Các nghiên cứu về dinh dưỡng tôm penaeid thường được thực hiện trong các điều kiện phòng thí nghiệm sạch nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của chất lượng nước biến đổi trong các ao nuôi tôm. Mặc dù cách tiếp cận này đã góp phần vào sự hiểu biết sâu sắc hơn về dinh dưỡng của tôm, nhưng việc ứng dụng thực tiễn dữ liệu từ những nghiên cứu này còn hạn chế vì các điều kiện thí nghiệm không mô phỏng được môi trường ao nuôi tôm.

Các tác động của nước ao đối với sinh lý và hành vi của tôm là rất quan trọng và cần được xem xét khi diễn giải kết quả từ các nghiên cứu nước sạch. Các nhà nghiên cứu tại Viện Đại dương (OI) đã nghiên cứu tác động của nước ao đối với sinh học của tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương (Litopenaeus vannamei) và bài viết này tóm tắt những phát hiện chính.

Đã có giả định rằng tôm được nuôi trong các hệ thống sản xuất mật độ cao nhận được ít hoặc không có dinh dưỡng từ sinh vật ao tự nhiên và gần như hoàn toàn phụ thuộc vào thức ăn chế biến có chất lượng cao để đáp ứng các yêu cầu dinh dưỡng của chúng. Tuy nhiên, kết quả từ công việc của chúng tôi tại OI cho thấy rằng tôm non được nuôi trong nước ao tôm nuôi mật độ cao và được cho ăn chế độ ăn thương mại ad libitum phát triển nhanh hơn từ 48 đến 89% so với tôm được cho ăn chế độ ăn giống hệt nhưng được duy trì trong nước giếng trong sạch không có năng suất tự nhiên. Hiệu ứng tăng trưởng của nước ao là rất quan trọng vì hiện tại không có phụ gia thức ăn hoặc thành phần nào có sẵn có thể được đưa vào chế độ ăn tôm chế biến để cải thiện hiệu suất của tôm đến mức này.

Ngoài hiệu ứng tăng trưởng đối với tôm non, nước ao có thể cải thiện sự phát triển của postlarvae và tôm giống lần lượt tới 416% và 33% so với tỷ lệ tăng trưởng đạt được trong nước giếng trong sạch. Sự khác biệt về khả năng của tôm trong việc khai thác hiệu ứng tăng trưởng của nước ao có thể liên quan đến kích thước và cấu trúc của các phần phụ tôm, vì việc tăng trưởng có thể là do sự hấp thụ các hạt hữu cơ được sản xuất tự nhiên trong môi trường nuôi. Tôm nhỏ hơn có thể có khả năng thao tác và tiêu thụ các hạt này hiệu quả hơn so với tôm lớn hơn.

Để cố gắng xác định các hạt thúc đẩy sự phát triển này, chúng tôi đã tiến hành một thí nghiệm để so sánh tác động của nước ao, trong đó một số hạt được loại bỏ, đến sự phát triển của tôm non L. vannamei. Các hạt được loại bỏ bằng cách để nước chạy qua một loạt các bộ lọc cơ học và một bộ lọc carbon hoạt tính. Trong sự hiện diện của các hạt lơ lửng giữa 0,5 và 5,0 μm, tốc độ phát triển của tôm đã tăng lên 53% so với tốc độ phát triển đạt được trong nước giếng trong sạch, và các hạt lớn hơn 5,0 μm đã cải thiện sự phát triển thêm 36%. Các hạt nhỏ hơn 0,5 μm, bao gồm các chất hữu cơ hòa tan, dường như không đóng góp vào sự phát triển của tôm.

