ĐƯA THỰC VẬT THỦY SINH VÀO HỆ THỐNG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN ĐỂ LÀM SẠCH MÔI TRƯỜNG NƯỚC.
LÊ QUỐC TUẤN*, TRẦN THỊ THANH HƯƠNG**
*Khoa Công Nghệ Môi Trường - Đại Học Nông Lâm TP. HCM
**Khoa Khoa Học Cơ Bản - Đại Học Nông Lâm TP. HCM
1. Đặt vấn đề
Do hoạt động sống và sản xuất của con người cùng với mật độ dân số gia tăng nhanh chóng, các nguồn nước thải, nước mặt và cả nguồn nước ngầm ở nhiều vùng đã bị ô nhiễm đến mức báo động. Trong các tác nhân gây ô nhiễm, ngoài các chất độc như thuốc trừ sâu, diệt cỏ, kim loại nặng, còn có các hợp chất hữu cơ chứa nitrogen, phosphorus. Các hợp chất này trong nước mặt, đặc biệt là trong các nguồn nước dùng để nuôi thủy sản và cho sinh hoạt ở các dạng như NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup], PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] có độc tính cấp và lâu dài đối với thủy động vật nuôi và con người.
Để loại bỏ các thành phần ô nhiễm này từ các nguồn nước, người ta đã phát triển công nghệ xử lý dựa vào hoạt động của các nhóm vi khuẩn chuyển hóa nitrogen hay sử dụng các hệ tự nhiên với sự tham gia của các vi sinh vật và thực vật thủy sinh [9].
Ở nước ta, trong nuôi trồng thuỷ sản, một vài cơ sở sản xuất giống đã sử dụng kỹ thuật lọc sinh học để khử NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] [2] và một số cơ sở nghiên cứu thuỷ sản đang xây dựng các hệ thống lọc tự nhiên liên hợp ở các đầm nuôi tôm cá nước lợ. Tại một số nơi, nhiều diện tích đang được sử dụng để nuôi tôm, cá và các loài thuỷ sản khác. Ở những nơi này tình trạng ô nhiễm môi trường nước các ao nuôi đã trở thành một trong những nguyên nhân gây dịch bệnh – nguy cơ chủ yếu đối với nghề này. Không những thế mà còn gây ảnh hưởng xấu đến các vùng nước ven bờ hay những con sông tiếp nhận nguồn nước nuôi này.
Vì vậy, việc nghiên cứu tuyển chọn một số loài thực vật thuỷ sinh có khả năng loại bỏ nitrogen và phosphorus liên kết và thiết kế một hệ thống các ao nuôi liên hợp để làm sạch các ao nuôi thuỷ sản cho từng địa bàn là cần thiết.
Trong báo cáo này chúng tui trình bày kết quả nghiên cứu bước đầu về hoạt động trao đổi nitrogen và phosphorus liên kết của hai loài thực vật thuỷ sinh đang phát triển ưu thế ở các vùng nuôi nước ngọt, đồng thời thiết kế mô hình xử lý tự nhiên với sự tham gia của thực vật thuỷ sinh trong hệ thống nuôi trồng thuỷ sản.
2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu là 2 loài thực vật thuỷ sinh nước ngọt: rong đuôi chồn (Ceratophyllum demersum); rong mái chèo (Valisneria spiralis) thường tập trung ở lưu vực các sông hay trong các ao nuôi thuỷ sản. Các đối tượng nghiên cứu được nuôi trong môi trường BG11 pha loãng 4 lần (BG11/4) và trong hệ thống tuần hoàn nước dưới ánh sáng đèn neon. Các chỉ số thuỷ lý hoá được xác định theo phương pháp tiêu chuẩn ; hàm lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] được xác định bằng phương pháp so màu với thuốc thử Nessler; hàm lượng PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] được xác định bằng phương pháp so màu với thuốc thử vanadate molipdate; hàm lượng NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] được xác định bằng phương pháp so màu với thuốc thử sodium salicilate. Cường độ ánh sáng được xác định bằng máy Lux-meter Tostotem 0500, hàm lượng oxy hoà tan được xác định bằng máy OSI (Pháp); cường độ quang hợp được xác định dựa vào động thái thải oxy được ghi trên máy đo quang hợp. Chlorophyll được xác định theo phương pháp của Lorenze và cộng sự .
3. Kết quả nghiên cứu và bàn luận
3.1. Khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup], PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] của thực vật thuỷ sinh.
