Nuôi trồng thủy sản theo công nghệ BioFloc

Thủy sản là một trong những ngành sản xuất thực phẩm có tốc độ phát triển nhanh nhất trên thế giới. Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng này cũng kèm theo hệ quả là gây ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, sự mở rộng và phát triển của ngành nuôi trồng thủy sản cũng bắt đầu bị hạn chế do thiếu hụt quỹ đất và sự thuộc vào thức ăn thủy sản, thường chiếm ít nhất 50% tổng chi phí nuôi. Do vậy, cách quản lý và thực hành nuôi thân thiện với môi trường có vai trò quan trọng trong việc phát triển nuôi trồng thủy sản bền vững. Một trong những hệ thống nuôi thân thiện với môi trường là công nghệ Biofloc (BFT), được coi là công nghệ sinh học theo hướng mới (Avnimelech, 2006), là giải pháp để phát triển bền vững ngành nuôi trồng thủy sản quy mô công nghiệp.

Thăm quan một hồ nuôi tôm bằng chế phẩm BioGro tại Nha Trang

Thăm quan một hồ nuôi tôm bằng chế phẩm BioGro tại Nha Trang

Hệ thống Biofloc

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.

Chất lượng dinh dưỡng của biofloc rất tốt cho tôm cá nuôi. Hàm lượng protein khô trong biofloc chiếm khoảng 25-50%, phần lớn nằm trong khoảng 30-45%. Chất béo chiếm từ 0.5-15%, thông thường nằm trong khoảng 1-5%.  Biofloc là một nguồn vitamin và khoáng chất rất tốt, đặc biệt là phosphorus. Biofloc cũng có tác dụng giống như là chế phẩm sinh học (probiotic).

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.

Một yếu tố quan trọng trong hệ thống là sự kiểm soát của Biofloc trong ao nuôi trong quá trình hoạt động. Bioflocs được duy trì ở mức dưới 15 ml / L trong khi hoạt động. Tỷ lệ Carbon(C):Nitơ(N) được điều chỉnh và giữ ở mức trên 15:01 bằng cách điều chỉnh mật mía, ngũ cốc dạng viên và các đầu vào thức ăn. Sục khí giữ cho bioflocs lơ lửng trong nước ao – đây là yêu cầu chính để tối đa hóa khả năng các quá trình hoạt động của vi khuẩn trong ao nuôi tôm. Biofloc lơ lửng cũng là nguồn thức ăn sẵn có cho tôm.

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 thự 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.

Báo cáo kết quả nuôi tôm sạch - cao sản bằng công nghệ vi sinh tại Bình Thuận

Báo cáo kết quả nuôi tôm sạch – cao sản bằng công nghệ vi sinh tại Bình Thuận

Vai trò của các vi sinh vật

Các hạt chất hữu cơ và các vi sinh vật trong chuỗi thức ăn là một loại thức ăn tiềm năng cho các loài nuôi. Trong hệ thống BFT, các vi sinh vật có vai trò quan trọng trong việc cung cấp dinh dưỡng cho các loài nuôi. Tập hợp các lạp đoàn lớn (biofloc) là nguồn thức ăn tự nhiên giàu protein và chất béo. Trong môi trường nước diễn ra các phản ứng phức hợp giữa hợp chất hữu cơ và tập hợp các vi sinh vật như thực vật phù du, vi khuẩn, các hạt chất hữu cơ, sinh vật đơn bào,… Quá trình phản ứng tự nhiên này đóng vai trò quan trọng trong việc tái sử dụng các chất dinh dưỡng và duy trì chất lượng nước.

Khi cá và tôm tiêu hóa các biofloc, hiệu quả mang lại là rất lớn như tăng trưởng nhanh, giảm hệ số thức ăn (FCR) và giảm chi phí thức ăn. Nguyên nhân giúp tôm và cá tăng trưởng nhanh là do chúng hấp thu các chất dinh dưỡng như tảo và vi khuẩn; vì vậy, giúp giảm đến 30% chi phí thức ăn so với thức ăn truyền thống.

