Tối Ưu Hóa Hệ Thống Công Nghệ Biofloc Nuôi Cá Rô Phi, Phần 2

Thức ăn và hệ thống cho ăn tại Chambo Fisheries ở Châu Phi 

(Ghi chú của biên tập viên: Đây là phần 2 trong loạt bài gồm ba phần. Đọc phần 1 tại đây.)

Công nghệ Biofloc (BFT) là một bước tiến mới trong nuôi trồng thủy sản, đang dần thay đổi cục diện ngành nuôi tôm tại châu Á và Nam Mỹ. Đây là phương pháp nuôi bền vững và thân thiện với môi trường, giúp cải thiện chất lượng nước và kiểm soát hiệu quả các mầm bệnh gây hại. Đồng thời, BFT còn tạo ra nguồn thức ăn giàu protein vi sinh – một giá trị cộng thêm thiết thực cho hệ thống nuôi. Các loài như tôm và cá rô phi đặc biệt hưởng lợi từ công nghệ này, nhờ khả năng tận dụng biofloc làm nguồn thức ăn tự nhiên, góp phần giảm đáng kể chi phí thức ăn trong quá trình nuôi.

Một trong những điểm nổi bật của công nghệ BFT (Biofloc Technology) là khả năng loại bỏ amoni ra khỏi nước hiệu quả. Khi sử dụng thức ăn có tỷ lệ carbon/nitơ (C/N) lớn hơn 15:1, hệ vi khuẩn dị dưỡng sẽ phát triển mạnh, đóng vai trò chính trong việc chuyển hóa các hợp chất nitơ độc hại thành sinh khối vi khuẩn mới. Ngoài việc xử lý chất thải, BFT còn tạo ra một nguồn “vi khuẩn phù du” phong phú – biofloc – bao gồm thực vật phù du, vi khuẩn, sinh vật nguyên sinh và các hạt vật chất hữu cơ chết. Đây là nguồn protein và dinh dưỡng chất lượng cao, rất phù hợp cho các loài cá và tôm ăn lọc. Như vậy, BFT mang lại lợi ích kép: vừa xử lý nước vừa cung cấp thức ăn tự nhiên. (Xem Hình 1 để minh họa quy trình BFT, trong đó vi khuẩn dị dưỡng hấp thụ nitơ rồi trở thành nguồn thức ăn cho cá rô phi và tôm.)

Chất lượng nước trong các bể nuôi theo công nghệ BFT có thể duy trì ổn định trong thời gian dài (trên 18 tháng tại Chambo Fisheries), nếu hệ thống được thiết kế tốt và vận hành liên tục. Việc ngăn ngừa sự tích tụ của vật chất rắn chết và các chất bị oxy hóa được đảm bảo nhờ tích hợp hiệu quả các bộ phận thu gom và loại bỏ chất rắn (xem chi tiết ở Phần 1).

Trong các mô hình nuôi cá rô phi truyền thống như hệ thống tuần hoàn (RAS), nuôi lồng hoặc ao nước xanh, hầu hết người nuôi đều thống nhất rằng chi phí thức ăn chiếm từ 55–65% tổng chi phí sản xuất tại trang trại. Tuy nhiên, Chambo Fisheries đã đạt được hiệu quả cao với hệ số chuyển hóa thức ăn (FCR) trung bình chỉ 1:1 khi nuôi cá rô phi Mozambique (Oreochromis mossambicus) và cá rô phi Shiranus (O. shiranus), sử dụng thức ăn chứa 20,2% protein, tương ứng với tỷ lệ C/N khoảng 15,5:1.

Khi khẩu phần ăn công thức thiếu hụt một lượng lớn protein, cá có thể bù đắp sự thiếu hụt này bằng cách hấp thụ protein từ các tập hợp biofloc, chiếm khoảng 55–60% tổng lượng protein tiêu thụ. Điều này không quá bất ngờ, bởi hệ thống biofloc có khả năng chuyển đổi carbon rất hiệu quả thông qua “chu trình vi khuẩn dị dưỡng”, trong đó khoảng 40–60% carbon được chuyển thành sinh khối vi khuẩn. Sinh khối này có hàm lượng protein cao (30–60% trên cơ sở vật chất khô) và được hấp thụ nhanh chóng nhờ chuỗi dinh dưỡng ngắn: từ carbon và nitơ hòa tan → vào vi khuẩn → rồi vào sinh vật nuôi. Nhờ đó, biofloc trở thành nguồn dinh dưỡng bổ sung hiệu quả trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản vi sinh.

