Nghiên cứu này đánh giá tiềm năng của Salicornia neei , một loài thực vật chịu mặn có nguồn gốc từ Nam Mỹ, để xử lý nước thải nhiễm mặn với nồng độ mô phỏng của Nitơ dạng amoni và nitrat tương đương với nước thải nuôi trồng thủy sản nước mặn trên đất liền. Ảnh của Pato Novoa qua Wikimedia Commons.
Sự phát triển của các hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS) bị hạn chế bởi khả năng xử lý hiệu quả nước thải nhiễm mặn, vốn tích tụ một lượng lớn các hợp chất nitơ có nguồn gốc từ quá trình trao đổi chất của các sinh vật nuôi. Trong RAS, việc loại bỏ các hợp chất nitơ, chủ yếu là amoni và amoniac, được ưu tiên loại bỏ vì chúng nhanh chóng làm suy giảm chất lượng nước và có tác động tiêu cực đến vật nuôi. Các bộ lọc sinh học thúc đẩy quá trình chuyển đổi amoni được ion hóa và khử ion thành nitrat thường được sử dụng cho mục đích này. Nitrat không có độc tính cao đối với hầu hết các sinh vật nuôi, với nồng độ tích lũy có thể chấp nhận được từ 120 đến 150 mg mỗi lít.
Sự phát triển gần đây của các hệ thống tích hợp cho phép sử dụng các chất thải RAS làm chất dinh dưỡng, kết nối các mạch nước khác nhau với hệ thống nước sản xuất tôm hoặc cá chính. Để tận dụng những chất thải này, chẳng hạn như các hợp chất nitơ tích tụ trong mô hình RAS nước mặn , việc sử dụng các vùng đất ngập nước nhân tạo với các loài thực vật có khả năng chịu mặn đã được đề xuất. Thực vật chịu mặn có khả năng hấp thụ các dạng nitơ khác nhau, tùy thuộc vào các yếu tố môi trường khác nhau.
là loài thực vật chịu mặn sống ở vùng nước mặn, có nguồn gốc từ Nam Mỹ và phân bố nhiều ở bờ biển Nam Thái Bình Dương, nơi tập trung phần lớn sản lượng nuôi thủy sản biển ở Nam Mỹ.
được dùng làm thực phẩm cho người và là một loại cây trồng mới nổi ở vùng ven biển Chile. Loại cây này được mô tả là có chứa nhiều chất dinh dưỡng và các chất chuyển hóa chức năng quan trọng.
Nhóm nghiên cứu thu thập 100 cây
có rễ và chồi phát triển đầy đủ ở vùng đất ngập nước thuộc Vùng Valparaíso, Chile, và chuyển chúng đến khu vực nghiên cứu. Cây được cấy vào luống cát và tưới trong 10 tuần, sau đó chúng được chuyển đến đơn vị thí nghiệm.
Hình 1: Sơ đồ cho thấy thiết kế của một bộ đo, mô tả tổng thể công trình, đầu vào và đầu ra nước, chất nền (cát và sỏi được ngăn cách bằng lưới) và các vòi tưới siêu nhỏ.
Đơn vị thí nghiệm bao gồm ba hệ thống RAS riêng biệt, mỗi RAS bao gồm ba ống đo dẫn lưu (lặp lại). Mỗi ống đo được đặt trong một thùng polyetylen có kích thước 0,5 × 0,6 × 0,6 mét (dài × rộng × sâu) với diện tích bề mặt là 0,3 mét vuông và tổng diện tích trên mỗi RAS là 0,9 mét vuông. Bốn cây
được cấy và phát triển trong mỗi ống đo cho đến khi đạt được sinh khối khoảng 1 kg trên mỗi ống đo hoặc 3 kg trên mét vuông. Nước thoát (nước thải) được đưa trở lại các bể thu gom tương ứng của từng hệ thống để đóng vòng tuần hoàn nước.
Cây được nuôi trồng trong 74 ngày trong bể lắng nước dưới ba lần xử lý nước biển được bón phân: (1) Nit + Amm, (2) Nit, hoặc (3) không bón (Đối chứng). Các thông số hóa lý của chất lượng nước được ghi lại trực tiếp từ nước đầu ra trong tám ngày liên tục đầu tiên sau khi bổ sung chất dinh dưỡng.
Sự tích hợp của thực vật chiu mặn như một bộ lọc sinh học trong các hệ thống tuần hoàn trong nuôi trồng thủy sản biển đã được đề xuất như một giải pháp thay thế thích hợp cho việc khử ô nhiễm nước do các hợp chất nitơ gia tăng. Nghiên cứu này đã đánh giá xem liệu các vùng đất ngập nước nhân tạo của
có thể được sử dụng để xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản nhiễm mặn hay không.
