Việc ứng dụng vi sinh vật trong quản lý môi trường ao nuôi tôm là một giải pháp sinh học được sử dụng rộng rãi nhằm kiểm soát chất lượng nước, giảm tích tụ chất hữu cơ và hạn chế sự hình thành các hợp chất độc hại. Trong hệ sinh thái ao nuôi, vi sinh hiếu khí và vi sinh kỵ khí đảm nhận những chức năng khác nhau nhưng có tính bổ trợ lẫn nhau, tạo thành chu trình chuyển hóa chất thải tương đối hoàn chỉnh. Sự kết hợp hợp lý giữa hai nhóm vi sinh này góp phần ổn định môi trường nuôi, nâng cao sức khỏe vật nuôi và cải thiện hiệu quả sản xuất.

Vai trò của vi sinh hiếu khí trong xử lý môi trường ao nuôi

Vi sinh hiếu khí hoạt động trong điều kiện có oxy hòa tan, chủ yếu tại cột nước và lớp bề mặt đáy ao. Các nhóm vi khuẩn thường được ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản bao gồm Bacillus spp., Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp.. Trong đó, các chủng Bacillus có khả năng tiết enzyme ngoại bào để phân hủy chất hữu cơ, thức ăn dư thừa và chất thải của tôm; trong khi các vi khuẩn nitrat hóa như Nitrosomonas và Nitrobacter tham gia chuyển hóa amoniac (NH₃/NH₄⁺) thành nitrit (NO₂⁻) và tiếp tục thành nitrat (NO₃⁻) thông qua quá trình nitrat hóa (nitrification) (Ebeling et al., 2006).

Quá trình này giúp làm giảm độc tính của amoniac và nitrit trong nước, đồng thời cải thiện chất lượng môi trường sống của tôm. Việc duy trì mật độ vi sinh hiếu khí thích hợp còn góp phần giảm lượng chất hữu cơ lơ lửng, tăng độ ổn định của hệ sinh thái ao nuôi và hạn chế điều kiện thuận lợi cho một số vi khuẩn gây bệnh phát triển.

Vai trò của vi sinh kỵ khí trong xử lý bùn đáy

Tại lớp bùn đáy hoặc các vùng có hàm lượng oxy thấp, vi sinh kỵ khí và vi sinh thiếu khí (anoxic microorganisms) đóng vai trò quan trọng trong việc tiếp tục phân hủy các hợp chất hữu cơ tích tụ. Các nhóm vi sinh này sử dụng các chất nhận electron khác ngoài oxy, trong đó nitrat (NO₃⁻) là một trong những chất nhận phổ biến.

Thông qua quá trình khử nitrat (denitrification), vi sinh vật chuyển hóa nitrat thành khí nitơ (N₂) và giải phóng ra môi trường, góp phần loại bỏ nitơ dư thừa khỏi hệ thống ao nuôi (Tchobanoglous et al., 2014). Đồng thời, hoạt động của vi sinh vật trong lớp bùn đáy giúp giảm tích tụ chất hữu cơ, hạn chế hiện tượng lão hóa đáy ao và giảm nguy cơ phát sinh các vấn đề môi trường do bùn thải tích tụ kéo dài.

Tuy nhiên, hiệu quả của quá trình này phụ thuộc đáng kể vào điều kiện quản lý ao nuôi. Khi lượng chất hữu cơ tích tụ quá lớn hoặc đáy ao rơi vào trạng thái yếm khí nghiêm trọng, một số quá trình phân hủy kỵ khí không mong muốn có thể xảy ra, dẫn đến sự hình thành các khí độc như hydro sulfide (H₂S) hoặc methane (CH₄). Do đó, việc kiểm soát tải lượng hữu cơ và duy trì điều kiện môi trường phù hợp là yếu tố cần thiết để phát huy hiệu quả của hệ vi sinh kỵ khí.

Hiệu quả của việc kết hợp vi sinh hiếu khí và vi sinh kỵ khí

Trong hệ thống ao nuôi tôm, vi sinh hiếu khí và vi sinh kỵ khí không hoạt động tách biệt mà tồn tại đồng thời tại các vùng sinh thái khác nhau. Vi sinh hiếu khí đảm nhận vai trò xử lý chất hữu cơ và các hợp chất chứa nitơ trong cột nước, trong khi vi sinh kỵ khí hoặc thiếu khí tiếp tục xử lý các sản phẩm trung gian và lượng chất hữu cơ tích tụ ở đáy ao.

Sự phối hợp này hình thành một chu trình chuyển hóa chất thải tương đối khép kín, trong đó amoniac được chuyển hóa thành nitrat bởi vi sinh hiếu khí, sau đó nitrat tiếp tục được khử thành khí nitơ bởi vi sinh kỵ khí hoặc thiếu khí. Nhờ đó, lượng chất ô nhiễm trong hệ thống được giảm thiểu, chất lượng nước được cải thiện và áp lực môi trường đối với vật nuôi được hạn chế.

Các nghiên cứu về công nghệ biofloc và quản lý hệ vi sinh trong nuôi trồng thủy sản cho thấy sự đa dạng của cộng đồng vi sinh vật có vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả xử lý chất hữu cơ, ổn định chất lượng nước và tăng cường tính bền vững của hệ thống nuôi (De Schryver et al., 2008; Avnimelech, 2015).

Kết luận

Vi sinh hiếu khí và vi sinh kỵ khí là hai thành phần quan trọng trong hệ thống xử lý sinh học của ao nuôi tôm. Vi sinh hiếu khí góp phần làm sạch nước thông qua quá trình phân hủy chất hữu cơ và nitrat hóa các hợp chất chứa nitơ, trong khi vi sinh kỵ khí hỗ trợ xử lý bùn đáy và loại bỏ nitrat thông qua quá trình khử nitrat. Việc kết hợp hợp lý hai nhóm vi sinh này cùng với quản lý oxy hòa tan và chất hữu cơ phù hợp sẽ góp phần xây dựng môi trường ao nuôi ổn định, giảm nguy cơ phát sinh khí độc và nâng cao hiệu quả sản xuất thủy sản theo hướng bền vững.

Tài liệu tham khảo 

1. Avnimelech, Y. (2015). Biofloc Technology: A Practical Guide Book (3rd ed.). The World Aquaculture Society.

2. De Schryver, P., Crab, R., Defoirdt, T., Boon, N., & Verstraete, W. (2008). The basics of bio-flocs technology: The added value for aquaculture. Aquaculture, 277(3–4), 125–137. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2008.02.019 

3. Ebeling, J. M., Timmons, M. B., & Bisogni, J. J. (2006). Engineering analysis of the stoichiometry of photoautotrophic, autotrophic, and heterotrophic removal of ammonia-nitrogen in aquaculture systems. Aquaculture, 257(1–4), 346–358. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2006.03.019 

4. Tchobanoglous, G., Stensel, H. D., Tsuchihashi, R., Burton, F. L., Abu-Orf, M., Bowden, G., & Pfrang, W. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5th ed.). McGraw-Hill Education.

(Thêm Youtube)