Giáo trình Quản lý chất lượng nước ao nuôi thủy sản

Nội dung text: Giáo trình Quản lý chất lượng nước ao nuôi thủy sản

1. QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC AO NUÔI THỦY SẢN Water Quality for Pond Aquaculture Claude E. Boyd Bộ môn Khai thác và Nuôi trồng thủy sản Đại học Auburn, Alabama 36894 Hoa kỳ Lược dịch: Trương Quốc Phú Vũ Ngọc Út
2. MỤC LỤC CÁC QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI CHẤT LƯỢNG NƯỚC 1 NHIỆT ĐỘ 1 QUANG HỢP VÀ HÔ HẤP 3 VẬT CHẤT TRONG NƯỚC 6 Chất hữu cơ 9 NỘNG ĐỘ MUỐI VÀ TỔNG CHẤT RẮN HÒA TAN 9 TỔNG ĐỘ KIỀM VÀ TỔNG ĐỘ CỨNG 10 ĐỘ A-XÍT 11 TIÊU HAO OXY SINH HÓA HỌC VÀ HÓA HỌC 12 ĐỘ TRONG 13 CHLOROPHYLL-A VÀ NĂNG SUẤT SINH HỌC SƠ CẤP 13 CHẤT RẮN LƠ LỬNG, ĐỘ ĐỤC VÀ MÀU NƯỚC 14 pH 15 OXY HÒA TAN 17 Khả năng hòa tan 17 Ảnh hưởng lên đối tượng nuôi 20 Phiêu sinh vật và oxy hòa tan 21 Trầm tích đáy và oxy hòa tan 26 Thức ăn và oxy hòa tan 26 NITƠ 27 Hấp thu của thực vật 27 Phân hủy nitơ trong vật chất hữu cơ 28 Nitrate hóa 28 Phản nitrate hóa 29 Sự bay hơi của ammonia 29 Tóm tắt 30 PHỐT-PHO 30 Phân hủy phốt-pho trong ao 30 Phản ứng với bùn 30 Tóm tắt 31 ĐẤT AO 32 KẾT CẤU CỦA ĐẤT 32 SỰ TRAO ĐỔI CATION 33 ĐỘ PHÈN (ĐỘ AXÍT) 33 CHẤT HỮU CƠ VÀ QUÁ TRÌNH OXY HÓA-KHỬ 35 ĐẤT AO VÀ NĂNG SUẤT NUÔI 37 QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC 38 BÓN PHÂN 38 Phân hóa học 38 Phân hữu cơ 41 Cải tạo ao 41 BÓN VÔI 41 CÁC CHẤT ĐỘC 43 Dioxyt carbon 43 Ammonia 43 Nitrite 45 H2S 46 SỤC KHÍ CƠ HỌC 47 ii
3. SỰ LUÂN CHUYỂN CỦA NƯỚC 50 XỬ LÝ KHÁC 51 Chế phẩm vi sinh 52 Thuốc tím (permanganat kali) 52 Chất kết tủa 52 Khử trùng 53 Xử lý nền đáy ao 53 KIỂM SOÁT THỰC VẬT THỦY SINH 54 KIM LOẠI NẶNG 55 THUỐC TRỪ SÂU 56 TÍNH TOÁN LIỀU XỬ LÝ 56 PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG NƯỚC 57 THU MẪU NƯỚC 58 CÁC LOẠI KIT PHÂN TÍCH 58 ĐỘ TRONG 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 iii
4. Chất lượng nước bao gồm tất cả các yếu tố vật lý, hóa học và sinh học ảnh hưởng đến việc sử dụng nước. Trong nuôi thủy sản thường quan tâm đến tính chất của nước ảnh hưởng đến tỉ lệ sống, sinh sản, sinh trưởng hoặc quản lý cá hay các sinh vật nuôi theo hướng có lợi. Có nhiều yếu tố chất lượng nước nhưng chỉ có vài yếu tố thường đóng vài trò quan trọng. Người nuôi thủy sản nên điều khiển các yếu tố đó bằng các biện pháp kỹ thuật. Ao nuôi có chất lượng nước tốt sẽ cho năng suất cao và tôm cá khỏe hơn so ao nuôi có chất lượng nước kém. Hiểu biết về các nguyên lý về chất lượng nước sẽ giúp người nuôi xác định được tiềm năng của thủy vực, cải thiện điều kiện môi trường ao nuôi, tránh hiện tượng sốc liên quan đến bệnh và ký sinh trùng và sản xuất hiệu quả hơn. Những công trình khoa học và sách về động thái và quản lý chất lượng nước ao thì khá chi tiết và mang tính kỹ thuật. Vì vậy, Boyd và Lichtkopper (6) soạn sách hướng dẫn ngắn gọn về những khía cạnh lớn vế chất lượng nước ao và phương pháp quản lý cho người nuôi thủy sản. Ấn phẩm đó rất phổ biến nhưng hiện nay không còn xuất bản nữa. Sách này là một bản sửa đổi từ sách của Boyd và Lichtkopper. Nó bao gồm nhiều yếu tố chất lượng nước quan trọng như: nồng độ muối, pH và độ kiềm, oxy hòa tan, phiêu sinh vật, dinh dưỡng và sự chuyển hóa độc chất. Nó giải thích các yếu tố liên quan của sử dụng phân bón, thức ăn đến sự gia tăng sản lượng nuôi. Nó cũng thảo luận đến việc cải thiện chất lượng nước thông qua biện pháp sục khí và các biện pháp khác. Tất cả các khía cạnh chất lượng nước và quản lý nước không thể trình bày trong một quyển sách nhỏ. Những thiếu sót có thể góp ý với Boyd (2) hoặc Boyd và Tucker(7). CÁC QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI CHẤT LƯỢNG NƯỚC NHIỆT ĐỘ Các loài nước ấm sinh trưởng tốt nhất ở nhiệt độ 25-32oC. Ở vùng nhiệt đới vĩ độ thấp, nhiệt độ nước thường biến động trong khoảng đó quanh năm, nhưng nhiệt độ rất thấp vào mùa đông làm chậm s ự sinh trưởng của các loài sinh vật nuôi nước ấm và sinh vật làm thức ăn của chúng. Với lý do này, quá trình cho ăn và bón phân được ngừng hoặc giảm vào mùa đông trong thời tiết ôn đới. Nhiệt độ ảnh hưởng lên các quá trình hóa học và sinh học. Nhìn chung, tốc độ phản ứng hóa học và sinh học tăng gấp đôi khi tăng nhiệt độ 10oC. Có nghĩa rằng thủy o o sinh vật sẽ tiêu thụ O2 gấp đôi ở 30 C so với 20 C và phản ứng hóa học sẽ gấp 2 lần o o nhanh hơn ở 30 C so với 20 C. Do đó, nhu cầu O2 hòa tan của thủy sinh vật cao hơn trong nước ấm s o với nước lạnh. Xử lý hóa chất cho ao cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Trong nước ấm phân bón hòa tan nhanh hơn, thuốc diệt cỏ có tác dụng nhanh hơn, thuốc cá phân hủy nhanh hơn và tỉ lệ tiêu thụ O2 của sinh vật phân hủy hữu cơ lớn hơn. 1
5. Trong ao, nhiệt xâm nhập vào ơ bề mặt và tầng nước mặt nóng nhanh hơn tầng nước sâu. Bởi vỉ tỉ trọng của nước (khối lượng trên đơn vị thể tích) giảm khi nhiệt độ tăng trên 4oC, nước tầng mặt trở nên quá ấm và nhẹ, chúng không thể hòa trộn với nước lạnh, nặng ở tầng sâu. Sự phân chia của nước ao thành lớp nước ấm và nước lạnh riêng biệt được gọi là hiện tượng phân tầng. Phía trên, lớp nước ấm được gọi là tầng mặt (epilimnion) và phía dưới, lớp nước lạnh được gọi là tầng sâu (hypolimnion). Lớp nước thay đổi nhiệt độ nhanh giữa tầng mặt và tầng sâu được gọi là tầng biến nhiệt (thermoline). Không khí Gió 0 Tầng mặt Gió là n ước xáo trộn Nước ấm 1 Tầng giữa Nhiệt độ giảm nhanh 2 Tầng sâu Nước lạnh 3 4 20 25 30 35 Nhiệt độ (oC) Hình 1: Sự phân tầng nhiệt trong một ao tươ ng đối sâu 6:00 am Vào ban ngày không khí ấm và nước 3:00 pm tầng mặt ấm hơn nước tầng sâu Vào cuối buổi chiều và đêm không khí lạnh và nước tầng mặt lạnh hơn nước tầng sâu 0 0,5 1,0 1,5 24 26 28 30 32 34 36 Nhiệt độ (oC) Hình 2: Sự phân tầng và phá vỡ phân tầng nhiệt trong ngày ở ao nuôi thủy sản cạn 2
6. Nhiệt độ trong ao phân tầng nhiệt được trình bày ở Hình 1. Trong vùng ôn đới, những ao lớn có thể phân tầng trong mùa xuân và duy trì phân tầng đến mùa thu. Trong ao nhỏ, cạn ở vùng ôn đới và vùng nhiệt đới sự phân tầng thường diễn ra hàng ngày. Vào ban ngày, nước tầng mặt ấm tạo thành lớp nước riêng biệt. Vào ban đêm, lớp nước mặt bị lạnh đi bằng nhiệt độ của lớp nước phía dưới và hai lớp nước hòa trộn với nhau (Hình 2). Thảo luận rộng hơn về sự phân tầng có thể tìm thấy trong bất kỳ sách về h ồ ao học. Trong một vài trường hợp thời tiết, nước tầng mặt có thể đạt đến 35oC hoặc hơn. Nhiệt độ này trên mức tối ưu cho hầu hết các loài nước ấm, nhưng sinh vật có thể trú ẩn ở tầng nước sâu. Cá và giáp xác thì chịu đựng kém với sự thay đổi nhiệt độ đột ngột. Không nên chuyển chúng đột ngột thả chúng vào nước có nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn. Thông thường sự thay đội nhiệt độ đột ngột khoảng 3 hay 4oC sẽ gây sốc hoặc gây chết sinh vật. Ảnh hưởng thường trầm trọng hơn khi chuyển sinh vật từ lạnh sang ấm. Bởi vì nhiệt độ tăng khi độ cao giảm nên phải điều chỉnh nhiệt độ khi chuyển sinh vật từ vùng có độ cao (altitude) cao đến vùng có độ cao thấp.Thủy sinh vật có thể chịu đựng sự thay đổi từ từ của nhiệt độ. Thí dụ, tăng nhiệt độ vài oC trong vài giờ sẽ không gây ảnh hưởng đến sinh vật, nhưng chuyển chúng từ n ơi nhiệt độ thấp và thả đột ngột vào nơi có nhiệt độ cao hơn vài độ chúng có thề chết. QUANG HỢP VÀ HÔ HẤP Trong ao, thực vật là nguồn vật chất hữu cơ đầu tiên cung cấp thức ăn cho động vật thủy sinh. Thực vật có khả năng sử dụng CO2, nước, muối dinh dưỡng và ánh sáng để sản xuất ra vật chất hữu cơ ở dạng đường đơn (C6H12O6) và O2 được tạo thành như một sản phẩm phụ. Quá trình này được gọi là quang hợp, carbon vô cơ trong CO2 bị khử thành carbon hữu cơ trong đường. Năng lượng ánh sáng (ánh sáng mặt trời) được chuyển hóa thành năng lượng hóa học của đường. Sơ lược phản ứng quang hợp như sau: Năng lượng mặt trời + 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 Phân tử đường đơn được sản xuất từ thực vật xanh qua quang hợp gân như là toàn bộ năng lượng dùng cho sinh vật sống. Cả thực vật và động vật đều phụ thuộc vào quá trình quang hợp sản xuất ra năng lượng. Phân tử đường đơn cũng là nền tảng cho những hợp chất hữu cơ phức tạp. Thực vật tổng hợp carbohydrate phức tạp (tinh bột, cellulose ), protein, mỡ, vitamin và các hợp chất khác từ đường sản xuất trong quá trình quang hợp. Thực vật cũng xây dựng mô của chúng từ các hợp chất đó và dùng đường chuyển hóa từ quang hợp như một nguồn cung cấp năng lượng. Động vật không thể sản xuất ra vật chất hữu cơ. Chúng phải ăn trực tiếp thực vật 3
7. hoặc động vật ăn thực vật. Tất cả năng lượng, dinh dưỡng và vật chất cấu trúc cần thiết của động đật có nguồn gốc từ thực vật. Bảng 1: Nồng độ của các nguyên tố điển hình trong nước ao và tr ong thực vật ph ù du ( TVPD ) TVPD Nhân tố hàm Nguyên tố Nước (ppm) (ppm khối lượng ướt) lượng C 10 9500 950 N 0,1 1600 16000 P 0,005 165 33000 S 2,5 125 50 Cl 5,0 25 5 Ca 10,0 100 10 Mg 2,0 50 25 K 1,0 150 150 Na 3,0 1050 350 Fe 0,1 30 300 Mn 0,05 15 300 Zn 0,005 1,25 250 Cu 0,005 3,0 600 B 0,02 0,7 35 Hô hấp là một quá trình cơ bản thứ 2 trong nuôi trồng thủy sản. Quá trình hô hấp, vật chất hữu cơ kết hợp với O2 (oxy hóa) giải phóng ra nước, CO2 và năng lượng. Tế bào thực vật và động vật có khả n ăng hấp thu một số năng lượng giải phóng ra từ quá trình oxy hóa để dùng nó cho các hoạt động sống. Phần còn lại mất ở dạng nhiệt. Đứng trên quan điểm sinh thái, hô hấp thì ngược với quang hợp. C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Năng lượng nhiệt Trong quá trình quang hợp CO2 bị khử thành carbon hữu cơ, hấp thụ năng lượng và giải phóng O2, trong khi quá trình hô hấp carbon hữu cơ bị oxy hóa thành CO2, giải phóng năng lượng và hấp thụ O2. Về mặt sinh hóa học, quá trình quang hợp và quá trình hô hấp là 2 quá trình hoàn toàn riêng biệt, nhưng về sinh thái thì quang hợp và hô hấp có thể được nghĩ là phản ứng đảo ngược. Khi quá trình quang hợp nhanh hơn hô hấp, oxy sẽ tăng và CO2 sẽ giảm. Đây là tình trạng thường xảy ra ban ngày. Vào ban đêm, quá trình quang hợp ngừng nhưng quá trình hô hấp thì diễn raca3 này và đêm. Vì vậy, vào ban đêm oxy giảm và CO2 tăng. chuỗi thức ăn hay lưới thức ăn trong một ao nuôi thủy sản (Hình 3) khởi đầu là thực vật. Trong ao, thực vật mong muốn nhất là thực vật phù du. Sinh vật này là loài tảo hiển vi lơ lửng trong nước. Tảo thường có màu xanh, nhưng đôi khi có màu xanh 4
8. lam, vàng, đỏ, đen hoặc nâu. Khi nước ao có chứa đủ tảo để làm đổi màu, nó được gọi là “tảo nở hoa” hay tổng quát hơn là “phiêu sinh nở hoa”. Tảo có thể sinh trưởng ở đáy ao nơi có đủ ánh sàng cho quá trình quang hợp. Tảo có thể bị ăn bởi các loài động vật nhỏ hay được gọi là động vật phù du. Gộp chung thực vật phù du và động vật phu du thì gọi là sinh vật phù du. Sinh cật phù du chết, mảnh vở của chúng tạo thành xác hữu cơ (detritus) làm thức ăn cho vi khuẩn, nấm và sinh vật khác. Xác hữu cơ lắng tụ xu ống đáy ao; chúng làm giàu cho đất với chất hữu cơ. Đáy ao nuôi dưỡng một quân thể vi khuẩn, nấm, tảo và các sinh vật nhỏ được gọi là sinh vật đáy. Côn trùng thủy sinh thì phong phú trong ao chúng ăn sinh vật phù du, sinh vật đáy hoặc xác hữu cơ. Ở những vùng nước cạn trong ao với nước trong, thực vật lớn (macrophyte) có thể phát triển. Thực vật lớn có thể phát triển nổi trên mặt nước ao và cấu trúc to lớn của chúng gây tăng nghẽn thủy vực; vì vậy, thực vật lớn thường không mong muốn có trong ao nuôi thủy sản. Tùy thuộc vào loài động vật nuôi chúng có thể ăn sinh vật phù du, sinh vật đáy, xác hữu cơ, côn trùng thủy sinh, cá nhỏ và giáp xác hoặc ăn nhiều loại thức ăn. Một số loài ăn thực vật lớn, như loài cá trắm cỏ có thể được dùng để khống chế thực vật lớn trong ao. Phytoplankton Zooplankton Côn trùng Cá Rô phi Detritus Phytoplankton Côn Cá thái Cá Zooplankton trùng dương chẽm Detritus Phytoplankton Côn trùng Cá Zooplankton chẽm Detritus Sinh vật đáy Chuổi thức ăn của đại dương Bột cá Cá hồi, Thức ăn viên Tôm Sản phẩm Bột thực vật nông nghiệp Hình 3: Lưới thức ăn trong ao nuôi thủy sản 5
