Trung Quốc: Âm thanh “giải mã” hành vi bắt mồi của tôm thẻ chân trắng

Trong môi trường ao nuôi phức tạp, công nghệ giám sát âm thanh thụ động (PAM) giúp phát triển hệ thống cho ăn thông minh nhờ khả năng khắc phục hạn chế của quan sát trực quan. Âm thanh “click” đặc trưng mà tôm thẻ chân trắng phát ra khi bắt mồi được chứng minh có liên quan chặt chẽ đến lượng thức ăn tiêu thụ. Việc định lượng và phân tích tín hiệu này không chỉ phản ánh hành vi ăn, mà còn cung cấp dữ liệu thời gian thực phục vụ giám sát và điều chỉnh chế độ cho ăn.

Tuy nhiên, hành vi bắt mồi của tôm chịu ảnh hưởng mạnh từ các yếu tố môi trường. Nồng độ amoniac trên 4 mg/L có thể thúc đẩy vi khuẩn đường ruột, làm giảm cảm giác thèm ăn; trong khi tiếp xúc nitrit ở mức 20 mg/L gây tổn thương niêm mạc ruột, hạn chế khả năng hấp thụ thức ăn. Nhiệt độ nước hạ thấp càng khiến lượng thức ăn tiêu thụ giảm, và dưới 20°C, hệ miễn dịch của tôm suy yếu rõ rệt. Dù hiện nay các hệ thống giám sát nước tự động đã cho phép theo dõi môi trường ao nuôi theo thời gian thực, nhưng chúng vẫn vận hành tách biệt với công nghệ PAM.

Sự thiếu kết nối này làm giảm độ chính xác trong quản lý cho ăn. Vì vậy, việc tích hợp dữ liệu môi trường với tín hiệu âm thanh thụ động là cần thiết để tăng tốc độ phản ứng của hệ thống, nâng cao tính kịp thời và cơ sở khoa học cho quyết định cho ăn. Nghiên cứu dưới đây tập trung phân tích ba biến số chính gồm nhiệt độ, amoniac và nitrit nhằm xác định mối tương quan giữa các yếu tố môi trường, hành vi ăn và đặc điểm tín hiệu âm thanh của tôm thẻ chân trắng.

Thiết kế thí nghiệm
Nghiên cứu được tiến hành tại Phòng thí nghiệm nuôi biển, Trường Đại học Hải dương Trung Quốc. Tôm thẻ chân trắng trọng lượng trung bình 8 ± 0,32 g được cung cấp bởi Công ty Công nghệ biển Hoàng Hà (Đông Doanh, Sơn Đông, Trung Quốc). Trong suốt quá trình thử nghiệm, điều kiện nước biển tự nhiên được duy trì ổn định.

Để xác định mối liên hệ giữa yếu tố môi trường và tín hiệu âm thanh khi tôm bắt mồi, nhóm nghiên cứu kết hợp công nghệ PAM với phân tích video. Ba yếu tố được xem xét là nhiệt độ, amoniac và nitrit, với trọng tâm là đặc điểm tín hiệu âm thanh “click.”

Sau giai đoạn thuần dưỡng, 660 con tôm ở giữa chu kỳ lột xác, có cơ thể nguyên vẹn và hoạt động bình thường, được chọn ngẫu nhiên và phân bổ vào 11 bể (216 lít), mật độ 60 con/bể. Thí nghiệm gồm ba nhóm độc lập, mỗi nhóm ứng với một yếu tố môi trường nêu trên.

Âm thanh bắt mồi của tôm trong các điều kiện khác nhau được ghi lại bằng hệ thống thủy âm trang bị hydrophone thương mại (Soundtrap 300 STD, Ocean Instruments, New Zealand) (Hình 1A).

Kết quả và thảo luận
Nghiên cứu đã phân tích lượng thức ăn tiêu thụ, tín hiệu âm thanh khi bắt mồi và hành vi ăn của tôm dưới các điều kiện nhiệt độ, amoniac và nitrit khác nhau. Kết quả cho thấy nhiệt độ tăng làm gia tăng lượng thức ăn, số lần “click” và mức áp suất âm (SPL). Ngược lại, amoniac và nitrit cao làm giảm lượng ăn và số lần “click” nhưng ít ảnh hưởng đến SPL. Lượng thức ăn và số lần click có mối tương quan ổn định trong mọi điều kiện môi trường.

Số lần click nổi bật như chỉ báo đáng tin cậy hơn SPL để theo dõi trạng thái bắt mồi. Ngoài ra, số lần click và SPL đều giảm dần theo thời gian cho ăn, với đỉnh xuất hiện trong 10 phút đầu, phản ánh giai đoạn bắt mồi mạnh nhất. Do đó, nghiên cứu khuyến nghị tập trung phân tích click ở giai đoạn này và tích hợp tín hiệu âm thanh trong điều kiện môi trường phức tạp để nâng cao độ chính xác của hệ thống cho ăn thông minh.

