chiều dài khác nhau. Các nghiên cứu cho thấy những viên thức ăn có chiều dài lớn hơn đòi hỏi tôm phải sử dụng lực hàm nhiều hơn để nghiền nát và tiêu thụ hoàn toàn, từ đó tạo ra số lượng tiếng “click” nhiều hơn. Trong khi đó, các loại thức ăn có cấu trúc cứng hơn thường tạo ra tín hiệu âm thanh với cường độ năng lượng cao hơn. Những phát hiện này góp phần nâng cao độ chính xác của các hệ thống giám sát hành vi ăn bằng âm thanh, đồng thời mở ra cơ hội tối ưu hóa quản lý cho ăn và đánh giá hiệu quả sử dụng thức ăn trong nuôi tôm hiện đại.

Một ứng dụng đầy triển vọng khác của hệ thống nghiên cứu PAM trong phòng thí nghiệm là đánh giá và so sánh hiệu quả của các công thức thức ăn khác nhau (Hình 3). Trong trường hợp này, phản ứng âm thanh của vật nuôi có thể được sử dụng như một chỉ báo tức thời về mức độ hấp dẫn và khả năng bắt mồi đối với từng loại thức ăn, giúp các nhà nghiên cứu sàng lọc công thức tiềm năng trước khi tiến hành thử nghiệm quy mô lớn trong điều kiện nuôi thực tế. Chẳng hạn, các khẩu phần được bổ sung chất dẫn dụ có nguồn gốc từ biển như dầu nhuyễn thể hoặc dịch thủy phân cá thường tạo ra phản ứng âm thanh mạnh hơn, với tần suất tiếng lách cách xuất hiện nhanh hơn và kéo dài hơn so với các công thức thức ăn cơ bản. Điều này cho thấy vật nuôi có xu hướng phản ứng tích cực hơn với những khẩu phần có độ hấp dẫn cao, qua đó cung cấp cơ sở quan trọng cho việc tối ưu hóa công thức thức ăn.

Bên cạnh việc phản ánh khả năng bắt mồi của tôm đối với từng loại thức ăn, dữ liệu âm thanh còn cung cấp nhiều thông tin giá trị về hành vi ăn và sự phát triển của tôm qua các giai đoạn nuôi. Kết quả nghiên cứu cho thấy tôm kích cỡ lớn có xu hướng tiêu thụ thức ăn mạnh hơn, tạo ra các tín hiệu âm thanh dày đặc và liên tục trong những phút đầu sau khi cho ăn. Ngược lại, tôm nhỏ ăn chậm hơn và duy trì cường độ bắt mồi ổn định trong thời gian dài hơn. Đáng chú ý, cường độ và năng lượng của tín hiệu âm thanh được ghi nhận có mối tương quan với mật độ tôm trong ao. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng dữ liệu âm thanh như một công cụ hỗ trợ ước tính sinh khối hoặc số lượng tôm nuôi một cách nhanh chóng và không xâm lấn. Đồng thời, việc theo dõi sự thay đổi bất thường của tín hiệu âm thanh còn có thể giúp phát hiện sớm các hiện tượng hao hụt hoặc chết đột ngột trong ao nuôi, từ đó tăng cường hiệu quả quản lý và bổ sung thêm một lớp bảo vệ an toàn sinh học cho hoạt động nuôi tôm.

Ảnh hưởng của nhiệt độ nước đến động lực ăn mồi

Bên cạnh công thức thức ăn và các biện pháp quản lý ao nuôi, những nghiên cứu gần đây trong lĩnh vực sinh học âm thanh đã mang đến góc nhìn mới về cách các yếu tố môi trường, đặc biệt là nhiệt độ nước, ảnh hưởng đến hành vi bắt mồi của tôm. Trong một thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm, các nhà khoa học đã theo dõi tôm giống P. vannamei khi tiếp xúc với dải nhiệt độ từ 22,1 đến 31,3°C. Hoạt động ăn của tôm được đánh giá thông qua việc ghi nhận âm thanh phát ra dưới nước bằng hệ thống thu âm chuyên dụng, đồng thời đo lường lượng thức ăn tiêu thụ thực tế trong các đợt cho ăn kéo dài 30 phút.

Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến lượng thức ăn mà tôm tiêu thụ, mà còn tác động rõ rệt đến cường độ hoạt động bắt mồi của chúng. Trong khoảng nhiệt độ tối ưu từ 27,5 đến 31,3°C, cả lượng thức ăn tiêu thụ và hoạt động phát âm liên quan đến quá trình ăn đều đạt mức cao nhất. Ngược lại, khi nhiệt độ giảm xuống 22,1–24,1°C, các chỉ số này suy giảm đáng kể, cho thấy quá trình trao đổi chất và khả năng bắt mồi của tôm bị ảnh hưởng rõ rệt trong điều kiện nhiệt độ thấp.

Theo dõi âm thanh liên tục cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng rõ rệt đến nhịp độ và hành vi bắt mồi của tôm. Trong điều kiện nhiệt độ cao hơn, tôm phản ứng rất nhanh sau khi được cho ăn, với hoạt động bắt mồi tăng mạnh trong thời gian ngắn rồi nhanh chóng giảm xuống khi đạt trạng thái no. Ngược lại, ở nhiệt độ thấp hơn, phản ứng này không xuất hiện rõ rệt; tôm ăn chậm hơn, ổn định hơn và duy trì mức hoạt động bắt mồi thấp trong suốt chu kỳ cho ăn.

Những kết quả này khẳng định rằng công nghệ giám sát âm thanh không chỉ hỗ trợ quản lý việc cung cấp thức ăn mà còn đóng vai trò như một công cụ cảm biến sinh học tiên tiến. Thông qua việc ghi nhận và phân tích tín hiệu âm thanh phát sinh trong quá trình ăn, hệ thống có thể phản ánh trạng thái trao đổi chất cũng như mức độ thích nghi nhiệt của vật nuôi, từ đó tạo nền tảng cho các giải pháp cho ăn thông minh, chính xác theo nhu cầu thực tế và linh hoạt trước những biến động của môi trường.

Tác động của oxy hòa tan đến sự thèm ăn

Tương tự như nhiệt độ chi phối nhịp độ bắt mồi, oxy hòa tan (DO) cũng là một yếu tố then chốt quyết định khả năng ăn của tôm. Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của DO, các nhà nghiên cứu đã ứng dụng công nghệ PAM nhằm theo dõi hành vi ăn của tôm thẻ chân trắng (P. vannamei) dưới bốn mức oxy hòa tan khác nhau gồm 5, 3, 2 và 1 mg/L (Hình 5). Thí nghiệm được thiết kế bằng cách tạm ngừng sục khí để mô phỏng quá trình suy giảm oxy tự nhiên thường xảy ra trong ao nuôi, từ đó làm rõ tác động thực tế của tình trạng thiếu oxy đến hoạt động bắt mồi của tôm.

Kết quả phân tích dữ liệu âm thanh kết hợp với lượng thức ăn tiêu thụ đã xác định một ngưỡng thiếu oxy rõ rệt ảnh hưởng đến hành vi ăn. Trong khoảng DO từ 5 mg/L đến 3 mg/L, tôm vẫn duy trì khả năng thích nghi tốt, thể hiện qua lượng thức ăn tiêu thụ và tần suất phát ra tiếng click gần như không thay đổi. Tuy nhiên, khi nồng độ oxy giảm xuống mức thiếu oxy nghiêm trọng (2 mg/L và 1 mg/L), hoạt động bắt mồi của tôm suy giảm rõ rệt. Cả cường độ tiếng click ghi nhận được và tổng lượng thức ăn tiêu thụ đều giảm đáng kể so với điều kiện tối ưu, cho thấy tình trạng thiếu oxy đã tác động trực tiếp đến khả năng ăn và mức độ hoạt động của tôm (Hình 6A, B).

