Loại bỏ vi khuẩn lam và các độc tố liên quan trong các ao nuôi trồng thủy sản 

Thuốc diệt tảo thương mại có hiệu quả trong việc loại bỏ vi khuẩn lam Planktothrix sp.
Loại bỏ vi khuẩn lam và các độc tố liên quan trong các ao nuôi trồng thủy sản

Ảnh minh họa

Hầu hết các nông dân nuôi cá trong ao nuôi nước ngọt sẽ gặp phải một số loài vi tảo gây hại cho sức khỏe và chất lượng của các sản phẩm nuôi trồng thủy sản. Quan tâm đặc biệt là vi khuẩn lam cyanobacteria vì chúng tạo ra độc tố, cũng như các hợp chất (ví dụ, geosmin và isoborneol 2-methyl) gây ra mùi vị lạ ở cá.

Các độc tố chính là các microcystin có thể tích tụ trong thịt cá, điều này đặt ra mối các mối lo ngại về an toàn vì chúng có thể bị lây nhiễm cho người tiêu dùng. Các phương pháp đề phòng có lẽ là lựa chọn quản lý tốt nhất, chẳng hạn như duy trì mức độ dinh dưỡng thấp – đặc biệt là phốt pho (P) – thông qua việc thay nước và/hoặc sử dụng đất sét giữ P. Tuy nhiên, một số nông dân quan sát thấy rằng nhiệt độ cao thường gây ra sự bùng phát của vi tảo nở hoa.

Các mùi lạ từ vi tảo gây ra thiệt hại kinh tế nghiêm trọng cho nông dân do chi phí và chậm trễ liên quan đến việc làm sạch cá trước khi thu hoạch và/hoặc chiến lược để loại bỏ vi khuẩn lam. Do đó, một số nông dân sử dụng thuốc diệt tảo, chẳng hạn như sunfat đồng hoặc phèn. Tuy nhiên, các loại thuốc này có xu hướng ít chọn lọc hơn và cũng có thể gây độc cho các vi tảo và động vật phù du có lợi khác.

Việc các sinh vật chính này, bao gồm vi tảo gây hại, bị tiêu diệt đột ngột có thể gây ra ba vấn đề. Thứ nhất, không có các sinh vật chính để loại bỏ nitơ hòa tan, nồng độ amoniac và nitrit sau đó có thể tăng đột biến. Thứ hai, vi tảo chết sẽ góp phần làm tăng nhu cầu ôxy sinh học có thể loại bỏ ôxy ra khỏi nước. Thứ ba, một lượng lớn các microcystin sẽ được giải phóng khi vi khuẩn lam cyanobacteria chết và sau đó các loài thủy sản ăn phải.

Một hợp chất chọn lọc hơn để diệt cyanobacteria bao gồm sử dụng hydrogen peroxide (H2O2). Theo truyền thống, chất này được thêm vào dưới dạng lỏng nhưng có thể gây ra các mối lo ngại về an toàn do tình cờ bị rò rỉ trong quá trình vận chuyển, lưu trữ và sử dụng. Các sản phẩm khác dựa trên H2O2 đã xuất hiện dưới dạng natri cacbonat peroxyhydrate (SCP), khi được thêm vào nước, nhanh chóng được chuyển thành H2O2 và natri cacbonat. Vì vậy, chất này là ổn định hơn, nhưng phần lớn chưa được kiểm chứng trong nuôi trồng thủy sản.

Trong bài viết này – đã được điều chỉnh và tóm tắt từ ấn phẩm gốc (Khoa học về Môi trường Tổng thể (DOI: 10.1016 / j.scitotenv.2018.05.023) – chúng tôi tóm tắt kết quả của một nghiên cứu để thử nghiệm một sản phẩm dựa trên SCP mới trên quy mô nhỏ và lớn. Thử nghiệm quy mô nhỏ lần đầu tiên được tiến hành để thu hẹp các liều thích hợp nhất để diệt vi khuẩn lam mà không có khả năng gây hại cho vi tảo và động vật phù du có lợi. Dựa trên những kết quả này, hai liều tối ưu (2,5 và 4,0 mg/l H2O2) đã được thử nghiệm trong các ao thương mại (thử nghiệm quy mô lớn) và trong hơn sáu tuần, người ta đã theo dõi sự phong phú của cyanobacterial, sự phong phú sinh vật phù du, microcystin và sự tồn tại của nồng độ H2O2.

