Đảm bảo ánh sáng phù hợp cho quá trình sản xuất bằng hệ thống tuần hoàn RAS

Đáng ngạc nhiên là rất ít nghiên cứu về việc thiết lập các điều kiện ánh sáng tối ưu cho cá hồi trong các cơ sở tuần hoàn RAS đã được công bố. Theo kết quả cho rằng ánh sáng đóng một vai trò quan trọng đối với sự phát triển của cá hồi Đại Tây Dương nên các nhà nghiên cứu tại Nofima hiện đang điều tra nghiên cứu xem liệu các chế độ chiếu sáng có thể được cải thiện hay không.

Jelena Kolarevic (trái) đang chỉ đạo nghiên cứu

Trung tâm Nuôi trồng Thủy sản tuàn hoàn của Nofima tại Sunndalsøra, nơi nghiên cứu về những ảnh hưởng của ánh sáng đối với hậu cá hồi hai năm đã được thực hiện © Nofima

Tầm quan trọng của ánh sáng đối với cá hồi Đại Tây Dương

Ánh sáng rất cần thiết cho phần lớn sự sống trên trái đất. Có ba đặc điểm quan trọng của ánh sáng:

I) cường độ hoặc số lượng chiếu sáng, II) các bước sóng hoặc màu sắc ánh sáng và III) thời lượng hoặc chu kỳ quang của nó. Ánh sáng trong môi trường thủy sinh tự nhiên thay đổi hàng ngày, thay đổi theo mùa và có thể thay đổi giữa các hệ sinh thái thủy sinh khác nhau. Cá trong môi trường ánh sáng tự nhiên đã thích nghi với chu kỳ sống, hành vi và sinh lý của chúng để xoay trở với các điều kiện ánh sáng luôn thay đổi.

Ánh sáng có ảnh hưởng lớn đến đời sống của cá hồi Đại Tây Dương. Những tác động này có thể ảnh hưởng đến các sự kiện quan trọng đối với cuộc sống hàng ngày của cá hồi, chẳng hạn như hiệu quả cho ăn: Cá hồi Đại Tây Dương là loài ăn trực quan, có nghĩa là chúng cần một mức độ chiếu sáng nhất định để tìm thấy và bắt trúng thức ăn. Ánh sáng cũng ảnh hưởng đến các khía cạnh chính của vòng đời cá hồi: thời gian diễn ra quang chu kỳ là rất quan trọng đối với quá trình sinh sản, tăng trưởng và di cư ở họ cá hồi. Ví dụ, quá trình smolt hóa, nơi mà ở đó cá hồi chuyển từ giai đoạn thích nghi với nước ngọt sang giai đoạn thích nghi với nước biển sau khi đã thích nghi với nước biển do sự thay đổi theo mùa của ánh sáng ban ngày.

Ánh sáng là một yếu tố môi trường quan trọng đã được sử dụng để tối ưu hóa hoạt động sản xuất cá hồi Đại Tây Dương. Việc nghiên cứu và thực hành sản xuất đã chỉ ra rằng chúng ta có thể sử dụng thành công thao tác chiếu sáng để tạo ra quá trình smolt hóa, cải thiện tốc độ tăng trưởng, điều chỉnh chế độ cho ăn, ảnh hưởng đến hành vi bơi lội và cũng kiểm soát sự trưởng thành sinh dục, ngoài ra còn có một số yếu tố khác. Tuy nhiên, điều kiện chiếu sáng không phù hợp cũng có thể dẫn đến chất lượng smolt hóa giảm xuống và có thể góp phần gây ra các vấn đề bao gồm dị dạng đốt sống, tổn thương mắt, căng thẳng và trưởng thành sinh dục sớm.

Môi trường sản xuất mới dành cho cá hồi Đại Tây Dương

Các quy tắc sản xuất cá hồi Đại Tây Dương trên đất liền ở Na Uy đã thay đổi kể từ đầu những năm 2010. Theo truyền thống, cá hồi Đại Tây Dương hai năm được sản xuất trong các bể nuôi trên đất liền lên đến 100 g, sử dụng thao tác quang chu kỳ làm động lực chính cho quá trình smolt hóa. Vào năm 2011, các quy định mới cho phép những người nông dân sản xuất cá hồi Đại Tây Dương trên đất liền lên đến 1000g và từ năm 2016, khung quy định đã cho phép những người nông dân sản xuất cá hồi đạt tới kích cỡ giết mổ chỉ trên đất liền. Kích thước cá được sản xuất trên đất liền ở Scotland, Chilê và Úc cũng bắt đầu tăng lên và số lượng lớn dự án chăn nuôi cá hồi trên đất liền đang được lên kế hoạch và/hoặc thực hiện trên khắp thế giới.

