Lót bạt là một cách tiếp cận đơn giản và hiệu quả để giảm phát thải CH4 và N2O từ ao nuôi trồng thủy sản

Ngành nuôi trồng thủy sản góp phần đáng kể vào lượng khí thải mêtan (CH₄) và nitơ oxit (N₂O). Nghiên cứu này so sánh lượng khí thải của ao đất và ao lót bạt tại một trang trại nuôi tôm ở Vịnh Bắc Bộ. Các ao lót bạt đã giảm 96% lượng khí thải CH₄ và 79% lượng khí thải N₂O, cải thiện tính bền vững sinh thái và sản xuất.

Ngành nuôi trồng thủy sản toàn cầu đã mở rộng nhanh chóng do nhu cầu thực phẩm tăng cao và tài nguyên biển tự nhiên đang suy giảm (FAO, 2022; Xu và cộng sự, 2023). Ước tính tổng diện tích ao nuôi trồng thủy sản trên toàn cầu là ~180.000 km² (FAO, 2019; Zhang và cộng sự, 2023), trong đó Châu Á chiếm tới 91,6% sản lượng nuôi trồng thủy sản của thế giới và hơn một nửa trong số đó đến từ Trung Quốc (FAO, 2022; Tian và cộng sự, 2024).

Phần lớn các trang trại nuôi tôm ở Trung Quốc bao gồm các ao đất nhỏ với quản lý kém (Avnimelech và Ritvo, 2003; Pouil và cộng sự, 2019; Saraswathy và cộng sự, 2022). Trầm tích trong ao bị ảnh hưởng khi sử dụng quá nhiều phân bón, thức ăn không tiêu thụ và chất thải động vật thường là nơi chứa các chất ô nhiễm và mầm bệnh. Một số nông dân lót bạt trong ao nuôi tôm để ngăn chặn trầm tích rò rỉ và cải thiện chất lượng nước cũng như sức khỏe của vật nuôi (Naranjo-Paramo và cộng sự, 2022; Satanwat và cộng sự, 2023; Saraswathy và cộng sự, 2022).

Ngoài việc là nguồn tiềm ẩn của các chất ô nhiễm dinh dưỡng và mầm bệnh, ao nuôi trồng thủy sản có thể đóng vai trò là điểm nóng phát thải khí nhà kính (GHG) bao gồm CH₄ và N₂O. Để nghiên cứu đúng mức hiệu quả của lớp lót bạt trong việc giảm phát thải khí nhà kính, một nghiên cứu đã được tiến hành tại Vịnh Bắc Bộ, Trung Quốc nhằm tìm hiểu tác động của lót bạt đối với lượng khí thải CH₄ và N₂O cũng như các yếu tố thúc đẩy chính của chúng trong các ao nuôi trồng thủy sản.

Vật liệu và phương pháp

Nghiên cứu được thực hiện tại trang trại nuôi trồng thủy sản Zhulin ở Vịnh Bắc Bộ, Quảng Tây, Trung Quốc. Trong khu vực nghiên cứu, các loại ao nuôi phổ biến là ao đất (EAP) và ao lót bạt (PLAP) để nuôi đơn canh tôm thẻ chân trắng Litopenaeus vannamei.

Đối với nghiên cứu này, các mẫu nước và khí đã được thu thập từ ba EAP và ba PLAP. Trong mỗi ao, có một điểm lấy mẫu gần mép ao, một điểm ở giữa ao và một điểm ở giữa hai điểm. Có tính đến ba giai đoạn khác nhau (tức là đầu, giữa và cuối) của chu kỳ nuôi cũng như hậu cần. Trong phòng thí nghiệm, các mẫu nước đã được phân tích để xác định nồng độ CH₄ và N₂O hòa tan.

