Cường độ chất hữu cơ trong hồ nuơi tơm lớn hơn nhiều trong hồ nuơi cá. Chất hữu cơ trong hồ nuơi tơm chứa từ 10-40%, những loại chất này thường chứa axit, cĩ nồng độ Nitơ thấp. Khi cải tạo hồ nuơi người ta cần bĩn cần bĩn vơi, thơng khí nhằm tăng lượng Nitơ. Sự phân huỷ chất hữu cơ thay đổi theo thời gian và giảm dần về cuối vụ [28].
Chất hữu cơ lắng trong hồ nuơi tơm do từ thức ăn, phân và sản phẩm trao đổi chất của tơm, số lượng thức ăn lắng xuống cĩ liên quan đến lượng thức ăn trong ngày và mật độ nuơi. Thức ăn cung cấp từ 400 kg/ha/ngày với mật độ 50con/m2 [28] và khoảng 607 kg/ha/ngày nuơi với mật độ cao hơn (Wyban et.al 1988) [31 ]. Mức độ chất dinh dưỡng cao và
tiếp tục cung cấp CO2 cĩ thể là nguyên nhân kích thích sự phát triển của
phytoplankton và hậu quả là làm tăng chất hữu cơ ở đáy ao.
Các nhà nuơi tơm đã tăng mật độ nuơi cùng với việc cung cấp thức ăn cho chúng, khi mật độ tơm dày đặc thì thức ăn lắng xuống càng nhiều vì một số lượng lớn thức ăn khơng tiêu thụ cùng với phân của chúng và vỏ do tơm lột xác lắng xuống đáy ao. Các vi sinh vật cĩ khả năng phân huỷ chất hữu cơ giải phĩng ra chất hữu cơ hồ tan trong nước tiếp theo phytoplanktonphát triển và tạo sự nở hoa nước. Tế bào phytoplankton cĩ quãng đời ngắn, chúng chết tạo ra nhiều chất lắng xuống đáy hồ.
Kết quả của quá trình trên là mơi trường hồ nuơi bị ơ nhiễm, làm cho tơm tăng trưởng kém, bị bệnh. Sự tích luỹ chất hữu cơ quá mức được coi là sự nguy hiểm trong quá trình sản xuất tơm. Sự phân giải chất hữu cơ địi hỏi phải sử dụng nhiều Oxygen và sản phẩm tạo ra là chất độc, sự tích luỹ chất độc như NH3 và CO2 gây hại cho tơm. Tỷ lệ sử dụng Oxygen cao trong suốt quá trình phân giải chất hữu cơ của vi khuẩn làm cho mơi trường ao nuơi bị thiếu oxy, ở tình trạng này các vi khuẩn dị dưỡng cĩ thể sử dụng Sulfate và hợp chất oxy Sunfur tạo ra chất nhận điện tử và Sulfide. Chất H2S là chất độc cao đối với nước. Nồng độ chất hữu cơ cao tạo ra nhiều phiêu sinh thực vật phát triển ở trong hồ. Sự nở hoa nước là nguyên nhân làm thay đổi lượng O2 và pH. Chất hữu cơ tích lũy gây hại cho tơm và cĩ lợi cho vi sinh vật [31].
Dựa trên nghiên cứu động học chất hữu cơ trong hệ thống nuơi tơm thâm canh khép kín tại Thái Lan đã đưa ra một số kết luận sau :
- Thức ăn khơng tiêu hĩa được là nguồn chất hữu cơ quan trọng nhất gây ra các vấn đề về mơi trường trong các ao nuơi thâm canh. Khoảng 61,7 – 68,1% thức ăn thừa bỏ lại trong ao như là chất bài tiết của tơm và xác vỏ tơm .
- Chất dinh dưỡng giải phĩng ra từ sự phân huỷ chất thải hữu cơ tạo ra sinh khối tảo gấp 1,4 – 1,6 lần chất thải hữu cơ.