Sản xuất kéo dài trên đát liền mang lại một số cơ hội và những cơ hội này bao gồm việc giảm thời gian cá bị nhốt trong lồng trong giai đoạn chăn nuôi thương phẩm. Chuyển những con cá lớn hơn ra biển đã cho phép người nông dân che chở cá lâu hơn khỏi chấy rận và các bệnh khác mà các bệnh này có thể ảnh hưởng đến sản xuất bằng lồng lưới kiểu mở trên biển và hoạt động sản xuất trên đất liền mang lại cho người nông dân cơ hội điều chỉnh các điều kiện về phúc lợi và hiệu suất của cá cao hơn. Ngành công nghiệp cũng bắt đầu tìm kiếm các biện pháp thay thế để smolt hóa cá bằng thức ăn, độ mặn hoặc đơn giản là kích thước của chúng.

Các hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS) đã trở thành cơ sở được ưa thích dành cho hoạt động sản xuất cá hồi Đại Tây Dương trên đất liền ở Na Uy và trên toàn thế giới, vì chúng đã cho phép tăng sản lượng bằng cách sử dụng cùng một lượng nước. Nhiều cơ sở tuần hoàn RAS quy mô lớn đã được xây dựng trong 10-15 năm qua và quy mô sản xuất của RAS đang tăng lên liên tục. Ví dụ, các kích thước bể đang tăng từ khoảng 100 m3 lên đến hơn 2000 m3. Việc thiếu diện tích bề mặt cũng có nghĩa là độ sâu của bể đã tăng từ 1-2 m lên hơn 5 m. Vì tất cả các cơ sở tuần hoàn RAS đều được lợp mái, vậy thì điều gì đã xảy ra với hệ thống chiếu sáng trong các cơ sở tuần hoàn RAS như vậy?

Chiếu sáng trong các cơ sở tuần hoàn RAS

Cá thường được chiếu sáng nhân tạo trong các cơ sở tuần hoàn RAS và cho đến nay, các điều kiện chiếu sáng vẫn chưa được tiêu chuẩn hóa trong các hệ thống tuần hoàn khép kín. Trong những năm gần đây, ngành nuôi trồng thủy sản đã bắt đầu chuyển sang sử dụng đèn điốt phát quang (đèn LED) ở cả Na Uy và trên toàn thế giới. Công nghệ LED cho phép người dùng kiểm soát được cường độ chiếu sáng, bước sóng và quang chu kỳ, đồng thời đèn LED bền hơn và tiết kiệm năng lượng hơn so với đèn huỳnh quang hoặc đèn halogen kim loại truyền thống (đèn điện tạo ra ánh sáng bởi hồ quang điện thông qua hỗn hợp khí thủy ngân hóa hơi và halogen kim loại). Hơn nữa, việc sử dụng ánh sáng LED quang phổ hẹp (đặc biệt là đèn LED ánh sáng xanh) đã được ghi nhận là có tác động tích cực đối với việc sản xuất cá hồi Đại Tây Dương hai năm sau khi smolt hóa trong các lồng biển, làm cho đèn LED trở thành lựa chọn hiển nhiên dành cho những người chăn nuôi cá bằng hệ thống tuần hoàn RAS.

Quá trình chiếu sáng trong các hệ thống tuần hoàn RAS nước ngọt truyền thống sử dụng các bể nông hơn (1-2 m) và việc chứa ít cá hơn trong mỗi bể không phải là một vấn đề. Tuy nhiên, vào cuối những năm 2000, các bể đã phát triển về kích thước và độ sâu, kích thước và số lượng cá trong bể tăng lên và các biện pháp mới đã được triển khai để sản xuất cá hồi hai năm sau khi smolt hóa trong hệ thống tuần hoàn RAS. Tuy nhiên, chất lượng nước trong các hệ thống đó (thường là nước đục) khiến tôi phải cân nhắc đến các điều kiện chiếu sáng mà cá đang phải chịu đựng. Cá nhận được bao nhiêu ánh sáng ở độ sâu 5 m? Các điều kiện chiếu sáng trong bể nuôi là gì? Chất lượng ánh sáng mà cá đã phải trải qua ra sao? Việc thiếu thao tác hình ảnh ảnh hưởng đến chất lượng cá hồi hai năm như thế nào? Các điều kiện chiếu sáng ảnh hưởng đến phúc lợi và sự phát triển của cá hồi trong các bể lớn và sâu như thế nào?

