pH - Quan trọng như thế nào trong nuôi tôm cá

Tuy nhiên, các thông số chất lượng nước khác thường bị bỏ qua. Một trong số đó là pH, trong hóa học nói đến một khoảng giá trị dùng để xác định độ kiềm hoặc độ acid của một dung dịch.

Trong thực tế, pH nước có thể nằm trong khoảng từ 0 - 14 và có liên quan đến nồng độ của ion hydro H+ (một acid mạnh) trong nước ao nuôi. Nước ao có thể có tính axit (pH <7,0), trung tính (pH = 7,0) hoặc kiềm (pH> 7,0). Nói chung, tôm và cá nuôi có sức khỏe và hiệu quả sản xuất tốt hơn khi giá trị pH của nước dao động từ 7,5 - 8,5, khi những giá trị này phù hợp với độ pH máu của chúng (Hình 1).

Tuy nhiên, cũng như với oxy hòa tan (DO), các giá trị pH nước có thể biến động lớn trong ngày ở các ao nước xanh (Hình 2). Giá trị pH gần hoặc trên 9.0 là khá bình thường vào buổi chiều do hoạt động quang hợp mạnh mẽ của phiêu sinh thực vật, ngay cả ở những ao có hệ đệm tốt (ví dụ nước ao có nhiều carbonate và bicarbonate, do đó có độ kiềm tổng số cao và có khả năng duy trì giá trị pH ổn định hơn). Những giá trị pH cực đoan sẽ làm giảm hoạt động ăn, giảm tăng trưởng, ảnh hưởng xấu đến FCR (hệ số chuyển đổi thức ăn - ND) và ức chế đáp ứng miễn dịch của tôm, cá nuôi.

Hình 2. Minh họa sự biến đổi pH trong ngày theo độ phong phú của phiêu sinh thực vật trong nước ao nuôi. Mức độ phong phú của phiêu sinh thực vật có thể được gián tiếp đánh giá bằng cách sử dụng đĩa Secchi. Khi có tảo nhiều hơn thì sự biến đổi lớn hơn của giá trị pH trong ngày có thể được dự đoán trước.

Giá trị pH nước quyết định độc tính Ammonia

Độc tính của ammonia phụ thuộc vào pH nước. Ammonia là một hợp chất độc hại thường có trong nước ao, là chất thải từ quá trình trao đổi chất, được bài tiết chủ yếu qua mang của cá và tôm. Nó cũng được tạo ra thông qua sự phân hủy các chất hữu cơ của vi khuẩn (phân hủy vi tảo, phân động vật thủy sản, phân hữu cơ và thức ăn thừa). Một số loại phân bón vô cơ được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản cũng có thể là nguồn sản sinh ra ammonia. Tổng nồng độ ammonia trong nước ao có thể dễ dàng đo được bằng cách sử dụng một bộ kit xét nghiệm chất lượng nước. Ammonia gồm NH₄⁺ (ion ammoni, dạng ít độc hại) và NH₃ (ở dạng khí, độc hơn đối với động vật thủy sản). Ammonia tổng số trong quản lý ao nuôi tôm cá thâm canh có thể thay đổi từ mức gần bằng không đến 8 - 12 ppm (mg/l).

Trong ao nuôi, có nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến nồng độ ammonia tổng số. Các yếu tố quan trọng nhất là tỷ lệ cho ăn, chất lượng thức ăn và tỷ lệ thay nước. pH nước quyết định tỷ lệ các dạng ammonia trong nước ao. Ở pH thấp, dạng NH₄⁺ ít độc chiếm ưu thế (Bảng 1). Tuy nhiên, khi pH tăng thì NH₄⁺ sẽ chuyển sang dạng độc hại và làm tăng nồng độ NH₃ trong nước. Trong nước ngọt, ở pH = 7,0 chỉ có 0,7% ammonia tổng số ở dạng NH₃ độc. Khi pH = 9,0 tỷ lệ này tăng lên đến khoảng 42% và ở pH = 10 là 88% (Bảng 1).