Đã tiến hành nuôi 10g rong tươi trong 1 lít môi trường BG11/4 (không ammonium) với các hàm lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup], PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] ở nhiệt độ 28-30[sup]0[/sup]C dưới ánh sáng có cường độ 4000 lux. Sau 24 giờ nuôi (12 giờ chiếu sáng, 12 không có ánh sáng-ban đêm), tiến hành xác định hàm lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup], PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] còn lại trong dịch nuôi.
3.1.1. Khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]
Với lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] được bổ sung vào môi trường từ 15, 30, 60 và 90 mg/l, sau 24 giờ tiến hành xác định NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] còn lại trong dịch nuôi. Kết quả của một đợt thí nghiệm điển hình được trình bày ở bảng 1.
Bảng 1: Khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] trong 24 giờ của hai loài thực vật thuỷ sinh
Từ bảng 1 ta thấy, mặc dù hiệu suất loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] của các loài thực vật thuỷ sinh nghiên cứu không tỷ lệ với việc tăng nồng độ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] trong môi trường nuôi từ 10 đến 90 mg/l, nhưng khả năng loại bỏ ion này của chúng có thể đạt tới 22 mg/l sau 24 giờ nuôi. Tuy nhiên sau 3 ngày nuôi (đối với rong đuôi chồn) và 4 ngày nuôi (đối với rong mái chèo) thì nhận thấy hàm lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] trong môi trường chỉ còn lại dạng vết. Điều đó cho thấy triển vọng ứng dụng các đối tượng này trong việc làm sạch nước ở các ao nuôi thuỷ sản.
3.1.2 . Khả năng loại bỏ NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]
Với lượng NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] được bổ sung vào môi trường từ 15, 30, 60 và 90 mg/l, sau 24 giờ tiến hành xác định NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] còn lại trong dịch nuôi. Kết quả của một đợt thínghiệm điển hình được trình bày ở bảng 2.
Bảng 2: Khả năng loại bỏ NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] trong 24 giờ của hai loài thực vật thuỷ sinh
Kết quả trên cho thấy, trong khoảng nồng độ NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] nghiên cứu, khi hàm lượng NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] đưa vào tăng thì hiệu suất loại bỏ giảm dần, tuy nhiên lượng ion này được loại bỏ lại tăng lên, có thể đạt tới 18 NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] - N/l. Như vậy, các đối tượng này có triển vọng ứng dụng để loại bỏ NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] có trong các thuỷ vực bị ô nhiễm.
3.1.3. Khả năng loại bỏ PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup]
Tiến hành đánh giá khả năng loại bỏ PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] của các đối tượng nghiên cứu khi đưa hợp chất này vào môi trường nuôi với các nồng độ 5, 10, 20 và 30 mg/l. Hàm lượng PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] còn lại trong dịch nuôi được xác định sau 24 giờ. Kết quả thí nghiệm được trình bày ở bảng 3.
Từ bảng 3 ta thấy, trong khoảng nồng độ nghiên cứu, hiệu suất loại bỏ không tỷ lệ thuận với việc tăng lượng PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] bổ sung vào môi trường. Mặc dù vậy, các loài thực vật thuỷ sinh nghiên cứu có thể loại bỏ tới 9 mg PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup]-P/l.
Bảng 3: Khả năng loại bỏ PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] trong 24 giờ của hai loài thực vật thuỷ sinh
Như vậy các đối tượng nghiên cứu có khả năng loại bỏ một lượng đáng kể NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] và PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup], do vậy chúng có triển vọng được sử dụng trong xử lý làm sạch môi trường nước bị ô nhiễm các thành phần này.
Tuy nhiên, để nâng cao và ổn định hiệu quả xử lý, cần tìm hiểu đặc điểm của các quá trình loại bỏ đó. Sau đây chúng tui sẽ trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đến quá trình loại bỏ các ion kể trên.
3.2. Vai trò của ánh sáng đối với khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] và PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] của hai loài thực vật thuỷ sinh nước ngọt.
Chúng tui đã tiến hành nuôi 10g rong tươi hai đối tượng nghiên cứu trong môi trường BG11/4 vô đạm và bổ sung thêm NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] với hàm lượng 60mg N/l hay PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] với hàm lượng 20mg P/l. Đặt các đối tượng dưới ánh sáng có cường độ từ 0 đến 6000lux. Cường độ quang hợp được xác định theo hàm lượng oxy thải ra.
