Công nghệ Biofloc: khả năng phòng bệnh trong nuôi tôm

Ngành nuôi tôm toàn cầu đã trải qua hơn ba mươi năm 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. 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. Năm 2011-2012, sản lượng tôm toàn cầu giảm 6,7% và tiếp tục giảm 9.6% trong năm 2012-2013 xuống còn 3,5 triệu tấn. 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 đã trở thành một giải pháp hữu hiệu cho ngành nuôi tôm bền vững.

1/ Hệ thống 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 hệ thống biofloc tạo điều kiện sản xuất ổn định và bền vững do hỗ trợ quá trình tự nitrat hóa trong các ao nuôi cá hoặc tôm không thay nước. Trong các hệ thống biofloc, tảo phát triển đầu tiên, tiếp sau là một quá trình chuyển đổi với sự hình thành bọt, sau đó biofloc nâu phát triển. Quá trình này có thể mất vài tuần, tùy thuộc vào sinh khối nuôi trong nước ao. Giai đoạn chuyển đổi này nhanh đối với cá rô phi, nhưng lâu hơn đối với tôm.

2/ Công nghệ Biofloc trong nuôi tôm

Công nghệ biofloc cho nuôi tôm quy mô thương phẩm ở các ao quy mô lớn đơn giản, nhưng theo một hướng phức tạp. Cần phải làm theo các quy trình tập quán cơ bản, kết hợp với các phương pháp công nghệ biofloc. Các quy trình phải được điều chỉnh tương ứng với những thay đổi trong môi trường nước nuôi và hoạt động của tôm như là sức khỏe và tốc độ phát triển.

Để đạt được kết quả tốt nhất, chỉ nên thả tôm giống/postlarvae sạch bệnh. Một khi các ao đã được thả, kiểm soát khối lượng biofloc là một yếu tố quan trọng. Sử dụng các phễu lắng Imhoff để đánh giá, khối lượng biofloc cần phải được duy trì dưới mức 10 ml/L đối với các hệ thống biofloc toàn phần và 5 mL/L đối với các hệ thống biofloc bán phần. Nước màu xanh lá cây hoặc màu nâu là chấp nhận được, nhưng nước màu đen là chỉ dấu về điều kiện bất thường.

Ngũ cốc viên và mật đường cung cấp cacbon khi cần thiết. Nói chung, sử dụng ngũ cốc viên từ 15 đến 20% tổng lượng thức ăn dùng trong suốt thời gian nuôi từ giai đoạn đầu và tăng lên đến 25 – 50% gần khi thu hoạch tùy thuộc vào hệ thống áp dụng hoặc biofloc toàn phần hoặc bán phần.

Sục khí giúp biofloc lơ lửng trong nước ao là yêu cầu chính để tối đa hóa tiềm năng của các quá trình vi khuẩn trong các ao nuôi tôm. Nồng độ oxy hòa tan cần phải được theo dõi thường xuyên để giữ mức cao hơn 4 mg/L. Đặc biệt là trong các hệ thống biofloc, sục khí cần phải được liên tục theo dõi vì các lỗi trục trặc và sửa chữa hoặc thay thế không được chậm trễ, bởi sục khí cần phải hoạt động ít nhất 22 tiếng một ngày. Biofloc lơ lửng phải sẵn có ngay làm thức ăn cho tôm.

Ngũ cốc đã viên – hỗn hợp của lúa mì, ngô và đậu nành nghiền có mức protein từ 14 đến 18%, và mật đường được sử dụng để duy trì tỷ lệ cacbon: nitơ (C: N) trên 15. Độ ổn định của ngũ cốc trong nước phải được từ 15 và 20 phút. Cách làm này tạo chất nền hữu cơ không tốn kém giúp biofloc có thể phát triển, ngoài việc tăng tỷ lệ C:N. Thức ăn nuôi tôm có thể có hàm lượng protein cao (35 – 40%) hoặc thấp (29 – 30%). Mật đường có thể được sử dụng 2 hoặc 3 lần hàng tuần với mức 15 – 20 kg/ha.