- Khoảng 18,4 đến 25% cacbon hữu cơ trong thức ăn tiêu hĩa được đồng hố và sử dụng trong quá trình hơ hấp của tơm.
- Chỉ cịn khoảng 11,7- 13% cacbon hữu cơ trong thức ăn tiêu hĩa được đồng hố và tạo năng suất tơm nuơi.
- Nhiệt độ cĩ ảnh hưởng quan trọng đến tỷ lệ hơ hấp của tơm sú (Penaeus monodon). Tỷ lệ hơ hấp khác nhau ở các cỡ tơm khác nhau ở nhiệt độ 200C; 250C và 300C cĩ thể được miêu tả theo phương trình:
R = 0,352 W0,4770 200C R = 0,3791W0,6810 250C R = 1,0060W0,5376 300C Với:
R: Tỷ lệ hơ hấp (mgO2/h)
W: Trọng lượng tươi của cơ thể tơm (g)
- Sự gia tăng tốc độ dịng nước chảy tạo ra sự gia tăng tỷ lệ hơ hấp của tơm.
- Tơm hơ hấp mạnh hơn khi nuơi với nền đáy bằng cát so với nền đáy là đất hoặc chất dẻo plastic.
- Cĩ sự tương quan thuận giữa tỷ lệ quang hợp trung bình với mật độ tơm nuơi và tỷ lệ hơ hấp trung bình với tỷ lệ tơm nuơi.
- Khơng cĩ sự liên quan giữa số lượng chất hữu cơ đưa vào đáy ao nền đất với mật độ tơm nuơi, giữa tỷ lệ hơ hấp bùn đáy với mật độ tơm nuơi, giữa lượng chất hữu cơ tích luỹ ở bùn đáy với mật độ tơm nuơi. Cĩ sự gia tăng quan trọng chất hữu cơ trong đáy ao khi nuơi với mật độ 60 con/m2.
- Thức ăn và sự quang hợp của phytoplankton là 2 nguồn chất hữu cơ quan trọng nhất được đưa vào trong ao.
- Sự hơ hấp của nước là một quá trình quan trọng nhất để giảm chất hữu cơ trong ao tơm tiếp theo là sự hơ hấp của bùn đáy và hơ hấp của tơm.
- Chỉ cĩ một phần trăm nhỏ của tồn bộ chất hữu cơ đưa vào ao (5,6 – 6,8%) được giữ lại trong hồ khi thu hoạch tơm và lượng nhỏ hơn (2,1 – 3,4%) được thốt ra ngồi qua nước thải.
- Một lượng lớn chất hữu cơ cho vào (24,2 – 40%) tích lũy trong lớp bùn đáy ao và hầu hết các chất hữu cơ tích luỹ lại nằm ở lớp trên cách đáy ao 2 cm.
- Sự gia tăng mật độ tơm nuơi lên 60 con/m2 đã làm tăng lượng chất hữu cơ đưa vào và phần lớn chất hữu cơ tích lũy trong ao. Điều này ảnh hưởng quan trọng đến tỉ lệ sống, phát triển và hệ số chuyển hĩa thức ăn (FCR).
- Mật độ nuơi trong các hệ thống thâm canh khép kín. Dựa trên kết quả nghiên cứu của tác giả nếu nuơi 40-45 con/m2 là thích hợp[32][33].
1.6. VAI TRỊ CỦA VI SINH VẬT TRONG CÁC QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI VẬT CHẤT TRONG AO NUƠI THỦY SẢN:
1.6.1. Phân huỷ các hợp chất carbon:
Vi sinh vật cĩ vai trị hết sức quan trọng trong hệ thống tuần hồn vật chất trong thiên nhiên. Chúng phân hủy các chất thải, biến chúng thành những chất vơ hại. Hệ vi sinh vật trong các ao nuơi tơm rất phong phú và chúng cĩ khả năng rất lớn trong việc phân giải các chất hữu cơ.