3.2.1 Anh hưởng của ánh sáng đến khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup].
Sau 12 giờ chiếu sáng dưới các cường độ ánh sáng khác nhau, hàm lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] - N còn lại trong môi trường và cường độ quang hợp được xác định. Kết quả được trình bày ở bảng 4.
Từ bảng 4 ta thấy, cường độ quang hợp và lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] được loại bỏ tăng theo cường độ ánh sáng. Như vậy, giữa quang hợp và khẳ năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] của các thực vật thuỷ sinh nghiên cứu có một một mối liên quan rõ rệt.
Bảng 4: Sự phụ thuộc của cường độ quang hợp và khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] của một số thực vật thuỷ sinh vào cường độ ánh sáng.
3.2.2 Anh hưởng của ánh sáng đến khả năng loại bỏ NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]
Các đối tượng được nuôi trong môi trường BG11/4 chứa 60mg/l NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]-N dưới các cường độ ánh sáng khác nhau. Sau 12 giờ chiếu sáng lượng NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]-N còn lại trong môi trường và cường độ quang hợp được xác định. Kết quả được trình bày ở bảng 5.
Bảng 5: Sự phụ thuộc của cường độ quang hợp và khả năng loại bỏ NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] của thực vật thuỷ sinh vào cường độ ánh sáng.
Kết quả ở bảng 5 cho thấy, thực vật thuỷ sinh đã loại bỏ một lượng đáng kể NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] ngay cả khi không được chiếu sáng. Lượng NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] được loại bỏ và cường độ quang hợp của chúng đã tăng dần tỷ lệ với việc tăng cường độ ánh sáng từ 1000-6000 lux. Điều này cho thấy tiềm năng loại bỏ các thực vật thuỷ sinh này để tận dụng năng lượng ánh sáng mặt trời nhằm loại bỏ NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] ở các thuỷ vực nhờ khả năng quang hợp.
3.2.3 Anh hưởng của ánh sáng đến khả năng loại bỏ PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup]
Các thực vật thuỷ sinh nghiên cứu được nuôi trong môi trường BG11/4 có bổ sung thêm 20mg/l PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup]-P. Đặt các đối tượng dưới các cường độ ánh sáng khác nhau. Cường độ quang hợp được xác định theo hàm lượng oxy thải ra. Sau 12 giờ, lượng PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] còn lại trong môi trường nuôi được xác định. Kết quả được trình bày ở bảng 6.
Bảng 6: Sự phụ thuộc của cường độ quang hợp và khả năng loại bỏ PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] của thực vật thuỷ sinh vào cường độ ánh sáng.
Số liệu trên cho thấy, các thực vật thuỷ sinh này có khả năng loại bỏ PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] trong tối. Chiếu sáng cũng dẫn đến gia tăng khả năng này. Điều đó nói lên rằng khi nuôi các thực vật thuỷ sinh này trong các thuỷ vực ô nhiễm PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] thì khả năng loại bỏ ion PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] của chúng khá cao, ngay cả khi trời không có nắng.
Như vậy, ánh sáng ảnh hưởng mạnh đến khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] và PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] của các thực vật thuỷ sinh nghiên cứu. Tuy nhiên, đối với thực vật, ánh sáng có thể có tác dụng như một tác nhân điều khiển hay như một nguồn năng lượng thông qua quá trình quang hợp. Theo những nghiên cứu của chúng tôi, nhận thấy rằng khi có chất ức chế (dyuron – là chất kìm hãm quan hệ II của pha sáng) đã kìm hãm khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]hai loài thực vật nghiên cứu ở trên [3]. Điều đó cho thấy quan hệ II liên quan chặt chẽ với khả năng này của các đối tượng này.
3.3. Hệ thủy sinh liên hợp
Trong thí nghiệm được thiết kế một hệ thống gồm các bể lọc liên hoàn (12 bể 200 lít) trong đó có 6 bể nuôi cá cảnh (cá mắt lồi, mỗi bể 2kg cá kích thước từ 40-60mm) và 6 bể nuôi rong mái chèo và rong đuôi chồn, thì hàm lượng các chất NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup], PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] không đáng kể (khoảng 0.5-1 mg/l NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]-N và 0.2-0.5mg/l PO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]-P) trong hệ thống này. Đối với hệ thống nuôi hỗn hợp cả động vật (cá cảnh) và rong trong cùng một bể thì chúng tui cũng có được kết quả như hệ thống liên hoàn. Và hệ thống này có thể hoạt động hiệu quả trong vòng 4 – 6 tháng mà không phải thay nước cũng không cần sục khí cho cá.