được lựa chọn chủ yếu do sự xuất hiện tự nhiên của nó trên hầu hết các bờ biển Nam Thái Bình Dương của Nam Mỹ, điều này sẽ cho phép nó nhanh chóng được áp dụng trong ngành nuôi trồng thủy sản Nam Mỹ đang phát triển. Tỷ lệ loại bỏ nitrat-nitơ và hiệu quả loại bỏ được ghi nhận trong nghiên cứu cao hơn hoặc tương tự với tỷ lệ được báo cáo với các loài thực vật chịu mặn khác ở độ mặn cao. Do đó, vùng đất ngập nước nhân tạo của
có thể là một giải pháp thay thế thích hợp cho việc xử lý nước thải có nồng độ cao thải ra từ các hoạt động RAS trên biển.
Các thông số hóa lý của nước thải, chẳng hạn như nhiệt độ và pH, đặc biệt quan trọng trong việc xử lý nước thải nhiễm mặn vì chúng có thể ảnh hưởng đến các quá trình quyết định trong việc loại bỏ các hợp chất nitơ. Trong nghiên cứu của chúng tôi, nhiệt độ và pH được duy trì trong phạm vi tối ưu (20–21 độ C và 7,8–8,2, tương ứng) và do đó không ảnh hưởng đến quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng. Phát hiện này phù hợp với các nghiên cứu của các nhà nghiên cứu khác, đối với quá trình khử nitơ trong các hệ thống đất ngập nước, nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng từ 20 đến 40 độ C và độ pH tối ưu là khoảng 8,0.
Một thông số quan trọng khác mà chúng tôi đánh giá trong nghiên cứu của mình là độ mặn nước thải đầu ra cao, đạt nồng độ lên đến 50 gam/lít NaCl. Sự gia tăng này chủ yếu là do yếu tố môi trường đã biết về sự thoát hơi nước.
Tổng lượng nitơ cố định trong phần thân của
tương ứng với 1,76 ± 0,08 gam trên 100 gam trọng lượng tươi. Các nhà nghiên cứu khác ở Ấn Độ cũng thu được kết quả tương tự ở
. Do đó, ước tính rằng tổng nồng độ của các chất dinh dưỡng nitơ cố định trong
vào cuối thử nghiệm sẽ là từ 46 đến 103,9 gam đối với xử lý Nit, trong khi đối với Nit + Amm, sự cố định sẽ là từ 57,8 đến 130,1 gam N cho tổng sinh khối được hình thành bởi xử lý này, cho thấy rằng
có thể đồng hóa hầu hết nitơ có sẵn trong thử nghiệm này.
Hình 2: Sản xuất sinh khối của Salicornia neei bằng cách xử lý biểu thị bằng năng suất khối lượng tươi trên một đơn vị diện tích (kg trên mét vuông). Nit + Amm: tương ứng với nghiệm thức tưới bằng nitrat-nitơ và amoni-nitơ, Nit: tưới bằng nitrat-nitơ, Đối chứng: xử lý chỉ tưới bằng nước biển.
Kết quả cho thấy việc loại bỏ nitơ tỷ lệ thuận với sinh khối. Sự hình thành sinh khối
trong giai đoạn đánh giá đạt tổng khối lượng tịnh từ 7 đến 8 kg trên mét vuông trong thời gian 11 tuần ở các nghiệm thức được tưới Nitơ và Nit + Amm tương ứng. Các cây
vẫn sống mạnh mẽ trong suốt thời gian đánh giá, ngay cả ở nồng độ mặn cao gần 50 gam / lít NaCl.
Đặc điểm vốn có này của thực vật chịu mặn làm nổi bật các cơ chế phản ứng mạnh mẽ đối với stress phi sinh học do
gây ra , củng cố tính khả thi của việc đưa loại cây này vào xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản. Về việc loại bỏ hai nguồn hợp chất nitơ, có một sự tương tác tích cực giữa amoni / nitrat được cung cấp cho sự hình thành sinh khối của
Kết quả chứng minh rằng việc tích hợp
vào các vùng đất ngập nước nhân tạo với nước thải nuôi trồng thủy sản tuần hoàn sẽ là một giải pháp thay thế khả thi để loại bỏ lượng dinh dưỡng trong nước thải nhiễm mặn và có tiềm năng cho các hệ thống RAS nuôi nước biển ở Nam Mỹ.
Nhóm tác giả : Mónica R. Diaz Javier Araneda Andrea Osses Jaime Orellana Dr. José A. Gallardo
