Luận văn Thạc sỹ Nông nghiệp: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Biofloc (cân bằng nitơ cacbon) trong nuôi thâm canh cá rô phi (oreochromis niloticus) thương phẩm

Chia sẻ: Nguyen Huu Du | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

206
lượt xem 69
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của Luận văn Thạc sỹ Nông nghiệp: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Biofloc (cân bằng nitơ cacbon) trong nuôi thâm canh cá rô phi (oreochromis niloticus) thương phẩm là nhẳm góp phần xây dựng được mô hình nuôi cá rô phi (oreochromis niloticus) thâm canh đạt năng suất cao, tăng hiệu quả kinh tế và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sỹ Nông nghiệp: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Biofloc (cân bằng nitơ cacbon) trong nuôi thâm canh cá rô phi (oreochromis niloticus) thương phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NGUYỄN TIẾN HÓA NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BIOFLOC (CÂN BẰNG NITƠ CACBON) TRONG NUÔI THÂM CANH CÁ RÔ PHI (Oreochromis niloticus) THƯƠNG PHẨM LUẬN VĂN THẠC SỸ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Mã số : 60.62.70 Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM ANH TUẤN TS. NGUYỄN VĂN TIẾN HÀ NỘI - 2012 1
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, tháng 4 năm 2012 Tác giả Nguyễn Tiến Hóa Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. i
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa đào tạo cao học, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Ban lãnh đạoViện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản I; Phòng Thông tin Hợp tác Quốc tế Đào tạo (Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản I) đã hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt khóa học. Tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đến TS. Phạm Anh Tuấn và TS. Nguyễn Văn Tiến đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn tới anh Vũ Hồng Sự, anh Nguyễn Xuân Khá, chị Nguyễn Thị Biên Thùy, anh Nguyễn Văn Khanh, chị Nguyễn Thị Niên đã hỗ trợ trong quá trình bố trí thí nghiệm và thu mẫu. Xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Đức Bình đã hỗ trợ phân tích chất lượng nước. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới bố mẹ và những người thân trong gia đình cùng bạn bè, đồng nghiệp cho sự thành công của luận văn. Nghiên cứu này được thực hiện dưới sự hỗ trợ kinh phí của đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nước “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ biofloc trong nuôi cá rô phi (Oreochromis niloticus) thương phẩm” thuộc Đề án phát triển ứng dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực thủy sản đến năm 2020. Hà Nội, tháng 4 năm 2012 Nguyễn Tiến Hóa Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..............................................................................................i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii MỤC LỤC....................................................................................................... iii DANH MỤC BẢNG .........................................................................................v DANH MỤC HÌNH.........................................................................................vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT..................................... vii 1. ĐẶT VẤN ĐỀ.......................................................................................1 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ...........................................................4 2.1. Đặc điểm sinh học của cá rô phi ............................................................4 2.1.1. Đặc điểm phân loại ............................................................................... 4 2.1.2. Đặc điểm dinh dưỡng ........................................................................... 