Nitơ tồn tại ở các dạng hợp chất khác nhau như nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), ammonia ion hoá (NH4+) , ammonia không ion hoá (NH3) và các dạng hữu cơ. Trong các loại hợp chất NO2-, NO3-, NH4+, NH3 thì chỉ có NO3-, NH4+ là được thực vật hấp thụ trực tiếp, 2 dạng còn lại gây độc cho sinh vật thuỷ sinh. Các dạng hợp chất này khi ở trong môi trường nước chúng luôn luôn có sự chuyển hoá cho nhau theo một chu trình khép kín như minh hoạ tại hình 5.1 dưới dây:
Như vậy, các dạng hợp chất nitơ trên đều có mối quan hệ hữu cơ liên quan tới nhau.
6.2.1. Ammonia
6.2.1.1 . Động thái của ammoniac (NH3)và ammoni (NH4+)
NH3 trong các thủy vực được cung cấp từ quá trình phân hủy bình thường các protein, xác bã động thực vật phù du, sản phẩm bài tiết của động vật hay từ phân bón vô cơ, hữu cơ.
(NH2)2CO + 2H2O (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 → 2 NH3 + CO2 + H2O
NH3 là loại khí độc đối với cá, khi được tạo thành sẽ phản ứng với nước sinh ra ion NH4+ cho đến khi cân bằng được thiết lập. Tổng hàm lượng của NH3 và NH4+ được gọi là tổng đạm amôn (Total Ammonia Nitrogen - TAN).
NH3 + H2O → NH4+ + OH-
Tỉ lệ giữa NH4+:NH3 sẽ tăng khi pH giảm và giảm khi pH tăng, tỉ lệ này tại một giá trị pH xác định (thí dụ pH=8) có thể được tính từ sự cân bằng sau:
Chất hữu cơ NH4+; NH3 Động vật (tôm, cá...) Thực vật (rong tảo...) N2 NO2- NO3- Nitrit hoá Nitrat hoá Phản nitrat VSV VSV Bài tiết Amon hoá
Vì vậy, ở pH=8 mỗi mole NH3 thì có 18,2 mole NH4+ và tỉ lệ phần trăm của NH4+ trên TAN là 5,2%.
Ngoài pH, tỉ lệ của NH3/TAN trong nước còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ và pH của nước gia tăng thì hàm lượng NH3 trong nước sẽ gia tăng và ngược lại.
Bảng 6.1. Tỉ lệ phần trăm của NH3/TAN theo pH và nhiệt độ
6.2.1.2 . Ảnh hưởng của Đạm NH4+ và NH3 đến nuôi trồng thuỷ sản
NH3 là yếu tố quan trọng có ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ sống, sinh trưởng đối với thủy sinh vật. NH3 là khí độc đối với thủy sinh vật còn ion NH4+ không độc và nồng độ N- NH3 gây độc đối với cá là 0,6-2,0 ppm (Downing và Markins, 1975; trích dẫn bởi Boyd, 1990). Theo Colt và Armstrong (1979) (trích dẫn bởi Boyd, 1990) tác dụng độc hại của NH3 đối với cá là khi hàm lượng NH3 trong nước cao, cá khó được bài tiết NH3 từ máu ra môi trường ngoài. NH3 trong máu và các mô tăng làm pH máu tăng dẫn đến rối loạn những phản ứng xúc tác của enzyme và độ bền vững của màng tế bào, làm thay đổi độ thẩm thấu của màng tế bào đưa đến cá chết vì không điều khiển được quá trình trao đổi muối giữa cơ thể và môi trường ngoài. NH3 cao cũng làm tăng tiêu hao oxy của mô, làm tổn thương mang và làm giảm khả năng vận chuyển oxy của máu. Độ độc của NH3 đối với một số loài giáp xác cũng đã được ngiên cứu, ở nồng độ 0,09 mg/L NH3 làm giảm sự sinh trưởng của tôm càng xanh (Macrobrachium rosenbergii), ở nồng độ 0,45 mg/L làm giảm 50% sự sinh trưởng của các loài tôm he.
