Tài liệu Quản lý chất lượng nước ao nuôi thủy sản

giàu hữu, có thể có nhu cầu oxy lớn. Có rất ít nghiên cứu về tỉ lệ tiêu thụ oxy hòa tan bởi đất ao, nhưng có bằng chứng rằng hô hấp bởi quần thể sinh vật đáy có thể lấy đi 2-3 mg/L oxy hòa tan trong nước ao trong 24 giờ. Thức ăn và oxy hòa tan Sự phong phú của thực vật phù du có thể được khống chế bởi cung cấp dinh dưỡng và hàm lượng oxy hòa tan được điều hòa trong phạm vi lớn bởi thực vật phù du. Thức ăn cung cấp cho sinh vật nuôi gây ra ô nhiễm nước ao bởi chất thải hữu cơ và vô cơ. Thức ăn thừa cũng phân hủy giải phóng dinh dưỡng vào trong nước. Vì vậy, sự phong phú của thực vật phù du và trở ngại do oxy hòa tan thấp tăng theo sự gia tăng tỉ lệ thức ăn. (Hình 12). Dẫn liệu này cho thấy rằng tỉ lệ cho ăn 40-50 kg/ha/ngày sẽ gây ra oxy hòa tan thấp hơn mức cho phép. Tỉ lệ cho ăn cao có thể được sử dụng trong ao nuôi nếu sục khí được áp dụng. Cá rô phi thì chịu đựng oxy thấp hơn các các loài cá khác và tỉ lệ cho ăn hơi cao có thể không có sục khí. Tỉ lệ chuyển hóa thức ăn được xác định là lượng thức ăn sử dụng chia cho sản lượng (khối lượng thu hoạch trừ cho khối lượng thả ban đầu). Thí dụ, giả định răng 1 ha có sản lượng là 5.000 kg cá và 9.000 kg thức ăn được sử dụng. tỉ lệ chuyển hóa thức ăn là: 9.000 kg thức ăn/ 5.000 kg cá = 1.80 Tỉ lệ chuyển hóa thức ăn thấp cho biết hiệu quả lớn hơn so với tỉ lệ chuyển hóa thức ăn cao. Quản lý tốt ao nuôi, tỉ lệ chuyển hóa thức ăn từ 1,5-2 có thể đạt được với hầu hết loài cá và giáp xác. Thức ăn nuôi thương phẩn thường chứa độ ẩm không quá 5-10%, nhưng hầu hết động vật thủy sinh thì có 75% nước. Tỉ lệ chuyển hóa thức ăn vật chất khô thì lớn hơn tỉ lệ chuyển hóa thức ăn tính bằng cách chia khối lượng tươi cho khối lượng thức ăn. Đối với cá nheo, 1.800 kg thức ăn có thể sản xuất ra 1.000 kg cá tươi. Thức ăn có khoảng 92% vật chất khô, do đó vật chất khô cung cấp là 1.656 kg. Cá thí có khoảng 25% vật chất khô, do đó chúng chứa khoảng 250 kg vật chất khô. Tỉ lệ chuyển hóa thức ăn vật chất khô là 6,62. Vì vậy, 5,62 kg khối lượng khô tương đương của chất thải và thức ăn thừa trong ao trong suốt quá trình sản xuất ra 1.000 kh cá tươi. Vật chất khô này có chứa dinh dưỡng được giải 27 phóng ra nước ao bởi quá trình hô hấp và bài tiết và bởi quá trình phân hủy thức ăn thừa và phân cá. Dinh dưỡng này làm tăng năng suất sinh học của thực vật phù du và tạo thành vật chất hữu cơ trong hệ sinh thái ao bởi thực vật. Vì vậy, khi tỉ lệ cho ăn tăng, chất thải và dinh dưỡng nạp vào ao tăng. Nói cách khác, ao trở nên giàu dinh dưỡng hoặc nhiễm bẩn do tỉ lệ cho ăn tăng. Nếu tỉ lệ cho ăn quá cao, cá sẽ bị sốc do chất lượng nước quá xấu. Trở ngại về chất lượng nước đầu tiên xảy ra thường xuyên là hàm lượng oxy thấp vào sáng sớm. Trở ngại này có thể được giải quyết bằng sục khí, nhưng nếu tỉ lệ cho ăn đủ cao, hàm lượng ammonia có thể trở nên đủ cao gây độc. Mặc dù thí dụ là là đối với cá nheo, nguyên lý có thể áp dụng tốt cho ao nuôi các loài thủy sản khác. Một ảnh hưởng của cho ăn quá mức lên ao nuôi cá và giáp xác