9. Để là m tăng năng suất ao nuôi, cần thiết phải làm tăng số lượng thức ăn. Điều này có thể thực hiện bằng cách cải thiện điều kiện để tăng năng suất thực vật phu du, chúng sẽ lần lượt làm tăng năng suất của các loài sinh vật làm thức ăn tự nhiên khác. Thông thường, cần thiết cung cấp dinh dưỡng vô cơ nào đó ở dạng phân chuồng hoặc phân bón hóa học để làm tăng sự sinh trưởng của thực vật phù du. Dĩ nhiên trong nuôi thủy sản, thức ăn chế biến cung cấp cho ao nuôi thường có chuổi thức ăn ngắn. Hơn nữa, thức ăn chế biến cho năng suất cao hơn so với bón phân, nhưng cho ăn thức ăn chế biến không làm thay đổi sự phụ thuộc của nuôi thủy sản với thực vật. Thức ăn nuôi thủy sản thường được chế biến từ sản phẩm của thực vật hoặc từ sản phẩm của động vật được chuyển hóa từ thực vật trên cơ sở chuỗi thức ăn. Thực vật phù du thì vô cùng quan trọng trong sự thay đổi hàm lượng O2 trong ao. Bởi vì sự phát triển của thực vật phu du được tăng cường bởi dinh dưỡng từ phân bón và thức ăn, hàm lượng oxy biến động lớn xảy ra giữa ngày và đêm. Thực vật phù du nở hoa quá mức có thể dẫn đến làm cạn kiệt oxy, gây số hoặc gây chết sinh vật nuôi vào ban đêm và hàm lượng oxy vượt quá bão hòa trên mặt nước vào ban ngày. Chất lưọng nước trong ao bị chi phối lớn bởi sự phong thú của tảo và sự cân bằng giữa quang hợp và hô hấp. VẬT CHẤT TRONG NƯỚC Vật chất vô cơ hòa tan trong nước bao gồm hầu hết nguyên tố trong vỏ trái đất và + + 2+ 2+ - 2- - trong khí quyển. Bảy ion (Na , K , Ca , Mg , Cl , SO4 và HCO3 ) thường chiếm 95% hoặc hơn của khối lượng các ion hòa tan trong nước. Những ion khác (thí dụ, 3- + - PO4 , NH4 , NO3 ) thì vô cùng quan trọng cho sinh vật mặc dù hàm lượng của chúng tương đối thấp. Sự sinh trưởng của thực vật đòi hỏi nhiều nguyên tố vô cô. Hầu hết các loài cần ít nhất các nguyên tố sau: C, H, O, N, S, P, Cl, B, Mo, Ca, Mg, Na, K, Zn, Cu, Fe và Mn. Tảo Khuê cần silic. Thực vật thủy sinh tạo ra oxy trong quá trình quang hợp và chúng hấp thu H từ trong nước. CO2 đi vào nước từ không khí và từ quá trình hô hấp của vi khuẩn phân hủy hữu cơ, thực vật sống và động vật trong nước. Các nguyên tố khác đi vào ao qua quá trình cấp nước, từ các chất khoáng không hòa tan ở đáy ao hoặc từ phân bón và thức ăn. Dĩ nhiên, một số tảo và vi khuẩn có khả năng cố định đạm. Tức là, chúng có thể hấp thu nitơ phân tử (N2) từ không khí hòa tan vào trong nước và chuyển hóa nitơ này thành nitơ hữu cơ chứa trong mô thực vật. Nitơ và phốt-pho rất có khả năng giới hạn sự sinh trưởng của thực vật hơn các nguyên tô dinh dưỡng khác. Hàm lượng điển hình của các yếu tố dinh dưỡng trong nước và trong sinh khối của thực vật phù du được trình bày ở Bảng 1. 6
10. Nhân tố hàm lượng (concentration factor) cho biết hàm lượng của mỗi nguyên tố được tích lũy bên trong thực vật phù du trên hàm lượng của nguyên tố đó trong nước. Thiếu nitơ và phốt-pho thì có liên quan đến nhu cầu của thực vật phu du hơn các các nguyên tố khác. Vì vậy, phân bón được đưa vào cho để cung cấp nguồn dự 3- - trữ tư nhiên về nitơ và phốt-pho. Ao nước lợ chứa hàm lượng lớn của SO4 , Cl , Ca2+, Mg2+, K+ và Bo hơn so với ao nước ngọt (Bảng 1). Tuy nhiên, hàm lượng của các yếu tố dinh dưỡng khác thì tương tự giữa ao nước ngọt và nước lợ và nitơ và phốt-pho cũng là dinh dưỡng then chốt cho sự màu mỡ của ao nước lợ. Sau nitơ và phốt-pho, carbon là nguyên tố quan trọng kế tiếp giới hạn năng suất sinh học trong ao nuôi. Nguồn carbon thì đặc biệt thấp trong môi trường acid và môi trường pH cao. Bón vôi nông nghiệp để trung hòa axít và tăng độ kiềm và nguồn carbon cho ao nhiễm phèn. Cách rẻ tiễn để cải thiện nguồn carbon trong nước có pH cao là bón phân hữu cơ quá trình phân hủy sinh ra CO2. Hàm lượng thấp của kim loại ít khi giới hạn sự sinh trưởng của thực vật, nhưng hàm lượng quá cao trong nước ô nhiễm có thể gây độc. Động vật thủy sinh cần đủ hàm lượng các ion để thỏa mãn nhu cầu thẩm thấu, sẽ được thảo luận sau, nhưng chúng không có nhu cầu nghiêm nhặt cho các ion riêng biệt. Hàm lượng cao của kim loại nặng có thể gây độc cho động vật thủy sinh. Hàm lượng oxy hòa tan trong nước là nhân tố quyết định đến sinh sản, sinh trưởng, sự tồn tại và khả năng kháng bệnh của động vật nuôi. Các dạng của các chất vô cơ khác nhau và khoảng thích hợp của chúng được trình bày ở Bảng 2. 7
11. Bảng 2: Khoảng hàm lượng thích hợp của các chất vô cơ hòa tan trong nước nuôi thủy sản Nguyên tố Dạng trong nước Hàm lượng mong muốn O O2 (oxy phân tử) 5-15 mg/L H H+ (-lg[H+] = pH) 7-9 N N2 (nitơ phân tử) Bão hòa hoặc thấp hơn + NH4 (ammonium) 0,2-2 mg/L NH3 (ammonia) < 0,1 mg/L - NO3 (nitrate) 0,1-10 mg/L - NO2 (nitrite) < 0,3 mg/L 3- S SO4 (sulfate) 5-100 mg/L H2S Không phát hiện C CO2 1-10 mg/L Ca Ca2+ 5-100 mg/L (nước ngọt) < 500 mg/L (nước lợ) Mg Mg2+ 5-100 mg/L (nước ngọt) < 1.500 mg/L (nước lợ) Na Na+ 0-100 mg/L (nước ngọt) <11.000 mg/L (nước lợ) K K+ 1-10 mg/L (nước ngọt) < 400 mg/L (nước lợ) - Bicarbonate HCO3 20-300 mg/L ( ao có cho ăn) 50-300 mg/L (ao cá rô phi và giáp xác) 2- Carbonate CO3 0-20 mg/L Cl Cl- 1-100 mg/L (nước ngọt) < 20.000 mg/L (nước lợ) 2- - P HPO4 , H2PO4 0,005-0,2 mg/L - Si H2SiO3, HSiO3 2-20 mg/L Fe Fe2+ 0 mg/L Fe3+ Vết Tổng Fe 0,05-0,5 mg/L Mn Mn2+ 0 mg/L MnO2 Vết Tổng Mn 0,05-0,2 Zn Zn2+ < 0,01 mg/L Tổng Zn 0,01-0,05 mg/L Cu Cu2+ 0,005 ng/L Tổng Cu 0,005-0,01 mg/L - B H3BO3, H2BO3 0,05-1 mg/L Mo MoO3 Vết Nồng độ muối Tổng tất cả các ion 50-2.000 mg/L (nước ngọt) 2.000-35.000 mg/L (nước lợ) Củng với các chất hữu cơ hòa tan, nước ao còn có thể chứa phù sa vô cơ lơ lửng. Các hạt phù sa thường vào ao trong nguồn nước cấp hoặc chúng lơ lửng trong nước do sóng hay dòng chảy gây ra do tác động của sục khí hay gió. Các hạt to sẽ lắng tụ trong đáy ao, nhưng một số hạt nhỏ có thể duy trình lơ lửng trong thời gian dài gây 8
12. đục nước. Độ đục do hạt đất thì không có lợi nó hạn chế sự xâ m n h ập của ánh sáng vào trong nước ở mức thấp hơn 20-25 cm. Chất hữu cơ Chất hữu cớ có khoảng biến động lớn trong nước. Các hợp chất hòa tan bao gồm đường, tinh bột, a-xít amin, polypeptide, protein, a-xít béo, tannin, a-xít humic, vitamin Những hạt lớn vật chất hữu cơ đang phân hủy được gọi là xác hữu cơ (detritus) cũng rất nhiều. Dĩ nhiên, sinh vật phù du và vi khuẩn cũng góp phần vào chất hữu cơ trong nước. Không dễ dàng để phân tích hợp chất hữu cơ cụ thể. Thông thường, tổng khối lượng vật chất hữu cơ hoặc tổng khối lượng hạt vật chất hữu trong nước được xác định. Khoảng thích hợp của hàm lượng vật chất hữu cơ thì không rõ ràng, nhưng nước ao thường chứa ít hơn 50 mg/L vật chất hữu cơ. Chất hữu cơ trong nước, đặc biệt sinh vật phu du gây đục nước. Độ đục do sinh vật phù du thì có lợi trong khi nước đục do hạt sét lơ lửng thì không có lợi. Ao tốt nhất khi nước đục do sinh vật phù du gây ra với tầm nhìn (độ trong) của nước nằm trong khoảng 20-40 c m. Ở mức này, thức ăn tự nhiên đầy đủ, oxy hòa tan cho động vật thủy sinh dồi dảo và ánh sáng không xâm nhập tới đáy ao gây ra sự phát triển của thực vật lớn (macrophyte). Thực vật lớn thủy sinh sống nổi như lục bình (Eichhornia crassipes), rau diếp (Pistia stratiodes), bèo tấm (Le mna s p.) không thể khống chế chúng bằng nước đục. NỘNG ĐỘ MUỐI VÀ TỔNG C HẤT RẮN HÒA TA N Tổng hàm lượng của tất cả các ion hòa tan là nồng độ muối. Trong nước ngọt, nồng độ muối thường được tính bằng mg/L. Trong vùng ẩm, nước lục địa thường chứa 50-250 mg/L nồng độ muối. Nước với nồng độ muối lớn hơn 500 mg/L thường không thích hợp cho mục đích sử dụng và nồng độ muối lớn hơn 1.000 mg/L sẽ có vị mặn. Ở vùng khô cằn và ngay cả vùng ẩm trong mùa khô, nước nội địa có thể trở nên mặn. Thí dụ, ao nội địa ở vùng khô cằn như Miền tây Úc hoặc Miền tây nước Mỹ thường có nồng độ muối 3.000-5.000 mg/ L. Hầu hết cá nước ngọt có thể sống tốt trong nước có nồng độ muối đến 2.000 mg/L; một số loài chịu đựng nồng độ muối cao hơn. 9
13. Hình 4: Mối quan hệ gia lượng mưa và nồng độ muối trong ao tôm, Guayaquil, Ecua dor Trong ao nước lợ, nồng độ muối thay đổi phụ thuộc nồng độ muối của nguồn nước. Nước đại dương thường có nồng độ muối khoảng 35.000 mg/L, nhưng nước vùng cửa sông có thể tương tự như nước ngọt trong mùa mưa và nồng độ muối cao hơn trong mùa khô. Một số cửa sông kín nồng nộ muối cao hơn nước biển trong mùa khô bởi vì ion bị cô đặc do bốc hơi. Nồng độ muối giảm ở vùng xa cửa sông và nồng độ muối có thể phân tầng ở đáy s âu của cửa sông. Thông thường, nồng độ muối của nước lợ được tính bằng phần ngàn thay vì mg/L. Một phần ngàn là 1.000 mg/L. Loài nước lợ có thể chịu đựng sự biến động lớn của nồng độ muối. tôm biển như Penaeus vannamei và P. monodon có thể được nuôi thành công ở ao ven biển vượt quá khoảng nồng độ muối 1-40 phần ngàn. Tuy nhiên, hầu hết nông dân nuôi tôm muốn nồng độ muối khoảng 20-25 phần ngàn trong ao của họ. Nồng độ muối biến động hàng năm trong ao tôm ở Ecuador được trình bày ở Hình 4. Chú ý rằng nồng độ muối thì liên quan đến lượng mưa. Tổng nồng độ của các chất hòa tan trong nước là tổng chất rắn hòa tan. Thông thường, nồng độ muối và tổng chất rắn hòa tan thì tương tự. TỔNG ĐỘ KIỀM VÀ TỔNG ĐỘ CỨNG Tổng hàm lượng bazơ trong nước tính bằng mg/L của CaCO3 là tổng độ kiềm. Ba zơ trong nước bao gồm hydroxide, ammonia, borate, phosphate, silicate, bicarbonate và carbonate, nhưng trong hầu hết nước ao, bicarbonate và carbonate được có hàm lượng cao hơn các bazơ khác. 10
14. Tổng độ kiềm trong nước có nguồn gốc từ sự hòa tan của đá vôi trong đất, vì vậy hàm lượng tổng độ kiềm được xác định đầu tiên qua tính chất của đất. Thí dụ, ao ở vùng đất cát thường có tổng độ kiềm dưới 20 mg/L, trong khi ao ở vùng đất đá vôi có tổng độ kiềm trên 100 mg/L. Các nhân tố khác như nhau, tổng độ kiềm vùng cô cằn sẽ cao hơn vùng ẩm ướt. Mức độ dinh dưỡng của nước ao tăng với sự gia tăng tổng độ kiềm đến ít nhất 150 mg/L. Tuy nhiên, ao với tổng độ kiềm trên 20 mg/L có thể năng suất cá và động vật thủy sinh khác cao. Nếu độ kiềm dưới 20 mg/L cần thiết phải bón vôi. Tổng hàm lượng của tất cả ion dương hóa trị 2 trong nước tính bằng mg/L của CaCO3 là tổng độ cứng. Can-xi va Ma-giê là các ion dương hóa trị 2 ưu thế trông gần như tất cả loại nước ao. Theo quy luật chung, độ cứng giống độ kiềm chúng, chúng có nguồn gốc từ sự hòa tan của đá vôi. Khi đá vôi hòa tan, nó cho một lượng bằng nhau của độ cứng và độ kiềm Trong hầu hết nước, tổng độ cứng và tổng độ kiềm tương đương nhau. Tuy nhiên, một số ngoại lệ được tìm thấy. Ở vùng khô căn carbonate hầu như bị kết tủa khi nồng độ muối tăng và điều này gây nên độ kiềm thấp hơn độ cứng. Trong nước a-xít cao, độ cứng thường lớn hơn độ kiềm bởi vì bicarbonate bị trung hòa bởi a-xít nhưng ion độ cứng vẫn duy trì. Ở một số vùng bờ biển, nước giếng ngầm có thể có độ kiềm cao hơn độ cứng bởi vì trao đổi của Na và Ca trong tầng nước ngầm. Nước giếng ngầm loại này được gọi là được làm mềm tự nhiên. Khi nước như thế được dùng để cấp cho ao, quá trình quang hợp có thể gây ra pH cao. Một số thí dụ về tổng độ kiềm, tổng độ cứng và pH trong nước ao từ các vùng khí hậu khác nhau được trình bày ở Bảng 3. Khoảng thích hợp của tổng độ cứng là tương đương với tổng độ kiềm. Bảng 3: Tổng độ kiềm, tổng độ cứng và pH trong nước ở các vùng khác nhau Tình trạng ao Tổng độ kiềm Tổng độ cứng pH (mg/L) (mg/L) Sáng Chiều Vùng ẩm, đất a-xít 5-15 5-20 6,5-7,5 8,5-9,5 Vùng ẩm, đất đá vôi 75-250 75-250 7,5-8,5 8,0-9,0 Vùng khô cằn 150-300 200-700 7,5-8,5 8,5-9,5 Cấp nước từ nước 100-500 5-20 8,0-8,5 9,0-11,0 ngầm mềm tự nhiên Nước lợ 75-125 1.000-6.000 7,5-8,0 8,5-9,0 ĐỘ A-XÍT CO2 có tính a-xít nhưng thường không làm giảm pH của nước dưới 4,5. Nước có pH thấp chứa a-xít khoáng mạnh - thường là a-xít sulfuric. Nước như thế không có tính kiềm, không thích hợp cho nuôi thủy sản. 11
15. A-xít khoáng trong nước là giá trị đo của tổng a-xít tính bằng mg/L của CaCO3 tương tương. Có thể nghĩ rằng độ a-xít khoáng như là độ kiềm â m, bởi vì nó thể hiện lượng CaCO3 cần thêm vào nước để làm tăng pH đến điểm mà Ca CO3 nhiều hơn sẽ gây nên tính kiềm. TIÊU HAO OXY SINH HÓA HỌC VÀ HÓA HỌC Tỉ lệ oxy tiêu thụ bởi phiêu sinh vật và vi khuẩn trong mẫu nước ao được đo để xác định tiêu hao oxy sinh hóa học. Mẫu nước nguyên hay pha loãng được ủ trong điều kiện tối trong 5 ngày ở nhiệt độ 20oC. Lượng oxy trong nước mất đi trong giai đoạn ủ là tiêu hao oxy sinh hóa học (BOD). Ao nuôi thủy sản điển hình có giá trị BOD từ 5-20 mg/L. BOD càng cao khi mức độ giàu vật chất hữu cơ càng lớn. Mặc dù BOD thường được đo trong nước ao nhưng khoảng thích hợp thì không được xác định rõ. Oxy giảm đến mức nguy hiểm trong ao không sục khí khi BOD quá 20 mg/L. Tiêu hao oxy hóa học được đo bằng cách chuyển hóa tất cả chất hữu cơ trong mẫu nước thành CO2 và nước nhờ sự oxy hóa của K2Cr2O7 và a-xít H2SO4. Lượng K2Cr2O7 được sử dụng trong quá trình oxy hóa được đo và lượng oxy tương đương với K2Cr2O7 là tiêu hao oxy hóa học (COD). Thí dụ, nếu mẫu nước có COD là 50 mg/L, thì cần 50 mg/L oxy để oxy hóa hoàn toàn chất hữu cơ. COD là một chỉ số cho mức độ giàu hữu cơ của nước ao. COD của nước ao có thể biến động từ dưới 10 đến 200 mg/L. Thông thường thì biến động từ 40-80 mg/L. BOD và COD thường không được sử dụng nhiều trong quản lý ao nuôi thủy sản, nhưng chúng thường được dùng trong việc đánh giá mức độ của chất ô nhiễm trong nước thải. Bởi vì mối quan tâm gần đây là sự ảnh hưởng của chất thải lên thủy vực mà chất thải đổ vào, quản lý môi trường được mong đợi trở thành vấn đề lớn trong nuôi trồng thủy sản. Vì vậy, người nuôi thủy sản nên hiểu biết về BOD và COD. 12