5 2.2. Tình hình nuôi cá rô phi trên thế giới ....................................................6 2.3. Tình hình nuôi cá rô phi ở Việt Nam .....................................................6 2.4. Cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ BFT trong nuôi trồng thủy sản .....7 2.5. Tình hình nghiên cứu về công nghệ nuôi.............................................10 2.5.1. Nghiên cứu công nghệ biofloc trong nuôi trồng thủy sản ................... 10 2.5.2. Tình hình nghiên cứu về công nghệ nuôi trong nước ........................... 13 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................17 3.1. Đối tượng, thời gian và địa điểm nghiên cứu ......................................17 3.2. Vật liệu nghiên cứu ..............................................................................17 3.3. Bố trí thí nghiệm ..................................................................................17 3.3.1. Thí nghiệm 1: Xác định nguồn và tỷ lệ cacbon phù hợp ................... 17 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. iii
3.3.2. Thí nghiệm 2: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ biofloc trong nuôi cá rô phi thương phẩm qui mô phòng thí nghiệm . ............................................. 19 3.3.3. Chăm sóc, theo dõi tăng trưởng và thu mẫu của thí nghiệm 2........... 21 3.3.4. Phân tích thành phần dinh dưỡng trong biofloc ................................. 22 3.3.5. Xác định chỉ số thể tích biofloc (FVI) và kích cỡ của biofloc ........... 22 3.3.6. Phân tích chất lượng nước .................................................................. 22 3.3.7. Phương pháp xác định một số chỉ tiêu kỹ thuật ................................. 23 3.3.8. Xử lý số liệu........................................................................................ 23 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU................................................................24 4.1. Thí nghiệm 1: Nghiên cứu xác định nguồn cacbon và tỷ lệ C:N phù hợp cho sự hình thành biofloc.......................................................24 4.1.1. Amonia tổng số (TAN)....................................................................... 24 4.1.2. Chỉ số thể tích biofloc (FVI) và kích thước biofloc ........................... 27 4.1.3. Thành phần dinh dưỡng của biofloc................................................... 28 4.2. Kết quả ứng dụng công nghệ biofloc qui mô phòng thí nghiệm. ........28 4.2.1. Tốc độ tăng trưởng của cá rô phi giữa các nghiệm thức thí nghiệm.. 28 4.2.2. Hệ số chuyển đổi thức ăn ................................................................... 29 4.2.3. Hiệu quả sử dụng protein.................................................................... 30 4.2.4. Tỷ lệ sống ........................................................................................... 31 4.2.5. Chi phí thức ăn cho 1kg cá tăng trọng nuôi theo công nghệ biofloc . 31 4.2.6. Biến động chỉ số biofloc (FVI)........................................................... 32 4.2.7. Biến động các yếu tố môi trường trong quá trình thí nghiệm ............ 33 4.3. Thảo luận..............................................................................................35 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ...............................................39 5.1. Kết luận ................................................................................................39 5.2. Đề xuất ý kiến ......................................................................................39 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. iv