Thiết kế thử nghiệm

Các chất dinh dưỡng (phân bón vô cơ và cám gạo đã khử dầu) đã được bổ sung, khi cần thiết vào nước ao cho đến khi các điều kiện bất thường, vi khuẩn lam xuất hiện nhiều được ghi nhận. Nitơ tương đồng với tổng số P được sử dụng và vi khuẩn lam cyanobacterium chiếm ưu thế là Planktothrix sp.

Trong cả hai thử nghiệm, một thuốc diệt tảo dựa trên SCP dạng hạt (PAK® 27) đã được sử dụng, là một hợp chất được USEPA phê duyệt (Tập đoàn SePRO, Carmel, IN, USA). Các liều lượng khác nhau của H2O2 được điều chế bằng cách hòa tan các hạt diệt tảo (hoạt chất ~ 27% H2O2) trong nước cứng vừa phải (~ 187 mg/l như CaCO3) tương tự với điều kiện nước tại địa phương.

Thử nghiệm quy mô nhỏ

Ba thùng tròn 75 lít được lắp đặt ở từng ao trong sáu ao phú dưỡng và chứa đầy nước này. Thuốc diệt tảo được thêm vào với nồng độ 0; 5,56; 7,41; 9,26; 11,11; 12,96;  14,81; 18,52 và 29,63 mg/L để đạt được nồng độ tương ứng cuối cùng là 0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 5,0 và 8,0 mg/L H2O2. Các mẫu được thực hiện hàng ngày từ 10: 00-12:00 h trong 10 ngày để theo dõi những thay đổi trong vi khuẩn lam, vi sinh vật nhân chuẩn và sự phong phú của động vật phù du. Oxy hòa tan (DO), độ dẫn điện (µS / cm), pH và nhiệt độ nước (độ C) được đo bằng đầu dò kỹ thuật số. Độ đục được đo bằng đĩa Secchi và tổng phốtpho, nitơ amoniac, nitrit-N, nitrat-N, tổng độ kiềm và độ cứng tổng thể sử dụng các bộ dụng cụ thương mại.

Nồng độ trung bình của Planktothrix sp. trước khi sử dụng thuốc diệt tảo là 1,08 × 106 tế bào/mL, trong khi đó tổng hợp các loại vi tảo khác nhau là 5,24 × 104 tế bào/ mL. Trong số các nồng độ thử nghiệm, 2,5 mg/L H2O2 là liều thấp nhất làm giảm đáng kể Planktothrix sp., Và nồng độ cao hơn dẫn đến không có cải thiện đáng kể hơn nữa trong việc giảm vi khuẩn lam cyanobacteria. Ở mức 4,0 mg/L H2O2 cũng không có ảnh hưởng xấu đến sinh vật phù du. Tuy nhiên, nồng độ ≥ 4.0 mg/L ảnh hưởng bất lợi đến sự phong phú của cộng đồng sinh vật phù du không được nhắm mục tiêu bao gồm Synedra, Spirogyra và Cladophora sp. Do đó, 2,5 và 4,0 mg/L H2O2 được chọn để thử nghiệm trong thử nghiệm quy mô lớn.

Thử nghiệm quy mô lớn

Tổng cộng có bốn ao được chọn ngẫu nhiên cho hai liều H2O2, trong khi hai ao còn lại được sử dụng làm ao đối chứng. Các bánh cánh quạt được sử dụng để tạo điều kiện phân tán thuốc diệt tảo. Tương tự, như trong thử nghiệm quy mô nhỏ, độ phong phú vi khuẩn lam cyanobacterial/sinh vật phù du và chất lượng nước được đo cùng với việc đánh giá microcystins, chất diệp lục-a và sự bền bỉ của H2O2 trong sáu tuần.