Các lợi ích thương mại

Công nghệ biofloc mang lại lợi ích kinh tế nhiều gấp ba lần so với việc nuôi trong điều kiện bình thường bởi công nghệ này mang lại năng suất cao, hệ số chuyển hóa thức ăn (FCRs) thấp và môi trường nuôi ổn định.

Ngoài ra, công nghệ biofloc có đặc điểm nổi bật là chi phí sản xuất thấp và ổn định. Công nghệ này không những đã được áp dụng ở các trại nuôi tôm thương phẩm và còn được áp dụng trong nuôi tôm siêu thâm canh trong hệ thống nước chảy cho sản lượng trên 9 kg/m3. Phương pháp nuôi trong hệ thống nước chảy phục vụ cho các giai đoạn ương giống, nuôi tôm và nuôi tôm bố mẹ, cũng như tuyển chọn các gia hệ tôm. Hiện nay, một số trường đại học lớn và các công ty tư nhân đang nghiên cứu sử dụng biofloc như một nguồn protein đơn bào làm thức ăn thủy sản.

Các ứng dụng

Hồ nuôi tôm bằng chế phẩm BioGro tại Nha Trang

Hồ nuôi tôm bằng chế phẩm BioGro tại Nha Trang

Ứng dụng trong ương và nuôi thương phẩm

Giai đoạn ương giống là giai đoạn trung gian giữa hậu ấu trùng và giai đoạn nuôi thương phẩm. Giai đoạn này mang lại vài lợi ích như tận dụng tối đa diện tích nuôi, tăng tỷ lệ sống cũng như thúc đẩy tăng trưởng loài nuôi trong các ao nuôi thương phẩm. Biofloc đã được áp dụng thành công trong giai đoạn ương nuôi tôm các loại như tôm thẻ chân trắng, tôm sú, …. Lợi ích đầu tiên mà công nghệ này mang lại là tôm được cung cấp dinh dưỡng tốt hơn. Ngoài ra, việc tận dụng tối đa diện tích nuôi là một ưu thế nổi bật của công nghệ này vì nó mang lại lợi nhuận cao hơn cho người nuôi, đặc biệt là ở các vùng có khí hậu lạnh hay nuôi trong nhà kính.

Trong ương nuôi tôm thẻ chân trắng bằng hệ thống biofloc, các báo cáo cho thấy tỷ lệ sống được cải thiện đáng kể, tăng từ 97 đến 100%. Các nghiên cứu đã cho thấy việc bổ sung các chất nền trong hệ thống biofloc đã giúp tăng sản lượng và cải thiện đáng kể chất lượng nước. Hơn nữa, tỷ lệ sống và tỷ lệ tăng trưởng không hề bị mật độ thả giống tác động, do vậy, mật độ càng cao thì cho sản lượng càng cao.

Trong nuôi thương phẩm, hệ thống biofloc cũng giúp tiết kiệm đáng kể chi phí thức ăn. Các thử nghiệm trong nuôi tôm chân trắng cho thấy, khi tôm được cho ăn 35% thức ăn dạng viên trong điều kiện hệ thống nuôi biofloc có mức tăng trưởng tốt hơn hẳn so với điều kiện nuôi thông thường. Và với mật độ thả nuôi là 150 con/m2, 300 con/m2 và 450 con/m2 cho tỷ lệ sống tương ứng là 92, 81 và 75%.

Đối với cá và các loài thủy sản khác, biofloc cũng mang lại kết quả đáng khích lệ. Trong nuôi thâm canh cá rô phi Oreochromis niloticus bằng công nghệ biofloc, sản lượng đạt được là 150 tấn/ha/vụ. Ngoài việc mang lại sản lượng cao, biofloc còn giúp giảm tỷ lệ thức ăn và thành phần protein trong thức ăn thủy sản. Ước tính, nuôi cá rô phi bằng công nghệ biofloc giúp giảm 20% thức ăn so với hệ thống nuôi truyền thống. Hơn nữa, hiệu quả của hệ thống này trong việc duy trì chất lượng nước trong ao nuôi cá rô phi cũng đã được chứng minh. Hệ thống này đặc biệt phát huy tác dụng trong điều kiện nhiệt độ giảm vào mùa đông, giúp nâng cao tỷ lệ sống của cá.