16. Hình 5: Đĩa secchi ĐỘ TRONG Đĩa secchi là một đĩa có đường kính 20 cm được sơn đen trắng xen kẽ nhau trên mỗi phần tư đĩa (Hình 5). Nó được làm nặng ở dưới đáy và cột ở giữa phí trên mặt đĩa một dây đo. Độ sâu mà ở đó không còn nhìn rõ đĩa là độ trong của nước. Rõ ràng, cần phải tiêu chuẩn hóa quá trình đo độ trong. Trong nhiều thủy vực có mối liên quan lớn giữa độ trong và mật độ sinh vật phù du. Bởi vì mật độ sinh vật phù du tăng, độ trong giảm. Tuy nhiên, nếu nước chứa nhiều chất gây đục từ hạt sét hay xác hữu cơ thì độ trong không liên quan đến mật độ thực vật phù du. Mối quan hệ tổng quát giữa độ trong và điều kiện của sinh vật phù du được trình bày ở Bảng 4. CHLOROPHYLL-A VÀ NĂNG SUẤT SINH HỌC SƠ CẤP Có thể đo hàm lượng chlorophyll-a và dùng no như một chỉ số về mức độ phong phú của thực vật phù du. Nhìn chung, hàm lượng chlorophyll-a tăng, mật độ thực vật phù du tăng. Ao nuôi thủy sản tốt thường có hàm lượng chlorophyll-a khoảng 50-200 µg/L (0,05-0,2 mg/L) Năng suất sinh học sơ cấp thì được tính trên số lượng vật chất hữu cơ cố định được bởi quá trình quang hợp. Trong ao, thực vật phù du thường là sinh vật sản xuất vật chất hữu cơ lớn nhất. Năng suất sinh học sơ cấp thường được tính băng g/m2/ngày. Mặc dù, tài liệu về nuôi thủy sản rất nhiều về chlorophyll-a và năng suất sinh học sơ 13
17. cấp, nhưng khó có thể đo được hai yếu tố này trong nuôi thủy sản. Đo độ trong là một phương pháp đơn giản để đánh giá mức độ phong phú của thực vật phù du. CHẤT RẮN LƠ LỬNG, ĐỘ ĐỤC VÀ MÀU NƯỚC Thuật ngữ đục cho biết nước chứa vật chất lơ lửng làm ngăn cản sự truyền ánh sáng. Trong ao nuôi thủy sản, độ đục tạo ra do sinh vật phù du thì có lợi, trong khi độ đục gây ra do hạt sét lơ lửng thì không có lợi. Hạt sét lơ lửng ít khi đủ cao trong nước đến mức gây hại cho động vật. Nếu ao nhận nước rửa trôi mang nhiều bùn và sét, bùn sẽ lắng tụ dưới đáy ao che phủ trứng cá và sinh vật đáy. Hạt sét mịn hơn lơ lửng trong nước gây cản trở sự xâ m n h ập của ánh sáng và giới hạn sự sinh trưởng của thực vật. Hạt sét gây đục dai dẳng giới hạn độ trong là 30 cm hoặc thấp hơn ngăn cản sự nở hoa của phiêu sinh vật. Phương pháp để khống chế độ đục do hạt sét sẽ được thảo luận sau. Một số ao nhận một lượng lớn vật chất từ thực vật từ lưu vực của chúng. Chất chiết từ xác thực vật (humate) thường làm nước có màu. Màu từ chất chiết của xác thực vật thường có màu tối là cho nước có màu giống màu trà hay cà phê nhạt. Nước ao với hàm lượng humate cao thì có tính a-xít và tổng độ kiềm thấp. Mặc dù màu nước không gây ảnh hưởng bất lợi đến động vật một cách trực tiếp, nó chỉ gây hạn chế ánh sáng và làm giảm s ự sinh trưởng của thực vật. Sử dụng vôi nông nghiệp có thể loại bỏ humate từ nước tự nhiên. Ngoài màu, nước còn có váng (scum), bọt (foam) và bong bóng (bubble) và những vật chất khác trên bề mặt. Vắng thường do tảo nổi. Bọt thường do protein trong nước và bóng bóng là do oxy quá bão hòa hoặc khí metan, CO2 vác chất khí khác sinh ra từ s ự phân hủy vật chất hữu cơ. Bảng 4: Mối quan hệ của độ trong và điều kiện của thực vật ph ù du nở hoa Độ trong (cm) Chú thích Nhỏ hơn 20 Ao quá đục. Nếu ao quá đục với thực vật phù du, sẽ có trở ngại do hàm lượng oxy hòa tan thấp. khi nước đục do hạt đất lơ lửng, năng suất sinh học sẽ thấp 20-30 Độ đục quá mức 30-45 Nếu nước đục do thực vật phu du thì ao có điều kiện tốt 45-60 Thực vật phù du thấp Lớn hơn 60 Nước quá trong, năng suất sinh học thấp, nguy hiểm từ cỏ thủy sinh Chất rắn lơ lửng gây đục nước được đo bằng khối lượng của tổng vật chất giữ lại khi nước ao đi qua giấy lọc mịn. Hàm lượng chất rắn lơ lửng thường biến động trong khoảng 10-50 mg/L, nhưng hàm lượng sẽ cao hơn xảy ra trong ao rất đục. độ đc được xác định bằng lượng ánh sáng bị hấp thụ bởi nước. Thiết bị được gọi 14
18. nephelometer hoặc turbidimeter được dùng để đo độ đục. Độ đục trong ao thường bến động trong khoảng 10-50 NTU. Người nuôi thường ít khi đo chất rắn lơ lửng hay độ đục; họ dựa vào độ trong để đánh giá độ được của nước ao. Người nuôi thì không không thường quan sát và ghi nhận màu của nước. Màu do chất lơ lửng và chất hòa tan gây nên, khi màu thay đổi điều kiện chất lượng nước đặc biệt là quần xã thực vật phù du cũng thay đổi. Một số nông dân quan sát ao của họ đủ để dự đoán sự ổn định của nước cho cá nuôi qua độ trong, màu nước và tình trạng của ao. pH Độ pH được định nghĩa là trừ logarit của nồng độ ion H+: pH = - log [H+] Đơn giản hơn pH thể hiện tính a-xít và bazơ của nước. Thực tế, nước với pH bằng 7 được cho không có tính a-xít và không có tính bazơ; nó được gọi là trung tinh. Nước có pH dưới 7 thì có tính a-xít. Nước có pH trên 7 thì có tính bazơ. Thang đo pH mở rộng từ 0-14; pH của nước càng khác với giá trị 7 thì càng có tính a-xít hay bazơ. Bảng 5: Ảnh hưởng của pH trong ao cá và giáp xác pH Ảnh hưởng 4 Điểm chết a-xít 4-5 Không sinh sản 5-6 Sinh trưởng chậm 6-9 Sinh trưởng tốt nhất 9-11 Sinh trưởng chậm 11 Điểm chết bazơ Độ pH của hầu hết ao nước ngọt thì trong khoảng 6-9, và trong một ao xác định thường có sự biến động pH ngày-đêm 1-2 độ. Ao nước lợ thường có giá trị pH khoảng 8-9 và sự biến động pH ngày-đêm nhỏ hơn trên ao nước ngọt. Sự biến động pH theo ngày-đêm là kết quả của sự thay đổi tỉ lệ quang hợp của thực vật phù du và các loài thực vật khác trong chu kỳ sáng vào ban ngày. CO2 có tính thể hiện qua phương trình sau: - + CO2 + H2O = HCO3 + H Nếu nồng độ CO2 tăng, nồng độ ion H+ tăng và pH giảm. Ngược lại, nếu nồng độ + CO2 giảm, nồng độ ion H giảm và pH tăng. Vì vậy, khi thực vật phù du hấp thụ CO2 từ trong nước khi có ánh sáng, pH của nước tăng. Vào ban đêm, CO2 không được hấp thụ bởi thực vật phù du, nhưng tất cả sinh vật trong ao đều thải CO2 qua hô hấp. Bởi vì CO2 tích lũy trong nước vào ban đêm, pH giảm. Chu kỳ biến động 15
19. pH theo ngày đêm được minh họa trong Hình 6. Biến động pH ngày-đêm thì không luôn luôn lớn như trình bày trong hình này, nhưng khoảng biến động pH lớn khi thực vật phù du phong phú. Ao có tổng độ kiềm vừa hoặc cao thường có giá trị pH cao hơn vào sáng sơm so với ao có tổng độ kiệm thấp. Tuy nhiên, khi thực vật phù du phong phú, pH cao hơn nhiều vào buổi chiều xảy ra trong ao có độ kiềm thấp so với ao có độ kiềm cao hơn. Điều này là do khả n ăng đệm của độ kiềm cao. Ảnh hưởng trực tiếp của pH lền cá và giáp xác được trình bày ở Bảng 5. Tuy nhiên, có ngoại lệ với các ảnh hưởng này. Thí dụ, một số loài cá ở sông Amazon sống và sinh sản trong nước có pH 4-4,5. Trong nước mặt, pH trên 9 xảy ra trong thời gian ngắn thường không gây hại cho các đối tượng nuôi. Hình 6: Biến động pH theo ngày đêm trong ao nuôi cá Nơi pH của nước ao quá thấp, có thể bón vôi để cải thiện pH. pH thấp thường xảy ra hơn pH cao. Điều nàu là may mắn vì không có cách chắc chắn để làm giảm pH. Thông thường sự cố a-xít trong ao không gây ảnh hưởng trực tiếp lên sinh trưởng, sinh sản hoặc sự sống, nhưng có ảnh hưởng của độ kiềm thấp và bùn a-xít lên năng suất của sinh vật phù du và sinh vật đáy. Dĩ nhiên, sự ảnh hưởng được phản ánh qua năng suất của cá và loài sinh vật nuôi khác. Ở một số vùng ven biển, đất chứa 1-5% lưu huỳnh ở dạng pyrite . Đất như thế gọi là đất phèn tiềm tàng. Nếu ao được xây dựng trên đất như thế, phèn tiềm tằng bị phơi bày ra không khí trên các đê hoặc bờ, sự oxy hóa đất phèn có thể tạo thành a-xít sulfuric. A-xít này có thể chảy vào trong 16
20. ao gây nên pH vô cùng thấp. Pyrite sắt thường kết hợp với than đá trầm tích và s ự tiêu nước từ khai thác than đá cũng có thể chứa a-xít sulfuric từ sự oxy hóa pyrite gây giảm thấp pH. OXY HÒA TAN Oxy hòa tan là yếu tố chất lượng nước quan trong trong ao nuôi. Người nuôi cần hiểu kỹ nhân tố ảnh hưởng của hàm lượng oxy hòa tan trong nước ao. Họ cũng cần có nhận thức của hàm lượng oxy hòa tan thấp lên sinh vật nuôi. Khả năng hòa tan Khí quyển chứa 20,95% o xy. Ở áp suất tiêu chuẩn (760 mm thủy ngân), áp lực của oxy trong không khí là 159,2 mm (760 x 0,2095). Áp lực của oxy trong không khí chuyển oxy vào nước đến khi áp lực của oxy trong nước bằng với áp lực oxy trong không khí. Khi áp lực oxy trong nước và không khí bằng nhau, oxy hòa tan được gọi là cân bằng hay bão hòa. Độ hòa tan của oxy ở mức bão hòa trong điều kiện áp lục không khí tiêu chuẩn ở nhiệt độ khác nhau được cung cấp ở Bảng 6. Chú ý rằng, hàm lượng oxy hòa tan bão hòa giảm rõ rệt khi nhiệt độ nước tăng. Hàm lượng oxy hòa tan bão hòa cũng giảm khi nồng độ muối tăng, nhưng ảnh hưởng này thì không lớn đối với khoảng nồng độ muối cho nuôi thủy sản nước ngọt. Khi nồng độ muối cao, nước giữ ít oxy hòa tan hơn nồng độ muối thấp. Hàm lượng oxy hòa tan bão hòa giảm khi áp lực không khí giảm. Sự biến động áp lực không khí ở một vị trí xác định có thể không được chú ý, nhưng sự biến động áp lực khí theo độ cao phải được tính toán khi sử dụng số liệu ở Bảng 6. Nếu biết áp lực ở một nơi đặc biệt cho dù không biết độ cao nơi đó, việc hiệu chỉnh số liệu trong Bảng 6 có thể được thực hiện theo phương trình: DOc =DOt [BP/760] Trong đó: DOc = hàm lượng oxy bão hòa hiệu chỉnh DOt = hàm lượng oxy bão hòa ở Bảng 6 BP = áp lực khí nơi đo Khi không biết áp lực khí, sự thay đổi áp lực ước chừng theo sự tăng độ cao như sau: 0-600 m, áp lực khí giảm 4% mỗi 300m; 600-1.500 m, áp lực khí giảm 3% mỗi 300 m; 1.500-3.000 m, áp lực khí giảm 2,5% mỗi 300 m. Thí dụ, giả định độ cao của mặt nước ao là 250 m và nhiệt độ n ước là 30oC. Áp lực khí ước đoán là: 760 – 760 [(250 x 0,03)/ 300] = 741 mm Ở 30 oC và áp lực khí 760 mm, hàm lượng oxy hòa tan bão hòa là 7,54 mg/L (Bảng 6). Hà m lượng oxy hòa tan bão hòa thực sự ở mặt ao là: 17
21. DOc = 7,54 [741/760] = 7,35 mg/ L Áp lực ở một điểm trong ao bị ảnh hưởng bởi độ sâu của điểm dưới mặt nước. Khối lượng của nước phía trên điểm đó gọi là áp lực thủy tĩnh và tổng áp lực là áp lực thủy tĩnh cộng với áp lực khí. Độ bão hòa oxy ở một điểm là một hàm của tổng áp lực. Vì vậy, độ bão hòa oxy tăng khi độ sâu tăng. Khoảng tăng áp lực cùng với sự tăng độ sâu là 73,42 mm Hg/m. Vi vậy, nếu áp lực khí là 760 mm Hg và độ sâu là 1 m, tổng áp lực là 760 + 73,42 = 833,42 mg Hg. Ao nuôi thủy sản thì cạn và ảnh hưởng của độ sâu lên độ bão hòa oxy thường không được chú ý. 18
22. Bảng 6: Độ hòa tan của oxy (mg/L) trong nước ở nhiệt độ và nồng độ muối khác nhau từ không khí ẩm với áp lực 760 mm Hg. Theo Colt (9) Nhiệt độ Độ m ặn, phần ngàn (ppt) (°C) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 14,602 14,112 13,638 13,180 12,737 12,309 11,896 11,497 11,111 1 14,198 13,725 13,268 12,825 12,398 11,984 11,585 11,198 10,815 2 13,813 13,356 12,914 12,487 12,073 11,674 11,287 10,913 10,552 3 13,445 13,004 12,576 12,163 11,763 11,376 11,003 10,641 10,291 4 13,094 12,667 12,253 11,853 11,467 11,092 10,730 10,380 10,042 5 12,757 12,344 11,944 11,557 11,183 10,820 10,470 10,131 9,802 6 12,436 12,036 11,648 11,274 10,911 10,560 10,220 9,892 9,573 7 12,127 11,740 11,365 11,002 10,651 10,311 9,981 9,662 9,354 8 11,832 11,457 11,093 10,742 10,401 10,071 9,752 9,414 9,143 9 11,549 11,185 10,833 10,492 10,162 9,842 9,532 9,232 8,941 10 11,277 10,925 10,583 10,252 9,932 9,621 9,321 9,029 8,747 11 11,016 10,674 10,343 10,022 9,711 9,410 9,118 8,835 8,561 12 10,766 10,434 10,113 9,801 9,499 9,207 8,923 8,648 8,381 13 10,525 10,203 9,891 9,589 9,295 9,011 8,735 8,468 8,209 14 10,294 9,981 9,678 9,384 9,099 8,823 8,555 8,295 8,043 15 10,072 9,768 9,473 9,188 8,911 8,642 8,381 8,129 7,883 16 9,858 9,562 9,276 8,998 8,729 8,468 8,214 7,968 7,730 17 9,651 9,364 9,086 8,816 8,554 8,300 8,053 7,814 7,581 18 9,453 9,174 8,903 8,640 8,385 8,138 7,898 7,664 7,438 19 9,261 8,990 8,726 8,471 8,222 7,982 7,798 7,521 7,300 20 9,077 8,812 8,556 8,307 8,065 7,831 7,603 7,382 7,167 21 8,898 8,641 8,392 8,149 7,914 7,685 7,463 7,248 7,038 22 8,726 8,476 8,233 7,997 7,767 7,545 7,328 7,118 6,914 23 8,560 8,316 8,080 7,849 7,626 7,409 7,198 6,993 6,794 24 8,400 8,162 7,931 7,707 7,489 7,277 7,072 6,872 6,677 25 8,244 8,013 7,788 7,569 7,357 7,150 6,950 6,754 6,565 26 8,094 7,868 7,649 7,436 7,229 7,027 6,831 6,641 6,456 27 7,949 7,729 7,515 7,307 7,105 6,908 6,717 6,531 6,350 28 7,808 7,593 7,385 7,182 6,984 6,792 6,606 6,424 6,248 29 7,671 7,462 7,259 7,060 6,868 6,680 6,498 6,321 6,148 30 7,539 7,335 7,136 6,943 6,755 6,572 6,394 6,221 6,052 31 7,411 7,212 7,018 6,829 6,645 6,466 6,293 6,123 5,959 32 7,287 7,092 6,903 6,718 6,539 6,364 6,194 6,029 5,868 33 7,166 6,976 6,791 6,611 6,435 6,265 6,099 5,937 5,779 34 7,049 6,863 6,682 6,506 6,335 6,168 6,006 5,848 5,694 35 6,935 6,753 6,577 6,405 6,237 6,074 5,915 5,761 5,610 36 6,824 6,647 6,474 6,306 6,142 5,983 5,828 5,676 5,529 37 6,716 6,543 6,374 6,210 6,050 5,894 5,742 5,594 5,450 38 6,612 6,442 6,277 6,117 5,960 5,807 5,659 5,514 5,373 39 6,509 6,344 6,183 6,025 5,872 5,723 5,577 5,436 5,297 40 6,410 6,248 6,091 5,937 5,787 5,641 5,498 5,360 5,224 19
