Tóm tắt:
Việc tích hợp hệ thống điện năng lượng mặt trời (quang điện) trên các ao nuôi hải sâm (Apostichopus japonicus) không chỉ mang lại nguồn năng lượng tái tạo mà còn tạo ra hiệu ứng che chắn bức xạ nhiệt. Nghiên cứu thực địa tại khu vực đồng bằng sông Hoàng Hà (Trung Quốc) cho thấy, bóng mát từ các tấm pin quang điện giúp giảm đáng kể nhiệt độ nước ao trong mùa hè, qua đó rút ngắn đáng kể thời gian ngủ đông của ấu trùng hải sâm, mở ra triển vọng mới cho việc nâng cao năng suất trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
Trong những năm gần đây, mô hình kết hợp giữa sản xuất năng lượng tái tạo và nuôi trồng thủy sản (Aquavoltaics) đã trở thành một hướng đi chiến lược trong phát triển nông nghiệp bền vững. Tại các vùng ven biển Trung Quốc, đặc biệt là khu vực đồng bằng sông Hoàng Hà, việc triển khai các tấm pin quang điện trên mặt nước ao nuôi hải sâm đang dần phổ biến.
Mục tiêu ban đầu của các hệ thống này là tận dụng không gian mặt nước để phát điện. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu và kỹ sư nông nghiệp đã nhận thấy những tác động phụ trợ tích cực của chúng đối với môi trường thủy vực. Bài viết này phân tích cơ chế và tác động của việc che phủ quang điện đối với sinh thái ao nuôi và tập tính sinh trưởng của loài hải sâm bản địa.
Tác động của hệ thống quang điện đến vi khí hậu ao nuôi
Để đánh giá tác động định lượng, một nghiên cứu đối chứng đã được thực hiện tại các trang trại nuôi hải sâm thương phẩm. Hệ thống quang điện có công suất lắp đặt 200 MWp được thiết kế che phủ khoảng 40% tổng diện tích mặt ao.
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành quan trắc liên tục từ tháng 3 năm 2023 đến tháng 2 năm 2024, so sánh giữa 3 ao có lắp đặt quang điện và 3 ao đối chứng truyền thống (không có che phủ). Các ao có diện tích trung bình 6,7 ha và độ sâu nước 1,5 mét.
Kết quả quan trắc cho thấy sự khác biệt rõ rệt về các yếu tố môi trường:
Cường độ ánh sáng: Dưới bóng râm của các tấm pin, cường độ ánh sáng trung bình giảm tới 80,5% so với khu vực không được che phủ.
Nhiệt độ nước: Sự sụt giảm bức xạ trực tiếp dẫn đến nhiệt độ nước ao giảm trung bình 1,2°C trong những tháng hè cao điểm.
Đối với loài hải sâm – một sinh vật nhạy cảm với nhiệt độ cao, sự sụt giảm nhiệt độ này có ý nghĩa sinh thái quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình trao đổi chất và hoạt động sống của chúng.
Rút ngắn thời gian ngủ hè của ấu trùng hải sâm – phát hiện đột phá
Hải sâm có tập tính "ngủ hè" khi nhiệt độ nước vượt quá ngưỡng chịu đựng. Trong giai đoạn này, chúng vùi mình xuống đáy, ngừng hoặc giảm ăn tối đa để bảo toàn năng lượng, dẫn đến việc ngừng tăng trưởng.
Dựa trên dữ liệu nhiệt độ và ngưỡng nhiệt sinh lý của hải sâm (ngưỡng ngủ hè của hải sâm trưởng thành là 25°C và ấu trùng là 29°C), nhóm nghiên cứu đã mô phỏng thời gian ngủ hè dự kiến:
Đối với hải sâm trưởng thành: Sự khác biệt không đáng kể. Tại ao đối chứng, thời gian ngủ hè dự kiến là 114 ngày, trong khi ở ao có quang điện là 113 ngày (chênh lệch 1 ngày). Nguyên nhân là do ngưỡng nhiệt 25°C vẫn thường xuyên bị vượt qua ngay cả khi có bóng râm.
Đối với ấu trùng hải sâm (Juvenile sea cucumbers): Đây là đối tượng hưởng lợi rõ rệt nhất. Tại ao đối chứng, thời gian ngủ hè dự kiến là 62 ngày, nhưng đã giảm xuống chỉ còn 50 ngày tại các ao có lắp đặt quang điện (chênh lệch 12 ngày).
Ý nghĩa sinh học: Việc rút ngắn được 12 ngày ngủ hè đồng nghĩa với việc ấu trùng hải sâm có thêm gần 2 tuần để hoạt động tích cực, bắt mồi và sinh trưởng. Điều này có tiềm năng lớn trong việc rút ngắn chu kỳ nuôi và tăng kích thước thương phẩm khi thu hoạch.
Ảnh hưởng đến cấu trúc quần xã sinh vật và nền đáy ao
Bên cạnh nhiệt độ, nghiên cứu cũng đánh giá các chỉ số sinh thái khác để đảm bảo tính bền vững của hệ thống.
Quần xã sinh vật phù du: Mật độ động vật phù du giảm tại các khu vực bị che phủ. Ngược lại, vào mùa xuân, tảo giáp (Dinoflagellates) phát triển mạnh dưới bóng râm, chiếm trung bình 57,9% tổng sinh khối thực vật phù du. Sự thay đổi này có thể ảnh hưởng đến nguồn thức ăn tự nhiên của hải sâm.
Chất hữu cơ nền đáy: Hàm lượng chất hữu cơ trong trầm tích đáy tại các khu vực được che phủ cũng ghi nhận xu hướng giảm.
Những thay đổi này cho thấy hệ thống quang điện không chỉ đơn thuần tạo bóng mát và giảm nhiệt, mà còn can thiệp sâu vào chu trình dinh dưỡng và cấu trúc lưới thức ăn trong ao. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh sự cần thiết phải theo dõi dài hạn để đánh giá liệu sự thay đổi này có tác động tiêu cực đến nguồn thức ăn của hải sâm hay sức khỏe tổng thể của hệ sinh thái ao nuôi hay không.
Kết luận và triển vọng ứng dụng
Mô hình tích hợp "Quang điện - Hải sâm" bước đầu cho thấy những lợi ích kép về năng lượng và thủy sản. Việc che phủ hợp lý giúp tạo ra vi khí hậu mát mẻ hơn, đáp ứng nhu cầu sinh thái của hải sâm (vốn ưa tối và lạnh), đặc biệt là giai đoạn ấu trùng mẫn cảm với nhiệt độ cao.
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, các đợt nắng nóng cực đoan ngày càng gia tăng, giải pháp kỹ thuật này cung cấp một công cụ hữu hiệu để giảm thiểu stress nhiệt cho hải sâm và rút ngắn thời gian ngừng sinh trưởng do ngủ hè.
Tuy nhiên, các nhà khoa học cũng đưa ra khuyến cáo: Tỷ lệ che phủ của các tấm pin quang điện cần được tối ưu hóa (hiện tại là 40% trong nghiên cứu). Tỷ lệ che phủ quá cao có thể dẫn đến sự sụt giảm nghiêm trọng của quang hợp, ảnh hưởng tiêu cực đến chuỗi thức ăn tự nhiên và chất lượng nước ao nuôi. Cần có thêm các nghiên cứu chuyên sâu để xác định tỷ lệ che phủ lý tưởng cho từng điều kiện cụ thể.
Nguồn tham khảo: Yiyuye