Ứng dụng trong sản xuất giống

Hệ thống biofloc đã được chứng minh hiệu quả rõ rệt trong nuôi thương phẩm, tuy nhiên, những lợi ích mà hệ thống này mang lại trong sản xuất giống cá bố mẹ cũng rất lớn. Chẳng hạn, trong ngành nuôi tôm, do dịch bệnh lan tràn nên việc sử dụng giống bố mẹ có vòng đời khép kín xuất hiện như là một giải pháp hàng đầu trong việc đảm bảo an toàn sinh học, tránh lan truyền dịch bệnh. Ngoài ra, ngành nuôi tôm rất quan tâm đến chương trình nuôi tôm he (penaeid), thường được thực hiện trong các hệ thống sản xuất giống khép kín để kiếm soát kế hoạch sản xuất qua các thế hệ liên tiếp. Các chương trình này thường xuyên liên kết với các chương trình phòng chống dịch bệnh. Tuy nhiên, các vấn đề về dinh dưỡng vẫn chưa được giải quyết.

Hệ thống biofloc với nguồn protein lỏng giàu dinh dưỡng có thể được áp dụng trong các giai đoạn đầu tiên của việc hình thành tuyến sinh dục của đàn giống bố mẹ và giai đoạn phát triển của buồng trứng. Việc sản xuất giống bố mẹ bằng công nghệ biofloc nên được thực hiện gần thiết bị ương giống để tránh việc lan truyền dịch bệnh trong quá trình vận chuyển tôm.

Trong các hệ thống sản xuất giống truyền thống, việc sản xuất giống thường được thực hiện ở các ao lớn với mật độ thấp. Tuy nhiên, các rủi ro do tích tụ các chất hữu cơ, sự bùng nổ của khuẩn tảo lục và sự biến động của một số thành phần trong nước như nhiệt độ, độ pH,… có thể ảnh hưởng đến sức khỏe của tôm. Hệ thống biofloc  giúp cải thiện đáng kể chất lượng và sản lượng giống bố mẹ do việc kiểm soát chỉ số chất lượng nước tốt hơn và nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng hơn. Nguồn dinh dưỡng này là rất cần thiết trong giai đoạn hình thành tuyến sinh dục và phát triển buồng trứng. Nguồn dinh dưỡng sẵn có trong biofloc có thể thúc đẩy quá trình dự trữ dinh dưỡng trong tuyến gan tụy và được chuyển hóa thành huyết tương, sau đó được truyền tới buồng trứng, giúp việc hình thành mô sinh dục tốt hơn và thúc đẩy hoạt động sinh sản.

Các Ứng Dụng Khác

Ngoài áp dụng trong nuôi cá và tôm thâm canh, công nghệ biofloc cũng được áp dụng ở các hệ thống nuôi siêu thâm canh raceway (luân chuyển bể/ao) để sản xuất hơn 9kg tôm/m³. Phương pháp nuôi raceway phục vụ cho các giai đoạn ương giống, nuôi tôm và nuôi tôm bố mẹ, cũng như tuyển chọn các gia hệ tôm. Hiện nay, một số trường đại học lớn và các công ty tư nhân đang nghiên cứu sử dụng biofloc như một nguồn protein đơn bào làm thức ăn thủy sản. Theo một số tác giả, hàm lượng protein thô trong biofloc vào khoảng 35-50% và thành phần lipid thô chiếm khối lượng khoảng 0,6 -12%.

Hiệu quả “chế phẩm sinh học tự nhiên” trong hệ thống Biofloc

Biofloc có thể là một chiến lược mới trong việc quản lý dịch bệnh so với các phương pháp truyền thống như kháng sinh, thuốc chống nấm, chế phẩm sinh học,… Hiệu quả “chế phẩm sinh học tự nhiên”  trong hệ thống biofloc có thể được chứng minh qua việc chống lại các vi khuẩn như Vibrio sp và vi sinh vật ký sinh ngoài,…. Hiệu quả này có được là do các nhóm vi sinh vật lớn, chủ yếu là các vi khuẩn được coi là mức dinh dưỡng đầu tiên trong hệ thống.