Cả hai liều 2,5 và 4,0 mg/L H2O2 giảm đáng kể nồng độ Planktothrix sp., nhưng tương ứng tại các thời điểm khác nhau là 7 và 5 ngày sau khi sử dụng. Ngoài ra còn có một sự thay đổi đáng chú ý trong màu của nước sau 3 ngày, khi mà vi khuẩn lam đang chết dần và nước dường như có màu nâu xanh hơn. Một sự phục hồi dần dần số lượng của Planktothrix sp. đã trở nên rõ ràng giữa tuần 5 và 6, mặc dù sự phong phú vẫn còn ít hơn cả sự kiểm soát hoặc trong giai đoạn trước khi sử dụng. Với liều 2,5 mg/L H2O2, sự khử vi khuẩn lam cyanobacteria trùng với tăng sinh thực vật phù du, đặc biệt là tảo cát và tảo lục. Hơn nữa, động vật phù du bao gồm Brachionus sp., Daphnia sp., calanoid và sinh vật phù du cyclopoid copepods không bị ảnh hưởng. Ngược lại, liều 4,0 mg/L H2O2 ức chế các phyto và động vật phù du này, trái ngược với thử nghiệm quy mô nhỏ.

Cả hai liều 2,5 và 4,0 mg/L H2O2 làm giảm đáng kể tổng số microcystins tương ứng từ 7 và 5 ngày cho đến khi kết thúc thử nghiệm. Oxy hòa tan vẫn tương đối ổn định trong nghiên cứu này. Độ pH thấp hơn ở cả hai ao H2O2 nhưng ổn định hơn theo thời gian. Có một sự tăng đột biến amoniac trong ao với liều 2,5 và 4,0 mg/L H2O2 tương ứng vào ngày thứ 7 và 8, nhưng chúng nằm trong sức chịu đựng của động vật nước ngọt và giảm sau tuần thứ 3. Mặt khác, nitrit vẫn thấp và ổn định trong tất cả các ao.

Kết luận chung

Các vấn đề với tiêu diệt vi khuẩn lam cyanobacteria với thuốc diệt tảo truyền thống có thể bao gồm sự suy giảm tạm thời về chất lượng nước, độc tính không mong muốn đối với sinh vật phù du có lợi hoặc lượng microcystin ở mức cao. Tuy nhiên, những điều này được giảm nhẹ đáng kể bởi H2O2 ở liều 2,5 mg/L dưới dạng SCP. Trong thực tế, điều này hơi có lợi cho động vật phù du, có khả năng do sự tái sinh của vi tảo nhân chuẩn khi vi khuẩn lam cyanobacteria chết. Hơn nữa, việc sử dụng sản phẩm này không để lại dấu vết của H2O2 trong nước.

Điều quan trọng là chỉ ra rằng, trong khi thử nghiệm quy mô nhỏ là một bước quan trọng trong nghiên cứu này, có một số khác biệt bao gồm nồng độ 4.0 mg/L của thuốc diệt tảo ảnh hưởng tiêu cực đến cộng đồng sinh vật phù du trong các ao. Do đó, cần thận trọng khi các thử nghiệm quy mô nhỏ được sử dụng để dự đoán những thử nghiệm trong một môi trường thương mại quy mô lớn.

Nhìn chung, kết quả của chúng tôi chứng minh rằng thuốc diệt tảo dựa trên SCP dạng hạt (PAK® 27) – tương ứng với 2,5 mg/L H2O2 – có thể được khuyến cáo như một chiến lược thân thiện với môi trường để loại bỏ một cách hiệu quả quần thể vi khuẩn lam cyanobacterium Planktothrix sp. mà không ảnh hưởng đến chất lượng nước hoặc các cộng đồng sinh vật phù du khác.

Nghiên cứu và triển vọng trong tương lai

Một hạn chế của nghiên cứu này là không đánh giá độc tính tiềm tàng của H2O2 đối với cá. Có những dấu hiệu cho thấy điều này sẽ an toàn, dựa trên các hiệu ứng độc hại không rõ ràng đối với động vật phù du ở liều 2,5 mg/L và sự tồn tại hạn chế trong nước; Tuy nhiên, điều này sẽ được thử nghiệm trong tương lai trên cá da trơn và cá vược.

Nghiên cứu này cũng sẽ mở rộng cho các loài vi khuẩn khác cũng như bất kỳ tác động tiềm ẩn nào đối với các hợp chất gây ra “các mùi vị lạ” (ví dụ như geosmin và MIB), thường là tác dụng phụ của các ao phú dưỡng gây thiệt hại kinh tế đáng kể cho người nuôi.

(Nguồn Tổng Cục Thủy Sản)