Giáo trình Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản

Chia sẻ: Nguyen Khanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:212

Thêm vào BST

Báo xấu

776
lượt xem 183
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản" được soạn thảo nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến thức về đặc tính của các hệ sinh thái thủy vực, ý nghĩa sinh học của các yếu tố chất lượng nước và những yêu cầu cơ bản cho việc quản lý chất lượng nước cho đời sống của thủy sinh vật.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản

LỜI TỰA Quản lý chất lượng nước là một khâu vô cùng quan trọng và có ý nghĩa quyết định đến sự thành công trong nuôi trồng thủy sản, đặc biệt đối với các mô hình nuôi thâm canh. Trong mô hình sản xuất này, một lượng lớn vật chất dinh dưỡng được đưa vào ao nuôi thông qua con đường cung cấp thức ăn cho tôm cá, thức ăn thừa sẽ tích tụ trong ao và sẽ làm cho chất lượng nước xấu dần về cuối vụ nuôi. Hơn nữa trong mô hình nuôi thâm canh mật độ tôm cá rất cao, lượng chất thải của tôm cá cũng góp phần làm cho chất lượng nước xấu đi làm ảnh hưởng đến sức khỏe tôm cá và có thể làm tăng nguy cơ dịch bệnh phát sinh trong ao nuôi. Giáo trình "Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản" được soạn thảo nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến thức về đặc tính của các hệ sinh thái thủy vực, ý nghĩa sinh học của các yếu tố chất lượng nước và những yêu cầu cơ bản cho việc quản lý chất lượng nước cho đời sống của thủy sinh vật. Giáo trình này bao gồm những nội dung cần thiết cho sinh viên có liên quan đến chuyên môn về quản lý tài nguyên thủy sinh vật và kỹ thuật nuôi thủy sản. Tài liệu này được soạn thảo dựa trên nền tảng của giáo trình "Aquatic Ecosystems and Water Quality Management" của Giáo sư C. Kwei Lin và Tiến sĩ Yang Yi của Viện Công Nghệ Á Châu (AIT). Trong quá trình soạn thảo chúng tôi có sử dụng các hình ảnh và tư liệu từ giáo trình của hai tác giả trên. Tuy nhiên, chúng tôi cũng có thay đổi một số nội dung cho phù hợp với điều kiện Việt Nam. Hy vọng tài liệu này sẽ giúp ích cho sinh viên ngành Nuôi trồng thủy sản, Quản lý tài nguyên thủy sinh vật trong công tác của mình sau khi ra trường và giúp ích cho độc giả trong quá trình sản xuất. Các tác giả x
MỤC LỤC CHƯƠNG 1. SỰ ĐA DẠNG CỦA HỆ SINH THÁI THỦY VỰC...............................1 1 CÁC THÀNH PHẤN CỦA MÔI TRƯỜNG ...............................................................1 2 HỆ SINH THÁI ...................................................................................................2 2.1 Hệ sinh thái nước ngọt .....................................................................................2 2.1.1 Sơ lược thành phần hóa học của nước sông......................................................3 2.1.2 Sơ lược thành phần của nước ao......................................................................4 2.2 Hệ sinh thái nước lợ .........................................................................................4 2.3 Hệ sinh thái nước mặn......................................................................................4 2.3.1 Hệ sinh thái đất ngập nước..............................................................................6 2.3.2 Các thủy vực lớn của thế giới........................................................................11 CHƯƠNG 2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA MÔI TRƯỜNG NƯỚC..........................13 1 ÁNH SÁNG VÀ MÔI TRƯỜNG NƯỚC .................................................................13 1.1 Phân phối năng lượng mặt trời........................................................................13 1.2 Sự xâm nhập của ánh sáng vào cột nước .........................................................13 1.3 Năng lượng nhiệt ...........................................................................................15 1.3.1 Năng lượng nhiệt tích lũy trong một thủy vực ................................................15 1.3.2 Tỉ trọng nước ...............................................................................................16 1.4 Sự phân tầng nhiệt độ.....................................................................................17 1.4.1 Nguyên nhân và quá trình phân tầng..............................................................17 1.4.2 Kiểu phân tầng .............................................................................................17 1.4.3 Hệ quả của sự phân tầng ...............................................................................18 1.4.4 Nguyên nhân và quá trình phá vỡ phân tầng (overturn)...................................18 1.4.5 Hệ quả của sự phá vỡ phân tầng ....................................................................18 1.5 Sự phân chia các vùng trong thủy vực .............................................................19 1.5.1 Theo chiều thẳng đứng .................................................................................19 1.5.2 Ngang..........................................................................................................19 1.6 Chuyển động của nước...................................................................................20 2 ĐỘ ĐỤC, ĐỘ TRONG........................................................................................21 2.1 Tính chất của độ đục, độ trong........................................................................21 2.2 Nguồn gốc độ đục..........................................................................................21 2.3 Ảnh hưởng của độ đục ...................................................................................21 2.4 Kiểm soát và quản lý độ đục...........................................................................22 2.4.1 Quản lý độ đục từ nguồn nước ......................................................................22 2.4.2 Quản lý độ đục bên trong ao .........................................................................22 3 MÀU NƯỚC ....................................................................................................22 i
