Tổng quan nghiên cứu

Huyện Hoằng Hóa sở hữu diện tích tự nhiên 22.453,57 ha, trong đó có 2.890,8 ha bãi triều với hơn 2.210 ha mặt nước lợ giàu tiềm năng phát triển nuôi trồng thủy sản. Tại địa phương, ba xã trọng điểm gồm Hoằng Châu, Hoằng Yến và Hoằng Phụ chiếm hơn 25% tổng quỹ đất mặt nước mặn lợ của toàn huyện, giải quyết việc làm cho hơn 2.500 lao động thủy sản ven biển. Những năm gần đây, sự chuyển dịch nhanh chóng từ mô hình quảng canh sang nuôi tôm thẻ chân trắng thâm canh với quy mô đạt 101,7 ha vào năm 2015 đã mang lại nguồn thu ngoại tệ vượt bậc. Tuy nhiên, phương thức thâm canh mật độ cao từ 80 đến 100 con trên một mét vuông đi kèm việc lạm dụng thức ăn tổng hợp và hóa chất xử lý đã gây áp lực nghiêm trọng lên môi trường sinh thái.

Vấn đề suy thoái chất lượng nước cấp và nước ao nuôi làm bùng phát hội chứng hoại tử gan tụy cấp tính cùng dịch bệnh đốm trắng, khiến tôm chết hàng loạt vào giai đoạn tháng thứ 2 của chu kỳ nuôi, dẫn tới sụt giảm sản lượng từ 20% đến 40% ở nhiều hộ dân. Đề tài hướng đến mục tiêu đánh giá toàn diện diễn biến chất lượng nước cấp, nước trong ao nuôi và nước xả thải, từ đó xác định căn nguyên gây suy thoái môi trường làm nền tảng khoa học để đề xuất hệ thống giải pháp kiểm soát nước tối ưu. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại ba xã Hoằng Châu, Hoằng Yến, Hoằng Phụ trong giai đoạn từ tháng 2 đến tháng 10 năm 2015 qua hai vụ nuôi thâm canh chính thức. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc bảo vệ hơn 100 ha diện tích nuôi tôm thâm canh, hỗ trợ ổn định sinh kế cho hơn 1.492 hộ nuôi thủy sản và thiết lập cơ chế cảnh báo ô nhiễm môi trường nước cục bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết cân bằng vật chất và chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái thủy vực nhân tạo ven biển. Mô hình chuyển hóa thức ăn công nghiệp chỉ ra rằng tôm chỉ hấp thụ từ 20% đến 25% dưỡng chất để tăng trưởng sinh khối, trong khi 5% đến 10% bị thất thoát trực tiếp ra môi trường và 10% đến 20% bị đào thải dưới dạng phân hữu cơ. Bên cạnh đó, đề tài tích hợp lý thuyết tự làm sạch và quá trình phân hủy sinh hóa hiếu khí kết hợp kị khí của nền đáy ao đầm.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được chuẩn hóa bao gồm: Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), Nhu cầu oxy hóa học (COD), Oxy hòa tan (DO), độ kiềm, nồng độ khí độc amoniac (NH3) và hydro sunfua (H2S). Trong điều kiện phân tầng nhiệt độ và thiếu oxy đáy ao, quá trình khử sunfat sẽ sinh ra H2S có độc tính cao, kết hợp cùng lượng bùn lắng tích lũy dày từ 0,5 đến 1 cm mỗi năm, phá vỡ thế cân bằng lý hóa của môi trường nước lợ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được kết hợp giữa số liệu thứ cấp từ Chi cục Thống kê, Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn huyện Hoằng Hóa và số liệu thực nghiệm thực địa trong hai vụ nuôi năm 2015. Tổng cỡ mẫu khảo sát thực nghiệm gồm 72 mẫu nước đại diện, bao gồm: 54 mẫu nước ao nuôi thu thập định kỳ từ 9 hộ nuôi thâm canh tiêu biểu (3 hộ tại mỗi xã Hoằng Yến, Hoằng Phụ, Hoằng Châu với tần suất 3 lần mỗi vụ), 6 mẫu nước cấp từ sông Cung và cửa Lạch, 6 mẫu nước thải tại ao xả chung và 6 mẫu nước tại nguồn tiếp nhận tự nhiên.

