Quản lý Hydrogen Sulfide trong ao nuôi bằng chế phẩm sinh học

Trong nuôi trồng thủy sản, các điều kiện vật lý, hóa học và sinh học của môi trường ao nuôi có ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe và khả năng sản xuất của tôm. Sự tiếp xúc của tôm với các độc tố như Hydrogen Sulfide, NH3, CO2,… dễ làm tôm bị stress và từ đó có thể dẫn đến dịch bệnh. Do vậy, việc quản lý tốt chất lượng nước trong ao nuôi luôn là mối quan tâm của người nuôi trồng thủy sản bên cạnh các yếu tố khác như thức ăn, giống,…

Nguồn hình thành Hydrogen Sulfide

Trong quá trình nuôi, các chất thải được máy quạt nước gom tụ vào giữa đáy ao Đống chất thải này phân thành 2 lớp. Lớp ngoài rất mỏng (khoảng 5 mm) được ôxy hoá nên có màu tương đối sáng, có chức năng bao phủ và hạn chế khí độc thoát ra ngoài. Lớp bên dưới có màu đen, chất thải ở điều kiện thiếu ôxy nên vi khuẩn khử lưu huỳnh tạo ra khí độc H2S.

Hydrogen Sulfide được hình thành ở đất trầm tích, chủ yếu là kết quả của quá trình khử sulfate bởi các vi sinh vật. Quá trình khử sulfate xuất hiện ở thế oxy hóa khử thấp hơn là cần thiết cho quá trình khử sắt và mangan bởi các vi sinh vật. Do đó, sắt, mangan thường có ở những nơi hydrogen sulfide được sinh ra.

Hydrogen sulfide trong đất trầm tích có thể khuếch tán vào trong lớp nước mặt bên trên, cũng có thể được trộn vào cột nước bởi hoạt động sinh học và xáo trộn trầm tích do kéo lưới và các dòng nước mạnh do gió hoặc thông khí cơ học. Nếu tốc độ hydrogen sulfide khuyếch tán vào nước vượt quá tốc độ oxy hóa của nó thì sẽ phát hiện được nồng độ của độc tố tiềm tàng này trong cột nước – đặc biệt là trong lớp nước cao vài cm trên bề mặt phân giới giữa đất trầm tích và nước.

Độc tính và tác hại đối với vật nuôi

Các giá trị LC50 96 giờ (gây chết 50% sinh vật thí nghiệm trong 96 giờ) của hydrogen sulfide đối với các loài cá nước ngọt nằm trong khoảng 20-50 µg/L, các nồng độ gây căng thẳng và làm cho cá dễ nhiễm bệnh còn thấp hơn nhiều. Một cách đo độc tính – LC50 phản ánh nồng độ của một hợp chất trong nước làm chết 50% động vật thí nghiệm trong một thời gian đã xác định, ví dụ như LC50 96 giờ.

Lý tưởng là cá nước ngọt không nên phơi nhiễm ở nồng độ hydrogen sulfide trên 2 µg/L trong thời gian dài. Tôm và các loài hải sản khác có xu hướng chống chịu được hydrogen sulfide hơn các loài nước ngọt.

Các giá trị LC50 96 giờ của hydrogen sulfide đối với các loài sinh vật biển nằm trong khoảng 50-500 µg/L. Tuy nhiên, nồng độ hydrogen sulfide có lẽ không nên vượt quá 5 µg/L trong các ao nuôi trồng thủy sản nước lợ có nồng độ nước biển cao nhất. Như với cá nước ngọt, nồng độ hydrogen sulfide cao làm các loài sinh vật biển dễ mắc bệnh hơn – đặc biệt là bệnh Vibriosis ở tôm​​.

Các nghiên cứu ở các hệ thống đất và nước trong phòng thí nghiệm được thực hiện tại Đại học Texas A & M đã đưa ra nồng độ sulfide cao trong nước ở lỗ rỗng trầm tích không ảnh hưởng đến tôm, miễn là bề mặt phân giới giữa đất và nước duy trì ở tình trạng hiếu khí và nồng độ oxy hòa tan trong cột nước là 70% oxy bão hòa hoặc cao hơn. Các nghiên cứu cũng đã cho thấy nguy cơ độc tính hydrogen sulfide tăng khi pH đất trầm tích và nước thấp hơn.