Do đó, ở một ao nước ngọt có nồng độ ammonia tổng số là 6 ppm, pH = 7,0 (0,7% NH₃) thì chỉ có 0,042 ppm ammonia dạng độc (6 ppm x 0,7/100 = 0,042 ppm NH₃). Tuy nhiên, ở những ao nước xanh, pH có thể đạt đến 9,0 hoặc cao hơn vào buổi chiều. Nếu pH = 9,0 (42% NH₃), nồng độ ammonia tổng số là 6 ppm thì sẽ có 2,5 ppm NH₃ (6 ppm x 42/100 = 2,5 ppm NH₃).

Bảng 1. Tỷ lệ % của ammonia dạng NH₃ độc so với ammonia tổng số theo pH ở nước ngọt (0‰) và nước mặn (36‰) ở 28^oC. Nồng độ tối đa của ammonia tổng số trong nước để NH₃ không vượt quá 0,2 ppm.

*Ambient Water Quality Criteria for Ammonia Saltwater - 1989, EPA 440/5-88-004 đề nghị “mức cảnh báo” của ammonia độc đối với tôm, cá là NH₃ = 0,2 ppm.

Mức gây chết (LC50 – 96h) của ammonia độc đối với cá từ 1 - 3 ppm NH₃.

Mức gây chết (LC50 – 96h) của ammonia độc đối với tôm từ 0,7 - 1,2 ppm NH₃.

Nồng độ ammonia độc dưới 0,2 ppm thường không gây hại đối với vật nuôi. Tuy nhiên, khi NH₃ trên 1 ppm sẽ gây stress và nằm trong vùng gây chết (0,7 - 3 ppm) đối với nhiều loài tôm và cá. Do đó, mức NH₃ = 0,2 ppm được xem là “mức cảnh báo”. Trong thực tế quản lý cần phải có những điều chỉnh để ngăn ngừa nồng độ NH₃ vượt nhiều hơn 0,2 ppm. Ở pH = 9,0 và nồng độ ammonia tổng số là 0,5 ppm thì nồng độ NH₃ sẽ đạt mức cảnh báo (0,2 ppm). Ở pH = 7,0, mức cảnh báo chỉ xảy ra khi nồng độ ammonia tổng số là 28 ppm (đối với nước có độ mặn 28‰), một nồng độ rất khó xảy ra trong quản lý những ao nuôi tôm, cá tiêu chuẩn. Tuy nhiên, một vài loài tôm và cá đặc biệt có thể nhạy cảm hơn đối với ammonia và người nuôi có thể phải chấp nhận và điều chỉnh NH₃ dưới mức cảnh báo.

May mắn là giá trị pH cao để có khả năng tạo ammonia độc cho tôm, cá chỉ xảy ra chủ yếu vào buổi trưa và buổi chiều. Vào ban đêm, không có sự quang hợp và nồng độ CO₂ gia tăng sẽ làm pH nước giảm. Từ đó sẽ làm giảm bớt đi độc tính của ammonia ở buổi chiều. Tuy nhiên, vào ngày hôm sau pH sẽ tăng trở lại và vật nuôi sẽ lại tiếp xúc với ammonia độc. Nhiều người nuôi tôm, cá cố gắng sản xuất tối đa bằng cách tăng mật độ nuôi, tăng lượng cho ăn và tăng sục khí, cuối cùng thì có được những kết quả sản xuất kém. Cá và tôm tiếp xúc thường xuyên với nồng độ gây độc của ammonia sẽ dẫn đến giảm ăn, tăng trưởng kém, FCR không hiệu  quả và suy giảm miễn dịch.

Bùng phát dịch bệnh nghiêm trọng, tỉ lệ chết cao và chi phí sản xuất tăng có thể là kết quả của việc vật nuôi tiếp xúc thường xuyên với pH nước buổi chiều cao cùng với nồng độ gây độc của ammonia. Do đó, người nuôi không nên bỏ qua tầm quan trọng của việc theo dõi pH và ammonia tổng số trong ao nuôi.

pH cao và “sự tự nhiễm độc ammonia”

Tôm và cá dị hóa protein thừa trong thức ăn (các acid amin) thành năng lượng, glucose và glycerol (tiền acid béo). Sản phẩm cuối cùng của quá trình này là ammonia và nó cần phải được nhanh chóng thải ra khỏi máu. Nói chung, với hàm lượng protein (các acid amin) trong thức ăn càng nhiều thì tôm, cá sẽ tạo ra ammonia nhiều hơn thông qua biến dưỡng các acid amin. Quá trình đào thải ammonia thông qua sự khuyếch tán đơn giản NH3 từ máu vào nước khi pH của nước thấp hơn pH máu (pH máu của cá nước ngọt từ 7,4 - 7,8).

