[Người Nuôi Tôm] – Một nghiên cứu mới đã ứng dụng phương pháp giám sát âm thanh thụ động (PAM) để phân tích mối liên hệ giữa các yếu tố môi trường như nhiệt độ, amoniac, nitrit và hành vi ăn của tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương. Kết quả cho thấy có mối tương quan rõ rệt giữa số lần phát ra âm thanh “nhấp” và lượng thức ăn tiêu thụ của tôm trong các điều kiện môi trường xử lý khác nhau.

Máy cho ăn tự động trong ao nuôi tôm thương phẩm. Ảnh: ST

 

Trong môi trường nuôi trồng thủy sản ao hồ phức tạp, PAM thể hiện ưu thế vượt trội khi không bị giới hạn bởi tầm nhìn như các phương pháp truyền thống. Tuy nhiên, phần lớn các hệ thống hiện nay vẫn hoạt động tách biệt với hệ thống giám sát chất lượng nước, dẫn đến hạn chế trong việc tích hợp dữ liệu và làm giảm hiệu quả quản lý. Các nhà khoa học nhấn mạnh, việc kết nối trực tiếp dữ liệu âm thanh với các thông số môi trường sẽ tạo ra bước đột phá, giúp nâng cao độ chính xác trong quản lý cho ăn, đồng thời hỗ trợ quá trình ra quyết định kịp thời và khoa học hơn trong mô hình nuôi tôm công nghệ cao.

 

Thiết lập nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm Nuôi trồng Hải sản, Bộ Giáo dục, Đại học Hải Dương Trung Quốc. Tôm thẻ chân trắng (trọng lượng trung bình 8 ± 0,32 gam) được cung cấp bởi Công ty TNHH Công nghệ Hàng hải Đồng bằng Sông Hoàng Hà, thành phố Đông Dinh, tỉnh Sơn Đông, Trung Quốc. Trong suốt quá trình thí nghiệm, điều kiện nước biển tự nhiên được duy trì ổn định.

Để xác định mối liên hệ giữa các yếu tố môi trường và âm thanh ăn của tôm thẻ chân trắng, nhóm nghiên cứu đã áp dụng công nghệ giám sát âm thanh thụ động (PAM) kết hợp với phân tích video, tập trung đánh giá tác động của ba yếu tố chính gồm nhiệt độ, nitơ amoniac và nitơ nitrit đến hành vi ăn của tôm, với trọng tâm là các tín hiệu âm thanh đặc trưng (“tiếng lách cách”).

Sau giai đoạn thích nghi, 660 con tôm thẻ chân trắng ở giữa kỳ lột xác, có phần phụ nguyên vẹn và hoạt động bình thường, được chọn ngẫu nhiên và phân bổ vào 11 bể thí nghiệm dung tích 216 lít, mỗi bể chứa 60 con. Thiết kế thí nghiệm bao gồm ba lần lặp độc lập được tiến hành đồng thời, với các mức gradient khác nhau cho từng yếu tố nhiệt độ, nitơ amoniac và nitơ nitrit. Các tín hiệu âm thanh do tôm phát ra trong quá trình ăn ở các điều kiện môi trường khác nhau được ghi lại bằng hệ thống thu âm trang bị thủy âm kế thương mại (Soundtrap 300 STD, Ocean Instruments, New Zealand) (Hình 1A).

Hình 1: Hệ thống thu âm thanh (A) và hệ thống quan sát cho ăn (B). Lưu ý: khu vực cách ly (a), vách ngăn (b), khu vực quan sát (c), khay cho ăn (d), ống thủy âm (e), camera hồng ngoại (f), công tắc (g), màn hình giám sát và thiết bị lưu trữ (h).

 

Kết quả và thảo luận

Nghiên cứu này tập trung phân tích lượng thức ăn tiêu thụ, tín hiệu âm thanh và hành vi ăn của tôm thẻ chân trắng (P. vannamei) dưới tác động của các điều kiện môi trường khác nhau, bao gồm nhiệt độ, nitơ amoniac và nitơ nitrit. Trong phạm vi biến thiên được khảo sát, sự gia tăng nhiệt độ gắn liền với mức tăng lượng thức ăn tiêu thụ, số lần phát ra tiếng “lách cách” và áp suất âm thanh (SPL).