23. Thực vật phát triển trong ao sản sinh oxy qua quá trình quang hợp vào ban ngày, thực vật có thể sản xuất oxy rất nhanh làm cho hàm lượng oxy tăng trên bão hòa. Nước chứa oxy hòa tan cao hơn mức bão hòa ở áp lực khí và nhiệt độ nhất định được gọi là quá bão hòa. Nước cũng có thể chứa oxy hòa tan dưới mức bão hòa là điều kiện phổ biến. Hô hấp bởi sinh vật trong ao có thể gây giảm mức oxy hòa tan; oxy hòa tan giảm dưới mức bão hòa vào ban đêm. Kho oxy hòa tan dưới mức bão hòa, có sự chuyển động thực sự của phân tử oxy từ không khí vào nước. Oxy hòa tan ở mức bão hòa, số lượng phân tử oxy ra khỏi nước bằng với số lượng phân tử oxy đi vào; không có sự chuyển động thực sự của phân tử oxy. Sự chuyển động thực s ự của phân tử oxy từ nước ra không khí xảy ra khi nước có hàm lượng oxy hòa tan quá bão hòa. Sự khác biệt giữa áp lực oxy trong nước và trong không khí càng lớn, chuyển động thực của phân tử oxy càng lớn. Mức độ bão hòacu3a oxy hòa tan trong nước thường được tính bằng phần trăm bão hòa. Phương trình để tính phần trăm bão hòa. Phần trăm bão hòa (%) = (DO trong nước/ DO bão hòa) x 100 Thí dụ, nếu áp lực khí là 760 mg, nhiệt độ nước là 20oC và hàm lượng oxy hòa tan là 11,0 mg/L, phần trăm bão hòa là (11,0 /9,08) x 100 = 121,1%. Ảnh hưởng lên đối tượng nuôi Ảnh hưởng của hàm lượng oxy hòa tan trong ao nuôi thủy sản được tóm tắt ở Bảng 7. Hà m lượng oxy hòa tan có giảm rất thấp gây chết sinh vật nuôi. Tuy nhiên, ảnh hưởng bất lợi của oxy hòa tan thấp thường gây giảm sinh trưởng và sự nhạy cảm với bệnh lớn hơn. Trong ao có hàm lượng oxy thấp thường xuyên, sinh vật sẽ ít ăn và chúng sẽ không chuyển hóa thức ăn một cách hiệu quả như ở ao nuôi có hàm lượng hòa tan bình thường. Khí quá bão hòa cũng có thể gây hại cho sinh vật nuôi. Bệnh bọt khí là kết quả của sự hình thành bọt khí trong máy. Điều này có thể xảy ra khi sinh vật ở trong nước quá bão hòa khí bị đột ngột chuyển sang nước có hàm lượng khí dưới mức bão hòa. Máu quá bão hòa khí dưới điều kiện khí quá bão hòa, nhưng ở nồng độ khí hòa tan thấp khí quá bão hòa sẽ tạo thành bọt khí. Các bọt khí gây ảnh hưởng bất lợi trên các cơ quan khác nhau và các quá trình sinh lý. Trường hợp phổ biến nhất gây quá bão hòa khí là nước rơi từ trên đập cao, khí rò rỉ vào mặt hút của máy bơm và chuyển đột ngột sinh vật từ nước lạnh sang nước ấm hơn. Quang hợp có thể gây quá bão hòa oxy ở tầng mặt của ao, nhưng điều này thường không gây hại cho sinh vật. Chúng có thể di chuyển đến nơi sâu hơn nơi hàm lượng oxy hòa tan thấp hơn và hàm lượng oxy bão hòa cao hơn. 20
24. Phiêu sinh vật và oxy hòa tan Ánh sáng xuyên qua nước ao và bị tắt rất nhanh và tỉ lệ tắt tăng khi số lượng hạt vật chất (độ đục) trong nước tăng. Quá trình quang hợp xảy ra nhanh nhất ở tầng nước mặt và hàm lượng oxy hòa tan giảm theo độ sâu. Sinh vật phù du nở hoa làm giảm sự xâ m n h ập của ánh sáng và lượng ánh sáng có thể dùng cho quang hợp ở độ sâu nhất định thì tương ứng với số lượng sinh vật phù du. Trong ao có nhiều sinh vật phù du hàm lượng oxy hòa tan có thể fall to 0 mg/L ở độ sâu 1,5 m hoặc 2 m (Hình 7). Bởi vì điều này nên tốt nhất là sử dụng ao tương đối cạn (1-1,5 m) để nuôi thủy sản nơi có thời tiết và nguồn nước cấp cho phép. Dĩ nhiên, trong vùng có mùa khô dài thì có thể không thể duy tri đủ mức nước sâu trong ao cạn. Hình 7: Ảnh hưởng của độ sâu lên hàm lượng oxy hòa tan trong ao với số lượng sinh vật phù du khác nhau 21
25. Hình 8: Ảnh hưởng của thời gi an và mật độ sinh vật phù du lên hàm lượng oxy hòa tan ở tầng mặt Hàm lượng oxy hòa tan thể hiện trong một chu ký ngày đêm. Hàm lượng oxy hòa tan thấp nhất xảy ra lúc bình minh. Vào ban ngày có ánh sáng, quang hợp làm hàm lượng oxy hòa tan tăng và hàm lượng oxy hòa tan đạt mức cao nhất vào buổi chiều. Vào ban đêm, quá trình quang hợp ngừng các sinh vật trong ao tiếp tụ sử dụng oxy làm cho hàm lưng oxy hòa tan giảm. Chu kỳ ngày đêm của oxy hòa tan thì dễ nhận thấy trong ao tảo phát triển quá mức (Hình 8). Ảnh hưởng của chu kỳ ngày đêm của oxy hòa tan lên sinh trưởng của đối tượng thủy sản thì chưa rõ, nhưng hầu hết người nuôi cho rằng sinh trưởng sẽ tốt khi hàm lượng oxy hòa tan không dưới 25-30% bão hòa vào ban đêm và không duy trì mức thấp này quá 1-2 giờ. 22
26. Hình 9: Ảnh hưởng của mây lên hàm lượ ng oxy hòa tan trong ao Thời tiết nhiều mây có thể ảnh hưởng đến hàm lượng oxy hòa tan được minh họa ở Hình 9. Kết quả này là do thời tiết nhiều mây làm giảm tốc độ quang hợp do ánh sáng hạn chế, nhưng nó ít hoặc không ảnh hưởng đến hô hấp. Ảnh hưởng của thời tiết nhiều mây thì dễ thấy hơn ở ao có thực vật phù du nở hoa so với ao ít sinh vật phù du. Tóm lại, bởi vì tỉ lệ phân bón và thức ăn tăng trong ao nuôi thủy sản, sự phong phú của thực vật phù du tăng. Điều này làm năng suất nuôi cao hơn, nhưng cũng làm hàm lượng oxy hòa tan biến động lớn giữa ngày và đêm và giảm theo độ sâu. Nếu tỉ lệ bón phân và cho ăn quá cao, thực vật phù du nở hoa sẽ trở nên dày đặc làm s inh trưởng của sinh vật nuôi giảm hoặc sinh vật nuôi sẽ chết do hàm lượng oxy hòa tan thấp. Người nuôi phải điều chỉnh tỉ lệ bón phân và cho ăn để cho có đủ cà sinh vật phù du và oxy hòa tan cho năng suất cao. Bởi vì sự đáp ứng khác nhau của từng ao về phân bón và thức ăn nên không thể khuyến cáo riêng biệt, mức tối đa, an toàn của phân bón hoặc tỉ lệ cho ăn và thời gian thích hợp áp dụng cho tất cả ao nuôi. Người quản lý ao cần thiết quan sát mỗi ao nuôi cẩn thận và điều chỉnh phân bón và thức ăn cho thích hợp với từng ao. 23
27. Hình 10: Sự thay đổi mật độ thực vật phù du trong ao trước, trong và sau khi tàn Thực vật phù du trong ao có thể tàn đột ngột và bị phân hủy làm cạn kiệt oxy hòa tan. Một thí dụ về thực vật phù du tàn được trình bày ở Hình 10 và ảnh hưởng của tảo tàn lên hàm lượng oxy hòa tan được minh họa ở Hình 11. Hàm lượng oxy hòa tan không phục hồi trở lại bình thường cho đến khi thực vật phù du mới nở hoa trở lại. Hầu hết phytoplankton tàn bao gồm cả loài tảo lam. Trong thời tiết yên tĩnh, tảo lam thường tạo thành váng trên mặt ao. Ánh sáng mặt trời mạnh có thể đột ngột gây chết tảo trên váng. Tảo làm có hàm lượng nitơ cao trong mô của chúng, vì vậy chúng phân hủy rất nhanh. 24
28. Hình 11: Hàm lượng oxy hòa tan trong ao trước, trong và sau khi thực vật phù du tàn Hình 12: Ảnh hưởng của tỉ lệ cho ăn lên hàm lượng oxy hòa tan lúc bình minh và lên độ trong của ao 25
29. Thảm tảo sợi phát triển trên đáy ao, trong điều kiện nào đó, có thể nổi lên mặt nước ao và chết đi. Hiện tượng này cũng làm cạn kiệt oxy hòa tan. Trầm tích đáy và oxy hòa tan Mặc dù sinh vật phù du phong phú thường là nhân tố ưu thế trong động thái oxy hòa tan trong ao nuôi, trầm tích đáy cũng tiêu thụ oxy. Trầm tích đáy, đặc biệt là ao cũ nơi tích tụ số lượng trầm tích giàu hữu, có thể có nhu cầu oxy lớn. Có rất ít nghiên cứu về tỉ lệ tiêu thụ oxy hòa tan bởi đất ao, nhưng có bằng chứng rằng hô hấp bởi quần thể sinh vật đáy có thể lấy đi 2-3 mg/L oxy hòa tan trong nước ao trong 24 giờ. Thức ăn và oxy hòa tan Sự phong phú của thực vật phù du có thể được khống chế bởi cung cấp dinh dưỡng và hàm lượng oxy hòa tan được điều hòa trong phạm vi lớn bởi thực vật phù du. Thức ăn cung cấp cho sinh vật nuôi gây ra ô nhiễm nước ao bởi chất thải hữu cơ và vô cơ. Thức ăn thừa cũng phân hủy giải phóng dinh dưỡng vào trong nước. Vì vậy, sự phong phú của thực vật phù du và trở ngại do oxy hòa tan thấp tăng theo sự gia tăng tỉ lệ thức ăn. (Hình 12). Dẫn liệu này cho thấy rằng tỉ lệ cho ăn 40-50 kg/ha/ngày sẽ gây ra oxy hòa tan thấp hơn mức cho phép. Tỉ lệ cho ăn cao có thể được sử dụng trong ao nuôi nếu sục khí được áp dụng. Cá rô phi thì chịu đựng oxy thấp hơn các các loài cá khác và tỉ lệ cho ăn hơi cao có thể không có sục khí. Tỉ lệ chuyển hóa thức ăn được xác định là lượng thức ăn sử dụng chia cho sản lượng (khối lượng thu hoạch trừ cho khối lượng thả ban đầu). Thí dụ, giả định răng 1 ha có sản lượng là 5.000 kg cá và 9.000 kg thức ăn được sử dụng. tỉ lệ chuyển hóa thức ăn là: 9.000 kg thức ăn/ 5.000 kg cá = 1.80 Tỉ lệ chuyển hóa thức ăn thấp cho biết hiệu quả lớn hơn so với tỉ lệ chuyển hóa thức ăn cao. Quản lý tốt ao nuôi, tỉ lệ chuyển hóa thức ăn từ 1,5-2 có thể đạt được với hầu hết loài cá và giáp xác. Thức ăn nuôi thương phẩn thường chứa độ ẩm không quá 5-10%, nhưng hầu hết động vật thủy sinh thì có 75% nước. Tỉ lệ chuyển hóa thức ăn vật chất khô thì lớn hơn tỉ lệ chuyển hóa thức ăn tính bằng cách chia khối lượng tươi cho khối lượng thức ăn. Đối với cá nheo, 1.800 kg thức ăn có thể sản xu ất ra 1.000 kg cá tươi. Thức ăn có khoảng 92% vật chất khô, do đó vật chất khô cung cấp là 1.656 kg. Cá thí có khoảng 25% vật chất khô, do đó chúng chứa khoảng 250 kg vật chất khô. Tỉ lệ chuyển hóa thức ăn vật chất khô là 6,62. Vì vậy, 5,62 kg khối lượng khô tương đương của chất thải và thức ăn thừa trong ao trong suốt quá trình sản xuất ra 1.000 kh cá tươi. Vật chất khô này có chứa dinh dưỡng được giải 26
30. phóng ra nước ao bởi quá trình hô hấp và bài tiết và bởi quá trình phân hủy thức ăn thừa và phân cá. Dinh dưỡng này làm tăng năng suất sinh học của thực vật phù du và tạo thành vật chất hữu cơ trong hệ sinh thái ao bởi thực vật. Vì vậy, khi tỉ lệ cho ăn tăng, chất thải và dinh dưỡng nạp vào ao tăng. Nói cách khác, ao trở nên giàu dinh dưỡng hoặc nhiễm bẩn do tỉ lệ cho ăn tăng. Nếu tỉ lệ cho ăn quá cao, cá sẽ bị sốc do chất lượng nước quá xấu. Trở ngại về chất lượng nước đầu tiên xảy ra thường xuyên là hàm lượng oxy thấp vào sáng sớm. Trở ngại này có thể được giải quyết bằng sục khí, nhưng nếu tỉ lệ cho ăn đủ cao, hàm lượng ammonia có thể trở nên đủ cao gây độc. Mặc dù thí dụ là là đối với cá nheo, nguyên lý có thể áp dụng tốt cho ao nuôi các loài thủy sản khác. Một ảnh hưởng của cho ăn quá mức lên ao nuôi cá và giáp xác là làm tăng tỉ lệ chuyển hóa thức ăn. Bởi vì tỉ lệ cho ăn tăng, hàm lượng oxy hòa tan vào ban đêm giảm. Hà m lượng oxy hòa tan thấp kéo dài có ảnh hưởng xấu đến bắt mồi và trao đổi chất của cá và giáp xác, giá trị chuyển hóa thức ăn dường như tăng mạnh nếu tỉ lệ cho ăn tăng đến mức là m hà m lượng oxy hòa tan giảm thấp hơn 2-3 mg/L vào ban đêm. NITƠ Chu trình nitơ được trình bày ở Hình 13. Nitơ có thể đi vào ao nuôi từ không khí dạng nitơ phân tử (N2) , và một số phân t73 nitơ có thể được cố định trong chất hữu cơ nhờ tảo lam và vi khuẩn. Nước mưa rơi vào ao có chứa nitrate và vài dạng khác nhau của nitơ có thể đi vào ao qua cấp nước. Nitơ vô cơ có thể được đưa vào trong phân bón và nitơ hữu cơ trong thức ăn và phân hữu cơ. Trong ao, nitơ trải qua sự biến đổi từ hoạt động sinh học. Các hoạt động này sẽ được thảo luận sau. Hấp thu của thực vật Tất cả thực vật có thể dùng nitrate và ammonium, và như đã trinh bày ở trên, tảo lam có thể cố định nitơ. Thực vật phù du có thể hấp thu một lượng lớn ammonium và chúng là nhân tố chi phối hạn chế hàm lượng ammonia trong nước ao. Trong thực vật nitơ bị khử thành ammonia và kết hợp với carbon hữu cơ tảo thành a-xit amin. A-xít a min kế đến liên kết với nhau tao thành protein. Thực vật có thể được tiêu thụ bởi động vật và chúng có thể chết đi và trở thành xác hữu cơ. 27
31. + + - NH3 + H ⇔ NH4 NO2 N trong không khí - N trong động vật N trong thực vật NO3 Hình 13: Chu trình nitơ trong ao cá Phân hủy nitơ trong vật chất hữu cơ Một số vật chất hữu cơ chết (xác hữu cơ hoặc hạt vật chất nhỏ hơn trong đất và trong nướ) được tiêu thụ trực tiếp bởi động vật. Cuối cùng, hầu hết chất hữu cơ chết trở thành chất nền (thức ăn) cho vi sinh vật (vi khuẩn, khuẩn tia, nấm). Nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy hữu cơ là nhiệt độ, pH, nguồn oxy và bản chất của chất hữu cơ. Vi sinh vật phân hủy hữu cơ thí hiện diện trong tất cả ao và mật độ của chúng tăng khi vật chất hữu cơ tăng. Sự phân hủy vi sinh tăng cùng với sự tăng nhiệt độ đến 40oC và trong khoảng nhiệt độ này, nhiệt độ tăng 10 oC sẽ làm tốc độ phân hủy tăng gấp đôi. Sự phân hủy vật chất hữu cơ diễn ra nhanh ở pH 7-8. Vì vậy, trong ao a-xít dường như vật chất hữu cơ tích tụ trừ khi được bón vôi để cải thiện pH. Vật chất hữu cơ có hàm lượng nitơ cao so với hàm lượng carbon của nó (tỉ lệ C/N thấp) sẽ phân hủy nhanh hơn vật chất có tỉ lệ C/N cao. Ngoài ra, nhiều nitơ sẽ được giải phóng ra môi trường dạng ammonia nhờ vi sinh vật phân hủy khi chất nền có tỉ lệ C/N thấp. Nếu vật chất hữu cơ có nitơ thấp, sẽ không có đủ nitơ trong nó để hoàn thành quá trình phân hủy bởi vi sinh vật. Trường hợp này, vi khuẩn và vi sinh vật khác phải hấp thụ nitrate hoặc ammonia từ trong nước để sử dụng trong quá trình phân hủy vật chất hữu cơ. Loại bỏ nitơ trong môi trường bởi vi sinh vật làm thiếu hụt nitơ trong chất hữu cơ được gọi là sự hấp thụ nitơ. Nitrate hóa Ammonia giải phóng vào nước ao bởi quá trình phân hủy có thể được sử dụng bởi thực vật hoặc nó bị nitrate hóa thành nitrate bởi vi khuẩn hóa tự dưỡng. Sự oxy hóa 28