là làm tăng tỉ lệ chuyển hóa thức ăn. Bởi vì tỉ lệ cho ăn tăng, hàm lượng oxy hòa tan vào ban đêm giảm. Hàm lượng oxy hòa tan thấp kéo dài có ảnh hưởng xấu đến bắt mồi và trao đổi chất của cá và giáp xác, giá trị chuyển hóa thức ăn dường như tăng mạnh nếu tỉ lệ cho ăn tăng đến mức làm hàm lượng oxy hòa tan giảm thấp hơn 2-3 mg/L vào ban đêm. NITƠ Chu trình nitơ được trình bày ở Hình 13. Nitơ có thể đi vào ao nuôi từ không khí dạng nitơ phân tử (N2) , và một số phân t73 nitơ có thể được cố định trong chất hữu cơ nhờ tảo lam và vi khuẩn. Nước mưa rơi vào ao có chứa nitrate và vài dạng khác nhau của nitơ có thể đi vào ao qua cấp nước. Nitơ vô cơ có thể được đưa vào trong phân bón và nitơ hữu cơ trong thức ăn và phân hữu cơ. Trong ao, nitơ trải qua sự biến đổi từ hoạt động sinh học. Các hoạt động này sẽ được thảo luận sau. Hấp thu của thực vật Tất cả thực vật có thể dùng nitrate và ammonium, và như đã trinh bày ở trên, tảo lam có thể cố định nitơ. Thực vật phù du có thể hấp thu một lượng lớn ammonium và chúng là nhân tố chi phối hạn chế hàm lượng ammonia trong nước ao. Trong thực vật nitơ bị khử thành ammonia và kết hợp với carbon hữu cơ tảo thành a-xit amin. A-xít amin kế đến liên kết với nhau tao thành protein. Thực vật có thể được tiêu thụ bởi động vật và chúng có thể chết đi và trở thành xác hữu cơ. 28 Hình 13: Chu trình nitơ trong ao cá Phân hủy nitơ trong vật chất hữu cơ Một số vật chất hữu cơ chết (xác hữu cơ hoặc hạt vật chất nhỏ hơn trong đất và trong nướ) được tiêu thụ trực tiếp bởi động vật. Cuối cùng, hầu hết chất hữu cơ chết trở thành chất nền (thức ăn) cho vi sinh vật (vi khuẩn, khuẩn tia, nấm). Nhân tố ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy hữu cơ là nhiệt độ, pH, nguồn oxy và bản chất của chất hữu cơ. Vi sinh vật phân hủy hữu cơ thí hiện diện trong tất cả ao và mật độ của chúng tăng khi vật chất hữu cơ tăng. Sự phân hủy vi sinh tăng cùng với sự tăng nhiệt độ đến 40oC và trong khoảng nhiệt độ này, nhiệt độ tăng 10 oC sẽ làm tốc độ phân hủy tăng gấp đôi. Sự phân hủy vật chất hữu cơ diễn ra nhanh ở pH 7-8. Vì vậy, trong ao a-xít dường như vật chất hữu cơ tích tụ trừ khi được bón vôi để cải thiện pH. Vật chất hữu cơ có hàm lượng nitơ cao so với hàm lượng carbon của nó (tỉ lệ C/N thấp) sẽ phân hủy nhanh hơn vật chất có tỉ lệ C/N cao. Ngoài ra, nhiều nitơ sẽ được giải phóng ra môi trường dạng ammonia nhờ vi sinh vật phân hủy khi chất nền có tỉ lệ C/N thấp. Nếu vật chất hữu cơ có nitơ thấp, sẽ không có đủ nitơ trong nó để hoàn thành quá trình phân hủy bởi vi sinh vật. Trường hợp này, vi khuẩn và vi sinh vật khác phải hấp thụ nitrate hoặc ammonia từ trong nước để sử dụng trong quá trình phân hủy vật chất hữu cơ. Loại bỏ nitơ trong môi trường bởi vi sinh vật làm thiếu hụt nitơ trong chất hữu cơ được gọi là sự hấp thụ nitơ. Nitrate hóa Ammonia giải phóng vào nước ao bởi quá trình phân hủy có thể được sử dụng bởi thực vật hoặc nó bị nitrate hóa thành nitrate bởi vi khuẩn hóa tự dưỡng. Sự oxy hóa NH3 + H + ⇔ NH4+ NO2- NO3 - N trong không khí N trong thực vật N trong