Những lợi thế của năng suất, tỉ lệ sống và hệ số chuyển đổi thức ăn tốt hơn cho tôm Penaeus semisulcatus sử dụng ngũ cốc viên có bột mì làm nguồn cacbon đã được chứng minh trong các nghiên cứu năm 2010 của Mohamed Megahed. Ngoài các loại hóa chất thông dụng như dolomit và vôi, cần sử dụng cao lanh 50 – 100 kg/ha trong khâu chuẩn bị nước ao và trong vụ nuôi. Hạt cao lanh lơ lửng trong nước ao được coi như trở thành hạt nhân của cộng đồng biofloc trong nước ao nuôi.

Kiểm soát môi trường

Sục khí cần phải được đặt đúng vị trí để tích tụ bùn vào giữa các ao, liên tục giữ các hạt biofloc lơ lửng trong nước ao và duy trì mức oxy hòa tan cao. Năng lượng đầu vào liên quan đến công suất của các thiết bị sục khí phải tương quan với mật độ thả giống.

Bùn tích tụ cần được tháo ra định kỳ. Hạn chế thay nước, chỉ bổ sung khi cần thiết. Nói chung, trong nước ao nuôi có độ mặn từ 20 đến 30 ppt và nhiệt độ từ 25 đến 30 °C thì oxy hòa tan và pH sẽ ổn định, nhưng độ kiềm sẽ giảm và cần phải được kiểm soát. Mức tổng nitơ amoniac và nitrat sẽ cao hơn trong các hệ thống truyền thống.

Năng suất trong các hệ thống biofloc

Công nghệ biofloc đã được áp dụng thành công trong nuôi tôm thẻ Litopenaeus vannamei thương phẩm ở Belize. Công nghệ này cũng đã được sử dụng thành công ở Indonesia, sản lượng tôm đạt gần 50 tấn/ha trong ao nhỏ mô hình nghiên cứu và hơn 20 tấn/ha từ các ao nuôi thương phẩm với các hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) trong khoảng 0,98 và 1,30.

Một sự kết hợp của hai công nghệ:thu hoạch từng phần và biofloc do tác giả nghiên cứu ở miền bắc Sumatra, Indonesia. Năng suất ở hệ thống kết hợp cao hơn dự kiến. Một ao 2.500 m2 cho sản lượng 12,37 tấn (49,48 tấn/ha) qua 6 lần thu hoạch từng phần có hệ số chuyển đổi thức ăn là 1,11. Công nghệ này đã được thương mại hóa thành công tại Malaysia sử dụng một hệ thống semi-biofloc với năng suất bình quân 15 tấn/ha. Một lợi thế trong việc tiếp thị tôm nuôi ở các hệ thống biofloc là màu tôm sẫm vào lúc thu hoạch và sẽ chuyển sang màu đỏ khi tôm được nấu chín.

An toàn sinh học tăng cường

Với những vấn đề đang nổi lên của virút và chi phí cho năng lượng tăng cao, an toàn sinh học với công nghệ biofloc dường như là giải pháp cho sản xuất bền vững. Các trang trại nuôi tôm lớn khởi xướng công nghệ biofloc ở Sumatra, Indonesia, từ cuối năm 2002 đến 2007 đã không bị dịch bệnh đốm trắng.

Cũng như ở các trang trại khác trong vùng lân cận, trang trại nuôi tôm Arca Biru (Blue Archipelago Berhad) đã phải đối mặt với những tác động nghiêm trọng từ virút hội chứng đốm trắng (WSSV) trước khi được thiết kế lại. Mặc dù sự cố virút rất phổ biến ở vùng lân cận, quá trình vận hành đã thành công khi không bùng phát virút trong suốt vụ nuôi với một hệ thống biofloc an toàn sinh học.

Một dự án nuôi tôm tích hợp quy mô lớn do Blue Archipelago Berhad bắt đầu làm vào năm 2009 với mục tiêu hoàn thành 600 ao nuôi và ao lắng để nuôi tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương,Litopenaeus vannamei trên 1.000 ha đất tại Setiu ở bang Terengganu, phía đông bắc của Kuala Lumpur, Malaysia.

