Nuôi cá rô phi sử dụng công nghệ biofloc (BFT)

Nhu cầu tiêu dùng và trao đổi thương mại quốc tế của cá rô phi trên thế giới đang ngày một tăng. Do vậy, tăng khả năng sản xuất cá rô phi đóng vai trò cần thiết để đáp ứng nhu cầu trong tương lai. Tuy nhiên, tăng sản lượng nuôi trồng thủy sản trên toàn cầu gặp nhiều thách thức, khó khăn, bởi thiếu nước nghiêm trọng và không có đất phù hợp. Hệ thống thâm canh là phương pháp duy nhất có tính khả thi và không hại đến môi trường nhằm nâng cao năng suất nuôi trồng thủy sản. Tuy vậy, hệ thống thâm canh thường ít được lựa chọn trong sản xuất cá do nhu cầu giảm chi phí sản xuất phải thấp hơn giá thị trường. Công nghệ Biofloc (BFT) nắm giữ nhiều tiềm năng như tạo điều kiện thâm canh, giúp cá lớn nhanh, tỷ lệ chuyển đổi thức ăn cao, giảm tỉ lệ bệnh tật và tăng hiệu quả chi phí đầu tư.

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.

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 thực 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.

Yêu cầu cơ bản cho hoạt động hệ thống biofloc bao gồm: mật độ thả cao với 130-150 PL10/m2 và máy sục khí cao từ 28 HP-32 HP / ha. Ao nuôi phải được lót bê tông hoặc lót bạt HDPE, ngũ cốc dạng viên và mật mía được thêm vào môi trường nước. Ngoài ra, tỷ lệ cac-bon:nitơ (C: N) được duy trì trong khoảng 15:01 bằng cách điều chỉnh mật mía, ngũ cốc dạng viên và các đầu vào thức ăn để kiểm soát nồng độ nitơ vô cơ trong nước. Các vi khuẩn, tạo thành bioflocs, hấp thụ amoni để tạo protein của vi sinh vật làm thức ăn cho cá, qua đó tái chế các protein trong thức ăn thừa.

Cá rô phi tỏ ra rất thích nghi với hệ thống BFT. Chúng có thể phát triển và phát triển mạnh trong hệ thống biofloc dày đặc và xét tổng thể thì cá rô phi là loài cá rất dễ thích nghi.

1/ Kiểm soát nitơ và chế độ ăn bằng hệ thống biofloc

Nuôi cá thâm canh trong một hệ thống khép kín lúc nào cũng dẫn đến sự tích tụ dư lượng thức ăn. Amoni( tổng hợp đạm amon- TAN) tích tụ là một vấn đề lớn. Hàm lượng amoniac, NH3, thành phần chưa ion hóa của TAN có độc tính cao. Lượng TAN thải ra hàng ngày là khoảng 75% nitơ có trong thức ăn. Nếu không được xử lý, còn tồn lại trong nước, nồng độ nitơ cao sẽ dẫn đến tử vong ở cá. Hai quá trình sinh học trung gian tồn tại trong các hệ thống BFT sẽ giúp kiểm soát nồng độ TAN.

Quá trình đầu tiên là chuyển hóa TAN thành protein của vi khuẩn nhờ vi khuẩn dị dưỡng. Vi khuẩn này sử dụng carbon như một thành phần tạo nên nguyên liệu cho tế bào mới. Tuy nhiên, vì các tế bào vi sinh vật được làm bằng protein, chúng cần một nguồn nitơ. Do đó, chúng lấy amoni từ nước  và chuyển hóa nó thành protein của vi khuẩn. Mức độ TAN được giữ ở mức thấp bằng cách điều chỉnh chế độ dinh dưỡng và carbohydrate trong ao với tỷ lệ C:N trong khoảng 15. Để giữ cho tỷ lệ C: N ở mức mong muốn, chúng ta có thể giảm protein trong thức ăn (tức là cho ăn với 20% thức ăn protein so với thông thường 30-35%), và để thêm chất cácbon như mật đường, bột sắn hoặc các loại tương tự.