Với một bể nuôi đối chứng, trong đó chỉ có nuôi cá cảnh trong điều kiện không sục khí thì chỉ trong vòng 3 ngày hệ bể này bắt đầu có hiện tượng ô nhiễm với hàm lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] đo được là 10mg/l và sau 5 ngày cá chết do ô nhiễm nặng. Theo các kết quả nghiên cứu trước đây tại pH=8.5, DO= 4 - 5mg/l tổng lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]-N = 2,5mg/l đã gây độc cho các sinh vật nước. Theo tiêu chuẩn quy định thì tổng lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]-N trong nước phải nhỏ hơn1.5mg/l.
Do đó, nếu như chúng ta thiết kế một hệ thống liên hoàn gồm các ao nuôi có sự hiện diện của thực vật thủy sinh hay một hệ thống các ao nuôi riêng rẽ: trong cùng một ao được chia thành hai phần, một phần là thực vật thủy sinh và một phần dùng để nuôi các loài thủy sản thì thiết nghĩ hệ thống này sẽ hoạt động có hiệu quả. Điều này phù hợp với một hệ sinh thái thủy sinh mà trong đó các loài động thực vật sống trong một mối tương hỗ có lợi cho nhau tạo thành một chuỗi thức ăn sinh thái. Thực vật sẽ sử dụng những sản phẩm của động vật đồng thời động vật sẽ lấy được một lượng oxy không nhỏ được thải ra mỗi ngày cho thủy vực qua hoạt động quang hợp của chúng.
Trong quá trình nghiên cứu chúng tui đã tính đến hoạt đông hô hấp của thực vật vào ban đêm, nhận thấy lượng oxy giảm đi không đáng kể từ 8 - 9mg/l vào ban ngày, sau một đêm lượng oxy hòa tan này chỉ vào khoảng 4 s- 5mg/l với hàm lượng oxy hòa tan nay vẫn thích hợp cho hoạt động sống của động vật. Hơn nữa vào ban đêm hầu như các loài thủy sản đều ở trong trạng thái nghỉ ngơi nên lượng oxy được loại bỏ bởi động vật cũng không đáng kể.
Từ kết quả trên nhận thấy việc đưa thực vật thủy sinh vào hệ thống các ao nuôi có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nước nuôi, góp phần làm giảm được dịch bệnh trong quá trình nuôi. Đồng thời lượng thực vật thủy sinh này có thể là nguồn thức ăn quan trọng của một số loài thủy sản đang được nuôi hiện nay và cũng là nguồn thức ăn cho một số động vật nuôi trong một trang trại kết hợp. Ngoài ra chúng còn là một nguồn phân bón có giá trị khi được thu hoạch theo đúng mùa vụ.
4. Kết luận
- Trong môi trường BG11/4 vô đạm có bổ sung NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] (đến 90mg N/l) và PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] (đến 30 mg/l), rong đuôi chồn và rong mái chèo với mật độ 10g/l trong 24 giờ có thể loại bỏ được khoảng 20mg NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]-N/l; 18 mg NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]-N/l hay 10mg PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup]-P/l.
- Hai loài thực vật thuỷ sinh nước ngọt nghiên cứu đều có thể loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] và PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] trong tối, nhưng ánh sáng làm gia tăng quá trình này (đặc biệt là quá trình loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]).
- Hệ thống liên hợp và hệ thống hỗn hợp thực vật và động vật trong hệ nuôi thuỷ sản hoạt động tốt, môi trường nước không bị ô nhiễm trong một thời gian dài là 6 tháng.
LÊ QUỐC TUẤN*, TRẦN THỊ THANH HƯƠNG**
*Khoa Công Nghệ Môi Trường - Đại Học Nông Lâm TP. HCM
**Khoa Khoa Học Cơ Bản - Đại Học Nông Lâm TP. HCM
1. Đặt vấn đề
Do hoạt động sống và sản xuất của con người cùng với mật độ dân số gia tăng nhanh chóng, các nguồn nước thải, nước mặt và cả nguồn nước ngầm ở nhiều vùng đã bị ô nhiễm đến mức báo động. Trong các tác nhân gây ô nhiễm, ngoài các chất độc như thuốc trừ sâu, diệt cỏ, kim loại nặng, còn có các hợp chất hữu cơ chứa nitrogen, phosphorus. Các hợp chất này trong nước mặt, đặc biệt là trong các nguồn nước dùng để nuôi thủy sản và cho sinh hoạt ở các dạng như NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup], PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] có độc tính cấp và lâu dài đối với thủy động vật nuôi và con người.
