Vi khuẩn nitrat hóa là nhóm vi sinh vật đóng vai trò cốt lõi trong chu trình chuyển hóa nitơ tự nhiên. Chúng giúp chuyển đổi các hợp chất chứa nitơ từ dạng độc hại sang dạng ít độc hơn hoặc dạng có lợi cho môi trường và hệ sinh thái.

Trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản, vi khuẩn nitrat hóa là một “đồng minh” quan trọng giúp kiểm soát và cải thiện chất lượng nước, đảm bảo môi trường sống an toàn cho các loài thủy sinh.

Qua bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về vi khuẩn nitrat hóa, các loại vi khuẩn phổ biến trong nhóm này và cách chúng tham gia vào quá trình xử lý khí độc trong ao nuôi.

1. Vi khuẩn nitrat hóa là gì?

1.1. Khái niệm cơ bản

Vi khuẩn nitrat hóa là những vi sinh vật tự dưỡng hiếu khí, có khả năng sử dụng các hợp chất chứa nitơ vô cơ làm nguồn năng lượng. Vi khuẩn nitrat hóa bao gồm Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter, Nitrospina, Nitrospira và Nitrococcus.

Vi khuẩn nitrat hóa lấy năng lượng bằng cách oxi hóa những hợp chất chứa nitrogen, toán bộ quá trình này gọi là chu trình nitơ. Trong đó, quan trọng nhất là quá trình nitrat hoá.

Quá trình nitrat hóa bao gồm hai bước chính:

Oxy hóa ammoniac (NH₃) thành nitrit (NO₂^–): Giai đoạn này được thực hiện bởi vi khuẩn thuộc chi Nitrosomonas và một số loài tương tự.
Oxy hóa nitrit (NO₂^–) thành nitrat (NO₃^–): Đây là nhiệm vụ của các vi khuẩn như Nitrobacter, Nitrospina, và Nitrococcus.

1.2. Vai trò của vi khuẩn nitrat hóa trong tự nhiên

Vi khuẩn nitrat hóa xuất hiện ở những phân loại khác nhau và thường được tìm thấy ở những môi trường có nhiều NH3 (ví dụ vùng có sự phân giải protein mạnh mẽ, và ở những nhà máy xử lí nước thải). Những vi khuẩn này sống mạnh mẽ ở vùng có dòng nước thải mạnh vì nồng độ NH₃ trong chúng cao.

Vi khuẩn nitrat hóa duy trì chu trình nitơ, giúp loại bỏ các hợp chất độc hại như ammoniac và nitrit. Chúng đảm bảo sự cân bằng dinh dưỡng cho các hệ sinh thái tự nhiên, đồng thời hỗ trợ sự phát triển của thực vật thủy sinh thông qua việc cung cấp nitrat – một nguồn nitơ dễ hấp thụ.

1.3. Ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản

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.

Trong ao nuôi, vi khuẩn nitrat hóa giúp kiểm soát nồng độ khí độc, giảm thiểu nguy cơ gây hại cho thủy sản. Điều này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống nuôi thâm canh, nơi chất hữu cơ và khí độc thường tích tụ với tốc độ nhanh.

2. Có những loại vi khuẩn nitrat hóa nào?

Vi khuẩn nitrat hóa được chia thành hai nhóm chính, tương ứng với hai giai đoạn của quá trình nitrat hóa:

AOB (ammonia oxidizing bacteria – vi khuẩn oxi hóa amonnia): vi khuẩn nitrit.
NOB (nitrite oxidizing bacteria – vi khuẩn oxi hóa nitrit): vi khuẩn nitrat.

Nhiều loài nitrit – nitrat hóa có hệ thống nội màng phức tạp để chứa nhiều enzyme nitrit – nitrat hóa (bản chất là oxi hóa) bao gồm:

ammonia monooxygenase: NH₃ → H₃NO
hydroxylamine oxidoreductase: H₃NO → NO
một enzyme chưa biết: H₃NO → NO₂^–
nitrite oxidoreductase: NO^2- → NO^3-

2.1. Nhóm vi khuẩn oxy hóa ammoniac (AOB – Ammonia-Oxidizing Bacteria)

Nitrosomonas spp.: Là đại diện phổ biến nhất của nhóm này, Nitrosomonas oxy hóa NH₃hoặc NH₄⁺ thành NO₂^–.