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................40 Tài liệu tiếng Việt.............................................................................................40 Tài liệu tiếng Anh.............................................................................................41 PHỤ LỤC ........................................................................................................43 DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Chỉ số thể tích trung bình của biofloc (FVI ml/l).............................. 27 Bảng 2. Kích thước biofloc (µm) .................................................................... 27 Bảng 3. Phân tích thành phần dinh dưỡng của biofloc (theo vật chất khô) (%) ......................................................................................................................... 28 Bảng 4. Sinh trưởng của cá rô phi sau 140 ngày nuôi .................................... 28 Bảng 5. Hiệu quả sử dụng thức ăn của cá rô phi nuôi bằng công nghệ biofloc ......................................................................................................................... 29 Bảng 6. Hiệu quả sử dụng protein của cá rô phi nuôi bằng công nghệ biofloc ......................................................................................................................... 30 Bảng 7. Chi phí thức ăn nuôi cá rô phi theo công nghệ biofloc ..................... 31 Bảng 8. Biến động yếu tố nhiệt độ, ôxy hòa tan, pH ...................................... 33 Bảng 9. Biến động yếu tố NH3, NO2, NO3 trong thí nghiệm 2........................ 34 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. v
DANH MỤC HÌNH Hình 1. Cá rô phi vằn (Oreochromis niloticus) nuôi theo công nghệ biofloc ........................................................................................................................... 4 Hình 2. Tăng trưởng sản lượng cá rô phi, cá da trơn và cá hồi giai đoạn 1980 – 2010....................................................................................................... 6 Hình 3 : Chu trình nitơ trong hệ thống nuôi cá rô phi áp dụng công nghệ biofloc ................................................................................................................ 8 Hình 4. Bố trí thí nghiệm 1 xác định nguồn và tỷ lệ C/N phù hợp cho sự hình thành biofloc ......................................................................................... 18 Hình 5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 xác định nguồn và tỷ lệ C/N phù hợp. 19 Hình 6. Bố trí thí nghiệm 2 tại Hải Dương ................................................. 20 Hình 7. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2................................................................. 21 Hình 8. Biến động TAN trong các bể dùng nguồn cacbon là rỉ đường.... 24 Hình 9. Biến động TAN trong các bể dùng nguồn C là bột sắn ............... 25 Hình 10. Biến động chỉ số thể tích biofloc trong bể nuôi thâm canh cá rô phi trong khoảng nhiệt độ nước từ 27,5 – 31,00C (A ) và khoảng nhiệt độ nước từ 22,0 – 24,00C (B )............................................................................. 32 Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT BFT Biofloc technology DO Hàm lượng ôxy hòa tan FAO Food and Agriculture Oganization GIFT Genetic Improvement of Farmed Tilapia FVI Floc Volume Index Max Giá trị lớn nhất Min Giá trị nhỏ nhất TB Trung bình TVPD Thực vật phù du ĐVPD Động vật phù du TAN Total ammonia nitrogen BOD Nhu cầu ôxy sinh hóa ANOVA Phân tích phương sai CTV Cộng tác viên C/N Tỉ lệ Cacbon/ Nitơ VSS Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi TN Total nitrogen TP Total phosphorus N Nitơ C Carbon Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. vii
1. ĐẶT VẤN ĐỀ Từ năm 1970 đến nay, tăng trưởng sản lượng thủy sản nuôi của thế giới đạt tốc độ bình quân 8,9% mỗi năm, cao hơn tốc độ tăng trưởng sản lượng khai thác thủy sản (1,2%) và sản lượng chăn nuôi (2,8%) (FAO, 2009). Để đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của con người về thực phẩm, sản lượng nuôi trồng thủy sản cần tăng gấp 5 lần trong vòng 5 thập niên tới đây (FAO, 2009). Với mục tiêu phát triển bền vững, nuôi trồng thủy sản cần phải khắc phục những trở ngại như: (a) Tăng trưởng sản lượng thủy sản nuôi nhưng không làm tăng đáng kể việc sử dụng nguồn nước và đất; (b) Phát triển các hệ thống nuôi có khả năng hạn chế ảnh hưởng đến môi trường, sinh thái; và (c) Phát triển các hệ thống nuôi đạt hiệu quả kinh tế cao. Để giải quyết toàn diện các vấn đề trên, cần phát triển các hệ thống nuôi thâm canh, tái sử dụng nước, giải