Khi pH của nước cao nhiều hơn pH của máu thì quá trình khuyếch tán ammonia qua mang cá bị giảm đi và ammonia sẽ tích tụ trong máu, dẫn đến một tình trạng gọi là “tự nhiễm độc ammonia” (Hình 3). Nhiều loài cá chịu đựng nồng độ ammonia cao trong máu khi tiếp xúc với pH cao trên 9,0. Tự nhiễm độc ammonia, mặc dù khá phổ biến ở các loài cá nhưng chưa được ghi nhận ở tôm. Tuy nhiên, cá và tôm có cơ chế bài tiết ammonia khá giống nhau, nên cũng có thể là tôm tích tụ ammonia trong máu (hemolymph) của chúng khi tiếp xúc với pH cao và chúng tôi đã có đề nghị nghiên cứu thêm để giải quyết giả thuyết này.

Hình 3. Khi giá trị pH của nước thấp hơn hoặc gần bằng pH của máu cá (≤ 8,0), cá bài tiết ammonia dễ dàng bằng cách khuyếch tán đơn giản NH3 từ máu vào nước.

Hầu hết ammonia trong máu cá ở dạng NH₄+. Khi đến mang, NH₄+ được chuyển sang NH3, là dạng ammonia có khả năng đến được màng tế bào mang để tiếp xúc với lớp nước trên mang. Tại lớp  tiếp xúc, NH3 phản ứng với H+ thành lại NH₄+.

Theo cách này, chênh lệch dương về nồng độ NH3 giữa máu và lớp tiếp xúc được duy trì, cho phép khuyếch tán NH3 từ máu vào nước. Tuy nhiên, khi pH nước cao (≥ 9,0), sự khuyếch tán của NH3 qua màng tế bào mang bị giảm đi, ion H+ (ion có tính acid) bị trung hòa trước tiên bởi ion OH- (là ion tính kiềm mạnh), dẫn đến tích lũy NH₃ tại lớp tiếp xúc. Điều này làm giảm sự chênh lệch nồng độ NH₃ giữa máu và nước, gây ra sự tích lũy ammonia trong máu cá. Sự gia tăng ammonia trong máu cá như vậy được gọi là “tự nhiễm độc ammonia”.

Ở cá, tự nhiễm độc ammonia có thể xảy ra mà không phụ thuộc vào sự hiện diện của ammonia độc trong nước. Cá có thể tích lũy ammonia trong máu dưới mức gây chết hoặc thậm chí ở mức gây chết là kết quả của sau nhiều ngày hoặc nhiều tuần tiếp xúc với pH ≥ 9,0, một tình trạng phổ biến ở những ao nước xanh trong suốt nhiều ngày nắng có chói chang. Những tổn thất to lớn do tự nhiễm độc ammonia khá là bình thường ở các ao ương giống có bón phân quá nhiều hoặc cho ăn thức ăn có hàm lượng đạm cao. Ở những ao này, phiêu sinh thực vật phát triển quá mức và làm pH nước tăng trên 9,5 vào buổi chiều.

Các ao ương giống thường cạn và hô hấp cũng thấp hơn quang hợp, tình trạng pH cao vẫn còn gần như suốt đêm, cá không được quan tâm chăm sóc nhiều hoặc ít có cơ hội để phục hồi hoạt động bài tiết ammonia bình thường. Tự nhiễm độc ammonia tiếp tục trầm trọng hơn do cho ăn quá mức và/hoặc sử dụng thức ăn có hàm lượng protein cao, một thực tế phổ biến ở các trại ương cá giống. Người nuôi hiếm khi liên hệ hiện tượng cá chết như vậy với độc tố ammonia, khi mà trong thực tế ammonia không có trong nước ao nuôi do chúng đã bị hấp thu nhanh chóng bởi vi tảo (dùng như là một nguồn nitơ). Giá trị ammonia tổng số trong nước đo được khi sử dụng test kit thường bằng 0. Tuy nhiên, ammonia nội sinh đã tích lũy trong máu cá, làm cá kiệt sức và chết.