Nitrosococcus: Chủ yếu tồn tại trong môi trường biển.

Nitrosospira: Thường gặp trong đất và nước ngọt.

Đặc điểm chính:

Sử dụng NH₃ làm nguồn năng lượng.
Hoạt động mạnh ở điều kiện hiếu khí và pH trung tính.

2.2. Nhóm vi khuẩn oxy hóa nitrit (NOB – Nitrite-Oxidizing Bacteria)

Nitrobacter spp.: Là đại diện tiêu biểu của nhóm này, chịu trách nhiệm chuyển hóa NO₂^– thành NO₃^–.

Nitrospina: Phổ biến ở môi trường nước biển.

Nitrococcus: Tham gia vào chu trình nitơ ở các vùng nước ven biển.

Đặc điểm chính:

Chuyển đổi NO₂^– thành NO₃^–, một dạng nitơ ít độc hơn và dễ hấp thụ bởi thực vật.
Yêu cầu môi trường giàu oxy và ổn định về pH.

2.3. Sự phối hợp giữa AOB và NOB

Hai nhóm vi khuẩn này hoạt động liên tiếp, tạo thành một chu trình hoàn chỉnh. Sự cộng sinh giữa chúng đảm bảo quá trình nitrat hóa diễn ra liên tục và hiệu quả.

qua-trinh-hai-vi-khuan-nitrat-hoa-tham-gia-vao-qua-trinh-nitrat-hoa

Quá trình hai vi khuẩn nitrat hóa tham gia vào quá trình nitrat hóa

3. Vi khuẩn nitrat hóa tham gia vào quá trình xử lý khí độc trong ao nuôi như thế nào?

Trong các hệ thống nuôi thủy sản, khí độc được sinh ra từ:

Phân hủy chất hữu cơ: Thức ăn dư thừa, phân và xác thủy sinh vật.
Hoạt động sinh lý của thủy sản: Bài tiết các hợp chất nitơ như NH₃.

Nitrosomonas spp. là vi khuẩn tiên phong trong chu trình nitrat hóa. Chúng:

Sử dụng NH₃ hoặc NH₄⁺ làm năng lượng, chuyển hóa chúng thành NO₂^–.
Giảm nồng độ NH₃ – chất gây ngộ độc và ức chế hô hấp của thủy sản.

Ví dụ: NH₄⁺ + 1.5 O₂ → NO₂^– + 2H⁺ + H₂O

Sau đó, Nitrobacter spp. tiếp nhận NO₂^– từ Nitrosomonas spp. và chuyển hóa nó thành NO₃^–. Điều này:

Loại bỏ NO₂^– , một hợp chất có độc tính cao.
Tạo ra NO₃^–, một dạng nitơ ít độc hơn, an toàn cho môi trường nước.

Ví dụ: NO₂^– + 0.5 O₂ → NO₃^–

Xem thêm Nhược điểm của vi khuẩn nitrat hóa

Lợi ích tổng hợp từ vi khuẩn nitrat hóa:

Cải thiện chất lượng nước: Loại bỏ NH₃ và NO₂⁻, giảm thiểu nguy cơ stress và bệnh tật cho thủy sản.
Ổn định hệ sinh thái nước: Duy trì cân bằng nitơ, hỗ trợ sự phát triển của vi sinh vật có lợi khác.
Hỗ trợ tăng trưởng thủy sản: Môi trường nước sạch giúp cá, tôm phát triển khỏe mạnh.

Ứng dụng thực tiễn trong ao nuôi:

Bổ sung chế phẩm vi sinh: Các sản phẩm chứa AOB và NOB được sử dụng để tăng mật độ vi khuẩn nitrat hóa trong ao.
Quản lý môi trường: Duy trì hàm lượng oxy hòa tan, kiểm soát pH và nhiệt độ để hỗ trợ hoạt động của vi khuẩn.
Hệ thống biofilter: Ứng dụng trong các mô hình nuôi tuần hoàn (RAS), nơi vi khuẩn nitrat hóa được nuôi cấy trong các bể lọc sinh học để xử lý nước tuần hoàn.

Thông tin chi tiết vui lòng liên hệ:

Hotline/Zalo: 08888 3 15 17 | Email: labvn.net@gmail.com

LabVN - Chuyên vật tư, dịch vụ và vi sinh thủy sản