Độc tính của amoniac làm suy giảm sức khỏe và mức tăng trưởng của động vật

Tóm tắt: Nitơ amoniac xuất hiện trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản là chất thải của quá trình chuyển hóa protein bởi động vật thủy sản và quá trình suy thoái các chất hữu cơ, hoặc trong phân bón nitơ.

Tiếp xúc với chất khí này có thể làm giảm sức tăng trưởng và tăng nguy cơ mắc bệnh ở các loài thủy sản.

Nồng độ nitơ amoniac thay đổi theo thời gian trong ngày, độ sâu của nước và nhiệt độ, tăng lên khi sinh khối và thức ăn tăng. Cách quản lý tốt nhất là thận trọng trong mật độ thả nuôi và tỷ lệ cho ăn nhằm giảm thiểu nitơ amoniac và tránh thực vật phù du phát triển quá mức gây ra pH cao.

Tiến sĩ Claude E. Boyd

Khoa Thủy sản và liên minh nuôi trồng thủy sản, Đại học Auburn – Auburn, Alabama 36849 USA

Nồng độ NH3-N là 0,45 mg/L làm giảm sức tăng trưởng của năm loài tôm penaeid khoảng 50%. 

Nitơ amoniac bao gồm amoniac không ion hóa (NH3) và ion amonium (NH4+) xuất hiện trong nước của các hệ thống sản xuất nuôi trồng thủy sản là chất thải của quá trình chuyển hóa protein bởi động vật thủy sản và quá trình suy thoái các chất hữu cơ bởi vi khuẩn và các vi sinh vật khác. Nitơ ammoniac cũng có trong các ao ở phân đạm như amonium sulfat, amonium phốt phát và urê thủy phân sinh ra nitơ amoniac.

Tỷ lệ nitơ ammoniac tồn tại ở dạng NH3 tăng theo nhiệt độ nước và đặc biệt là pH tăng (Bảng 1). Độ mặn làm giảm tỷ lệ NH3 khi ở một nhiệt độ và pH nhất định, nhưng hiệu quả không cao. Ví dụ, ở pH 8 và 25°C, phần nitơ ammoniac không ion hóa (NH3-N) trong nitơ amoniac ở các độ mặn khác nhau như sau: nước ngọt, 4,90 %; độ mặn 5 ppt, 4,93 %; 10 ppt, 4,78 %; 15 ppt, 4,63%; 20 ppt, 4,48%; 25 ppt, 4,34 %; 30 ppt, 4,20 %; 35 ppt, 4,07 %.

Bảng 1. Phân số thập phân của nitơ amoniac tồn tại ở dạng ammoniac không ion hóa ở các giá trị pH và nhiệt độ nước khác nhau.

Đa phần chất thải nitơ ở động vật thủy sinh được vận chuyển trong máu đến mang, ở đó nó khuếch tán vào trong nước dưới dạng NH3. Khi nồng độ NH3 thấp trong nước xung quanh thì có độ chênh lệch nồng độ cao tạo điều kiện mất đi amoniac từ máu động vật vào trong nước.

Khi NH3 tăng trong nước làm giảm đi độ chênh lệch, dẫn đến nồng độ NH3 trong máu cao hơn và đưa đến hậu quả sinh lý bất lợi mà có thể gây chết nếu nồng độ NH3 vượt quá mức.

Độc tính của nitơ amoniac

Độc tính của nitơ ammoniac đối với động vật thủy sinh gần như hoàn toàn là do NH3, vì NH4+ tương đối không độc. Như vậy, độc tính của NH3 phụ thuộc nhiều vào pH và nhiều khả năng trong nước khi pH trên 8. Tất nhiên trong ao nuôi, pH nước thường dao động hàng ngày có các giá trị thấp nhất vào những giờ sáng sớm và các giá trị cao nhất vào buổi chiều.

Ở nước độ kiềm thấp với độ đệm yếu có mức thực vật phù du nở hoa dày và ở trong nước độ kiềm cao thì pH có thể cao suốt cả ngày.

Đã có rất nhiều nghiên cứu về độc tính amoniac đối với các loài thủy sản nuôi ở điều kiện có kiểm soát trong phòng thí nghiệm.