Thức ăn chuyên dụng được sản xuất tại chỗ

Tại Chambo Fisheries, toàn bộ thức ăn bao gồm thức ăn cho cá bố mẹ, thức ăn khởi động và thức ăn chuyên dụng theo tỷ lệ C/N đều được sản xuất ngay tại chỗ bằng máy ép viên ẩm có chi phí thấp. Loại viên này là viên chìm, có độ ổn định trong nước từ trung bình đến thấp. Dây chuyền sản xuất thức ăn tại nhà máy bao gồm: máy nghiền búa, máy nghiền kết hợp, máy trộn, máy tạo viên ẩm, cùng với máy sấy ngang và sàng phân loại, giúp sản xuất thức ăn khởi động ngay tại chỗ (xem Hình 2).

Công thức thức ăn dành cho cá có trọng lượng trên 5 gram hoàn toàn không sử dụng protein có nguồn gốc động vật. Thay vào đó, thành phần chính gồm bột các loại hạt có dầu đã được nấu chín, bột ngô, kết hợp với hỗn hợp premix vitamin và khoáng chất. Ngoài premix, thức ăn còn được bổ sung các phụ gia như choline chloride, vitamin C, monocalcium-phosphate, một loại axit hữu cơ và mật mía đóng vai trò như chất kết dính dinh dưỡng. Đặc biệt, thành phần quan trọng nhất là chất hấp thụ độc tố nấm mốc, yêu cầu bắt buộc trong mô hình BFT tại Malawi, nhằm kiểm soát aflatoxin và các độc tố nấm mốc thường gặp.

Việc có thể tùy chỉnh công thức thức ăn ngay tại chỗ giúp điều chỉnh thành phần dinh dưỡng một cách linh hoạt. Trong giai đoạn khởi động hệ thống BFT (kéo dài từ 45 đến 60 ngày đầu), cần bổ sung thêm vitamin C vào thức ăn, và đôi khi cả tỏi nghiền, nhằm tăng cường khả năng miễn dịch cho cá trước khi hệ biofloc phát triển ổn định. Sau khoảng ba tháng vận hành liên tục, tại Chambo Fisheries, hàm lượng khoáng chất trong bể BFT, đặc biệt là các kim loại chuyển tiếp như đồng (Cu), sắt (Fe) và mangan (Mn) cần được giảm bớt vì chúng có xu hướng tích tụ và quay vòng trong hệ thống biofloc. Một mô hình cân bằng kim loại tuần hoàn đã được xây dựng, giúp tối ưu hóa khẩu phần ăn tùy chỉnh cho hệ thống BFT của SAFF dựa trên dữ liệu phản hồi thực tế từ hệ nuôi.

Tối ưu hóa lượng thức ăn hàng ngày

Hiệu quả nuôi cá tốt nhất trong giai đoạn từ 5 đến 220 gram đạt được khi sử dụng thức ăn chứa 20,2% protein, tương ứng với tỷ lệ C/N khoảng 15,5:1. Tỷ lệ này dựa trên chế độ cho ăn theo năng lượng sinh học do SAFF đề xuất, với hệ số chuyển hóa thức ăn (FCR) trung bình là 1:1. Ở giai đoạn cá từ 20 đến 120 gram, cá được cho ăn 4 bữa mỗi ngày, cách nhau 3 giờ 30 phút. Bữa ăn đầu tiên trong ngày chiếm phần lớn, khoảng 45% tổng lượng thức ăn hàng ngày (dFA). Đối với cá lớn hơn 120 gram, chỉ cần 3 bữa mỗi ngày với khoảng cách 5 giờ giữa các lần cho ăn. Trong đó, 50% dFA được tập trung vào bữa đầu tiên vào sáng sớm. Các thí nghiệm sử dụng khay cho ăn cho thấy toàn bộ lượng thức ăn đều được tiêu thụ trong khoảng thời gian quy định. Tỷ lệ phân chia khẩu phần và tốc độ cho ăn đều được kiểm soát để hoàn thành trong vòng dưới 5 phút.