Quá trình chuyển hóa vi sinh vật thứ hai là quá trình nitrat hóa, chuyển đổi amoniac độc hại và nitrite thành nitrate. Điều quan trọng cần lưu ý là cả hai quá trình chỉ có thể diễn ra khi các nhóm vi sinh vật thích hợp có mặt đầy đủ ở các mực nước khác nhau. Các nhóm vi sinh vật dị dưỡng phát triển khá nhanh sau sự tích tụ các chất hữu cơ trong nước. Nhóm nitrat phát triển chậm và phải mất khoảng 4 tuần trước khi chúng đạt mức dày đặc nhất, trừ khi được áp dụng phương pháp cấy thích hợp. Khi tỷ lệ C: N cao hơn 15 (15-20), TAN sẽ được kiểm soát và giữ ở mức chấp nhận được.

Chuyển hóa vi khuẩn TAN thành protein tạo năng suất cao và giúp dễ dàng kiểm soát mức độ nitơ trong nước. Ngoài ra, các protein của vi sinh vật có thể là nguồn thức ăn chất lượng cao cho cá. Trong các hệ thống vi sinh vật dày đặc (mật độ vi khuẩn trong hệ thống BFT là 106 - 109 vi khuẩn / mL), vi khuẩn dính liền với nhiều vi sinh vật hay các phần tử hữu cơ khác, tạo thành bioflocs có kích thước từ 0,1 đến vài mm (xem bên dưới). Khác với vi khuẩn đơn, các Bioflocs như vậy có thể được cá rô phi tiêu hóa và chuyển hóa. Protein trong bioflocs còn góp phần đáng kể tạo nguồn thức ăn cho cá. Hơn nữa, không giống nguồn thức ăn được cung cấp từ bên ngoài, cá rô phi ăn và hấp thụ các bioflocs liên tục cả ngày. Quan sát hành vi của cá rô phi nuôi trong ao BFT với cá rô phi trong ao đối chứng tương đương, có thể thấy rằng cá trong ao đối chứng rất đói và vội vã lao tới thức ăn viên được cung cấp 2-3 lần một ngày, trong khi cá rô phi nuôi tại ao BFT lặng lẽ ăn, cho thấy rằng chúng không bị bỏ đói giữa những lần cho ăn. Cho ăn liên tục thông qua hấp thụ bioflocs giúp các loài cá nhỏ hơn (mà hầu như không có khả năng cạnh tranh thức ăn với các loài cá lớn hơn trong các ao nuôi), và do đó dự kiến kích thước cá ​​trong ao BFT có thể đồng đều hơn.

Lượng bioflocs mà cá tiêu thụ có thể được ước tính bằng cách đo hệ số chuyển hóa thức ăn FCR, hoặc bằng cách sử dụng phương pháp truy tìm đồng vị, trong đó gắn bioflocs với đồng vị ổn định 15N. Phương pháp đồng vị là nhanh chóng và chính xác.

Có thể thấy rằng cá rô phi lấy được 30-50% protein của mình thông qua hấp thụ bioflocs. Protein “tái chế” này có thể tiết kiệm đáng kể chi phí thức ăn.

2/ Kiểm soát sự tập trung của biofloc

Một đặc điểm của hệ thống nuôi cá rô phi theo BFC, đặc biệt là so với các hệ thống nuôi tôm, là sinh khối rất cao. Theo kinh nghiệm của chúng tôi, sinh khối cá rô phi có thể đạt 20-30 kg / m 3 (200-300 tấn / ha), so với sinh khối tôm khoảng 2 kg / m 3 (20 tấn / ha) trong ao nuôi thâm canh. Thức ăn bổ sung cho ao cá rô phi thường cao hơn so với trong ao nuôi tôm khoảng 10 lần.

Tổng số chất rắn lơ lửng (TSS) tích tụ trong ao với tốc độ nhanh khi sinh khối cá và tốc độ cho ăn tăng cao. Thức ăn thừa và mật độ của vi sinh vật có liên quan đến TSS. Vì vậy chúng ta không nên thải TSS bừa bãi ra khỏi ao. Tuy nhiên, TSS quá nhiều cũng không tốt vì nó làm tăng thêm mức tiêu thụ oxy và ở mức độ rất cao có thể làm tắc nghẽn mang cá. Ngoài ra, nếu trộn nước không được kiểm soát tốt, hoặc khi nồng độ TSS vượt quá khả năng hòa tan của các hệ thống, các hạt rắn ổn định có thể tích lại và tạo ra các túi yếm khí.

