Tối Ưu Hóa Hệ Thống Công Nghệ Biofloc Nuôi Cá Rô Phi, Phần 3

Kinh tế so sánh và hiệu suất môi trường so với các hệ thống nuôi trồng thông thường

Công nghệ Biofloc (BFT) đang mở ra tiềm năng cách mạng hóa ngành nuôi cá rô phi và tôm trên toàn thế giới. Nhiều nhà khoa học hàng đầu nhận định rằng việc ứng dụng hệ vi sinh vật có lợi vào chuỗi dinh dưỡng từ vi khuẩn đến cá chính là bước đột phá tiếp theo trong ngành sản xuất thực phẩm (tham khảo phần 1 và phần 2 của bài viết). Thực tế, các mô hình thử nghiệm BFT tại Trung Quốc, Indonesia và Việt Nam đã ghi nhận sự tăng trưởng rõ rệt về năng suất cũng như khả năng tiết kiệm chi phí thức ăn. Tuy nhiên, trong lĩnh vực thương mại, vẫn còn thiếu các báo cáo chi tiết làm rõ lợi thế kinh tế và tác động tích cực đến môi trường mà BFT có thể mang lại.

Những kinh nghiệm chuyên sâu thu được tại Chambo Fisheries, Malawi, nơi một trang trại nuôi cá sử dụng công nghệ BFT quy mô lớn được phát triển và theo dõi liên tục trong ba năm (từ tháng 12/2013 đến tháng 12/2016) đã giúp bổ sung đáng kể những khoảng trống kiến thức trong lĩnh vực này.

Với hơn hai thập kỷ thu thập dữ liệu từ năm hệ thống nuôi cá rô phi quy mô lớn, trải dài từ mô hình ao đất bán thâm canh đến hệ thống RAS, thủy canh và BFT, SustAqua Fish Farms (SAFF) hiện đang giữ vai trò tiên phong trong việc phân tích hiệu quả kinh tế của nghề nuôi cá rô phi. Trong đó, Chambo Fisheries được xem là trang trại nuôi cá rô phi theo mô hình BFT lớn nhất thế giới, đồng thời là hệ thống nuôi cá trong bể lớn nhất tại châu Phi.

So sánh kinh tế của công nghệ biofloc với hệ thống nuôi cá rô phi thông thường ở Malawi

Bốn mô hình nuôi cá rô phi thương phẩm (không bao gồm trại giống) đã được lựa chọn dựa trên mức độ phổ biến hiện tại hoặc tiềm năng phát triển trong tương lai tại lục địa châu Phi, trong số 16 hệ thống nuôi được SAFF đánh giá và so sánh về mặt kinh tế. Cả bốn hệ thống này đều được thiết kế nhằm mục tiêu sản xuất 800 tấn cá rô phi Shiranus (Oreochromis shiranus) mỗi năm, với vị trí đặt gần hoặc ngay trên bờ Hồ Malawi, ở độ cao khoảng 480 mét so với mực nước biển.

1) Nuôi lồng hồ quy mô lớn

2) Trang trại SAFF BFT

3) Trang trại ao nước xanh

4) Trang trại RAS một bể SAFF

Chi phí đầu tư ban đầu được tính toán dựa trên triết lý thiết kế tối ưu cho từng mô hình nuôi cá rô phi, như trình bày trong Bảng 1 và minh họa bằng hình ảnh bên dưới.

Xét trên các yếu tố như vốn đầu tư, khả năng mở rộng quy mô và mức độ đơn giản trong quản lý, mô hình nuôi cá rô phi trong lồng hồ và ao nước xanh được dự đoán sẽ trở thành phương pháp nuôi thương phẩm phổ biến nhất tại khu vực cận Sahara châu Phi. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng đây không nhất thiết là lựa chọn tối ưu nhất về mặt sử dụng tài nguyên, chi phí hay tính bền vững.