Trong nghiên cứu này, gần một nửa lượng carbon hữu cơ phần tử trong nước ao là carbon sống dưới dạng tảo pennate và tảo tâm (Hình 1). Tảo diatom dễ dàng tiêu hóa bởi tôm nhờ vào hàm lượng chất xơ thấp của chúng và thường chứa mức cao các axit béo không bão hòa đa dinh dưỡng. Tôm penaeid được biết là tiêu thụ tảo diatom trong tự nhiên và trong các ao nuôi thủy sản, và tảo diatom có thể là một thành phần chế độ ăn quan trọng cho tôm trong nghiên cứu này. Các sợi phân được bài tiết bởi tôm chứa nhiều vỏ diatom trống, nhưng không rõ liệu tảo diatom có được tiêu thụ sống hay như một thành phần của các tập hợp vi khuẩn hữu cơ.

Trong một nghiên cứu cho ăn trong phòng thí nghiệm, chúng tôi đã chỉ ra rằng tôm non có thể sống sót và phát triển trên một nền tảng tảo sinh sản đơn loài, Chaetoceros sp., như nguồn thức ăn duy nhất của chúng. Trong nghiên cứu này, tôm được cho ăn Chaetoceros phát triển 0,32 gram mỗi tuần, tương tự như tỷ lệ phát triển được báo cáo cho tôm non không được cho ăn nuôi trong các bể nhận nước ao chảy từ một ao tôm nuôi mật độ cao. Ngoài ra, tôm được cho ăn Chaetoceros thể hiện nồng độ axit nucleic và tỷ lệ RNA/DNA gần như giống hệt với các giá trị được báo cáo cho tôm không được cho ăn nuôi trong nước ao giàu vi sinh vật (Bảng 1). Có vẻ như thành phần tảo sống của nước ao đã góp phần quan trọng vào hiệu ứng tăng trưởng được báo cáo trong những nghiên cứu nước ao trước đây.

Ngoài lợi ích dinh dưỡng trực tiếp, nước ao ảnh hưởng đến cả số lượng và thành phần loài của vi sinh vật trong ruột giữa và ruột sau của tôm. Ruột của tôm nuôi trong nước ao có số lượng vi khuẩn hiếu khí thấp hơn đáng kể và một đa dạng hơn về vi khuẩn hiếu khí so với ruột của tôm nuôi trong nước giếng.

Vai trò của vi sinh vật ruột trong dinh dưỡng của tôm penaeid vẫn chưa được biết đến, nhưng chúng có thể cung cấp enzym ngoại lai, cung cấp các hợp chất cần thiết thiếu trong chế độ ăn của tôm, hoặc cạnh tranh với các vi khuẩn gây bệnh. Nước ao cũng kích thích hoạt động enzym tiêu hóa ở tôm, bao gồm serine protease, collagenase, amylase, cellulase, laminarinase và lipase. Cuối cùng, nước ao ảnh hưởng đến phản ứng miễn dịch bẩm sinh ở tôm bằng cách kích thích hiện tượng ngưng tụ. Tôm nuôi trong nước ao thể hiện phản ứng ngưng tụ huyết thanh tăng cường đối với Vibrio harveyi bị giết bằng formalin so với tôm nuôi trong nước giếng trong sạch.

Trong các nghiên cứu tóm tắt ở trên, nước ao xuất phát từ một ao tròn diện tích 337 mét vuông được sử dụng cho việc nuôi tôm mật độ cao. Các quy trình quản lý cho ao này bao gồm việc trao đổi nước hàng ngày trung bình khoảng 30% tổng thể tích ao mỗi ngày trong suốt thời gian nuôi lớn. Tuy nhiên, xét đến các vấn đề bệnh tật tàn phá hiện đang ảnh hưởng đến ngành nuôi tôm toàn cầu, việc trao đổi nước đã trở thành một lựa chọn quản lý rủi ro để duy trì chất lượng nước chấp nhận được.

Tình huống này đã dẫn đến sự xuất hiện của các hệ thống sản xuất tôm mới có dựa vào việc loại trừ mầm bệnh, bao gồm việc giảm hoặc không trao đổi nước. Với các hệ thống sản xuất mới này, các nhà nuôi tôm và các nhà nghiên cứu có cơ hội duy nhất để khai thác thêm năng suất tự nhiên nhằm tăng cường sự phát triển và sống sót của tôm.