Để loại bỏ các thành phần ô nhiễm này từ các nguồn nước, người ta đã phát triển công nghệ xử lý dựa vào hoạt động của các nhóm vi khuẩn chuyển hóa nitrogen hay sử dụng các hệ tự nhiên với sự tham gia của các vi sinh vật và thực vật thủy sinh [9].
Ở nước ta, trong nuôi trồng thuỷ sản, một vài cơ sở sản xuất giống đã sử dụng kỹ thuật lọc sinh học để khử NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] [2] và một số cơ sở nghiên cứu thuỷ sản đang xây dựng các hệ thống lọc tự nhiên liên hợp ở các đầm nuôi tôm cá nước lợ. Tại một số nơi, nhiều diện tích đang được sử dụng để nuôi tôm, cá và các loài thuỷ sản khác. Ở những nơi này tình trạng ô nhiễm môi trường nước các ao nuôi đã trở thành một trong những nguyên nhân gây dịch bệnh – nguy cơ chủ yếu đối với nghề này. Không những thế mà còn gây ảnh hưởng xấu đến các vùng nước ven bờ hay những con sông tiếp nhận nguồn nước nuôi này.
Vì vậy, việc nghiên cứu tuyển chọn một số loài thực vật thuỷ sinh có khả năng loại bỏ nitrogen và phosphorus liên kết và thiết kế một hệ thống các ao nuôi liên hợp để làm sạch các ao nuôi thuỷ sản cho từng địa bàn là cần thiết.
Trong báo cáo này chúng tui trình bày kết quả nghiên cứu bước đầu về hoạt động trao đổi nitrogen và phosphorus liên kết của hai loài thực vật thuỷ sinh đang phát triển ưu thế ở các vùng nuôi nước ngọt, đồng thời thiết kế mô hình xử lý tự nhiên với sự tham gia của thực vật thuỷ sinh trong hệ thống nuôi trồng thuỷ sản.
2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu là 2 loài thực vật thuỷ sinh nước ngọt: rong đuôi chồn (Ceratophyllum demersum); rong mái chèo (Valisneria spiralis) thường tập trung ở lưu vực các sông hay trong các ao nuôi thuỷ sản. Các đối tượng nghiên cứu được nuôi trong môi trường BG11 pha loãng 4 lần (BG11/4) và trong hệ thống tuần hoàn nước dưới ánh sáng đèn neon. Các chỉ số thuỷ lý hoá được xác định theo phương pháp tiêu chuẩn ; hàm lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] được xác định bằng phương pháp so màu với thuốc thử Nessler; hàm lượng PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] được xác định bằng phương pháp so màu với thuốc thử vanadate molipdate; hàm lượng NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] được xác định bằng phương pháp so màu với thuốc thử sodium salicilate. Cường độ ánh sáng được xác định bằng máy Lux-meter Tostotem 0500, hàm lượng oxy hoà tan được xác định bằng máy OSI (Pháp); cường độ quang hợp được xác định dựa vào động thái thải oxy được ghi trên máy đo quang hợp. Chlorophyll được xác định theo phương pháp của Lorenze và cộng sự .
3. Kết quả nghiên cứu và bàn luận
3.1. Khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup], PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] của thực vật thuỷ sinh.
Đã tiến hành nuôi 10g rong tươi trong 1 lít môi trường BG11/4 (không ammonium) với các hàm lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup], PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] ở nhiệt độ 28-30[sup]0[/sup]C dưới ánh sáng có cường độ 4000 lux. Sau 24 giờ nuôi (12 giờ chiếu sáng, 12 không có ánh sáng-ban đêm), tiến hành xác định hàm lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup], PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] còn lại trong dịch nuôi.
3.1.1. Khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]
Với lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] được bổ sung vào môi trường từ 15, 30, 60 và 90 mg/l, sau 24 giờ tiến hành xác định NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] còn lại trong dịch nuôi. Kết quả của một đợt thí nghiệm điển hình được trình bày ở bảng 1.
