Dù hầu hết người nuôi đều nhận thức được tầm quan trọng của nước, nhưng nhiều người vẫn chưa đánh giá đúng mức ảnh hưởng tiêu cực của việc duy trì nước ở ngưỡng giới hạn.
Oxy hòa tan (DO) và khí carbon dioxide (CO₂) là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nước trong nuôi trồng thủy sản. Chúng đóng vai trò then chốt đối với sức khỏe và năng suất của cá, tôm. Dù hầu hết người nuôi đều nhận thức được tầm quan trọng của nước, nhưng nhiều người vẫn chưa đánh giá đúng mức ảnh hưởng tiêu cực của việc duy trì nước ở ngưỡng giới hạn. Để đảm bảo môi trường nuôi ổn định, cần duy trì mức DO và CO₂ phù hợp thông qua việc kiểm soát khẩu phần ăn, mật độ thực vật phù du và các yếu tố môi trường khác. Ảnh của Fernando Kubitza.
Dù hầu hết người nuôi đều nhận thức được tầm quan trọng của nước, nhưng nhiều người vẫn chưa đánh giá đúng mức ảnh hưởng tiêu cực của việc duy trì nước ở ngưỡng giới hạn. Trong loạt bài viết này, chúng tôi sẽ cùng bạn tìm hiểu các chỉ số nước quan trọng và ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe, năng suất và chi phí nuôi tôm, cá.
Oxy hòa tan (DO) đóng vai trò thiết yếu đối với sự sống của cá, tôm và nhiều quá trình sinh học trong môi trường nước. Trong các hệ thống nuôi thâm canh, DO thường là yếu tố giới hạn đầu tiên ảnh hưởng đến năng suất. Vì vậy, việc sục khí là rất quan trọng để tránh tình trạng thiếu oxy. Theo dõi DO hằng ngày giúp người nuôi dự đoán sớm nguy cơ sụt giảm DO, từ đó điều chỉnh các biện pháp quản lý ao trước khi ảnh hưởng đến sức khỏe và hiệu suất tăng trưởng của vật nuôi. Các chiến lược hiệu quả bao gồm: kiểm soát thực vật phù du, giảm lượng thức ăn, thu hoạch một phần, thay nước, sử dụng máy sục khí… nhằm duy trì DO ở mức an toàn, tránh gây stress hoặc làm cá, tôm chết.
Cá và tôm hô hấp qua mang (xem Hình 1). Quá trình hô hấp diễn ra thuận lợi khi nước có nồng độ oxy (O₂) cao và nồng độ carbon dioxide (CO₂) thấp. CO₂ trong nước có tính đối kháng với O₂, nếu tích tụ quá nhiều, nó có thể khiến cá và tôm bị ngạt. Khi nồng độ CO₂ trong nước tăng cao, lượng CO₂ trong máu của vật nuôi cũng tăng theo gây ra tình trạng tăng CO₂ máu. Điều này làm giảm khả năng gắn kết oxy của hemoglobin (ở cá) và hemocyanin (ở tôm), cản trở quá trình vận chuyển oxy trong cơ thể. Đồng thời, tăng CO₂ máu còn khiến pH máu giảm (gây nhiễm toan hô hấp), làm suy yếu hoạt động trao đổi chất.
Hình 1: Minh họa quá trình hô hấp ở cá. Oxy (O2) và carbon dioxide (CO2) khuếch tán qua các phiến mang. Quá trình hô hấp cũng diễn ra tương tự ở tôm.
Động lực oxy và carbon dioxide trong môi trường nước
Nồng độ oxy hòa tan (DO) và CO₂ trong nước chịu tác động bởi các yếu tố tự nhiên như nhiệt độ, độ mặn, độ cao, mưa và gió. Tuy nhiên, chúng bị ảnh hưởng rõ rệt hơn bởi các yếu tố sản xuất như mật độ tảo, lượng thức ăn, sinh khối cá tôm, chất lượng thức ăn, v.v. Mỗi ao hoặc bể nuôi có đặc điểm khí động học riêng, nên cần được theo dõi riêng biệt. Trong mô hình nuôi thâm canh, sự thay đổi DO và CO₂ chủ yếu do hoạt động quang hợp và hô hấp của vi tảo trong ao.
