Luận văn Đánh giá khả năng cải thiện chất lượng nước của nhóm vi khuẩn chuyển hóa đạm trong hệ thống ương tôm Sú (Penaeus monodon)

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA THỦY SẢN NGUYỄN THỊ TÚ ANH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC CỦA NHÓM VI KHUẨN CHUYỂN HÓA ĐẠM TRONG HỆ THỐNG ƯƠNG TÔM SÚ (Penaeus monodon) LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN 2010 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA THỦY SẢN NGUYỄN THỊ TÚ ANH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC CỦA NHÓM VI KHUẨN CHUYỂN HÓA ĐẠM TRONG HỆ THỐNG ƯƠNG TÔM SÚ (Penaeus monodon) LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGs.Ts TRƯƠNG QUỐC PHÚ 2010 3 LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu, Ban Chủ Nhiệm Khoa Thuỷ Sản, Quý Thầy Cô và toàn thể cán bộ Khoa Thuỷ Sản đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Đặc biệt tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy hướng dẫn, PGs. Ts. Trương Quốc Phú đã tận tình hướng dẫn, góp ý cho tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Xin gởi lời cảm ơn đến cô Phạm Thị Tuyết Ngân đã có nhiều góp ý, cung cấp thông tin, tài liệu và hướng dẫn bố trí các thí nghiệm. Cám ơn các bạn và các em Trịnh Hoàn Hảo, Nguyễn Trường An, Lê Đông Cung, Trương Minh Trường, Nguyễn Hoàng Trong, Lâm Trung Tín, Nguyễn Thanh Tâm, Nguyễn Minh Nguyệt, Đỗ Văn Lĩnh đã nhiệt tình giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm. Tập thể lớp Cao học Nuôi trồng thủy sản khóa 15 đã hỗ trợ, giúp đỡ nhiều mặt trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã động viên, chia sẻ, giúp tôi vượt qua những khó khăn, trở ngại trong suốt quá trình học tập và công tác. Nguyễn Thị Tú Anh 4 TÓM TẮT Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của các dòng vi khuẩn hữu ích chọn lọc Bacillus, Nitrosomonas và Nitrobacter trong việc cải thiện chất lượng nước bằng cách áp dụng những dòng vi khuẩn hữu ích ở các mật độ khác nhau và tỷ lệ thể tích bể lọc khác nhau. Trong nghiên cứu này, 3 thí nghiệm về hiệu quả chuyển hóa đạm của các dòng vi khuẩn chọn lọc được thực hiện. Thí nghiệm 1 ương tôm trong hệ thống tuần hoàn và thí nghiệm 2 trong hệ thống thay nước, thí nghiệm 3 được thực hiện trong hệ thống tuần hoàn với các tỷ lệ thể tích bể lọc lần lượt là 5%, 10%, 15%. Kết quả của 2 thí nghiệm đầu cho thấy chất lượng nước được cải thiện có ý nghĩa thống kê khi bổ sung vi khuẩn Bacillus, Nitrosomonas và Nitrobacter. Nghiệm thức bổ sung Bacillus ở mật độ 105 và 106 CFU/mL cho thấy kết quả mật độ của vi khuẩn có hại thấp hơn so và tỷ lệ sống của ấu trùng tôm cao hơn so với nghiệm thức đối chứng. Tỷ lệ sống của ấu trùng trong hệ thống tuần hoàn cao hơn trong hệ thống thay nước. Trong thí nghiệm 3, mật độ vi khuẩn Vibrio ở các nghiệm thức có bổ sung vi khuẩn thấp hơn có ý nghĩa thống kê so với nghiệm thức đối chứng. Tỷ lệ thể tích bể lọc 10%, bổ sung vi khuẩn cho thấy hiệu quả chuyển hóa đạm cao nhưng lại ít tốn diện tích và chi phí. Từ khóa: Bacillus, Nitrosomonas, Nitrobacter, chuyển hóa đạm, ấu trùng. 5 ABSTRACT This study evaluates the effectiveness of the bacterial probionts Bacillus, Nitrosomonas, and Nitrobacter on the improvement of water quality by the application of these probionts at different densities and filtering rates. In the present study, three experiments on probiont nitrification efficiency were conducted, the first in a recirculation water system and the second in an exchange water system, the third experimental groups of this system were subjected to the respective water filtration rates of 5%, 10%, and 15%. The results of the first two experiments demonstrate that water quality was significantly improved by the addition of Bacillus, Nitrosomonas, and Nitrobacter. Treatments of Bacillus at the concentrations 105 CFU mL-1 and 106 CFU mL-1 resulted in a lower density of virulence bacteria and higher survival rates than the control. The survival rates of shrimp that were reared in the recirculation water system were higher than those in exchange water system. For experiment 3, the density of Vibrio in additional bacteria treatments was significantly lower than control. The results from this experiment suggest that 10% biofilter rate and bacteria addition show the nitrogen removal rate higher , filtering-area and cost -effective are fewer. Keywords: Bacillus, Nitrosomonas, Nitrobacter, nitrification, larvae. 