quyết cơ bản vấn đề chất thải từ thủy sản nuôi và nâng cao hiệu quả sử dụng thức ăn. Trong những năm qua, hệ thống nuôi thủy sản đã dần được phát triển và hoàn thiện như nuôi thâm canh có thay nước, thâm canh ít thay nước, nuôi tuần hoàn, và gần đây là hệ thống nuôi ứng dụng công nghệ biofloc. Trong những hệ thống nuôi trên, ngoài mục tiêu tăng năng suất, mục tiêu tiết kiệm nước, hạn chế chất thải và nâng cao hiệu quả thức ăn đã từng bước được cải thiện. Mặc dù còn trong giai đoạn thử nghiệm, hệ thống nuôi ứng dụng công nghệ biofloc có khả năng giải quyết được hầu hết những vấn đề ở trên khi vừa đảm bảo năng suất cao, an toàn sinh học, xử lý chất thải và nâng cao hiệu quả sử dụng thức ăn. Công nghệ biofloc (viết tắt là BFT) dựa trên nguyên lý không hoặc ít thay nước, bổ sung nguồn cacbon làm thức ăn cho vi sinh vật dị dưỡng với tỷ lệ phù hợp với lượng nitơ có sẵn trong nước ao tạo điều kiện cho chúng phát triển chiếm ưu thế trong thủy vực. Vi sinh vật dị dưỡng sẽ chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ trong nước ao thành protein sống trong sinh khối của chúng. Nhờ vậy Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. 1
nguồn nitơ từ chất thải hòa tan trong nước ao được tái sử dụng, chuyển hóa thành sinh khối thức ăn tự nhiên cho cá nuôi nên hiệu quả sử dụng thức ăn được cải thiện. Trong công nghệ này, khái niệm floc dùng để chỉ tập hợp vật chất hữu cơ lơ lửng trong nước bao gồm tảo, động vật nguyên sinh, vi sinh vật trong đó vi sinh vật dị dưỡng chiếm ưu thế được gắn kết với nhau bằng chất keo sinh học (Polyhydroxy Alkanoate - PHA). Tập hợp các biofloc là nguồn thức ăn tự nhiên giàu dinh dưỡng cho cá nuôi. Trong hệ thống nuôi theo BFT, tỷ lệ chuyển hóa nitơ trong thức ăn thành sinh khối cá đạt 45 – 50%, trong khi các hệ thống nuôi thông thường tỷ lệ này chỉ đạt từ 17,0 – 43,3% (Avnimelech, 2009). Nhằm tăng cường quá trình chuyển hóa các hợp chất chứa N trong nước ao thành protein trong sinh khối vi sinh vật thì việc bổ sung nguồn C làm thức ăn cho vi sinh vật phải phong phú. Trong đó nguồn C và tỷ lệ C:N là rất quan trọng trong các hệ thống nuôi áp dụng BFT. Nguồn C phải đảm bảo dễ hòa tan đều trong nước, được vi sinh vật sử dụng dễ dàng và có giá thành thấp. Tỷ lệ bổ sung C phải vừa đủ (cân bằng) với lượng N có sẵn trong ao đáp ứng nhu cầu của vi sinh vật. Nếu nguồn C thiếu thì vi sinh vật sẽ không chuyển hóa hiệu quả nguồn N trong nước ao, ngược lại nếu bổ sung thừa C sẽ gây ô nhiễm môi trường nước ao nuôi. Theo Avnimelech (2009), nguồn C có thể là các nguyên liệu thức ăn giàu tinh bột hoặc rỉ đường có giá thành thấp được bổ sung trực tiếp vào thức ăn hay bón vào ao nuôi với tỷ lệ C/N > 12,5:1. Việc xác định nguồn C và tỷ lệ C/N phù hợp cho sự hình thành biofloc trong điều kiện ở Việt Nam với mục tiêu xác định được nguồn C có hiệu quả cho sự hình thành biofloc và có giá thành thấp và tỷ lệ C/N phù hợp khi sử dụng nguồn C đó sẽ là cơ sở quan trọng cho việc ứng dụng công nghệ BFT vào sản xuất. Đề tài nghiên cứu này đã tiếp cận theo hướng thực hiện các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm để xác định bộ thông số kỹ thuật chủ yếu khi ứng dụng Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. 2
công nghệ BFT trong nuôi thâm canh cá rô phi: Khẩu phần cho ăn phù hợp, hiệu quả sử dụng thức ăn, hiệu quả làm sạch môi trường, chỉ số thể tích biofloc FVI. Để góp một phần cơ sở khoa học, thực tiễn cho vấn đề nêu trên, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Biofloc (cân bằng nitơ cacbon) trong nuôi thâm canh cá rô phi (Oreochromis niloticus) thương phẩm ” mang tính cấp thiết và thực tế cao. Mục tiêu nghiên cứu Góp phần xây dựng được mô hình nuôi cá rô phi (Oreochromis niloticus) thâm canh đạt năng suất cao, tăng hiệu quả kinh tế và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Mục tiêu cụ thể • Xác định được nguồn cacbon và tỷ lệ C/N phù hợp cho sự hình thành biofloc làm cơ sở cho việc bổ sung cacbon. • Xác định được cơ sở khoa học và các giải pháp kỹ thuật chính của công nghệ biofloc trong nuôi thâm canh cá rô phi thương phẩm. Nội dung nghiên cứu • Nghiên cứu xác định nguồn cacbon và tỉ lệ C/N phù hợp cho sự hình thành biofloc. • Nghiên cứu ứng dụng công nghệ biofloc trong nuôi rô phi thương phẩm qui mô phòng thí nghiệm. (Nghiên cứu xác định khẩu phần ăn phù hợp trong nuôi thâm canh cá rô phi ứng dụng công nghệ biofloc). Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. 3