Mặc dù ít phổ biến hơn, nhưng hiện tượng tự nhiễm độc ammonia của cá cũng thường xảy ra trong ao nuôi thương phẩm. Do những ao này sâu hơn những ao ương giống, cá có thể di chuyển xuống tầng nước sâu hơn nếu ở đó có đủ oxy. Nơi nước sâu hơn thường có pH thấp hơn so với trên bề mặt, nơi mà tảo tập trung nhiều. Vì vậy, hành vi tránh pH cao này của cá có thể được giải thích bằng việc cá giảm hoạt động ăn thường thấy ở những ao nuôi thương phẩm vào buổi chiều, ngay cả khi nhiệt độ và oxy thích hợp, “không có” ammonia độc trên tầng nước mặt.

Hoạt động ăn của cá bắt đầu có biểu hiện thất thường (chuyển qua lại giữa ăn nhiều và ăn ít) vào buổi chiều, khả năng tăng trưởng giảm và chuyển hóa thức ăn kém. Do đó, sự tự nhiễm độc ammonia dưới mức gây chết hoạt động một cách thầm lặng, tăng trưởng và hiệu quả sử dụng thức ăn (FCR) giảm cùng với sự ảnh hưởng đáng kể đến chi phí sản xuất và lợi nhuận của người nuôi. Vật nuôi cũng sẽ suy giảm miễn dịch và dễ bị nhiễm bệnh hơn. Khả năng cá chết thường xuyên nên được đề phòng. Ammonia trong máu có thể đạt đến mức gây chết, dẫn đến cá chết với số lượng lớn và đột ngột trong các ao nuôi trồng thủy sản.

Cá nhiễm độc ammonia xuất hiện rối loạn thần kinh, bơi thất thường hoặc quay vòng vòng, co thắt cơ, tăng lượng nước trao đổi qua mang và đớp bóng trên mặt nước như thể đang có dấu hiệu bị ngạt ngay cả khi lượng oxy đầy đủ. Cá bị nhiễm độc thường tìm nơi có cống lấy nước vào hoặc sẽ đứng một chỗ ở những nơi nước nông hoặc bên dưới các cây ở trên bờ ao, cũng có thể chúng tìm kiếm những nơi có pH thấp hơn. Cá sẽ thích ở tầng nước thấp hơn nếu nồng độ oxy cho phép, việc tìm kiếm tầng nước có pH thấp là một nổ lực để giảm tự nhiễm độc ammonia. Khá phổ biến khi thấy cá chết có mang bị bùn bao phủ, có lẽ là trong một nổ lực cuối cùng để tránh cái chết.

Cá trong ao nuôi thương phẩm chết đột ngột với số lượng lớn, hầu hết cá chết thường được thấy ở những khu vực sâu nhất, bởi vì ngay trước khi chết chúng đã đấu tranh để sinh tồn ở tầng nước sâu nhất. Kiểm tra nồng độ ammonia trong máu cá hấp hối hoặc cá vừa mới chết sẽ giúp xác định được cá chết có phải do nhiễm độc ammonia hay không.

Nhiều người nuôi thường liên hệ cá chết đột ngột với số lượng lớn đến hiện tượng “tảo độc” nở hoa khi họ nhận thấy cá bị nhiễm độc bơi bất thường và không thể tự định hướng đến các thiết bị sục khí trong ao. Trong khi những cá bình thường làm điều này ở điều kiện oxy thấp. Cá tự nhiễm độc ammonia cũng có hiện tượng tương tự. Nhiều đợt cá chết với số lượng lớn được cho là gây ra bởi "tảo độc" thì có nhiều khả năng là do tự nhiễm độc ammonia hoặc nhiễm độc ammonia.

Cách phòng ngừa

Người nuôi không nên bỏ qua tầm quan trọng của việc theo dõi pH và ammonia tổng số trong ao. Phân tích ammonia và pH nước ao vào buổi chiều (mỗi tuần 01 lần) cần được thực hiện đối với ao nước tĩnh được cho ăn trên 100 kg thức ăn/ha/ngày. Người nuôi phải hành động khi pH lên quá cao và/hoặc mức ammonia độc gần đạt 0,2 ppm (là “mức cảnh báo”).