32. ammonium thành nitrite bởi vi khuẩn thuộc giống Nitrosomonas là bước đầu của quá trình nitrate hóa: + - + NH4 + 1 ½ O2 → NO2 + 2H + H2O Bước thứ 2, nitrite bị oxy hóa bởi vi khuẩn giống Nitrobacter: - - NO2 + 1½ O2 → NO3 Vi khuẩn này dùng năng lượng giải phóng từ sự oxy hóa ammonium thành nitrite để khử CO2 thành carbon hữu cơ. Nói cách khác, vi sinh vật này có thể sản xuất chất hữu cơ không bằng con đường quang hợp. Dĩ nhiên, lượng vật chất hữu cơ sản xuất bởi quá trình nitrate hóa trong ao thì nhỏ so với quá trình quang hợp. Quá trình nitrate hóa thì quan trọng trong việc làm giảm hà m lượng ammonia trong ao và điền này có lợi cho nuôi thủy sản bởi vì ammonia có khả năng gây độc. Tuy nhiên, quá trình nitrate hóa cũng có ảnh hưởng bất lợi đến chất lượng nước. Nó là một nguồn a-xít trong ao bởi vì ion H+ được giải phóng và nó sử dụng oxy vì nó cần oxy để oxy hóa ammonia Phản nitrate hóa Trong điều kiện thiếu oxy nhiều vi sinh vật có thể s ử dụng nitrate hay hợp chất nitơ oxy hóa khác như nguồn oxy và điện tử nhận hydro trong quá trình hô hấp. Vì vậy, sự phân hủy vật chất hữu cơ có thể diễn ra trong điều kiện thiếu oxy. Quá trình dị dỡng này được gọi là phản nitrate (khử nitơ) bởi ví khí N2 được giải phóng như là chất trao đổi và mất khỏi ao. Thí dụ, nitrate có thể bị khử thành nitrite, kế đó nitrite bị khử thành oxide nitơ và cuối cùng oxide nitơ bị khử thành khí N2. Về mặt sinh lý, quá trình này đúng nhất có thể được gọi là hô hấp nitrate. Phản nitrate xảy ra trong đất ao nơi có hàm lượng oxy hòa tan thấp. Phản nitra1te thì làm mất một lượng lớn nitơ trong ao và được tóm tắt qua phương trình: - 6NO3 + 5CH3OH → 5CO2 + 3N2 + 7H2O + 6OH Trong phương trình phản nitrate hóa ở trên, methanol được dùng làm nguồn carbon. Dĩ nhiên, nhiều hợp chất carbon hữu cơ có thể được dùng bởi vi khuẩn phản nitrate hóa. Sự bay hơi của ammonia Một số ammonia thoát khỏi ao trực tiếp vào không khí khi áp lực khí ammonia trong nước cao hơn áp lực khí ammonia trong không khí. Quá trình này xảy ra nhiều ở pH trên 9. Sự quan trọng của bay hơi ammonia trong cân bằng nitơ trong ao thì ít được biết đến, nhưng nó được cho rằng là không có ý nghĩa trong hầu hết các ao bởi vì pH thì không quá cao đủ để giúp làm mất nhanh vào không khí. 29
33. Tóm tắt Bởi vì t ỉ lệ cao nitơ tuần hoàn bên trong hệ sinh thái ao và sự cố định nitơ bởi tảo làm và vi khuẩn, không cần thiết sử dụng lượng lớn nitơ trong phân bón. Trong ao, một lượng lớn nitơ đi vào ao qua thức ăn và một lượng lớn ammonia đi vào nước từ sinh vật nuôi và từ quá trình phân hủy thức ăn thừa và phân (động vật). Vì vậy, mối quan tâm lớn trong ao nuôi thâm canh là sự tích lũy quá mức hàm lượng ammonia trong nước ao. PHỐT-PHO Hàm lượng phốt-pho trong nước ao thấp. Phốt-pho được đưa vào ao qua phân bón để kích thích thực vật phù du nở hoa, làm tăng sinh vật làm thức ăn tự nhiên và làm tăng năng suất nuôi. Trong ao có cho ăn, một phần phốt-pho trong thức ăn không được đồng hóa bởi sinh vật nuôi đi vào nước làm tăng năng suất thực vật phù du. Phân hủy phốt-pho trong ao Chu trình phốt-pho trong ao được minh họa ở hình 14. Khi phốt-phát được cung cấp qua phân bón hóa học, hàm lượng cao của phốt-phát sẽ lưu lại trong nước vài giờ hoặc vài ngày. Tuy nhiên, hàm lượng sẽ giảm nhanh vê mức ban đầu. Một số phốt- pho mất trong nước do thực vật và vi khuẩn hấp thụ. Thực vật phù du nở hoa quá mức có thể hấp thụ một lượng lớn phốt-pho. Tuy nhiên, phần lớn phốt-pho sẽ bị hấp thụ trong đất. Ngay cả phốt-pho ban đầu được thực vật phù du hấp thụ cuối cùng cũng bị khoáng hóa tứ vật chất hữu cơ và đi vào trong đất. Lượng phốt-pho đi vào ao từ nguồn tự nhiên, bao gồm giải phóng từ đất thì thường khá nhỏ ngay cả trong ao năng suất cao. Phốt-pho phải được cung cấp qua phân bón để duy trì năng suất. Phốt-pho trong phân hữu cơ được giải phóng khi phân được phân hủy bởi vi khuẩn. Lượng phốt-pho thu hoạch từ động vật thủy sinh thường thấp hơn 1/3 lượng phốt-pho cung cấp vào ao. Tuy nhiên, sinh khối động vật thu hoạch từ ao nuôi là mất phốt-pho nhiều nhất trong hệ sinh thái. Hầu hết phốt-pho đưa vào ao giữ lại trong ao ở dạng hợp chất phốt-phát không hòa tan trong đất. Không may, phốt-pho trong đất không thể dùng được đối với loài thực vật không có gốc trong ao. Phản ứng với bùn Phốt-pho vô cơ trong đất hoặc bùn xuất hiện ở dạng phốt-phát can-xi, phốt-phát sắt hay phốt-phát nhôm. Trong đất phèn, ion nhôm xuất hiện ở hàm lượng khá cao và phản ứng với phốt-phát để tạo thành phốt-phát nhôm không hòa tan theo phản ứng: 3+ - + Al + H2PO4 = AlPO4 +2H Ở cùng điều kiện pH, ion nhôm xếp trước ion sắt vài bậc trong bùn hiếu khí. Vì vậy, phốt-phát đầu tiên phản ứng với nhôm, nhưng sự tồn tại của phốt-phát sắt cho thấy 30
34. một số phốt-phát nhôm được chuyển thành phốt-phát sắt. Khi bùn trở nên yếm khí, phốt-phát sắt hòa tan và nước yếm khí ở đáy ao có thể có nhiều phốt-phát. Vì vậy, khi nước trở nên hiếu khí trở lại thì phốt-phát sắt sẽ kết tủa. Khi pH đất ao tăng, hàm lượng ion nhôm giảm, do đó, ít phốt-phát kết tủa dưới dạng phốt-phát nhôm. Nơi nào có pH từ 6-7, sự kết tủa của phốt-phát nhôm là nhân tố chi phối loại phốt- phát trong nước. Khi pH trong đất tăng, hàm lượng can-xi tăng và phốt-phát kết tủa dạng phốt-phát can-xi. Thời gian dài, phốt-phát can-xi bị chuyển hóa thành dạng khống apatic (đá phốt-phát) không hòa tan. Khi pH và hàm lượng can-xi cao apatic có thể kết tủa trực tiếp từ trong nước. Bùn cũng chứa phố-p ho h ữu cơ. Sự phân hủy vật chất hữu cơ nhờ vi sinh vật sẽ giải phóng phốt-phát mà sẽ thàm gia phản ứng với nhôm, sắt và can-xi. Thực vật phù du có thể hấp thụ nhanh phốt-phát từ trong nước, vì vậy một tỉ lệ lớn của phốt-pho cung cấp cho ao có thể đi vào tế bào thực vật phù du và thức đẩy sinh trưởng. Tế bào tảo có thể được tiêu thụ bởi động vật thủy sinh, nhưng hầu hết thì chết và lắng tụ xu ống đáy. Các nghiên cứu cho thấy khoảng 70% phốt-phát cung cấp vào ao qua phân bón hay thức ăn cuối cùng tìm thấy chúng trong bùn. Phốt-pho trong đất đáy ao thi cân bằng với phốt-pho trong nước, nhưng mặc dù vậy, hàm lượng phốt-pho trong nước rất thấp. Vì vậy, trầm tích ao dường như là chất lắng hơn là nguồn phốtphô. Xác hữu cơ Phốt-pho hữu cơ SV tiêu thụ Cấp vào hòa tan Mất TV phù du - Rửa trôi - Cấp nước - Tháo nước - Không khí Phốt-phát - Hoạt động - Xác T.vật Thực vật lớn của ĐV - Hoạt động - Thu hoạch của ĐV - Phân bón - Thức ăn Mất trong Hoạt động trầm tích vi sinh Hình 14: Chu trì phốt-pho trong ao nuôi cá Tóm tắt Phốt-phát phải được được cung cấp định kỳ thường xuyên qua bón phân nhằm duy trì mật độ mong muốn của thực vật phù du. Trong ao có cho ăn, sự phân hủy của 31
35. thức ăn thừa và phân động vật liên tục cung cấp phốt-pho cho nước. Sự hấp thụ bởi đất là một hiện tượng mong muốn trong ao có cho ăn bởi vì nó kiểm s oát hàm lượng phốt-pho trong nước và là một nhân tố quan trọng ngăn ngừa sự phát triển quá mức của thực vật phù du. Dĩ nhiên, nếu tỉ lệ cho ăn đủ lớn, hàm lượng phốt-pho dư thừa trong nước có thể trở nên đủ lớn gây trở ngại về thực vật phù du nở hoa cho dù đất hấp thụ. ĐẤT AO Đất đóng nhiều vai trò quan trọng trong ao nuôi thủy sản. Đất đáy ao và bờ ao đóng vai trò như lòng chảo chứa nước. Đất đáy ao giữ và phóng thích cả chất dinh dưỡng và vật chất hữu c và cũng là môi trường cho sinh vật đáy, thực vật và vi khuẩn phát triển. Những sinh vật này có thể làm nguồn thức ăn cho những sinh vật khác hoặc cá, và chúng cũng tái tạo lại chất dinh dưỡng và phân hủy vật chất hữu cơ. Một số loài thủy sản nuôi kiếm ăn trên nền đáy và một số làm tổ và đẻ trứng trên nền đáy ao. Bùn đáy ao có nguồn gốc từ bờ. Tuy nhiên, điều kiện đất trong đáy ao khác với điều kiện đất trên bề mặt, trên bờ. Vật chất hữu cơ bổ sung vào ao hoặc được tạo ra trong ao, vật chất rắn lơ lửng vào ao từ nước chảy tràn và các chất lơ lửng từ đáy ao do dòng chảy liên tục tích tụ trên đáy ao tạo thành lớp bùn đáy. Hàm lượng oxy hòa tan thường thấp dưới nền đáy và các quá trình phân hủy vật chất hữu cơ xảy ra thường chậm hơn so với trên bờ. Cũng như vậy, carbonat, hydroxyt sắt và phốt-phát trong nước thường kết tủa dưới nền đáy. Đáy ao là nơi tiếp nhận cuối cùng các dư lượng của vật chất được bổ sung vào hoặc tạo ra trong ao. Mô tả chi tiết về đất đáy ao được trình bày trong tài liệu của Boyd (1995). KẾT CẤU C ỦA ĐẤT Kết cấu của một loại đất là tỉ lệ của các hạt sỏi, cát, bùn và sét có trong đất. Phân tích kích thước hạt của đất nông nghiệp sẽ cho kết quả tỉ lệ của cát, bùn và sét và từ đó tên kết cấu của đất – ví dụ như đất mùn cát, mùn sét, có thể được ấn định với sự hỗ trợ của một tam giác đất (xem các giáo trình nào về đất). Tuy nhiên, trong nghiên cứu đất ao thì việc sử dụng hệ thống phân loại đất nông nghiệp thường không có giá trị. Mặt khác, cũng nên biết có bao nhiêu đất sét trong đất ao vì sét là phần đất xảy ra các phản ứng hóa học. Đất cũng chứa vật chất hữu cơ và vật chất hữu cơ như đất sét có phản ứng hóa học rất cao. Thường có khái niệm không đúng cho rằng đất ao nên chứa một lượng lớn đất sét để chống thẩm lậu. Đất dùng làm đáy ao và bờ ao nên chứa một ít sét nhưng với khoảng 10-20% là được, nếu đất đó có chứa hạt với nhiều kích thước khác nhau. Đất chứa 25% hoặc nhiều hơn nữa hạt sét thường rất dính và khó trải rộng và nén nện trong quá trình làm ao. Bờ ao đắp bởi loại đất này sẽ rất trơn. Quá trình phơi ao 32
36. và các bước xử lý khác với đáy ao có nhiều sét giữa các vụ nuôi cũng thường rất khó khăn. SỰ TRAO ĐỔI CAT IO N Các hạt keo của chất hữu cơ và khoáng sét trong đất ao có cực âm và hấp dẫn các cation xung quanh (ion dương). Có một sự cân bằng xảy ra giữa hàm lượng cation trong nước xung quanh các hạt đất và số lượng cation hấp thụ trên các hạt đất (Hình 15). Nếu một lượng lớn ion K được đưa vào nước có hệ cân bằng như mô tả ở Hình 15 thì hàm lượng ion K gia tăng trong nước sẽ phá vỡ sự cân bằng này. Để thiết lập lại các điều kiện cân bằng, ion K sẽ thay thế một số ion được hấp thụ trên bề mặt hạt đất và hàm lượng của tất cả các ion trong nước sẽ tăng lên. Hình 15: Trao đổi cation giữa đất và nước Cation trên các chất keo và nước xung quanh là các cation trao đổi và vị trí hấp thụ trên bề mặt keo đất được gọi là vị trí trao đổi. Một số cation được giữ chặt hơn một số khác trên bề mặt keo. Nhìn chung mức độ về lực hút giữa các cation với chất keo gia tăng theo số hoá trị của cation. Như vậy, ion Al (hoá trị +3) được giữ chặt hơn ion can-xi (hoá trị +2) và ion Ca được hút mạnh hơn ion K (hóa trị +1). Số lượng cation có thể được hấp thụ trên đất được gọi là khả năng trao đổi cation (CEC). CEC được đo bằng milli đương lượng cation trên 100g đất khô (meq/100 g). Như vậy, CEC của đất càng lớn thì khả năng trao đổi và giữ ion càng lớn. CEC của bùn đáy ao nằm trong khoảng nhỏ hơn 1 meq/100 g đến lớn hơn 100 meq/100 g. CEC tăng khi tỉ lệ sét, chất hữu cơ hoặc cả hai tăng. Một số loại đất sét có khả năng trao đổi cation lớn hơn một số loại khác. Đất ao với giá trị CEC từ 10-40 meq/100 g là tốt nhất cho nuôi trồng thủy sản. CEC là đặc tính tự nhiên của đất, thường không thể thay đổi được bằng việc xử lý ao. ĐỘ PHÈN (ĐỘ AXÍT) Các cation được hấp thụ trên bề mặt trao đổi trong đất là axít (ion Al3+, Fe3+ và H+) 2+ 2+ + + + hoặc bazơ (ion Ca , Mg , K , Na và NH4 ). Tỉ lệ của tổng khả năng trao đổi chiếm bởi các ion axít được gọi là độ không bão hòa bazơ. Trong hầu hết các loại 33
37. đất, số lượng nhỏ ion H+ hoặc Fe3+ sẽ xu ất hiện ở vị trí trao đổi. Ion axít chủ yếu là ion Al3+. Phản ứng axít của nhôm có thể được thấy như sau : 3+ + Al-đất = Al + 3H2O = Al (OH)3 +3H . Do độ không bão hòa bazơ của đất gia tăng nên một lượng nhỏ ion Al3+ đủ để phản ứng với nước và làm gia tăng ion H+. Vì thế pH đất giảm với sự gia tăng độ không bão hòa bazơ. Dùng vôi trung hòa tính axít trong bùn được minh họa ở Hình 16. Carbonate can-xi phản ứng với H+ và trung hòa chúng. Điều này làm giảm đi nồng độ H+ trong dung dịch và nhiều ion Al3+ được phóng thích ra từ trong đất. Ion Al3+ phóng thích từ đất 2+ + được thay thế bởi ion Ca tạo ra từ quá trình trung hòa H bằng CaCO3. Kết quả cuối cùng như sau: nhôm được loại ra khỏi đất và kết tủa dưới dạng hydroxyt nhôm; can-xi thay thế nhôm trong đất; độ không bão hòa bazơ của đất giảm; pH đất tăng. Hình 16: Trung hòa độ axít của đất băng carbonat can-xi Các ao đôi khi được xây dựng ở những vùng đã từng là những đầm lầy nước lợ trước đây. Khi các dòng sông với lượng lớn trầm tích được tống ra biển, lượng trầm tích này được tích tụ ở vùng gần bờ biển. Sau khi lượng tích tụ này vượt trên mức nước thấp trung bình, thảm thực vật bắt đầu hình thành. Do quá trình tích tụ tiếp tục, vùng ven biển dần dần bồi tụ và rừng ngập mặn phát triển. Trong rừng ngập mặn, rễ cây giữ lại các loại rác hữu cơ và vô cơ và sự phân hủy khối lượng lớn rác tạo ra môi trường yếm khí. Kết quả là vi khuẩn khử lưu huỳnh trở nên ưu thế và sun-phít hình thành bởi vi khuẩn tích tụ trong các khe hở trong bùn đáy dưới dạng H2S hoặc dạng kết hợp với sắt hình thành kết tủa của sun-phít sắt. Sun-phít sắt tiếp tục trải qua phản ứng hóa học tạo thành sắt di-sun-phít kết tinh để tạo thành py-rit sắt. 34
