Nghiên cứu ứng dụng rong biển Ulva prolifera như là nhân tố lọc sinh học để giảm thiểu chất thải nitrogen trong hệ thống nuôi cá cam Nhật Bản (Seriolla quinqueradiata)

Ngành nuôi trồng thủy sản đã và đang phát triển một cách nhanh chóng trên toàn thế giới, kéo theo đó các hệ lụy từ nguồn nước thải đang gây tác động không nhỏ đến môi trường. Nhận thức được vấn đề này, nhiều phương pháp nuôi thủy sản mới đang được ứng dụng rộng rãi để tái sử dụng nguồn nước đồng thời giảm thiểu lượng nước thải vào môi trường và qua đó giải quyết vấn đề tích lũy của nitrogen trong môi trường nước.

VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RONG BIỂN Ulva prolifera NHƯ LÀ NHÂN TỐ LỌC SINH HỌC ĐỂ GIẢM THIỂU CHẤT THẢI NITROGEN TRONG HỆ THỐNG NUÔI CÁ CAM NHẬT BẢN (Seriolla quinqueradiata) Lê Ngọc Hạnh1*, Toshiro Masumoto2 TĨM TẮT Ngành ni trồng thủy sản phát triển cách nhanh chóng tồn giới, kéo theo hệ lụy từ nguồn nước thải gây tác động không nhỏ đến môi trường Nhận thức vấn đề này, nhiều phương pháp nuôi thủy sản ứng dụng rộng rãi để tái sử dụng nguồn nước đồng thời giảm thiểu lượng nước thải vào môi trường qua giải vấn đề tích lũy nitrogen môi trường nước Một giải pháp đánh giá mang lại nhiều tiềm ni trồng thủy sản mơ hình ni kết hợp với loài rong tảo biển Rong biển Ulva prolifera (O.F Muller, 1778) báo cáo phát triển mạnh mẽ môi trường giàu dinh dưỡng có khả hấp thụ hiệu nguồn dinh dưỡng tích lũy nước Trong nghiên cứu này, rong biển sử dụng vật liệu lọc sinh học kết hợp với hệ thống ni khép kín nhằm giảm thiểu nitrogen nuôi trồng thủy sản Để thực mục tiêu này, hai thí nghiệm liên tục thực Ở thí nghiệm thứ nhất, hai hệ thống ni khép kín quy mơ pilot thiết kế lắp đặt để đánh giá hiệu ứng dụng rong biển Mỗi hệ thống bao gồm bể nuôi cá (800L), bể lắng (900L) bể nuôi rong biển (200L), tổng thể tích hệ thống 1.900L Kết thu cho thấy, với việc bổ sung rong biển vật liệu lọc sinh học hệ thống ni có hiệu giảm thiểu đáng kể lượng ammonia thải từ cá Tuy nhiên, việc ứng dụng cách tối ưu lượng rong biển hệ thống ni khép kín hiệu kinh tế kết hợp chưa nghiên cứu cụ thể Ở thí nghiệm thứ hai, mật độ rong biển khác thử nghiệm để tìm mật độ tối ưu ứng dụng loại rong biển hệ thống ni Qua đó, sáu mật độ rong biển thử nghiệm bao gồm 12 g/L, g/L, g/L, g/L, 0,5 g/L nghiệm thức đối chứng g/L Kết bước đầu cho thấy, với mật độ từ g/L trở lên đem lại hiệu cao khác biệt có ý nghĩa so với mật độ thấp Từ kết nghiên cứu rong biển Ulva prolifera ứng dụng hệ thống tuần hồn vật liệu lọc sinh học cách hiệu quả, mật độ tối ưu để áp dụng cho hấp thụ dinh dưỡng rong biển g/L Từ khóa: hệ thống tuần hồn, ni kết hợp, Ulva prolifera I GIỚI THIỆU Sự phát triển nhanh chóng ngành cơng nghiệp ni trồng thủy sản toàn giới gia tăng ý nhận thức xã hội vấn đề tài nguyên nguồn nước, đất đặc biệt tác động không mong muốn làm ảnh hưởng đến môi trường (Olsen, 2008) Hiện nay, hầu hết người nuôi cá sử dụng thức ăn công nghiệp với thành phần protein (18-50%), lipid (10-25%), carbohydrate (15-20%), tro (< 8,5%), photpho (< 1,5%), nước (< 10%), lượng nhỏ vitamin khoáng chất cần thiết (Steven Craig, 2009) Trong suốt q trình ni, lượng lớn phân thải thức ăn dư thừa thải tích lũy mơi trường ni Khi lượng chất