Việc sử dụng thức ăn viên nén có tốc độ chìm trung bình đến nhanh và độ ổn định trong nước thấp trong hệ thống BFT, đặc biệt khi tầm nhìn bị hạn chế, khiến việc quan sát phản ứng ăn của cá trở nên rất chủ quan, nhất là khi lịch cho ăn không được thực hiện đúng giờ bởi ban quản lý. Nếu cho ăn quá mức, hệ thống BFT có thể nhanh chóng bị suy giảm lượng oxy hòa tan và/hoặc tích tụ dư thừa chất dinh dưỡng, đặc biệt là các nguyên tố vi lượng như Cu, Fe, Mn… gây ảnh hưởng xấu đến sự tăng trưởng của cá, làm giảm độ ổn định của hệ thống và gia tăng chi phí thức ăn. Ngược lại, nếu cho ăn quá ít so với nhu cầu tăng trưởng tối ưu của cá, hiệu quả kinh tế sẽ giảm, đồng thời có thể dẫn đến sự chuyển đổi hệ vi sinh từ “nước nâu” sang “nước xanh”, làm giảm tốc độ loại bỏ amoni và ảnh hưởng đến sự ổn định của toàn hệ thống.

Mục tiêu chung của người nuôi cá là tối đa hóa tốc độ tăng trưởng trong khi giảm thiểu chi phí thức ăn, điều này được thể hiện qua chỉ số tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR). Với hệ thống BFT, mục tiêu này cũng tương tự. Trong sinh học năng lượng, điểm tối ưu này được gọi là nơi Năng lượng thu hồi (RE) đạt mức cao nhất (tham khảo Hình 3, điều chỉnh từ Jobling, 2011).

Bên cạnh đó, khi xây dựng các mô hình năng lượng sinh học để ước tính lượng năng lượng tiêu hóa (DE) hàng ngày cho dFA, cần tính đến lợi ích tổng hợp từ việc cá ăn các tập hợp biofloc. Để tối ưu hóa hệ thống cho ăn theo công nghệ BFT, người nuôi cần có kiến thức cơ bản về năng lượng sinh học, đặc biệt là chi phí năng lượng cần thiết để nuôi lớn 1 kg cá (tính theo MJ DE cho mỗi kg cá tăng trưởng trọng lượng ướt trong quần thể). Đồng thời, việc áp dụng các mô hình tốc độ cho ăn phù hợp là yếu tố quan trọng giúp nâng cao hiệu quả nuôi.

Lợi ích của BFT đối với Chambo fisheries

Chìa khóa để thu được lợi ích từ BFT tại Chambo Fisheries nằm ở các hoạt động sau:

• Công thức và cách sử dụng thức ăn có tỷ lệ C/N cao: Thức ăn với tỷ lệ C/N phù hợp được đưa trực tiếp vào hệ tiêu hóa của cá rô phi, thay vì bổ sung nguồn carbon riêng vào môi trường nước nuôi. Cách tiếp cận này cho phép áp dụng các mô hình dựa trên tỷ lệ cho ăn và năng lượng sinh học.
• Điều chỉnh khẩu phần ăn dựa trên mô hình năng lượng sinh học: Tỷ lệ cho ăn được điều chỉnh thông qua các mô hình năng lượng sinh học tích hợp trong công cụ hỗ trợ quyết định BFT. Công cụ này giúp người nuôi quản lý hiệu quả chế độ cho ăn và theo dõi các chỉ số hiệu suất như: tỷ lệ cho ăn, hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR), khả năng giữ lại năng lượng ròng (NER), giữ lại protein ròng (NPR), và hiệu quả sử dụng nitơ đầu vào – đầu ra,…

• Việc điều chỉnh thời gian cho ăn và kích thước khẩu phần dựa trên kích cỡ cá và nhiệt độ nước đã giúp duy trì Tỷ lệ tống xuất dạ dày (GER) ở mức trên 80%, từ đó tối ưu hóa khả năng tiêu hóa lượng thức ăn được cung cấp.
• Cần quản lý thể tích bông cặn trong nước ao, duy trì ở mức 20–30 ml/L khi đo bằng phễu Imhoff (Hình 4), với thời gian lắng 35 phút – khoảng thời gian cần thiết để có được giá trị chính xác cuối cùng.

