Động lực của oxy hòa tan

Quay lại

Động lực của oxy hòa tan

: 259

Sục khí cơ học trong các ao có thể ngăn ngừa sự thiếu hụt giữa lượng oxy khuếch tán ròng và lượng oxy sản xuất ròng của thực vật phù du. Ảnh của Darryl Jory.

Quản lý đúng cách khía cạnh quan trọng nhất trong quản lý chất lượng nước ao nuôi

Năng suất thực vật phù du đóng các vai trò khác nhau trong nuôi cá và tôm. Trong các ao quảng canh, thực vật phù du nở hoa là nền tảng của mạng lưới thức ăn hỗ trợ sản xuất động vật nuôi. Trong nuôi bán thâm canh, sự gia tăng thức ăn tự nhiên có nguồn gốc từ mạng lưới thức ăn dựa trên thực vật phù du sẽ bổ sung cho thức ăn công nghiệp được cung cấp cho động vật nuôi.

Trong các ao thâm canh, các nhu cầu dinh dưỡng của động vật nuôi được đáp ứng gần như hoàn toàn từ thức ăn công nghiệp, nhưng ở đầu vụ nuôi, cá giống và tôm giống có thêm thức ăn tự nhiên là các sinh vật. Trong các hệ thống nuôi biofloc, sự nở hoa của thực vật phù du giảm khi chúng bị thay thế một phần hoặc phần lớn bởi một cụm (floc) vi khuẩn có thể dùng như thức ăn bổ sung cho động vật nuôi.

Thực vật phù du bao gồm cả vi khuẩn lam (được biết đến phổ biến hơn là tảo lam) cũng rất quan trọng trong ao bởi chúng sản sinh oxy hòa tan. Lượng cacbon bị biến đổi thành chất hữu cơ thông qua quá trình quang hợp tương đương về mặt hóa học với lượng oxy hòa tan được giải phóng vào nước.

Sự nở hoa dày đặc của thực vật phù du có liên quan đến nồng độ oxy hòa tan thấp vào ban đêm, nhưng thực vật phù du là các sinh vật sản xuất oxy ròng. Điều này là hiển nhiên do sự tồn tại của chính sinh khối thực vật phù du. Sinh khối này không thể tồn tại nếu thực vật phù du không phải là những sinh vật sản xuất oxy ròng, bởi vì oxy do chính thực vật phù du nhả ra. Trong các ao nuôi trồng thủy sản thì các loài nuôi, vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ – hoặc thực hiện quá trình nitrat hóa – và các sinh vật không quang hợp khác cũng đều hô hấp.

Phân bón làm tăng khả năng dinh dưỡng sẵn có cho thực vật và phân hữu cơ là một nguồn dinh dưỡng đầu vào thông qua quá trình phân hủy của vi sinh vật. Thức ăn thừa và phân cũng là lượng chất hữu cơ đầu vào và thức ăn được tiêu thụ bởi động vật nuôi được sử dụng để tăng trưởng và là nguồn năng lượng trong quá trình hô hấp của cá và tôm. Động vật nuôi bài tiết nitơ, phốtpho và các chất dinh dưỡng thực vật vô cơ khác. Các đầu vào nuôi trồng thủy sản làm tăng các lượng lớn chất hữu cơ trực tiếp vào ao và là các nguồn dinh dưỡng vô cơ cho thực vật phù du và các loại thực vật thủy sinh khác cuối cùng trở thành chất hữu cơ chết và làm tăng nhu cầu oxy.

Năng suất thực vật phù du, sản xuất oxy hòa tan

Năng suất thực vật phù du lớn hơn tạo thêm nhiều oxy hòa tan thông qua quá trình quang hợp, nhưng đây không phải là thuốc chữa bách bệnh trong quản lý oxy hòa tan. Quang hợp đòi hỏi ánh sáng và cường độ ánh sáng quang hợp sẵn có sẽ giảm theo độ sâu của nước. Thực vật phù du bị giới hạn trong vùng ánh sáng mà ở phạm vi đó có đủ ánh sáng để quang hợp.