Tại OI, chúng tôi đã thực hiện một số thử nghiệm nuôi lớn trong một ống nuôi tuần hoàn có diện tích 58 mét vuông được thiết kế cho việc loại trừ mầm bệnh, và hệ thống này đã được mô tả trong một số gần đây của Global Aquaculture Advocate (tập 2, số 4/5, trang 50 và 52). Hiện tại, ống nuôi được thả hạt giống L. vannamei với mật độ 200 tôm mỗi mét vuông. Tôm đã phát triển từ 2,0 gram lên 12,2 gram trong bảy tuần và ống nuôi sẽ được thu hoạch khi tôm đạt khoảng 23 gram. Để lọc nước, hệ thống sử dụng một bộ lọc bi rửa bằng cánh quạt 25 khối (PBF) để loại bỏ chất rắn và lọc sinh học. Quan trọng là, PBF cho phép một lượng vi tảo đủ lớn đi qua, để môi trường “nước xanh” có thể được duy trì. Trong kiểu môi trường này, tôm có thể tận dụng các hạt thúc đẩy sự phát triển được mô tả trước đây.

Tương tự như các hệ thống ao ngoài trời, sự sẵn có của các tế bào tảo sống không phải là cố định trong ống nuôi do hiện tượng nở hoa và suy giảm định kỳ. Sau một cuộc suy giảm tảo, các tế bào lắng nhanh chóng bị phân hủy bởi các tác nhân vật lý, hóa học và sinh học. Tuy nhiên, không giống như xác sinh vật có nguồn gốc từ thực vật mạch, xác tảo vi sinh không bền và tôm có thể thu được một lượng lớn dinh dưỡng, bao gồm nitơ, từ nguồn tài nguyên xác sinh vật này. Trong nỗ lực quản lý các hiện tượng nở hoa tảo trong ống nuôi, và như một phần của quy trình hoạt động cho PBF, chúng tôi định kỳ làm sạch hoặc rửa ngược PBF để loại bỏ các chất rắn tích lũy. Do hoạt động này, nước thay thế được thêm vào ống nuôi với tỷ lệ khoảng 1,5% tổng thể tích mỗi ngày trong suốt thời gian nuôi lớn. Nước rửa chứa thức ăn chưa ăn, phân, lột xác, xác sinh vật, vi khuẩn và meiofauna có giá trị dinh dưỡng cho tôm.

Trong một thí nghiệm gần đây, chúng tôi đã xác định rằng nước rửa từ PBF ống nuôi có thể tăng trưởng tôm lên 172% so với mức tăng trưởng của tôm không có nước rửa PBF, mặc dù tôm trong cả hai điều trị đều nhận thức ăn thương mại cho tôm ad libitum. Nghiên cứu này cho thấy nước rửa từ bộ lọc bi có thể gấp đôi sự phát triển của tôm và làm dấy lên câu hỏi về nhu cầu loại bỏ các hạt này khỏi môi trường nuôi.

Một số trang trại tôm thương mại và tổ chức nghiên cứu đang đánh giá các hệ thống sản xuất “tĩnh” phụ thuộc vào việc không trao đổi nước. Với cách tiếp cận này, các hạt vẫn ở lại trong môi trường nuôi và kiểm soát nitơ vô cơ phụ thuộc vào quá trình lọc sinh học tại chỗ. Belize Aquaculture, Ltd. đã dẫn đầu trong việc phát triển một hệ thống không trao đổi nước bằng cách sử dụng thức ăn có hàm lượng protein thấp và thông khí mạnh.