Sự tồn tại của các túi yếm khí ở đáy ao sinh ra các hợp chất độc hại mà cuối cùng ảnh hưởng nghiêm trọng sự phát triển của cá. Mức TSS có thể được kiểm soát bởi một hệ thống thoát nước hàng ngày hoặc hai lần mỗi ngày kết hợp với trộn nước phù hợp và thiết kế đáy ao hợp lý. Mức TSS trong bioflocs không nên vượt quá giới hạn khoảng 600-800 mg / L hoặc 40-60 ml / L. Những kiểm soát này vô cùng cần thiết trong hệ thống nuôi cá rô phi BFT.

3/ Giá trị gia tăng

Công nghệ Biofloc áp dụng trong nuôi cá rô phi giúp duy trì chất lượng nước tốt và mức TAN chấp nhận được trong ao, đồng thời tăng gấp đôi hiệu suất hấp thu protein trên thực tế và giảm chi phí thức ăn. Không những thế, công nghệ này còn tạo ra những lợi ích bổ sung. Người ta tin rằng bioflocs cung cấp các thành phần thức ăn có lợi giúp hỗ trợ sự tăng trưởng và trao đổi chất của cá rô phi. Một nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi Julie Ekasari và đồng nghiệp (Đại học Bogor ở Indonesia và Đại học Ghent tại Bỉ) đã chứng minh bioflocs có tác động tích cực tới số lượng trứng của cá rô phi cái và tổng sản lượng cá bột - cao hơn 65% so với bình thường). Các nhà nghiên cứu tìm thấy các axit béo quan trọng với mật độ cao trong bioflocs. Đường huyết và mức cholesterol cao hơn ở cá được hấp thụ bioflocs. Mức đường huyết cao là một dấu hiệu của chuyển hóa năng lượng tốt trong khi cholesterol là liên quan đến phát triển của trứng.

Một lợi thế nữa của bioflocs là giảm thiểu bệnh tật. Một trong những vấn đề trong nuôi cá rô phi là nhiễm Streptococcus iniae, dẫn đến thiệt hại đáng kể. Một số quan sát chỉ ra rằng tỷ lệ tử vong của cá nhiễm Streptococcusand trong ao nuôi biofloc là rất thấp, gần như không đáng kể. Những quan sát thực nghiệm đã được công nhận trong một thí nghiệm nhân rộng kiểm soát. Cá rô phi (Oreochromis sp, đực) được nuôi trong bể với mật độ 7 kg / m 2 sử dụng hai phương pháp: thay nước 7 lần / ngày (kiểm soát thông thường) và thay nước ở mức hạn chế ở mức 10%, (BFT) để tăng mật độ vi sinh vật (106 - 107per/ml). Một số cá bị thử thách bằng cách tiêm S. Iniaedose cho nhiễm bệnh. Cá bị nhiễm bệnh đã được gắn thẻ. Cá được phân loại theo thứ tự khỏe mạnh, ốm yếu và chết sau 20 ngày. Ở cá bị thử thách, kết quả thu được không thấy khác biệt đáng kể nào. Tuy nhiên, ở cá không bị thách thức, tỷ lệ bệnh trong điều trị BFT thấp hơn đáng kể (25%) khi so sánh với đối chứng. Điều đó đã kết luận rằng hệ thống biofloc cung cấp miễn dịch cho cá, giống như probiotic.

