Đang tải... (xem toàn văn)
Trong lĩnh vực Công Nghệ Thông Tin nói riêng, yêu cầu quan trọng nhất của người học đó chính là thực hành. Có thực hành thì người học mới có thể tự mình lĩnh hội và hiểu biết sâu sắc với lý thuyết. Với ngành mạng máy tính, nhu cầu thực hành được đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên, trong điều kiện còn thiếu thốn về trang bị như hiện nay, người học đặc biệt là sinh viên ít có điều kiện thực hành. Đặc biệt là với các thiết bị đắt tiền như Router, Switch chuyên dụng
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển; Tập 14, Số 4; 2014: 378-384 DOI: 10.15625/1859-3097/14/4/5824 http://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CƠ CHẤT VÀ TRẠM VỊ THU MẪU ĐẾN TỐC ĐỘ CHUYỂN HỐ CÁC CHẤT NITƠ VƠ CƠ TRONG KHU VỰC NUÔI TRỒNG THUỶ SẢN VEN BIỂN HẢI PHÒNG Đỗ Mạnh Hào1*, Đào Thị Ánh Tuyết1, Lê Minh Hiệp1, Lê Thanh Huyền2 Viện Tài nguyên Môi trường biển-Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Sở Khoa học Công nghệ Hải Phịng * E-mail: haodm@imer.ac.vn Ngày nhận bài: 5-6-2014 TĨM TẮT: Ảnh hưởng nồng độ chất trạm vị thu mẫu đến tiềm nitrate hoá khử nitrate hoá đánh giá dựa kết nghiên cứu trạm với đặc điểm đáy khác thuộc khu vực ni thuỷ sản ven biển Hải Phịng đợt thu mẫu tháng tháng năm 2013 Tốc độ nitrat hoá khử nitrat hoá phân tích thơng qua thí nghiệm mơ với việc bổ sung không bổ sung chất phương pháp ức chế acetylene Kết phân tích cho thấy, tốc độ nitrat khử nitrat hoá dao động khoảng 1,5 - 8,6 µgN/g ướt/giờ khoảng 11,0 54,0 µgN/g ướt/giờ tương ứng Cả q trình phụ thuộc vào nồng độ chất trạm vị thu mẫu Nồng độ chất kích thích trình chuyển hố nitơ vơ cơ, tốc độ chuyển hố tăng nồng độ chất tăng, giới hạn định, nồng độ chất cao giới hạn ức chế trình trình Ngưỡng nồng độ chất cho trình nitrat hoá khử nitrat hoá 0,55 - 1,00 mgN/l 1,53 - 2,82 mgN/l tương ứng Từ khoá: Tốc độ nitrat hoá, tốc độ khử nitrat hoá, chất, trạm vị, ni thuỷ sản ven biển, Hải Phịng MỞ ĐẦU Trong q trình ni trồng thủy sản, hợp chất nitơ vô (NH4+, NH3, NO2- NO3-) tích luỹ dần tiết trực tiếp từ đối tượng nuôi, phân huỷ thức ăn dư thừa hay sẵn có từ nguồn nước cấp vào nhiễm nitơ vô Đây tác nhân ảnh hưởng đến sản lượng suất ni thuỷ sản nói chung ni thuỷ sản nước lợ nói riêng Amoni nitrit độc tố đối tượng nuôi, gây hiệu ứng cấp tính kinh niên dẫn đến giảm khả đề kháng bệnh giảm sinh trưởng vật nuôi [1, 2] Nitrat không gây độc trực tiếp cho đối tượng nuôi có mặt với nồng độ cao ao ni kích thích nở hoa tảo qua ảnh hưởng đến sinh trưởng vật ni thiếu hụt ôxy độc tố tảo 378 độc [3, 4] Do vậy, việc nghiên cứu để đưa giải pháp nhằm kiểm soát nồng độ amoni, nitrit nitrat không điều kiện tiên ảnh hưởng đến suất sản lượng ni trồng mà cịn góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực nguồn nuớc thải thuỷ sản đến môi trường sinh thái ven biển Vi sinh vật đáy đóng vai trị quan trọng q trình chuyển hố nitơ ao ni tơm Dưới