Tương tự như hệ thống ao tròn và ống nuôi được mô tả ở trên, hệ thống không trao đổi nước này tận dụng các vi sinh vật và xác sinh vật liên quan như một nguồn thực phẩm bổ sung cho tôm. Tuy nhiên, không giống như những hệ thống sản xuất khác, có một sự chuyển đổi dự đoán được trong cấu trúc cộng đồng vi sinh vật trong suốt quá trình nuôi lớn, nơi các cộng đồng vi sinh vật quang tự dưỡng/hợp sinh bị thay thế bởi “floc” vi khuẩn.

Trong nỗ lực để nghiên cứu các hệ thống này, chúng tôi gần đây đã nuôi tôm trong các bể tĩnh có đường kính 6.1 mét mà không có trao đổi nước và không có lọc sinh học bên ngoài. (Xem bài viết của Dr. A.G.J. Tacon trong số này của Global Aquaculture Advocate để biết thêm thông tin về nghiên cứu OI trong lĩnh vực này.) Các bể được thông khí mạnh và tất cả quá trình lọc sinh học diễn ra tại chỗ. Các bể lặp lại được thả tôm non L. vannamei với mật độ 50 con mỗi mét vuông và 100 con mỗi mét vuông và tất cả các bể nhận thức ăn có 30% protein. Tôm được thả với mật độ 50 con mỗi mét vuông được cho ăn ad libitum, trong khi tôm được thả với mật độ 100 con mỗi mét vuông nhận cùng một lượng thức ăn như tôm được thả với mật độ 50 con mỗi mét vuông.

Sau 72 ngày, tôm ở mật độ 50 con mỗi mét vuông phát triển 12.7 gram và tỷ lệ sống sót cuối cùng đạt 79%. Tôm ở mật độ 100 con mỗi mét vuông phát triển 10.9 gram và tỷ lệ sống sót cuối cùng đạt 63%. Tuy nhiên, sản lượng trong các bể 100 con mỗi mét vuông (0.81 kilogam mỗi mét vuông) cao hơn khoảng 40% so với trong các bể 50 con mỗi mét vuông (0.57 kilogam mỗi mét vuông), và tôm ở cả hai mật độ đều nhận cùng một lượng thức ăn bên ngoài! Vi sinh vật và xác sinh vật được sản xuất trong các bể rất có khả năng góp phần đáng kể vào sự phát triển của tôm, đặc biệt là ở mật độ cao hơn. Mặc dù “floc” vi khuẩn hình thành trong suốt thời gian nuôi, nhưng một cộng đồng vi sinh vật quang tự dưỡng đã tồn tại xuyên suốt nghiên cứu (Hình 2a, 2b và 2c).

Thú vị là, vào tuần thứ 6, nồng độ NH₃-N đã vượt quá 4.4 miligam mỗi lít trong tất cả sáu bể, vì vậy đường glucose đã được thêm vào để tăng tỷ lệ carbon:nitơ trong cột nước. Một sự giảm ngay lập tức và mạnh mẽ về nồng độ NH₃-N đã được quan sát thấy trong tất cả các bể, và điều này có thể do sự nở hoa vi khuẩn đóng vai trò như một bể chứa nitơ. Và chính những vi khuẩn này giúp hình thành các khối tích vi sinh vật-xác sinh vật cuối cùng góp phần vào sự tăng trưởng của tôm.

Kết luận, các hệ thống sản xuất tôm mật độ cao được mô tả ở trên đều phụ thuộc vào một cộng đồng vi sinh vật khỏe mạnh và đa dạng để thúc đẩy sự tăng trưởng của tôm và duy trì chất lượng nước chấp nhận được. Rõ ràng cần có nhiều nghiên cứu hơn để xác định các vi sinh vật có lợi và phát triển các chiến lược quản lý nhằm đảm bảo sự tồn tại của chúng trong hệ thống.

(Ghi chú của biên tập viên: Bài viết này được xuất bản lần đầu tiên trong ấn bản in tháng 4 năm 2000 của Global Aquaculture Advocate.)