6 CAM KẾT KẾT QUẢ Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn cùng cấp nào khác. Ngày 31 tháng 10 năm 2010 Nguyễn Thị Tú Anh 7 MỤC LỤC Trang PHẦN 1. GIỚI THIỆU ...........................................................................................1 PHẦN 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ......................................................................3 2.1 Tình hình sản xuất giống tôm sú và các nghiên cứu có liên quan ......................3 2.1.1 Tình hình sản xuất giống tôm sú ở Việt Nam ............................................3 2.1.2 Các nghiên cứu liên quan đến sản xuất giống tôm sú ................................3 2.1.3 Các nghiên cứu ứng dụng lọc sinh học trong sản xuất giống tôm sú.........3 2.2 Tình hình nghiên cứu và ưng dụng của vi sinh vật hữu ích trong nuôi trồng thủy sản .....................................................................................................................5 2.2.1 Sơ lược về Probiotic...................................................................................5 2.2.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản .....................................................................................................................6 2.3 Các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm ...................................................................8 2.3.1 Vai trò của các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm trong NTTS....................8 2.3.2 Các dòng vi khuẩn chuyển hóa đạm thường gặp .....................................10 PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................13 3.1 Vật liệu nghiên cứu...........................................................................................13 3.2 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................13 3.2.1 Mô tả thí nghiệm ......................................................................................13 3.2.2 Phương pháp nuôi tăng sinh vi khuẩn......................................................17 3.2.3 Phương pháp thu và phân tích mẫu vi khuẩn ...........................................20 3.2.4 Phương pháp thu và phân tích mẫu nước.................................................22 3.2.5 Phương pháp thu và phân tích mẫu tôm...................................................22 3.3 Phương pháp xử lý số liệu ................................................................................22 PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..............................................................23 4.1 Xác định khả năng chuyển hóa đạm của 3 dòng vi khuẩn khuẩn Bacillus, Nitrobacter, Nitrosomonas trong hệ thống ương tôm sú........................................23 8 4.1.1 Biến động các yếu tố môi trường nước..........................................................23 4.1.2 Biến động mật độ vi khuẩn trong hệ thống ương ..........................................37 4.1.3 Tỷ lệ sống của các giai đoạn ấu trùng............................................................44 4.2 Đánh giá hiệu quả xử lý của các tỷ lệ giá thể khác nhau trong hệ thống lọc tuần hoàn.................................................................................................................46 4.2.1 Biến động các yếu tố môi trường nước..........................................................46 4.2.2 Biến động mật độ vi khuẩn ............................................................................51 