38. Chừng nào bùn đáy chứa pyrite vẫn còn bị ngập nước và yếm khí thì nó tồn tại tình trạng khử và ít thay đổi. Tuy nhiên, nếu được tháo cạn nước và phơi khô, quá trình oxy hóa xảy ra và axít sun-phua-ric được tạo ra. Phản ứng tóm tắt quá trình hình thành axít sun-phua-ric từ pyrite sắt như sau: 2- + FeS2 +3,75O2 + 3,5H2O Æ Fe (OH)3 + SO4 + 4H . Hydroxit sắt kết tinh dưới dạng một chất màu nâu đỏ trong nền đáy. Sau khi tháo cạn, nền đáy chứa pyrite được gọi là đất phèn tiềm tàng hoặc “đất sét mèo”. Dưới điều kiện hiếu khí đất phèn sẽ có pH dưới 4,0. pH của đất phèn thường sẽ giảm xuống đến 3 đơn vị khi phơi khô. Nhận dạng đất phèn tại hiện trường đôi khi có thể dựa vào mùi H2S từ nền đáy khi bị khuấy động, nhưng để đánh giá chính xác, nên đo pH trước và sau khi phơi khô. Trong ao, vấn đề phèn thường bắt nguồn từ bờ bao. Đáy ao thường ngập nước và yếm khí vì thế axít sulfuric không được tạo thành. Tuy nhiên, bờ bao khô và axít sulfuric hình thành trong suốt thời kỳ khô và chảy vào ao khi mưa. Phèn trên bờ có thể được kiểm s oát bằng việc bón vôi và tạo ra một màng phủ với những loài cỏ có khả năng chịu phèn. Rất may đất phèn không phải là vấn đề thường gặp trong các ao nước ngọt. CHẤT HỮU CƠ VÀ QUÁ TRÌNH OXY HÓA-KHỬ Chất hữu cơ tích tụ ở bề mặt giữa nước và đất và hoạt động của vi khuẩn rất mạnh trên lớp bề mặt. Do nước không di chuyển tự do trong nền đáy nên hoạt động vi khuẩn nhanh chóng làm giảm hà m lượng oxy trong nước ở nền đáy. Thường, điều kiện hiếu khí (có sự hiện diện của oxy) sẽ chỉ xảy ra ở vài mm lớp trên cùng của nền đáy. Khi hàm lượng oxy giảm, điện thế oxy hoá - khử giảm xuống và nhiều hợp chất bị khử. Một hợp chất được cho là bị khử khi một hoặc nhiều quá trình sau đây xảy ra: nó lấy được hydro, mất oxy hoặc trở thành điện tích âm. Một số hợp chất khử đặc trưng xảy ra trong bùn đáy bao gồm: - - NO3 thành NO2 - NO2 thành NH3 - NO2 thành N2 NH3 thành N2 Fe3+ thành Fe2+ Mn4+ thành Mn2+ 2- SO4 thành H2S CO2 thành CH4 (metan). 35
39. Dưới các điều kiện nhất định quá trình khử này có thể tự xảy ra khi không có oxy, nhưng thường được xúc tiến nhờ vi sinh vật. Dưới điều kiện yếm khí, điện tử và ion H+ được hình thành khi vi sinh vật phân hủy vật chất hữu cơ và không thể phản ứng với oxy. Vì thế, điện tử và ion H+ được phóng thích nhờ phản ứng với các hợp chất vô cơ oxy hóa. Dĩ nhiên, trong quá trình đó thì hợp chất vô cơ sẽ b ị khử. Sự phân hủy chất hữu cơ trong bùn gây ra điều kiện oxy hòa tan thấp và sự phân hủy liên tục chất hữu cơ s ẽ tạo ra sự khử của các hợp chất vô cơ. Vì vậy chất hữu cơ là nguồn năng lượng khử mà thường dẫn tới nồng độ nitrite, ammonia, sắt II (Fe2+), ion mangan hóa trị 2, H2S và metan cao trong bùn đáy. Thiếu oxy trong nền đáy có thể làm chậm lại tốc độ phân hủy chất hữu cơ chứ không làm ngừng quá trình phân hủy. Thật ra, yếm khí là điều kiện bình thường trong nền đáy ao, thường đất trong các ao nuôi thủy sản thường không tích tụ lượng lớn chất hữu cơ trừ khi các nguồn đầu vào chứa một lượng chất hữu cơ quá mức. Chẳng hạn, trong ao nếu bón một lượng lớn phân chuồng, đất đáy ao có thể tích tụ lượng lớn chất hữu cơ. Tuy nhiên, nếu lượng chất hữu cơ đưa vào trong ao quá lớn đến nỗi tình trạng hiếu khí không thể duy trì được ở bề mặt đất-nước thì sinh vật nuôi trong ao có thể bị tiếp xúc trực tiếp với các hợp chất khử và khí độc. Phản ứng của s ắt (Fe) trong nước là phương tiện để xác định xem tầng mặt của lớp bùn đáy có bị yếm khí hay không. Trong điều kiện thiếu oxy, sắt III (Fe3+) bị chuyển thành sắt II (Fe2+). Sắt II có màu nâu đen hoặc đen. Vì vậy khi thấy bề mặt của bùn đáy trở nên đen thì lúc đó nền đáy đang trong tình trạng yếm khí. Khi bề mặt nâu hoặc có màu tự nhiên của đất thì có sự hiện diện của oxy. Dĩ nhiên, nếu dỡ bỏ lớp bùn mặt hiếu khí, lớp bên dưới sẽ yếm khí và có màu đen. Tốt nhất là duy trì oxy hòa tan ở tầng trên cùng của lớp bùn đáy. Các sinh vật làm thức ăn cho cá sống trong bùn cần oxy và sự hiện diện của oxy trong bùn sẽ tránh được sự hình thành các hợp chất khử độc hại. Hàm lượng chất hữu cơ trong bùn đáy ao thường được chú ý đặc biệt. Tuy nhiên, việc đánh giá số liệu về hàm lượng chất hữu cơ trong đất ao thì không đơn giản. Do chất hữu cơ lắng tụ trên nền đáy, sau đó bị phân hủy và dần dần trộn lẫn với lớp bùn bên dưới bởi các quá trình lý học và sinh học, hàm lượng chất hữu cơ giảm rất nhanh theo độ sâu của nền đáy. Lớp trên cùng, lớp xốp xốp của bùn vừa lắng tụ có thể chứa đến 50% hoặc cao hơn chất hữu cơ nhưng hàm lượng hữu cơ của toàn bộ lớp 1-2 cm phía trên sẽ ít khi vượt quá 10% trừ những chỗ ao được xây dựng trên vùng đất có hàm lượng hữu cơ tại chỗ cao (đất hữu cơ). Khi chất hữu cơ phân hủy, hầu hết những chất dễ phân hủy được phân rã trước và những chất khó phân hủy sẽ tích tụ lại. Vì thế, rất nhiều dư lượng hữu cơ trong đất ao chứa chất kháng lại quá trình phân hủy. Nhu cầu oxy cao trong bùn đáy liên quan đến tỉ lệ đầu vào của vật chất hữu cơ tươi, dễ hủy hơn là số lượng chất hữu cơ dư tồn, khó phân hủy tích tụ 36
40. theo thời gian. Hiện tại, chúng ta không có phương pháp nào đáng tin cậy để phân biệt hai loại chất hữu cơ này. ĐẤT AO VÀ NĂNG SUẤT NUÔI Mặc dù rất ít thông tin về mối quan hệ giữa tính chất của bùn đáy ao với năng suất tôm cá nuôi nhưng có một nghiên cứu cho rằng tính chất của đất có vai trò quan trọng ảnh hưởng đến năng suất nuôi (xem Bảng 8). Mặc dù có sự tương quan giữa tính chất đất và năng suất cá, nhưng năng suất cá nuôi cao không thể được duy trì nếu không bón phân chuồng, phân vô cơ, cho ăn hoặc kết hợp cả ba. Bảng 8: Ảnh hưởng của tính chất đáy ao lên năng suất cá nuôi1,2 Các biến số Khoảng giới hạn Năng suất cá pH thấp hơn 5,5 thấp 5,5-6,5 trung bình 6,5-7,5 tối ưu 7,5-8,5 trung bình Hàm lượng lân sẵn có thấp hơn 3 mg/L thấp 3-6 mg/L trung bình lớn hơn 6 mg/L tối ưu Đạm hữu cơ thấp hơn 25 mg/L thấp 25-30 mg/L trung bình lớn hơn 75 mg/L tối ưu Carbon hữu cơ thấp hơn 0,5% thấp 0,5-1,5% trung bình 1,5-2,5% tối ưu lớn hơn 2,5% giảm 1Theo Banerjea 2Phân chuồng được bón vào ao 37
41. QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC BÓN PHÂN Phân hóa học Phân vô cơ (phân hóa học) là những hợp chất chứa đạm, lân và kali ở dạng đơn hay kết hợp. Những ví dụ về các loại phân vô cơ được liệt kê ở Bảng 9. Khi hai hoặc ba loại phân bón này được phối trộn với nhau, hỗn hợp này được gọi là phân hỗn hợp. Phân vô cơ được phân loại bởi hàm lượng chất dinh dưỡng từ thực vật, đạm được diễn tả dưới dạng N, lân dưới dạng P2O5 và kali dưới dạng K2O. Đạm hiện diện - + trong phân vô cơ dưới dạng nitrate (NO3 ), ammonium (NH4 ), hoặc urê 2- + ((NH2)2CO); lân hiện diện dưới dạng phốt phát (H2PO4 ); kali dưới dạng ion K . Một loại phân hỗn hợp với tỉ lệ 5-20-5 chứa 5% N, 20% P2O5 và 5% K2O. (Phân này không phải là loại phân tốt nhất bón cho ao, nó được sử dụng để minh hoạ). Số lượng 100 kg phân hỗn hợp 5-20-5 có thể được làm từ urê, super phốt-phát (TSP) và clorua kali (KCl). Trong 100 kg 5-20-5 có 5 kg N, 20 kg P2O5 và 5 kg K2O. Số lượng cần thiết cho các hỗn hợp phân vô cơ là: 5 kg N + 0,45 kg N/kg urê = 11,1 kg urê 20 kg P2O5 + 0,46 kg P2O5/kg TSP = 43,5 kg TSP 5 kg K2O + 0,60 kg K2O/kg KCl = 8,3 kg KCL Tổng hợp chất phân vô cơ = 62,9 kg Chất phụ gia (vôi nông nghiệp) = 37,1 kg Tổng cộng = 100,0 kg Hợp chất phân vô cơ phải được trộn với chất phụ gia thành 100 kg để phân hỗn hợp có được tỉ lệ N-P2O5-K2O thích hợp. Vôi nông nghiệp được bổ sung vào một hỗn hợp phân vô cơ như chất phụ gia. Ở ví dụ trên, 37,1 kg vôi nông nghiệp có thể được bổ sung dưới dạng chất phụ gia. Khi các loại phân vô cơ dạng hạt được rải trên bề mặt ao chúng sẽ chìm xuống ao trước khi hòa tan hoàn toàn. Phốt-phát trong phân bón chìm xuống đáy ao bị bùn hấp thụ rất mạnh và số lượng lớn còn lại không được hòa tan trong nước. Các loại phân bón dạng dung dịch có hiệu quả hơn phân bón dạng hạt bởi vì chúng không chìm lắng xuống nền đáy. Loại phân bón dạng dung dịch s ử dụng tốt là phân amôn poly-phốt-phát (từ 10-34-0 tới 13-27-0), nhưng các loại phân bón dạng dung dịch khác cũng thích hợp tương tự như phân này. Nếu không mua được loại phân bón dạng dung dịch tại chỗ thì cách tốt nhất là hòa tan phân hạt trong một thau nước. Phân bón dạng dung dịch nên được pha với nước và tạt trên mặt ao. Không nên đổ phân bón dạng dung dịch trực tiếp xuống ao bởi vì chúng nặng hơn nước và sẽ chìm 38
42. xu ống đáy ao. Gần đây, những loại phân bón dạng bột nhuyễn hòa tan tức thời được sử dụng để thay thế loại phân bón dạng dung dịch. Loại phân bón nhuyễn này có thể tạt trên mặt ao và do kích cỡ hạt mịn nên phân bón sẽ hòa tan hoàn toàn mà không chìm xuống dưới đáy ao. Kiểm s oát s ự hòa tan của phân bón được thực hiện bằng cách áo (bao) các hạt phân với một lớp vỏ polymer. Nước đi vào vỏ, phân bón hòa tan và chất dinh dưỡng dần dần thấm ra ngoài vỏ. Các loại phân bón này hầu hết được sử dụng để bón cho hoa màu, nhưng cũng có thể dùng trong nuôi trồng thủy sản. Chỉ có vấn đề là phân bón này đắc hơn các loại phân bón khác dùng trong thủy sản. Một cách khác khi dùng phân bón dạng hạt, để tránh phân tiếp xúc với nền đáy là đổ phân bón vào một chỗ chứa (sọt, sàn, khay ) đặt bên dưới mặt nước để dòng nước có thể chuyển chất dinh dưỡng đi khắp ao sau khi phân bón hòa tan. Một số người nuôi cũng cho phân bón vào các bao có lỗ và để các bao phân bón này nổi trong ao do đó chất dinh dưỡng được phóng thích vào trong ao khi phân bón hòa tan. Cả hai cách này đều tránh được phân bón dạng hạt khỏi tiếp xúc với nền đáy. Thế nhưng, không liên quan đến loại phân bón hay cách bón phân, chất dinh dưỡng từ phân sẽ không tồn tại trong trong nước ao. Một phần chất dinh dưỡng sẽ được hấp thụ bởi thực vật và chuyển qua vật nuôi qua chuỗi thức ăn. Tuy nhiên, hầu hết các loại thực vật sẽ chết và trở thành chất hữu cơ trong nền đáy ao và chất dinh dưỡng của chúng sẽ tiếp tục chu kỳ mới (phân hủy thành muối dinh dưỡng rồi lại cung cấp cho thực vật ). Phần lớn phốt-pho thêm vào phân bón được hấp thu bởi bùn đáy và một số nitơ trong phân sẽ khử nitrate hóa. Những chất dinh dưỡng có trong nước cũng sẽ bị mất đi do thẩm thấu, chảy tràn khỏi ao, tháo cạn và trong cá lúc thu hoạch hoặc các loại thủy sinh vật khác. Bảng 9: Phân loại các loại phân thương mại Hợp chất Tỉ lệ N P K2O Urê 45 0 0 Nitrate can-xi 15 0 0 Nitrate natri 16 0 0 Nitrate amôn 33 0 0 Sunphat amôn 21 0 0 Supe phốt phát 0 16 0 Tri supe phốt phát 0 46 0 Mono amôn phophat 11 48 0 Di amôn phophat 18 48 0 Amôn poly phốt phát 10-13 34-37 0 Clorua kali 0 0 60 39