điều kiện hiếu khí, vi khuẩn nitrate hố chuyển hoá amoni (NH4+) thành nitrit (NO2-) thành nitrat (NO3-), điều kiện kỵ khí, vi khuẩn khử nitrat hoá chuyển hoá NO2- NO3- thành khí N2O, N2 phần thành NH4+ Thơng qua hai q trình này, chất nhiễm nitơ vơ tích luỹ q trình ni trồng loại Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ … bỏ phần (q trình tự làm sạch) Do đó, việc nghiên cứu đánh giá tiềm chuyển hoá chất ô nhiễm nitơ vô đánh giá xem yếu tố kiềm soát tốc độ chuyển hoá chất nhiễm có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Đây sở khoa học để đưa giải pháp nâng cao khả tự làm chất ô nhiễm nitơ vô Bằng cách lựa chọn trạm vị thu mẫu có đặc điểm đáy khác (có hay khơng có ngập mặn phát triển) thiết kế thí nghiệm mơ phỏng, báo bước đầu đánh giá ảnh hưởng nồng độ chất trạm vị thu mẫu đến tiềm chuyển hố nitơ vơ khu vực ni thuỷ sản ven biển Hải Phịng VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trạm vị thời gian thu mẫu Hình Sơ đồ địa điểm thu mẫu khu vực nuôi trồng thuỷ sản ven biển Tiên Lãng Cát Hải Gồm trạm vị nghiên cứu khác thuộc khu vực nuôi trồng thuỷ sản ven biển khu vực huyện Tiên Lãng khu vực huyện đảo Cát Hải, thành phố Hải Phòng Tại khu vực chọn lựa trạm vị thu mẫu đại diện cho phương thức canh tác khác nhau: (1) Trạm “nền” trạm nằm ngồi đầm ni, đại diện cho môi trường tự nhiên khu vực nuôi thuỷ sản, ký hiệu mẫu TL00 (khu vực Tiên Lãng) PL00 (khu vực Cát Bà); (2) Đầm nuôi tơm quảng canh cải tiến khơng có thực vật ngập mặn phát triển, ký hiệu mẫu TL01 PL01; (3) Đầm ni tơm quảng canh có thực vật ngập mặn phát triển, ký hiệu mẫu TL02 PL02 (hình 1) Mẫu thu vào đợt đại diện cho mùa rõ rệt năm mùa khô (tháng 4/2013) mùa mưa (tháng 8/2013) Phương pháp thu mẫu Mẫu trầm tích thu thập cuốc lấy mẫu chun dụng, sau dùng thìa inox vơ trùng lấy lớp trầm tích bề mặt cho vào túi lynon Song song với việc lấy mẫu trầm tích, lít mẫu nước tầng đáy thu thập Bathomet bảo quản chai thủy tinh dung tích lít vơ trùng Cả mẫu trầm tích nước bảo quản tủ đá lạnh trước mang phịng thí nghiệm cho xử lý Chuẩn bị nước ni cấy cho thí nghiệm mơ Mẫu nước sau mang phịng thí nghiệm lọc qua màng 0,2 µm chia vào bình tam giác bình 150 ml, bình cho thí nghiệm nitrat hố bình cịn lại cho thí nghiệm khử nitrat hố Để chuẩn bị cho thí nghiệm phân tích tốc độ nitrat hố, dung dịch NH4Cl bổ sung vào bình tam giác để có nồng độ NH4+ cuối tăng 0,1 mgN/l 1,0 mgN/l; bình cịn lại khơng bổ sung NH4+ Đối với thí nghiệm khử nitrat hố tiến hành tương tự vậy, NO3- bổ sung vào bình tam giác để có nồng độ cuối tăng so với ban đầu 0,0 mgN/l, 0,1 mgN/l 0,5 mgN/l Cân xác 0,3 g đất ướt cho vào lọ peni dung tích 50 ml, dùng ống định mức đong 30 ml nước ủ chuẩn bị (chuyển) bị cho vào bình peni, thí nghiệm làm lặp lại lần, đậy nút cao su gắn xi nhơm Xác định tốc độ nitrat hố Tốc độ nitrate hoá xác định theo phương pháp ức chế acetylene theo mô tả Kim & cs., (1996) [5] Cân 0,3 g