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT..................................................................55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................56 PHỤ LỤC...............................................................................................................62 9 DANH SÁCH BẢNG Trang Bảng 3.1: Giá trị OD600...........................................................................................17 Bảng 4.1: Biến động các yếu tố môi trường trong thí nghiệm 1 ............................23 Bảng 4.2: Biến động các yếu tố môi trường trong thí nghiệm 2 ............................24 Bảng 4.3: Biến động các yếu tố môi trường trong thí nghiệm 3 ............................46 10 DANH SÁCH HÌNH Trang Hình 2.1: Chu trình chuyển hóa nitơ trong tự nhiên.................................................9 Hình 3.1: Hệ thống bể thí nghiệm với tỷ lệ thể tích bể lọc khác nhau ...................16 Hình 3.2: Cách xác định mật độ vi khuẩn theo phương pháp MPN.......................21 Hình 4.1: Biến động hàm lượng oxy hòa tan trong hệ thống tuần hoàn.................24 Hình 4.2: Biến động hàm lượng oxy hòa tan trong hệ thống thay nước ................25 Hình 4.3: Biến động hàm lượng COD trong hệ thống tuần hoàn...........................26 Hình 4.4: Biến động hàm lượng COD trong hệ thống thay nước...........................27 Hình 4.5: Biến động hàm lượng TSS trong hệ thống tuần hoàn ............................28 Hình 4.6: Biến động hàm lượng TSS trong hệ thống thay nước ............................28 Hình 4.7: Biến động hàm lượng TAN trong hệ thống tuần hoàn ...........................29 Hình 4.8: Biến động hàm lượng TAN trong hệ thống thay nước...........................29 Hình 4.9: Biến động hàm lượng nitrite trong hệ thống tuần hoàn..........................31 Hình 4.10: Biến động hàm lượng nitrite trong hệ thống thay nước .......................32 Hình 4.11: Biến động hàm lượng nitrate trong hệ thống tuần hoàn .......................33 Hình 4.12: Biến động hàm lượng nitrate trong hệ thống thay nước.......................33 Hình 4.13: Biến động hàm lượng tổng đạm trong hệ thống tuần hoàn ..................34 Hình 4.14: Biến động hàm lượng tổng đạm trong hệ thống thay nước ..................35 Hình 4.15: Biến động mật độ vi khuẩn Vibrio trong hệ thống tuần hoàn ..............36 Hình 4.16: Biến động mật độ vi khuẩn Vibrio trong hệ thống thay nước ..............37 Hình 4.17: Biến động mật độ vi khuẩn Bacillus trong hệ thống tuần hoàn ...........38 Hình 4.18: Biến động mật độ vi khuẩn Bacillus trong hệ thống thay nước ...........39 Hình 4.19: Biến động mật độ vi khuẩn Ntrosomonas trong hệ thống tuần hoàn ...40 Hình 4.20: Biến động mật độ vi khuẩn Nitrosomonas trong hệ thống thay nước..40 Hình 4.21: Biến động mật độ vi khuẩn Nitrobacter trong hệ thống tuần hoàn......42 Hình 4.22: Biến động mật độ vi khuẩn Nitrobacter trong hệ thống thay nước......42 11 Hình 4.23: Tỷ lệ sống các giai đoạn ấu trùng trong hệ thống tuần hoàn................43 Hình 4.24: Tỷ lệ sống các giai đoạn ấu trùng trong hệ thống tuần thay nước........44 Hình 4.25: Biến động hàm lượng oxy hòa tan trong thí nghiệm............................46 Hình 4.26: Biến động hàm lượng COD trong thí nghiệm .....................................47 Hình 4.27: Biến động hàm lượng TAN trong thí nghiệm ......................................48 Hình 4.28: Biến động hàm lượng nitrite trong thí nghiệm .....................................49 Hình 4.29: Biến động hàm lượng nitrate trong thí nghiệm ....................................49 Hình 4.30: Biến động mật độ vi khuẩn Vibrio trong thí nghiệm............................50 Hình 4.31: Biến động mật độ vi khuẩn Bacillus trong thí nghiệm.........................51 Hình 4.32: Biến động mật độ vi khuẩn Nitrosomonas trong thí nghiệm................51 Hình 4.33: Biến động mật độ vi khuẩn Nitrobacter trong