Vào những ngày nắng, ao có hiện tượng “nước xanh” thường bị bão hòa oxy và thiếu hụt CO₂ tự do vào buổi chiều, khi pH tăng cao và vượt mức 8,3. Ban đêm, khi không còn quang hợp, quá trình hô hấp của tảo, tôm, cá và các sinh vật thủy sinh sẽ tiếp tục tiêu thụ oxy và thải ra CO₂, khiến pH và hàm lượng oxy (DO) giảm thấp, trong khi CO₂ tăng cao vào sáng sớm. Việc có quá nhiều tảo phù du sẽ khiến các chỉ số DO, CO₂ và pH dao động mạnh trong ngày (xem Hình 2). Để hạn chế tình trạng này, người nuôi thường sục khí ban đêm nhằm duy trì oxy hòa tan và hạn chế tích tụ CO₂. Đồng thời, để giảm dao động pH, cần tăng khả năng đệm của ao thông qua việc bón vôi và kiểm soát mật độ tảo bằng các biện pháp như thay nước một phần, sử dụng thuốc diệt tảo, đất sét lơ lửng, trồng cây thủy sinh nổi để che nắng và điều chỉnh lượng dinh dưỡng trong ao.
Hình 2: Biến động hàng ngày của oxy hòa tan (DO), carbon dioxide (CO2) và pH trong nước có mật độ thực vật phù du khác nhau. Thực vật phù du dày đặc (nước xanh đậm, độ trong thấp) gây ra biến động lớn hàng ngày về DO, CO2 và pH của nước. DO và CO2 thay đổi theo hướng ngược nhau.
Nước ao có thể ở trạng thái bão hòa, chưa bão hòa hoặc quá bão hòa oxy (xem Hình 3). Khi bão hòa, hàm lượng oxy hòa tan (DO) trong nước đạt mức cân bằng với oxy trong không khí. Ở nhiệt độ 28°C và mực nước biển, nước ngọt (độ mặn 0 ppt) đạt trạng thái bão hòa tại khoảng 7,8 mg DO/lít. Trong khi đó, nước biển có độ mặn 40 ppt chỉ bão hòa ở mức khoảng 6,3 mg DO/lít. Đáng lưu ý, khi nước quá bão hòa, việc sử dụng máy sục khí có thể làm oxy thoát ngược ra khí quyển, gây lãng phí.
Tuy nhiên, việc bật máy sục khí trong vài giờ vào buổi trưa – khi nồng độ oxy hòa tan (DO) ở lớp mặt vượt quá mức bão hòa – là một phương pháp hiệu quả để khuấy trộn nước ao và tăng cường oxy ở khu vực tiếp giáp giữa đáy ao và nước. Đây là nơi tôm thường tập trung để kiếm ăn từ nguồn thức ăn tự nhiên, vì vậy chúng sẽ hưởng lợi trực tiếp từ quá trình khuấy trộn này. Do đó, việc hiểu và quản lý đúng khái niệm bão hòa oxy là rất quan trọng để vận hành hệ thống sục khí và tuần hoàn nước một cách hiệu quả, bao gồm cả việc xác định thời điểm hợp lý để bật máy sục khí. Trong các hệ thống nuôi thâm canh như RAS (hệ thống tuần hoàn nước) hoặc BFT (công nghệ biofloc), máy sục khí thường được vận hành liên tục do nhu cầu oxy cao, không chỉ từ cá và tôm, mà còn từ các vi sinh vật hoạt động trong bộ lọc sinh học hoặc trong các floc lơ lửng trong nước.
Hình 3: Biểu diễn điều kiện bão hòa oxy trong nước và hướng khuếch tán oxy.
Ở 25°C và mực nước biển, nước tinh khiết chỉ có thể hòa tan CO₂ ở mức khoảng 0,46 mg/lít. Trong ao nuôi thủy sản, CO₂ chủ yếu được tạo ra từ hoạt động hô hấp của tảo, thực vật thủy sinh, cá, tôm, sinh vật đáy và vi sinh vật. Trong suốt chu kỳ nuôi, khi quá trình hô hấp diễn ra mạnh hơn quang hợp vốn là cơ chế chính giúp loại bỏ CO₂, lượng CO₂ có thể tích tụ vượt mức 25 mg/lít. Trong hệ thống biofloc, nồng độ CO₂ thường vượt quá 40 mg/lít, và có thể lên đến trên 60 mg/lít trong nước sử dụng để vận chuyển cá.