Đợt thả giống đầu tiên được bắt đầu vào tháng 10/2011. Tổng cộng 144 ao đã vận hành vào giữa tháng 11/2012. Không có sự cố nào được báo cáo về hội chứng đốm trắng hoặc hội chứng tôm chết sớm tại trang trại.

Các đặc tính khác

Các báo cáo khác cũng cho thấy những tác dụng của nuôi tôm biofloc. Ví dụ như một trang trại nuôi tôm nhỏ sở hữu bởi hộ gia đình ở Bali tại Kubu nuôi tôm thẻ L. vannamei sạch bệnh trong các ao áp dụng công nghệ biofloc cơ bản không thay nước. Sục khí nhiều và nồng độ oxy hòa tan được kiểm soát tốt giúp duy trì chất lượng nước tốt trong môi trường nuôi. Trang trại liên tục sản xuất 45 – 55 tấn/vụ từ năm 2009 mà không bị dịch bệnh đốm trắng hoặc hoại tử cơ.

Năm 2013, Su-Kyoung Kim và cộng sự đã nghiên cứu tác dụng của biofloc đến sự tăng trưởng và hoạt động miễn dịch của tôm thẻ giống/postlarvae L. vannamei. Họ nhận thấy quần thể vi khuẩn dày kết hợp với biofloc tạo sự kích hoạt thường xuyên cho quá trình phát triển và bảo vệ hệ thống miễn dịch của tôm.

Các nghiên cứu gần đây của In-Kwon Jang đã tìm thấy hơn 2.000 loài vi khuẩn trong nước biofloc phát triển tốt. Căn cứ trên biểu hiện mRNA của 6 gen liên quan đến miễn dịch, biofloc có thể tăng cường hoạt động miễn dịch.

Tại hội thảo tháng 12/2013 về công nghệ biofloc và các bệnh tôm được tổ chức tại thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam, Julie Eskahari đã có báo cáo về việc ứng dụng công nghệ biofloc mang lại hiệu quả có lợi trong kiểm soát và quản lý dịch bệnh trong nuôi tôm. Wilson Wasielesky và đồng nghiệp đã chứng minh biofloc và an toàn sinh học thành công trong việc ngăn ngừa bệnh đốm trắng ở miền nam Brazil.

Các ứng dụng của hệ thống biofloc như an toàn sinh học trong việc ngăn ngừa bệnh trong nuôi tôm được mô tả trong bảng 1

Đặc tính biofloc	Lợi ích trong nuôi tôm
Giảm thiểu thay nước, chỉ bổ sung khi nước bị mất đi do siphon và bốc hơi	Giảm thiểu nguy cơ virút xâm nhập vào các ao nuôi thông qua nguồn nước
Chỉ sử dụng nước đã qua xử lý từ các ao/hồ lắng	Ổn định nồng độ oxy hòa tan hỗ trợ sức khỏe tôm
Sục khí liên tục tùy theo khả năng tải của ao để giữ biofloc lơ lửng trong nước ao	Môi trường ổn định làm giảm stress cho tôm
Duy trì biofloc đều ổn định tốt hơn là quản lý tảo nở hoa, bởi sinh vật biofloc không phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời để quang hợp	Bổ sung thức ăn dinh dưỡng có thể làm giảm chi phí thức ăn
Duy trì mức oxy hòa tan và pH ổn định trong môi trường nuôi	Vi khuẩn có thể tạo ra tác động probiotic
Biofloc cung cấp thêm thức ăn sống tự nhiên	Tăng cường hoạt động miễn dịch ở tôm
Nước biofloc có thể chứa hàng ngàn loài vi khuẩn
Biofloc chứa 6 gen liên quan đến miễn dịch

Bảng 1. Các đặc tính của các hệ thống biofloc thích hợp cho an toàn sinh học.

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; do vậy, công nghệ bloc 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 trồng thủy sản hiệu quả, bền vững và có lợi nhuận hơn.