Nuôi cá thâm canh làm cho môi trường nước xung quanh giàu chất dinh dưỡng và có nguy cơ bị ô nhiễm. Thức ăn dư thừa và phân cá làm cho hàm lượng chất dinh dưỡng và vật chất hữu cơ lơ lửng trong nước tăng và vì thế lượng tiêu hao sinh học và ô nhiễm môi trường tăng (Muir, 1992). Hàm lượng chất dinh dưỡng trong nước thải từ ao nuôi cá trê thâm canh rất cao (Veerina, 1989) và hơn 64% đạm tổng và 77% lân tổng từ thức ăn thất thoát ra môi trường nước (Udomkarm, 1989).
Nuôi cá thâm canh trong ao đất thì cá được cho ăn hoàn toàn bằng thức ăn tự chế hoặc thức ăn công nghiệp. Thức ăn tự chế có hàm lượng đạm từ 20 – 30%. Nếu cho ăn thừa thì thức ăn sẽ chìm xuống đáy ao, thối rữa tạo môi trường thuận lợi cho vi khuẩn phát triển. Thức ăn thối rữa làm gia tăng sự phát triển của phiêu sinh vật trong nước, phiêu sinh chết sẽ ảnh hưởng làm ô nhiễm nguồn nước. Theo Popma (2000) thì nitơ trong chất thải bài tiết là ammonia đơn giản. Theo Lê Huy Phước (2002) thì việc sử dụng phân bón và thức ăn có hàm lượng dinh dưỡng cao làm cho nguồn nước thải từ các ao nuôi rất giàu các nguồn dinh dưỡng hoà tan, nhất là nitơ và phốt-pho. Khi tổng hàm lượng đạm và tổng lân nâng cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước xung quanh các khu nuôi tập trung sẽ có sự thay đổi lớn hệ sinh vật của thuỷ vực, đồng thời làm ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất thuỷ lý hoá của nguồn nước.
Việc cung cấp thức ăn trong quá trình nuôi thuỷ sản sẽ tuỳ thuộc vào mô hình nuôi và đối tượng nuôi mà có thành phần và khẩu phần thích hợp. Trong thời gian nuôi luôn có một lượng cac-bon và nitơ, ammonia, urea, bi-cacbonat, lân hoà tan, vitamine đưa vào ao nuôi. Quan trọng hơn là những hợp chất thải của thức ăn và chất lắng gồm những hợp chất của cacbon, nitơ và lân nằm ở lớp bùn đáy.
Ô nhiễm dinh dưỡng sẽ tạo ra hiện tượng phú dưỡng hoá, khi tỷ lệ nitơ và phospho lớn hơn 12 thì sự phóng thích phú dưỡng sẽ do lân khống chế. Hậu quả sẽ là sự bùng nổ nở hoa của rong tảo, tăng độ đục nước và có thể tăng tính độc đối với tôm cá do sự phát triển của một số loài tảo độc (Lê Trình, 1997). Trong thuỷ vực không bị ô nhiễm thường nitơ nhỏ hơn 1 mg/L còn khi trong hiện tượng tảo nở hoa thì nitơ hữu cơ thường ở nước 2 –3 mg/L (Boyd, 1990).
Nghiên cứu của Penczak et al (1982) ước tính trong 123kg nitơ tiêu thụ thì chỉ có 27,2kg được tích luỹ. Với 22% nitơ tiêu thụđược tích luỹ và 78% thải ra thì trong đó có khoảng 30% được tích luỹ trong vòng chuyển hoá.
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Nếu nuôi lồng bè ở vùng có nước bề mặt tương đối tĩnh và chất hữu cơ nguồn vào cao thì bùn đáy hay nước của những ao nuôi này dễ bị thiếu oxy trong thời gian dài. Trong trường hợp này dễ dàng sinh ra ammoni, H2S và CH4 (mê-tan). Lượng ammoni thoát ra ở bên ngoài lồng bè và thêm vào đó là sự xáo trộn nền đáy sẽ xảy ra hiện tượng ammoni hoà tan vào nước nhanh dẫn đến tổng hàm lượng nitơ (TN) tăng lên nhanh chóng (Gowen và Bradbury, 1987)
Nghiên cứu của Bergheim et al (1984) cho rằng lượng đạm trong thức ăn thường vượt quá 100 lần trong khẩu phần thức ăn cung cấp. Như vậy, cho thấy đạm phần lớn cung cấp cho cá vượt quá nhu cầu cho sự hấp thu dinh dưỡng trong quá trình nuôi. Lượng thức ăn dư thừa có hàm lượng đạm rất lớn, kết quả phân tích lượng đạm thải ra từ một trang trại nuôi cá hồi là 28.9 kg (Liao và Mayo, 1974) và 32 kg (Willoughby et al, 1972) trong một tấn thức ăn tiêu thụ (trích bởi Pillay, 1992). Theo Hakanson et al (1988), sự cân bằng nitơ và phốt-pho khi sản xuất 1 kg cá, có thể tổng hợp khoảng 25% nitơ và 15% mất đi theo chất thải là phân và chất lắng; 60% thải ra là ammonia từ mang cá. Một nghiên cứu khác ở vùng đất mặt về sự chuyển hoá này cho thấy lượng ammonium sinh ra trên một tấn cá là 45 kg ở nông trại nuôi cá hồi ở Đan Mạch (Warrer-Hansen, 1982) và 55 kg ở nông trại vùng Bắc Ailen và nước Anh (Solbe, 1982).