43. Khá nhiều nghiên cứu về việc bón phân trong các ao nước ngọt đã được thực hiện. Tỷ lệ bón thường từ 2 tới 8 kg/ha một loại phân lân (P2O5) hoặc dùng từ 2 tới 8 kg/ha cả 2 loại phân đạm và lân (P2O5). Một trong những chế độ bón phân tốt nhất cho các ao nước ngọt là bón định kỳ phân nước 10-34-0 từ 8 đến 16 lít/ha. Tỷ lệ của liều này lên đến 4-8 kg P2O5/ha và từ 1-2 kg đạm/ha. Một chế độ bón phân hạt tốt là từ 10-20 kg/ha cho một lần bón loại phân di-amôn phốt-phát (18-48-0). Bón phân thường được thực hiện với chu kỳ 2- 4 tuần/lần. Với việc bón đúng các loại phân hóa học, sản lượng thủy sản có thể gia tăng từ 2 đến 10 lần so với các ao không bón phân. Không nên dùng quá dư thừa phân bón hóa học, như thế sẽ dẫn đến việc phát triển quá mức các phiêu sinh vật gây ra thiếu oxy. Ít nghiên cứu được thực hiện về việc bón phân trong các ao nước lợ, nhưng nitơ được cho là quan trọng trong môi trường nước lợ hơn trong nước ngọt. Vì thế, phân dùng cho nước lợ nên chứa nhiều nitơ hơn phân cho nước ngọt. Dùng nhiều nitơ không có nghĩa là phốt-pho lại ít quan trọng hơn trong nước lợ. Một loại phân tốt cho nước lợ có thể chứa tỉ lệ của N:P là 2:1. Phân 20-20-0 có tỉ lệ N:P gần như thế. Phân nên được bón ở mức 20-40 kg/ha mỗi lần với chu kỳ 2-4 tuần/lần. Một số người nuôi tôm thích một tỉ lệ tảo khuê cao trong quần thể phiêu sinh thực vật. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy rằng một tỉ lệ N:P là 20 :1 có thể gia tăng tỉ lệ tảo khuê. Nitrate dường như kích thích tảo khuê phát triển nhiều hơn là amôn và phân nitrate natri ở mức 10-20 kg/ha/lần có thể kích thích sự phát triển ở tảo khuê. Nếu nước có hàm lượng silicate dưới dạng silic (Si) dưới 1 mg/lít, thì việc bón phân natri silicate ở mức 50-100 kg/ha cũng có thể là tăng tỉ lệ tảo khuê. Và i b ằng chứng cho thấy rằng bổ sung sắt vào các ao và đặc biệt ở các ao nước lợ có thể kích thích phiêu sinh thực vật phát triển. Sắt kìm (chelated iron - sắt liên kết với ít nhất 2 ion không phải là kim loại) có thể là nguồn sắt tốt nhất trong phân bón bởi vì nó có thể dễ tan hơn các hỗn hợp sắt đơn khác. Có rất ít thông tin về ích lợi của việc bón chất dinh dưỡng vi lượng ngoài sắt. Thường thường, phân bón được s ử dụng kết hợp với thức ăn ở đầu vụ nuôi. Khi ao bắt đầu được lấy nước đầy, có rất ít phiêu sinh vật và sinh vật đáy và cá hoặc giáp xác nhỏ thả trong các ao như vậy thường không thể sử dụng thức ăn một cách hiệu quả. Vì thế, phân bón có thể được dùng để kích thích sự phát triển của phiêu sinh vật và sinh vật đáy để cung cấp thức ăn tự nhiên cho tôm cá. Độ đục do phiêu sinh vật cũng ngăn chặn rong đáy phát triển. Nên bón phân 1 hoặc 2 tuần trước khi thả cá hay giáp xác để gây màu nước. Sau vài tuần thì có thể dừng việc bón phân bởi lẽ chất dinh dưỡng từ thức ăn sẽ duy trì sự phát triển của phiêu sinh vật. 40
44. Phân hữu cơ Phân chuồng có thể được dùng để làm phân bón. Tuy nhiên, nguyên liệu này có vài bất lợi so với phân hóa học. Phân bón có chất lượng không ổn định, hàm lượng chất dinh dưỡng thấp, phải bón với số lượng lớn, nhu cầu oxy cao, có thể chứa kháng sinh, thường có hàm lượng kim loại nặng cao, kích thích sự phát triển của các loại tảo sợi không mong muốn và một số người tiêu thụ có thể không thích các sản phẩm từ hệ thống nuôi bằng phân chuồng. Ở những vùng nông thôn, khi người dân không đủ điều kiện để có được phân hóa học thì phân chuồng thường là loại phân bón duy nhất dễ tìm. Tuy nhiên, nơi nào có đủ khả năng sử dụng phân hóa học thì phân hóa học tốt hơn phân chuồng nhiều. Tỷ lệ bón đối với phân chuồng thường cao từ 250- 500 kg/ha/tuần. Cải tạo ao Phân hữu cơ có tác dụng như nguồn thức ăn cho động vật nổi và trong một số mô hình nuôi thủy sản, việc sử dụng phân hữu cơ trong lúc cải tạo ao sẽ giúp kích thích sự phát triển nhanh các nhóm động vật nổi làm thức ăn ngay cho cá bột hoặc ấu trùng giáp xác. Bột thịt động vật hoặc thực vật là các loại phân hữu cơ tốt hơn là phân chuồng. Thông thường bón từ 25 tới 50 kg/ha bột thực vật- ví dụ như bột đậu nành, bột cỏ linh lăng (alfalfa leaf meal), bột hạt bông (cottonseed meal), cám gạo hoặc bột cá với chu kỳ 4 hoặc 5 ngày/lần có thể nhanh chóng giúp động vật nổi phát triển. Thường thì các loại bột này bón kết hợp với các loại phân hóa học. BÓN VÔI Vô i được dùng để trung hòa axít và gia tăng pH của đất và nước. Ba dạng vôi được sử dụng phổ biến nhất là vôi nông nghiệp (carbonat can-xi bột hoặc dolomit), vôi tôi (hydroxyt can-xi) và vôi sống (oxyt can-xi). Hai nguồn axít trong nước tự nhiên là các axít mạnh thường là axít sulfuric và dioxyt carbon. Nước với pH thấp hơn 4,5 chứa axít mạnh trong khi đó ở các giá trị pH cao tính axít được tạo ra từ dioxyt carbon. Vôi phản ứng với ion H+ và dioxyt carbon như sau: Phản ứng với H+ + 2+ CaCO3 + 2H = Ca + H2O + CO2 + 2+ Ca(OH)2 + 2H = Ca + 2H2O + 2+ CaO + 2H = Ca + H2O Phản ứng với dioxyt carbon - CaCO3 + CO2 + H2O = 2HCO3 2+ - Ca(OH)2 + 2CO2 = Ca + 2HCO3 2- - CaO + 2CO2 + H2O = Ca + 2HCO3 41
45. Cả ba loại vôi đều có cùng phản ứng trong nước. Tuy nhiên, oxyt can-xi và hydroxyt can-xi có thể là m pH tăng đến mức gây độc cho cá hoặc các loài thủy sinh vật khác. Cả hai loại vôi này đều độc hại đối với người do gây tính chất ăn da. Vì thế, vôi nông nghiệp, không độc hại cho cả thủy sinh vật lẫn con người, là loại vôi tốt nhất dùng trong thủy sản. Bón vôi có lợi cho những ao có pH thấp hơn 6 hoặc trong các ao có độ kiềm thấp. Trong hầu hết các mô hình nuôi thủy sản, độ kiềm tổng cộng ở mức 20 mg/L là thích hợp, nhưng trong ao nuôi cá rô phi, cá nheo, hoặc tôm cua, độ kiềm thích hợp nhất nên khoảng 50 mg/ L hoặc cao hơn. Vôi không phải là phân bón nhưng chúng có thể cải thiện hiệu quả của phân bón trong môi trường phèn và kiềm thấp. Ảnh hưởng của vôi lên chất lượng nước thể hiện như sau: ƒ Gia tăng pH đất ƒ Gia tăng độ kiềm và độ cứng của nước ƒ Kết tủa các hạt phù sa lơ lửng ƒ Gia tăng khả năng đệm của nước ƒ Gia tăng hàm lượng carbon cho quá trình quang hợp của tảo ƒ Đẩy mạnh sự hoạt động của vi khuẩn trong đất ƒ Tăng hàm lượng phốt pho Kết hợp vôi với phân bón, những cải thiện về chất lượng nước có thể dẫn đến năng suất các loài nuôi cao hơn. Dĩ nhiên, nếu ao không phèn thì việc bón vôi không có lợi ích gì cả. Pillai và Boyd (1985) trình bày một phương pháp trong phòng thí nghiệm tương đối đơn giản để xác định nhu cầu vôi của đáy ao. Phương pháp này có thể được sử dụng cho tất cả các loại đất trừ đất phèn. Boyd (1990) cung cấp phương pháp tính nhu cầu vôi cho đất phèn. Khi nhu cầu vôi của đất không tính được thì liều lượng 1.000 kg/ha vôi nông nghiệp được khuyến cáo. Nếu nước vẫn còn phèn sau hai hoặc ba tuần, tăng thêm 1000 kg/ha nữa cho đến khi đạt yêu cầu. Một số tác giả đề nghị bón số lượng nhỏ (100-200 kg/ha). Số lượng ít như thế có thể không làm tăng được pH hoặc độ kiềm là bao. Khi bón vôi, cần rải đều trên toàn bộ bề mặt đáy ao đã tháo cạn sạch nước hoặc toàn bộ bề mặt của ao đầy nước. Bón một lần với lượng thích hợp thường đủ tác dụng cho 3 tới 5 năm. Bón vôi được áp dụng rộng rãi cho các ao vùng nước lợ, nhưng hầu hết nước ở đây thường có độ kiềm từ 60-120 mg/L. Vô i thường sẽ không hòa tan trong các môi trường nước như thế, do đó bón vôi cho các ao này có thể không lợi ích gì cả. Tất 42
46. nhiên, bón vôi nông nghiệp trên các đáy ao đã thu hoạch ở vùng nước lợ giữa các vụ nuôi là cách để duy trì pH đất thích hợp. Thường khoảng 1000 kg/ha đá vôi đủ để xử lý nền đáy ao. CÁC CHẤT ĐỘC - CO2, NH3, NO2 và H2S là các sản phẩm từ các hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật trong ao có thể đạt đến nồng độ gây độc. Dioxyt carbon Các loài thủy sinh vật có thể chịu được hàm lượng CO2 cao mặc dù cá thường lẫn tránh khi hàm lượng CO2 khoảng 5 mg/L. Hầu hết các loài thủy sản sẽ tồn tại được trong môi trường nước chứa hàm lượng CO2 lên đến 60 mg/L, nếu hàm lượng oxy cao. Khi hàm lượng oxy hòa tan thấp, sự hiện diện của CO2 ở nồng độ đáng kể sẽ kìm hã m s ự hấp thụ oxy. Không may là CO2 thường cao khi oxy hòa tan thấp. Kết quả này là do CO2 được thải ra trong quá trình hô hấp và được sử dụng bởi quá trình quang hợp. Hàm lượng oxy hòa tan giảm khi tốc độ quang hợp chậm hơn hô hấp; vì thế CO2 tích tụ do không được sử dụng bởi quá trình quang hợp. Do quá trình quang hợp chỉ xảy ra khi có ánh sáng (ban ngày) nên hàm lượng CO2 tăng vào ban đêm và giảm vào ban ngày. Hàm lượng CO2 cao cũng thường xảy ra vào ban ngày khi trời u ám và phiêu sinh thực vật hoặc tảo sợi tàn. Loại thải CO2 ra khỏi nước trong ao thường không cần thiết. Tuy nhiên, loại bỏ CO2 ra khỏi bể hoặc các bể ương giữ thủy sinh vật thì cần thiết hơn. Quá trình loại thải này có thể được tác động bởi việc bón Ca(OH)2 hoặc CaO. Về lý thuyết thì 0,84 mg/L Ca(OH)2 có thể loại được 1 mg/L CO2 và 0,64 mg/L CaO loại được 1 mg/L CO2. Do độ hòa tan của CaO và Ca(OH)2 thấp cho nên cần bón gấp 1,5-2 lần liều lý thuyết để thúc đẩy quá trình loại thải CO2 nhanh hơn. Ammonia Ammonia có trong nước ao là sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất của sinh vật và quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi khuẩn. Trong nước, ammonia tồn tại dưới + hai dạng ammonia tự do (NH3) và ion (NH4 ) trong trạng thái cân bằng phụ thuộc vào pH và nhiệt độ: + - NH3 + H2O = NH4 + OH . + Khi pH tăng, NH3 tự do tăng so với NH4 . Nhiệt độ nước tăng cũng làm tăng tỉ lệ NH3 nhưng ảnh hưởng của nhiệt độ ít hơn của pH. Phương pháp phân tích N-NH3 là + đo luôn cả NH3 và NH4 . Tỉ lệ NH3 ở các giá trị pH và nhiệt độ khác nhau đều đã được tính sẵn (Boyd, 1990). 43
47. Tính độc của ammonia đối với cá và các thủy sinh vật khác chủ yếu là dạng tự do. Khi hàm lượng ammonia trong nước gia tăng, sự bài tiết ammonia ở sinh vật sẽ bị giảm đi và lượng ammonia trong máu và mô tăng. Kết quả làm tăng pH máu và tác động xấu đến phản ứng xúc tác enzym và tính bền của màng tế bào. Ammonia làm tăng nhu cầu oxy trong các mô, làm tổn thương mang và là giảm khả năng vận chuyển oxy của máu. Sự mẫn cảm với bệnh cũng gia tăng ở sinh vật khi tiếp xúc với hàm lượng ammonia gần ngưỡng gây chết. Khả năng chịu đựng hàm lượng ammonia của thủy sinh vật thay đổi tùy theo loài, điều kiện sinh lý và các yếu tố môi trường. Nồng độ gây chết đối với các và giáp xác vùng nhiệt đới ở thời gian tiếp xúc ngắn (24-96 giờ) khoảng giữa 0,4 và 2 mg/L o NH3. Tỉ lệ của NH3 ở 28 C và các giá trị pH khác nhau và hàm lượng tổng đạm amôn cần thiết để cho ra 0,4 mg/L NH3 dưới các điều kiện này được trình bày trong Bảng 10. Ở giá trị pH từ 7 đến 8, nồng độ ammonia lên đến 4 hoặc 5 mg/L có thể không gây độc trong ao. Tuy nhiên, ở pH từ 8,5-9,5 hàm lượng 4-5 mg/L NH3 có thể gây độc. Ao nuôi ít khi nào chứa hàm lượng NH3 vượt quá 4 hoặc 6 mg/L. Rõ ràng tính độc của ammonia sẽ càng lớn ở pH cao hơn là pH thấp. Nồng độ ammonia trong ao khó đánh giá. Bảng 10. Giá trị pH, tỉ lệ NH3 và nồng độ tổng amôn cần thiết để cho ra 0,4 mg/L NH3. pH % NH3 Nồng độ tổng đạm amôn, mg/L 7 0,70 57,14 7,5 2,22 18,02 8 6,55 6,11 8,5 18,40 2,17 9 41,23 0,97 9,5 68,21 0,59 10,0 87,52 0,46 Do pH có chu kỳ biến động ngày đêm nên hàm lượng NH3 thay đổi liên tục. Tính độc của ammonia đối với thủy sinh vật thường thể hiện qua tốc độ tăng trưởng giảm thay vì chết. Nồng độ NH3 cao phổ biến nhất trong các ao với tỉ lệ cho ăn cao. Việc sử dụng quá mức phân urê hoặc phân bón có nguồn gốc amôn như sun-phát amôn cũng có thể dẫn đến nồng độ độc của amôn. Chỉ có cách duy nhất có thể làm giảm nồng độ amôn là thay nước. Những công bố về tính hiệu quả của zeolite và trị liệu bằng vi khuẩn nhằm loại bỏ amônia trong môi trường ao là không đúng sự thật. 44
48. Nitrite Nitrite có thể tích tụ tới nồng độ 1-10 mg/ L hoặc cao hơn trong các ao nuôi thủy sản dưới điều kiện nhất định. Khi nitrite được hấp thu bởi cá nó sẽ phản ứng với hemoglobin để tạo thành methemoglobin. Trong phản ứng này, sắt trong hemoglobin bị oxy hóa từ sắt II thành sắt III. Methemoglobin tạo thành không có khả năng kết hợp với oxy. Vì lý do này, độc tính của nitrite dẫn đến làm giảm hoạt động của hemoglobin hoặc thiếu máu chức năng. Vì thế, độc tính của nitrite được gọi là methemoglobinemia. Máu chứa số lượng đáng kể methemoglobin có màu nâu, vì thế tên gọi hiện tượng ngộ độc nitrite là “bệnh máu nâu”. Giáp xác chứa hemocyanin, một hợp chất chứa đồng thay vì sắt tìm thấy trong hemoglobin. Phản ứng của nitrite với hemocyanin chưa được hiểu nhiều nhưng nitrite có thể độc đối với giáp xác. Nồng độ methemoglobin ở cá nheo Mỹ nuôi trong ao thay đổi từ 5 tới 90% tổng hemoglobin. Màu hơi nâu trở nên rõ ràng khi methemoglobin đạt 25 hoặc 30% và màu sô cô la màu nâu ở nồng độ 50% hoặc hơn. Một số loài cá có khả năng làm giảm methemoglobin trở lại thành hemoglobin qua hoạt động của men khử methemoglobin. Khi hàm lượng nitrite trong nước giảm hoặc khi cá được đến môi trường nước có nồng độ nitrite thấp, chúng sẽ phục hồi khỏi độc tính nitrite. Mặc dù hàm lượng methemoglobin giảm đi nhanh chóng, tình trạng thiếu máu nghiêm trọng có thể phát triển do giảm nồng độ hemoglobin. Thời gian để phục hồi hoàn toàn khỏi sự ngộ độc nitrite có thể mất 2 hoặc 3 tuần. Tiếp xú c v ới nitrite có thể dẫn đến nhiễm khuẩn dễ dàng. Việc xác định nồng độ nitrite cho phép ở mức cao nhất trong nước ao thì rất khó do tính độc của nitrite liên quan chặt chẽ đến nồng độ oxy hòa tan và nhiều yếu tố khác. Tuy nhiên, người quản lý ao nên để ý khi nồng độ nitrite vượt quá 10 mg/L (khoảng 0,3 mg/ L ở dạng N-NO2). Phương pháp đơn giản để cản trở độ độc của nitrite trên cá là xử lý nước với NaCl hoặc CaCl2 để là m giảm tỉ lệ phân tử gam của nitrite và clo. Nghiên cứu gần đây cho rằng tỉ lệ nitrite:clo khoảng 1:6 thì cần thiết để tránh tất cả các ảnh hưởng của nồng độ nitrite trên cá nheo. Lưu ý là nitrite được đề cập ở đây là NO2 chứ không phải là N-NO2. Hầu hết các kit chất lượng nước đo N-NO2 chứ không phải NO2. Tỉ lệ bón clo cần thiết để tạo ra tỉ lệ này được tính toàn như sau: Clo (mg/L) = 6 (mg/L nitrite – mg/L Clo). Muối phổ biến (NaCl) chứa khoảng 60% clo là nguồn clo thường dùng để xử lý ao. Trao đổi hoặc thay nước cũng có tác dụng làm giảm nồng độ nitrite. 45