Bảng 1: Khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] trong 24 giờ của hai loài thực vật thuỷ sinh
| Thực vật thuỷ sinh | Hàm lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]-N (mg/l) | Hàm lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] được loại bỏ | Hiệu suất (%) | |
| Trước thí nghiệm | Sau thí nghiệm | |||
| Rong đuôi chồn | 0 15 30 60 90 | 0 9.17 21.53 44.23 68.83 | 0 5.83 10.22 15.48 21.17 | 0 38.86 30.06 25.80 23.52 |
| Rong mái chèo | 0 15 30 60 90 | 0 8.61 19.78 43.32 67.69 | 0 6.39 10.22 16.68 22.31 | 0 42.60 30.06 27.80 24.78 |
3.1.2 . Khả năng loại bỏ NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]
Với lượng NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] được bổ sung vào môi trường từ 15, 30, 60 và 90 mg/l, sau 24 giờ tiến hành xác định NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] còn lại trong dịch nuôi. Kết quả của một đợt thínghiệm điển hình được trình bày ở bảng 2.
Bảng 2: Khả năng loại bỏ NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] trong 24 giờ của hai loài thực vật thuỷ sinh
| Thực vật thuỷ sinh | Hàm lượng NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]-N (mg/l) | Hàm lượng NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] được loại bỏ | Hiệu suất (%) | |
| Trước thí nghiệm | Sau thí nghiệm | |||
| Rong đuôi chồn | 0 15 30 60 90 | 0 8.87 18.43 43.41 66.21 | 0 6.13 11.57 16.59 18.23 | 0 40.86 38.56 27.65 20.25 |
| Rong mái chèo | 0 15 30 60 90 | 0 8.79 18.41 43.33 66.02 | 0 6.21 11.59 16.67 18.67 | 0 41.40 38.63 27.78 20.74 |
3.1.3. Khả năng loại bỏ PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup]
Tiến hành đánh giá khả năng loại bỏ PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] của các đối tượng nghiên cứu khi đưa hợp chất này vào môi trường nuôi với các nồng độ 5, 10, 20 và 30 mg/l. Hàm lượng PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] còn lại trong dịch nuôi được xác định sau 24 giờ. Kết quả thí nghiệm được trình bày ở bảng 3.
Từ bảng 3 ta thấy, trong khoảng nồng độ nghiên cứu, hiệu suất loại bỏ không tỷ lệ thuận với việc tăng lượng PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] bổ sung vào môi trường. Mặc dù vậy, các loài thực vật thuỷ sinh nghiên cứu có thể loại bỏ tới 9 mg PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup]-P/l.
Bảng 3: Khả năng loại bỏ PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] trong 24 giờ của hai loài thực vật thuỷ sinh
| Thực vật thuỷ sinh | Hàm lượng PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup]-P (mg/l) | Hàm lượng [PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup]-P] được loại bỏ | Hiệu suất (%) | |
| Trước thí nghiệm | Sau thí nghiệm | |||
| Rong đuôi chồn | 0 5 10 20 30 | 0 2.66 6.53 13.64 21.76 | 0 2.34 3.47 6.54 8.24 | 0 46.80 34.70 32.70 27.46 |
| Rong mái chèo | 0 5 10 20 30 | 0 2.87 6.76 13.33 20.98 | 0 2.13 3.54 6.87 9.02 | 0 42.60 35.40 34.35 30.06 |
Tuy nhiên, để nâng cao và ổn định hiệu quả xử lý, cần tìm hiểu đặc điểm của các quá trình loại bỏ đó. Sau đây chúng tui sẽ trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đến quá trình loại bỏ các ion kể trên.
3.2. Vai trò của ánh sáng đối với khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] và PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] của hai loài thực vật thuỷ sinh nước ngọt.
Chúng tui đã tiến hành nuôi 10g rong tươi hai đối tượng nghiên cứu trong môi trường BG11/4 vô đạm và bổ sung thêm NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] với hàm lượng 60mg N/l hay PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] với hàm lượng 20mg P/l. Đặt các đối tượng dưới ánh sáng có cường độ từ 0 đến 6000lux. Cường độ quang hợp được xác định theo hàm lượng oxy thải ra.