bùn cho vào lọ peni thủy tinh dung tích 50 ml, bổ sung 30 ml nước ni cấy trung hịa khí oxy Bình ni cấy đậy nút cao su ép chặt xi nhơm Bình ni cấy chia làm nhóm nhóm dương tính với acetylene (bổ sung 20% khí acetylene vào bình (vol:vol) nhóm âm tính khơng bổ sung khí acetylene Ni cấy 300C máy lắc với tốc độ 70 vòng/phút h Tốc độ nitrat hoá xác định chênh lệch hàm lượng NH4+ 379 Đỗ Mạnh Hào, Đào Thị Ánh Tuyết, … Microsoft Office Excel 2010 để phân tích xử lý số liệu bình dương âm tính Xác định tiềm khử nitrat hoá Tốc độ khử nitrat hoá xác định phương pháp ức chế acetylene theo mô tả Sørensen, J (1978) [6] Cân 0,3 g bùn cho vào lọ thuỷ tinh dung tích 50 ml, bổ sung 30 ml nước ủ vào bình có chứa bùn Bình thuỷ tinh đậy nắp cao su ép chặt xi nhôm Dùng khí CO2 để đẩy hết khí oxy ngồi Bơm khí acetylene vào bình với lượng thể tích 20% (vol:vol) Sau hồn thành bổ sung khí acetylene vào bình ni cấy tiến hành thu mẫu thời điểm h để phân tích nồng độ (NO2- + NO3-) Mẫu lại ủ h tối nhiệt độ 300C có lắc Tốc độ phản nitrat hoá lượng (NO2- + NO3-) thời điểm h so với thời điểm h Phân tích chất nitơ vơ Nồng độ NH4+ phân tích phương pháp Phenat theo mơ tả Aminot & cs (1996) [7] Nồng độ (NO2- + NO3-) phân tích phương pháp Diphenilamin theo mơ tả Đồn Bộ (2001) [8] Xử lý số liệu Các số liệu, kết nghiên cứu xử lý phương pháp thống kê sinh học Sử dụng chương trình ANOVA ứng dụng phần mềm KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đặc điểm môi trường trạm nghiên cứu Trạm TL00 PL00 trạm nằm ao nuôi thuỷ sản, đáy bùn pha cát có sú phát triển Trạm TL01 PL01 ao nuôi tôm quản canh với đáy cát pha bùn khơng có thực vật ngập mặn phát triển Trạm TL02 PL02 ao nuôi tôm quảng canh với đáy dạng bùn nhuyễn bao phủ lớp rong cỏ dầy Nồng độ NH4+ (NO2- + NO3-) dịch nước nuôi cấy thời gian lúc không bổ sung thêm chất (in situ) bảng Nồng độ NH4+ dao động phạm vị rộng từ 0,00 - 0,70 mgN/l Tại trạm thu mẫu TL02 PL02, nồng độ NH4+ có giá trị thấp nhất, trí khơng phát thấy NH4+ vào tháng 8/2013 Vào tháng 4/2013, nồng độ NH4+ trạm TL02 PL02 vào khoảng 0,10 0,12 mg/l trạm khác có nồng độ NH4+ từ 0,34 mg/l đến 0,70 mg/l Nồng độ (NO2- + NO3-) dịch nước nuôi cấy dao động khoảng từ 1,46 mg/l đến 2,74 mg/l Nồng độ (NO2- + NO3-) đạt giá trị thấp trạm PL01 tháng 4/2013 đạt giá trị cao trạm TL00 tháng 4/2013 Bảng Nồng độ NH4+ (NO2- + NO3-) dịch nước nuôi cấy lúc Trạm vị NH4+ (mgN/l) NO2- + NO3- (mgN/l) 4/2013 8/2013 4/2013 8/2013 TL00 0,63 0,70 2,74 2,70 TL01 0,45 0,60 2,66 2,68 TL02 0,10 0,00 2,66 2,68 PL00 0,56 0,60 2,19 2,30 PL01 0,34 0,45 1,46 1,60 PL02 0,12 0,00 2,18 2,34 Tốc độ nitrat hố Tốc độ nitrat hố thí nghiệm mô không bổ sung chất (in situ) tháng 8/2013 trạm nghiên cứu dao động từ 1,5 – 8,6 µgN/g ướt/h Tốc độ nitrat hố thay đổi nhiều theo trạm vị nghiên cứu Tại trạm 380 TL00, tốc độ nitrat hoá đạt giá trị thấp đạt giá trị cao trạm PL01 Tại trạm TL02 PL02, không phát thấy NH4+ dịch ni cấy khơng phân tích tốc độ nitrat hố trạm nghiên cứu điều kiện in situ (bảng 2) Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ … Bảng Tốc độ nitrat hoá khử nitratcủa quần xã vi sinh vật địa Trạm vị TL00 TL01 TL02 PL00 PL01 PL02 Nồng độ chất in situ + 0,1 +1,0 in situ + 0,1 +1,0 In situ + 0,1 +1,0 In situ + 0,1 +1,0 in situ + 0,1 +1,0 in situ + 0,1 +1,0 Nitrat hố (µgN/g ướt/h) Khử nitrat hố (µgN/g ướt/h) 4/2013 8/2013 4/2013 8/2013 1,5 1,6 4,8 2,8 5,3 3,4 1,5 43 66 37 32 52 41 31 18 11 4 32 28 40 60 10 35 35 56 40 27 22 15 34 31 5,6 2,0 7,3 3,8 9,9 2,7 2,0 1,2 8,6 1,0 1,0 1,3 5,3 mối tương quan chủ yếu theo khơng gian (trạm vị thu mẫu) Hình Tương quan tuyến tính tốc độ nitrat hố với nồng độ chất (NH4+) Bằng phương pháp phân tích thống kê sinh học cho thấy tốc độ nitrate hoá in situ có tương quan tỷ lệ nghịch với nồng độ chất dịch nuôi cấy h (r = -0,88; n = 8) Nồng độ chất NH4+ cao tốc độ nitrate hố có xu giảm theo phương trình tuyến tính y = - 0,0207x + 0,0155 (hình 2) Theo nghiên cứu Kim & cs (1996), Magalhães & cs (2006) [5, 9] cho thấy điều kiện in situ, nồng độ chất tăng tốc độ nitrate hố có xu tăng lên Tuy nhiên, tác giả đánh giá mối tương quan theo thời gian nghiên cứu đánh giá Để làm rõ chất mối tương quan tốc độ nitrat với nồng độ chất, thí nghiệm mơ mà mơi trường làm giàu với chất nồng độ khác + 0,1 mg/l + 1,0 mg/l so với điều kiện thí nghiệm in situ tiến hành Kết cho thấy có trạm TL01 PL00 theo quy luật trên, tốc độ nitrate đạt giá trị cao điều kiện in situ giảm dần chất bổ sung (hình 3) Kết cho thấy, tiềm nitrat hố trạm TL01 PL00 5,3 µgN/g ướt/h 2,7 µgN/g ướt/h tương ứng Nồng độ chất in situ trạm giới hạn cho q trình nitrat hố, nồng độ NH4+ tăng q trình loại bỏ NH4+ khỏi mơi trường bị giảm ức chế Tại trạm lại, nồng độ chất tăng kích thích q trình nitrat hoá Tại trạm TL00 PL01, tốc độ nitrate hoá đạt giá trị cao chất bổ sung 0,1 mg/l nồng độ chất bổ sung 1,0 mg/l tốc độ nitrat hố giảm nhẹ Tại trạm TL02 PL02, nồng độ chất bổ sung kích thích q trình nitrat hố, tốc độ nitrat hoá đạt giá trị cao nồng độ chất bổ sung 381 Đỗ Mạnh Hào, Đào Thị Ánh Tuyết, … 1,0 mg/l Kết nghiên cứu cho thấy nồng độ chất tăng kích thích q trình nitrat hố giới hạn định, nồng độ chất vượt giới hạn cho phép ức chế q trình nitrat hố Giới hạn nồng độ chất khoảng 0,55 mgN/l đến 1,0 mgN/l (hình 3) Hình Tương quan tuyến tính tốc độ khử nitrat hố nồng độ chất (NO2- + NO3-) Hình Tốc độ nitrat hố thí nghiệm có bổ sung khơng bổ sung chất Tốc độ nitrat hố khơng phụ thuộc vào nồng độ chất mà phụ thuộc vào trạm vị thu mẫu TL00, TL01 PL00 có tiềm nitrat hố thấp, PL01 có tiềm nitrat hố thấp 2,7 µgN/g ướt/h, tiếp đến TL00 4,8 µgN/g ướt/h TL01 5,3 µgN/g ướt/h TL02, PL01 PL02 có tiềm nitrat hố cao hơn, dao động từ 5,3 - 8,6µgN/g ướt/h Tại trạm nghiên cứu, tốc độ khử nitrat có xu giảm nồng độ chất bổ sung 0,1 mg/l 0,5 mg/l, ngoại trừ trạm TL00 có tốc độ khử nitrat