động vật 29 ammonium thành nitrite bởi vi khuẩn thuộc giống Nitrosomonas là bước đầu của quá trình nitrate hóa: NH4+ + 1 ½ O2 → NO2- + 2H+ + H2O Bước thứ 2, nitrite bị oxy hóa bởi vi khuẩn giống Nitrobacter: NO2- + 1½ O2 → NO3- Vi khuẩn này dùng năng lượng giải phóng từ sự oxy hóa ammonium thành nitrite để khử CO2 thành carbon hữu cơ. Nói cách khác, vi sinh vật này có thể sản xuất chất hữu cơ không bằng con đường quang hợp. Dĩ nhiên, lượng vật chất hữu cơ sản xuất bởi quá trình nitrate hóa trong ao thì nhỏ so với quá trình quang hợp. Quá trình nitrate hóa thì quan trọng trong việc làm giảm hàm lượng ammonia trong ao và điền này có lợi cho nuôi thủy sản bởi vì ammonia có khả năng gây độc. Tuy nhiên, quá trình nitrate hóa cũng có ảnh hưởng bất lợi đến chất lượng nước. Nó là một nguồn a-xít trong ao bởi vì ion H+ được giải phóng và nó sử dụng oxy vì nó cần oxy để oxy hóa ammonia Phản nitrate hóa Trong điều kiện thiếu oxy nhiều vi sinh vật có thể sử dụng nitrate hay hợp chất nitơ oxy hóa khác như nguồn oxy và điện tử nhận hydro trong quá trình hô hấp. Vì vậy, sự phân hủy vật chất hữu cơ có thể diễn ra trong điều kiện thiếu oxy. Quá trình dị dỡng này được gọi là phản nitrate (khử nitơ) bởi ví khí N2 được giải phóng như là chất trao đổi và mất khỏi ao. Thí dụ, nitrate có thể bị khử thành nitrite, kế đó nitrite bị khử thành oxide nitơ và cuối cùng oxide nitơ bị khử thành khí N2. Về mặt sinh lý, quá trình này đúng nhất có thể được gọi là hô hấp nitrate. Phản nitrate xảy ra trong đất ao nơi có hàm lượng oxy hòa tan thấp. Phản nitra1te thì làm mất một lượng lớn nitơ trong ao và được tóm tắt qua phương trình: 6NO3 + 5CH3OH → 5CO2 + 3N2 + 7H2O + 6OH- Trong phương trình phản nitrate hóa ở trên, methanol được dùng làm nguồn carbon. Dĩ nhiên, nhiều hợp chất carbon hữu cơ có thể được dùng bởi vi khuẩn phản nitrate hóa. Sự bay hơi của ammonia Một số ammonia thoát khỏi ao trực tiếp vào không khí khi áp lực khí ammonia trong nước cao hơn áp lực khí ammonia trong không khí. Quá trình này xảy ra nhiều ở pH trên 9. Sự quan trọng của bay hơi ammonia trong cân bằng nitơ trong ao thì ít được biết đến, nhưng nó được cho rằng là không có ý nghĩa trong hầu hết các ao bởi vì pH thì không quá cao đủ để giúp làm mất nhanh vào không khí. 30 Tóm tắt Bởi vì t ỉ lệ cao nitơ tuần hoàn bên trong hệ sinh thái ao và sự cố định nitơ bởi tảo làm và vi khuẩn, không cần thiết sử dụng lượng lớn nitơ trong phân bón. Trong ao, một lượng lớn nitơ đi vào ao qua thức ăn và một lượng lớn ammonia đi vào nước từ sinh vật nuôi và từ quá trình phân hủy thức ăn thừa và phân (động vật). Vì vậy, mối quan tâm lớn trong ao nuôi thâm canh là sự tích lũy quá mức hàm lượng ammonia trong nước ao. PHỐT-PHO Hàm lượng phốt-pho trong nước ao thấp. Phốt-pho được đưa vào ao qua phân bón để kích thích thực vật phù du nở hoa, làm tăng sinh vật làm thức ăn tự nhiên và làm tăng năng suất nuôi. Trong ao có cho ăn, một phần phốt-pho trong thức ăn không được đồng hóa bởi sinh vật nuôi đi vào nước làm tăng năng suất thực vật phù du. Phân hủy phốt-pho trong