3.2.1 Anh hưởng của ánh sáng đến khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup].
Sau 12 giờ chiếu sáng dưới các cường độ ánh sáng khác nhau, hàm lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] - N còn lại trong môi trường và cường độ quang hợp được xác định. Kết quả được trình bày ở bảng 4.
Từ bảng 4 ta thấy, cường độ quang hợp và lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] được loại bỏ tăng theo cường độ ánh sáng. Như vậy, giữa quang hợp và khẳ năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] của các thực vật thuỷ sinh nghiên cứu có một một mối liên quan rõ rệt.
Bảng 4: Sự phụ thuộc của cường độ quang hợp và khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] của một số thực vật thuỷ sinh vào cường độ ánh sáng.
| Loài thực vật | Cường độ ánh sáng (lux) | Cường độ quang hợp (mgO[sub]2[/sub]/mg Chl.h) | [NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]-N] được loại bỏ (mg/l) |
| Rong đuôi chồn | 0 1000 2000 4000 6000 | 0 0.27 0.34 0.56 0.64 | 3.97 6.14 8.74 10.01 12.34 |
| Rong mái chèo | 0 1000 2000 4000 6000 | 0 0.30 0.54 0.62 0.81 | 3.76 7.34 10.21 12.32 14.71 |
Các đối tượng được nuôi trong môi trường BG11/4 chứa 60mg/l NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]-N dưới các cường độ ánh sáng khác nhau. Sau 12 giờ chiếu sáng lượng NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]-N còn lại trong môi trường và cường độ quang hợp được xác định. Kết quả được trình bày ở bảng 5.
Bảng 5: Sự phụ thuộc của cường độ quang hợp và khả năng loại bỏ NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] của thực vật thuỷ sinh vào cường độ ánh sáng.
| Loài thực vật | Cường độ ánh sáng (lux) | Cường độ quang hợp (mgO[sub]2[/sub]/mg Chl.h) | [NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]-N] được loại bỏ (mg/l) |
| Rong đuôi chồn | 0 1000 2000 4000 6000 | 0 0.47 0.59 0.64 0.91 | 3.54 6.76 9.47 12.76 14.89 |
| Rong mái chèo | 0 1000 2000 4000 6000 | 0 0.30 0.54 0.62 0.81 | 3.72 8.03 10.81 13.47 15.25 |
3.2.3 Anh hưởng của ánh sáng đến khả năng loại bỏ PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup]
Các thực vật thuỷ sinh nghiên cứu được nuôi trong môi trường BG11/4 có bổ sung thêm 20mg/l PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup]-P. Đặt các đối tượng dưới các cường độ ánh sáng khác nhau. Cường độ quang hợp được xác định theo hàm lượng oxy thải ra. Sau 12 giờ, lượng PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] còn lại trong môi trường nuôi được xác định. Kết quả được trình bày ở bảng 6.
Bảng 6: Sự phụ thuộc của cường độ quang hợp và khả năng loại bỏ PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] của thực vật thuỷ sinh vào cường độ ánh sáng.
| Loài thực vật | Cường độ ánh sáng (lux) | Cường độ quang hợp (mgO[sub]2[/sub]/mg Chl.h) | [PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup]-P] được loại bỏ (mg/l) |
| Rong đuôi chồn | 0 1000 2000 4000 6000 | 0 0.29 0.32 0.41 0.64 | 2.06 2.37 3.23 3.78 4.89 |
| Rong mái chèo | 0 1000 2000 4000 6000 | 0 0.30 0.37 0.49 0.69 | 2.21 2.87 3.76 4.28 4.91 |
Như vậy, ánh sáng ảnh hưởng mạnh đến khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] và PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] của các thực vật thuỷ sinh nghiên cứu. Tuy nhiên, đối với thực vật, ánh sáng có thể có tác dụng như một tác nhân điều khiển hay như một nguồn năng lượng thông qua quá trình quang hợp. Theo những nghiên cứu của chúng tôi, nhận thấy rằng khi có chất ức chế (dyuron – là chất kìm hãm quan hệ II của pha sáng) đã kìm hãm khả năng loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]hai loài thực vật nghiên cứu ở trên [3]. Điều đó cho thấy quan hệ II liên quan chặt chẽ với khả năng này của các đối tượng này.
