Sự đa dạng của hệ sinh thái thủy vực
CHƯƠNG 1
SỰ ĐA DẠNG CỦA HỆ SINH THÁI THỦY VỰC
1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MÔI TRƯỜNG
Bao quanh hành tinh trái đất gồm:
- Địa quyển hay thạch quyển (Lithoshpere):
- Thủy quyển (Hydrosphere)
- Khí quyển (Atmosphere)
- Sinh quyển (Bioshphere)
Bề mặt trái đất gồm 30% là lục địa và 70% là mặt biển.
Địa quyển (lithosphere): môi trường đất bao gồm vỏ trái đất, thành phần hóa học của
đất ảnh hưởng cơ bản đến cuộc sống của con người và sự duy trì đời sống hoang dã.
Thủy quyển (hydrosphere) là môi trường nước bao gồm tất cả phần nước trên trái đất
như nước đại dương, sông, hồ, suối, nước ngầm, băng tuyết, hơi nước trong đất và
trong không khí... Thủy quyển đóng vai trò không thể thiếu được trong việc duy trì sự
sống của sinh vật và cân bằng khí hậu toàn cầu.
Khí quyển (atmossphere): là lớp không khí bao quanh trái đất và đóng vai trò quan
trọng trong việc duy trì sự sống và quyết định đến tính chất khí hậu, thời tiết của trái
đất
Sinh quy ể n (biosphere): là các phần của môi trường vật lý có tồn tại sự sống bao gồm
phần lớn thủy quyển, phần dưới của khí quyển và phần trên của địa quyển (Hình 1-1
và Bảng 1-1). Những yếu tố môi trường cần thiết cho sự sống gồm: năng lượng, nước,
khí và chất khoáng.
Hình 1-1. Thành phần tự nhiên của hệ thống
1
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
Hình 1-1. Các thông số môi trường và chức năng tự nhiên
1. Khí quyển
Thành phần hóa học, ô nhiễm
Hạt bụi
Ẩm độ
Lượng mưa/bốc hơi
Mây
Bức xạ mặt trời
Nhiệt độ
Tần suất và cường độ gió
2. Thủy quyển
Thể tích nước bề mặt và nước ngầm
Chất lượng nước
Nước sông
Tiềm năng thủy năng lượng
Đặc điểm thủy triều
Sóng
3. Địa quyển
Địa mạo
Địa hình
Kiểu đá và cấu trúc
Phong hóa, xói lở
Lắng tụ phù sa
Cấu trúc địa chất
Địa vật lý
Độ sâu tần đất
Độ hạt và cấu trúc
Thành phần khoáng chất
Thành phần sinh học
Thành phần hóa học
Vật chất hữu cơ, hàm lượng mùn, rác
Ẩm độ
Địa chất
Đặc tính nền móng
Kiến tạo địa chất và đặc trưng địa vật lý
Địa chấn
Đặc trưng địa chất
2 HỆ SINH THÁI
2.1 Hệ sinh thái nước ngọt
4. Sinh quyển
Thực vật:
Độ cao, mật độ, cấu trúc và tính đa dạng
(hỗn tạp)
Giai đoạn sinh trưởng
Sinh khối, Chlorophyl-a
Độ che phủ, chỉ số diện tích lá
Sự thoát hơi nước, hiệu quả sử dụng
nước
Hệ thống rễ và sử dụng dinh dưỡng
Hệ thực, động vật:
Thành phần loài và tính đa dạng
Kích thước quần thể (độ lớn)
Khả năng tồn tại/mất đi của quần thể
Động thái của quần thể
Sự phân tán/di cư
Các chức năng đặc trưng như giá trị dinh
dưỡng, đặc tính sinh hóa, vai trò chỉ thị
sinh học...
Đời sống quần xã:
Sinh khối, quang hợp
Tiêu thụ và hô hấp
Phân hủy
Quan hệ dinh dưỡng (chuỗi thức ăn)
Chu trình carbon và dinh dưỡng
Bioturbation
5. Các thông số hệ sinh thái
Tính tự nhiên, tính toàn vẹn và giá trị di
sản
Tính khác thường, tính rõ ràng
Tính đa dạng, tính phong phú
Khả năng tích lũy và tính bất ổn
Sự phục hồi và thay thế
Giá trị thông tin, liên quan đến tự nhiên,
phong cảnh và văn hóa
Vùng sinh thái nước ngọt có giới hạn của nồng độ muối hòa tan nhỏ hơn 0,5‰. Đây
là vùng nước thiên nhiên xa biển dưới các loại hình thủy vực khác nhau như: sông,
suối, hồ, ao, ruộng lúa... Đặc tính chung là trong nước có ít thành phần muối Na , Cl ,
SO ; nhiều thành phần muối Ca , HCO , CO .