Cái bẫy là độ dày của vùng ánh sáng trong ao chủ yếu là một chức năng của mật độ thực vật phù du nở hoa. Sự nở hoa dày đặc hơn dẫn đến độ đục lớn hơn và sự xâm nhập ánh sáng vào cột nước ít hơn để quang hợp. Trong khi nhiều thực vật phù du sản xuất ra nhiều oxy hòa tan hơn so với là ít thực vật phù du thì độ sâu (và thể tích) mà ở đó quang hợp có thể giảm lại khi sự nở hoa trở nên dày đặc hơn.

Tốc độ quang hợp vào ban ngày vượt quá tổng tốc độ hô hấp của ao ban ngày và nồng độ oxy hòa tan tăng vào ban ngày. Điều ngược lại xảy ra vào ban đêm khi quá trình quang hợp dừng lại và hô hấp tiếp tục gây ra sự tăng giảm nồng độ oxy hòa tan hàng ngày (Hình 1). Khi cường độ nở hoa của thực vật phù du tăng, sự khác biệt về nồng độ oxy hòa tan vào ban ngày và ban đêm sẽ tăng lên. Đỉnh của đường cong oxy hòa tan vào ban ngày giảm theo độ sâu của nước do giảm ánh sáng cho quang hợp. Thực vật phù du nở hoa dày đặc làm tăng thêm tần suất và mức độ nghiêm trọng của nồng độ oxy hòa tan thấp.

Hình 1: Mẫu hàng ngày về nồng độ oxy hòa tan (DO) trong các ao với sự phong phú của thực vật phù du từ thấp, trung bình đến cao.

Oxy phân tử khuếch tán qua bề mặt không khí và nước của ao. Nước có nồng độ oxy hòa tan cân bằng ở áp suất khí quyển, nhiệt độ và độ mặn nhất định (Bảng 1). Ở mức thấp hơn nồng độ cân bằng, áp suất oxy trong không khí lớn hơn sẽ buộc oxy đi vào trong nước. Điều ngược lại xảy ra khi nước có nồng độ oxy hòa tan lớn hơn mức cân bằng hoặc siêu bão hòa với oxy. Ao mất oxy do khuếch tán hầu hết vào ban ngày, nhưng phần lớn thời gian ban đêm, ao có được oxy do khuếch tán. Tác động của gió làm tăng tốc độ khuếch tán oxy, nhưng sự khuếch tán ròng hàng ngày (có vào ban ngày – mất vào ban đêm) thường chiếm một phần nhỏ của ngân sách oxy hòa tan trong ao nuôi trồng thủy sản ngay cả khi trời có gió. Tuy nhiên, khi nồng độ oxy hòa tan thấp, oxy khuếch tán từ không khí có thể là cứu cánh cho động vật nuôi.

Bảng 1. Các mức nồng độ oxy hòa tan (mg/L) cân bằng hoặc bão hòa tương ứng với áp suất khí quyển mực nước biển tiêu chuẩn, các nhiệt độ và độ mặn của nước khác nhau.

Độ sâu bù là độ sâu mà tổng sản lượng oxy hàng ngày do quang hợp chính xác bằng lượng sử dụng oxy hòa tan hàng ngày cho quá trình hô hấp của các vi sinh vật sống trong cột nước, ngoại trừ cá, tôm và các sinh vật lớn (Hình 2). Lượng mà diện tích của vùng bóng râm ở trên độ sâu bù trong Hình 2 vượt quá diện tích của vùng bóng râm ở dưới là lượng oxy hòa tan sẵn có cho các loài nuôi và để cho các sinh vật đáy ao sử dụng. Lượng oxy hòa tan thừa trên độ sâu bù càng vượt quá mức thâm hụt oxy hòa tan ở dưới (Hình 2) thì càng ít có khả năng nồng độ oxy hòa tan thấp và đặc biệt là vào ban đêm.

Hình 2: Minh họa độ sâu bù trong ao.

Sục khí

Sục khí cơ học trong các ao có thể ngăn ngừa sự thiếu hụt giữa lượng oxy khuếch tán ròng và lượng oxy sản xuất ròng của thực vật phù du và các thiết bị sục khí có một nhu cầu về oxy. Sục khí chuyển oxy hòa tan nhiều vào trong nước theo tỷ lệ thuận với số lượng sục khí được sử dụng. Một cách đáng tin cậy để tính toán lượng sục khí cần thiết trong ao nuôi trồng thủy sản như được áp dụng trong xử lý nước thải là không có sẵn. Mức độ sục khí trong ao phải được điều chỉnh bằng cách theo dõi oxy hòa tan.