Xác định tỷ lệ cho ăn tối ưu

Tỷ lệ cho ăn tối ưu được tính vào đóng góp năng lượng của việc chăn thả biofloc bằng cách lọc cá rô phi tại Chambo Fisheries sau đó đã được khám phá theo từng bước bằng cách thao tác Hệ số đóng góp thức ăn tự nhiên (NFCf) được thêm vào mô hình tỷ lệ cho ăn năng lượng sinh học đã được sửa đổi như sau;

dFA = (Wi * TDEN) * (1-NFCf) / DE

Trong đó: dFA = Lượng thức ăn hàng ngày, kg thức ăn; Wi = Tăng trọng, kg sinh khối tăng; TDEN = Nhu cầu năng lượng tiêu hóa lý thuyết (TDEN) giả định hiệu suất 100% và không có chất thải dưới dạng Mega Joule năng lượng tiêu hóa để đạt được 1kg sinh khối tăng trong quần thể hoặc nhóm cá (mô hình phụ thuộc vào kích thước cá: TDEN = 0,009 X BW + 12,45 (R² = 0,984)); NFCf = NFCf tính đến phần TDEN do chăn thả biofloc đóng góp được tìm thấy bằng cách khấu trừ từ việc kiểm kê trong đó NFCf, 0 – 1 (0=0 phần trăm, 1=100%) và DE = Ước tính năng lượng tiêu hóa tính bằng Mega Joule trên mỗi kg thức ăn được cho ăn (MJ/ kg thức ăn).

Việc kiểm kê cho thấy phạm vi đóng góp vào TDEN ở O. mossambicus và O. shiranus liên tục dao động từ 20% (NFCf = 0,2) đến 25% (NFCf = 0,25) nhu cầu Năng lượng tiêu hóa (DE) hàng ngày của 5g đến 220g cá trong điều kiện quy mô lớn tại Chambo Fisheries khi cho ăn thức ăn có 20,2% protein (tỷ lệ C/N khoảng 15,5:1) trong đó FCR dao động từ 0,9-1,2:1 và trung bình khoảng 1:1 (Bảng 1).

Kết quả kiểm kê SAFF-BFT tại Chambo Fisheries năm 2015/2016 trong điều kiện biofloc mạnh.
Thành phần thức ăn: 20,2% protein, 6,8% lipid, 48,9% NFE, GE 16,1MJ/kg, DE 11,02MJ/kg, tỷ lệ C/N 15,5:1

Ước tính tỷ lệ cho ăn thừa hoặc thiếu dựa trên mục tiêu FCR đạt được là 1:1 trong điều kiện biofloc

TGC = Hệ số tăng trưởng nhiệt [TGC = [(BW11/3 – BW21/3) / (T, °C * ngày(s))] * 1000
NPR = Lượng protein giữ lại ròng, % = [tăng protein thân thịt / lượng protein cho ăn] * 100
NER = Lượng năng lượng giữ lại ròng, % = [tăng năng lượng thân thịt / lượng năng lượng cho ăn] *100

Hiện nay, các mô hình tính toán tỷ lệ cho ăn dựa trên nhu cầu năng lượng sinh học vẫn chưa được áp dụng đúng cách trong nuôi cá rô phi bằng hệ thống biofloc. Vì vậy, cần có thêm các nghiên cứu từ cộng đồng khoa học quốc tế để tối ưu hóa quy trình này. Trong bối cảnh đó, dự án của SAFF tại Chambo Fisheries là một trong những nỗ lực tiên phong nhằm điều chỉnh tỷ lệ cho ăn, có tính đến sự đóng góp năng lượng từ biofloc trong việc đáp ứng một phần nhu cầu năng lượng trao đổi hàng ngày của cá.

Hiện vẫn còn nhiều nghiên cứu đang được triển khai để điều chỉnh công thức thức ăn phù hợp với hệ thống BFT, bao gồm bổ sung axit amin tổng hợp vào khẩu phần có tỷ lệ C/N hợp lý, giảm hàm lượng kim loại nặng và tối ưu hóa lipid nhằm tạo ra nguồn thức ăn “giàu năng lượng”, đồng thời điều chỉnh lượng thức ăn cung cấp. Trong điều kiện thương mại, điều này có thể giúp giảm hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) xuống dưới mức 1:1, từ đó nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống BFT.

Phần 3 sẽ trình bày rõ hơn về những lợi thế nổi bật của công nghệ BFT như một giải pháp bền vững, chi phí thấp và đầy tiềm năng trong nuôi cá rô phi.

Theo Ramon M. Kourie

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/optimizing-tilapia-biofloc-technology-systems-part-2/

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

Xem thêm:

• Tối Ưu Hóa Hệ Thống Công Nghệ Biofloc Nuôi Cá Rô Phi, Phần 1
• Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Amoniac, Nitrit Và Sunfua Lên Tôm Thẻ Chân Trắng
• Tác dụng của taurine trong khẩu phần ăn đối với sự trưởng thành và tình trạng sức khỏe của tôm thẻ chân trắng bố mẹ