Phương pháp chọn mẫu có chủ đích kết hợp ngẫu nhiên theo không gian và thời gian sinh trưởng của tôm được lựa chọn nhằm phản ánh chính xác quy luật biến động của các thông số môi trường qua từng giai đoạn nuôi. Quy trình lấy mẫu, bảo quản và phân tích tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc gia:

  • Lấy mẫu nước mặt và nước sông suối theo TCVN 5996:1995.
  • Lấy mẫu nước ao hồ tự nhiên, nhân tạo theo TCVN 5994:1995.
  • Lấy mẫu nước thải theo TCVN 5999:1995.

Các chỉ tiêu nhiệt độ, pH, DO, độ mặn và độ trong được đo nhanh tại hiện trường bằng thiết bị quan trắc chuyên dụng WQC 24 của Nhật Bản. Các thông số độ kiềm, NH3, H2S, BOD5 và COD được bảo quản lạnh ở nhiệt độ dưới 4 độ C và phân tích trong phòng thí nghiệm theo TCVN 6636-1:2000, TCVN 6179-1:1996, TCVN 5988:1995 và TCVN 6637:2000. Dữ liệu sau đó được xử lý thống kê mô tả, tính giá trị trung bình và tần suất bằng phần mềm Microsoft Excel, đồng thời so sánh đối chiếu với Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 02-19:2014/BNNPTNT về cơ sở nuôi tôm nước lợ và QCVN 40:2011/BTNMT về nước thải công nghiệp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, chất lượng nguồn nước cấp từ sông Cung và hai cửa Lạch Trường, Lạch Hới tại thời điểm đầu vụ của cả 3 xã cơ bản nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 02-19:2014/BNNPTNT với pH dao động từ 7,5 đến 8,2 và hàm lượng DO luôn lớn hơn 4,5 mg/L. Tuy nhiên, độ mặn của nguồn nước cấp biến thiên rất mạnh giữa các đợt triều và mùa mưa, dao động từ 8‰ đến 22‰.

Thứ hai, chất lượng nước trong ao nuôi tại 9 hộ thâm canh có xu hướng suy giảm rõ rệt theo thời gian nuôi. Ở giai đoạn đầu vụ (tháng 3 ở vụ 1 và tháng 6 ở vụ 2), DO đạt mức tối ưu từ 5,2 đến 6,5 mg/L, hàm lượng NH3 và H2S đều ở mức an toàn dưới 0,05 mg/L. Đến giai đoạn cuối vụ (tháng 4 ở vụ 1 và tháng 7 ở vụ 2), lượng chất thải tích tụ khiến DO vào rạng sáng giảm xuống dưới 3,5 mg/L, nồng độ NH3 tăng vọt lên mức 0,35 mg/L (vượt ngưỡng cho phép), và H2S xuất hiện cục bộ ở đáy ao từ 0,03 đến 0,08 mg/L.

Thứ ba, chất lượng nước xả thải tại các ao xử lý chung của 3 xã đều vượt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT với chỉ số BOD5 vượt từ 1,5 đến 2,3 lần và COD vượt từ 1,8 đến 2,8 lần giới hạn quy định trước khi xả ra môi trường tự nhiên.

Thứ tư, năng suất tôm thẻ chân trắng năm 2015 sụt giảm nghiêm trọng so với năm 2014 do chất lượng nước biến động xấu. Năng suất tại Hoằng Châu giảm mạnh từ 29 tấn/ha (2014) xuống còn 18 tấn/ha (2015), tương đương mức giảm 37,9%. Tại Hoằng Yến, năng suất giảm từ 36 tấn/ha xuống 28 tấn/ha (giảm 22,2%), và Hoằng Phụ giảm từ 27 tấn/ha xuống 22 tấn/ha (giảm 18,5%).

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm chất lượng nước ao nuôi vào cuối vụ bắt nguồn trực tiếp từ chế độ cho ăn dư thừa và quá trình tích lũy mùn bã hữu cơ nền đáy. Khi mật độ thả nuôi đạt 80 đến 100 con trên một mét vuông, lượng thức ăn không được tiêu thụ hết bị vi sinh vật phân hủy kị khí ở đáy ao, tiêu tốn lượng lớn oxy hòa tan và giải phóng độc chất NH3, H2S.