Đồng hành cùng với các đồng nghiệp của tôi từ Nofima và NORCE, chúng tôi đã bắt đầu tìm kiếm câu trả lời như một khuôn khổ của dự án SFI CtrlAQUA của Hội đồng Nghiên cứu Na Uy. Ban đầu tôi rất ngạc nhiên rằng có rất ít thông tin cụ thể có liên quan đến các điều kiện ánh sáng được khuyến nghị và tối ưu (chất lượng và số lượng) dành cho cá hồi Đại Tây Dương được nuôi trong hệ thống tuần hoàn RAS. Người ta có thể tranh luận rằng các khuyến nghị tương tự đối với cá hồi Đại Tây Dương được nuôi trong các hệ thống khác cũng nên áp dụng. Tuy nhiên, kiến thức hiện đại về các điều kiện chiếu sáng để sản xuất cá hồi hai năm chủ yếu được đưa ra bằng luxơ (đơn vị chiếu sáng), không tính đến tất cả các bước sóng liên quan đối tới cá hồi Đại Tây Dương và liên quan đến nước trong. Khi nói đến cá hồi hai năm sau khi smolt hóa thì tài liệu chỉ chủ yếu đề cập đến công việc đã được thực hiện trong các lồng biển và/hoặc ở vùng nước trong, nơi mà ở đó các điều kiện xâm nhập và hấp thụ ánh sáng khác với hệ thống tuần hoàn RAS (nơi nước có thể bị đục).

Các phép đo ban đầu của chúng tôi cho thấy rằng đối với hệ thống tuần hoàn RAS không được khử trùng (ở độ sâu 0.5 m trong bể) thì cường độ ánh sáng của bể thấp hơn 90% so với bề mặt bể. Chúng tôi cũng tìm thấy vùng không có ánh sáng chiếu tới ở đáy một số bể sâu.

Để xác định ảnh hưởng của các cường độ chiếu sáng khác nhau và chất lượng ánh sáng lên cá hồi Đại Tây Dương sau khi được smolt hóa, chúng tôi đã thực hiện một thử nghiệm trong CtrlAQUA bằng cách sử dụng đèn LED trắng quang phổ hẹp và đèn LED toàn phổ (ở hai cường độ trung bình khác nhau) trong hệ thống tuần hoàn RAS mà không cần khử trùng. Trong thí nghiệm này, chúng tôi chỉ ra rằng cường độ ánh sáng 0.25µE không có ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của cá hồi và ánh sáng ở phần màu xanh lam của quang phổ thì dễ bị hấp thụ hơn so với phần còn lại của quang phổ. Đồng nghiệp của tôi - Andre Meriac sẽ trình bày thêm kết quả từ nghiên cứu này tại hội thảo trên web sắp tới về sản xuất cá hồi hai năm trong tương lai được tổ chức vào ngày 21 tháng 10.

Những điều cân nhắc trong tương lai

Ngành công nghiệp chăn nuôi cá hồi đã và đang hoạt động tích cực để tối ưu hóa các điều kiện chiếu sáng trong hệ thống tuần hoàn RAS để sản xuất cá hồi hai năm và cá hồi hai năm sau khi smolt hóa. Việc sử dụng đèn chiếu sáng dưới nước trong bể sâu và tối ưu hóa quang phổ của đèn LED đã và đang diễn ra. Tuy nhiên, các khoản đầu tư lớn và tác động cục bộ của các hành động này sẽ không thể giải quyết tất cả các vấn đề về chiếu sáng trong hệ thống tuần hoàn RAS. Một khía cạnh quan trọng khác phải được xem xét là màu nước và hàm lượng hạt nguyên tử có trong hệ thống tuần hoàn RAS. Một số ý kIến cho rằng cá có thể thích sống ở vùng nước âm u vì nơi đó có thể cung cấp nơi trú ẩn và giảm mức độ căng thẳng của chúng. Tuy nhiên, tới bây giờ chúng tôi không có bất kỳ tài liệu nào để duy trì những tuyên bố như vậy. Mặt khác, chúng ta đang bắt đầu nhận thấy sự hiện diện của các hạt nguyên tử ảnh hưởng như thế nào đến cường độ xâm nhập, chất lượng và số lượng của ánh sáng.

Cá hồi Đại Tây Dương hiện đang được nuôi lâu hơn ở trên đất liền dưới điều kiện ánh sáng nhân tạo khác với điều kiện đang chờ đợi chúng ở trong các lồng biển. Chúng tôi biết rất ít về sự khác biệt này ảnh hưởng như thế nào đến quá trình chuyển đổi và liệu có bất kỳ hậu quả lâu dài nào đối với cá sau khi chúng được chuyển sang các lồng lưới trên biển hay không.

Cuối cùng, các điều kiện chiếu sáng trong hệ thống tuần hoàn RAS phải hỗ trợ cho tất cả các quá trình sinh học sẽ chuẩn bị cho cá hồi Đại Tây Dương sống dưới biển. Nhưng chúng tôi chỉ mới bắt đầu khám phá ra chính xác những điều kiện đó là gì mà thôi.