thí nghiệm ...................52 12 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT NT: Nghiệm thức ĐC: Đối chứng HT: Hệ thống TB: Trung bình CFU: Colony forming units AOB: Ammonia oxidizing bacteria NOB: Nitrite oxidizing bacteria MPN: Most probable number OD: Optical density PL: Post larvae ppm: Parts per million 13 Phần I GIỚI THIỆU Những năm qua nghề nuôi tôm sú ở nước ta phát triển rất mạnh không những về qui mô mà còn ở sự đa dạng hóa các mô hình nuôi, khi diện tích nuôi ngày càng mở rộng thì người nuôi phải đối đầu với trở ngại mới, đó là ô nhiễm môi trường và dịch bệnh. Sự phát triển ồ ạt của nghề nuôi tôm ven biển dẫn đến sự bùng nổ dịch bệnh trên diện rộng, gây thiệt hại không nhỏ cho người dân cũng như các ngành kinh tế liên quan. Việc nâng cao mức độ an toàn cho các trang trại nuôi thông qua sự phát triển các mô hình nuôi tôm khép kín đã và đang được khuyến khích áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Do đó, việc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học và tái sử dụng nguồn nước đóng một vai trò quyết định nhằm giảm lượng hóa chất và thuốc kháng sinh sử dụng trong quá trình sản xuất giống và nuôi thương phẩm, tạo ra sản phẩm sạch đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm (Bùi Đắc Thuyết, 2004). Theo nghiên cứu của Đặng Đình Kim và ctv (2006) thì khi bổ sung chế phẩm sinh học vào ao nuôi, các chỉ tiêu lý, hóa, sinh được cải thiện rất rõ. Trong lĩnh vực sản xuất giống, để có được nguồn nước đáp ứng được yêu cầu trong sản xuất giống, người ta dùng các loại hóa chất như: Chlorine, thuốc tím... để xử lý, tuy nhiên việc sử dụng hóa chất xử lý nước sẽ không tránh khỏi tình trạng ô nhiễm môi trường, hơn nữa việc sử dụng hóa chất sẽ làm ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật trong môi trường nước. Vì vậy, xu hướng hiện nay nhiều nơi sử dụng các vi sinh vật hữu ích nhằm cải thiện chất lượng nước và hạn chế được các nhóm vi khuẩn gây bệnh trong hệ thống ương nuôi. Trong sản xuất giống tôm sú, việc ứng dụng hệ thống lọc sinh học sẽ hạn chế sử dụng kháng sinh trong bể và hạn chế việc thay nước hàng ngày, giảm hiện tượng sốc môi trường và khống chế được một số vi khuẩn gây bệnh (Thạch Thanh và ctv, 1999). Trên thị trường đã xuất hiện rất nhiều chế phẩm sinh học với thành phần chủ yếu là các dòng vi khuẩn như: Bacillus, Pseudomonas, Lactobacillus, Nitrosomonas, Nitrobacter..., các dòng vi khuẩn này có khả năng phân giải protein thành các polypeptit, axit amin, NH3 (Tăng Thị Chính và Đặng Đình Kim, 2007). Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về sự tồn tại cũng như hiệu quả của các dòng vi khuẩn được đưa vào trong hệ thống lọc sinh học, đặc 14 biệt là nhóm vi khuẩn Bacillus, Nitrobacter, Nitrosomonas chuyển hóa nitơ từ dạng có hại cho sinh vật nuôi (NH3, NO2-) thành dạng ít độc hơn (NO3-) (Vũ Thế Trụ, 1994). Do đó, đề tài: “Đánh giá khả năng cải thiện chất lượng nước của nhóm vi khuẩn chuyển hóa đạm trong hệ thống ương tôm sú (Penaeus monodon)” được thực hiện. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu khả năng phân hủy hữu cơ và chuyển hóa đạm của các dòng vi khuẩn Bacillus, Nitrosomonas, Nitrobacter trong hệ thống ương tôm sú nhằm làm cơ sở cho các nghiên cứu về quản lý và điều khiển vi sinh phát triển theo hướng có lợi cho môi trường và vật nuôi. Nội dung nghiên cứu - Đánh giá hiệu quả xử lý nước của vi khuẩn trong hệ thống ương tôm sú tuần hoàn. - Đánh giá hiệu quả xử lý nước của vi khuẩn trong hệ thống ương tôm sú có thay nước. - Đánh giá hiệu quả xử lý ở các tỷ lệ thể tích giá thể khác nhau trong hệ thống lọc tuần hoàn. 15 Phần II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Tình hình sản xuất giống tôm sú và các nghiên cứu có liên quan 2.1.1 Tình hình sản xuất giống tôm sú ở Việt Nam Công nghệ sản xuất giống tôm nhân tạo ở nước ta đã có những bước tiến bộ vượt bậc. Từ những năm đầu thập niên 70, Việt Nam đã sản xuất giống nhân tạo thành công ở