Cơ chế hoạt động của các vi khuẩn biofloc trong việc chống lại các mầm bệnh là việc cạnh tranh không gian, chất nền và dinh dưỡng. Một số chất dinh dưỡng cần thiết như ni tơ hạn chế sự phát triển của mầm bệnh. Các hợp chất ức chế hình thành bởi các vi khuẩn biofloc, cường đồ ánh sáng và các loại các bon có thể giúp giảm sự phát triển của mầm bệnh. Một nghiên cứu về sản xuất giống cá rô phi (trọng lượng ban đầu của cá rô phi giống từ 0,98-0,1g) cho thấy, khi được nuôi trong hệ thống biofloc vật ký sinh ngoài ở mang cá giảm hơn so với hệ thống nuôi truyền thống.

Thuận lợi, khó khăn của hệ thống Biofloc

Lợi ích đầu tiên mà hệ thống biofloc mang lại là giảm tối đa lượng nước thải ra sông, hồ,… bao gồm các chất dinh dưỡng, các chất hữu cơ và mầm bệnh. Ngoài ra, các vùng lân cận khu vực nuôi cũng được hưởng lợi như giảm thiểu ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến nguồn lợi tự nhiên. Các nước thải từ ao nuôi và bể chứa thường chứa nồng độ ni tơ và phốt pho rất cao, tạo điều kiện cho tảo phát triển, gây nên tình trạng thiếu ô xi  nghiêm trọng và tăng điều kiện kị khí tại các thủy vực tự nhiên. Việc tái sử dụng nước giúp bảo vệ môi trường đã biến hệ thống này thành hệ thống nuôi “thân thiện với môi trường” thực sự.  Hơn nữa, do hạn chế tối đa nước thải ra môi trường nên nhiệt độ nước được duy trì, giúp các loài nhiệt đới phát triển được ở vùng khí hậu lạnh.

Ngoài ra, hệ thống này còn mang lại an toàn sinh học trong nuôi trồng thủy sản. Cho đến thời điểm này, bệnh vi rút đốm trăng không còn là một vấn đề trong các hệ thống nuôi. Dưới điều kiện trao đổi nước tĩnh thì năng suất của hệ thống biofloc cao hơn 5-10% so với các hệ thống nuôi truyền thống. Tôm tăng trưởng nhanh hơn, hệ số chuyển hóa thức ăn dao động từ 1-1.3 và chi phí sản xuất giảm từ 10-20%.

Tuy nhiên, hệ thống này còn tồn tại một số hạn chế. Quản lý hệ thống nuôi theo công nghệ biofloc không đơn giản, đòi hỏi những kỹ thuật tương đối phức tạp cần thiết để đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt và đạt năng suất cao.Việc sử dụng các hệ thống sục khí trong ao nuôi để giữ cho vi khuẩn và các hạt floc lơ lửng trong nước, cung cấp đủ ô xi hòa tan cho hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn làm cho hệ thống này tiêu tốn năng lượng. Hơn nữa, do sử dụng công nghệ tiên tiến nên hệ thống biofloc cũng đòi hỏi người nuôi phải được đào tạo kỹ về kỹ thuật.

Triển vọng

Việc tiết kiệm và sử dụng hiệu quả thức ăn, thời gian, năng lượng với hệ thống ổn định và bền vững để làm tăng lợi nhuận luôn là mối quan tâm hàng đầu đối với người nuôi trồng thủy sản. Công nghệ bloc hoàn toàn đáp ứng được điều này. Hơn nữa, các bệnh về virut mới nổi và chi phí năng lượng ngày càng tăng nên công nghệ biofloc với các hệ thống module an toàn sinh học có thể là một giải pháp hữu hiệu cho ngành nuôi trồng thủy sản hiệu quả, bền vững và có lợi nhuận hơn.