Trong ao nuôi, nhiệt độ tăng trong khoảng tối ưu giúp tăng tốc độ trao đổi chất, làm tôm ăn nhiều hơn. Kết quả cho thấy khi nhiệt độ tăng, lượng ăn, số click và SPL đều tăng (Hình 3A-C). Thời gian ăn kéo dài, trong khi hành vi tìm kiếm giảm (Hình 4A, B), và tôm tập trung quanh khay thức ăn. Ngược lại, ở 20°C, tôm giảm hoạt động bơi lội và bắt mồi. Hệ số Q10 được tính là 2,12 trong khoảng 26-32°C, nhưng vọt lên 13,82 ở 20-26°C, cho thấy 20°C nằm ngoài vùng tối ưu, khiến hoạt động bắt mồi bị ức chế. Quan sát hành vi cũng xác nhận tôm ở 20°C hầu như không tiếp cận khay thức ăn.

Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc theo dõi nhiệt độ ao. Kết hợp dữ liệu nhiệt độ với PAM cho phép phát triển hệ thống cho ăn thông minh, vừa điều chỉnh lượng thức ăn theo số click, vừa ngăn lãng phí và ô nhiễm nước. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ vượt ngoài ngưỡng tối ưu, cả hành vi ăn và tăng trưởng đều suy giảm.

Khác với oxy hòa tan và độ mặn thường ổn định, amoniac và nitrit biến động liên tục do phân hủy thức ăn, gây khó khăn cho quản lý. Khi nồng độ hai hợp chất này tăng, lượng ăn giảm (Hình 3D, G), thời gian tìm kiếm và nghỉ ngơi tăng, trong khi thời gian ăn thực sự giảm (Hình 4C-F). Số click (Hình 3E, F) và SPL (Hình 3H, I) cũng giảm, phản ánh sự ức chế hành vi ăn. Quan sát đường di chuyển cho thấy tôm ở môi trường nhiều nitơ thường đứng yên, ít tiếp cận khay thức ăn. Nguyên nhân có thể do tổn thương mang làm giảm khả năng vận chuyển oxy, buộc tôm giảm tiêu thụ thức ăn để tiết kiệm năng lượng, cơ chế tương tự từng được ghi nhận ở cá chép.

Nếu bỏ qua tác động của nitơ vô cơ, người nuôi dễ chậm điều chỉnh khẩu phần, gây thừa thức ăn, làm nồng độ amoniac và nitrit càng tăng, dẫn đến vòng luẩn quẩn: ô nhiễm – tôm ăn kém – môi trường xấu thêm. Vì vậy, hệ thống PAM cần tích hợp nồng độ amoniac và nitrit như thông tin cốt lõi, có khả năng cảnh báo và tự động giảm lượng thức ăn khi nitơ tăng cao.

Thực tế, các yếu tố môi trường không tồn tại đơn lẻ mà tương tác cộng hưởng, làm phức tạp thêm quản lý cho ăn. Tóm lại, số lần “click” luôn có tương quan chặt chẽ với lượng thức ăn, là chỉ báo chính xác về hành vi bắt mồi. Trong số các yếu tố, nhiệt độ ảnh hưởng mạnh nhất đến lượng ăn, tín hiệu âm thanh và hành vi của tôm, giữ vai trò then chốt trong quản lý cho ăn hiệu quả.

Triển vọng

Nghiên cứu đã ứng dụng PAM để đánh giá tác động của nhiệt độ, amoniac và nitrit đến hành vi ăn và tín hiệu âm thanh của tôm thẻ chân trắng. Kết quả cho thấy số lần click có mối tương quan chặt với lượng thức ăn tiêu thụ, trong đó nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất. Nhiệt độ cao thúc đẩy hoạt động bắt mồi và cường độ tín hiệu âm thanh, trong khi nồng độ amoniac và nitrit cao lại ức chế cả hai.

Đây là công trình đầu tiên định lượng tác động môi trường đến tín hiệu âm thanh bắt mồi của tôm thẻ, đồng thời chứng minh tính khả thi của PAM trong giám sát hành vi ăn dưới nhiều điều kiện khác nhau. Phát hiện này nhấn mạnh nhu cầu tích hợp giám sát môi trường vào hệ thống cho ăn thông minh, tạo nền tảng cho công nghệ cho ăn chính xác và nâng cao hiệu quả nuôi trồng thủy sản.

Tuấn Minh

Theo GAA