(Penaeus monodon) là 5,71 mg/L và 1,26 mg/L(Chin và Chen, 1987). Nồng độ NH3 được coi là an toàn cho ao nuôi là 0,13 mg/L. Do đó, việc theo dõi hàm lượng NH3 trong ao nuôi thủy sản là rất cần thiết để nâng cao năng suất nuôi.
Ở hàm lượng dưới mức gây chết NH3 cũng có ảnh hưởng xấu đến thủy sinh vật:
- Nó gia tăng tính mẫn cảm của động vật đối với những điều kiện không thuận lợi của môi trường như sự dao động của nhiệt độ, thiếu oxy.
- Ức chế sự sinh trưởng bình thường.
- Giảm khả năng sinh sản, giảm khả năng chống bệnh
NH4+ trong nước rất cần thiết cho sự phát triển của các sinh vật làm thức ăn tự nhiên, nhưng nếu hàm lượng NH4+ quá cao sẽ làm cho thực vật phù du phát triển quá mức không có lợi cho cá (thiếu oxy vào sáng sớm, pH dao động...). Theo Boyd (1990) hàm lượng NH4+ thích hợp cho ao nuôi thủy sản là 0,2-2 mg/L.
6.2.1.3. Các biện pháp quản lý đạm NH3 và NH4+ trong ao nuôi
- Cải tạo ao tốt trước mỗi vụ nuôi (loại bỏ vật chất hữu cơ tích tụ trong ao). - Kiểm soát lượng thức ăn vừa đủ.
- Duy trì mật độ nuôi thích hợp.
- Nếu hàm lượng NH3 quá cao, để làm giảm độc tính của NH3 cần phải tăng cường oxi hoà tan trong nước bằng quạt sục khí. Nếu sục khí không cải thiện, nên thay nước nếu điều kiện cho phép.
- Duy trì sự phát triển của tảo. Ao có tảo phát triển tốt sẽ làm cho hàm lượng NH3 thấp.
- Bón phân vi sinh cũng có tác dụng làm giảm hàm lượng NH3 trong ao - Duy trì độ pH ổn định trong ao nuôi từ 7 – 8,5 sẽ làm hạn chế ảnh hưởng độc tố của NH3
- Ngoài ra khi hàm lượng đạm NH4+ trong ao thấp cần tăng cường bón phân cho ao.
6.2.2. Nitrit (NO2-)
Trong các thủy vực nitrite được tạo thành từ quá trình oxy hóa ammonia và ammonium nhờ hoạt động của nhóm vi khuẩn hóa tổng hợp Nitrosomonas theo phản ứng sau:
NH4+ + 3/2 O2 → NO2- + 2H+ + H2O + 76kcal
Trong điều kiện không có oxy, nhiều loài vi sinh vật có thể sử dụng nitrate hoặc một dạng oxy hóa khác của nitrogen (thay vì oxy) như một chất nhận điện tử trong quá trình hô hấp. Quá trình dị dưỡng này được gọi là khử nitrate hay hô hấp nitrate, khi đó nitrate bị khử thành nitrite, hyponitric, hydroxylamine, ammonia
hay khí N2.
