Bacillus cải thiện môi trường nước nuôi thủy sản như thế nào?

Cộng thêm việc sử dụng quá nhiều hóa chất cũng làm nồng độ chất hữu cơ trong ao cao, nhất là phốt pho và nitơ, tác động tiêu cực đến nước nuôi và làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước. 

Suy giảm chất lượng nước nuôi là một vấn đề rất đáng quan tâm vì sức khỏe của các sinh vật dưới nước phụ thuộc vào các chỉ tiêu chất lượng nước. Nuôi mật độ cao sẽ dẫn đến sự suy giảm chất lượng nước nhanh chóng, tăng tính nhạy cảm của vật nuôi với mầm bệnh, điều này tạo điều kiện cho sự sinh sôi của vi khuẩn gây bệnh và cuối cùng là làm chết các loài nuôi. Nhưng bỏ qua những tác động tiêu cực thì sự đóng góp của nuôi trồng thủy sản vào sản lượng thủy sản toàn cầu là rất đáng kể, trong khi sản lượng đánh bắt ngày càng suy giảm và những nỗ lực tăng sản lượng khai thác là điều vô ích.  

Thay nước và lọc sinh học là các phương pháp truyền thống thường được sử dụng để kiểm soát các chất  thải trong nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên, điều này phải thực hiện thường xuyên gây tốn kém nhiều tiền và công sức. Do đó, một số nghiên cứu đang hướng tới việc sử dụng chế phẩm sinh học để quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản tốt hơn. Chế phẩm sinh học này không chỉ có lợi ích về cho môi trường mà còn một số lợi ích khác cho sức khỏe tôm cá. Đó là kích thích miễn dịch nâng cao khả năng chống lại mầm bệnh, ức chế trực tiếp vi khuẩn gây bệnh, cung cấp chất dinh dưỡng và enzyme, cải thiện việc sử dụng thức ăn và tăng trưởng cho thủy sản.  

Bacillus là chế phẩm sinh học có nhiều đặc điểm có lợi hơn các chế phẩm sinh học khác, bao gồm khả năng tạo ra bào tử và các chất chuyển hóa chống lại nhiều loại vi khuẩn gây bệnh. Đồng thời, Bacillus cũng đã được sử dụng trong việc duy trì và cải thiện nước nuôi trồng thủy sản. 

Sử dụng Bacillus để cải thiện chất lượng nước 

Bacillus chủ yếu được sử dụng để tối ưu hóa quá trình phân hủy chất hữu cơ, chuyển hóa chất hữu cơ thành CO₂ cho các vi khuẩn khác sử dụng làm nguồn carbon để sống. Từ đó, loại bỏ tải trọng chất hữu cơ trong nuôi trồng thủy sản, ngoài ra còn làm tăng sự thèm ăn của tôm cá bằng cách tăng hoạt động của các enzym tiêu hóa, dẫn đến việc sử dụng thức ăn tốt hơn và ít thải ra chất thải hơn. Bacillus đảm bảo sự cân bằng của cộng đồng vi sinh vật, đảm bảo không có loài nào chiếm ưu thế, dù loài đó có gây bệnh hay không. 

Bacillus anthracis Vaccines 1

Cụ thể một số lợi ích về môi trường khi sử dụng Bacillus làm chế phẩm sinh học: 

DO: Các loài Bacillus (B. subtilis, Bacillus licheniformis, B. megaterium, và Bacillus laterosporus) sẽ điều hòa hàm lượng DO trong phạm vi tối ưu, tăng hàm lượng DO trong nước. 

TDS: Duy trình hàm lượng tổng chất rắn hòa tan (TDS) ở mức cho phép . 

Độ kiềm và pH: Các loài Bacillus điều chỉnh độ kiềm và pH bằng cách hỗ trợ trong quá trình khoáng hóa chất hữu cơ, để thúc đẩy quang hợp. 

Chất thải nitơ: Bacillus đóng những vai trò quan trọng trong CHU TRÌNH NITƠ thông qua quá trình amon hóa, nitrat hóa, và khử nitơ, loại bỏ nitơ dư thừa trong nước. 

Khử Phốt phát: Cũng giống như nitrat, sự tích lũy phốt phát dẫn đến tảo nở hoa trong hệ thống nuôi. Các loài Bacillus đã chứng minh khả năng khử phốt phát mạnh mẽ lại rất an toàn với môi trường. 

Độ trong: Bacillus duy trì độ trong cho môi trường nước thông qua việc điều chỉnh chất hữu cơ và vô cơ dẫn đến giảm lượng chất thải. 