Bên cạnh đó, việc theo dõi liên tục hoạt động bắt mồi cho thấy tình trạng thiếu oxy hòa tan (DO) làm thay đổi đáng kể mô hình ăn của tôm theo thời gian (Hình 6C). Trong điều kiện oxy đầy đủ (DO khoảng 5 mg/L), tần số âm thanh phát ra trong quá trình bắt mồi duy trì tương đối ổn định suốt thời gian cho ăn. Ngược lại, khi môi trường rơi vào trạng thái thiếu oxy, tôm thể hiện một phản ứng đặc trưng với đỉnh hoạt động ăn xuất hiện ngay từ giai đoạn đầu, sau đó giảm nhanh và mạnh. Hiện tượng này phản ánh sự hạn chế về mặt sinh lý và trao đổi chất, buộc tôm phải cắt giảm hoạt động để tiết kiệm năng lượng và duy trì các chức năng sống thiết yếu.

Sự suy giảm rõ rệt của tín hiệu âm thanh cho thấy tình trạng thiếu oxy nghiêm trọng có thể ức chế mạnh mẽ động lực bắt mồi và khả năng tiêu thụ thức ăn của tôm. Việc ứng dụng công nghệ giám sát âm thanh như một công cụ cảm biến thời gian thực giúp người nuôi nhanh chóng phát hiện những thay đổi bất thường trong hành vi ăn liên quan đến các sự cố thiếu oxy. Từ đó, các quyết định quản lý có thể được đưa ra kịp thời, chẳng hạn như tạm ngừng hệ thống cho ăn tự động khi thiết bị sục khí gặp trục trặc hoặc khi nồng độ DO giảm xuống ngưỡng nguy hiểm. Giải pháp này không chỉ hạn chế lãng phí thức ăn mà còn góp phần giảm tích tụ chất hữu cơ, bảo vệ chất lượng đáy ao và duy trì môi trường nuôi ổn định.

Kết luận

Việc ứng dụng công nghệ sinh học âm thanh trong nuôi tôm đánh dấu bước tiến quan trọng, chuyển từ phương thức quản lý thức ăn mang tính bị động sang hướng tiếp cận chủ động, chính xác và dựa trên dữ liệu. Thông qua việc chuyển đổi âm thanh phát sinh trong quá trình tôm bắt mồi thành các tín hiệu phân tích, hệ thống giám sát âm thanh giúp vượt qua những hạn chế trong việc quan sát và đánh giá hoạt động ăn của tôm trong môi trường nước ao có độ đục cao. Không chỉ góp phần tối ưu tốc độ tăng trưởng, nâng cao hiệu quả sử dụng thức ăn và giảm thiểu chi phí sản xuất cũng như tác động môi trường do thức ăn dư thừa, công nghệ này còn hoạt động như một cảm biến sinh học thời gian thực có độ nhạy cao. Khả năng ghi nhận những thay đổi trong hành vi ăn liên quan đến biến động nhiệt độ hoặc suy giảm oxy hòa tan cho phép người nuôi sớm nhận diện các dấu hiệu căng thẳng sinh lý của tôm và kịp thời điều chỉnh các biện pháp quản lý phù hợp. Nhờ đó, phương pháp giám sát âm thanh thụ động (PAM) không chỉ hỗ trợ duy trì chất lượng môi trường ao nuôi, tối đa hóa hiệu quả kinh tế mà còn mở ra hướng phát triển bền vững, hiện đại và thông minh hơn cho ngành nuôi tôm trên toàn cầu.

Theo Fábio Costa Filho, MS Indira Medina Torres D. Allen Davis, Ph.D. Giáo sư Tiến sĩ Silvio Peixoto

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/listening-to-the-pond-bottom-how-bioacoustics-can-transform-shrimp-feeding-management/

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

Xem thêm:

• Mùi Vị Lạ Trong Các Sản Phẩm Nuôi Trồng Thủy Sản, Phần 1
• Mùi Vị Lạ Trong Các Sản Phẩm Nuôi Trồng Thủy Sản, Phần 2
• Từ Ong Đến Tôm: Sự Lan Truyền Xung Quanh Khả Năng Miễn Dịch Bẩm Sinh Có Thể Định Hình Lại Sản Xuất Và Phòng Ngừa Bệnh Tật Trong Nuôi Tôm