hoá tăng lên bổ sung 0,1 mg/l lại giảm mạnh nồng độ chất bổ sung 0,5 mg/l Kết cho thấy nồng độ (NO2- + NO3-) có ngồi trường giới hạn cho q trình khử nitrat hố, nồng độ chất tăng ức chế trình khử nitrat hố Giới hạn nồng độ chất (NO2- + NO3-) cho q trình khử nitrat hố khoảng từ 1,53 mgN/l đến 2,82 mgN/l (hình 5) Tốc độ khử nitrate Tốc độ khử nitrat hoá điều kiện in situ tháng 8/2013 trạm nghiên cứu dao động khoảng từ 11 - 54 µgN/g ướt/h Tốc độ khử nitrat hoá đạt giá trị thấp trạm PL01 tháng 4/2013 đạt giá trị cao trạm TL02 tháng 8/2013 Nhìn chung, tốc độ khử nitrat hoá trạm nghiên cứu không thay đổi nhiều tháng tháng năm 2013 (bảng 2) Bằng phương pháp phân tích thống kê sinh học cho thấy, tốc độ khử nitrat hố có mối tương quan tỷ lệ thuận với nồng độ chất điều kiện in situ (r = 0,88; n =12), nồng độ chất tăng tốc độ khử nitrate tăng (hình 4) Kết nghiên cứu phù hợp với kết nghiên cứu Kim & cs (1996); Magalhães & cs (2006) [5, 9] 382 Hình Tốc độ khử nitrate hố có bổ sung khơng bổ sung thêm nồng độ chất Tốc độ khử nitrat hoá phụ thuộc vào nồng độ chất mà phụ thuộc vào trạm vị thu mẫu Trạm TL00 TL02 có tiềm khử nitrat hố cao hẳn trạm lại, với tốc độ cực đại 63µgN/g ướt/giờ Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ … 54 µgN/g ướt/giờ tương ứng Trạm TL01, PL00 PL02 có tốc độ khử nitrat trung bình dao động khoảng 29-36µgN/g ướt/h Riêng trạm PL01 có tốc độ khử nitrat thấp, đạt 13µgN/g ướt/giờ Tuy nhiên, không phát thấy khác biệt lớn tốc độ khử nitrate mùa mưa mùa khô Nhiều nghiên cứu khác cho thấy tốc độ khử nitrate biển đổi theo không gian, trạm có đáy khác có tiềm khử nitrate hoá khác [9, 10] KẾT LUẬN Tốc độ nitrat hố khu vực ni thuỷ sản ven biển Hải Phòng dao động khoảng từ 1,5 - 8,6 µgN/g ướt/giờ Yếu tố nồng độ chất (NH4+) trạm vị thu mẫu có ảnh hưởng mạnh đến tiềm nitrat hoá Trong giới hạn định (0,55 - 1,00 mgN/l), nồng chất tăng kích thích trình nitrat hố nồng độ chất vượt q giới hạn ức chế q trình nitrat hố Tốc độ khử nitrat hoá khu vực nghiên cứu dao động khoảng từ 11,0 54,0 µgN/g ướt/giờ Trong giới hạn định (1,53 - 2,82 mgN/l), nồng độ chất tăng (NO2+ NO3-) tốc độ khử nitrat hoá tăng, nồng độ chất vượt giới hạn ức chế q trình khử nitrat hố Phụ thuộc vào trạm vị thu mẫu mà trạm vị có tiềm khử nitrat hố giới hạn nồng độ chất khác Lời cảm ơn: Bài báo phần kết nghiên cứu đề tài VAST06.03/13-14 Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn hỗ trợ tài Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam cộng tác đồng nghiệp Viện Tài nguyên Môi trường biển TÀI LIỆU THAM KHẢO Gross, A., Abutbul, S., and Zilberg, D., 2004 Acute and Chronic Effects of Nitrite on White Shrimp, Litopenaeus vannamei, Cultured in Low‐Salinity Brackish Water Journal of the World Aquaculture Society, 35(3): 315-321 Schuler, D J., 2008 Acute toxicity of ammonia and nitrite to white shrimp (L vannamei) at low salinities Master thesis, Virginia