ao Chu trình phốt-pho trong ao được minh họa ở hình 14. Khi phốt-phát được cung cấp qua phân bón hóa học, hàm lượng cao của phốt-phát sẽ lưu lại trong nước vài giờ hoặc vài ngày. Tuy nhiên, hàm lượng sẽ giảm nhanh vê mức ban đầu. Một số phốt- pho mất trong nước do thực vật và vi khuẩn hấp thụ. Thực vật phù du nở hoa quá mức có thể hấp thụ một lượng lớn phốt-pho. Tuy nhiên, phần lớn phốt-pho sẽ bị hấp thụ trong đất. Ngay cả phốt-pho ban đầu được thực vật phù du hấp thụ cuối cùng cũng bị khoáng hóa tứ vật chất hữu cơ và đi vào trong đất. Lượng phốt-pho đi vào ao từ nguồn tự nhiên, bao gồm giải phóng từ đất thì thường khá nhỏ ngay cả trong ao năng suất cao. Phốt-pho phải được cung cấp qua phân bón để duy trì năng suất. Phốt-pho trong phân hữu cơ được giải phóng khi phân được phân hủy bởi vi khuẩn. Lượng phốt-pho thu hoạch từ động vật thủy sinh thường thấp hơn 1/3 lượng phốt-pho cung cấp vào ao. Tuy nhiên, sinh khối động vật thu hoạch từ ao nuôi là mất phốt-pho nhiều nhất trong hệ sinh thái. Hầu hết phốt-pho đưa vào ao giữ lại trong ao ở dạng hợp chất phốt-phát không hòa tan trong đất. Không may, phốt-pho trong đất không thể dùng được đối với loài thực vật không có gốc trong ao. Phản ứng với bùn Phốt-pho vô cơ trong đất hoặc bùn xuất hiện ở dạng phốt-phát can-xi, phốt-phát sắt hay phốt-phát nhôm. Trong đất phèn, ion nhôm xuất hiện ở hàm lượng khá cao và phản ứng với phốt-phát để tạo thành phốt-phát nhôm không hòa tan theo phản ứng: Al3+ + H2PO4- = AlPO4 +2H+ Ở cùng điều kiện pH, ion nhôm xếp trước ion sắt vài bậc trong bùn hiếu khí. Vì vậy, phốt-phát đầu tiên phản ứng với nhôm, nhưng sự tồn tại của phốt-phát sắt cho thấy 31 một số phốt-phát nhôm được chuyển thành phốt-phát sắt. Khi bùn trở nên yếm khí, phốt-phát sắt hòa tan và nước yếm khí ở đáy ao có thể có nhiều phốt-phát. Vì vậy, khi nước trở nên hiếu khí trở lại thì phốt-phát sắt sẽ kết tủa. Khi pH đất ao tăng, hàm lượng ion nhôm giảm, do đó, ít phốt-phát kết tủa dưới dạng phốt-phát nhôm. Nơi nào có pH từ 6-7, sự kết tủa của phốt-phát nhôm là nhân tố chi phối loại phốt- phát trong nước. Khi pH trong đất tăng, hàm lượng can-xi tăng và phốt-phát kết tủa dạng phốt-phát can-xi. Thời gian dài, phốt-phát can-xi bị chuyển hóa thành dạng khống apatic (đá phốt-phát) không hòa tan. Khi pH và hàm lượng can-xi cao apatic có thể kết tủa trực tiếp từ trong nước. Bùn cũng chứa phố-pho hữu cơ. Sự phân hủy vật chất hữu cơ nhờ vi sinh vật sẽ giải phóng phốt-phát mà sẽ thàm gia phản ứng với nhôm, sắt và can-xi. Thực vật phù du có thể hấp thụ nhanh phốt-phát từ trong nước, vì vậy một tỉ lệ lớn của phốt-pho cung cấp cho ao có thể đi vào tế bào thực vật phù du và thức đẩy sinh trưởng. Tế bào tảo có thể được tiêu thụ bởi động vật thủy sinh, nhưng hầu hết thì chết và lắng tụ xuống đáy. Các nghiên cứu cho thấy khoảng 70% phốt-phát cung cấp vào ao qua phân bón hay thức ăn cuối cùng tìm thấy chúng trong bùn. Phốt-pho trong đất đáy ao thi cân bằng với phốt-pho trong nước, nhưng mặc dù vậy, hàm lượng phốt-pho trong nước rất thấp. Vì vậy, trầm tích ao dường