Đối với tôm sú, thường sống tập trung ở đáy ao thì đây là nguyên nhân khiến tôm bị stress và yếu, dễ bị cảm nhiễm vi khuẩn Vibrio, hoặc nghiêm trọng hơn là tôm sẽ bị chết do H2S (hội chứng tháng nuôi đầu). Đối với tôm thẻ chân trắng thì ít nghiêm trọng hơn, bởi hầu hết hoạt động của tôm diễn ra trong các tầng nước, nhưng tôm cũng có thể yếu và mẫn cảm với bệnh. Nếu tôm đang lột xác hoặc đang tìm thức ăn dưới đáy sẽ dễ bị ảnh hưởng bởi H2S. Khi bị nhiễm độc tôm có hiện tượng bơi lờ đờ trên mặt nước hoặc chết trong giai đoạn nuôi 25 - 45 ngày.

Tôm nuôi 2 tháng trở lên, chất thải trong ao đã sinh ra một lượng lớn H2S. Nếu thiếu ôxy đột ngột do tảo tàn, do thay đổi thời tiết (mưa, mây mù) hoặc cho ăn thừa thì vi khuẩn kỵ khí sẽ tăng cường hoạt động, tạo ra nhiều H2S. Ở thời điểm này trở đi, tôm dễ bị stress hơn, bởi H2S và các khí độc khác cùng hàm lượng ôxy thấp và không gian sống bị thu hẹp. Đặc biệt, những con tôm yếu và những con trong giai đoạn lột xác có xu hướng trốn vào khu vực chất thải khả năng tiếp xúc H2S cao, khiến tôm yếu hơn. 

Trong vụ nuôi, khi tảo phát triển mạnh đến thời điểm nào đó tảo sẽ tàn, quá trình phân hủy xác tảo sẽ tiêu tốn nhiều ôxy và gia tăng lượng H2S, gây stress cho tôm, khiến tôm nhiễm độc nặng hơn.

Cách đo tổng nồng độ sulfide

Cách đo tổng nồng độ sulfide là một công việc phức tạp bằng các phương pháp thí nghiệm chuẩn, nhưng người nuôi trồng thủy sản có thể sử dụng bộ dụng cụ đo hydrogen sulfide để phân tích tổng sulfide dễ dàng hơn. Các bộ dụng cụ này cho số liệu tương đối đáng tin cậy.

Nồng độ hydrogen sulfide được ước tính từ tổng nồng độ sulfide, bởi vì các phương pháp để xác định sulfide trong nước điển hình đều đo tổng nồng độ của ba dạng sulfide.

Tỷ lệ H2S ở các giá trị pH và nhiệt độ khác nhau đưa ra trong Bảng 1 có thể được sử dụng để ước tính nồng độ hydrogen sulfide.

Việc ước lượng nồng độ hydrogen sulfide từ tổng nồng độ sulfide đòi hỏi số liệu về nhiệt độ nước và pH. Thường có thể phát hiện được sự xuất hiện của hydrogen sulfide là do có mùi trứng thối. Hydrogen sulfide có thể đo được trong nước thường có nghĩa là nồng độ oxy hòa tan trong nước hoặc tại bề mặt phân giới giữa đất trầm tích và nước ở mức thấp, nên tăng cường sục khí.

Quản lý độc tính của hydrogen sulfide

Các cách thực hành chính để giảm thiểu nguy cơ độc tính của hydrogen sulfide là cho ăn thận trọng để tránh thức ăn bị lãng phí ở đáy ao, sục khí nhiều để tránh mức oxy hòa tan thấp và tạo một dòng nước chảy có thêm oxy ngang qua bề mặt phân giới giữa đất và nước, bón vôi để ngăn chặn chất lắng đọng và nước có tính axit.

Nên phơi kỹ đáy ao giữa các vụ. Đất trầm tích, bùn đáy ở những chỗ quá sâu để có thể khô hoàn toàn nên rút bỏ khỏi ao và đáy ao có tính axit nên được rải vôi.