Carbon dioxide có thể được đo chính xác bằng phương pháp chuẩn độ, sử dụng bộ dụng cụ kiểm tra chất lượng nước. Tương tự, hàm lượng oxy hòa tan (DO) cũng có thể xác định qua chuẩn độ hóa học, tuy nhiên việc sử dụng máy đo DO kỹ thuật số giúp đo nhanh hơn tại các ao và bể khác nhau. Máy đo DO hiển thị kết quả theo miligam trên lít (mg/L) hoặc phần trăm bão hòa (%). Tại nhiều trang trại, nồng độ oxy được theo dõi suốt đêm, và hệ thống sục khí sẽ tự động kích hoạt khi DO giảm xuống mức 3–4 mg/L hoặc khoảng 40–50% bão hòa. Một số hệ thống hiện đại sử dụng cảm biến oxy theo thời gian thực đặt trong mỗi ao (Hình 4), được tích hợp với bảng điều khiển để tự động bật máy sục khí khi nồng độ oxy xuống dưới ngưỡng cài đặt.
Hình 4: Cảm biến oxy thời gian thực có thể kích hoạt máy sục khí từ xa khi đạt đến giới hạn DO thấp.
Tác động của carbon dioxide lên cá và tôm biển
Dù dễ đo lường, carbon dioxide (CO₂) lại thường bị xem nhẹ trong nuôi trồng thủy sản. Khi nồng độ CO₂ vượt quá 10 mg/lít, cần có biện pháp xử lý như: (a) bón vôi để tăng độ kiềm, độ cứng và khả năng đệm của nước, (b) kiểm soát thực vật phù du để giảm hô hấp ban đêm, (c) giảm lượng thức ăn và (d) tăng cường sục khí. Trong các hệ thống biofloc thâm canh (BFT), CO₂ thường vượt ngưỡng 40 mg/lít, mức có thể gây căng thẳng hô hấp cho tôm cá. Để hạn chế CO₂ cao và thiếu oxy trong BFT, cần thường xuyên điều chỉnh pH và độ kiềm (bằng vôi tôi hoặc natri bicarbonate), tăng cường sục khí và loại bỏ bớt chất rắn lơ lửng dư thừa.
Cá rô phi sông Nile
Theo nghiên cứu của Hamad và cộng sự (2023), việc cá rô phi sông Nin (114 gram) tiếp xúc hàng ngày với nồng độ CO₂ cao (15–30 mg/lít) trong 12 giờ, ngay cả khi độ bão hòa oxy hòa tan (DO) duy trì ở mức 100%, đã làm giảm 38% tốc độ tăng trưởng và làm xấu đi 30% hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) so với cá được nuôi trong điều kiện tối ưu (DO bão hòa 100%, CO₂ < 3 mg/lít). Tương tự, khi DO dao động trong ngày từ 4% đến 100% và CO₂ từ 3 đến 30 mg/lít, mô phỏng điều kiện trong ao nước xanh, tốc độ tăng trưởng giảm tới 61% và FCR xấu đi 43%. Mặc dù tỷ lệ sống không bị ảnh hưởng sau 35 ngày, nhưng cả CO₂ cao lẫn DO thấp dù riêng lẻ hay kết hợp đều gây tác động tiêu cực đến cảm giác thèm ăn, tăng trưởng và hiệu quả sử dụng thức ăn. Kết quả này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát ổn định DO và CO₂, đặc biệt vào ban đêm, ngay cả đối với loài cá có khả năng thích nghi tốt như cá rô phi sông Nin.