thải vượt sức tải nguồn nước tạo nhiều tác động tiêu cực đến môi trường nước theo nhiều cách khác phú dưỡng hóa gây tượng tảo nở hoa (Srithongouthai, 2017) Nitrogen phosphorus hai thành phần chất thải chủ yếu nuôi trồng thủy sản, nghiên cứu cho thấy có 25-30% nitrogen, 15-20% phosphorus hấp thụ phần lớn loại thải ngồi mơi trường (FAO, 1992) Nhận thức vấn đề cấp thiết này, nhiều sách Phịng Sinh học Thực nghiệm, Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản II Trường đại học Kochi, Nhật Bản *Email: ngochanhts@gmail.com 36 TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SÔNG CỬU LONG - SỐ 12 - THÁNG 12/2018 VIỆN NGHIÊN CỨU NI TRỒNG THỦY SẢN II mơi trường nuôi trồng thủy sản áp dụng toàn giới nhằm xử lý nguồn nước thải Chính thế, tái sử dụng nguồn nước giải pháp nhằm bảo vệ môi trường bên cạnh người ni tận dụng nguồn chất thải để tạo sản phẩm có giá trị gia tăng quan tâm Bằng việc ứng dụng khả hấp thụ dinh dưỡng lồi rong biển giúp giải vấn đề oxy tích lũy thành phần độc hại hệ thống nuôi (Van Rijn, 1996) Rong biển Ulva prolifera (O.F Muller, 1778) loại đại rong biển có giá trị kinh tế cao, báo cáo Ulva prolifera có nguồn vitamin dồi đặc biệt có hàm lượng vitamin B12 cao so với loại đại rong biển khác (Watanabe, 1999) Bên cạnh đó, loại rong biển cịn có khả hấp thụ đồng hóa chất dinh dưỡng nước cách mạnh mẽ (Cohen Risa, 2006) Do đó, Ulva prolifera đánh giá cao việc khai thác tiềm giảm thiểu chất thải nuôi trồng thủy sản đặc biệt hệ thống tuần hồn khép kín II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thử nghiệm ứng dụng rong biển Ulva prolifera nhân tố lọc sinh học xử lý nước thải hệ thống nuôi cá cam Nhật Bản (Seriola quinqueradiata) 2.1.1 Vật liệu thí nghiệm Rong biển Ulva prolifera Rong biển giống Ulva cung cấp Viện nghiên cứu sinh học Usa, trường đại học Kochi, Nhật Bản Rong biển nhân giống nuôi trực tiếp nước biển tự nhiên vòng tháng điều kiện phịng thí nghiệm Trong thí nghiệm này, 800 g Ulva (5 cm chiều dài) bổ sung vào hệ thống nuôi để thử nghiệm Cá cam Nhật Bản (Seriolla quinqueradiata) Cá cam giống có nguồn gốc từ tự nhiên, đánh bắt nuôi dưỡng trực tiếp Viện nghiên cứu sinh học Usa thức ăn tổng hợp Trong thí nghiệm này, bể nuôi thả mật độ 22 /m3 với trọng lượng trung bình đạt 122,7 g /con Nguồn nước Nước biển tự nhiên bơm trực tiếp từ vịnh Usa cách bờ 300 mét 1.900L nước biển lọc qua cột lọc (45µm) trước cung cấp trực tiếp vào hệ thống 2.1.2 Thiết kế hệ thống ni thí nghiệm Hai mơ hình hệ thống ni quy mô nhỏ (01 nghiệm thức 01 đối chứng) thiết kế lắp đặt Viện nghiên cứu sinh học Usa, trực thuộc trường Đại học Kochi, Nhật Bản nhằm đánh giá khả hấp thu dinh dưỡng hòa tan rong Ulva điều kiện nuôi thực tế Nghiệm thức rong biển thiết kế bao gồm bể composite trịn (Ø 1,5m x 1m) để ni cá, bể lắng composite hình vng (1,5m x 1,0m x 0,8m) bể nhựa (Ø 0,6m x 1m) để nuôi rong biển Nghiệm thức đối chứng thiết kế tương tự nghiệm thức rong biển, nhiên, hệ thống không bổ sung rong biển Tổng thể tích nước hệ thống 1.900L Trong đó, bể ni cá tích 800L, bể lắng 900L bể rong biển 200L Theo đó, nước thải từ bể cá hút trực tiếp từ đáy bể chảy qua bể lắng để loại bỏ chất thải rắn trước bơm lên bể nuôi rong biển máy bơm công suất 22 L/phút