49. H2S Dưới điều kiện yếm khí, vi khuẩn dị dưỡng có thể s ử dụng sun-phát và các hợp chất lưu huỳnh đã được oxy hóa như là chất nhận điện tử cuối cùng trong quá trình trao đổi chất và thải ra lưu huỳnh như trình bày dưới đây: 2- + 2- SO4 + 8H = S + 4H2O. Sun-phit là sản phẩm ion hóa của H2S và tham gia vào sự cân bằng sau đây: - + H2S = HS + H HS- = S2- + H+ - pH ảnh hưởng đến sự phân bố của tổng sun-phit trong các dạng của nó (H2S, HS và 2- S ). Dạng hydro sun-phit tự do (H2S) thì rất độc đối với thủy sinh vật; các dạng ion thì không độc. Các phương pháp phân tích có thể đo được tổng sun-phit. Tỉ lệ H2S tự do tại các giá trị pH khác nhau và ở nhiệt độ 28oC được trình bày trong Bảng 11. Tỉ lệ H2S giảm khi pH tăng. Môi trường nước chứa 0,01 mg/L tổng sun-phit có thể có hàm lượng H2S khoảng 0,009 mg/L ở pH 6 (0,01 x 0,903 = 0,009); cùng một lượng tổng hàm lượng sun-phit ở pH 8,5 sẽ chỉ chứa 0,0003 mg/L H2S (0,01 x 0,029 = 0,0003). Tỉ lệ sun-phit tự do ở pH 6 và pH 8,5 là 90,3% và 2,9%. Các số phần trăm này là nguồn số liệu dùng để nhân lên trong các ví dụ ở trên để chuyển đổi tổng sun-phit thành sun-phit tự do. Bảng 11: Sự xu ất hiện của H2S ở các giá trị pH khác nhau pH H2S (%) 5,0 98,9 5,5 96,7 6,0 90,3 6,5 74,6 7,0 48,2 7,5 22,7 8,0 8,5 8,5 2,9 9,0 0,9 Nồng độ H2S từ 0,01 đến 0,05 mg/L có thể gây chết thủy sinh vật. Bất kỳ nồng độ H2S nào mà có thể phát hiện được được xem là không thích hợp. Sự hiện diện của H2S có thể nhận biết được mà không cần phân tích, do “mùi trứng thúi” của H2S có thể ngửi được ở nồng độ rất thấp. Nếu nước chứa H2S, thay nước s ẽ giảm được nồng độ của nó. Bón vôi làm tăng pH của nước cũng sẽ giảm được tỉ lệ tổng sun-phit có chứa H2S. 46
50. SỤC KHÍ CƠ HỌC Sục khí là cách làm gia tăng hàm lượng oxy khuếch tán vào trong nước. Có 2 kỹ thuật cơ bản để sục khí trong ao: (1) nước được bắn tung toé trong không khí hoặc (2) bọt khí được tạo ra trong nước. Do đó chúng ta có kiểu máy sục khí “nước tung tóe” hoặc “sủi bọt”. Các kiểu máy sục khí nước tung tóe gồm có máy bơm đứng, máy bơm phun và máy quạt nước (máy đập nước). Máy bơm đứng bao gồm 1 động cơ với 1 chân vịt gắn vào trục của nó. Động cơ được thả lơ lửng bên dưới 1 cái phao với một lỗ ở giữa và chân vịt bắn nước vào trong không khí (Hình 17). Loại sục khí bơm phun có 1 bơm ly tâm để phun nước với một tốc độ cao qua các lỗ của 1 đường ống và vào trong không khí. Loại sục khí này không được sử d ụng rộng rãi. Hình 17: Bơm sục khí đứng Loại sục khí bằng quạt sẽ đập nước tung tóe vào trong không khí khi các cánh quạt quay (Hình 18). Loại quạt nước bằng điện có kích thước nhỏ là loại “Đài Loan” được dùng phổ biến ở Châu Á. Các loại quạt nước kích thước lớn hơn và hiệu quả hơn được dùng trong các ao nuôi cá Nheo ở Mỹ (Hình 19). Các loại máy quạt nước dùng sức năng lượng của máy kéo (Hình 20) có thể được dùng để bổ sung cho các loại sục khí nhỏ hơn khi có sự cố oxy hòa tan giảm thấp hoặc trong ao không có máy phát điện. Máy quạt nước có lẽ được s ử dụng rộng rãi nhất so với các loại máy khác trong các ao nuôi thủy sản. 47
51. Hình 18: Máy sục khí quạt nước kiểu Đài Loan Hình 19: Máy sục khí quạt nước kều dùng trong nuôi cá Nheo ở Hoa Kỳ Hình 20: Máy kéo máy sục khí quạt nước 48
52. Máy sục khí tạo bọt bao gồm hệ thống khuếch tán khí và bơm hút chân vịt. Trong hệ thống khuếch tán khí 1 máy thổi khí được sử dụng để phân phối khí qua một đường dẫn khí và khí được phóng thích quá bộ phận khuếch tán đặt trên đáy ao hoặc treo trong ao (Hình 21). Bơm hút chân vịt có tốc độ cao, chân vịt không được bao bọc ở phần cuối của 1 trục rỗng (Hình 22). Khi hoạt động, không khí chảy xu ống trục bởi nguyên tắc venturi và được phóng thích vào trong nước dưới dạng các bọt mịn. Boyd và Ahmad (1987) đánh giá hơn 30 loại máy sục khí trong các ao nuôi thủy sản. Hiệu quả chuyển tải oxy của các máy sục khí tính bằng kg oxy vận chuyển trên kgWh cho các loại máy sục khí cơ bản được trình bày ở Bảng 12. Hình 21: Hệ thống sục khí khuếch tán Hình 22: Máy sục khí bơm chân vịt 49
53. Có lẽ mục đích sử dụng máy sục khí phổ biến nhất là tránh sốc và chết cho thủy sinh vật khi hiện tượng thiếu oxy xảy ra. Loại sục khí kiểu này gọi là sục khí cấp cứu và là công cụ quản lý đã được chứng minh. Người nuôi cá quản lý hàm lượng oxy hòa tan và các điều kiện ao nuôi. Khi dự đoán hàm lượng oxy hòa tan giảm xu ống 2 hoặc 3 mg/L thì phải tiến hành sục khí và duy trì cho tới không còn nguy hiểm nữa. Sục khí cấp cứu ít khi sử dụng trong thời gian nuôi chỉ trừ một vài đêm/năm và thường chỉ dùng trong thời điểm giữa nửa đêm đến sáng sớm, trong suốt thời gian trời u ám kéo dài hoặc sau khi tảo tàn. Sục khí có thể áp dụng liên tục để tăng năng suất tôm cá nuôi. Sục khí với cường độ cao, năng suất cá có thể đạt đến 25.000-30.000 kg/ha và tôm có thể đạt 10.000- 12.000 kg/ha. Để có được năng suất như thế, một lượng nước đáng kể (10-30% thể tích ao/ngày) phải được thay để loại bỏ amônia và các sản phẩm trao đổi chất độc hại khác. Một cách tốt hơn để sử dụng sục khí là thả giống ở mật độ vừa phải và sục khí mỗi đêm vào thời gian nửa đêm đến sáng sớm nhằm đảm bảo hàm lượng oxy hòa tan luôn ở mức tối ưu. Ví dụ, trong một thí nghiệm được thực hiện tại Đại học Auburn (Parker, 1983), ao cá nheo được thả với mật độ 10.000 cá giống/ha và cho ăn hàng ngày với tỉ lệ tối đa là 53,2 kg/ha. Ba ao được s ục khí 6 giờ/đêm từ 30/5 đến 12/10 ở tốc độ vừa phải. Ba ao đối chứng, không sục khí nhưng áp dụng chế độ sục cấp cứu khi có sự cố. Hàm lượng oxy hòa tan ở các ao được s ục khí luôn cao hơn 4 mg/L nhưng ở các ao không được sục khí thì thấp hơn 2 mg/L. Khối lượng cá lúc thu hoạch trung bình trong các ao có sục khí là 4,810 kg/ha và trong các ao không được sục khí là 3.660 kg/ha. Số lượng thức ăn cho ăn ở 2 nghiệm thức đều giống nhau. Hệ số chuyển hóa biến động từ 1,32-1,75 trong ao sục và không sục khí. Chi phí hoàn vốn đất, quản lý và thiết bị trong ao có sục khí gần như gấp 2 lần so với ao không sục khí. Thí nghiệm được lặp lại năm 1987 với kết quả tương tự. Năng suất trong ao sục khí là 4.475 kg/ha so với 3.552 kg/ha trong ao không sục khí. Kết quả này cho thấy sục khí vào ban đêm ở những ao thả giống và cho ăn vừa phải thì có lợi nhuận cao những ao sục khí nhưng thả giống và cho ăn quá nhiều. SỰ LUÂN CHUYỂN C ỦA NƯỚC Người nuôi thủy sản cho rằng luân chuyển nước trong ao là có lợi. Sự luân chuyển sẽ tránh được sự phân tầng nhiệt độ và hóa học. Sự luân chuyển nước làm cho tất cả các vùng trong ao thích hợp cho tôm cá trú ngụ và giảm thiểu tối đa sự thiếu oxy hòa tan ở tầng sát đáy. Quá trình sục khí tạo ra sự luân chuyển nước và loại sục khí bằng bơm hút chân vịt và cánh quạt thì tạo ra sự luân chuyển nước hiệu quả h ơn các 50
54. loại sục khí khác. Tuy nhiên, có các loại thiết bị dùng để xá o t rộn nước tầng mặt với tầng đáy rẻ hơn và vận hành đỡ tốn kém hơn là những loại sục khí thông thường. Bảng 12. Hiệu quả chuyển tải oxy của các loại máy sục khí Loại máy sục khí Hiệu quả vận chuyển oxy trung bình (kg O2/kwh) Máy quạt nước 2,13 Bơm hút chân vịt 1,58 Bơm đứng 1,28 Phun nước 1,28 Hệ thống khí khuếch tán 0,97 Sục khí kéo nước (Hình 23) là loại thiết bị luân chuyển nước rất tốt. Bơm được lắp đặt với 1 ống và co PVC. Không khí từ máy thổi khí được đưa vào ống PVC qua một ống nối 90o với ống PVC. Nếu cần thiết, có thể đặt một bộ khuếch tán khí để cho bọt khí mịn hơn trong ống. Bọt khí đi lên sẽ kéo nước qua ống từ dưới lên và thải ra bề mặt ao. Sự luân chuyển nước đòi hỏi nhiều sục khí kéo nước nhất là trong các ao lớn. Hình 23: Sục khí kéo nước XỬ LÝ KHÁC Ngoài các biện pháp xử lý phổ biến để đảm bảo chất lượng nước như được thảo luận ở trên, có nhiều phương pháp khác được áp dụng. Một số phương pháp này có 51
55. hiệu quả dưới các điều kiện nhất định, trong khi đó một số khác hiệu quả không đáng kể. Một vài biện pháp xử lý sẽ được thảo luận. Chế phẩm vi sinh Vi khuẩn sống và các chế phẩm enzym được tiếp thị với khả năng tăng cường chất lượng nước, giảm bệnh và cải thiện năng suất tôm, cá nuôi trong ao. Vấn đề là hệ sinh thái ao không đầy đủ một số loài vi khuẩn nhất định và bổ sung một số loài hoặc dòng vi khuẩn đặc thù nào đó sẽ giúp tăng cường hoạt động của quần thể vi khuẩn trong ao và cải thiện điều kiện cho việc tăng năng suất. Mặc dù có rất nhiều khuyến cáo và khách hàng nhận định về tác dụng của các chế phẩm này và một số bài báo đã công bố cũng cho thấy lợi ích không đáng kể của các chế phẩm vi sinh nhưng vấn đề s ử dụng các chế phẩm này trong nuôi thủy sản như thế nào và lúc nào vẫn chưa được thấu đáo. Không có bất cứ bằng chứng nào để xác định trước xem việc sử dụng chế phẩm vi sinh sẽ có lợi cho ao nuôi nào đó hay không. Người nuôi không nên tin tưởng các sản phẩm quảng cáo và mua bán trên mạng. Thuốc tím (permanganat kali) Hợp chất này có thể có tác dụng để xử lý một số b ệnh vi khuẩn trên cá và giáp xác ở nồng độ khoảng 2 mg/L. Hợp chất hữu cơ trong ao sẽ phản ứng nhanh để khử hoạt tính của ion permanganat. Để có được 1 hàm lượng hiệu quả 2 mg/L có thể yêu cầu 2 hoặc nhiều lần lượng thuốc tím xử lý. Nồng độ thuốc tím thấp nhất cần để tạo ra màu tím nhạt trong nước kéo dài thời gian 15 -20 phút có thể coi như nhu cầu thuốc tím. Nhu cầu thuốc tím này cộng 2 mg/L sẽ là nồng độ dùng để xử lý. Nồng độ thuốc tím vượt quá mức có thể gây độc. Có những ý kiến cho rằng thuốc tím gia tăng hàm lượng oxy hòa tan và tạo ra những cải thiện về chất lượng nước. Nghiên cứu vẫn chưa đưa ra được những bằng chứng cho những ý kiến này. Chất kết tủa Độ đục từ các hạt sét lơ lửng có thể tồn tại trong một số ao ngay cả sau khi nguồn gây ra độ đục này đã bị loại. Chất kết tủa có thể được sử dụng để làm sạch các hạt sét này. Chất kết tủa phổ biến nhất là phèn nhôm và thạch cao. Phèn thường có hiệu quả ở nồng độ từ 25-40 mg/L. Phèn hình thành axít sulfuric trong nước và có thể làm pH giảm dưới 5 nếu sử dụng ở nồng độ cao hơn 2 lần nồng độ kiềm. Phèn nên được dùng một cách hết sức cẩn thận nếu nồng độ áp dụng bằng nồng độ kiềm. Thạch cao phải được bón ở nồng độ 200-400 mg/L để giảm độ đục có hiệu quả. Liều lượng nhôm hoặc thạch cao chính xác có thể được xác định từ thí nghiệm thăm dò trong các bình thì nghiệm. Để áp dụng, thạch cao nên được rải đều trên bề mặt 52
56. ao. Phèn nên được hòa tan trong nước và tạt khắp mặt ao. Phải hết sức cẩn thận khi sử dụng phèn do dung dịch của nó có tính axít mạnh. Đôi khi, giảm độ đục có thể được tác động bởi việc bón vôi khắp bề mặt ao với 1000-2000 kg/ha. Cách xử lý này hữu ích khi môi trường nước có độ kiềm thấp và cần bón vôi, bởi vì ngay cả việc xử lý không làm giảm độ đục, bón vôi sẽ có những ảnh hưởng có ích lên pH và độ kiềm. Phân chuồng và cỏ khô cũng được dùng để làm giảm độ đục, nhưng cần bón từ 2000 tới 4000 kg/ha. Khử trùng Nước có thể được xử lý với các độc tố để diệt mầm bệnh và các sinh vật tự nhiên trước khi thả giống. Độc tố phải là chất có thể phân hủy nhanh và không để lại dư lượng độc tố. Chất tiệt trùng phổ biến nhất là vôi sống, vôi tôi, và hypoclorite can-xi (HTH). Thường cần tới 1-2 tấn vôi/ ha hoặc 30 mg/L HTH. Các hợp chất này sẽ phân hủy trong vòng 1-2 tuần và có thể thả giống sau đó. Ở các nước vùng nhiệt đới, bánh hạt trà và những loại bánh có hạt khác được sử dụng để diệt cá tạp trong ao nuôi. Ở Hoa Kỳ, thuốc cá (rotenon) là chất phổ biến để diệt cá tạp trong ao. Rotenon thường được dùng ở nồng độ 0,05-0,1 mg/ L thành phần hoạt tính. Khử trùng nước ao bằng chlorin với liều lượng nhỏ hypochlorite can-xi hoặc natri (0,1-0,2 mg/L) được khuyến cáo để tiệt trùng, giảm mật độ tảo và nói chung cải thiện chất lượng nước. Kết quả từ nhiều thí nghiệm đã thực hiện vẫn không chứng minh được lợi ích tích cực của chlorin và liều lượng sử dụng quá nhiều có thể giết chết tôm cá nuôi. Vôi (vôi sống hoặc vôi tôi) ở nồng độ 1-2 tấn/ha có thể rải khắp trên đáy ao để tăng pH và diệt mầm bệnh. Việc xử lý này có hiệu quả cao nhất nếu một lớp nước khoảng 5-10 cm được lấy vào ao sau khi bón vôi. Xử lý nền đáy ao Giữa các vụ nuôi, sau khi ao được tháo cạn, đáy ao có thể được phơi để giúp đáy ao tiếp xúc với không khí tăng cường khả năng oxy hóa các chất hữu cơ và các sản phẩm khử bằng các quá trình hóa học và vi sinh học. Phơi đáy ao sẽ loại thải nước từ các hang hốc trong đất do đó không khí có thể đi vào trong. Đất cũng sẽ nứt nẻ, cung cấp một khoảng không nữa cho không khí đi vào. Không khí chứa nhiều oxy hơn nước, vì thế điều kiện cho quá trình oxy hóa và phân hủy trong đất khô sẽ tốt hơn nhiều trong đất ẩm ướt. Việc bón vôi với liều lượng 1-2 tấn/ha vôi nông nghiệp cũng kích thích sự phân hủy vật chất hữu cơ bởi vi khuẩn nếu pH đất dưới 7. Cày xới đất cũng có thể tăng quá trình phân hủy qua việc tăng cường oxy cung cấp cho vi khuẩn. 53