Nuôi lồng hồ quy mô lớn

Hệ thống và phần cứng trong mô hình bao gồm: lồng HDPE, khối neo và thiết bị neo, tàu vận hành, cần cẩu, lưới chắn, xà lan chuyên dụng chở thức ăn và cầu tàu phục vụ sản xuất (xem Hình 1). Tổng chi phí đầu tư dao động từ 1,8 đến 2,2 triệu USD, tùy thuộc vào tốc độ tăng trưởng và thời gian của chu kỳ nuôi nhằm đạt sản lượng 800 tấn tôm O. shiranus (loại 250 gram/con) mỗi năm. Trong nghiên cứu này, mức đầu tư trung bình được ghi nhận là khoảng 2,011 triệu USD.

Mô hình nuôi lồng quy mô lớn đòi hỏi sử dụng thức ăn ép đùn có giá khoảng 800 USD mỗi tấn. Đây là loại thức ăn dành cho gia cầm với hàm lượng protein 32%, và thường được sử dụng khi đạt được quy mô kinh tế ngành hoặc có thể sản xuất tại chỗ (yêu cầu đầu tư bổ sung). Mức hiệu quả kỳ vọng dựa trên hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) có thể đạt là 1,6:1.

Tuy nhiên, mô hình này phải đối mặt với nhiều thách thức lớn, đặc biệt là tình trạng trộm cắp và phá hoại. Thực tế cho thấy, tỷ lệ thiệt hại vật nuôi có thể lên đến 2,5%, và khi được đưa vào mô hình kinh tế, hệ số FCR thực tế vẫn ở mức cao là 1,6:1.

Trang trại SAFF- BFT

Các thành phần chính của hệ thống và phần cứng (xem Hình 2) bao gồm: bể nuôi, nhà kính, thiết bị tách lamella, máy bơm nước ao kiểu airlift, hệ thống khuếch tán đáy, máy thổi khí và hệ thống đường ống, máy sục khí dạng guồng, thiết bị đóng ngắt điện, hệ thống cáp và bảng điều khiển trung tâm, cùng nguồn điện dự phòng. Tổng chi phí đầu tư ban đầu dao động từ 1,96 đến 2,37 triệu đô la Mỹ, trong đó mức trung bình ước tính khoảng 2,18 triệu đô la được sử dụng làm cơ sở cho nghiên cứu này.

Trang trại BFT sử dụng nguyên liệu thức ăn chăn nuôi từ nguồn địa phương (xem Phần 2), kết hợp với một hệ thống nghiền trộn thức ăn ướt chi phí thấp tích hợp ngay tại chỗ. Hệ thống này sản xuất viên nén có hàm lượng protein 20,2% (tương ứng với tỷ lệ C/N khoảng 15,5:1), với chi phí sản xuất khoảng 550 USD mỗi tấn. Thức ăn dành cho cá có trọng lượng trên 5 gram không chứa protein có nguồn gốc động vật. Hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) thực tế đạt mức tối ưu 1:1 khi sử dụng thức ăn với hàm lượng protein 20,2%. Lượng điện tiêu thụ đầu vào đạt 1,7 kWh cho mỗi kilogram cá được nuôi (xem Phần 1). Mức thất thoát do trộm cắp được ước tính chiếm khoảng 0,5% tổng sản lượng của trang trại.

BFT là công nghệ an toàn sinh học được bắt đầu bằng đàn giống không có mầm bệnh cụ thể (SPF) sau khi cách ly, sau đó quá trình sản xuất không sử dụng hóa chất và tác nhân trị liệu, đồng thời thân thiện với môi trường, không thải ra chất thải.

Trang trại ao nước xanh

Mô hình nuôi cá trong ao nước xanh sử dụng ao đất được quản lý theo phương pháp bán thâm canh (xem Hình 3), trong đó phân chuồng và phân bón thông thường được sử dụng để thúc đẩy sự phát triển của sinh vật phù du – nguồn thức ăn tự nhiên cho cá trong giai đoạn đầu. Cá sẽ được nuôi đến khi đạt kích cỡ khoảng 100–150g trước khi chuyển sang sử dụng thức ăn công nghiệp tổng hợp. Quy trình này dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm chi tiết tại Thái Lan.

