Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Nuôi trồng thủy sản là lĩnh vực phát triển nhanh nhất trong nông nghiệp trong vài thập kỷ qua. Kể từ năm 2013, sản lượng nuôi trồng thủy sản đã vượt qua sản lượng đánh bắt tự nhiên. Nó đóng góp đáng kể nguồn protein chất lượng cao cho con người. Tuy nhiên, nuôi trồng thủy sản truyền thống đang đối mặt với những thách thức nghiêm trọng. Nguồn cá tự nhiên trên thế giới đang cạn kiệt nhanh chóng, khiến nuôi trồng thủy sản trở thành cách duy nhất để đảm bảo đủ hải sản cho thế giới. Các thách thức khác bao gồm số lượng loài được cải thiện còn hạn chế, tính thâm dụng lao động, ô nhiễm môi trường, dịch bệnh và thiếu khả năng truy xuất nguồn gốc sản phẩm. Để đáp ứng nhu cầu hải sản ngày càng tăng của dân số đông hơn và giải quyết các thách thức hiện tại, ngành nuôi trồng thủy sản cần các công nghệ mang tính đột phá để tăng sản lượng và đảm bảo sự phát triển bền vững và lợi nhuận.
 

Hình 1. Các công nghệ đã được áp dụng trong nuôi trồng thủy sản, góp phần làm tăng nhanh sản lượng thủy sản trong 50 năm qua. (A) Nhiều công nghệ (từ 1–10) đã được áp dụng vào các thành phần khác nhau (B) của hệ thống nuôi để nâng cao hiệu quả sản xuất.

Các công nghệ mới nổi và mang tính đột phá được giới thiệu có thể cung cấp giải pháp cho nuôi trồng thủy sản bền vững và có lợi nhuận bao gồm:

1. Công nghệ phân tử mới cho cải thiện di truyền: Cải thiện di truyền thông qua chọn giống là yếu tố then chốt cho sự bùng nổ của nuôi trồng thủy sản thế giới. Chọn giống truyền thống đã đóng vai trò quan trọng và sẽ tiếp tục thúc đẩy ngành.
- Chọn giống có hỗ trợ chỉ thị phân tử (MAS) đã được áp dụng để cải thiện khả năng kháng bệnh và sản xuất đơn tính.
- Chọn giống bộ gen (GS) là một phương pháp chọn giống phân tử mới sử dụng nhiều chỉ thị để dự đoán hiệu suất, mang lại dự đoán chính xác hơn về giá trị giống. Nó đang được áp dụng rộng rãi để tối ưu hóa chọn giống và đẩy nhanh cải thiện di truyền.
- Chỉnh sửa bộ gen (GE) sử dụng CRISPR/Cas có khả năng đẩy nhanh cải thiện di truyền của các loài thủy sản khi biết các gen cần chỉnh sửa. GE cho phép đưa nhanh các alen thuận lợi vào bộ gen, tăng tần số các alen mong muốn và tạo ra các alen mới. Các loài thủy sản đặc biệt phù hợp với GE do khả năng sinh sản cao và thụ tinh ngoài.
- Những tiến bộ trong GS và GE sẵn sàng định hình lại ngành nuôi trồng thủy sản bằng cách giúp cải thiện các đặc điểm quan trọng về kinh tế. Tuy nhiên, việc tìm ra các gen phù hợp để chỉnh sửa là một vấn đề quan trọng. Người tiêu dùng cần hiểu lợi ích và rủi ro, và cần có các tiêu chí pháp lý để đánh giá các sinh vật được chỉnh sửa gen trước khi phát hành thương mại.