Bacillus duy trì độ trong cho môi trường nước dẫn đến giảm lượng chất thải. Ảnh: Tép Bạc

BOD và COD: BOD (nhu cầu oxy sinh học) và COD (nhu cầu oxy hóa học) thấp hơn khi sử dụng Bacillus làm chế phẩm sinh học. Do tôm cá sử dụng thức ăn tốt hơn, chất thải cần phân hủy cũng sẽ ít hơn. 

Độ cứng: Bacillus cũng làm mềm nước hơn, giảm đáng kể độ cứng trong nước nuôi tôm thẻ chân trắng. Ngoại trừ chủng B. megaterium được nghiên cứu làm tăng cao độ cứng trong nước. 

Chất hữu cơ: Phân hủy các chất thải hữu cơ thành đơn vị nhỏ hơn là một chức năng quan trọng của Bacillus, từ đó kiểm soát chất lượng nước tốt hơn. 

Kim loại nặng: Bacillus sẽ sử dụng hết ion kim loại nặng để tạo ra bào tử,  làm giảm hàm lượng kim loại nặng trong nước (Chì, cadmium, bạc, crom, thủy ngân, coban, kẽm, sắt và đồng), ngăn chặn sự tích lũy ion kim loại nặng trong nước. 

Sự cố tràn dầu trên biển: Sử dụng B. subtilis, B. megaterium và Bacillus polymyxa sẽ có hiệu quả trong việc giải quyết sự cố tràn dầu khi sản xuất chất hoạt động bề mặt sinh học thông qua quá trình nhũ hóa. 

Ức chế mầm bệnh: Các loài Bacillus có thể làm giảm hoặc ngăn chặn sự phát triển của mầm bệnh thông qua sản xuất bacteriocin, enzyme thủy phân, các hợp chất kháng khuẩn, cạnh tranh dinh dưỡng và vị trí bám với các mầm bệnh như Aeromonas, Vibrio, Streptococcus, và các loài Pseudomonas. 

Các yếu tố ảnh hưởng đến việc sử dụng Bacillus trong nuôi thủy sản 

Có nhiều phương pháp bổ sung chế phẩm sinh học cho vật nuôi thủy sản. Nhưng phương pháp tốt nhất là bổ sung trực tiếp vào môi trường nước, do có thể áp dụng cho nhiều giai đoạn và có hiệu quả hơn do tôm cá lấy nước liên tục. Trong khi việc cho ăn Bacillus sẽ không phù hợp với tôm cá nhỏ, do hệ tiêu hóa của chúng chưa trưởng thành nên chưa thể tiếp nhận được nhiều. Hiệu quả của Bacillus cũng chịu ảnh hưởng bởi sự biến động của các yếu tố môi trường như oxy hòa tan, độ cứng, pH, nhiệt độ, ion kim loại và các tác động cơ học (vận chuyển, đánh bắt…). 

Sự hiện diện của các vi sinh vật khác cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của Bacillus. Các quá trình đối kháng, chẳng hạn như cạnh tranh thức ăn, năng lượng và vị trí bám dính, sản xuất bacteriocin và enzyme ly giải có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm (ví dụ: chitinase, protease, cellulase và β-1,3-glucanase) bởi các vi khuẩn khác có thể cản trở sự phát triển của men vi sinh chứa Bacillus. Do đó, việc duy trì chất lượng nước của Bacillus sẽ bị ảnh hưởng bởi hoạt động của các vi khuẩn khác trong nước. 

Bacillus đã cho thấy một tiềm năng to lớn sử dụng để cải thiện sinh học. Tuy nhiên, hiệu quả của Bacillus còn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như oxy hòa tan, ion kim loại, pH, nhiệt độ, độ mặn, phương thức áp dụng và nguồn dinh dưỡng. Vì vậy, để đạt được kết quả tối đa, các yếu tố này cần được xem xét và duy trì ở mức tối ưu. Các chủng Bacillus khác nhau có các điều kiện tối ưu khác nhau để thực hiện vai trò điều tiết chất lượng nước của chúng. Tuy nhiên, một loạt các điều kiện tối ưu cần được thiết lập để tăng hiệu quả của Bacillus trong quản lý chất lượng nước nuôi thủy sản. 

References: Vivian Hlordzi, Felix K.A. Kuebutornye, Gyamfua Afriyie, Emmanuel Delwin Abarike, Yishan Lu, Shuyan Chi, Melody A. Anokyewaa,  The use of Bacillus species in maintenance of water quality in aquaculture: A review, Aquaculture Reports 18 (2020), doi:10.1016/j.aqrep.2020.100503.