Nước thải từ bể nuôi chảy qua bể rong biển tuần hoàn trở lại bể ni, vịng tuần hồn thiết kế vào khoảng 16 lần/ngày để đảm bảo lượng chất thải lấy hoàn toàn Mỗi hệ thống bổ sung oxy máy nén khí cơng suất 17,7 kpa, 120 L.m-1, Philippines liên tục trình thử nghiệm (Hình 1) Cá cho ăn lần/ngày với lượng thức ăn chiếm 3% trọng lượng thân Đo đạt tiêu môi trường Nhiệt độ oxy hòa tan đo trực tiếp bể nuôi máy đo cầm tay tự động Multi HQ 40D, Hoa Kỳ liên tục 24 giờ/ ngày suốt q trình thí nghiệm với chu kỳ lấy mẫu 30 phút/lần 45ml mẫu nước lấy trực tiếp bể nuôi theo chu kỳ 24 giờ/lần để TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SƠNG CỬU LONG - SỐ 12 - THÁNG 12/2018 37 VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II đánh giá tiêu ammonia, nitrite nitrate suốt q trình thí nghiệm Mẫu nước đo đạt trực tiếp máy quang phổ cầm tay Hanna HI9670, Nhật Bản với độ sai số ± 0,1 Hình Mơ hình hệ thống ni khép kín quy mơ pilot 2.2 Thử nghiệm nghiên cứu khả loại bỏ nitrogen rong biển Ulva nguồn nitrogen khác (ammonia, nitrite nitrate) 2.2.1 Vật liệu thí nghiệm Nguồn nước Để loại bỏ tác động không mong muốn từ nguồn nước tự nhiên lên kết thí nghiệm, nước biển tự nhiên có độ mặn 35 ‰ sau bơm từ biển lên xử lý chlorine nồng độ 22 ppm vòng 72 lọc qua cột lọc (45µm) trước cấp vào bể ni rong biển Hàm lượng ammonia, nitrite nitrate nước đo sau qua xử lý mức 0,0 mg/L Rong biển Khoảng 900 g rong biển (5cm chiều dài) chuẩn bị thí nghiệm lần Nguồn dinh dưỡng nitrogen Để đánh giá khả hấp thụ nitrogen nguồn dinh dưỡng khác chủ yếu ammonia, nitrite nitrate thử nghiệm riêng biệt Do đó, 38 thí nghiệm, môi trường nuôi cấy làm giàu nguồn dinh dưỡng cách riêng biệt liều lượng mg NH3-NL-1 (NH4Cl, 90%,), 0,5 mg NO2L-1(NaNO2, 99%,) mg NO3L-1 (NaNO3 99%) 2.2.2 Thiết kế thí nghiệm Để đánh giá hiệu hấp thụ dinh dưỡng tảo Ulva môi trường dinh dưỡng khác tìm mật độ tối ưu, sáu nghiệm thức thí nghiệm thiết lập, nghiệm thức bao gồm bể nuôi tảo 25 L nhựa suốt Tất bể nuôi đặt gần điều kiện ánh sáng mặt trời trực tiếp Sáu mật độ Ulva thiết lập 12 g/L, g/L, g/L, g/L, 0,5 g/L đối chứng g/L Thí nghiệm tiến hành thời gian lấy mẫu liên tục Mỗi thí nghiệm lặp lại lần để đảm bảo tính khách quan kết Đo đạt tiêu mơi trường Tương tự thí nghiệm trên, 45 ml mẫu nước lấy trực tiếp từ bể nuôi để đo đạt hàm lượng ammonia, nitrite nitrate suốt q trình thí nghiệm máy quang phổ cầm TẠP CHÍ NGHỀ CÁ SƠNG CỬU LONG - SỐ 12 - THÁNG 12/2018 VIỆN NGHIÊN CỨU NUÔI TRỒNG THỦY SẢN II tay (Hanna HI9670, Japan) Mẫu nước lấy giờ/lần suốt cho thí nghiệm ammonia Ở hai thí nghiệm cịn lại với nitrite nitrate lấy mẫu giờ/lần sau bắt đầu thí nghiệm Nhiệt độ, pH oxy đo trực tiếp máy đo cầm tay (Multi HQ 40D, Hoa Kỳ) thời điểm lấy mẫu Phương pháp tính tốn Hiệu hấp thu ammonia, nitrite nitrate tính tốn dựa chênh lệch hàm lượng suốt q trình thí nghiệm Cơng thức tính tốn dựa theo lý thuyết Feng Liu (2012) C=[(Co-Ct) * V]/(t*W) (mg.g.h) Theo đó, Co hàm lượng ammonia, nitrite nitrate đầu vào, Ct hàm lượng ammonia, nitrite nitrate thơi điểm t (h), V thể tích bể ni, W tổng trọng lượng ướt rong biển bổ sung (g) Tất liệu tiêu môi trường sau thu thập xử lý phần mềm SPSS phiên 22.0 để đánh giá khác biệt có nghĩa thống kê (p