như là chất lắng hơn là nguồn phốtphô. Hình 14: Chu trì phốt-pho trong ao nuôi cá Tóm tắt Phốt-phát phải được được cung cấp định kỳ thường xuyên qua bón phân nhằm duy trì mật độ mong muốn của thực vật phù du. Trong ao có cho ăn, sự phân hủy của - Rửa trôi - Cấp nước - Không khí - Xác T.vật - Hoạt động của ĐV - Phân bón - Thức ăn Xác hữu cơ Phốt-pho hữu cơ hòa tan Phốt-phát Mất trong trầm tích TV phù du SV tiêu thụ Thực vật lớn Hoạt động vi sinh Cấp vào Mất - Tháo nước - Hoạt động của ĐV - Thu hoạch 32 thức ăn thừa và phân động vật liên tục cung cấp phốt-pho cho nước. Sự hấp thụ bởi đất là một hiện tượng mong muốn trong ao có cho ăn bởi vì nó kiểm soát hàm lượng phốt-pho trong nước và là một nhân tố quan trọng ngăn ngừa sự phát triển quá mức của thực vật phù du. Dĩ nhiên, nếu tỉ lệ cho ăn đủ lớn, hàm lượng phốt-pho dư thừa trong nước có thể trở nên đủ lớn gây trở ngại về thực vật phù du nở hoa cho dù đất hấp thụ. ĐẤT AO Đất đóng nhiều vai trò quan trọng trong ao nuôi thủy sản. Đất đáy ao và bờ ao đóng vai trò như lòng chảo chứa nước. Đất đáy ao giữ và phóng thích cả chất dinh dưỡng và vật chất hữu c và cũng là môi trường cho sinh vật đáy, thực vật và vi khuẩn phát triển. Những sinh vật này có thể làm nguồn thức ăn cho những sinh vật khác hoặc cá, và chúng cũng tái tạo lại chất dinh dưỡng và phân hủy vật chất hữu cơ. Một số loài thủy sản nuôi kiếm ăn trên nền đáy và một số làm tổ và đẻ trứng trên nền đáy ao. Bùn đáy ao có nguồn gốc từ bờ. Tuy nhiên, điều kiện đất trong đáy ao khác với điều kiện đất trên bề mặt, trên bờ. Vật chất hữu cơ bổ sung vào ao hoặc được tạo ra trong ao, vật chất rắn lơ lửng vào ao từ nước chảy tràn và các chất lơ lửng từ đáy ao do dòng chảy liên tục tích tụ trên đáy ao tạo thành lớp bùn đáy. Hàm lượng oxy hòa tan thường thấp dưới nền đáy và các quá trình phân hủy vật chất hữu cơ xảy ra thường chậm hơn so với trên bờ. Cũng như vậy, carbonat, hydroxyt sắt và phốt-phát trong nước thường kết tủa dưới nền đáy. Đáy ao là nơi tiếp nhận cuối cùng các dư lượng của vật chất được bổ sung vào hoặc tạo ra trong ao. Mô tả chi tiết về đất đáy ao được trình bày trong tài liệu của Boyd (1995). KẾT CẤU CỦA ĐẤT Kết cấu của một loại đất là tỉ lệ của các hạt sỏi, cát, bùn và sét có trong đất. Phân tích kích thước hạt của đất nông nghiệp sẽ cho kết quả tỉ lệ của cát, bùn và sét và từ đó tên kết cấu của đất – ví dụ như đất mùn cát, mùn sét,… có thể được ấn định với sự hỗ trợ của một tam giác đất (xem các giáo trình nào về đất). Tuy nhiên, trong nghiên cứu đất ao thì việc sử dụng hệ thống phân loại đất nông nghiệp thường không có giá trị. Mặt khác, cũng nên biết có bao nhiêu đất sét trong đất ao vì sét là phần đất xảy ra các phản ứng hóa học. Đất cũng chứa vật chất hữu cơ và vật chất hữu cơ như đất sét có phản ứng hóa học rất cao. Thường có khái niệm không đúng cho rằng đất ao nên chứa một lượng lớn đất sét để chống thẩm lậu. Đất dùng làm đáy ao và bờ ao nên chứa một ít sét nhưng với khoảng 10-20% là được, nếu đất đó có chứa hạt với nhiều kích thước khác nhau. Đất chứa 25% hoặc nhiều