Tầm quan trọng của tỷ lệ sinh khối thực vật - cá trong hệ thống Aquaponics

Thách thức hiện nay đối với ngành nuôi trồng thủy sản là việc phát triển và ứng dụng hiệu quả các công nghệ hiện đại để làm giảm sự gia tăng nhanh chóng khí nhà kính, hạn chế sự thay nước và tối đa hóa việc sử dụng chất dinh dưỡng.

Aquaponics là một hệ thống tích hợp sinh học kết hợp nuôi trồng thủy sản và thủy canh, nơi cá và thực vật được sản xuất trong môi trường cộng sinh. Thực vật tiêu thụ các chất dinh dưỡng có trong nước thải nuôi trồng thủy sản, do đó tạo điều kiện môi trường tốt hơn cho cá phát triển. Đây được coi là một công nghệ tiên tiến mang tính bền vững mặc dù nó vẫn đang gặp nhiều thách thức và trên đà phát triển. Việc tối ưu hóa một số yếu tố như tỷ lệ sinh khối thực vật - cá (Plants/Fishes), thủy lực và các yếu tố khác ảnh hưởng đến hàm lượng nitơ trong hệ thống vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. 

Hầu hết các nghiên cứu cho đến nay đều tập trung vào sản xuất sinh khối và chất lượng nước. Nghiên cứu này giúp lấp đầy khoảng trống thiếu hụt thông tin bằng cách tập trung vào ảnh hưởng của các tỷ lệ sinh khối thực vật - cá (Plants/Fishes) khác nhau đến sự chuyển hóa nitơ cũng như sản xuất sinh khối kép trong hệ thống aquaponic. 

Cần nước (Oenanthe javanica) được chọn làm cây trồng thủy canh cho nghiên cứu này vì nó phát triển tự nhiên ở vùng sông nước hoặc đất ẩm, sẵn có, dễ thu hoạch và đã được chứng minh khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng cao. 

Cần nước (Oenanthe javanica) được chọn làm cây trồng thủy canh cho nghiên cứu này. Ảnh: Stefan Cherrug.

Trong hệ thống nuôi cá chép Koi (Cyprinus carpio) được bố trí, cây cần nước (Oenanthe javanica) được trồng vào các luống thủy canh để đạt được tỷ lệ sinh khối thực vật-cá (P/F) khác nhau lần lượt là 0,06; 0,30; 0,50 và 0,95 và một nghiệm thức đối chứng ( không bổ sung rau thủy canh). Hệ thống được vận hành liên tục trong 125 ngày. Nước được tuần hoàn liên tục thông qua máy bơm với tốc độ dòng chảy không đổi là 10 L/ngày. Trong mỗi giai đoạn của thí nghiệm, các mẫu nước được thu thập sau đó tiến hành phân tích tổng nitơ, khả năng hấp thụ TAN, nồng độ bioflocs, sinh khối cá và thực vật.

Trong suốt thời gian thí nghiệm, không quan sát thấy tình trạng cá hay thực vật chết. Tuy có sự gia tăng và giảm nhẹ độ pH và DO (nồng độ oxy hòa tan) trong luống thủy canh, nhưng cả hai thông số đều nằm trong phạm vi hoạt động bình thường. Kết quả phân tích cho thấy hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) ở các nghiệm thức có rau thủy canh thấp hơn đáng kể (1,73-1,85) so với FCR trong đối chứng (1,96). So với đối chứng, hệ thống aquaponics thể hiện hiệu suất tốt hơn với FCR thấp hơn. Hiệu suất tốt này đạt được chủ yếu là do loại bỏ hiệu quả các chất như TAN, nitrit và nitrat cũng như tiêu thụ ít oxy giúp cung cấp điều kiện môi trường tốt hơn cho cá. 

Hệ thống aquaponics sử dụng cây cần nước có những lợi ích đáng kể về việc đạt được sinh khối kép. Ảnh: Bob Owen.

Một kết quả rất tích cực của nghiên cứu này là hệ thống aquaponics sử dụng cây cần nước có những lợi ích đáng kể về việc đạt được sinh khối kép (cá và thực vật) với năng suất cao cũng như tái sử dụng nước nuôi trồng thủy sản với lượng nước thay đổi hạn chế <0,50% mỗi ngày để bổ sung lượng nước bị mất do thoát hơi nước của cây. Hiệu suất sử dụng nitơ trong hệ thống aquaponics tăng từ 29,3 lên 39,1% khi tỷ lệ sinh khối tăng tương ứng từ 0,06 lên 0,95. Hơn nữa, sự gia tăng tỷ lệ sinh khối lên đến 0,95 cho thấy tỷ lệ hấp thụ nitơ cao nhất của thực vật (~ 56 mg/ngày trong luống thủy canh) giúp làm giảm lượng khí thải nitơ oxit (N2O) xuống 17% so với đối chứng. Kết quả thống kê này cho thấy rằng tỷ lệ sinh khối phải cao hơn 0,5 để đạt được hiệu quả nuôi trồng tốt.

Nhìn chung, nghiên cứu cung cấp tầm nhìn về vai trò quan trọng của tỷ lệ sinh khối thực vật-cá (P/F). Tỷ lệ sinh khối ảnh hưởng đến sự chuyển hóa nitơ bao gồm sự lưu giữ nitơ trong nước, sự đồng hóa nitơ của cá và thực vật. Việc lựa chọn tỷ lệ sinh khối phù hợp có thể rất quan trọng trong việc thiết kế hệ thống aquaponic cải thiện chất lượng và nâng cao khả năng sản xuất, tiết kiệm nước và giảm phát thải khí nhà kính. Tuy nhiên, việc khảo sát các loài thực vật và cá khác nhau trong các điều kiện môi trường khác nhau như tốc độ tuần hoàn, nhiệt độ và chu kỳ rất cần được nghiên cứu chuyên sâu hơn.

References: Paudel, S. R. (2020). Nitrogen transformation in engineered aquaponics with water celery (Oenanthe javanica) and koi carp (Cyprinus carpio): Effects of plant to fish biomass ratio [online], viewed 14 July 2021, from:< https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2020.734971>.