Polytechnic Institute and State university 54 p Hirayama, K., 1966 Influences of nitrate accumulated in culturing water on Octopus vulgaris Bull Jpn Soc Sci Fish, 32, 105-111 Muir, P R., Sutton, D C., and Owens, L., 1991 Nitrate toxicity toPenaeus monodon protozoea Marine Biology, 108(1): 67-71 Kim, D H., Matsuda, O., and Yamamoto, T., 1997 Nitrification, denitrification and nitrate reduction rates in the sediment of Hiroshima Bay, Japan Journal of Oceanography, 53, 317-324 Sørensen, J., 1978 Denitrification rates in a marine sediment as measured by the acetylene inhibition technique Applied and Environmental Microbiology, 36(1): 139-143 Aminot, A., Kirkwood, D S., and Kerouel, R., 1997 Determination of ammonia in seawater by the indophenol-blue method: evaluation of the ICES NUTS I/C questionnaire Marine Chemistry, 56(1): 59-75 Đồn Bộ, 2001 Hố học biển: Các phương pháp phân tích hố học nước biển Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 131 tr Magalhães, C M., Joye, S B., Moreira, R M., Wiebe, W J., and Bordalo, A A., 2005 Effect of salinity and inorganic nitrogen concentrations on nitrification and denitrification rates in intertidal sediments and rocky biofilms of the Douro River estuary, Portugal Water Research, 39(9): 1783-1794 10.`Jenkins, M C., and Kemp, W M., 1984 The coupling of nitrification and denitrification in two estuarine sediments l v2 Limnol Oceanogr, 29(3): 609-619 383 Đỗ Mạnh Hào, Đào Thị Ánh Tuyết, … STUDY ON EFFECT OF SUBSTRATE CONCENTRATION AND SAMPLING SITES ON INORGANIC NITROGEN TRANSFORMATION RATES IN COASTAL AQUACULTURE AREA OF HAI PHONG Do Manh Hao1, Dao Thi Anh Tuyet1, Le Minh Hiep1, Le Thanh Huyen2 Institute of Marine Environment and Resources-VAST Hai Phong Department of Science and Technology ABSTRACT: The regulation effect of substrate concentration and sediment features on nitrification and nitrate reduction potentials was assessed based on study results at sites with different sediment characteristics and aquaculturing options in two coastal culturing zones in Hai Phong city, in April and August 2013 Nitrification and nitrate reduction rates were measured in slurries of field samples and enrichment experiments using the acetylene inhibition techniques Nitrification and nitrate reduction rates ranged from 1.5 - 8.6µgN/g wet weight-1h-1 11.0 54.0µgN/g wet weight-1h-1, respectively Both of these processes depended on substrate concentrations and sampling sites Substrate availability stimulated inorganic nitrogen transformation activity but only within retricted range, further increase in substrate availability inhibited the activities The thresholds of substrate concentrations for nitrification and nitrate reduction were in ranges of 0.55 - 1.00 mgN/l and 1.53 - 2.82 mgN/l, respectively Keywords: Nitrification rate, nitrate reduction rate, substrates, sampling site, coastal aquaculturing, Hai Phong 384