hơn nữa hạt sét thường rất dính và khó trải rộng và nén nện trong quá trình làm ao. Bờ ao đắp bởi loại đất này sẽ rất trơn. Quá trình phơi ao 33 và các bước xử lý khác với đáy ao có nhiều sét giữa các vụ nuôi cũng thường rất khó khăn. SỰ TRAO ĐỔI CATION Các hạt keo của chất hữu cơ và khoáng sét trong đất ao có cực âm và hấp dẫn các cation xung quanh (ion dương). Có một sự cân bằng xảy ra giữa hàm lượng cation trong nước xung quanh các hạt đất và số lượng cation hấp thụ trên các hạt đất (Hình 15). Nếu một lượng lớn ion K được đưa vào nước có hệ cân bằng như mô tả ở Hình 15 thì hàm lượng ion K gia tăng trong nước sẽ phá vỡ sự cân bằng này. Để thiết lập lại các điều kiện cân bằng, ion K sẽ thay thế một số ion được hấp thụ trên bề mặt hạt đất và hàm lượng của tất cả các ion trong nước sẽ tăng lên. Hình 15: Trao đổi cation giữa đất và nước Cation trên các chất keo và nước xung quanh là các cation trao đổi và vị trí hấp thụ trên bề mặt keo đất được gọi là vị trí trao đổi. Một số cation được giữ chặt hơn một số khác trên bề mặt keo. Nhìn chung mức độ về lực hút giữa các cation với chất keo gia tăng theo số hoá trị của cation. Như vậy, ion Al (hoá trị +3) được giữ chặt hơn ion can-xi (hoá trị +2) và ion Ca được hút mạnh hơn ion K (hóa trị +1). Số lượng cation có thể được hấp thụ trên đất được gọi là khả năng trao đổi cation (CEC). CEC được đo bằng milli đương lượng cation trên 100g đất khô (meq/100 g). Như vậy, CEC của đất càng lớn thì khả năng trao đổi và giữ ion càng lớn. CEC của bùn đáy ao nằm trong khoảng nhỏ hơn 1 meq/100 g đến lớn hơn 100 meq/100 g. CEC tăng khi tỉ lệ sét, chất hữu cơ hoặc cả hai tăng. Một số loại đất sét có khả năng trao đổi cation lớn hơn một số loại khác. Đất ao với giá trị CEC từ 10-40 meq/100 g là tốt nhất cho nuôi trồng thủy sản. CEC là đặc tính tự nhiên của đất, thường không thể thay đổi được bằng việc xử lý ao. ĐỘ PHÈN (ĐỘ AXÍT) Các cation được hấp thụ trên bề mặt trao đổi trong đất là axít (ion Al3+, Fe3+ và H+) hoặc bazơ (ion Ca2+, Mg2+, K+, Na+ và NH4+). Tỉ lệ của tổng khả năng trao đổi chiếm bởi các ion axít được gọi là độ không bão hòa bazơ. Trong hầu hết các loại 34 đất, số lượng nhỏ ion H+ hoặc Fe3+ sẽ xuất hiện ở vị trí trao đổi. Ion axít chủ yếu là ion Al3+. Phản ứng axít của nhôm có thể được thấy như sau : Al-đất = Al3+ + 3H2O = Al (OH)3 +3H+. Do độ không bão hòa bazơ của đất gia tăng nên một lượng nhỏ ion Al3+ đủ để phản ứng với nước và làm gia tăng ion H+. Vì thế pH đất giảm với sự gia tăng độ không bão hòa bazơ. Dùng vôi trung hòa tính axít trong bùn được minh họa ở Hình 16. Carbonate can-xi phản ứng với H+ và trung hòa chúng. Điều này làm giảm đi nồng độ H+ trong dung dịch và nhiều ion Al3+ được phóng thích ra từ trong đất. Ion Al3+ phóng thích từ đất được thay thế bởi ion Ca2+ tạo ra từ quá trình trung hòa H+ bằng CaCO3. Kết quả cuối cùng như sau: nhôm được loại ra khỏi đất và kết tủa dưới dạng hydroxyt nhôm; can-xi thay thế nhôm trong đất; độ không bão hòa bazơ của đất giảm; pH đất tăng. Hình 16: Trung hòa độ axít của đất băng carbonat can-xi