Tôm biển
Trong một nghiên cứu hệ thống tuần hoàn nước (RAS) do Casillas-Hernández và cộng sự (2021) thực hiện, tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương (Penaeus vannamei) khi tiếp xúc với nồng độ CO₂ cao (36 mg/L) cho thấy sự suy giảm rõ rệt về hiệu suất nuôi. Cụ thể, tỷ lệ sống chỉ đạt 58% so với 92% ở nhóm đối chứng (12 mg/L CO₂), tốc độ tăng trưởng giảm xuống còn 60% và hệ số chuyển hóa thức ăn (FCR) kém hơn (2,8 so với 2,3). Ngoài ra, nước có hàm lượng CO₂ cao đi kèm với độ pH thấp hơn (6,7 so với 7,3), yếu tố này có thể góp phần làm tăng mức độ căng thẳng sinh lý cho tôm. Đáng chú ý, các tổn thương mô học đã được ghi nhận tại mô cơ, gan tụy và mang ở nhóm tôm tiếp xúc với nồng độ CO₂ cao.
Bảng 1: Ảnh hưởng kết hợp giữa dao động oxy hòa tan (DO) và CO₂ hàng ngày đến lượng thức ăn tiêu thụ, tốc độ tăng trưởng, hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) và tỷ lệ sống của cá rô phi sông Nin (trọng lượng ban đầu 114g) trong nghiên cứu tăng trưởng kéo dài 35 ngày (theo Hamad et al., 2023).BW: trọng lượng cơ thể.
Tác động của DO đến hiệu suất và sức khỏe của cá
Mức oxy hòa tan (DO) bão hòa khoảng 60–70% (tương đương trên 4,5 mg/lít) thường cần thiết để đảm bảo sức khỏe và hiệu suất tối ưu cho cá nhiệt đới. Khả năng chịu đựng mức DO thấp khác nhau tùy loài và chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, CO₂, amoniac và nitrit. Một số loài như cá rô phi sông Nin, tambaqui và pirapitinga ở Amazon có thể chịu được mức DO gần như bằng 0 trong vài giờ, nhưng tiếp xúc kéo dài sẽ làm giảm tăng trưởng, hiệu suất sử dụng thức ăn và tăng nguy cơ bệnh tật cũng như stress khi xử lý.
Theo nghiên cứu của Tsadik và Kutty (1987), cá rô phi sông Nin non nuôi trong nước trong với mức oxy hòa tan cao (90% bão hòa, tương đương 7,0 mg/lít) có mức tăng trọng cao gấp 4-14 lần so với cá nuôi ở mức oxy thấp 40% (3,4 mg/lít) hoặc 15% (1,2 mg/lít) (xem Bảng 2). Hàm lượng oxy thấp không chỉ làm giảm lượng thức ăn tiêu thụ mà còn ảnh hưởng xấu đến hiệu quả chuyển hóa thức ăn. Một nhóm cá khác được nuôi trong nước xanh, nơi mức oxy dao động hàng ngày từ 3 đến 16 mg/lít, cho thấy hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) tốt nhất (0,96), có thể nhờ sự hỗ trợ từ thực vật phù du. Tuy nhiên, mức tăng trọng của nhóm này chỉ đạt 37% so với nhóm cá nuôi trong nước trong, oxy ổn định ở mức cao (7 mg/lít).
Bảng 2. Ảnh hưởng của DO đến sự tăng trưởng và FCR của cá rô phi sông Nin trong nước trong và nước xanh (nước giàu thực vật phù du). Chuyển thể từ Tsadik và Kutty (1987).
Khi hàm lượng oxy hòa tan (DO) trong nước chỉ đạt từ 30 đến 36%, cá nheo Mỹ (Ictalurus punctatus) chỉ đạt mức tăng trọng bằng 41–45% so với cá được nuôi trong môi trường có DO gần đạt 100%. Trong khi đó, cá được nuôi ở mức DO từ 60 đến 70% cho thấy tốc độ tăng trưởng ở mức trung bình (xem Bảng 3).