Các số liệu về độc tính được báo cáo phổ biến là nồng độ amoniac (NH3-N) gây chết 50% sinh vật thí nghiệm (LC50). Thời gian thí nghiệm có khác nhau, nhưng nhiều thí nghiệm trong 96 giờ.

LC50 96 giờ điển hình được tìm thấy trong tài liệu trình bày ở Bảng 2 đối với một số loài thủy sản.

LC50 với NH3 điển hình thấp hơn 1,0 mg/L đối với các loài nước lạnh và 1,0 – 3,0 mg/L đối với các loài nước ấm.

Bảng 2. Ví dụ thí nghiệm LC50 96 giờ của NH3-N trên các loài thủy sản phổ biến.

Không có sự khác biệt nhiều trong phạm vi LC50 96 giờ đối với các loài nước ngọt và nước biển. Một số sự khác nhau được báo cáo về LC50 là do sự khác biệt loài có nhạy cảm với amoniac. Tuy nhiên, phần lớn sự khác nhau là do các điều kiện khác nhau trong các thí nghiệm độc tính – đặc biệt là nhiệt độ nước, pH và độ mặn.

Một nghiên cứu trên cá hồi vân đã báo cáo LC50 là 0,32-0,66 mg/L ở nhiệt độ 10 – 13 °C, nhưng ở 16 – 19 °C thì LC50 là 0,86 – 0,93 mg/L đã cho thấy NH3 độc hơn khi ở nhiệt độ thấp hơn. Điều này có hơi bất thường, bởi vì LC50 của nhiều loại độc tố giảm khi nhiệt độ nước tăng, cho thấy độc tính cao hơn trong nước ấm.

pH không chỉ quan trọng trong việc xác định tỷ lệ phần trăm của nitơ amoniac ở dạng NH3 mà còn ảnh hưởng đến độc tính của NH3. Trong một nghiên cứu về cá da trơn, LC50 ở pH 6,0 là 0,74 mg/L, nhưng ở pH 8,8 là 1,91 mg/L. Trong cá hồi vân, LC50 tăng từ 0,13 mg/L ở pH 6,5 đến 0,66 mg/L ở pH 8,9. Mặc dù tỷ lệ NH3 thấp hơn ở pH thấp hơn nhưng NH3 độc hơn ở pH thấp hơn.

Tăng độ mặn làm giảm độc tính NH3. Ở tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương, LC50 tăng từ 1,2 mg/L ở độ mặn 15 ppt lên 1,6 mg/L ở độ mặn 35 ppt. Các kết quả tương tự đã được báo cáo ở các loài tôm và cá khác.

Ảnh hưởng của nồng độ oxy hòa tan đến độc tính NH3 không rõ ràng. Một nghiên cứu đã không tìm thấy tác động nào, nhưng một nghiên cứu khác cho thấy NH3 độc hơn với tôm sú khi nồng độ oxy hòa tan là 2,3 mg/L so với 5,7 mg/L.

Tác động dưới mức gây chết

Trong nuôi trồng thủy sản, các nhà sản xuất thường quan tâm nhiều hơn đến các tác động của một chất độc dưới mức gây chết hơn là tác dụng gây chết 50% (LC50). Một số nghiên cứu đã cho thấy tiếp xúc thường xuyên với NH3 sinh ra những thay đổi sinh lý, gây tổn thương mang, giảm sức tăng trưởng và dễ nhiễm bệnh hơn.

Một nghiên cứu với cá da trơn cho thấy mức tăng trưởng đã giảm thẳng trong khoảng nồng độ NH3-N là 0,048 – 0,989 mg/L.

Mức tăng trưởng giảm 50% khi ở 0,517 mg/L và không tăng trưởng khi ở nồng độ cao nhất. Mức tăng trưởng cá rô phi cũng cho thấy giảm dần khi nồng độ NH3-N trên 0,068 mg/L.

Trong các nghiên cứu, mức tăng trưởng của cá rô phi giảm dần khi nồng độ NH3-N trên 0,068 mg/L.

