Công nghệ biofloc và ứng dụng biofloc trong sản xuất tôm giống

Hơn ba mươi năm qua, ngành nuôi tôm toàn cầu đã chứng kiến bước phát triển nhanh chóng và hiện là một ngành mang lại hàng tỷ đô la Mỹ mỗi năm. Hơn một nửa nguồn cung tôm trên toàn cầu đến từ nuôi trồng thủy sản. Năm 2016, sản lượng tôm thế giới ước tính đạt khoảng 4 triệu tấn; trong đó sản lượng từ châu Á là 1,7 triệu tấn, với tốc độ tăng bình quân dự kiến là 7,7%/năm trong giai đoạn từ năm 2013 đến năm 2017.

Tuy nhiên, ngành nuôi tôm toàn cầu đang phải đối mặt với thách thức lớn là dịch bệnh, ảnh hưởng đến nguồn cung tôm trên thế giới và gây thiệt hại nặng nề về kinh tế. Nguyên nhân gây ra dịch bệnh trên tôm chủ yếu là vi rút. Nhằm đối phó với tình trạng này, công nghệ biofloc với các hệ thống module an toàn sinh học được coi là công nghệ sinh học theo hướng mới, là giải pháp để phát triển bền vững ngành nuôi trồng thủy sản quy mô công nghiệp.

Công nghệ biofloc

Biofloc là các cụm kết dính bao gồm tảo cát, tảo biển lớn, động vật nguyên sinh, các hạt hữu cơ chết, vi khuẩn. Mỗi hạt floc được gắn kết lại với nhau trong một ma trận lỏng lẻo bởi các chất nhờn được tiết ra từ vi khuẩn, chúng bị ràng buộc bởi các vi sinh vật dạng sợi, hoặc do lực hút tĩnh điện. Cộng đồng vi sinh trên biofloc cũng bao gồm các động vật phù du và giun tròn. Biofloc trong hệ thống nước xanh thường có kích thước lớn, vào khoảng 50 - 200 micron, và rất dễ lắng xuống trong nước tĩnh.

Chất lượng dinh dưỡng của biofloc rất tốt cho tôm cá nuôi. Hàm lượng protein khô trong biofloc chiếm khoảng 25-50%, phần lớn nằm trong khoảng 30-45%. Chất béo chiếm từ 0.5-15%, thông thường nằm trong khoảng 1-5%.  Biofloc là một nguồn vitamin và khoáng chất rất tốt, đặc biệt là phosphorus. Biofloc cũng có tác dụng giống như là chế phẩm sinh học (probiotic).

Biofloc cung cấp hai vai trò quan trọng là xử lý chất thải hữu cơ và là nguồn dinh dưỡng tốt cho tôm cá sử dụng. Hệ thống biofloc có thể vận hành với tỷ lệ trao đổi nước rất thấp (khoảng 0.5-1%/ngày). Trao đổi nước ít giúp cho sự phát triển và hoạt động của biofloc tốt hơn để tăng cường xử lý chất thải hữu cơ và các chất dinh dưỡng. Trong hệ thống biofloc, thay nước để duy trì chất lượng nước trong ao nuôi được giảm tối thiểu, thay vào đó, việc xử lý chất thải được thự hiện ngay bên trong hệ thống nhờ vào vai trò của các vi sinh vật dị dưỡng.

Lợi ích của biofloc là chuyển hóa chất dinh dưỡng từ chất thải hữu cơ thành nguồn protein của cá hoặc tôm. Khoảng 20-30% nitrogen trong thức ăn được đồng hóa (hấp thu) bởi tôm cá, khoảng 70-80% nitrogen trong chất thải ra môi trường. Trong hệ thống biofloc, phần lớn lượng nitrogen này được vi sinh vật sử dụng và nó là thành phần chính của các hạt biofloc.

Các hạt chất hữu cơ và các vi sinh vật trong chuỗi thức ăn là một loại thức ăn tiềm năng cho các loài nuôi. Trong hệ thống BFT, các vi sinh vật có vai trò quan trọng trong việc cung cấp dinh dưỡng cho các loài nuôi, là nguồn thức ăn tự nhiên giàu protein và chất béo. Trong môi trường nước diễn ra các phản ứng phức hợp giữa hợp chất hữu cơ và tập hợp các vi sinh vật như thực vật phù du, vi khuẩn, các hạt chất hữu cơ, sinh vật đơn bào,… Quá trình phản ứng tự nhiên này đóng vai trò quan trọng trong việc tái sử dụng các chất dinh dưỡng và duy trì chất lượng nước.