Bảng 3: Ảnh hưởng của độ bão hòa DO đến tăng trọng (WG) của cá nheo Mỹ Ictalurus punctatus.
https://doi.org/10.1577/1548-8659(1973)102%3C835:TIODOO%3E2.0.CO;2
https://doi.org/10.1016/S0044-8486(99)00274-4
Evans và cộng sự đã ghi nhận rằng cá rô phi sông Nin non, khi tiếp xúc với mức oxy hòa tan (DO) gần 1 mg/lít trong 24 giờ và sau đó bị gây nhiễm Streptococcus iniae, có tỷ lệ tử vong dao động từ 27% đến 80%, trong khi những cá thể được nuôi ở điều kiện DO đầy đủ trước khi thử thách không ghi nhận trường hợp tử vong nào. Tương tự, nghiên cứu của Welker và cộng sự cho thấy cá da trơn kênh tiếp xúc với DO thấp (2 mg/lít) trong 2 giờ có phản ứng miễn dịch yếu hơn và tỷ lệ tử vong cao hơn (36%) khi bị nhiễm Edwardsiella ictaluri, so với chỉ 12% ở nhóm cá được nuôi ở DO 6 mg/lít. Những kết quả này cho thấy môi trường nước thiếu oxy có thể làm suy giảm hệ miễn dịch và tăng nguy cơ nhiễm bệnh ở cá.
Một nghiên cứu ao nuôi thực hiện vào năm 1979 tại miền Nam Hoa Kỳ đã chỉ ra rằng việc tăng mật độ thả cá và lượng thức ăn cho ăn hàng ngày có tác động tiêu cực đến chất lượng nước, hiệu suất tăng trưởng và lợi nhuận trong nuôi cá da trơn kênh (xem Bảng 4). Cụ thể, các ao được thả lần lượt 5.000, 10.000 và 15.000 con cá/ha và nhận lượng thức ăn tương ứng 34, 56 và 78 kg/ha/ngày. Khi tỷ lệ cho ăn tăng, hàm lượng oxy hòa tan (DO) vào buổi sáng giảm, trong khi khí CO₂ tăng, cùng với sự tích tụ của chất dinh dưỡng dư thừa và chất hữu cơ trong ao. Những điều kiện này gây ra hiện tượng nở hoa thực vật phù du quá mức, làm tăng độ pH nước vào buổi chiều và dẫn đến nguy cơ ngộ độc amoniac cho cá. Mặc dù sử dụng cùng loại thức ăn và giống cá, hiệu quả nuôi trồng vẫn giảm khi mật độ thả tăng: hệ số chuyển hóa thức ăn (FCR) tăng từ 1,3 lên 2,5; trọng lượng cá trung bình giảm từ 604g xuống 390g; và tỷ lệ sống sót giảm từ 99% xuống còn 83%. Những kết quả này cho thấy rõ mối liên hệ chặt chẽ giữa chất lượng nước và hiệu suất cũng như sức khỏe của cá nuôi.
Theo cùng một nghiên cứu, ước tính kinh tế cho thấy lợi nhuận cao nhất đạt được khi thả giống với mật độ thấp nhất, trái ngược với quan niệm phổ biến rằng sản lượng cao hơn đồng nghĩa với lợi nhuận lớn hơn. Ở mật độ thả giống và tỷ lệ cho ăn thấp hơn, chỉ số FCR, tốc độ tăng trưởng và tỷ lệ sống đều được cải thiện, giúp giảm đáng kể chi phí thức ăn, cá giống và tổng chi phí sản xuất. Đồng thời, thời gian để đạt kích thước thị trường tối thiểu 1 pound của cá da trơn cũng ngắn hơn khi thả giống ở mật độ thấp nhất. Tuy nhiên, nhiều nông dân thường bỏ qua khả năng chịu tải của ao và nuôi với mật độ không bền vững mà thiếu các biện pháp hỗ trợ như sục khí hay trao đổi nước đầy đủ. Như nghiên cứu đã chỉ ra, chất lượng nước kém sẽ trực tiếp ảnh hưởng tiêu cực đến tăng trưởng, tỷ lệ sống, FCR và lợi nhuận kinh tế.
Bảng 4: Ảnh hưởng của mật độ thả giống (SD) và tỷ lệ cho ăn (FR, kg/ha/ngày) đến DO buổi sáng trung bình (DO trung bình, mg/L) và tác động của nó đến trọng lượng cuối cùng (FW), tỷ lệ sống (S%), năng suất gộp (GY) và tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR) của cá trê trong ao không sục khí, ít thay nước. Chuyển thể từ bản gốc. Chi phí sản xuất và ước tính lợi nhuận được Kubitza thêm vào.