Kết quả

Khi so sánh giữa các giai đoạn nuôi, chúng tôi quan sát thấy độ mặn và oxy hòa tan (DO) thấp hơn, nhưng tổng lượng cacbon hữu cơ (TOC) và chất nền nitơ cao hơn trong giai đoạn giữa. Trong khi nồng độ CH₄ và N₂O hòa tan trong hai loại ao nuôi trồng thủy sản rất khác nhau, dao động từ 0,1 đến 0,5 µmol/L (Hình 1) và 1,5–87,5 nmol/L (Hình 1c), và luôn quá bão hòa so với khí quyển (Hình 1b và 1d). Nhìn chung, nồng độ CH₄ và N₂O trung bình trong EAP cao hơn đáng kể so với PLAP (Hình 1a). Nồng độ CH₄ và N₂O cũng cho thấy sự thay đổi đáng kể theo thời gian (Hình 1a và 1c), với các giá trị cao hơn đáng kể trong giai đoạn nuôi giữa.

Dòng CH₄ trung bình trong EAP lớn hơn đáng kể so với PLAP. Cả hai loại ao nuôi trồng thủy sản đều cho thấy các mô hình thời gian tương tự, với dòng phát thải CH₄ cao hơn nhiều ở giai đoạn nuôi giữa (Hình 2a). Trong EAP, dòng CH₄ là 144,2–2547,6 µg/ m²/h chiếm 87,9–92,0% tổng lượng phát thải CH₄ (Hình 2b). Ngược lại, khuếch tán là con đường vận chuyển chủ yếu trong PLAP, chiếm 94,3–97,4% lượng phát thải CH₄ (Hình 2d).

Theo mùa, lưu lượng phát thải N₂O cao nhất được quan sát thấy ở giai đoạn nuôi giữa, với giá trị trung bình là 9,6±1,9 μg/ m² /h trong EAP và 1,7±0,3 μg/ m² /h trong PLAP, cao hơn khoảng 2–10 lần so với các giai đoạn khác (p < 0,001).

Về các tác nhân môi trường của nồng độ và lưu lượng GHG, giữa hai loại ao nuôi trồng thủy sản, sự thay đổi trong CCH₄ (hoặc CN₂O) và FCH4 (hoặc FN₂O) tương quan tích cực với nhiệt độ không khí (TA), nhiệt độ nước (TW), TOC và chất nền chứa nitơ (ví dụ: tổng nitơ hòa tan [TDN], NH₄⁺-N) (p < 0,01), nhưng tương quan tiêu cực với DO và độ mặn (SAL) (p < 0,05). Theo phân tích SEM, tính khả dụng của chất nền có tác động tích cực trực tiếp đến nồng độ GHG hòa tan, sau đó tác động đến lượng khí thải GHG (Hình 3). Ngược lại, DO và độ mặn tác động tiêu cực đến FCH₄ và FN₂O (Hình 3).

Thảo luận

Hai nhóm ao nuôi tôm trong nghiên cứu này hầu như giống hệt nhau về kích thước vật lý và phương pháp nuôi, điểm khác biệt duy nhất là việc lót bạt trong PLAP khi thiết lập ban đầu, do đó cho phép so sánh trực tiếp giữa hai nhóm để đánh giá lợi ích về mặt môi trường của lớp lót bạt.

Mặc dù cả EAP và PLAP đều có cùng mật độ thả giống nhau và lượng thức ăn sử dụng, nhưng hàm lượng TOC, TDN và N vô cơ đều cao hơn đáng kể trong EAP, đặc biệt là trong giai đoạn nuôi giữa khi người nuôi tăng lượng thức ăn để thúc đẩy tôm tăng trưởng (Yang và cộng sự, 2020). Trong trường hợp của EAP, một số mảnh vụn hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi vi khuẩn trầm tích, trả lại carbon và nitơ cho cột nước dưới dạng TOC, TDN, NO₃–N và NH₄⁺-N.