3.3. Hệ thủy sinh liên hợp
Trong thí nghiệm được thiết kế một hệ thống gồm các bể lọc liên hoàn (12 bể 200 lít) trong đó có 6 bể nuôi cá cảnh (cá mắt lồi, mỗi bể 2kg cá kích thước từ 40-60mm) và 6 bể nuôi rong mái chèo và rong đuôi chồn, thì hàm lượng các chất NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup], PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] không đáng kể (khoảng 0.5-1 mg/l NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]-N và 0.2-0.5mg/l PO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]-P) trong hệ thống này. Đối với hệ thống nuôi hỗn hợp cả động vật (cá cảnh) và rong trong cùng một bể thì chúng tui cũng có được kết quả như hệ thống liên hoàn. Và hệ thống này có thể hoạt động hiệu quả trong vòng 4 – 6 tháng mà không phải thay nước cũng không cần sục khí cho cá.
Với một bể nuôi đối chứng, trong đó chỉ có nuôi cá cảnh trong điều kiện không sục khí thì chỉ trong vòng 3 ngày hệ bể này bắt đầu có hiện tượng ô nhiễm với hàm lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup] đo được là 10mg/l và sau 5 ngày cá chết do ô nhiễm nặng. Theo các kết quả nghiên cứu trước đây tại pH=8.5, DO= 4 - 5mg/l tổng lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]-N = 2,5mg/l đã gây độc cho các sinh vật nước. Theo tiêu chuẩn quy định thì tổng lượng NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]-N trong nước phải nhỏ hơn1.5mg/l.
Do đó, nếu như chúng ta thiết kế một hệ thống liên hoàn gồm các ao nuôi có sự hiện diện của thực vật thủy sinh hay một hệ thống các ao nuôi riêng rẽ: trong cùng một ao được chia thành hai phần, một phần là thực vật thủy sinh và một phần dùng để nuôi các loài thủy sản thì thiết nghĩ hệ thống này sẽ hoạt động có hiệu quả. Điều này phù hợp với một hệ sinh thái thủy sinh mà trong đó các loài động thực vật sống trong một mối tương hỗ có lợi cho nhau tạo thành một chuỗi thức ăn sinh thái. Thực vật sẽ sử dụng những sản phẩm của động vật đồng thời động vật sẽ lấy được một lượng oxy không nhỏ được thải ra mỗi ngày cho thủy vực qua hoạt động quang hợp của chúng.
Trong quá trình nghiên cứu chúng tui đã tính đến hoạt đông hô hấp của thực vật vào ban đêm, nhận thấy lượng oxy giảm đi không đáng kể từ 8 - 9mg/l vào ban ngày, sau một đêm lượng oxy hòa tan này chỉ vào khoảng 4 s- 5mg/l với hàm lượng oxy hòa tan nay vẫn thích hợp cho hoạt động sống của động vật. Hơn nữa vào ban đêm hầu như các loài thủy sản đều ở trong trạng thái nghỉ ngơi nên lượng oxy được loại bỏ bởi động vật cũng không đáng kể.
Từ kết quả trên nhận thấy việc đưa thực vật thủy sinh vào hệ thống các ao nuôi có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nước nuôi, góp phần làm giảm được dịch bệnh trong quá trình nuôi. Đồng thời lượng thực vật thủy sinh này có thể là nguồn thức ăn quan trọng của một số loài thủy sản đang được nuôi hiện nay và cũng là nguồn thức ăn cho một số động vật nuôi trong một trang trại kết hợp. Ngoài ra chúng còn là một nguồn phân bón có giá trị khi được thu hoạch theo đúng mùa vụ.
4. Kết luận
- Trong môi trường BG11/4 vô đạm có bổ sung NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] (đến 90mg N/l) và PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] (đến 30 mg/l), rong đuôi chồn và rong mái chèo với mật độ 10g/l trong 24 giờ có thể loại bỏ được khoảng 20mg NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]-N/l; 18 mg NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup]-N/l hay 10mg PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup]-P/l.
- Hai loài thực vật thuỷ sinh nước ngọt nghiên cứu đều có thể loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup], NO[sub]3[/sub][sup]-[/sup] và PO[sub]4[/sub][sup]3-[/sup] trong tối, nhưng ánh sáng làm gia tăng quá trình này (đặc biệt là quá trình loại bỏ NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup]).
- Hệ thống liên hợp và hệ thống hỗn hợp thực vật và động vật trong hệ nuôi thuỷ sản hoạt động tốt, môi trường nước không bị ô nhiễm trong một thời gian dài là 6 tháng.