Đối với đối tượng nuôi là cá rô phi O. shiranus, mỗi vụ kéo dài khoảng 224 ngày để đạt kích cỡ thương phẩm 250g, cho năng suất trung bình 7 tấn/ha/vụ. Để đạt sản lượng mục tiêu 800 tấn mỗi năm, cần khoảng 100 ha đất, trong đó 77 ha là diện tích ao nuôi (xem Hình 3). Chi phí vốn bao gồm mua đất với giá 3.333 USD/ha và gần 19.500 USD/ha cho việc xây dựng ao, bao gồm máy bơm, hệ thống cấp nước, hệ thống lọc sơ bộ, hệ thống trữ nước, hệ thống thoát nước, v.v. Tổng vốn đầu tư dự kiến là 2,9 triệu USD (làm tròn số).

Về thức ăn, sử dụng loại có hàm lượng protein 30%, giá khoảng 755 USD/tấn, với hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) dự kiến đạt 1,1:1, tương đương với các kết quả tại những trại nuôi ao nước xanh ở Thái Lan. Ngoài ra, tổn thất vật nuôi do mất trộm được ước tính khoảng 2,5% và đã được tính vào mô hình kinh tế này.

Trang trại RAS một bể SAFF

Hệ thống nuôi bao gồm nhiều thành phần kỹ thuật và thiết bị chuyên dụng (xem Hình 4 và 5), như: bể nuôi, nhà kính, máy tách màng lamella, bộ lọc sinh học dạng giường di động, thiết bị tách bọt, bơm airlift cấp nước ao, máy khuếch tán sàn, máy thổi khí, hệ thống ống dẫn, thiết bị sục khí, bộ đóng cắt điện, hệ thống dây cáp và bảng điều khiển, cùng nguồn điện dự phòng,… Tổng vốn đầu tư dao động trong khoảng 2,2 – 2,4 triệu USD, với mức trung bình là 2,33 triệu USD được sử dụng làm cơ sở cho mô hình kinh tế.

Trang trại được tích hợp một nhà máy sản xuất thức ăn ướt giá rẻ, có khả năng ép viên tại chỗ và sử dụng nguyên liệu địa phương. Đối với cá lớn hơn 40 gram, thức ăn không chứa protein có nguồn gốc động vật. Với công thức 32% protein, hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) đạt hiệu suất khả thi là 1,27, với chi phí thức ăn vào khoảng 800 USD/tấn trong giai đoạn nuôi cá đến cỡ 250 gram.

Hệ thống RAS (nuôi tuần hoàn) theo mô hình một bể SAFF tiêu thụ khoảng 1,3 kWh điện/kg cá thành phẩm. Tổn thất do thất thoát (hao hụt ngoài ý muốn) được ước tính chiếm khoảng 0,5% sản lượng của trại.

Công nghệ RAS này được đánh giá cao về an toàn sinh học, khởi đầu từ đàn cá bố mẹ SPF (không mầm bệnh đặc hiệu) sau khi cách ly. Toàn bộ quá trình nuôi không sử dụng hóa chất hoặc thuốc trị liệu, đảm bảo thân thiện với môi trường và không thải chất ô nhiễm ra ngoài.

Kết quả mô hình kinh tế của BFT so với công nghệ nuôi cá rô phi thông thường

Tại Chambo Fisheries, hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) đạt mức lý tưởng 1:1 khi sử dụng thức ăn chứa 20,2% protein (tương ứng với tỷ lệ C/N là 15,5:1) trong điều kiện nuôi biofloc. Điều này cho thấy tiềm năng tiết kiệm đáng kể chi phí thức ăn và phân bón – vốn chiếm từ 54% đến 64% tổng chi phí sản xuất trong các mô hình nuôi truyền thống như nuôi lồng hồ, ao nước xanh và hệ thống tuần hoàn (RAS).