2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1. Đặc điểm sinh học của cá rô phi 2.1.1. Đặc điểm phân loại Cá rô phi thuộc bộ cá vược Percifomes, họ Cichlidae, là loài cá có nguồn gốc từ Châu Phi. Cá rô phi thường được nuôi ở ao, hồ nước ngọt (Watanabe và ctv, 1989). Cá rô phi gồm 3 giống chính: Giống Tilapia, giống Sarothegodon và giống Oreochromis. Hệ thống phân loại như sau : Giới: Animalia Ngành: Chordata Lớp: Actinopterygii Bộ: Perciformes Họ: Cichlidae Chi: Oreochromis Loài: Oreochromis niloticus Hình 1. Cá rô phi vằn (Oreochromis niloticus) nuôi theo công nghệ biofloc Trong 3 giống trên có khoảng 8 đến 9 loài có giá trị trong nuôi trồng thủy sản (Phạm Anh Tuấn, 1998). Trong các loài có giá trị, cá rô phi vằn O. niloticus, Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. 4
cá rô phi xanh O. aureus và cá rô phi hồng Oreochromis. sp. được coi là quan trọng nhất hiện nay, đang được nuôi phổ biến ở hầu hết các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới (Macintosh & Little, 1995). 2.1.2. Đặc điểm dinh dưỡng Bộ máy tiêu hoá của cá rô phi thích nghi với việc ăn tạp. Miệng chúng khá rộng hướng lên trên, có thể ăn được những mồi lớn. Răng hàm ngắn và nhiều xếp lộn xộn giúp cá bắt và giữ mồi tốt, lược mang ngắn và khá dày giúp cá lọc tảo dễ dàng. Ruột cá rô phi dài và xếp thành nhiều vòng, đó là đặc điểm của loài cá ăn thực vật (Mai Đình Yên và ctv, 1978). Cá rô phi là loài cá ăn tạp nghiêng về thực vật, thức ăn chủ yếu là tảo và một phần thực vật bậc cao và mùn bã hữu cơ. Ở giai đoạn cá con từ cá bột lên cá hương, thức ăn chủ yếu là động vật phù du (ÐVPD) và một ít thực vật phù du (TVPD). Từ giai đoạn cá hương đến cá trưởng thành thức ăn chủ yếu là mùn bã hữu cơ và TVPD. Cá rô phi có khả năng tiêu hóa các loài tảo xanh, tảo lục mà một số loài cá khác không có khả năng tiêu hoá. Ngoài ra cá rô phi còn ăn được thức ăn bổ sung như cám gạo, bột ngô, các loại phụ phẩm nông nghiệp khác. Ðặc biệt cá rô phi có thể sử dụng rất có hiệu quả thức ăn tinh như: cám gạo, bột ngô, khô dầu lạc, đỗ tương, bột cá... và các phụ phẩm nông nghiệp khác. Nhu cầu dinh dưỡng của cá rô phi thay đổi theo từng giai đoạn phát triển. Trong các yếu tố dinh dưỡng thì protein đóng vai trò quan trọng nhất cả về số lượng và chất lượng. Các loài cá khác nhau có nhu cầu protein khác nhau. Ngay trong cùng một loài nhu cầu protein cũng khác nhau giữa các độ tuổi và điều kiện môi trường nuôi khác nhau. Đối với cá nhỏ nhu cầu protein trong khẩu phần thức ăn nhiều hơn cá lớn, cá nuôi trong hệ thống nghèo thức ăn tự nhiên, đòi hỏi mức độ protein trong khẩu phần ăn cao hơn so với cá nuôi trong môi trường giàu thức ăn tự nhiên hay trong ao bón phân (Lê Văn Thắng, 1999). Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. 5
2.2. Tình hình nuôi cá rô phi trên thế giới Cá rô phi là loài được nuôi phổ biến và có sản lượng lớn nhất trên thế giới, cao hơn sản lượng cá da trơn và cá hồi. Hình 2. Tăng trưởng sản lượng cá rô phi, cá da trơn và cá hồi giai đoạn 1980 – 2010 (Nguồn Fitzsimmons - Global Outlook for Aquaculture Leadership, Kualalumpur 2010) Cá rô phi là loài cá được nuôi phổ biến thứ 2 trên thế giới, chỉ sau những loài cá chép (Fitzsimmos và Gonznlez, 2005). Sản lượng cá rô phi ngày càng tăng lên và đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện nguồn dinh dưỡng cho con người, nghề nuôi cá rô phi cũng được cho là một trong những sinh kế tốt nhất giúp cho nông dân thoát khỏi đói nghèo. Trong tương lai cá rô phi sẽ là sản phẩm thay thế cho các loài cá thịt trắng đang ngày càng cạn kiệt (WFC, 2003). Sản lượng cá rô phi đã tăng lên hơn 4 lần từ năm 1990 đến 2003. Hiện nay Trung Quốc là quốc gia có sản lượng cá rô phi đứng đầu thế giới (710.000 tấn). 2.3. Tình hình nuôi cá rô phi ở Việt Nam Nuôi cá rô phi ở Việt Nam được bắt đầu từ những năm 1950 sau khi cá rô phi đen (O. mossambicus) được nhập vào nước ta. Vào thời kỳ đó cá rô phi chủ Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. 6