Các ao đôi khi được xây dựng ở những vùng đã từng là những đầm lầy nước lợ trước đây. Khi các dòng sông với lượng lớn trầm tích được tống ra biển, lượng trầm tích này được tích tụ ở vùng gần bờ biển. Sau khi lượng tích tụ này vượt trên mức nước thấp trung bình, thảm thực vật bắt đầu hình thành. Do quá trình tích tụ tiếp tục, vùng ven biển dần dần bồi tụ và rừng ngập mặn phát triển. Trong rừng ngập mặn, rễ cây giữ lại các loại rác hữu cơ và vô cơ và sự phân hủy khối lượng lớn rác tạo ra môi trường yếm khí. Kết quả là vi khuẩn khử lưu huỳnh trở nên ưu thế và sun-phít hình thành bởi vi khuẩn tích tụ trong các khe hở trong bùn đáy dưới dạng H2S hoặc dạng kết hợp với sắt hình thành kết tủa của sun-phít sắt. Sun-phít sắt tiếp tục trải qua phản ứng hóa học tạo thành sắt di-sun-phít kết tinh để tạo thành py-rit sắt. 35 Chừng nào bùn đáy chứa pyrite vẫn còn bị ngập nước và yếm khí thì nó tồn tại tình trạng khử và ít thay đổi. Tuy nhiên, nếu được tháo cạn nước và phơi khô, quá trình oxy hóa xảy ra và axít sun-phua-ric được tạo ra. Phản ứng tóm tắt quá trình hình thành axít sun-phua-ric từ pyrite sắt như sau: FeS2 +3,75O2 + 3,5H2O Æ Fe (OH)3 + SO42- + 4H+. Hydroxit sắt kết tinh dưới dạng một chất màu nâu đỏ trong nền đáy. Sau khi tháo cạn, nền đáy chứa pyrite được gọi là đất phèn tiềm tàng hoặc “đất sét mèo”. Dưới điều kiện hiếu khí đất phèn sẽ có pH dưới 4,0. pH của đất phèn thường sẽ giảm xuống đến 3 đơn vị khi phơi khô. Nhận dạng đất phèn tại hiện trường đôi khi có thể dựa vào mùi H2S từ nền đáy khi bị khuấy động, nhưng để đánh giá chính xác, nên đo pH trước và sau khi phơi khô. Trong ao, vấn đề phèn thường bắt nguồn từ bờ bao. Đáy ao thường ngập nước và yếm khí vì thế axít sulfuric không được tạo thành. Tuy nhiên, bờ bao khô và axít sulfuric hình thành trong suốt thời kỳ khô và chảy vào ao khi mưa. Phèn trên bờ có thể được kiểm soát bằng việc bón vôi và tạo ra một màng phủ với những loài cỏ có khả năng chịu phèn. Rất may đất phèn không phải là vấn đề thường gặp trong các ao nước ngọt. CHẤT HỮU CƠ VÀ QUÁ TRÌNH OXY HÓA-KHỬ Chất hữu cơ tích tụ ở bề mặt giữa nước và đất và hoạt động của vi khuẩn rất mạnh trên lớp bề mặt. Do nước không di chuyển tự do trong nền đáy nên hoạt động vi khuẩn nhanh chóng làm giảm hàm lượng oxy trong nước ở nền đáy. Thường, điều kiện hiếu khí (có sự hiện diện của oxy) sẽ chỉ xảy ra ở vài mm lớp trên cùng của nền đáy. Khi hàm lượng oxy giảm, đ iện thế oxy hoá - khử giảm xuống và nhiều hợp chất bị khử. Một hợp chất được cho là bị khử khi một hoặc nhiều quá trình sau đây xảy ra: nó lấy được hydro, mất oxy hoặc trở thành điện tích âm. Một số hợp chất khử đặc trưng xảy ra trong bùn đáy bao gồm: NO3- thành NO2- NO2- thành NH3 NO2- thành N2 NH3 thành N2 Fe3+ thành Fe2+ Mn4+ thành Mn2+ SO42- thành H2S CO2 thành CH4 (metan). 