Ngược lại, tại trang trại nuôi cá thương phẩm theo mô hình SAFF-BFT, chi phí thức ăn chỉ chiếm khoảng 44% tổng chi phí sản xuất – một lợi thế rõ rệt về kinh tế. Nhờ đó, SAFF-BFT được xem là mô hình nuôi cá rô phi công nghiệp hiệu quả nhất hiện nay so với các hình thức nuôi lồng hồ quy mô lớn, ao nước xanh và hệ thống RAS. Cụ thể, chi phí sản xuất tại trại cá rô phi Shiranus BFT thấp hơn lần lượt 61,2% so với nuôi lồng hồ quy mô lớn, 11,3% so với nuôi ao nước xanh và 35,4% so với trại RAS một bể SAFF.

Bảng 4 cung cấp so sánh về năng suất sản phẩm, khả năng giữ lại năng lượng và protein trong phần thịt ăn được giữa cá hồi Đại Tây Dương, lợn, cừu, bò đực và gà thịt. Từ đó, làm nổi bật hiệu quả của bốn mô hình nuôi cá rô phi được chọn để phân tích kinh tế.

Đáng chú ý, dữ liệu cho thấy chăn nuôi gà thịt và lợn có hiệu quả sử dụng protein cao hơn so với mô hình nuôi cá rô phi trong lồng. Điều này cho thấy lợi thế sinh học tự nhiên của cá rô phi có thể bị suy giảm bởi sự thiếu hiệu quả trong mô hình nuôi lồng hồ, nơi hệ số chuyển hóa thức ăn (FCR) hiếm khi đạt dưới 1,6:1.

Vì vậy, mô hình SAFF-BFT nổi bật là hình thức nuôi cá rô phi công nghiệp hiệu quả nhất, thậm chí vượt trội hơn cả sản xuất cá hồi, lợn, bò, cừu và gà thịt. Mô hình này cũng vượt qua các phương pháp nuôi quy mô lớn khác như lồng hồ, ao nước xanh và hệ thống tuần hoàn (RAS). Đối với hoạt động nuôi cá rô phi thương phẩm quy mô lớn ở Malawi sử dụng giống hoang dã chọn lọc (O. shiranus), chi phí thức ăn và tình trạng trộm cắp là những yếu tố chi phối, do chi phí vốn giữa các mô hình nuôi không có nhiều chênh lệch.

Bảng 4: Năng suất sản phẩm, năng lượng và protein được giữ lại trong các phần ăn được của cá hồi Đại Tây Dương, cá rô phi, lợn, gà và cừu