Một số sản phẩm đôi khi được sử dụng cho ao vì chúng có khả năng làm giảm hydrogen sulfide. Các sản phẩm này như là dùng kali permanganate ở nồng độ cao hơn nồng độ hydrogen sulfide sáu đến tám lần – permanganat có thể oxy hóa sulfide. Các hợp chất sắt như oxit sắt đã được sử dụng cho đất trầm tích theo tỷ lệ 1 kg/m2 hoặc nhiều hơn để kích thích hydrogen sulfide trong nước ở lỗ rỗng đất trầm tích kết tủa thành sulfide sắt.

Ngoài ra, chế phẩm sinh học (men vi sinh) thường được sử dụng trong ao với niềm tin sẽ làm giảm nguy cơ độc tính của hydrogen sulfide thông qua quá trình điều chỉnh sinh học, giảm thiểu lớp bùn tích tụ ở đáy ao, dẫn đến giảm nguồn hình thành hydrogen sulfide.

Đã có nhiều nghiên cứu hướng đến việc nâng cao chất lượng nước ao nuôi bằng cách ứng dụng các enzyme hoặc các vi sinh vật có lợi vào trong ao nuôi, gọi là “điều chỉnh sinh học”. Điều chỉnh sinh học được định nghĩa là quá trình sử dụng một lượng vi sinh vật có lợi- chế phẩm sinh học và các en zim phù hợp để thả xuống các ao nuôi nhằm tăng cường sự phân hủy chất hữu cơ và loại bỏ các tạp chấp khác không cần thiết trong ao, giảm sự tích tụ của các chất cặn bã và bùn đáy, làm tăng lượng oxy hòa tan trong nước ao nuôinhờ vậy chất lượng nước trong ao nuôi được cải thiện, giúp tăng sản lượng nuôi.

Vi khuẩn quang quang hợp phá vỡ hydrogen sulfide ở đáy ao đã được sử dụng rộng rãi trong nuôi trồng thủy sản để duy trì môi trường nước thích hợp. Các vi khuẩn này bao gồm bacterio-chlorophyll hấp thụ ánh sang và thực hiện quá trình quang hợp trong điều kiện kỵ khí. Chúng là các vi khuẩn lưu huỳnh màu tía có thể phát triển trong điều kiện kỵ khí ở đáy ao. Vi khuẩn quang hợp không lưu hình màu tím có thể phân hủy các chất hữu cơ, H2O, NO2 và các chất thải độc hại trong ao. Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía phân nhỏ hydrogen sulfide để tận dụng bước sóng của ánh sáng không bị thực vật phù du hấp thụ. Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía lấy các hạt electron từ hydrogen sulfide ở mức năng lượng thấp hơn H2O chia nhỏ sinh vật quang tự dưỡng, do vậy đòi hỏi cường độ ánh sáng thấp hơn cho quá trình quang hợp. Công thức chung của phản ứng hóa học này như sau:

Chromatiaceae và Chlorobiaceae là hai chủng vi khuẩn thuộc vi khuẩn lưu huỳnh quang hợp ưa điều kiện kỵ khí để phát triển và tận dụng năng lượng mặt trời và sulphide.

Trong quá trình điều chỉnh sinh học đối với độc tính của hydrogen sulfide, vi khuẩn thuộc họ Chromatiaceae và Chlorobiaceae có thể được nuôi quy mô lớn và được áp dụng như chế phẩm sinh học. Vừa là vi khuẩn tự dưỡng và quang hợp, nuôi quy mô công nghiệp thì tiết kiệm chi phí hơn và các chất hữu cơ được nuôi có thể hấp thụ vào cát; nhờ vậy khi lắng xuống đáy ao có thể làm giàu dinh dưỡng ở tầng đáy và giảm thiểu độc tính của H2S.

Việc quản lý hệ sinh thái vi sinh vật ao nuôi là một lĩnh vực mà các nghiên cứu ứng dụng có thể có đóng góp quan trọng trong việc cải thiện sản lượng và tạo ra sự thân thiện môi trường của ngành nuôi trồng thủy sản, nhất là trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng nặng nề do ngành này gây ra. Việc sử dụng chế phẩm sinh học trong xử lý nền đáy ao nuôi ngày càng được chứng minh có hiệu quả, được áp dụng rộng rãi và đã mở ra hướng đi mới, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành thủy sản toàn cầu.