Công nghệ Biofloc giúp duy trì mật độ nuôi cao trong mùa đông lạnh giá. Cá rô phi có thể được nuôi tại ao nuôi bao phủ bằng nhựa để giữ nhiệt. Hệ thống như vậy chỉ có thể thực hiện được khi không cần thay nước, tuy vậy lại làm tăng nồng độ TAN cao ở cá. Duy trì tỷ lệ C: N cao có thể ngăn ngừa việc này. Trong các hệ thống BFT, ngoài tỷ lệ sống sót cao, cá có thể phát triển ngay cả ở nhiệt độ nước 15-21 độ C, thấp hơn đáng kể so với nhiệt độ tối ưu. BFT vẫn là một công nghệ mới, thu hút các nhà khoa học và các nhà nghiên cứu phát triển nó. Hàng năm chúng ta lại tìm ra các khía cạnh khác của hệ thống này. Chúng ta hoàn toàn có thể mong đợi những hiểu biết và các ứng dụng mới trong tương lai.

4/ Khía cạnh kinh tế của BFT

Số liệu về chi phí và doanh thu nuôi cá rô phi theo BFT không dễ dàng có sẵn và trong nhiều trường hợp, không có đủ dữ liệu. Hơn nữa, dữ liệu tài chính được giữ bí mật. Tuy nhiên, cách đây vài năm chúng tôi so sánh chi phí thức ăn trong ao cá rô phi tập trung trong hai phương pháp nuôi: điều khiển thông thường (30% protein dạng viên) và phương pháp biofloc (20% protein). Xả bùn hai lần mỗi ngày cho đến khi có được nước sạch

Kết quả của hai đợi thí nghiệm ao (ba lần lặp lại) cho thấy hiệu suất tăng trưởng của cá rô phi trong liệu pháp BFT là tốt hơn so với kiểm soát thông thường. Tỷ lệ sống là như nhau. Tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR) trong phương pháp BFT thấp hơn (tuy nhiên, tổng thể FCR hơi cao một, có thể là do cho ăn quá lượng).

Một khái niệm thú vị được trình bày trong bảng là tỷ lệ chuyển đổi protein (PCC), tương đương với FCR. Việc chuyển đổi protein là  số kg protein cho ăn trong suốt thời gian thí nghiệm chia cho số lượng protein bổ sung trong giai đoạn này tới khi thu hoạch. FCC trong nuôi kiểm soát thông thường hai thí nghiệm là 4,35-4,38 (trung bình 4,37). Điều này có nghĩa là 4,37 kg protein đã được thêm vào để sản xuất 1 kg protein cá. PCC trong các phương pháp điều trị biofloc là 2,18-2,42 (trung bình 2,3), có nghĩa là cần trung bình 2,3 kg thức ăn protein để có được 1 kg protein cá, tức là tăng gấp đôi hiệu quả protein.

Một khái niệm quan trọng khác là hệ số chi phí thức ăn. Đây là chi phí thức ăn cần thiết để sản xuất 1 kg cá (Chi phí danh nghĩa có liên quan đến chi phí trả cho các nhà máy thức ăn chăn nuôi vào thời điểm đó). Hệ số chi phí thức ăn trong nuôi kiểm soát thông thường là 0,85 USD / kg cá, so với 0,54-0,58 (trung bình 0,56 USD / kg cá) trong hình thức BFT. Chi phí thức ăn trong ao biofloc chỉ bằng 66% so với đối chứng. Lưu ý rằng, thức ăn là chi phí lớn trong bất cứ phương pháp nuôi cá thương phẩm nào.

Một phân tích kinh tế toàn diện về nuôi cá rô phi sử dụng BFT là rất cần thiết. Một nghiên cứu sơ bộ được thực hiện gần đây, trong đó đánh giá chi phí sản xuất mỗi kg cá (không tính theo diện tích ao), cho rằng điện năng tiêu thụ (kWh / kg cá) trong ao BFT thấp hơn so với các hệ thống thông thường.

5/ Kết luận

Hệ thống Biofloc giúp tăng sản lượng cá rô phi. Cá thích nghi với điều kiện trong các hệ thống BFT, phát triển tốt và sử dụng bioflocs như là một nguồn thức ăn. Việc tái chế thức ăn và giảm thiểu thay nước đóng góp quan trọng trong giảm chi phí sản xuất. Tuy nhiên, để có thể thành công trong phương pháp này, chúng ta cần phải am hiểu hơn nữa về bioflos, giám sát hệ thống nuôi và phản ứng nhanh với những diễn biến tiêu cực trong hệ thống.