2HNO3 + H+ → HNO2 + H2O 2HNO2 + 4H+ → N2O2 H2 + 2H2O N2O2H2 + NH+ → 2NH2OH
2NH2OH + 4H+ → 2NH3 + 2H2O N2O2H2 +2H+ → N2 + H2O
N2O2H2 → N2O + H2 O N2O + 2H+ → N2 + H2O
Quá trình này còn được gọi là quá trình phản nitrate hóa, các hợp chất trung gian trong quá trình chuyển hóa thường là những dạng độc nên không có lợi cho thủy sinh vật. Khi hàm lượng nitrite trong nước cao, nitrite sẽ kết hợp với
hemoglobin tạo thành methemoglobin: Hb + NO2- = Met-Hb
Trong phản ứng này, Fe của hemoglobin bị oxy hóa từ Fe2+ thành Fe3+, kết quả hemoglobin không thể kết hợp với oxy. Với lý do này, tính độc của nitrite là làm giảm hoạt tính của hemoglobin hay có thể gọi là thiếu máu. Máu có chứa methemoglobin thường có màu nâu nên có được gọi là “bệnh máu màu nâu”. Máu có màu nâu nhạt khi hàm lượng methemoglobin trong máu đạt 25- 30% và máu có màu sô cô la khi hàm lượng methemoglobin trong máu cao hơn 50%. Một số loài cá có thể khử methemoglobin thành hemoglobin khi hàm lượng nitrite trong nước giảm hoặc cá di chuyển đến nơi có hàm lượng nitrite thấp. Nitrite đi vào máu qua mang, mức độ hấp thụ nitrite phụ thuộc vào tỉ lệ nitrite:clo trong môi trường nước và khả năng chịu đựng nitrite có liên quan đến hàm lượng clo (Cl-) trong môi trường nước.
Bảng 6.2. Sự phụ thuộc của hàm lượng methemoglobin trong máu cá nheo theo tỉ lệ nitrite:clo trong nước
Tỉ lệ nitrite:clo Hàm lượng methemoglobin
1:1 80%
1:3 25%
Đối với cá măng, trong môi trường nước ngọt nitrite độc gấp 55 lần so với môi trường có độ mặn 16‰.
6.2.3. Nitrat( NO3-)
Nitrate trong thủy vực là sản phẩm của quá trình nitrate hóa nhờ hoạt động của một số vi khuẩn hóa tự dưỡng như Nitrobacter (nước ngọt) hay Nitrospina, nitrosococcus (nước lợ, mặn).
Nitrate còn được cung cấp từ nước mưa khi có sấm chớp, phản ứng tạo thành nitrate như sau:
N2 +2O2 → 2NO2
2NO2 + H2O→ HNO2 + HNO3
Theo Eriksson (1952) thì nước mưa cung cấp đạm cho bề mặt trái đốt từ 1- 60 kg/ha/năm, phần lớn dưới 10 kg/ha/năm.
Nitrate là một trong những dạng đạm được thực vật hấp thụ dễ nhất, không độc với thủy sinh vật. Hàm lượng nitrate trong nước biển thường dao động từ 0,2- 0,4 mg/L, trong khi ở các thủy vực nước ngọt hàm lượng nitrate có thể lên đến hàng chục mg/L. Hàm lượng thích hợp cho các ao nuôi cá là từ 0,1-10 mg/L. Hàm nitrate cao không gây độc cho cá nhưng có thể làm thực vật phù du nở hoa gây những biến đổi chất lượng nước không có lợi cho tôm cá nuôi.
6.3. Phốt pho
Trong nước các hợp chất phốt pho nằm dưới nhiều dạng khác nhau. Lân hữu cơ có trong các cơ thể động vật và thực vật, khi động thực vật bài tiết hay chết đi nó tạo ra các hợp chất lân hữu cơ trong nước, các hợp chất này sẽ được vi sinh vật phân giải tạo thành dạng PO43- , lân PO43- sẽ được thực vật hấp thụ và khép kín vòng tuần hoàn lân trong nước như mô tả ở hình 5.2 dưới đây:
Trong các thủy vực, hàm lượng các muối hòa tan của phosphate (P-PO43-) trong nước thường rất thấp khoảng 5-20 µg/L và ít khi vượt quá 200 µg/L ngay cả đối với thủy vực giàu dinh dưỡng. Hàm lượng lân tổng số (Total Phosphorus – TP) cũng ít khi vượt quá 1.000 µg/L. Hàm lượng P-PO43- thích hợp cho các ao
PO43-
Lân hữu cơ
thực vật
Lân hữu cơ trong nước
Phân
(Chất bài tiết)
Lân hữu cơ
động vật
VSV
Hình 6.2. Sơ đồ quá trình chuyển hoá các dạng phốtpho trong nước
nuôi cá là từ 5-200 µg/L, nếu hàm lượng P-PO43- nhỏ hơn 5 µg/L thì thực vật không phát triển nhưng nếu hàm lượng P-PO43- vượt quá 200 µg/L thì thực vật phù du sẽ nở hoa. Giống như đạm, lân là nhân tố giới hạn đối với đời sống thực vật thủy sinh. Năng suất sinh học của thủy vực và năng suất cá nuôi phụ thuộc rất lớn vào hàm lượng lân trong nước. Lân là một nguyên tố dinh dưỡng rất cần thiết, không có lân thì không những thực vật mà cả nguyên sinh động vật cũng không thể sống được. Ngoài ra, nhiều quá trình trao đổi chất, đặc biệt là quá trình tổng hợp protein chỉ tiến hành được khi có sự tham gia của H3PO4 và sự thiếu hụt nó trong thủy vực còn hạn chế quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ bởi vi sinh vật.