Khi cá và tôm tiêu hóa các biofloc, hiệu quả mang lại là rất lớn như tăng trưởng nhanh, giảm hệ số thức ăn (FCR) và giảm chi phí thức ăn. Nguyên nhân giúp tôm và cá tăng trưởng nhanh là do chúng hấp thu các chất dinh dưỡng như tảo và vi khuẩn; vì vậy, giúp giảm đến 30% chi phí thức ăn so với thức ăn truyền thống.

Ứng dụng biofloc trong sản xuất tôm giống

Trong giai đoạn đầu của nuôi tôm biển, một chế độ ăn bao gồm thức ăn tươi sống làm nguồn ăn chính có thể có hiệu quả hơn vì những loại thức ăn này tồn tại trong thời gian dài hơn trong nước và có khả năng giúp tiêu hóa tốt. Tuy nhiên, chi phí sản xuất và duy trì thức ăn tươi sống khá cao, và việc sản xuất phải phụ thuộc vào nguồn lao động được đào tạo bài bản.

Những hệ thống nuôi trồng theo công nghệ Biofloc - BFT (Công nghệ Biofloc) có thể là một nguồn thức ăn tươi sống tốt trong giai đoạn nuôi thương phẩm của sản xuất tôm biển. Công nghệ này dựa trên việc bổ sung nguồn carbon hữu cơ được sử dụng bởi các vi khuẩn để chuyển đổi nitơ dư thừa trong sinh khối vi sinh vật tại các bể sản xuất, và do đó nó có thể làm giảm việc thay nước.

Trong giai đoạn đầu của việc ươm nuôi tôm ấu trùng (từ giai đoạn PL-1 cho đến khi PL-30), sản xuất tôm thường được thực hiện trong hệ thống nước sạch được bổ sung các loại thức ăn như thực vật phù du, động vật phù du (Artemia sp.), thức ăn công nghiệp, và áp dụng mức độ thay nước cao. Biofloc có thể được sử dụng làm thức ăn thay thế trong những giai đoạn đầu đời.

Kỹ thuật đồng vị ổn định đã được sử dụng để bổ sung cho các kỹ thuật thông thường được dùng trong các nghiên cứu về chế độ ăn, vì nó có thể hiển tỷ lệ của từng con mồi/loại thức ăn được đưa vào chế độ ăn của động vật ăn thịt. Nguyên tắc của kỹ thuật này là những đồng vị ổn định của các yếu tố hóa học khác nhau trong mô động vật phản ánh tỷ lệ trong thức ăn được tiêu thụ, và điều này được xem như một dấu hiệu cho thấy các mô mới đã được hình thành của vật tiêu thụ.

Thiết lập nghiên cứu

Thí nghiệm kéo dài 30 ngày, bắt đầu từ giai đoạn hậu ấu trùng một ngày tuổi (PL1) và sử dụng hai chiến lược khác nhau để kiểm soát am-mo-ni-ac khi nồng độ đạt 0,5 mg / L. Chiến lược đầu tiên là thay nước với tỉ lệ khoảng 70% tổng số khối lượng (điều trị đối chứng). Chiến lược thứ hai bao gồm sử dụng phân bón hữu cơ với đường đơn 6 carbon dextrose (điều trị BFT) và không thay nước.

Trong cả hai phương pháp điều trị trên, tôm được cho ăn ba thức ăn công nghiệp khác nhau (CF) theo từng giai đoạn phát triển; tôm được cho ăn thức ăn công nghiệp ba lần mỗi ngày bằng và xen kẽ 1 lần cho ăn Artemia s. nauplii sinh khối đông lạnh. Các vi tảo Chaetoceros muelleri được cấy vào các bể thí nghiệm trong ngày thử nghiệm đầu tiên với nồng độ 5 x 104 tế bào/ ml.