yếu được nuôi theo hình thức quảng canh nên năng suất thấp. Mặt khác do đặc điểm của cá rô phi đen là chậm lớn, đẻ dày, kích thước nhỏ nên dẫn đến việc cá rô phi trong một thời gian dài không được người nuôi chú ý. Năm 1973 cá rô phi vằn (O.niloticus) đã được nhập vào miền Nam nước ta từ Đài Loan, cá trở thành đối tượng nuôi triển vọng, song do công tác lưu giữ giống thuần không tốt, hiện tượng lai tạp giữa cá rô phi đen và rô phi vằn Đài Loan là phổ biến, làm suy giảm chất lượng cá rô phi giống (Trần Mai Thiên và Trần Văn Vỹ, 1994). Trong những năm 1990 thông qua các đề tài nghiên cứu khoa học, và các chương trình hợp tác quốc tế, Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản 1 đã nhập một số giống cá rô phi có chất lượng như: Cá rô phi vằn dòng Thái Lan, dòng Egypt – Swansea, cá rô phi dòng GIFT chọn giống thế hệ thứ năm của ICLARM. Cá rô phi vằn dòng GIFT nhập nội đã được sử dụng làm vật liệu ban đầu cho chương trình chọn giống cá rô phi tiến hành tại Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản 1, sau các thế hệ chọn giống theo phương pháp gia đình, cá rô phi chọn giống có tốc độ tăng trưởng tăng thêm 29,1% (Nguyễn Công Dân và ctv., 2001). Tổng cục thống kê năm (2005) diện tích nuôi cá rô phi của cả nước là 22.340 ha chiếm 3% tổng diện tích nuôi trồng thủy sản, trong đó nuôi nước lợ, mặn là 2.068 ha và nuôi nước ngọt là 20.272 ha. Tổng sản lượng cá rô phi ước tính đạt 54.486,8 tấn, chiếm 9,08% tổng sản lượng cá nuôi. Phần lớn diện tích nuôi tập trung ở đồng bằng sông Cửu Long (10.129 ha chiếm 45,3%), kế đến là vùng đồng bằng sông Hồng và vùng Đông Bắc Bộ. 2.4. Cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ BFT trong nuôi trồng thủy sản Nguyên lý phát triển công nghệ BFT trong nuôi trồng thủy sản Mấu chốt của công nghệ BFT là tạo điều kiện tối ưu để phát triển vi khuẩn dị dưỡng trong thủy vực nuôi thủy sản. Vi sinh vật dị dưỡng sử dụng cacbon hữu cơ (tinh bột, rỉ đường, phế phụ phẩm từ quá trình lên men sản xuất nhiên liệu sinh học, chất thải của động vật thủy sản...) làm thức ăn kéo theo việc hấp thụ Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. 7
nitơ vô cơ hòa tan (chủ yếu là ammonia, thành phần chính của chất thải thủy sản nuôi) để tạo protein trong sinh khối. Theo Avnimelech (1999), cứ 20 gam cacbon được vi sinh vật sử dụng thì chúng sẽ cố định được 1 gam nitơ, tạo nên sinh khối vi sinh vật có tỷ lệ C:N là 4/1. Về mặt lý thuyết, nếu bổ sung cacbon với tỷ lệ thích hợp sẽ tăng cường quá trình chuyển hóa nitơ vô cơ thành protein trong sinh khối vi sinh vật. Việc hấp thụ ammonia trong nước cũng làm giảm nồng độ ammonia tự do, hạn chế sự nitrate hóa chuyển hóa thành các dạng NO2, NO3 gây độc cho thủy sản nuôi. Tỷ lệ C/N tối ưu có thể duy trì bằng cách bổ sung nguồn cacbon hay cho thủy sản nuôi ăn thức ăn rẻ tiền, có hàm lượng protein thấp (Avnimelech, 1999; Hargreaves, 2006). Hình 3 : Chu trình nitơ trong hệ thống nuôi cá rô phi áp dụng công nghệ biofloc Khi bổ sung nguồn cacbon vi sinh vật sẽ hấp thụ nitơ từ chất thải của cá nuôi tạo nên sinh khối và hình thành nên các biofloc. Sinh khối biofloc được cá sử dụng làm thức ăn tự nhiên. Sinh khối biofloc được thủy sản nuôi sử dụng làm thức ăn tự nhiên, do vậy hiệu quả sử dụng dinh dưỡng được cải thiện. Dinh dưỡng từ thức ăn thừa, chất thải của động vật thủy sản nuôi ở những hệ thống nuôi thâm canh là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường. Nhưng trong hệ thống nuôi theo công nghệ BFT, dinh dưỡng (Ammonia tổng số - TAN) được vi khuẩn dị dưỡng hấp thụ tạo nên sinh khối vi sinh vật và quay lại làm thức ăn cho Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. 8
