Điều gì làm nên ưu thế của kỹ thuật sinh thái?

Tìm hiểu về kỹ thuật sinh thái trong ao nuôi và một số dạng hệ thống sinh thái đang được áp dụng.

Các phương pháp kỹ thuật sinh thái trong nuôi trồng thủy sản đã được chứng minh là làm giảm lượng sử dụng nước và cải thiện sản lượng cá. Ảnh: Fish Vet Group

Các phương pháp dùng kỹ thuật sinh thái trong ao nuôi giúp giảm đáng kể việc sử dụng nước, thức ăn, dịch bệnh, thuốc men và chất dinh dưỡng trong nước thải, đồng thời tăng năng suất và tỷ lệ sống của tôm cá.

Kỹ thuật sinh thái là gì?

Kỹ thuật sinh thái là một phương pháp thiết kế áp dụng các nguyên tắc cộng sinh của các loài cùng với việc tái sử dụng vật chất trong hệ sinh thái để nâng cao hiệu quả sản xuất trong ao.

Những người ủng hộ kỹ thuật sinh thái ca ngợi những lợi thế về môi trường của nó: So với nuôi trồng thủy sản trong ao truyền thống, các phương pháp kỹ thuật sinh thái có thể giảm gần một nửa lượng nước sử dụng và giảm đáng kể lượng dinh dưỡng thải ra trong nước thải. Hiệu quả sản xuất được cải thiện với việc tăng năng suất và tỷ lệ sống, đồng thời giảm đầu vào thức ăn. Các lợi ích khác bao gồm giảm tỷ lệ mắc bệnh và sử dụng thuốc cũng như cải thiện hiệu quả lao động.

Hai phương pháp chính của kỹ thuật sinh thái trong nuôi trồng thủy sản liên quan đến việc xây dựng cơ sở vật chất hoặc thiết kế hệ thống sản xuất trong trang trại. Những kỹ thuật này giải quyết vô số các mối quan tâm về sinh thái từ xói mòn đất, lọc nước, giảm ô nhiễm và xử lý môi trường.

Các dự án kỹ thuật sinh thái ban đầu của Trung Quốc đã thành công. Ảnh: Olivier Joffre

Xây dựng các hệ thống sinh thái

Sườn dốc sinh thái

Các sườn dốc sinh thái được sử dụng bên cạnh ao cá để giảm sự mất ổn định và sụp đổ của bờ ao. Chúng được tạo ra bằng cách sử dụng thực vật hoặc vật liệu thực vật không sống để tạo thành mạng lưới ba chiều giúp giảm xói mòn bờ. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng thảm thực vật mô phỏng các đặc điểm sinh thái của vùng đất ngập nước đó là lọc sạch nước và điều tiết dòng chảy dưới bề mặt.

Hầu hết các nghiên cứu về sườn dốc sinh thái đã phát hiện ra rằng chúng ngăn chặn hiệu quả xói mòn đất, bảo vệ bờ ao và có thể ngăn chặn và khắc phục ô nhiễm nông nghiệp. Các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng các mái dốc sinh thái có thể cải thiện đáng kể chất lượng nước và giảm tổng tải trọng nitơ và phốt pho trong mương.

Mương sinh thái

Mương sinh thái là một hệ thống lọc sinh thái được hình thành bởi một con mương lớn được chia nhỏ và sửa đổi, có chức năng lọc nước sinh thái và làm sạch nước chảy một cách tự nhiên. Xây dựng mương sinh thái thường bao gồm việc sửa đổi toàn bộ chiều dài đáy và chiều dài của mương thành các đoạn có chứa các loài thực vật hoặc động vật thủy sinh khác nhau như cá ăn tạp và động vật có vỏ. Các mương sinh thái thường được chia thành các khu chức năng khác nhau như khu sinh thái hỗn hợp, khu tảo và khu trồng thực vật nổi.

Mặc dù nhiều nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các mương sinh thái có thể giúp cải thiện sự phú dưỡng trong nước nuôi, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng các chất lắng đọng trong mương cần phải được loại bỏ và xử lý để ngăn chặn sự tích tụ chất ô nhiễm. Tiềm năng phục hồi của hệ thống mương sinh thái phần lớn phụ thuộc vào các loài thực vật và động vật có trong mương. Nông dân sẽ cần chủ động quản lý hệ thống mương sinh thái để đảm bảo rằng họ đang thu được lợi ích đầy đủ từ thiết kế.

Ao sinh thái

Ao sinh thái là một cách xử lý nước thải bền vững và sử dụng các loài thực vật thủy sinh, cá từ nhiều cấp độ dinh dưỡng và gia cầm (vịt, ngan) được bổ sung để tạo thành một hệ sinh thái phức hợp với một chuỗi thức ăn hoàn chỉnh. Ý tưởng là nông dân có thể đặt các ao sinh thái bên cạnh các ao sản xuất và dựa vào các quy trình tự nhiên để lọc nước thải và nước thải từ sản xuất nuôi trồng thủy sản.

Các ao sinh thái có thể loại bỏ nước thải và xử lý nước thải từ sản xuất nuôi trồng thủy sản một cách hiệu quả và bền vững.