• Năng suất thu hoạch là năng suất của động vật đã bỏ ruột và động vật hỗn hợp
• Năng suất ăn được là tỷ lệ giữa tổng trọng lượng cơ thể thường được ăn, cơ, mô mỡ và gan, phổi và tim đối với lợn. Da không được tính ở tất cả các loài động vật, ngoại trừ cá rô phi đã được đếm da. Năng suất thu hoạch và năng suất ăn được của cá rô phi dựa trên công trình của El-Zaeem và cộng sự năm 2012 được xác định cho cá rô phi từ 125 đến 185g.
• FCR = (kg thức ăn được cho ăn)/ (kg tăng trọng)
• Năng lượng giữ lại = (năng lượng trong phần ăn được)/ (năng lượng gộp được cho ăn) đối với tất cả các loài động vật trừ cá rô phi được cho ăn theo hàm lượng năng lượng toàn bộ thân thịt từ Lupatsch (2012)
• Năng lượng giữ lại = (kg protein trong phần ăn được)/ (kg protein được cho ăn) đối với tất cả các loài động vật trừ cá rô phi được cho ăn theo hàm lượng protein toàn bộ thân thịt từ Lupatsch (2012)
• Dữ liệu FCR dựa trên kết quả đạt được tại Chambo Fisheries cho ăn thức ăn có 20,2% protein (tỷ lệ C/N = 15,5:1) cho ăn 127g đến 147g Oreochromis shiranus
• Dữ liệu FCR từ Chowdury và cộng sự. (2013) cho ăn thức ăn có 32% protein, GE là 16,7MJ/kg, DE là 14,3 MJ/Kg nuôi cá lên đến 220g
• Dữ liệu FCR dựa trên thành tựu trong nuôi lồng quy mô lớn nuôi cá rô phi sông Nile 127/147g (O. niloticus) trên thức ăn ép đùn có 32% protein
• FCR, năng suất thịt ăn được, năng lượng và protein giữ lại dưới dạng phần trăm năng suất thịt ăn được ở thịt bò lấy từ Smil (2002)
• Tính toán từ Diana et al. (1994). Cho cá rô phi ăn bổ sung trong ao bón phân. TẠP CHÍ CỦA HIỆP HỘI NUÔI TRỒNG THỦY SẢN THẾ GIỚI Tập 25, Số 4 Tháng 12 năm 1994.

Các chỉ số bền vững so sánh của BFT so với các hệ thống nuôi cá rô phi thông thường và các hệ thống chăn nuôi khác

Cuộc chiến chống suy dinh dưỡng ở Châu Phi không thể thắng lợi bằng cách đánh đổi môi trường. Để đối phó với những tác động tiêu cực đến môi trường do sự phát triển của ngành nuôi trồng thủy sản, dự kiến sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050 so với mức sản lượng năm 2012, Viện Tài nguyên Thế giới (WRI, 2014) đã đưa ra lời kêu gọi phát triển ngành nuôi trồng thủy sản tuân thủ một loạt chỉ thị trong báo cáo có tiêu đề “Cải thiện năng suất và hiệu quả môi trường của ngành nuôi trồng thủy sản”.

Thúc đẩy đầu tư vào đổi mới công nghệ và chuyển giao kỹ thuật, đồng thời phát triển các hệ thống nuôi trồng có tác động thấp đến môi trường, là một trong những định hướng trọng tâm được nhấn mạnh trong báo cáo của Viện Tài nguyên Thế giới (WRI):

Báo cáo nêu rõ: “Các mô hình như hệ thống tuần hoàn khép kín (RAS), công nghệ biofloc (BFT) và các hệ thống nuôi trồng tích hợp cho thấy hiệu suất cao cả về năng suất lẫn hiệu quả môi trường. Cần tiếp tục nghiên cứu để hiểu rõ hơn về mức độ đánh đổi tài nguyên, tối ưu hóa chi phí sản xuất, và phát triển thêm các mô hình nuôi có tác động thấp nhằm giảm áp lực lên tài nguyên thiên nhiên.”

Vậy công nghệ BFT đang đứng ở đâu khi so sánh với các phương pháp nuôi cá rô phi truyền thống, xét về tiêu chí sử dụng tài nguyên và tính bền vững? Bốn công nghệ nuôi cá rô phi được phân tích trong phần kinh tế đều được so sánh trực tiếp dựa trên các chỉ số liên quan đến tính bền vững môi trường và mức độ sử dụng tài nguyên, bao gồm:

1. Chuyển đổi thức ăn (kg thức ăn/kg trọng lượng ăn được).
2. Hiệu quả protein toàn bộ thân thịt (%).
3. Lượng khí thải nitơ (N) (kg/tấn protein được sản xuất).
4. Lượng phát thải phốt pho (P) (kg/tấn protein được sản xuất).
5. Sử dụng đất được thể hiện bằng tấn sản phẩm ăn được trên một hecta diện tích bề mặt đất (tấn sản phẩm ăn được/Ha).
6. Lượng nước ngọt tiêu thụ được thể hiện bằng mét khối (m³) nước sử dụng trên một tấn động vật trên toàn bộ thân thịt (m³/ tấn).