2
+ -
2- 2+ - 2-
3 4 3
Sự đa dạng của hệ sinh thái thủy vực
2.1.1 Sơ lược thành phần hóa học của nước sông
Sông là loại hình thủy vực nước chảy tiêu biểu nên hàm lượng oxy hòa tan trong nước
sông thường cao, ở những đoạn chảy siết, hàm lượng oxy hòa tan có thể lên đến bão
hòa. pH tương đối ổn định, dao động trong khoảng 6-8. Nhìn chung hàm lượng các
muối dinh dưỡng và vật chất hữu cơ trong nước sông thường nghèo nàn. Hàm lượng
TAN (tổng đạm amôn) ít khi vượt quá 0,1 ppm. Hàm lượng NO ít khi vượt quá 0,02
ppm có khi chỉ có lượng vết. Vì hàm lượng oxy cao nên dạng đạm này dễ dàng bị oxy
hóa thành dạng đạm nitrate (NO ). Hàm lượng NO thường gặp trong khoảng 0,1-
0,5ppm. Hàm lượng dạng này trong nước sông thường thay đổi theo mùa: mùa hạ,
thực vật phù du phát triển mạnh - quá trình quang hợp của chúng hấp thu nhiều NO
làm hàm lượng muối này trong thủy vực giảm xuống đáng kể có khi bằng 0; vào mùa
thu hàm lượng muối này tăng lên hẳn và đạt cực đại ở mùa đông và sang mùa xuân
-
2
- -
3 3
3 -
bắt đầu giảm xuống. Hàm lượng PO 3-
4 dao động trong khoảng 0,03-0,1 ppm và cũng
dao động theo mùa, vào mùa nước lũ hàm lượng PO
vào thủy vực. Hàm lượng SiO 2-
3
3-
4 thường cao do nước mưa mang
dao động trong khoảng 2-10 mg/L. Hàm lượng muối
sắt hòa tan trong nước sông thường rất thấp vì hàm lượng oxy hòa tan cao, các muối
hòa tan của sắt dễ dàng bị oxy hóa thành dạng keo Fe(OH)3 không hòa tan. Tuy
nhiên, hàm lượng sắt tổng sẽ cao đối với những vùng chịu ảnh hưởng của đất phèn
(Vùng Đồng Băng Sông Cửu Long). COD của nước sông thường rất thấp chỉ dao
động trong khoảng 2-5mg/L. Thành phần trung bình của các ion khác trong nước sông
được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1-2: Thành phần trung bình của các ion chính trong nước sông ở các lục địa
khác nhau.
Hàm lượng ion (mg/L)
Lục địa
Châu Á
Châu Phi
Bắc Mỹ
Châu Âu
Châu Úc
Na + Ca 2+ K
+ HCO - -
3 SO4 2-
5,6
3,8
5,0
5,6
2,7
18,4
12,5
21,0
31,1
3,9
2+
Mg
9,3
11,0
9,0
5,5
2,9
2,3
-
1,4
1,7
1,4
79,0
43,0
68,0
95,0
31,6
8,4
13,5
20,0
24,0
2,0
-
Cl
8,7
12,1
8,0
6,9
10,0
NO2
0,7
0,8
1,0
3,7
0,05
Lượng oxy hòa tan trong nước lớn, CO2 tự do ít, vật chất hữu cơ trong nước sông
thấp, độ pH thuộc loại trung bình, dao động từ 6.9 - 7.2. Nhìn chung, thành phần hóa
học của nước giữa các khúc trong một dòng sông thì không hoàn toàn giống nhau, nó
phụ thuộc vào vị trí địa lý của từng khúc sông và nguồn bổ sung.
3
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
2.1.2 Sơ lược thành phần của nước ao
Ao là loại hình thủy vực nước đứng, nhỏ, nông, được hình thành chủ yếu là do các
nguyên nhân nhân tạo. Nhìn chung những tính chất vật lý, thành phần hóa học của
nước trong ao biến động lớn. Mức độ biến động của các yếu tố phụ thuộc vào độ lớn
của thủy vực và phụ thuộc vào chế độ chăm sóc của con người.
- Hàm lượng oxy hòa tan trong nước biến động lớn theo ngày đêm, mức độ biến
động tùy theo hàm lượng vật chất dinh dưỡng trong ao.
- pH dao động từ 6-9,5 tùy theo mật độ của tảo trong ao
- Hàm lượng các muối dinh dưỡng thường phong phú hơn nước sông do sự
chăm sóc bón phân của con người.
- Hàm lượng TAN dao động trong khoảng 0,1-1,0 mg/L; NO dao động trong
khoảng 0,7-1,0 ppm, ở những ao giàu dinh dưỡng có thể lên tới vài mg/L.
- COD có thể đạt đến 30 mg/L.
