Phát thải khí nhà kính từ nuôi trồng thủy sản

Tóm tắt: Để định lượng luồng carbon dioxide và methane trong ao đất nhiệt đới, các tác giả đã sử dụng ao nuôi tôm nước ngọt được quản lý theo các chiến lược khác nhau làm mô hình. Các ao có sục khí ban đêm và chất nền nhân tạo đã giải phóng carbon dioxide nhiều hơn các ao truyền thống hoặc các ao chỉ có riêng sục khí hoặc chất nền tính theo mức trung bình tương ứng là 3,3, 2,0 và 1,5 lần. Sự hấp thu carbon dioxide chỉ xảy ra ở các ao sử dụng sục khí ban đêm. Methane được giải phóng cả ban ngày và ban đêm.

Ở hình trái, thùng khuếch tán thu giữ phân tử carbon dioxide và methane hòa tan trong nước. Ở hình phải, phễu vải có bình chìm thu giữ bọt bong bóng từ đáy ao.

Nông nghiệp là một nguồn phát sinh các khí nhà kính (GHG) quan trọng. Các ước tính cho thấy 45% tổng lượng phát thải khí nhà kính thuộc về ngành nông nghiệp là từ chăn nuôi động vật. Các nguồn và các loại khí nhà kính chính do chăn nuôi là methane từ quá trình trao đổi chất và quản lý phân của động vật (25%), carbon dioxide từ việc sử dụng đất và các thay đổi trong sử dụng (32%) và oxit nitơ từ quản lý phân và bùn (31%).

Quá trình định lượng phát thải các loại khí này rất quan trọng, vì chúng gây ra những thay đổi đáng kể về nhiệt độ và lượng mưa trung bình, các mô hình mùa vụ và tần suất về khả năng thời tiết khắc nghiệt.

Tiềm năng tín dụng

Các khí nhà kính từ các ao nuôi trồng thủy sản đã và đang bị lãng quên cho đến nay. Kiến thức về phát thải khí nhà kính từ các hệ thống nuôi trồng thủy sản rất quan trọng đối với các nhà đầu tư và hoạch định phát triển về việc giảm thiểu hiệu ứng nhà kính có thể gây ra bởi ngành nuôi trồng thủy sản. Thông tin này hết sức xác đáng để so sánh phát thải khí nhà kính từ nuôi trồng thủy sản với từ nuôi các loài động vật khác, chẳng hạn như gia súc và heo.

Nuôi trồng thủy sản có thể có tiềm năng với carbon cố định do carbon tích lũy ở trầm tích ao. Vì vậy, nuôi trồng thủy sản có thể là một cơ chế quan trọng cho quá trình cô lập carbon trong khí quyển, tạo ra các khoản tín dụng carbon. Tuy nhiên, cần thiết định lượng các luồng khí nhà kính trong suốt vụ nuôi các loài sinh vật thủy sinh để xác nhận giả thuyết này.

Đo lường khí

Các khí nhà kính có thể được giải phóng vào khí quyển theo hai cách: phát thải khuếch tán (phát tỏa) và phát thải bọt khí (bong bóng). Ở trường hợp khuếch tán khí, phân tử các khí hòa tan trong nước khuếch tán từ nước vào không khí. Bong bóng hình thành một cách tự nhiên từ đáy và nổi lên theo định kỳ. Trong điều kiện yếm khí, khí tạo thành là methane, nhưng ngược lại có oxy ở đáy ao thì carbon dioxide chiếm ưu thế. Bởi các sinh vật thủy sinh không tiêu thụ methane nên nó tiêu tan trong cột nước.

Dòng khí giữa nước và khí quyển thay đổi theo thời gian trong ngày và có thể khá biến thiên. Để định lượng tỷ lệ phát thải, có thể sử dụng thùng khuếch tán. Nồng độ khí bên trong các bong bóng hình thành ở đáy ao có thể thu được bằng cách thu giữ bong bóng trong một bình có đầy nước ở phía trên một phễu vải chìm được để trong nước trong vòng 24 giờ.

Các mẫu phải được phân tích thông qua phân tích sắc ký khí riêng biệt. Kết quả đại diện cho tổng lượng khí thải khuếch tán và bong bóng khí được thể hiện là kg/ha/ngày. Tổng của tất cả các loại khí được thể hiện bằng một giá trị tương đương cho carbon dioxide. Phương pháp này có phần phức tạp và xa lạ với hầu hết các nhà nghiên cứu nuôi trồng thủy sản. Ngoài ra, việc phân tích rất đắt tiền. Như vậy, lượng khí phát thải không được báo cáo phổ biến trong các nghiên cứu nuôi trồng thủy sản.

Mô hình thí nghiệm

Để định lượng các luồng carbon dioxide và methane trong các ao đất nhiệt đới, các tác giả sử dụng các ao nuôi tôm nước ngọt được quản lý theo các chiến lược khác nhau làm mô hình. Một thí nghiệm được tiến hành hơn 125 ngày trong 12 ao hình chữ nhật đáy đất với diện tích 0,01 ha và độ sâu trung bình 1 m tại Trung tâm Nuôi trồng Thủy sản của Đại học Bang São Paulo ở Brazil. Các ao được thả tôm sông Amazon mật độ 40 con/m².