cá (hình 4). Ngoài ra hệ thống nuôi theo công nghệ BFT ít hoặc không thay nước nên chi phí thấp, tính an toàn sinh học cao do giảm thiểu khả năng lây nhiềm mầm bệnh từ nguồn nước cấp vào trong ao nuôi. Công nghệ BFT chính vì vậy là một trong những cách tiếp cận mới, bằng việc ứng dụng công nghệ vi sinh vật đã tạo nên bước nhảy vọt trong công nghệ nuôi trồng thủy sản nhờ đặc điểm thân thiện môi trường, an toàn sinh học và hiệu quả kinh tế cao. Ứng dụng công nghệ BFT trong nuôi trồng thủy sản Nuôi trồng thủy sản ở quy mô thâm canh sử dụng thức ăn công nghiệp với số lượng lớn sẽ kéo theo sự gia tăng chất thải ra môi trường nước nuôi thủy sản. Sự tích lũy các hợp chất chứa nitơ vô cơ dưới dạng ammonia hay nitrite trong nước nếu không được xử lý tốt sẽ gây phú dưỡng nguồn nước, suy giảm ôxy hòa tan, ô nhiễm ammonia và gây hại cho động vật thủy sản nuôi. Nguyên nhân là do động vật thủy sản chỉ có khả năng chuyển hóa được 25 – 30% lượng nitơ trong thức ăn thành sinh khối của cơ thể, khoảng 70 – 75% lượng dinh dưỡng còn lại sẽ được thải ra môi trường nuôi (Avnimelech và Ritvo, 2003; Boyd, 1998). Do vậy, nâng cao hiệu quả sử dụng dinh dưỡng, nhất là protein thức ăn trong nuôi thâm canh có ý nghĩa quan trọng trong giảm chi phí sản xuất và giảm ô nhiễm môi trường. Công nghệ BFT là một giải pháp công nghệ sinh học mới góp phần phát triển ngành nuôi trồng thủy sản theo hướng bền vững, an toàn sinh học và thân thiện với môi trường (Avnimelech, 2006) nhờ những khả năng vượt trội sau đây: (1) Loại bỏ ammonia tự do trong nước ao nuôi bằng cách chuyển hóa thành protein trong sinh khối vi khuẩn dị dưỡng trong các biofloc, (2) Động vật thủy sản nuôi sử dụng biofloc làm thức ăn, do vậy tỷ lệ chuyển hóa protein trong thức ăn được tăng lên đến 45 – 50%, (3) Nâng cao mức độ an toàn sinh học, giảm rủi ro lây nhiễm bệnh do không hoặc ít phải thay nước. Khả năng ứng dụng công nghệ BFT trong nuôi cá rô phi thâm canh Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. 9
Cá rô phi vằn là loài cá nước ngọt có nhiều ưu điểm: Sinh trưởng nhanh, chất lượng thịt thơm ngon, trắng và không có xương dăm, dễ nuôi. Chính vì vậy cá rô phi là một trong 10 loài có giá trị kinh tế cao trên thế giới. FAO (2009) đã thống kê sản lượng cá rô phi nuôi của thế giới đạt 2,6 triệu tấn/năm và dự báo đến năm 2010 là 3,0 triệu tấn. Ở Việt Nam, nghề nuôi cá rô phi vằn mới chỉ phát triển mạnh từ sau năm 1997, từ khi Việt Nam nhập nội một số dòng cá rô phi mới và ứng dụng thành công công nghệ chuyển đổi giới tính cá rô phi bằng hoóc môn. Theo quy hoạch phát triển nuôi trồng thủy sản giai đoạn 2006 – 2015, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đặt ra mục tiêu mở rộng diện tích nuôi cá rô phi là 59.159 ha, sản lượng đạt 300.000 – 350.000 tấn/năm trong đó tiêu thụ nội địa chiếm 70% và 30% giành cho xuất khẩu. Cá rô phi vằn là loài ăn tạp, có khả năng ăn một phần mùn bã hữu cơ, thức ăn tự nhiên (tảo, ĐVPD). Vì vậy, hệ số thức ăn của cá rô phi không cao như các loài cá khác, nhất là khi nuôi nước xanh. Do vậy, cá rô phi là loài nuôi phù hợp với công nghệ biofloc. Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu nuôi thử nghiệm cá rô phi ứng dụng công nghệ BFT (Avnimelech, 2005; 2007; Crab và ctv., 2009). Cá rô phi sinh trưởng tốt trong điều kiện nhiệt độ 20 – 300C nên rất phù hợp với điều kiện nuôi ở miền Bắc từ tháng 4 – 11 và ở miền Nam từ tháng 1 – 12. Vì vậy, ứng dụng công nghệ BFT trong nuôi thâm canh cá rô phi có nhiều triển vọng thành công hơn các loài cá khác. 2.5. Tình hình nghiên cứu về công nghệ nuôi 2.5.1. Nghiên cứu công nghệ biofloc trong nuôi trồng thủy sản Những năm của thập kỷ 70, biofloc mới được chú ý nghiên cứu để ứng dụng trong xử lý nước thải sinh hoạt (Arundel, 1995). Gần đây, công nghệ BFT được phát triển và ứng dụng vào nuôi trồng thủy sản nhờ những ưu điểm vượt trội so với những công nghệ nuôi cũ trong cải thiện chất lượng nước. Vi khuẩn dị dưỡng trong Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. 10