Nồng độ NH3-N là 0,45 mg/L làm giảm sức tăng trưởng của mỗi năm loài tôm penaeid khoảng 50%. Cá hồi vân tiếp xúc liên tục với nồng độ NH3-N lên đến 0,073 mg/L không cho thấy giảm tăng trưởng, nhưng các tổn thương mô bệnh học đã được ghi nhận ở mức 0,04 mg/L  và gia tăng nhiễm protozoa khi trên 0,02 mg/L.

Hầu hết các nghiên cứu độc tính đã được thực hiện ở nồng độ NH3-N tương đối ổn định.

Trong các hệ thống nuôi và đặc biệt trong các ao, nồng độ NH3-N thay đổi theo thời gian trong ngày và độ sâu.

Ví dụ, trong một ao nước ngọt, pH có thể là 7,4 vào sáng sớm, khi nhiệt độ nước là 26 °C và pH là 8,8 vào buổi chiều, khi nhiệt độ nước là 28 °C. Ở nồng độ nitơ amoniac là 1,0 mg/L , nồng độ NH3-N vào buổi sáng sẽ là 0,015 mg/L, nhưng vào buổi chiều sẽ là 0,306 mg / L – cao hơn 20 lần.

Tuy nhiên, biến động hàng ngày của NH3-N lên đến 0,37 mg/L xảy ra trong ao không gây ra mức suy giảm tăng trưởng có thể đo được trên cá rô phi. Các tác giả của nghiên cứu đó đã kết luận rằng tiếp xúc với nồng độ amoniac dưới mức gây chết có thể có tác động rất ít đến sức tăng trưởng của cá.

Tôm / cá sớm tiếp xúc với nồng độ NH3 dưới mức gây chết ít bị ảnh hưởng bởi nồng độ nitơ NH3 cao so với tôm / cá chưa tiếp xúc trước đó. Nồng độ nitơ amoniac có xu hướng tăng theo thời gian trong các hệ thống nuôi khi sinh khối và thức ăn đầu vào tăng. Điều này có thể giúp cho các loài nuôi thích nghi với nồng độ nitơ amoniac cao hơn.

Nồng độ an toàn

Nồng độ an toàn khi tiếp xúc lâu dài với NH3-N và nhiều độc tố phổ biến khác thường được ước tính bằng cách nhân 0,1 hoặc 0,05 lần với 96 giờ LC50. Lấy 0,05 làm hệ số thì nồng độ NH3-N an toàn sẽ nằm trong khoảng 0,015 – 0,045 mg/L đối với các loài nước lạnh và 0,050 – 0,150 mg/L với các loài nước ấm.

Do sự khác nhau nhiều về nồng độ NH3-N, pH và nhiệt độ nước theo thời gian, tuy nhiên, việc tính toán này nên được cân nhắc làm hướng dẫn chung hơn là các giá trị tuyệt đối. Thường xuyên lập lại theo dõi NH3-N trong các hệ thống nuôi – đặc biệt trong các ao – do đó là không cần thiết.

Ngoài ra, không có phương pháp chắc chắn cho việc giảm nitơ amoniac khi thiếu áp dụng một tỷ lệ thay nước cao để chuyển ammoniac ra khỏi ao nuôi hoặc giảm thức ăn đầu vào và năng suất sau đó. Cách làm phổ biến khi đưa chủng vi khuẩn nitrat hóa hoặc sử dụng zeolite có thể có giá trị hạn chế, vì vậy có lẽ phương pháp tốt nhất để quản lý nitơ amoniac là thận trọng trong mật độ thả nuôi và giảm tỉ lệ cho ăn nhằm giảm thiểu NH3-N đầu vào và tránh thực vật phù du nở hoa quá mức gây ra pH cao.

Nên cung cấp sục khí đầy đủ để tránh mức oxy hòa tan thấp và gia tăng quá trình oxy hóa nitơ amoniac thành nitrat nhờ vi khuẩn nitrat hóa. Khuấy động bề mặt nước bằng cách sục khí cũng thúc đẩy NH3 khuếch tán vào không khí. Đáy ao nên được phơi khô giữa các vụ và nên rải vôi đất axit để kích thích quá trình oxy hóa các chất hữu cơ giữa các vụ nhằm giảm nitơ amoniac giải phóng thẳng vào nước trong vụ nuôi.

Tags: nuoi tom, nuoi trong thuy san, thuy san, con tom, nuoi tom, ao nuoi tom, amoniac