Trong nuôi trồng thủy sản, chất lượng nước là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến sức khỏe và năng suất của các loài thủy sản. Một trong những thách thức lớn nhất đối với người nuôi là sự xuất hiện của các hợp chất nitơ độc hại như ammoniac (NH₃) và nitrit (NO₂⁻), có thể gây ra tình trạng ngộ độc, làm suy giảm miễn dịch và thậm chí dẫn đến tử vong hàng loạt.

May mắn thay, trong tự nhiên tồn tại các vi sinh vật có khả năng chuyển hóa và loại bỏ các hợp chất độc hại này. Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. là hai nhóm vi khuẩn chính trong chu trình nitrat hóa, đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện môi trường nước ao nuôi.

Bài viết này sẽ đi sâu vào cơ chế làm giảm khí độc của hai nhóm vi khuẩn này, giúp người nuôi hiểu rõ hơn và ứng dụng hiệu quả trong quản lý ao nuôi.

1. Khí độc trong ao nuôi và ảnh hưởng của chúng

1.1. Hai loại khí độc phổ biến và cực kì nguy hiểm trong trong ao nuôi

Khí độc trong ao nuôi thường là sản phẩm phụ của quá trình phân hủy chất hữu cơ và bài tiết của thủy sinh vật. Các khí độc phổ biến bao gồm:

Ammoniac (NH₃): Được sinh ra từ sự phân hủy protein trong thức ăn thừa, phân và chất thải từ sinh vật nuôi. NH₃ ở nồng độ cao gây ngộ độc cho cá và tôm.
Nitrit (NO₂⁻): Là sản phẩm trung gian trong quá trình chuyển hóa NH₃, gây ra hiện tượng thiếu oxy máu (methemoglobinemia) ở cá và tôm.

1.2. Ảnh hưởng của khí độc này đến thủy sản

Các khí độc như NH₃ và NO₂⁻ ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống sinh lý và sức khỏe của thủy sản:

Tác động lên hệ hô hấp: NH₃ và NO₂⁻ làm suy giảm khả năng vận chuyển oxy trong máu.
Giảm tăng trưởng và miễn dịch: Thủy sản tiếp xúc với môi trường chứa khí độc sẽ giảm ăn, dễ bị stress và nhiễm bệnh.
Tăng tỷ lệ tử vong: Nồng độ khí độc vượt ngưỡng an toàn có thể dẫn đến tử vong hàng loạt.

2. Vai trò của Nitrosomonas spp. trong giảm thiểu khí độc

Nitrosomonas spp. là nhóm vi khuẩn tự dưỡng hiếu khí có khả năng sử dụng NH₄⁺ (dạng ion của NH₃) làm nguồn năng lượng. Trong quá trình này, chúng chuyển hóa NH₄⁺ thành nitrit (NO₂⁻) thông qua phản ứng:

NH₄⁺ + 1.5 O₂ → NO₂⁻ + H₂O + 2H⁺

Điều kiện hoạt động tối ưu của Nitrosomonas spp.:

Oxy hòa tan: Là điều kiện tiên quyết để Nitrosomonas spp. thực hiện quá trình oxy hóa.
pH: Tối ưu từ 7,5–8,5. Khi pH quá thấp, tốc độ oxy hóa NH₄⁺ sẽ giảm.
Nhiệt độ: Phù hợp trong khoảng 25–30°C, ngoài phạm vi này, hoạt động của vi khuẩn bị suy giảm.

Lợi ích của Nitrosomonas spp. trong ao nuôi:

Giảm nồng độ ammoniac: Vi khuẩn nhanh chóng chuyển hóa NH₄⁺, giảm thiểu độc tính.
Cải thiện môi trường: Quá trình chuyển hóa NH₄⁺ giúp duy trì cân bằng sinh thái, tạo điều kiện thuận lợi cho thủy sản phát triển.