Khuếch tán cũng là nguyên lý chức năng của các thiết bị sục khí cơ học. Các máy sục khí bề mặt phổ biến được sử dụng trong các ao làm văng tung tóe nước vào không khí để tăng diện tích bề mặt giữa không khí và nước giúp khuếch tán nhiều hơn. Các loại máy sục khí là các máy khử oxy trong ngày khi các ao có đặc thù bị siêu bão hòa với oxy hòa tan. Sục khí được sử dụng chủ yếu vào ban đêm trong nuôi cá, nhưng trong nuôi tôm, sục khí ban ngày làm lưu thông nước ao và di chuyển nước có oxy ngang qua đáy nơi tôm thường trú ngụ.

Đất đáy ao là một thành phần quan trọng của động lực oxy trong ao. Phân bón hữu cơ, thức ăn thừa, phân và sinh vật phù du chết lắng xuống đáy và bị phân hủy bởi vi khuẩn tạo ra nhu cầu oxy. Tùy thuộc vào mức độ nuôi thâm canh, mức tiêu thụ oxy hàng ngày của trầm tích đáy ao có thể dao động từ dưới 1 mg/L đến 10 mg/L (tương đương cột nước).

Tất nhiên, vào bất kỳ một đêm cụ thể nào đó có thể có sự khác biệt đáng kể về oxy hòa tan sẵn có và nhu cầu oxy bởi tất cả các thành phần trong ngân sách oxy biến đổi khác nhau giữa các ao. Tuy nhiên, ngân sách cho thấy vai trò quan trọng của sục khí cơ học trong việc tránh nồng độ oxy hòa tan thấp.

Cạn kiệt oxy hòa tan

Một số yếu tố khác ngoài thực vật phù du nở hoa dày đặc và nhu cầu oxy cao có thể gây ra sự suy kiệt oxy hòa tan. Bầu trời u ám kéo dài dẫn đến ít quang hợp. Hô hấp thường không bị ảnh hưởng nhiều do thời tiết nhiều mây và các nồng độ oxy hòa tan vào ban đêm giảm nhiều hơn bình thường trong những ngày có nhiều ánh nắng mặt trời.

Thực vật phù du nở hoa có thể già đi hoặc có thể đột ngột chết. Sau khi thực vật phù du chết đi, quang hợp ít hơn trong một tuần và trong khi sự nở hoa phục hồi.

Thuốc diệt tảo, thuốc diệt cỏ và một số hóa chất khác đôi khi được sử dụng cho ao. Những phương pháp xử lý này có thể giết chết tảo đủ để quá trình phân hủy của chúng dẫn đến nồng độ oxy hòa tan thấp.

Nước ấm hơn làm tăng hoạt động sinh học và nó cũng làm giảm oxy hòa tan khi bão hòa. Nồng độ cân bằng (bão hòa) đối với oxy hòa tan (Bảng 1) ở 25 độ C cao hơn 9,28% so với ở 30 độ C trong môi trường nước ngọt. Đòi hỏi oxy nhiều hơn cho hô hấp tại thời điểm nước chứa ít oxy hòa tan có thể dẫn đến nồng độ oxy hòa tan thấp gây nguy hiểm.

Các quan điểm

Quản lý oxy hòa tan là khía cạnh quan trọng nhất của quản lý chất lượng nước ao nuôi. Nồng độ oxy hòa tan dưới 3 mg/L gây căng thẳng cho tôm và hầu hết các loài cá nước ấm dẫn đến tỷ lệ sống và sản lượng thấp hơn. Nồng độ dưới 1,0 – 1,5 mg/L trong vài giờ có thể giết chết các loài động vật nước ấm. Các loài nước lạnh cần nồng độ oxy hòa tan 2 – 3 mg/L nhiều hơn so với các loài nước ấm.

BioAqua.vn

Nguồn: Claude E. Boyd, Ph.D., School of Fisheries, Aquaculture and Aquatic Sciences, Auburn University, Auburn, Alabama 36849 USA – Global Aquaculture Alliance

 

Chia sẻ

Quay lại