Ở các bè nuôi cá da trơn, phần trăm vật chất lơ lửng hữu cơ trong tổng vật chất lơ lửng khá cao, biến động từ 36,6% đến 48,9%, các phần tử hữu cơ có nguồn gốc từ thức ăn đã làm tổng vật chất hữu cơ lơ lửng tăng cao. Mặc khác, độ trong của nước trong bè thường thấp hơn ngoài bè, do có sự hiện diện của thức ăn và các sản phẩm thải từ cá. Tổng lượng đạm của lớp bùn đáy ở khu vực cuối nguồn cao hơn có ý nghĩa so với giữa và đầu nguồn (Trương Quốc Phú và Yang Yi, 2005) Một nghiên cứu của Lê Bảo Ngọc (2004) về đánh giá chất lượng môi trường ao nuôi cá tra thâm canh ở xã Tân lộc, huyện Thốt Nốt, thành phố cần Thơ đã đi đến kết luận tổng đạm và tổng lân cuối vụ nuôi tăng rất cao so với lúc mới thả cá. Hàm lượng TKN và TP trong bùn đáy ao lần lượt trước khi thả là 1,97± 0,65 mg/g và 0,39±0,16 mg/g và tăng lên tương ứng khi thu hoạch là 4,98mg và 2,19±1,77 mg/g bùn khô
Trương Quốc Phú (2007) khi nghiên cứu chất lượng nước và bùn đáy ao nuôi cá tra thâm canh, kết luận một ao nuôi cá tra thâm canh với năng suất khỏang 500 tấn/vụ thì lượng thức ăn (thức ăn công nghiệp + tự chế) cung cấp vào ao khỏang 1.000 tấn (hệ số thức ăn = 2). Tổng lượng nitơđưa vào ao khỏang 18,8 tấn, lượng phospho khỏang 4,2 tấn.
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Gần đây các nhà khoa học rất quan tâm đến sự ô nhiễm chất dinh dưỡng từ nuôi trồng thuỷ sản và đề xuất các biện pháp để xử lý chất thải từ nuôi thuỷ sản (Metcalf và Eddy, 1991). Tuy nhiên, việc lắp đặt hệ thống xử lý cho trại nuôi tôm, cá ở quy mô lớn chi phí rất cao. Nước thải từ nuôi thuỷ sản được sử dụng cho các hoạt động xản suất nông nghiệp trong hệ thống nuôi thuỷ sản kết hợp dẫn đến sự bền vững về kỹ thuật cùng như về khía cạnh môi trường (Huat và Tan, 1980; Edward, 1993). Theo Boyd (1998) nguồn nitơ vào ao nuôi chủ yếu từ thức ăn, lượng nitơ cao chủ yếu do sản phẩm thải của cá và thức ăn dư thừa, có 26,8% nitơ và 30,1% phốt-pho từ thức ăn được tích luỹ trong cá. Khi sản xuất 1kg cá nuôi sẽ tiêu thụ 1,32 kg thức ăn và thải ra môi trường 51,1 g N và 7,2g P.
Để tận dụng nguồn dinh dưỡng trong hệ thống ao nuôi một cách hiệu quả, một thí nghiệm về nuôi ghép cá trê lai và cá rô phi thâm canh với mục tiêu tận dụng nguồn dinh dưỡng dư thừa đã được Long và Yi (2004) thực hiện và kết quả là nhu cầu nitơ để sản xuất 1kg cá dao động 52,1 – 52,4 g và nhu cầu lân là 6 g trong hệ thống nuôi ghép và 57,5 g trong hệ thống nuôi đơn, đồng thời thải ra môi trường một lượng 17,6 – 21,7 g nitơ và 3 g lân.
Theo Watanabe (2000) đã kết luận các chất thải từ gia súc, mùn đáy ao nuôi cá và rơm rạ có thể xem là nguồn phân bón hữu cơ rất lớn. Nghiên cứu đã nhận thấy trong lớp bùn đáy ao cá có chứa 2,02 – 3,77 mgN/g và 0,55 – 1,24 mgP/g vật chất khô. Chất mùn đáy ao cá là một loại đất màu mỡ giàu lân hơn các nguồn khác có thể sử dụng làm nguồn phân hữu cơ rất hữu ích. Nước thải giàu chất dinh dưỡng từ ao nuôi cá trê thâm canh được sử dụng làm phân bón cho cá rô phi thâm canh là một giải pháp tận dụng nguồn dinh dưỡng trong nước thải (Udomkarm, 1989; Veerina 1989; Lin et al., 1990; Lin and Diana, 1995 và Yi et al., 2003)