Để giám sát chất lượng nước thì oxy hòa tan, nhiệt độ và độ pH được đo hàng ngày. Amoniac (N- (NH3 + NH4 +)) được phân tích hai ngày 1 lần. Nitrit (N-NO2-) và phốt-phát (P-PO43) được đo hàng tuần. Độ kiềm (mg / L CaCO3) và nitrat (N-NO3-) được xác định trong những mẫu ban đầu và cuối cùng. Hiệu suất tăng trưởng của những vật thử nghiệm được đánh giá theo kích thước, trọng lượng và sự sống còn.

Các mẫu nguồn thức ăn, bioflocs và tôm hậu ấu trùng khác nhau đã được thu thập vào các ngày thứ 10, 20 và 30 của thí nghiệm để xác định giá trị đồng vị cacbon và nitơ. Tất cả các mẫu được nghiền, cân và đặt vào các viên nang vỏ thiếc. Các phân tích về tỷ lệ đồng vị carbon (13C / 12C) và nitơ (15N / 14N) được thực hiện tại cơ sở đồng vị ổn định UC Davis, CA, Hoa Kỳ. Các mô hình thống kê Bayesian của hỗn hợp đồng vị (gói SIAR) đã được sử dụng để xác định sự đóng góp tương đối của nguồn thức ăn vào sự tăng trưởng của tôm trong các giai đoạn nuôi trồng khác nhau.

Kết quả và triển vọng

Trong suốt giai đoạn thử nghiệm, không có sự khác biệt nào về các thông số hoạt động được phát hiện khi phân tích các tôm hậu ấu trùng, hoặc trong các thông số chất lượng nước, tất cả vẫn nằm trong giá trị khuyến cáo cho tôm thẻ chân trắng. Các thức ăn công nghiệp có xu hướng hỗ trợ nhiều cho các vật nuôi trong cả hai phương pháp điều trị. Tuy nhiên, thí nghiệm cho thấy sự hỗ trợ của biofloc là khoảng 50%. Trong phương phát điều trị bằng công nghệ Biofloc, các bioflocs dường như giữ vai trò quan trọng đối với sự phát triển của tôm thẻ trắng trong giai đoạn hậu ấu trùng. Các vi tảo cho thấy sự hỗ trợ tương tự khi so sánh với bioflocs trong quá trình điều trị bằng Biofloc, và trong cả hai phương pháp điều trị, vi tảo đã được tiêu thụ mạnh hơn Artemia sp. nauplii.

Thử nghiệm cũng cho thấy Artemia sp. có ít đóng góp hơn so với các nguồn thực phẩm khác đối với sự phát triển của tôm hậu ấu trùng. Mặc dù giảm sử dụng Artemia sẽ tiết kiệm kinh phí hơn,  nhưng vẫn chưa có kết luận rõ ràng về tỷ lệ ảnh hưởng hoặc những tác động trực tiếp mà giảm sử dụng này có thể gây ra cho tôm hậu ấu trùng, vì nguồn thực phẩm này cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển hợp lý trong giai đoạn đầu đời của tôm.

Trong giai đoạn trước ươm, ảnh hưởng của thức ăn công nghiệp vào sự tăng trưởng của tôm thẻ trắng hậu ấu trùng tăng dần theo thời gian, nhưng các tôm con khi được nuôi bằng công nghệ bioflocs có thể đạt được nhiều lợi ích dinh dưỡng, và tăng trưởng tốt. Bên cạnh việc nâng cao giá trị dinh dưỡng này, các loại phân bón từ carbon có thể làm giảm lượng nước phải sử dụng trong giai đoạn ấp trứng/hoặc trước ươm.

Việc tiết kiệm và sử dụng hiệu quả thức ăn, thời gian, năng lượng với hệ thống ổn định và bền vững để làm tăng lợi nhuận luôn là mối quan tâm hàng đầu đối với người nuôi trồng thủy sản. Chính vì vậy, việc ứng dụng công nghệ biofloc trong sản xuất tôm giống hoàn toàn đáp ứng được điều này. Hơn nữa, các bệnh về virut mới nổi và chi phí năng lượng ngày càng tăng nên công nghệ biofloc với các hệ thống module an toàn sinh học có thể là một giải pháp hữu hiệu cho ngành nuôi tôm hiệu quả, bền vững và đạt lợi nhuận cao hơn.