Tuy nhiên chúng cĩ phát huy tác dụng hay khơng cịn tùy thuộc vào mơi trường xung quanh nơi chúng tồn tại: Nồng độ quá lớn các chất hữu cơ trong ao, sự cĩ mặt của các chất độc như các kim loại nặng, các loại hĩa chất độc hại ở nồng độ quá cao, độ pH, nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao, nhu cầu oxygen khơng thích hợp,… là những yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của vi sinh vật.
Phân giải cellulose: Cellulose là một trong những thành phần chủ yếu của tổ chức thực vật. Trong xác thực vật thì thành phần chất hữu cơ chiếm tỷ lệ cao nhất là cellulose. Hàm lượng cellulose trong xác hữu cơ thay đổi từ 30 - 80 %. Cellulose là một hợp chất rất bền vững. Đĩ là loại
polysacchrit cao phân tử. Chúng cấu tạo bởi nhiều gốc -D-Glucose, liên kết với nhau nhờ dây nối 1,4 glucozit.
Mỗi phân tử cellulose thường chứa 1.400 đến 10.000 gốc glucose. Trọng lượng phân tử cellulose thay đổi khác nhau phụ thuộc vào từng loại thực vật, thí dụ trọng phân tử cellulose ở bơng là 150.000 -500.000 dalton cịn ở cây gai là 1.840.000.
Trong tự nhiên cĩ nhiều vi sinh vật cĩ khả năng phân giải celllulose. Chúng cĩ ý nghĩa rất lớn đối với vịng tuần hồn cacbon trên trái đất và làm sạch mơi trường, tăng độ phì nhiêu của đất. Trong điều kiện hiếu khí nhiều nhĩm nấm mốc, nấm thượng đẳng, xạ khuẩn, vi khuẩn tham gia phân giải cellulose.
Các nghiên cứu cho thấy cĩ hai loại enzym chính để phân giải cellulose là cellulase C1 và cellulase Cx. Enzym cellulase C1 tác động sơ bộ và các phân tử cellulose thiên nhiên và biến chúng thành các các chuỗi cellulose mạch thẳng, sau đĩ dưới tác động của cellulase Cx cellulose bị phân hủy thành celobiose (hai phân tử glucose), loại đường này cĩ thể tan trong nước, và dưới tác dụng của glucosidase biến thành glucose.
Ngồi các vi sinh vật hiếu khí phân giải cellulose cịn cĩ các vi sinh vật yếm khí, chúng thuộc các lồi Clostridium thermocellum, Clostridium omelianskii…
Phân giải tinh bột: Tinh bột (C6H10O5)n là những hợp chất hydrocacbon cao phân tử, chúng cĩ trong các loại nước thải sinh hoạt và một số loại nước thải cơng nghiệp cĩ dùng tới các nguyên liêu cĩ tinh bột. Tinh bột cấu tạo bởi hai thành phần chính là amyloz và amylopectin, amyloz tan được trong nước nĩng cịn amilopectin tạo thành hồ keo trong nước nĩng. Trong tinh bột tỷ lệ amylose thường vào khoảng 25% cịn amylopectin chiếm khoảng 75 %.
Nhiều vi sinh vật cĩ khả năng phân hủy tinh bột do chúng cĩ hệ enzym amylase như:
- amylase: (-1,4 D-glucan-4 glucanohydrolase ) thủy phân liên kết 1,4 trong tinh bột, tạo ra dextrin phân tử thấp và một lượng maltose.
- amylase: (-1,4 D-glucan- maltohydrolase) thủy phân liên kết 1,4 trong tinh bột,tạo ra malto và một lượng nhỏ các dextrin cao phân tử.
- amylase: (glucoamylase, -1,4 D-glucan gluchydrolase): thủy phân liên kết 1,4 trong tinh bột và tạo ra sản phẩm cuối cùng là glucose [34].
1.6.2. Vai trị vi sinh vật trong việc chuyển hĩa các hợp chất chứa nitrogen:
Vi sinh vật là tác nhân hết sức quan trọng tham gia vào quá trình phân hủy các hợp chất nitrogen, làm giảm nguồn đạm trong ao nuơi.