Giảm tỷ lệ cho ăn (để giảm đầu vào của ammonia và dưỡng chất), tăng sục khí và lưu thông nước (để tăng tốc độ oxy hóa ammonia) và thay nước từng phần (để giảm bớt ammonia và các dưỡng chất khác, đồng thời làm giảm bớt phiêu sinh thực vật) là những thực hành quản lý đầu tiên cần được xem xét. Những người quản lý ao giống nên tránh bón phân quá mức cho ao, tránh cho ăn quá dư và tránh sử dụng thức ăn ở giai đoạn đầu có hàm lượng protein quá cao. Theo dõi thường xuyên hơn ammonia tổng số và pH nước vào buổi chiều sẽ giúp dự đoán được bất kỳ vấn đề về pH hay ammonia nào mà có thể làm chết cá.

Vì pH có ảnh hưởng lớn đến nồng độ ammonia độc trong ao nên cách hiệu quả nhất để giảm bớt ảnh hưởng của NH3 đến sức khỏe và năng suất của tôm, cá là ngăn ngừa sự biến động lớn của pH nước. Do đó, việc kiểm soát sinh vật phù du và làm tăng khả năng đệm của nước ao (thông qua bón vôi khi cần thiết) là những thực hành quản lý quan trọng để ngăn ngừa ngộ độc ammonia. Người nuôi nên hạn chế cho ăn nhiều, kiểm tra pH nước ở những ao nước xanh vào buổi chiều (15:00 - 16:00 h) vào những ngày nắng ngắt và vào sáng hôm sau (7:00 h). Nếu biến động pH vượt quá 2 đơn vị thì có nghĩa hoặc là khả năng đệm của nước quá thấp hoặc phiêu sinh thực vật quá nhiều (hô hấp và quang hợp quá mạnh).

Độ kiềm tổng số phải được liên tục kiểm tra và ao nên bón vôi nếu dưới 30 mg/l (tính theo CaCO₃). Nếu độ kiềm tổng số xem như đủ (trên 30 mg/l), người nuôi nên bắt đầu khống chế phiêu sinh thực vật. Giảm tỷ lệ cho ăn, thay nước từng phần, loại bỏ những cụm tảo/bọt váng trên bề mặt, sử dụng hóa chất diệt tảo, quản lý dinh dưỡng, tăng độ đục của nước bằng đất sét, cho nước ao chảy qua vùng đất ngập nước, kiểm soát sinh học bằng các loài cá ăn lọc, phiêu sinh động vật và/hoặc động vật thâm mềm, che ánh sáng và cạnh tranh dinh dưỡng bằng các loại thực vật thủy sinh lớn và một số biện pháp khác mà người nuôi có thể xem xét sử dụng để ngăn chặn sự phát triển quá mức của phiêu sinh thực vật.

Những lưu ý cuối cùng

Để tối đa hóa sản xuất, người nuôi thường tăng mật độ nuôi, tỷ lệ cho ăn và sục khí. Những điều kiện như thế có thể sẽ làm tăng các vấn đề liên quan đến độ pH và độc tính ammonia cao, chủ yếu là ở các ao trao đổi nước bị hạn chế. Những thiệt hại kinh tế đáng kể là do tăng trưởng chậm, chu kỳ sản xuất kéo dài, FCR tăng cao, tăng tỷ lệ mắc các bệnh do vi khuẩn và cuối cùng vật nuôi chết bất ngờ với số lượng lớn do nhiễm độc ammonia nếu người nuôi không chú ý đến pH nước và ammonia trong ao nuôi của họ.

Trong nhiều trường hợp, hạn chế sinh khối trong ao và giảm tỷ lệ cho ăn xuống mức an toàn sẽ cải thiện chất lượng nước, tăng trưởng, FCR và tỷ lệ sống, giảm chi phí sản xuất và gia tăng lợi nhuận. Những chú ý như thế về sự liên hệ giữa pH và ngộ độc ammonia có thể làm giảm rủi ro trong sản xuất và nâng cao tính bền vững trong kinh doanh của nhiều trang trại nuôi tôm, cá.