Yếu tố khí hậu đặc trưng của vùng ven biển Hoằng Hóa đóng vai trò tác nhân cộng hưởng tiêu cực. Trong vụ hè thu, hiện tượng gió Lào khô nóng làm lượng bốc hơi lên tới 158,5 mm mỗi tháng, đẩy nhiệt độ nước ao lên trên 33 độ C và làm tăng độ mặn cục bộ. Ngược lại, những đợt mưa lớn tập trung vào tháng 8 và tháng 9 với lượng mưa lên tới 450 mm mỗi tháng gây hiện tượng phân tầng nước, làm tụt pH và giảm độ mặn đột ngột, khiến tôm bị sốc môi trường và suy giảm sức đề kháng.

Về phương thức biểu diễn dữ liệu khoa học, các kết quả trên có thể được hệ thống hóa qua biểu đồ đường đa trục thể hiện tương quan nghịch biến giữa nồng độ oxy hòa tan và khí độc NH3 theo thời gian 90 ngày nuôi, kết hợp biểu đồ cột so sánh mức vượt chuẩn của BOD5 và COD giữa nước thải ao nuôi và giới hạn xả thải môi trường.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, kiểm soát chặt chẽ chế độ dinh dưỡng và cải tạo nền đáy ao. Người nuôi tôm cần định kỳ cắt giảm từ 25% đến 30% lượng thức ăn vào những ngày thời tiết nắng nóng trên 33 độ C hoặc sau mưa lớn; tăng cường ứng dụng chế phẩm sinh học định kỳ 7 đến 10 ngày một lần để phân hủy mùn bã hữu cơ, duy trì hàm lượng oxy hòa tan đáy ao luôn trên 4,0 mg/L và triệt tiêu hoàn toàn khí độc H2S. Giải pháp này do trực tiếp 100% các hộ nuôi thâm canh thực hiện trong suốt chu kỳ nuôi.

Thứ hai, chuẩn hóa hệ thống xử lý nước thải sinh học 3 bậc tại các vùng nuôi tập trung. Thiết kế và vận hành chuỗi hồ xử lý nước thải khép kín gồm hồ lắng kị khí (thời gian lưu 2 đến 5 ngày), hồ hiếu - kị khí và hồ sinh học hiếu khí kết hợp thả cá rô phi, rong câu nhằm loại bỏ từ 60% đến 70% hàm lượng BOD5 và COD trước khi thải ra sông Cung. Hợp tác xã nuôi trồng thủy sản phối hợp cùng UBND các xã Hoằng Yến, Hoằng Phụ, Hoằng Châu triển khai hoàn thành trước quý IV hàng năm.

Thứ ba, quy hoạch đồng bộ hạ tầng thủy lợi và tách biệt mạng lưới cấp - thoát nước. Đề nghị UBND huyện Hoằng Hóa và Phòng Tài nguyên và Môi trường bố trí nguồn vốn cải tạo 100% hệ thống kênh cấp nước riêng biệt với kênh thoát nước thải tại vùng nuôi 101,7 ha tôm thẻ chân trắng, chấm dứt hoàn toàn tình trạng lấy nước cấp từ chính kênh tiếp nhận nước thải, hoàn thành trong giai đoạn 2016 - 2018.

Thứ tư, thiết lập mạng lưới quan trắc môi trường và cảnh báo dịch bệnh tự động. Chi cục Bảo vệ Môi trường và Chi cục Thú y tỉnh Thanh Hóa cần tổ chức quan trắc định kỳ 2 tuần một lần tại các cửa Lạch Trường và Lạch Hới, đồng thời cung cấp bản tin dự báo chất lượng nước và mầm bệnh cho hơn 2.500 lao động thủy sản địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên và Nuôi trồng Thủy sản có thể sử dụng tài liệu như một nghiên cứu điển hình về phương pháp đánh giá tải lượng ô nhiễm nước mặt và quy trình thiết kế mạng lưới quan trắc thủy vực ven bờ.

Cán bộ quản lý nhà nước tại Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Thanh Hóa cùng Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Hoằng Hóa có thể khai thác số liệu thực chứng để xây dựng quy hoạch phân vùng nuôi trồng thủy sản tập trung và hoàn thiện quy chế bảo vệ môi trường đầm bãi triều.

Kỹ sư thủy sản, chuyên viên kỹ thuật môi trường và ban quản trị các hợp tác xã nuôi tôm có thể ứng dụng trực tiếp các quy trình tính toán hệ thống hồ sinh học tự nhiên và phương pháp quản trị các chỉ số lý hóa ao nuôi thâm canh.

