Tầm quan trọng của vật liệu bón vôi trong nuôi trồng thủy sản

Đá vôi nông nghiệp, được tạo ra bằng cách nghiền đá vôi đến kích thước hạt mịn và vôi được tạo ra bằng cách đốt đá vôi trong lò nung, được sử dụng rộng rãi trong nuôi trồng thủy sản. Đá vôi bao gồm canxi cacbonat (CaCO₃ ) và magie cacbonat (MgCO₃ ) với tỷ lệ khác nhau. Đá vôi chỉ bao gồm canxi cacbonat được gọi là canxit, trong khi đá vôi bao gồm tỷ lệ canxi và magie cacbonat bằng nhau được gọi là dolomite.

Bón vôi cho các ao nuôi trồng thủy sản trong quá trình chuẩn bị ao giữa các chu kỳ và trong quá trình sản xuất cũng là một biện pháp quản lý quan trọng trong các ao nuôi có tính axit.

Canxit và dolomit tinh khiết rất hiếm trong tự nhiên và hầu hết đá vôi là hỗn hợp của canxi cacbonat và magie cacbonat trong đó tỷ lệ CaCO₃ :MgCO₃ lớn hơn 1. Tuy nhiên, đá vôi chủ yếu là canxi cacbonat thường được bán dưới dạng đá vôi canxit, trong khi đá vôi có hàm lượng canxi và magie cacbonat gần như bằng nhau được bán dưới dạng đá vôi đôlômit (Bảng 1).

Đá vôi nông nghiệp có thành phần hóa học tương tự như đá vôi được nghiền để tạo ra nó. Đốt ở nhiệt độ cao trong lò nung sẽ tạo ra carbon dioxide từ đá vôi để lại cặn canxi và magie oxit (CaO và MgO) thường được gọi là vôi cháy hoặc vôi không thành lớp. Vôi đốt có thể chuyển thành canxi và magie hydroxit [Ca(OH)₂ và Mg(OH)₂ ] bằng cách xử lý bằng nước. Sản phẩm này thường được gọi là vôi ngậm nước hoặc vôi tôi. Tất nhiên, khi bón vôi nung vào nước ao nuôi, nó sẽ phản ứng ngay với nước tạo thành canxi hydroxit.

Các sản phẩm vôi dùng trong nuôi trồng thủy sản

Một số sản phẩm khác đôi khi được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản để bón vôi. Phổ biến nhất là canxi silicat (CaSiO ₃ ) và natri bicarbonate (NaHCO ₃ ).

Vật liệu bón vôi được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản chủ yếu để trung hòa độ axit trong đất và nước đáy và tăng độ kiềm tổng cộng của nước. Những điều kiện như vậy thường xảy ra ở các ao ở vùng ẩm ướt với đất có tính axit, bị rửa trôi cao. Độ kiềm trong hầu hết các loại nước chủ yếu đến từ bicarbonate (HCO ₃ ^– ), tuy nhiên ở pH trên 8,3 sẽ có một ít cacbonat (CO ₃ ^2- ).

Độ chua của đất thường là kết quả của các ion nhôm. Các ion nhôm, cùng với các ion tích điện dương khác, bị thu hút bởi các điện tích âm trên các hạt đất sét và chất hữu cơ trong đất. Ion nhôm xâm nhập vào nước xung quanh các hạt đất và thủy phân tạo ra ion hydro (H ⁺ ) và nhôm hydroxit không hòa tan ([Al(OH) ₃ ] kết tủa. Các ion hydro làm giảm độ pH của đất.

Tất cả các ion nhôm bị đất hút vào đều không xâm nhập vào nước. Đạt được trạng thái cân bằng trong đó hầu hết nhôm ion nằm trên đất và chỉ một lượng nhỏ ở trong nước xung quanh. Tỷ lệ các ion nhôm so với tổng các ion canxi, magie, natri và kali bị thu hút bởi các điện tích âm trên đất càng lớn thì độ pH của đất càng thấp.

Vật liệu bón vôi phản ứng với độ chua của đất như minh họa dưới đây với canxi cacbonat:

CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + CO₂ + H₂O

Các ion canxi được giải phóng sau phản ứng sẽ thay thế các ion nhôm trong đất. Các ion nhôm bị dịch chuyển bị thủy phân trong nước tạo ra các ion hydro và phản ứng với canxi cacbonat vẫn tiếp tục. Kết quả cuối cùng là các ion canxi (và magiê) từ vật liệu bón vôi sẽ thay thế các ion nhôm trên đất và trung hòa độ chua do quá trình thủy phân các ion nhôm gây ra.

Đá vôi nông nghiệp được nghiền thành bột thô (trái) so với đá vôi nông nghiệp được nghiền thành bột mịn (phải). Đá vôi mịn hòa tan nhanh hơn nhiều so với đá vôi thô.

Bón vôi phản ứng với carbon dioxide trong nước ao để tăng bicarbonate (và độ kiềm) như minh họa dưới đây đối với canxi cacbonat và canxi silicat:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca²⁺ + 2HCO₃^–

CaSiO₃ + 2CO₂ + 3H₂O = Ca²⁺ + 2HCO₃^– + H₄ SiO₄ .