2.2 Hệ sinh thái nước lợ
Vùng sinh thái nước lợ có giới hạn nồng độ muối hòa tan từ 1-30‰, bao gồm các
vùng ven cửa sông, ven biển hoặc có khi cả vùng biển bị nước trong lục địa tràn ra
làm nhạt nồng độ muối đi. Đây là vùng sinh thái có đặc tính thủy lý hóa và thủy sinh
vật rất phức tạp và đặc sắc. Nồng độ muối trong các thủy vực ở vùng sinh thái nước lợ
rất không ổn định, luôn luôn thay đổi theo mùa, mùa mưa giảm và tăng dần trong mùa
khô. Tùy thuộc vào nồng độ muối hòa tan mà phân chia thành các vùng sinh thái khác
nhau: vùng sinh thái nước lợ nhạt có nồng độ muối từ 1-5‰, vùng sinh thái nước lợ
vừa giới hạn nồng độ muối từ 5-18‰, vùng sinh thái nước lợ mặn có giới hạn nồng
độ muối từ 18-30‰. Nhìn chung, thành phần hóa học của nước trong vùng sinh thái
nước lợ rất phức tạp, vừa mang đặc tính của vùng sinh thái nước ngọt, vừa mang đặc
tính của vùng sinh thái nước mặn.
2.3 Hệ sinh thái nước mặn
Vùng sinh thái nước mặn bao gồm biển và đại dương. Nước biển là nước thiên nhiên
rất đặc biệt, có thành phần hóa học rất phức tạp. Hiện nay, đã phát hiện có tất cả 60
nguyên tố hòa tan trong nước biển và phần lớn tồn tại dưới dạng ion, những ion này
có biến đổi theo sự khác nhau của những điều kiện lý, hóa, sinh học và địa chất của
vùng biển. Trong nước biển, ngoài thành phần hóa học phức tạp ra còn có sinh vật,
những thể hữu cơ này rất cần nhiều thành phần hóa học để sống và khi sinh vật chết đi
sẽ trả lại thành phần hóa học trong cơ thể của chúng vào trong nước biển. Vì vậy nước
biển không chỉ là thành phần hóa học phức tạp mà còn là thể tổng hợp của thể hữu cơ.
Thành phần hóa học của nước biển có những đặc tính sau đây:
Tất cả nước biển đều có thành phần muối hòa tan phong phú, trừ những vùng biển đặc
biệt, nói chung là có nồng độ muối tương đối ổn định, khoảng 35‰.
4
-
3
Sự đa dạng của hệ sinh thái thủy vực
Thành phần hóa học của tất cả nước biển đều giống nhau và thành phần tương đối ổn
định, trong đó ion Cl chiếm 55,25%, ion Na chiếm 30,63%, ion SO 4
muối cacbonate chiếm 0,3% tổng số các ion hòa tan, các muối của N, P, Si và vật chất
hữu cơ chiếm khoảng 0,3 %.
Thành phần ion của tất cả nước biển hầu như không biến đổi theo thời gian và không
gian. Trong nước biển có các nguyên tố: Cl, Na, Mg, S, Ca, K, Br, C, Sr, B, F, Si, N,
Al, Rb, Li, P, Ba,I As, Fe, Mn, Cu, Zn, Pb, Se, Cs, V, Mo, Th, Ce, Ag, La, Y, Ni, Sc,
Hg, Au, Ro, Cd, Co, Sn, O, H, Ar, He, Ne,...11 nguyên tố đầu là những nguyên tố chủ
yếu trong thành phần nước biển và hàm lượng trung bình của chúng được trình bày ở
bảng sau:
Bảng 1-3: Thành phần trung bình của các ion chính trong nước biển (khi nồng độ
muối 35%o)
- + 2- chiếm 7,74%,
Ion (g/kg)
Na
Ion (g/kg)
-
Cl
SO 2-
4
Mg
Ca
K
+
2+
+
2+
Sr 2+
Nồng độ
10,722
1,297
0,408
0,382
0,0138
HCO
CO
Br
-
F
-
-
3
2-
3
Nồng độ
19,337
2,708
0,097
0,006
0,06
0,011
Ở tầng nước mặt của biển và đại dương tương đối giàu oxy: do sự xáo trộn mạnh của
sóng làm oxy khuếch tán từ không khí vào nước dễ dàng. Ở tầng đáy các biển, hàm
lượng oxy hòa tan rất thấp vì quá trình đối lưu thẳng đứng yếu không bao quát được
toàn bộ khối nước, ở độ sâu 200-1000m hàm lượng oxy hòa tan gần như bằng 0.
Hàm lượng TAN ở vùng khơi đại dương đạt 0,03 mg/L, vùng ven bờ có thể lên tới
0,2 mg/L hay lớn hơn. Hàm lượng NO cũng rất thấp. Hàm lượng PO
3
nitrate khoảng 10 lần, ở tầng nước mặt hàm lượng PO 3-
4
- 3-
4 ít hơn muối
không vượt quá 0.02 ppm. Ở
dưới sâu hàm lượng các muối hòa tan của nitơ, phosphor nhiều hơn trên tầng mặt tới
hàng chục hay hàng trăm lần. Do đó, ở đâu có sự xáo trộn nước từ tầng đáy lên mạnh
thì ở đó sinh vật sẽ phát triển mạnh mẽ, còn nơi không có sự xáo trộn nước thì sinh
vật nơi đó rất nghèo nàn.
Hàm lượng các muối hòa tan của sắt trong nước biển thường rất thấp, thấp hơn hàng
trăm lần so với hàm lượng sắt trong các thủy vực nước ngọt.
5