1 Giá trị tính bằng USD/kg cá; Chi phí thức ăn 0,55 USD/kg; Bột cá 0,20 USD/100g cá.
2 Giá bán là 2,50 USD/kg.
Tác động của DO đến hiệu suất và sức khỏe của tôm
Trong nuôi tôm biển, nồng độ oxy hòa tan (DO) nên được duy trì ở mức tối thiểu 70% bão hòa – tương đương khoảng 4,4 mg/l ở độ mặn 40 ppt và nhiệt độ 28°C. Việc sục khí là cần thiết, đặc biệt trong mô hình nuôi thâm canh. Một nghiên cứu năm 2011 tại Thái Lan cho thấy, tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) tiếp xúc với mức DO thấp (< 2 mg/l) có tỷ lệ sống sót và tăng trưởng giảm rõ rệt. Ngược lại, tôm sống trong môi trường nước có DO trên 4 mg/l phát triển nhanh hơn và sống sót cao hơn. Ngoài ra, điều kiện oxy thấp còn làm giảm số lượng tế bào máu và làm suy yếu hệ miễn dịch của tôm, dẫn đến khả năng kháng bệnh kém, đặc biệt khi bị nhiễm Vibrio harveyi.
Bảng 5: Tác động của DO (mg/ lít) đến trọng lượng cuối cùng, tỷ lệ sống, phản ứng miễn dịch và khả năng chịu đựng nhiễm trùng Vibrio harveyi trên tôm thẻ chân trắng (chuyển thể từ bản gốc. Prophenoloxidase (PO), một hệ thống phòng thủ bẩm sinh chính ở động vật không xương sống, là quá trình melanin hóa mầm bệnh và các mô bị tổn thương. Superoxide dismutase (SOD) là một enzyme chống oxy hóa cần thiết cho sự sống trong tất cả các tế bào chuyển hóa oxy.
Một nghiên cứu về mô hình nuôi kết hợp tôm thẻ chân trắng và tôm xanh (Litopenaeus stylirostris) đã đánh giá thời điểm tối ưu để bắt đầu sục khí (xem Bảng 6). Kết quả cho thấy: khi bật máy sục khí ở mức độ bão hòa oxy hòa tan (DO) 65%, tôm đạt tỷ lệ sống, năng suất và hiệu quả chuyển đổi thức ăn cao hơn so với sục khí muộn hơn, ở mức DO 40% hoặc 15%. Dù việc sục khí sớm làm tăng chi phí năng lượng, nhưng lại giúp nâng cao tỷ lệ sống, cải thiện hiệu quả sử dụng thức ăn và mang lại lợi nhuận ròng cao hơn tính trên mỗi hecta.
Bảng 6: Ảnh hưởng của độ bão hòa DO tại thời điểm bắt đầu sục khí đến năng suất gộp (GY), tỷ lệ sống (S%), tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR), sử dụng năng lượng và lợi nhuận ròng trong sản xuất tôm thẻ chân trắng và tôm xanh (từ McGraw et al., 2001).
Kết luận
Việc duy trì đủ hàm lượng oxy hòa tan (DO) và kiểm soát CO₂ là rất quan trọng trong nuôi cá và tôm. Để giảm CO₂ dư thừa, có thể cải thiện độ kiềm và độ cứng nước (hệ đệm) bằng cách bón vôi hợp lý và điều chỉnh tỷ lệ cho ăn cũng như mật độ tảo phù du. Đồng thời, kiểm soát thực vật phù du, điều chỉnh lượng thức ăn, mật độ thả giống và tăng cường sục khí là những biện pháp hiệu quả giúp ngăn ngừa tình trạng thiếu oxy hòa tan.
Theo Fernando Kubitza
Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Tôm Giống Gia Hoá Bình Minh
Đọc thêm:
- Quá trình lên men thể rắn chuyển đổi cám gạo thành thành phần thức ăn giàu protein cho tôm sú
- Chu kỳ chiếu sáng ảnh hưởng đến chất lượng dinh dưỡng của cơ và quá trình chuyển hóa lipid của tôm thẻ chân trắng nuôi trong nhà như thế nào
- Indonesia có thể học được gì từ thành công nuôi tôm của Ecuador?