3. Vai trò của Nitrobacter spp. trong giảm thiểu khí độc

Sau khi Nitrosomonas spp. chuyển hóa NH₄⁺ thành NO₂⁻, Nitrobacter spp. tiếp tục quá trình bằng cách chuyển hóa NO₂⁻ thành nitrat (NO₃⁻) thông qua phản ứng:

NO₂⁻ + 0.5 O₂ → NO₃⁻

Điều kiện hoạt động tối ưu của Nitrobacter spp.:

Oxy hòa tan: Cần thiết để thực hiện quá trình oxy hóa NO₂⁻.
pH: Tối ưu từ 7,0–8,5.
Nhiệt độ: Hoạt động tốt nhất ở 25–30°C.

Lợi ích của Nitrobacter spp. trong ao nuôi:

Giảm nồng độ nitrit: NO₂⁻ độc hại được chuyển hóa thành NO₃⁻, giúp giảm nguy cơ ngộ độc nitrit.
Ổn định hệ sinh thái nước: NO₃⁻ là dạng nitơ ít độc, có thể được sử dụng bởi thực vật thủy sinh hoặc loại bỏ qua quá trình thoát nước.

4. Quá trình nitrat hóa

Tóm lại, các hoạt động xử lý khí độc của Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. được gọi chung là quá trình nitrat hóa trong ao nuôi.

Vi khuẩn nitrat hóa là nhóm các vi khuẩn tham gia vào quá trình nitrat hóa. Hai trong số đó là vi khuẩn Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp.. Đây là hai loài vi khuẩn cực kì quan trọng, góp phần rất lớn trong việc giải quyết 2 loại khí rất độc và rất khó trị trong ao nuôi là NH₃ và NO₂.

qua-trinh-nitrat-hoa-co-ban-trong-ao-nuoi

Quá trình nitrat hóa cơ bản trong ao nuôi

Khí NH₃ được hình thành từ mùn bã hữu cơ, thức ăn dư thừa, phân tôm, cá, … xác tảo chết, xác động vật hay thực vật sau một thời gian phân hủy dưới tác động của các vi sinh vật. Về mặt nguyên lý tự nhiên, khí NH₃ sẽ tự khuếch tán trong nước, thành NH₄⁺ ít độc hơn.

Qua thời gian, Amoni (NH₄⁺) sẽ chuyển hóa thành khí độc NO₂, đây là một loại khí độc rất phổ biến trong ao nuôi, khó xử lý và gây ra nhiều thiệt hại cho người nuôi. Nếu trong nước ao nuôi có nhóm vi khuẩn nitrat hóa thì dưới sự tác động của các nhóm vi khuẩn nitrat hóa, chúng sẽ chuyển hóa NO₂^– thành NO₃^– (ít độc nếu độ mặn đủ cao).

Quá trình diễn ra phản ứng sinh hóa này gọi là quá trình nitrat hóa. Nitrat hóa là một phần không thể thiếu của chu trình nitơ, phương trình như sau:

NH₄⁺/NH₃ (rất độc) + (Nitrosomonas spp. và Nitrosococcus spp.)

↓

NO₂^– (rất độc) + (Nitrobacter spp. + Nitrospira spp.)

↓

NO₃^– (ít độc)

Sự khác biệt chính giữa Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp. là Nitrosomonas spp. là vi khuẩn chuyển đổi ion amoni (NH₄⁺) hoặc amoniac (NH₃) thành nitrit (NO₂^–) trong khi Nitrobacter spp. là vi khuẩn chuyển nitrit (NO₂^– ) thành nitrat (NO₃^–) trong nước.

Xem thêm Chi tiết về chu trình Nitơ – Bí mật về khả năng xử lý khí độc trong ao nuôi

Chu trình Nitơ sẽ hoàn thành trong vòng từ 2 đến 24 tuần, tùy thuộc vào điều kiện môi trường và sự bổ sung 2 loại vi sinh Nitrosomonas spp. và Nitrobacter spp.