Nitơ và các hoạt động của vi khuẩn cao hơn sẽ tiêu thụ nhiều oxy hơn, điều này thể hiện ở mức DO thấp hơn trong EAP. Trong PLAP, thức ăn và chất thải lắng xuống khỏi cột nước sẽ không tiếp xúc với trầm tích, và tôm vẫn có thể nhặt các hạt thức ăn ra khỏi bề mặt lót, dẫn đến ít chất thải hơn và năng suất cao hơn, như được chỉ ra bởi mức carbon và nitơ thấp hơn và tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR) thấp hơn trong PLAP.

Việc sản xuất CH₄ của vi khuẩn trong trầm tích thiếu oxy vẫn cần đầu vào hữu cơ từ nước bên trên dưới dạng thức ăn không tiêu thụ và mảnh vụn động vật. Bằng cách bịt kín trầm tích, các lớp lót nhựa trong PLAP đã ngăn chặn hiệu quả quá trình sinh khí mêtan trong trầm tích sao cho thông lượng sôi được giảm xuống mức không đáng kể và tổng lượng CH4 phát thải giảm 96% (Hình 2c).

Trong ao nuôi tôm bằng đất có sục khí, sản xuất N₂O thiếu oxy sẽ chủ yếu xảy ra trong trầm tích. Do đó, việc lót bạt sẽ loại bỏ lượng N₂O thải ra từ trầm tích thiếu oxy. Giữa EAP và PLAP, dữ liệu cho thấy lớp lót bạt làm giảm nồng độ N₂O xuống 2 lần (giai đoạn đầu và giai đoạn cuối) xuống còn 7 lần (giai đoạn giữa), cho thấy các quá trình vi khuẩn trong trầm tích đóng góp 50–86% lượng N2O hòa tan trong ao (Hình 1c). Theo đó, lượng phát thải N₂O giảm 79% trong PLAP so với EAP.

Kết quả nghiên cứu này cho thấy lớp lót bạt trong PLAP làm giảm đáng kể cả lượng phát thải CH₄ và N₂O so với EAP trong cả ba giai đoạn nuôi. Dựa trên các giá trị thông lượng trung bình trong PLAP, người ta tính toán rằng lớp lót bạt làm giảm lượng phát thải GHG là 6910 mg CH4/ m² và 20 mg

Lượng N₂O/ m² trong toàn bộ chu kỳ nuôi (245 ngày mỗi năm). Xét đến tiềm năng làm nóng của CH₄ và N₂O trong thang thời gian một thế kỷ, điều này tương đương với việc giảm kết hợp 199,4 g CO₂-eq/ m² mỗi năm.

Kết luận và khuyến nghị

Nghiên cứu này cho thấy việc lót bạt là một cách đơn giản và hiệu quả để cắt giảm lượng khí thải GHG từ các ao đất với sự can thiệp tối thiểu, mặc dù có thể cần trợ cấp của chính phủ để khuyến khích việc triển khai rộng rãi hơn trong số những người nông dân nuôi trồng thủy sản nhỏ lẻ.

Theo Aquaculture Magazine Editorial Team

Nguồn: https://aquaculturemag.com/2024/09/11/plastic-liners-as-a-simple-and-effective-approach-to-reduce-ch4-and-n2o-emissions-from-aquaculture-ponds/

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

TÔM GIỐNG GIA HÓA – CHÌA KHÓA THÀNH CÔNG

Xem thêm:

• Vi bào tử trùng Enterocytozoon hepatopenaei không phải là nguyên nhân gây ra hội chứng phân trắng ở tôm thẻ chân trắng Penaeus (Litopenaeus) vannamei
• Liệu trại giống tôm có phải là khâu quan trọng nhất để có một vụ mùa thành công không?
• Ảnh Hưởng Của Việc Sử Dụng Spirulina platensis Ở Các Mức Độ Khác Nhau Đến Hiệu Suất Tăng Trưởng Của Tôm Biển Litopenaeus Vannamei