Ao sinh học tổng hợp là một dạng ao sinh thái mới dựa trên công nghệ ao sinh học truyền thống, sử dụng các nguyên lý sinh thái để kết hợp các thành phần theo tỷ lệ nhất định, với chức năng kép là lọc nước thải và bảo vệ nguồn nước. Ao tảo tỷ lệ cao (HRAP) là một công nghệ do Oswald và cộng sự đề xuất vào những năm 1950 để xử lý nước thải bằng cách sử dụng mối quan hệ cộng sinh giữa vi khuẩn và tảo. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng HRAP có thể quản lý và điều chỉnh thành công các hệ sinh thái nước. HRAP loại bỏ nhiều nitơ và phốt pho hơn so với xử lý nước thải thông thường và cũng có thời gian lưu thủy lực ngắn hơn so với xử lý nước thải thông thường. Các nhà nghiên cứu đề xuất sử dụng một ao sinh thái cho 3 - 7 ao nuôi trồng thủy sản để có kết quả tốt nhất.

Luống nổi sinh thái

Các luống nổi sinh thái (hay đảo nổi thực vật thủy sinh) là những khối thực vật nhỏ nằm trên mặt nước nuôi và hỗ trợ lọc nước. Các luống nổi sinh thái dựa vào thực vật thủy sinh và vi sinh vật rễ của chúng để giảm chất ô nhiễm và ngay lập tức làm giàu nước. Đánh giá cho thấy hơn 80 loại thực vật có thể được sử dụng trong luống nổi sinh thái, bao gồm rau, hoa, các loại thảo mộc lâu năm và cỏ như rau muống (Ipomoea aquatica).

Hệ thống này có vai trò làm tăng lượng oxy trong nước, phá vỡ các màng sinh học và giúp phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm. Đồng thời, rễ cây tiết ra các chất tiết (chẳng hạn như các enzym sinh học) có thể đẩy nhanh quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Các nghiên cứu cho thấy rằng các nhà sản xuất sẽ thấy kết quả tốt nhất nếu các luống nổi bao phủ 20% diện tích nước trong ao nuôi. Nhiệt độ có ảnh hưởng rõ rệt đến việc loại bỏ nitơ và phốt pho, và nhiệt độ nước tối ưu cho các luống nổi là 25–29 ° C.

Đất ngập nước được xây dựng bằng composite

Đất ngập nước được xây dựng dựa trên cấu trúc của đất ngập nước tự nhiên. Chúng là những hệ thống được thiết kế tương tự như đầm lầy nhưng do con người điều khiển. Một vùng đất ngập nước được xây dựng có thể sử dụng các chức năng vật lý, hóa học và sinh học trong hệ thống để xử lý nước thải. Trong một thí nghiệm trong đó nước ô nhiễm kim loại nặng chảy qua một vùng đất ngập nước được xây dựng bằng hỗn hợp với dòng chảy thẳng đứng và được trồng với cây cói quạt Cyperus alternifolius và Villarsia exaltata , tất cả các kim loại nặng ngoại trừ Mn trong nước thải đầu ra đều được tinh lọc và hấp thụ. 

Sử dụng đất ngập nước composite để xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản có nhiều ưu điểm. Đất ngập nước hỗn hợp có thể loại bỏ nitơ và các chất phú dưỡng khác ra khỏi hệ thống thoát nước nuôi trồng thủy sản một cách hiệu quả. Hệ thống này có thể cải thiện chất lượng nước và phục hồi hệ sinh thái thủy sinh.

Ứng dụng ở Trung Quốc

Cách Trung Quốc áp dụng kỹ thuật sinh thái trong ao nuôi cá.

Khi sản lượng nuôi trồng thủy sản của Trung Quốc tăng lên, những người nuôi cá đang áp dụng các kỹ thuật kỹ thuật sinh thái để đảm bảo cho ngành này bền vững với môi trường.

Các doanh nghiệp nuôi trồng thủy sản trong ao của Trung Quốc đã bắt tay vào nhiều sáng kiến kỹ thuật sinh thái kể từ đầu những năm 2000. Các dự án đã được thực hiện thành công tại các sinh cảnh vùng đệm ven hồ như hồ Tiahu, hồ Gehu và hồ Weishan. Các dự án thành công ở các khu vực bờ sông và các khu vực thiếu nước và trong môi trường nước mặn. Các ước tính ban đầu cho thấy rằng các trang trại nuôi cá trong ao áp dụng các hệ thống này đã tăng tỷ lệ tái sử dụng nitơ và phốt pho lên hơn 50%, đồng thời cải thiện lợi nhuận kinh tế của họ.

Tài liệu cho thấy rằng cả các nhà sản xuất cá vây và giáp xác đều có thể thực hiện thành công các thiết kế kỹ thuật sinh thái để tiết kiệm nước và năng lượng đồng thời cải thiện năng suất và lợi nhuận.

XingGuo Liu và cộng sự 2020. Ecological engineering in pond aquaculture: a review from the whole‐process perspective in China. Reviews in Aquaculture, 1-17.