Chu trình Nitơ và kiểm soát khí độc gốc Nitơ trong ao tôm

Trong ao nuôi thủy sản, đặc biệt là tôm thẻ chân trắng công nghệ cao với mật độ dày đặc, các vấn đề sức khỏe liên quan đến các loại khí độc gốc Nitơ luôn là mối nguy lớn. Ngay cả những kỹ sư giàu kinh nghiệm vẫn phải đặc biệt quan tâm vì hàm lượng NH₃, NO₂ phát sinh liên tục và dễ đạt đến mức nguy hiểm với động vật thủy sản.

Ngoài ra, Nitơ là thành phần chính của protein, các axit amin, các sắc tố quang hợp của tảo, các hợp chất dự trữ năng lượng ATP, các chất điều hòa sinh trưởng của động vật thủy sản. Hiểu được chu trình Nitơ sẽ giảm thiểu khí độc cũng như giúp động vật thủy sản phát triển một cách hiệu quả và an toàn nhất.

Chu trình Nitơ

Trong ao nuôi, các Nitrogen khác nhau tồn tại dưới dạng hữu cơ và vô cơ. Nitơ vô cơ hòa tan chủ yếu gồm: NO₃^-, NO₂^-, NH₃/NH₄⁺ và khí N₂.

Nitơ bổ sung trong ao đến từ môi trường bên ngoài như nước mưa, nước ngầm và khí quyển. Trong ao nuôi trồng thủy sản có thể nhận được trung bình 0.4kg N/ha/ngày để bổ sung cho sự tổn thất hàng ngày. 

Đa số tảo có thể hấp thụ NO₃^- và NH₄⁺, sự kết hợp này đòi hỏi năng lượng và hoạt động của enzyme bổ sung như protease, amylase và cellulase. Ngoài ra, tương tác với N₂ của sinh khối tảo thông qua quá trình cố định đạm của tảo lục. Tảo này thường trôi nổi trên mặt nước, có thể tiếp cận trực tiếp với Nitơ, CO₂ và ánh sáng trong khí quyển để cung cấp Nitơ cho ao nuôi. Do đó, màu xanh nâu (màu trà) là màu nước ao nuôi tốt. Tuy nhiên, tốc độ cố định Nitơ là tương đối thấp.

Tổng amoni Nitơ (TAN) mất đi nhờ hoạt động phân hủy chất hữu cơ của vi khuẩn và nấm. Đây là cơ chế chính cho việc sử dụng mật rỉ đường trong giảm nồng độ TAN trong nước. Nếu môi trường thiếu oxi thì quá trình chuyển hóa đạm chỉ đến NO₂^- khi động vật thủy sản hấp thụ phản ứng với Hemoglobin tạo thành Methemoglobin. Tảo dày, nước nhiều bọt nhớt, hàm lượng TAN cao nhưng NO₂^- thấp là dấu hiệu thường thấy trong ao sục khí thiếu. Tôm ốp thân, gầy, đề kháng kém, nhiều vi khuẩn kí sinh, dạt gần bờ, mặt nước, đỏ thân, dễ chết do môi trường thay đổi.

Sự oxi hóa amonia được minh họa trong phương trình sau:

NH₄⁺ → NO₂^- → NO₃^-

Trong 2 bước này, việc chuyển hóa của vi sinh vật thành Nitrite chậm hơn nhiều so với từ Nitrite thành Nitrate. Điều này có 2 ý nghĩa: Việc hấp thụ amonia của tảo tương đối nhanh, sự cạnh tranh amonia giữa tảo và vi khuẩn chủ yếu là nhờ vào quần thể tảo, thứ hai là quá trình chuyển hóa Nitrite thành Nitrate tương đối nhanh dẫn đến có rất ít hàm lượng Nitrite có mặt trong nước hiếu khí, do đó nếu nồng độ NO2- đo được vượt mức cần xem lại vấn đề oxi trong ao. 

Trong điều kiện kỵ khí có đủ chất hữu cơ, Nitrate có thể bị mất oxi và giảm xuống còn N2, quá trình này được gọi là quá trình khử Nitơ, thông qua vi khuẩn khử nitrate (một số vi khuẩn có khả năng này như các chi Pseudomonas, paracoccus denitrificans, thiobacillus denitrificans). Ngoài ra, các chất trao đổi ion trong tự nhiên là các loại khoáng sét, trong đó quan trọng nhất là Zeolite (khoáng chất silicat nhôm của một số kim loại có cấu trúc vi xốp). Zeolite tự nhiên có khả năng hấp phụ và loại bỏ amoni trong nước.

Sự chuyển đổi cuối cùng của Nitơ là chuyển hóa hoàn toàn giữa 2 dạng amoniac ion hóa NH₄⁺ và không ion hóa NH₃

NH₄⁺ + OH^-→ NH₄OH → NH₃⁺ + H₂0

Tác động của quá trình này trong nuôi trồng thủy sản là rất lớn khi dạng ion hóa an toàn cho sinh vật, còn dạng không ion hóa rất độc. Sự chuyển đổi giữa 2 dạng liên quan đến pH, nhiệt độ nước, tỉ lệ % NH₃ tỉ lệ thuận với nhiệt độ và pH ao nuôi, ngược lại với độ mặn.. Nước càng mang tính axit (độ pH thấp), NH₃ càng chuyển sang NH₄⁺ ít độc, môi trường càng kiềm NH₃ càng bền vững và gây độc cho tôm. 

Ứng dụng thực tiễn

Do quá trình phân hủy chất thải tiêu tốn rất nhiều oxy, trong điều kiện không đủ oxy, quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ sinh ra khí độc. Ngoài ra, chất thải vừa là nguồn dinh dưỡng cho tảo phát triển quá mức, gặp điều kiện môi trường bất lợi dễ chết (tảo tàn), quá trình phân hủy này cũng tiêu tốn một lượng lớn oxi và tạo ra nhiều khí độc. Cần kiểm tra và duy trì lượng oxi ở mức cao, hạn chế sự biến động của pH và nhiệt độ để giảm thiểu tính độc.

Việc duy trì và bổ sung các vi sinh vật có lợi là rất cần thiết, chúng còn tiết ra các enzyme cần thiết cho quá trình phân hủy ngay cả trong điều kiện thiếu oxy, cạnh tranh với vi khuẩn có hại. Men vi sinh và EM gốc cũng là những lựa chọn sáng suốt cho việc loại bỏ khí độc trong ao nuôi. Đây cũng là công thức trong rất nhiều sản phẩm thuốc thủy sản liên quan.

Ngay khi phát hiện vấn đề sức khỏe của tôm cá liên quan đến khí độc gốc Nitơ như NH₃, NO₂ cần ngay lập tức thực hiện các bước sau: 

• Thay nước, 30 - 50 %, có thể thay chậm để chống sốc

• Tăng cường chạy quạt nước 24/24

• Giảm 30 - 70 % lượng thức ăn cung cấp hàng ngày

• Tăng số lần siphon đáy ao trong 2 - 3 ngày

• Đánh vi sinh giảm khí độc theo liều lượng của nhà sản xuất kết hợp mật rỉ đường 2 - 3 ngày 1 lần, cắt bớt nếu tảo quá dày sau đó đánh vi sinh xử lí tảo chết liều cao gấp 2 lần bình thường

• Bổ sung vitamin, khoáng chất cho tôm, cá cho đến khi lượng khí độc giảm hẳn.