2. Công nghệ thông tin/số: Các công nghệ này có sức mạnh cách mạng hóa ngành nuôi trồng thủy sản.
- Robot có thể thực hiện các công việc tốn nhiều công sức và rủi ro như cho ăn, làm sạch ao/lưới, giám sát hành vi và loại bỏ cá bệnh. Robot có thể giúp nuôi trồng thủy sản có lợi nhuận hơn vì chúng làm việc liên tục và giảm nhu cầu lao động con người. Tuy nhiên, nuôi trồng thủy sản hoàn toàn tự động vẫn chưa thể thực hiện được trong ngắn hạn.
- Drone có thể giám sát các trang trại cá trên đất liền và trên biển, thu thập thông tin khó thu thập bằng con người. Drone kết hợp với AI và điện toán đám mây sẽ cắt giảm chi phí và cải thiện hoạt động.
- Cảm biến được sử dụng để thu thập các thông số nước (như oxy hòa tan, pH, độ mặn, độ đục, chất ô nhiễm), theo dõi tình trạng cho ăn và sức khỏe của cá. Cảm biến kết hợp với quản lý đám mây và kết nối di động sẽ duy trì môi trường lý tưởng và cung cấp thức ăn tối ưu.
- Trí tuệ nhân tạo (AI) giúp đưa ra quyết định nhanh chóng và chính xác từ lượng dữ liệu lớn do robot, drone và cảm biến thu thập. AI có thể làm cho nuôi trồng thủy sản ít thâm dụng lao động hơn, quản lý chất thải đầu vào và giảm chi phí sản xuất tới 30%. Giới hạn của AI là lượng dữ liệu có sẵn còn hạn chế, do đó việc chia sẻ dữ liệu giữa các trang trại và công ty là rất quan trọng.
- Thực tế tăng cường (AR) tăng cường trải nghiệm thế giới thực bằng thông tin do máy tính tạo ra. AR có thể giảm chi phí, tiết kiệm thời gian và tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động của drone và robot dưới nước. AR đã được sử dụng để tăng hiệu quả sản xuất tại hiện trường, giám sát và phân tích tỷ lệ tử vong, tình trạng sức khỏe, và đo các thông số nước. AR cũng có thể hỗ trợ giáo dục và đào tạo. Khả năng chi trả là một vấn đề quan trọng đối với các trang trại nhỏ khi sử dụng công nghệ này.
- Thực tế ảo (VR) có thể chuyển đổi các tình huống môi trường thành giao diện kỹ thuật số. VR có tiềm năng ứng dụng trong giảng dạy, giáo dục và tư vấn trong ngành nuôi trồng thủy sản.
- Công nghệ in 3D cho phép sản xuất vật thể rắn 3D từ tệp kỹ thuật số. Ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản còn ở giai đoạn sơ khai, bao gồm in hệ thống thủy canh và robot cá. Các thách thức bao gồm chi phí thiết bị và sản xuất cao, yêu cầu xử lý hậu kỳ và vật liệu còn hạn chế.
- Blockchain là công cụ truy xuất nguồn gốc đáng tin cậy. Nó cho phép số hóa chuỗi cung ứng, truy xuất nguồn gốc đầy đủ từ trang trại đến người tiêu dùng. Blockchain có thể thu thập, chia sẻ và phân tích an toàn các bộ dữ liệu khổng lồ từ các bộ phận khác nhau của ngành, giải quyết các vấn đề liên quan đến chi phí truy xuất nguồn gốc, gian lận thực phẩm, lãng phí thực phẩm và các bệnh liên quan đến thực phẩm. Đầu tư ban đầu có thể tốn kém hàng triệu đô la.
- Giám sát tự động (IoT) kết nối các bộ phận khác nhau của ngành nuôi trồng thủy sản. IoT có thể kết nối dữ liệu lớn trên toàn ngành, cho phép giám sát thời gian thực điều kiện môi trường, quản lý môi trường tốt hơn, và tạo ra các mô hình dự đoán để đưa ra quyết định chính xác hơn. Tuy nhiên, việc áp dụng IoT tại các địa điểm nuôi trồng thủy sản xa xôi trên biển vẫn là một thách thức thực tế.
 
3. Nuôi trồng ngoài khơi: Đây là một phương pháp nuôi cá biển thương phẩm mới nổi. Nuôi trồng ngoài khơi được coi là một trong những phương tiện quan trọng để đảm bảo nguồn cung cấp hải sản đủ và ổn định, giảm thiểu tác động tiêu cực của nuôi trồng thủy sản biển truyền thống lên môi trường đại dương. Các địa điểm ngoài khơi cung cấp đủ không gian biển và chất lượng nước thường tốt. Tuy nhiên, nuôi trồng ngoài khơi vẫn còn ở giai đoạn sơ khai. Nó đòi hỏi đầu tư lớn. Vẫn chưa có đủ nghiên cứu về tác động và hậu quả của nuôi trồng ngoài khơi đối với an ninh hải sản và môi trường biển. Có ý kiến cho rằng nuôi cá trên biển sẽ không nuôi sống được thế giới.