Ngược lại, khi nồng độ nitơ amoniac và nitơ nitrit tăng cao, lượng thức ăn tiêu thụ cùng số lần phát tiếng “lách cách” đều giảm, trong khi SPL gần như ít biến đổi. Đáng chú ý, kết quả cho thấy tồn tại mối tương quan ổn định giữa lượng thức ăn tiêu thụ và số lần phát tiếng “lách cách” trong mọi điều kiện môi trường. Đồng thời, các yếu tố môi trường này cũng tác động rõ rệt đến các dạng hành vi ăn khác nhau của tôm.

Các thông số đặc trưng của tín hiệu âm thanh “lách cách” trong quá trình ăn, bao gồm thời gian, số xung và SPL, mang ý nghĩa quan trọng trong việc theo dõi hành vi ăn và phục vụ công tác quản lý nuôi trồng thủy sản. Nghiên cứu chỉ ra rằng, so với SPL, số lần phát tiếng “lách cách” là thông số đáng tin cậy hơn để phản ánh chính xác tình trạng ăn của tôm thẻ chân trắng trong các điều kiện môi trường khác nhau (Hình 2).

Hình 2: Mối quan hệ giữa lượng thức ăn tiêu thụ và số lần nhấp (A-C) và mức áp suất âm thanh (SPL, tính bằng dB) (D-F) trong 30 phút sau khi cho ăn bằng viên thức ăn, ở các nhiệt độ, nồng độ nitơ amoniac và nồng độ nitơ nitrit khác nhau.

 

Ngoài ra, trong các điều kiện môi trường khác nhau, cả số lần phát tiếng “lách cách” và SPL đều giảm dần theo thời gian cho ăn, với đỉnh xuất hiện trong 10 phút đầu tiên. Điều này cho thấy tôm đạt tần suất và cường độ ăn cao nhất ở giai đoạn đầu, phù hợp với kết quả của các nghiên cứu trước. Từ quan sát này, các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào số lần phát tiếng “lách cách” trong giai đoạn đầu cho ăn, đồng thời kết hợp đặc điểm tín hiệu âm thanh với dữ liệu môi trường phức tạp nhằm nâng cao độ chính xác cho các hệ thống cho ăn thông minh.

Trong điều kiện ao nuôi thủy sản, sự gia tăng nhiệt độ trong phạm vi tối ưu giúp thúc đẩy quá trình trao đổi chất của tôm thẻ chân trắng (P. vannamei), làm tăng nhu cầu năng lượng và kích thích hành vi ăn. Tương tự các nghiên cứu trước, kết quả của chúng tôi cũng cho thấy khi nhiệt độ tăng, lượng thức ăn tiêu thụ, số lần phát tiếng “lách cách” và SPL đều có xu hướng gia tăng (Hình 3A–C).

Hình 3: Sự khác biệt về lượng thức ăn tiêu thụ, số lần kêu lách cách và mức áp suất âm thanh (SPL, tính bằng dB) của tôm thẻ chân trắng P. vannamei trong 30 phút sau khi cho ăn viên ở các nhiệt độ khác nhau (A-C), nồng độ nitơ amoniac (D-F) và nồng độ nitơ nitrit (G-I). Các chữ cái thường khác nhau biểu thị sự khác biệt đáng kể giữa các nhóm xử lý (p < 0,05).

 

Hơn nữa, tỷ lệ thời gian cho ăn tăng lên, trong khi thời gian kiếm ăn giảm đáng kể (Hình 4A, B) và quỹ đạo của tôm tập trung xung quanh khay thức ăn. Ngược lại, tôm giảm khả năng bơi lội và kiếm ăn ở 20°C.

Hình 4: Tỷ lệ thời gian hành vi trên thời gian kiếm ăn của tôm thẻ chân trắng P. vannamei ở các nhiệt độ khác nhau (A, B), nồng độ nitơ amoniac (C, D) và nồng độ nitơ nitrit (E, F). Các chữ cái viết hoa khác nhau biểu thị sự khác biệt đáng kể giữa các hành vi trong cùng một nghiệm thức, trong khi các chữ cái viết thường khác nhau biểu thị sự khác biệt đáng kể trong cùng một hành vi giữa các nghiệm thức.