một số loài tôm biển, tuy nhiên việc ương nuôi gặp nhiều khó khăn. Đến thập niên 80, kỹ thuật sản xuất nhân tạo giống tôm sú du nhập từ Đài Loan, Thái Lan, Nhật Bản được cải tiến và áp dụng thành công tại Việt Nam (Bộ Thủy Sản, 2000). Miền Trung là nơi sớm nhất phát triển sản xuất giống tôm sú nhân tạo, trong đó nổi bật nhất là tỉnh Khánh Hòa. Từ đây, công nghệ sản xuất giống tôm sú được chuyển giao cho các tỉnh lân cận và các tỉnh phía Nam. Đến năm 1990, cả nước có 500 trại sản xuất giống, tập trung chủ yếu ở các tỉnh miền trung, năng suất đạt khoảng 1 – 5 triệu PL/năm. Năm 1994 cả nước sản xuất được khoảng 1,4 tỷ tôm PL15 (Bộ Thủy Sản, 2000). Đến năm 1998, số trại sản xuất tôm giống tăng lên 2.086 trại và sản xuất được 6,6 tỷ tôm PL15. Tính đến năm 2003, cả nước có 5.094 trại tôm giống với sản lượng đạt 25,9 tỷ con giống cho nghề nuôi tôm (Bộ Thủy Sản, 2005). Trong đó, số lượng trại tôm giống ở Đồng Bằng Sông Cửu Long cũng phát triển nhanh chóng, đáp ứng 31,9% nhu cầu tôm giống cho toàn vùng (Lê Xuân Sinh, 2004). 2.1.2 Các nghiên cứu liên quan đến sản xuất giống tôm sú Thạch Thanh và ctv (2004) nghiên cứu sử dụng nước biển nhân tạo trong sản xuất giống tôm sú thay một phần hoặc hoàn toàn cho nước biển và nước ót, tuy nhiên nguồn nước này hiện vẫn chưa được ứng dụng nhiều. Các nghiên cứu gần đây đã nghiên cứu ứng dụng ozone để xử lý nước và vi khuẩn có hại trong bể ương ấu trùng tôm sú. Nghiên cứu của Trần Thị Kiều Trang và ctv (2006) đã đưa ra các nồng độ xử lý ozone thích hợp cho từng giai đoạn ấu trùng và hậu ấu trùng, tiếp theo là nghiên cứu của Tạ Văn Phương (2006) cho thấy ozone có khả năng cải thiện chất lượng nước trong ương nuôi thủy sản 16 (Ở nồng độ 0,37 ppm làm kết tủa hoàn toàn sắt, ngăn chặn sự sự tích lũy hữu cơ (30%), làm giảm 67% lượng H2S có trong nước và nitrate hóa hoàn toàn nitrite, nồng độ 0,045 ppm có thể làm giảm mật độ tổng vi khuẩn 91,7% và 81% vi khuẩn Vibrio). Kết quả cho thấy tỷ lệ sống của ấu trùng là rất tốt khi ương ở hệ thống có xử lý ozone với nồng độ thay đổi theo từng giai đoạn (Nguyễn Lê Hoàng Yến, 2008), ngoài ra sử dụng ozone để rửa trứng còn ngăn chặn sự lây lan bệnh đốm trắng từ tôm mẹ sang tôm con (Tăng Minh Khoa, 2008). Những nghiên cứu này góp phần hạn chế việc sử dụng các loại hóa chất, kháng sinh trong quá trình ương tôm giống, giúp nâng cao năng suất chất lượng tôm sú giống và góp phần trong việc quản lý dịch bệnh xảy ra trên tôm giống. Ngoài vấn đề nguồn nước thì nguồn tôm bố mẹ cũng đang rất được quan tâm. Hiện nay, nguồn tôm bố mẹ ngoài tự nhiên ngày càng cạn kiệt và dễ nhiễm bệnh. Nghiên cứu của Nguyễn Văn Chung và ctv (1997) đã cho tôm bố mẹ từ nguồn tôm trong ao đìa sinh sản thành công, kết quả này đã góp phần giải quyết vấn đề khan hiếm tôm bố mẹ và góp phần chủ động nguồn tôm nuôi. Bên cạnh đó, việc gia hóa tôm bố mẹ được nghiên cứu và đưa vào sử dụng, tuy sức sinh sản, tỷ lệ thành thục, tỷ lệ nở,…không hiệu quả bằng tôm tự nhiên nhưng có thể được sử dụng để thay thế khi nguồn tôm ngoài tự nhiên khan hiếm và mang nhiều mầm bệnh nguy hiểm (Nguyễn Thanh Phương, 2005). 2.1.3 Các nghiên cứu ứng dụng lọc sinh học trong sản xuất giống Nghiên cứu ứng dụng lọc sinh học vào sản xuất giống tôm sú của Thạch Thanh và ctv (1999) đã góp phần nâng cao kỹ thuật sản xuất giống tôm sú, với phương pháp này giúp hạn chế thay nước và sử dụng nước ót nên có thể ứng dụng cho sản xuất giống tôm sú trong nội địa. Một nghiên cứu khác cho thấy, nhóm vi khuẩn nitrate hóa (Nitrosomonas, Nitrobacter) khi cấy vào bể lọc sinh học với giá thể là CaCO3 và hệ thống này nối với các bể nuôi rotifer đã giúp mật độ rotifer tăng lên đến 5.500 cá thể/mL, cao hơn 1,5 – 2,5 lần so với nghiệm thức đối chứng, hơn nữa chất lượng nước trong các bể nuôi cũng được cải thiện (Belgium et al., 1999). Nghiên cứu của Grommen et al. (2001) cho thấy khi bổ sung 2 nhóm vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter vào hệ thống lọc sinh h