36 Dưới các điều kiện nhất định quá trình khử này có thể tự xảy ra khi không có oxy, nhưng thường được xúc tiến nhờ vi sinh vật. Dưới đ iều kiện yếm khí, điện tử và ion H+ được hình thành khi vi sinh vật phân hủy vật chất hữu cơ và không thể phản ứng với oxy. Vì thế, điện tử và ion H+ được phóng thích nhờ phản ứng với các hợp chất vô cơ oxy hóa. Dĩ nhiên, trong quá trình đó thì hợp chất vô cơ sẽ bị khử. Sự phân hủy chất hữu cơ trong bùn gây ra điều kiện oxy hòa tan thấp và sự phân hủy liên tục chất hữu cơ sẽ tạo ra sự khử của các hợp chất vô cơ. Vì vậy chất hữu cơ là nguồn năng lượng khử mà thường dẫn tới nồng độ nitrite, ammonia, sắt II (Fe2+), ion mangan hóa trị 2, H2S và metan cao trong bùn đáy. Thiếu oxy trong nền đáy có thể làm chậm lại tốc độ phân hủy chất hữu cơ chứ không làm ngừng quá trình phân hủy. Thật ra, yếm khí là điều kiện bình thường trong nền đáy ao, thường đất trong các ao nuôi thủy sản thường không tích tụ lượng lớn chất hữu cơ trừ khi các nguồn đầu vào chứa một lượng chất hữu cơ quá mức. Chẳng hạn, trong ao nếu bón một lượng lớn phân chuồng, đất đáy ao có thể tích tụ lượng lớn chất hữu cơ. Tuy nhiên, nếu lượng chất hữu cơ đưa vào trong ao quá lớn đến nỗi tình trạng hiếu khí không thể duy trì được ở bề mặt đất-nước thì sinh vật nuôi trong ao có thể bị tiếp xúc trực tiếp với các hợp chất khử và khí độc. Phản ứng của sắt (Fe) trong nước là phương tiện để xác định xem tầng mặt của lớp bùn đáy có bị yếm khí hay không. Trong điều kiện thiếu oxy, sắt III (Fe3+) bị chuyển thành sắt II (Fe2+). Sắt II có màu nâu đen hoặc đen. Vì vậy khi thấy bề mặt của bùn đáy trở nên đen thì lúc đó nền đáy đang trong tình trạng yếm khí. Khi bề mặt nâu hoặc có màu tự nhiên của đất thì có sự hiện diện của oxy. Dĩ nhiên, nếu dỡ bỏ lớp bùn mặt hiếu khí, lớp bên dưới sẽ yếm khí và có màu đen. Tốt nhất là duy trì oxy hòa tan ở tầng trên cùng của lớp bùn đáy. Các sinh vật làm thức ăn cho cá sống trong bùn cần oxy và sự hiện diện của oxy trong bùn sẽ tránh được sự hình thành các hợp chất khử độc hại. Hàm lượng chất hữu cơ trong bùn đáy ao thường được chú ý đặc biệt. Tuy nhiên, việc đánh giá số liệu về hàm lượng chất hữu cơ trong đất ao thì không đơn giản. Do chất hữu cơ lắng tụ trên nền đáy, sau đó bị phân hủy và dần dần trộn lẫn với lớp bùn bên dưới bởi các quá trình lý học và sinh học, hàm lượng chất hữu cơ giảm rất nhanh theo độ sâu của nền đáy. Lớp trên cùng, lớp xốp xốp của bùn vừa lắng tụ có thể chứa đến 50% hoặc cao hơn chất hữu cơ nhưng hàm lượng hữu cơ của toàn bộ lớp 1-2 cm phía trên sẽ ít khi vượt quá 10% trừ những chỗ ao được xây dựng trên vùng đất có hàm lượng hữu cơ tại chỗ cao (đất hữu cơ). Khi chất hữu cơ phân hủy, hầu hết những chất dễ phân hủy được phân rã trước và những chất khó phân hủy sẽ tích tụ lại. Vì thế, rất nhiều dư lượng hữu cơ trong đất ao chứa chất kháng lại quá trình phân hủy. Nhu cầu oxy cao trong bùn đáy liên quan đến tỉ lệ đầu vào của vật chất hữu cơ tươi, dễ hủy hơn là số lượng chất hữu cơ dư tồn, khó phân hủy tích tụ 37 theo thời gian. Hiện tại, chúng ta không có phương pháp nào đáng tin cậy để phân biệt hai loại chất hữu cơ này. ĐẤT AO VÀ NĂNG SUẤT NUÔI Mặc dù rất ít thông tin về mối quan hệ giữa tính chất của bùn đáy ao với năng suất tôm cá nuôi nhưng có một nghiên cứu cho rằng tính chất của đất có vai trò qu