CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1.2.Trong điều kiện ngoài trời
3.1. HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH
3.1.2.Trong điều kiện ngoài trời
Tiếp theo, khả năng mô phỏng sự sinh trƣởng của Spirulina sp. của mơ hình đƣợc
kiểm tra bằng cách chạy mơ hình với điều kiện ngồi trời (nhiệt độ và cƣờng độ ánh sáng thay đổi hằng ngày theo thời gian). Khoảng thời gian đƣợc chọn mô phỏng là 60 ngày kể từ đầu tháng 7 (ngày thứ 210). Nhiệt độ nƣớc dao động trong khoảng 26 – 31oC trong khi cƣờng độ ánh sáng là từ 200 đến 400 W/m2, đây là điều kiện đƣợc mô phỏng từ dữ liệu khí hậu của Đà Nẵng (Niên Giám Thống Kê Tp.Đà Nẵng 2019, n.d.). Kết quả đƣợc thể hiện ở Hình 3.2.
Nhìn chung, đƣờng cong sinh trƣởng đặc trƣng của tảo vẫn đƣợc thể hiện khá rõ rệt nhƣng khác với trƣờng hợp đƣợc ni cấy trong phịng thí nghiệm, một số khác biệt có thể quan sát đƣợc:
(1) Đƣờng cong sinh trƣởng khá "gập ghềnh"
(2) Thời gian của các giai đoạn đều dài hơn, ví dụ đến khoảng ngày thứ 24 tảo mới đạt pha cân bằng
(3) Tốc độ sinh trƣởng của tảo có sự dao động lớn, dù xu hƣớng là tƣơng tự nhƣ mơ phỏng trong phịng thí nghiệm
Bảng 3.3. Giá trị sinh khối, các tốc độ và dinh dƣỡng Ngày Sinh khối tảo sống
(g/l) Tốc độ tăng trƣởng (/ngày) Tốc độ chết (/ngày) Dinh dƣỡng ( mol/L) 1 0,02 0,1807 0,01 0,0294 9 0,14 0,2732 0,01 0,026 24 0,61 0,0519 0,01 0,011 33 0,64 0,0076 0,01 0,008 60 0,52 0,0002 0,01 0,008 Bảng 3.4. Giá trị các hệ số giới hạn Ngày Hệ số giới hạn
dinh dƣỡng Hệ số giới hạn sức chứa Hệ số giới hạn ánh sáng
Hệ số giới hạn
nhiệt độ Hệ số giới hạn chất thải
1 0,60 0,98 0,32 0,99 1,00
9 0,57 0,82 0,59 0,99 1,00
24 0,36 0,16 0,93 0,98 0,99
33 0,30 0,04 0,63 0,98 0,99
60 0,28 0,00 0,54 0,98 0,97
Sự khác biệt của mơ phỏng ngồi trời này đƣợc giải thích do sự biến động của ánh sáng và nhiệt độ theo thời gian, tuy nhiên sự biến động của nhiệt độ là không đáng kể và
vẫn nằm trong khoảng thuận lợi cho sự sinh trƣởng của tảo (với hệ số giới hạn đạt 0,8 – 1,0) hệ số giới hạn của ánh sáng là thấp nhất trong khoảng 15 ngày đầu chứng tỏ ánh sáng là yếu tố giới hạn chính đối với tốc độ sinh trƣởng của vi tảo trong khoảng thời gian này, thể hiện qua việc đƣờng cong tốc độ sinh trƣởng có sự dao động với biên độ lớn và khớp với sự dao động của đƣờng hệ số giới hạn của ánh sáng. Ở các giai đoạn tiếp theo, mặc dù ánh sáng vẫn có sự dao động mạnh nhƣng đƣờng cong tốc độ sinh trƣởng lại có biên độ dao động nhỏ hơn, điều này cho thấy yếu tố giới hạn chính khơng cịn là ánh sáng mà là yếu tố sức chứa và dinh dƣỡng (với hệ số giới hạn thấp hơn).
Thời gian của các giai đoạn trong chu kỳ sinh trƣởng bị kéo dài ra là do tốc độ sinh trƣởng trong trƣờng hợp này chịu tác động tổng hợp của nhiều yếu tố hơn, bao gồm dinh dƣỡng, ánh sáng, nhiệt độ và sức chứa. Giá trị tốc độ sinh trƣởng cao nhất đạt 0,27 /ngày thấp hơn đáng kể so với trong điều kiện phịng thí nghiệm (0,52 /ngày).