Khi nồng độ lân lên quá cao trong ao nuôi sẽ gây ra hiện tượng sơ cứng nền đáy, do PO43- kết hợp với Ca2+ trong nước tạo ra một hợp chất không tan.
Chương 7. TIẾN TRÌNH SUY THOÁI AO NUÔI VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
7.1. Tiến trình suy thoái ao nuôi
7.1.1. Suy thoái chất lượng nước.
Qua nuôi trồng thủy sản, con người đã tác động vào ao nuôi bằng: - Bổ sung vào môi trường ao nuôi nhiều vật lạ, làm nhiễm bẩn môi trường bởi chất thải của vật nuôi, bởi lượng thức ăn dư thừa và các hóa chất xử lý nước, phòng, trị bệnh.
- Di chuyển các vật nuôi từ vùng này sang vùng khác và bắt buộc chúng phải sống, phát triển trong điều kiện môi trường mới. Di chuyển vật nuôi từ nơi này sang nơi khác cùng với các vi sinh vật, vi khuẩn, các mầm bệnh sẽ gây nhiều hậu quả về mặt kinh tế, xã hội, sinh thái và môi trường.
- Khai thác vật nuôi và phát triển các sinh vật làm thức ăn trong dây chuyền thức ăn.
Một cách tổng quát, quá trình nuôi trồng thủy sản tạo ra tiền đề làm giảm bớt chất lượng môi trường qua các quá trình sau:
- Làm phì hóa khu vực nước, tăng sức sản xuất sơ cấp, làm tảo “nở hoa”, làm thay đổi cấu trúc quần xã và sức sản xuất thứ cấp.
- Làm biên độ dao động của hàm lượng ôxy hòa tan trong một ngày đêm rộng thời gian hàm lượng ôxy thấp kéo dài. Làm phân rã các chất hữu cơ hòa tan, lơ lửng và những chất thải khác.
- Tăng quá trình lắng đọng các chất hữu cơ, làm ảnh hưởng chất lượng môi trường đáy, các quần xã sinh vật đáy.
Ngoài ra việc sử dụng hóa chất trong nuôi trồng thủy sản với các mục đích : khử chua, sát trùng, diệt tạp, xử lý nước, phòng và trị bệnh cũng gây nên hiệu ứng nhất định.
7.1.2. Suy thoái nền đáy ao.
Các chất hữu cơ có nguồn gốc do vật nuôi thải ra, do thức ăn dư thừa, do xác chết của sinh vật nổi thường lắng đọng, tích tụ trên nền đáy.
Sự tích tụ chất thải làm giảm thế ôxy hóa khử và giải phóng các khí độc như NH3, H2S, CH4 là nguyên nhân gây “sốc” vật nuôi (nhất là các loài ăn tầng đáy như tôm)
7.2. Những yếu tố ảnh hưởng tới tiến trình suy thoái ao nuôi
7.2.1. Ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên.