Nồng độ kiềm có thể đạt được bằng các phản ứng này phụ thuộc vào lượng CO2 sẵn có. Ở nồng độ carbon dioxide có trong nước ngọt ở trạng thái cân bằng với carbon dioxide trong khí quyển, độ kiềm cao nhất có thể đạt được bằng cách bón vôi bằng đá vôi nông nghiệp là khoảng 60 mg/L. Tất nhiên, nước ao có thể chứa nhiều carbon dioxide hơn nồng độ cân bằng với không khí do quá trình phân hủy chất hữu cơ. Vì vậy, độ kiềm cao hơn thường có thể đạt được bằng cách bón vôi.

Trung hòa độ chua của đất đáy ao

Để tác động làm tăng độ kiềm kéo dài cần phải trung hòa độ chua của đất đáy để tránh vô hiệu hóa độ tăng độ kiềm do bón vôi. Tất nhiên, có những nguồn axit liên tục khác trong ao và việc bón vôi phải được lặp lại định kỳ. Tỷ lệ bón vôi cho ao nuôi thường từ 1.000 đến 5.000 kg/ha.

Vôi phản ứng với carbon dioxide trong nước để tạo thành cacbonat như minh họa dưới đây cho canxi hydroxit:

Ca(OH) ₂ + CO ₂ = CaCO ₃ + H ₂ O.

Canxi cacbonat sau đó phản ứng với carbon dioxide để cung cấp bicarbonate (độ kiềm). Vì vậy, lượng carbon dioxide sẵn có cũng hạn chế khả năng tăng độ kiềm khi sử dụng vôi.

Phản ứng ban đầu của vôi trong nước có thể gây ra độ pH rất cao. Vì vậy, chỉ nên áp dụng cho ao nuôi tôm, cá với mật độ khoảng 50 kg/ha. Bón 2.000-3.000 kg/ha vôi vào đáy ao trống có thể làm tăng độ pH của đất lên 12-13. Đây là lý do tại sao việc xử lý vôi đáy ao giữa các vụ nuôi thường được sử dụng để tiêu diệt các sinh vật không mong muốn bao gồm cả các vật truyền bệnh. Tất nhiên, độ pH cao của đất do bón vôi sẽ giảm rất nhanh do vôi phản ứng với carbon dioxide. Độ pH do thêm đá vôi nông nghiệp vào nước sẽ không vượt quá 9.

Độ hòa tan canxi silicat có cùng mối quan hệ chung với nồng độ carbon dioxide cũng như độ hòa tan của đá vôi nông nghiệp. Tuy nhiên, khả năng tăng độ kiềm của canxi silicat thấp hơn một chút so với khả năng đạt được của đá vôi nông nghiệp.

Hình 1: Độ hòa tan của các thành phần kích thước hạt khác nhau của đá vôi nông nghiệp.

Natri bicarbonate không hoạt động giống như các vật liệu bón vôi khác. Nó hòa tan cao và làm tăng nồng độ bicarbonate (độ kiềm) ngay lập tức. Phản ứng nhanh này là lý do khiến natri bicarbonate là phương pháp xử lý được ưu tiên để khôi phục độ kiềm được trung hòa bởi axit từ quá trình nitrat hóa trong các hệ thống nuôi thâm canh cao.

Các vật liệu bón vôi – ngoại trừ natri bicarbonate – sẽ không hòa tan đáng kể ở hầu hết các loại nước ngọt có độ kiềm trên 60 mg/L. Trong nước biển, độ kiềm gần 120 mg/L và nước biển thường gần bão hòa với canxi cacbonat. Vật liệu bón vôi thường được áp dụng cho các ao chứa nước lợ, đặc biệt là nước biển, thường không hòa tan.

Chất lượng của vật liệu bón vôi

Chất lượng của vôi được đánh giá chủ yếu bằng hai chỉ số – giá trị trung hòa và kích thước hạt. Vôi thường là vật liệu mịn và kích thước hạt thường không phải là vấn đề. Giá trị trung hòa là thước đo lượng axit mà một trọng lượng vôi nhất định sẽ trung hòa. Canxi cacbonat được sử dụng làm tham chiếu và được ấn định giá trị trung hòa là 100%.

Giá trị trung hòa của một số hợp chất tinh khiết đại diện cho vật liệu bón vôi được cung cấp (Bảng 2). Để minh họa việc sử dụng giá trị trung hòa, dolomite (canxi magie cacbonat) sẽ trung hòa độ axit cao hơn 108% so với trọng lượng tương đương của canxi cacbonat. Canxi hydroxit có hiệu quả trung hòa axit cao hơn khoảng 135% so với canxi cacbonat nguyên chất. Trong thực tế, giá trị trung hòa được xác định bằng thử nghiệm hóa học. Một loại đá vôi nông nghiệp có giá trị trung hòa là 75% sẽ kém hơn một loại đá vôi nông nghiệp khác có giá trị trung hòa là 92%.

Bảng 2.

Các hạt đá vôi nông nghiệp nhỏ hơn có hiệu quả hơn các hạt lớn hơn vì chúng phản ứng nhanh hơn trong nước. Nồng độ kiềm trong nước do các kích thước hạt khác nhau của đá vôi nông nghiệp trong khoảng thời gian 2 tháng được thể hiện trong Bảng 3. Đá vôi mịn hòa tan nhanh hơn nhiều so với đá vôi thô.

Bảng 3. 

Tham khảo: "The importance of liming materials in aquaculture", Tiến sĩ Claude E. Boyd,