Sự giới hạn đồng thời của nhiều yếu tố môi trƣờng lên sự sinh trƣởng của tảo, hay còn đƣợc gọi là "đồng giới hạn", là hiện tƣợng đƣợc quan sát rất phổ biến trong tự nhiên, do đó đa số các q trình trong mơ hình mơ phỏng điều kiện thực tế đều đƣợc xây dựng theo nguyên tắc này để hiểu hơn về cơ chế của q trình và dự đốn tốt hơn (Kovárová- Kovar và Egli, 1998). Ví dụ, Thingstad đã xây dựng mơ hình đồng giới hạn do nito, photpho và cacbon gây ra cho vi khuẩn dị dƣỡng (Frede Thingstad và cs, 1987). Sự đồng giới hạn trong sinh trƣởng của vi tảo đƣợc giải thích cụ thể trong nghiên cứu của Arrigo (Arrigo và cs, 2005) và Saito (Saito et al., 2008). Có thể chia các mơ hình đồng giới hạn thành 2 nhóm: nhóm yếu tố chính và nhóm cộng gộp. Nhóm yếu tố chính dựa trên quy luật tối thiểu của Liebig, phát biểu rằng: "Tăng trƣởng đƣợc kiểm sốt khơng bởi tổng số lƣợng các nguồn tài nguyên sẵn có, mà bởi nguồn tài nguyên khan hiếm hơn". Quy luật này thƣờng đƣợc áp dụng cho mơ hình đồng giới hạn chỉ do các yếu tố dinh dƣỡng (Lee và cs, 2015). Ngƣợc lại, nhóm cộng gộp lại cho rằng mọi nguồn tài nguyên là nhƣ nhau đối với sự sinh trƣởng của tảo và đều tác động trực tiếp đến sự sinh trƣởng của vi tảo. Mơ hình này thƣờng đƣợc sử dụng khi nhiều loại yếu tố khác nhau đƣợc kết hợp nhƣ dinh dƣỡng, ánh sáng và nhiệt độ (Lee và cs, 2015). Trong nghiên cứu này, dạng cộng gộp đƣợc áp dụng cho quá trình sinh trƣởng của vi tảo để đảm bảo tính phù hợp của mơ hình. Wu (Wu và cs, 2013) đã xây dựng một mô hình cộng gộp để mơ tả sự sinh trƣởng của vi tảo Scenedesmus sp. trong nƣớc thải thứ cấp dƣới ảnh hƣởng tổng hợp của nitơ,
nghiệm đã dự đoán đƣợc rằng năng suất sinh khối tối đa của tảo đạt 20g/m2/d. Đồng thời, từ mô phỏng thực nghiệm, mơ hình cũng đề xuất rằng để tối ƣu hóa năng suất, cƣờng độ ánh sáng nên đƣợc duy trì ở 16000 lux, chiều sâu cột nƣớc là 0,2m và thời gian lƣu của nƣớc nên là 5,2 ngày. Tƣơng tự, Franz (Franz và cs, 2012) cũng quan tâm đến yếu tố nhiệt độ, cƣờng độ ánh sáng, dinh dƣỡng và thêm CO2 trong mơ hình sinh trƣởng của vi tảo. Mơ hình đã cho thấy một cách hợp lý sự khác nhau về năng suất của vi tảo thu đƣợc khi đƣợc nuôi cấy ở các khu vực địa lý khác nhau (đặc trƣng bởi điều kiện khí hậu khác nhau). Bên cạnh đó, nhóm tác giả cũng đã đề xuất hệ thống nuôi phù hợp cho các khu vực nhằm đảm bảo tối ƣu điều kiện cho tảo sinh trƣởng. Một số nghiên cứu khác tƣơng tự có thể kể đến đƣợc tổng hợp trong bảng sau:
Bảng 3.5. Một số nghiên cứu áp dụng mơ hình dạng cộng gộp
Nguồn Công thức Các yếu tố
Kunikane và cs, 1984 N, P Haario và cs, 2009 N, P, ánh sáng, nhiệt độ Filali và cs, 2011 CO2,,ánh sáng He và cs, 2012 CO2, ánh sáng
Tóm lại, mơ hình sự sinh trƣởng của vi tảo đƣợc xây dựng trong nghiên cứu này đảm bảo phù hợp về mặt lý thuyết.