các biofloc lơ lửng trong tầng nước có khả năng hấp thụ và chuyển hóa ammonia hiệu quả thành sinh khối. Các biofloc này được tôm và cá nuôi sử dụng do vậy chất lượng nước ao nuôi được cải thiện, hạn chế thay nước cho các ao nuôi tôm cá thương phẩm (Avnimelech 1999 và ctv 2003). Trong nuôi trồng thủy sản, thuật ngữ ‘hệ thống Bio-floc’ được sử dụng cho các hệ thống xử lý có hệ vi khuẩn dị dưỡng chiếm ưu thế. Nhóm nghiên cứu về công nghệ BFT đứng đầu là TS. Yoram Avnimelech có những công trình đầu tiên về BFT năm 1999. Năm 2009, Hội nghị Quốc tế về Nuôi trồng thủy sản tại Busan Hàn Quốc đã có một hội thảo chuyên đề về các nguyên lý ứng dụng BFT trong nuôi trồng thủy sản. Công nghệ BFT được Avnimelech (1999, 2005, 2007) thực hiện nghiên cứu đã khẳng định khả năng ứng dụng và đạt hiệu quả cao. Những nghiên cứu gần đây đã khẳng định công nghệ BFT ứng dụng thành công đối với cá rô phi Oreochromis niloticus. Nghiên cứu về ảnh hưởng của tỷ lệ C/N trong ao nuôi cá rô phi sử dụng bằng cách sử dụng thức ăn có hàm lượng protein thấp đã cho thấy công nghệ BFT nâng cao hiệu quả sử dụng protein, tiết kiệm chi phí, và cải thiện chất lượng nước (Avnimelech, 1999). Tác giả cũng kết luận khi bổ sung quá nhiều carbohydrate vào thức ăn sẽ dẫn đến hiện tượng tăng lượng chất thải rắn lắng đọng ở đáy ao (bùn hữu cơ). Không những không có tác dụng cho vi khuẩn dị dưỡng phát triển để quay lại làm thức ăn tự nhiên cho cá mà còn làm ô nhiễm đáy ao. Vì vậy biện pháp tốt nhất là bổ sung nguồn cacbon vào ao nuôi riêng biệt mà không phối trộn vào thức ăn cho cá với tỷ lệ cacbon quá cao. Crab và ctv, (2009) đã ứng dụng công nghệ biofloc nuôi cá rô phi (Oreochromis niloticus × Oreochromis aureus) qua mùa đông nhằm kiểm soát chất lượng nước trong ao được che phủ bởi nhà kính và không thay nước. Thí nghiệm bổ sung carbon vào ao nuôi với hai loại thức ăn có hàm lượng đạm là 30% protein và 23% protein để kích thích sự hình thành của bioflocs. Nhiệt độ trong ao được kiểm soát và duy trì nhiệt độ 0,4 – 4,90C cao hơn so với ao đối chứng (không sử dụng nhà Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. 11
có mái che). Điều chỉnh tỷ lệ C/N trong ao bằng cách thêm tinh bột, làm tăng lượng carbohydrates vào hệ thống nuôi thông qua các thức ăn, tỷ lệ C/N = 20:1. Mật độ cá nuôi đạt 20kg/m3. Tỷ lệ sống của cá thí nghiệm đạt 97% với lô cá 100 g và 80 ± 4% ở lô cá 50 g. Kết quả cho thấy biofloc phát triển mạnh và có tác dụng cải thiện chất lượng nước cho ao trú đông cho cá rô phi vì vậy không cần thay nước trong suốt quá trình thí nghiệm, đồng thời nhiệt độ nước ao trú đông được duy trì cao hơn đối chứng, giảm sự xuất hiện dịch bệnh và tăng tỷ lệ sống. Azim và Little (2008) đã nghiên cứu công nghệ biofloc (BFT) trên cá rô phi (Oreochromis niloticus) sử dụng thức ăn có hàm lượng protein (35% và 22% CP), tỷ lệ C/N là 8,4 và 11,6. Biofloc với thông số đánh giá VSS và BOD5 cho thấy cá thí nghiệm sinh trưởng tốt hơn ở thí nghiệm cho ăn thức ăn hàm lượng protein thấp. Lượng cacbon bổ sung theo tính toán từ 3 – 5 g C/m2/ngày. Hầu hết những nghiên cứu về ứng dụng công nghệ BFT trong nuôi trồng thủy sản trong thời gian qua cho thấy cá hoặc tôm nuôi ngay trong nội tại hệ thống sử dụng biofloc làm thức ăn tự nhiên vì vậy chỉ những loài cá, tôm có khả năng ăn lọc hoặc ăn một phần mùn bã hữu cơ mới có khả năng sử dụng biofloc. Nghiên cứu của Kuhn và ctv. (2009) đã phát triển một hệ thống mới thu sinh khối biofloc để làm thức ăn chế biến cho tôm chân trắng. Sự cải tiến công nghệ này mở ra một triển vọng ứng dụng sinh khối biofloc làm thức ăn cho các đối tượng thủy sản nuôi khác không có khả năng ăn lọc hay ăn mùn bã hữu cơ như hai đối tượng trên. Cũng theo hướng ứng dụng này, Logan (2009) đã mô tả thành công của công ty Oberon FMR, In đã bước đầu sản xuất thành công nguyên liệu thức ăn thủy sản từ sinh khối biofloc có chứa 66% protein, 6,5% lipid, 12,5% khoáng và 1 – 2% xơ có chất lượng tương đương với bột cá cao cấp. Hiện nay công ty đang xây dựng nhà máy có công suất 5.500 tấn nguyên liệu biofloc/năm và dự kiến sẽ bắt đầu hoạt động ngay trong năm 2010. Dự kiến đến năm 2015, nhà máy sẽ có công suất 40.000 tấn nguyên liệu biofloc/năm cho sản suất thức ăn thủy sản. Những nghiên cứu và ứng dụng này mở Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ………………. 12