7.2.1.1. Khí hậu, thời tiết.
Thời tiết là sự biểu hiện của các hiện tượng khí tượng ở một địa phương, trong một thời gian ngắn.
Khí hậu là tình hình lặp đi lặp lại của những kiểu thời tiết riêng biệt ở một địa phương trong một khoảng thời gian dài.
Hàm lượng và sự biến động hàm lượng các chất khí (nhất là O2 và CO2) phụ thuộc rõ rệt vào thời tiết và mùa vụ.
Thời tiết và khí hậu có ảnh hưởng quyết định đến điều kiện khí tượng thủy văn như độ bốc hơi, độ ẩm, thời gian nắng, mưa, chế độ nước. Từ đó ảnh hưởng tới độ khoáng hóa của nước, đến thành phần hóa học của nước theo các mùa trong năm.
7.2.1.2. Sinh vật.
Bao gồm cá thể sinh vật và sản phẩm thải trong quá trình trao đổi chất của nó gây ra. Gây ảnh hưởng đáng kể nhất là bọn sống tầng nổi (phiêu sinh vật – plankton) và bọn sống tầng đáy (benthos)
Trong quá trình sống, sinh vật cần phải quang hợp, hô hấp, dinh dưỡng…nên Ao nuôi
Giảm thấp độ trong Biên độ dao động DO trong ngày rộng thời gian hàm lượng DO thấp kéo dài Giảm sút chất lượng nước Suy thoái nền đáy Tích tụ nhiều chất thải mang tính khử mạnh
Lượng chất hữu cơ tăng
trong ao thường dẫn đến hiện tượng phát triển qua mức của phiêu sinh vật. Sự phát triển quá mức như vậy có thể gây ra hiện tượng pH dao động lớn, gây hiện tượng thấp ôxy vào sáng sớm hay lúc chiều nắng yếu. Rồi tự phân hủy xác chết các tảo đó lại tiêu thụ rất nhiều ôxy. Thiếu ôxy, các chất hữu cơ trong nước lên men và thối, xuất hiện khí độc như NH3 , H2S.
7.2.1.3.Đất bờ và đáy ao.
Chất lượng nước trong ao gắn liền với đặc điểm của đất đáy và bờ ao. Đất là hỗn hợp của rất nhiều chất vô cơ và hữu cơ và hữu cơ-vô cơ, trong đó bao gồm khoảng 45 nguyên tố hóa học.
Lượng cặn lắng trong nước sẽ tăng lên bởi đất ao bị sói mòn do sự chuyển động của nước, do đất bờ ao bị rửa trôi. Các chất lắng và hạt huyền phù giống như kho chứa các chất vô cơ, hữu cơ trong thành phần hóa học của nó bổ sung cho nước.
Khi có sự tiếp xúc ĐẤT – NƯỚC, thành phần hóa học của nước thường biến đổi như sau:
- Hàm lượng các ion tăng lên.
- Hàm lượng các chất hữu cơ tăng lên. - Hàm lượng các chất khí thay đổi.
Ảnh hưởng của đất đối với nước không những chỉ dẫn đến việc tăng thêm thành phần ion, mà còn làm thay đổi thành phần ion sẵn có trong nước nữa. Đó là hiện tượng trao đổi ion giữa đất và nước.
Mối quan hệ giữa đất đáy và bờ ao với khối nước trong ao rất chặt chẽ, nếu mỗi loại đất có những kiểu quan hệ riêng với khối lượng nước. Nói một cách khác, mỗi loại đất đáy ao đã tạo ra một kiểu nước có đặc tính lý – hóa học riêng.
Đất ao nuôi được cấu thành từ lớp đất ban đầu và các chất liệu cùng cặn bã được tích tụ trong thời gian nuôi. Sự xấu đi của nền đáy ao có thể dẫn đến chất lượng nước kém và gây bệnh cho vật nuôi. Khi đó, đất ao và chất thải lắng tụ sinh