 

Mối quan hệ giữa nhiệt độ và quá trình trao đổi chất thường được mô tả bằng hệ số Q10, với giá trị trung bình khoảng 2,0. Nghiên cứu này cho thấy Q10 đạt 2,12 trong khoảng 26 – 32°C nhưng tăng vọt lên 13,82 trong khoảng 20 – 26°C, thể hiện sự sai lệch đáng kể so với giá trị điển hình ở nhiệt độ thấp. Nguyên nhân có thể là do 20°C nằm ngoài phạm vi tối ưu cho trao đổi chất, dẫn đến ức chế hoạt động ăn. Quan sát hành vi cũng củng cố kết luận này: tôm ở 20°C hầu như không tiếp cận khay ăn, cho thấy nhiệt độ thấp ảnh hưởng mạnh mẽ hơn đến hành vi ăn so với nhiệt độ cao trong phạm vi khảo sát.

Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát biến động nhiệt độ nước trong nuôi tôm thẻ chân trắng (P. vannamei). Khi tích hợp dữ liệu nhiệt độ với công nghệ PAM, hệ thống cho ăn thông minh có thể điều chỉnh linh hoạt khẩu phần: tăng lượng thức ăn khi nhiệt độ nước tăng trong phạm vi tối ưu và tối ưu hóa chiến lược cho ăn dựa trên số lần phát tiếng “lách cách” theo thời gian thực nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng thức ăn và tốc độ tăng trưởng. Ngược lại, khi nhiệt độ giảm, cần giảm khẩu phần để hạn chế lãng phí thức ăn và nguy cơ ô nhiễm nước. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ vượt ngoài phạm vi tối ưu, cả hành vi ăn và tốc độ tăng trưởng của tôm đều bị ức chế.

Khác với oxy hòa tan và độ mặn vốn khá ổn định, nồng độ nitơ amoniac và nitrit trong ao nuôi biến động liên tục do tích tụ từ quá trình chuyển hóa thức ăn, khó kiểm soát chính xác theo thời gian thực. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi nồng độ các hợp chất này tăng cao, lượng thức ăn tôm tiêu thụ giảm (Hình 3D, G), đi kèm với việc kéo dài thời gian kiếm ăn và nghỉ ngơi, trong khi thời gian ăn thực sự bị rút ngắn (Hình 4C, F). Đồng thời, số lần phát tiếng “lách cách” (Hình 3E, F) và SPL (Hình 3H, I) cũng giảm tương ứng, khẳng định tác động ức chế rõ rệt của hai hợp chất nitơ này đối với hành vi ăn.

Quan sát quỹ đạo hành vi cho thấy, trong môi trường có nồng độ nitơ cao, tôm thường ít di chuyển, chủ yếu duy trì vị trí ban đầu và hạn chế tiếp cận khay ăn. Điều này có thể liên quan đến việc nitơ gây tổn hại cấu trúc mang, làm giảm khả năng vận chuyển oxy của hemocyanin. Để thích nghi, tôm buộc phải điều chỉnh hành vi bằng cách giảm tiêu thụ thức ăn, tiết kiệm năng lượng và tăng cơ hội sống sót, tương tự cơ chế thích nghi đã được ghi nhận ở một số loài cá như cá chép.

Điều này cho thấy, nếu bỏ qua ảnh hưởng của nitơ vô cơ trong các chiến lược cho ăn có thể dẫn đến phản ứng điều chỉnh chậm, gây tích tụ thức ăn dư thừa, làm tăng nồng độ amoniac và nitrit, từ đó tạo ra vòng luẩn quẩn ô nhiễm nước và ức chế hành vi ăn của tôm. Vì vậy, trong các hệ thống cho ăn ứng dụng PAM, cần tích hợp nồng độ nitơ amoniac và nitrit như các thông số trọng yếu. Hệ thống nên đưa ra cảnh báo khi nồng độ nitơ tăng, đồng thời tự động điều chỉnh giảm khẩu phần để duy trì môi trường ổn định, qua đó đảm bảo sức khỏe và tốc độ tăng trưởng của tôm.

Vũ An (Theo Global Seafood)