Các ao nhóm A có sục khí vào ban đêm từ 2 – 5 sáng. Các ao nhóm S sử dụng các chất nền nhân tạo. Các ao nhóm A.S. có cả sục khí vào ban đêm và các chất nền nhân tạo, trong khi một nhóm các ao truyền thống không có sục khí hoặc các chất nền gọi là nhóm T.

Các chất nền được lắp đặt theo chiều dọc làm từ tấm nylon mắt lưới 30-mm với tổng diện tích tương đương với 50% diện tích của các đáy ao. Trong thí nghiệm, không thực hiện thay nước. Nước chảy vào ao được điều chỉnh để bù đắp nước mất đi do thấm và bốc hơi.

Carbon dioxide và methane giải phóng/hấp thụ bởi các ao được đo lượng khí thải khuếch tán và khí thải bong bóng sử dụng thùng khuếch tán và phễu tương ứng.

Kết quả

Kết quả cho thấy các ao giải phóng carbon dioxide và methane vào khí quyển (Hình 1 và 2). Sự phát thải khuếch tán tương đương với gần 100% tổng lượng khí phát thải carbon dioxide. Các ao thuộc nhóm nghiệm thức A.S. giải phóng carbon dioxide trung bình 3,3, 2,0 và 1,5 lần nhiều hơn so với các ao nghiệm thức A, T và S tương ứng (Bảng 1). Mặc dù số liệu thể hiện sự biến thiên lớn, những giá trị này có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo đối với nuôi tôm bán thâm canh ở các vùng nhiệt đới.

Bảng 1. Lượng khí phát thải trung bình của carbon dioxide và methane trong ao nuôi tăng trưởng tôm sông theo 4 nghiệm thức.

Trung bình khoảng 1.683 kg carbon dioxide/ha được giải phóng trong suốt cả vụ nuôi tăng trưởng tôm sông. Giá trị này tương đương ứng với 459,58 kg carbon. Sự biến thiên lớn của phát thải khí vào ban đêm trong các ao, đặc biệt là giữa những ao trong cùng một nghiệm thức được cho là do sự hấp thụ của chất khí này trong quá trình quang hợp suốt cả ngày và sự phát thải khí suốt đêm trong quá trình hô hấp. Sự hấp thụ carbon dioxide chỉ xảy ra ở các ao sử dụng sục khí vào ban đêm.

Các ao nghiệm thức S và T chỉ giải phóng carbon dioxide (Hình 1). Chuyển động của nước do sục khí suốt đêm có thể đã tạo thuận lợi phân hủy chất hữu cơ tích tụ ở đáy ao, giải phóng carbon dioxide vào cột nước. Ngoài ra, sự tiếp xúc giữa nước và không khí nhiều hơn nhờ tăng sục khí tạo thuận lợi trao đổi khí, thúc đẩy đầu ra dioxide carbon nhiều hơn.

Khí methane thoát ra cả ngày lẫn đêm (Hình 2), đặc biệt theo cách thải bọt bong bóng (61%, Bảng 1). Việc sản sinh methane xảy ra ở đáy ao trong điều kiện thiếu oxy. Mặc dù nồng độ oxy trong nước ao nuôi được duy trì trên các mức thích hợp, methane thoát ra có khả năng từ các lớp sâu hơn của trầm tích. Tổng khí methane phát thải trung bình khoảng 40 kg/ha/vụ. Giá trị này tương đương bằng 255,13 kg carbon. Vì vậy, các ao tôm nuôi thương phẩm thải ra khoảng 714,71 kg carbon tương ứng vào khí quyển.

Các triển vọng

Xét thấy có nhiều con đường của carbon đầu vào và đầu ra trong các hệ thống thủy sinh nên cần các nghiên cứu đánh giá “ngân sách” carbon. Nghiên cứu như vậy có thể giải thích carbon đầu vào qua nước đầu vào, vật chất và khí quyển, cũng như đầu ra qua nước thải, động vật, trầm tích, sinh vật bám, rò rỉ và khí quyển. Những nghiên cứu này có thể cho biết ao nuôi bán thâm canh có hiệu quả trong cố định carbon hay không và nhờ đó giúp ích trong việc đánh giá tính bền vững.

Hình 1. Phát thải khí carbon dioxide trong ao nuôi tăng trưởng tôm sông Amazon tùy theo các chiến lược nuôi khác nhau. A = Sục khí vào ban đêm; S = chất nền, A.S. = Sục khí vào ban đêm và các chất nền, T =Nuôi truyền thống.

Hình 2. Phát thải khí methane trong ao nuôi tăng trưởng tôm sông Amazon tùy theo các chiến lược nuôi khác nhau. A = Sục khí vào ban đêm; S = chất nền, A.S. = Sục khí vào ban đêm và các chất nền, T = Nuôi truyền thống.

BioAqua.vn

Nguồn: B. L. Preto, Instituto Federal de Ensino, Ciência e Tecnologia, IFES, Rodovia BR-482 (Cachoeiro-Alegrel), Km 47, Distrito de Rive – Caixa Postal 47 29500-000 Alegre, Espírito Santo, Brazil; M. N. P. Henares, Centro Universitário da Fundação Educacional de Barretos, Barretos, São Paulo, Brazil; J. M. Kimpara, Empresa Brasileira Agropecuária, Embrapa Meio Norte, Parnaíba, Piauí, Brazil; W. C. Valenti, Universidade Estadual Paulista, Unesp Campus Experimental do Litoral Paulista, São Vicente, São Paulo, Brazil. Tạp chí Global Aquaculture Advocate – Tháng 1-2/2015.