4. Hệ thống nuôi trồng tuần hoàn (RAS) và năng lượng tái tạo: RAS là hệ thống nuôi cá trong bể dưới điều kiện được kiểm soát. Ưu điểm chính của RAS bao gồm sử dụng ít nước hơn, an ninh sinh học và năng suất cao. Các thách thức chính bao gồm kiến thức chưa đủ, yêu cầu năng lượng cao, đầu tư ban đầu lớn và khó loại bỏ mầm bệnh. Sử dụng năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió có thể giúp giảm chi phí hoạt động của RAS. Với kiến thức và công nghệ hiện tại, RAS chủ yếu có lợi nhuận khi nuôi các loài có giá trị cao.
 
5. Protein và dầu thay thế: Nhu cầu thức ăn cho cá, đặc biệt là cá biển, phụ thuộc nhiều vào bột cá và dầu cá, sản phẩm từ cá mồi hoang dã. Để thay thế bột cá và dầu cá, các nguồn thay thế đã được nghiên cứu rộng rãi. Các nguồn thay thế tiềm năng cho bột cá bao gồm protein thực vật (như đậu nành), protein từ tảo micro và macro, protein từ côn trùng (như ruồi lính đen) và protein đơn bào (SCP). Dầu thực vật như dầu cọ và dầu hạt cải có triển vọng thay thế dầu cá. Những vấn đề quan trọng cần xem xét là chi phí, năng lực sản xuất và tính nhất quán của nguồn cung.

6. Vắc xin uống chống dịch bệnh: Dịch bệnh là một thách thức lớn gây thiệt hại kinh tế hàng năm. Tiêm phòng là biện pháp hiệu quả để ngăn ngừa bệnh do vi khuẩn và vi rút. Vắc xin uống là một giải pháp thay thế cho việc tiêm thủ công tốn nhiều công sức, giảm thiểu việc xử lý và tổn thương cá. Tuy nhiên, việc phát triển vắc xin uống hiệu quả vẫn còn rất thách thức, bao gồm việc giữ vắc xin hoạt động trong nước và vượt qua môi trường tiêu hóa khắc nghiệt. Hiện tại, dường như chưa có vắc xin uống hiệu quả nào có sẵn trong ngành nuôi trồng thủy sản.

Tóm lại, mặc dù ngành nuôi trồng thủy sản chậm hơn các ngành khác trong việc áp dụng công nghệ mới, nhưng những tiến bộ gần đây mang đến cơ hội cho sự phát triển bền vững và có lợi nhuận. Có khoảng cách lớn giữa sự sẵn có của các công nghệ mới và đột phá với ứng dụng thực tế. Việc tích hợp các công nghệ khác nhau vào các hệ thống nuôi trồng thủy sản là một quá trình phức tạp. Nó đòi hỏi sự kết hợp của nhiều loại thiết bị và hệ thống, và cần thiết lập một tiêu chuẩn thống nhất cho thiết kế thông số của các cơ sở nuôi trồng thủy sản. Điều này khiến việc tích hợp này trở nên khó khăn đối với một nông dân hoặc công ty nuôi trồng thủy sản đơn lẻ. Do đó, cần có sự hợp tác giữa nông dân, nhà khoa học, kỹ sư, nhà phát triển phần mềm và nhà kinh tế để tích hợp hiệu quả các công nghệ này. Các công nghệ mới nổi và đột phá chắc chắn sẽ làm cho ngành nuôi trồng thủy sản hiệu quả hơn về tài nguyên và năng lượng, tạo cơ hội kinh doanh và việc làm. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng một số công nghệ này có thể tạo ra rào cản cho các nông dân quy mô nhỏ/gia đình không có đủ nguồn tài chính để áp dụng chúng. Điều cần thiết là đảm bảo quản lý hiệu quả để các công nghệ mới nổi được sử dụng để cải thiện chứ không phải làm suy yếu tính bền vững của nuôi trồng thủy sản.

Nguồn: 
(Bài viết được tóm tắt và dịch từ bài báo gốc: Yue, K., & Shen, Y. (2022). An overview of disruptive technologies for aquaculture. Aquaculture and Fisheries, 7(2), 111–120. https://doi.org/10.1016/j.aaf.2021.04.009)