Hình 7 đưa ra một cái nhìn thú vị về sự phân bổ của nitơ (N), phốt pho (P) và tổng chất thải rắn phân (TFS) khi so sánh giữa mô hình nuôi cá rô phi trong hệ thống BFT và mô hình nuôi lồng quy mô lớn trên hồ. Dễ dàng nhận thấy, nuôi cá rô phi bằng lồng trên hồ là hình thức kém bền vững nhất về mặt môi trường trong số bốn mô hình nuôi thương phẩm được khảo sát.

Nuôi trồng thủy sản nước xanh quy mô lớn đòi hỏi lượng lớn nước sạch và diện tích mặt nước rộng, dẫn đến yêu cầu cao về lựa chọn vị trí, thường là những thung lũng thấp ở tiểu vùng châu Phi. Điều này cũng khiến khoảng cách tới các thị trường đô thị xa hơn, làm tăng chi phí hậu cần. Ngoài ra, việc sử dụng vùng nước công cộng và quy mô trải rộng khiến các hệ thống lồng nổi và mô hình nước xanh dễ bị trộm cắp hơn so với các hệ thống khép kín như BFT và RAS. Trên thực tế, BFT và RAS có thể xem là những bước nhảy vọt trong công nghệ nuôi trồng, tương tự như sự phát triển của mạng di động đã thay thế các hệ thống dây dẫn truyền thống tại nhiều khu vực ở châu Phi – những nơi thường thiếu khả năng bảo vệ tài sản có giá trị cao trước nạn trộm cắp.

Kết luận

Tương lai của nghề nuôi cá rô phi thương mại tại Châu Phi đang mở ra nhiều triển vọng tích cực, đặc biệt khi nhu cầu tiêu thụ cá được dự báo sẽ vượt nguồn cung đến 7 triệu tấn vào năm 2030, theo Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO). Tuy nhiên, bên cạnh yếu tố sản xuất, chi phí vận chuyển và hậu cần cũng là một bài toán cần được cân nhắc kỹ lưỡng trong việc lựa chọn địa điểm nuôi. Chẳng hạn, tại các vùng nông thôn Mozambique, chi phí giao hàng từ ao nuôi đến các khu đô thị xa xôi có thể lên tới 0,43 USD/kg cá, ảnh hưởng đáng kể đến lợi nhuận.

Bên cạnh đó, nhiều thành phố nội địa nằm ở độ cao trên 1.000 mét thường không có điều kiện khí hậu phù hợp để nuôi cá rô phi quanh năm. Trong khi đó, các thành phố ven biển lại phải đối mặt với tình trạng khan hiếm nước ngọt. Chính vì vậy, mô hình nuôi cá quy mô nhỏ, tối ưu hóa tài nguyên, đặc biệt là nước, kết hợp với các công nghệ tiên tiến như RAS (hệ thống tuần hoàn) hoặc BFT (công nghệ vi sinh) đang được đánh giá là giải pháp tiềm năng. Khi đặt trong nhà kính và triển khai gần các khu đô thị lớn, những hệ thống này vừa đáp ứng nhu cầu tươi sống tại chỗ (bán trực tiếp tại cửa hàng), vừa giảm thiểu chi phí logistics, đồng thời nâng cao hiệu quả sản xuất và phát triển bền vững.

Theo Ramon M. Kourie

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/optimizing-tilapia-biofloc-technology-systems-part-3/

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
• Tối Ưu Hóa Hệ Thống Công Nghệ Biofloc Nuôi Cá Rô Phi, Phần 2
• Đánh Giá Protein Đơn Bào Đến Hiệu Suất Tăng Trưởng, Khả Năng Tiêu Hóa Và Biểu Hiện Gen Miễn Dịch Của Tôm Thẻ Chân Trắng Penaeus vannamei