Chủ trang trại và các hộ nông dân trực tiếp canh tác tôm thẻ chân trắng tại khu vực Bắc Trung Bộ có thể tham khảo cẩm nang điều chỉnh kỹ thuật cho ăn, quản lý biến động thời tiết cực đoan và nhận biết các ngưỡng rủi ro môi trường để phòng ngừa dịch bệnh gan tụy cấp.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân chính khiến chất lượng nước ao nuôi tôm suy giảm mạnh vào cuối vụ là gì? Sự tích tụ liên tục của thức ăn dư thừa, phân tôm và xác phiêu sinh vật lắng xuống đáy ao tạo thành lớp bùn dày từ 0,5 đến 1 cm mỗi năm. Quá trình phân hủy kị khí trong điều kiện mật độ nuôi cao làm tiêu hao oxy hòa tan và sản sinh lượng lớn khí độc amoniac và hydro sunfua.

Thời tiết nắng nóng gay gắt ảnh hưởng trực tiếp như thế nào đến môi trường nước ao nuôi tôm? Nhiệt độ nước vượt 32 độ C thúc đẩy quá trình bay hơi mạnh lên tới 158,5 mm mỗi tháng, gây hiện tượng phân tầng nhiệt và tăng độ mặn đột ngột. Đồng thời, tôm ăn nhiều nhưng tiêu hóa kém làm tăng chất thải hữu cơ, tạo điều kiện cho vi khuẩn có hại bùng phát gây bệnh hoại tử gan tụy.

Hệ thống hồ sinh học có khả năng xử lý nước thải nuôi tôm đạt hiệu suất bao nhiêu? Hệ thống chuỗi 3 hồ sinh học tự nhiên gồm hồ kị khí, hồ hiếu kị khí và hồ hiếu khí có khả năng xử lý từ 50% đến 60% hàm lượng BOD5 và loại bỏ phần lớn chất rắn lơ lửng, giúp nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy định hiện hành với chi phí vận hành thấp.

Vì sao việc tách riêng hệ thống kênh cấp và thoát nước là giải pháp then chốt? Tại huyện Hoằng Hóa, nhiều cơ sở nuôi tôm vẫn sử dụng chung kênh dẫn nước. Việc tách biệt hai hệ thống kênh giúp ngăn chặn triệt để hiện tượng ô nhiễm chéo, không cho mầm bệnh đốm trắng và chất thải hữu cơ từ ao xả quay trở lại ao nuôi qua nguồn nước cấp.

Luận văn căn cứ vào những quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nào để đánh giá nguồn nước? Nghiên cứu đối chiếu trực tiếp với QCVN 02-19:2014/BNNPTNT về điều kiện bảo vệ môi trường và vệ sinh thú y của cơ sở nuôi tôm nước lợ, kết hợp quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT để đánh giá chất lượng nước thải.

Kết luận

  • Đề tài đã cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về hiện trạng môi trường nước tại 101,7 ha diện tích nuôi tôm thẻ chân trắng ở 3 xã ven biển huyện Hoằng Hóa qua 72 mẫu phân tích chuyên sâu.
  • Xác định rõ nguyên nhân cốt lõi gây suy thoái chất lượng nước ao nuôi vào cuối vụ là do tích lũy bùn hữu cơ đáy ao kết hợp biến động thời tiết cực đoan vùng Bắc Trung Bộ.
  • Đánh giá được mức độ ô nhiễm của nước xả thải khi nồng độ BOD5 và COD vượt quy chuẩn cho phép từ 1,5 đến 2,8 lần, đe dọa trực tiếp nguồn nước tự nhiên tại sông Cung và hai cửa Lạch.
  • Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật, hạ tầng, quy hoạch và chính sách quản lý có tính khả thi cao, gắn liền với các mốc thời gian và chủ thể thực hiện rõ ràng.
  • Mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo về ứng dụng công nghệ lọc sinh học tuần hoàn kín và mô hình dự báo sớm dịch bệnh thủy sản dựa trên biến động dữ liệu quan trắc tự động.

Độc giả, các nhà quản lý và kỹ sư nuôi trồng thủy sản quan tâm đến việc tối ưu hóa chất lượng nước và phát triển mô hình nuôi tôm bền vững nên khai thác toàn diện tài liệu nghiên cứu này để áp dụng vào thực tiễn sản xuất.