4 MÙI .............................................................................................................. 23 5 VỊ ................................................................................................................. 23 CHƯƠNG 3. ĐẶC TÍNH HÓA HỌC CỦA MÔI TRƯỜNG NƯỚC.........................24 1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NƯỚC THIÊN NHIÊN ........................................... 24 2 pH .....................................................................................................................................25 2.1 Động thái của ion H+ trong môi trường nước .................................................. 25 2.2 Ý nghĩa sinh thái học của ion H+ trong môi trường nước ................................ 27 2.3 Biện pháp quản lý pH.................................................................................... 28 2.3.1 Biện pháp khắc phục tránh pH thấp .............................................................. 28 2.3.2 Biện pháp khắc phục khi pH cao................................................................... 28 3 CACBON DIOXIDE (CO2) ................................................................................. 29 3.1 Động thái của CO2 trong môi trường nước ..................................................... 29 3.2 Ý nghĩa sinh thái học của CO2 trong môi trường nước ..................................... 32 3.3 Biện pháp tránh tích lũy CO2 gây độc hại trong cá ao nuôi cá........................... 33 4 OXYGEN (O2) ................................................................................................. 34 4.1 Động thái của oxy hòa tan trong môi trường nước........................................... 34 4.2 Ý nghĩa sinh thái học của oxy hòa tan trong môi trường nước.......................... 38 4.3 Biện pháp tránh và khắc phục hiện tượng thiếu oxy trong các ao nuôi cá.......... 39 5 HYDROGEN SULFIDE (H2S) ............................................................................. 39 5.1 Động thái của khí H2S trong môi trường nước................................................ 39 5.2 Ý nghĩa sinh thái học của khí H2S ................................................................... 41 5.3 Biện pháp tránh tích lũy nhiều khí H2S ............................................................ 41 6 METHANE (CH4) ..............................................................................................................42 7 NITROGEN (N) .................................................................................................................42 7.1 Ammonia (NH3) và ammonium (NH4+) ............................................................ 43 7.1.1 Động thái của ammonia va ammonium ......................................................... 43 7.1.2 Ý nghĩa sinh thái học của ammonia và ammonium ........................................ 44 7.1.3 Biện pháp duy trì hàm lượng ammonia thích hợp .......................................... 45 7.2 Nitrite (NO2-) và Nitrate (NO3-) ....................................................................... 45 7.2.1 Nitrite ......................................................................................................... 45 7.2.2 Nitrate......................................................................................................... 47 8 LÂN (PHOSPHORUS) ....................................................................................... 47 9 SILIC.................................................................................................................................49 10 SẮT VÀ MANGAN ...........................................................................................................51 11 CÁC ION THAM GIA QUÁ TRÌNH ĐIỀU HÒA ÁP SUẤT THẨM THẤU .........................52 11.1 Ion sodium (Na+) ........................................................................................... 52 11.2 Ion Potassium (K+)........................................................................................ 52 11.3 Ion Magnesium (Mg2+) .................................................................................. 53 ii
11.4 Ion Calcium (Ca2+).........................................................................................53 11.5 Chloride ( Cl- )...............................................................................................54 CHƯƠNG 4. DẶC TÍNH NỀN ĐÁY AO...................................................................55 1 NGUỒN GỐC BÙN AO/PHÙ SA TRONG AO ĐẤT..................................................55 2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ LẮNG TỤ.............................................56 3 ĐIỆN THẾ OXY HOÁ KHỬ (REDOX) ..................................................................57 4 VẬT CHẤT HỮU CƠ TRONG BÙN......................................................................58 5 SỰ PHÂN HỦY CỦA VẬT CHẤT HỮU CƠ ...........................................................59 6 ĐẤT ĐÁY AO ..................................................................................................59 6.1 Kết cấu đất ....................................................................................................59 6.2 Đất phèn (Acid Sulfat Soil) ............................................................................62 6.2.1 Trao đổi acid trong bùn.................................................................................62 6.2.2 Đất phèn ......................................................................................................64 CHƯƠNG 5. DINH DƯỠNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC...........................67 1 THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG TRONG THỰC VẬT Ở BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT............67 2 NGUỒN VÀ QUÁ TRÌNH CUNG CẤP DINH DƯỠNG CHO MÔI TRƯỜNG NƯỚC ......67 3 CHU TRÌNH DINH DƯỠNG TRONG THỦY VỰC ...................................................68 3.1 Chu trình carbon ............................................................................................68 3.1.1 Quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ trong thủy vực ..................................68 3.1.2 Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong thủy vực .................................69 3.2 Chu trình nitrogen..........................................................................................71 3.2.1 Quá trình cố định nitơ phân tử.......................................................................71 3.2.2 Quá trình amôn hóa ......................................................................................72 3.2.3 Quá trình nitrate hóa và phản nitrate hóa........................................................72 3.2.4 Chu trình Nitrogen........................................................................................73 3.3 Chu trình phospho..........................................................................................74 3.4 Chu trình lưu huỳnh .......................................................................................76 4 CHU KỲ SINH HỌC VÀ CÁC QUÁ TRÌNH ...........................................................77 4.1 Hệ sinh thái (ecosystem) ................................................................................77 4.2 Quần xã sinh vật (community hay biocenosis) .................................................77 4.3 Vùng chuyển tiếp sinh thái .............................................................................78 4.4 Sự phân bố của thủy sinh vật ..........................................................................78 4.4.1 Phân bố thẳng đứng ......................................................................................78 4.4.2 Phân bố theo chiều ngang .............................................................................78 4.5 Sự ổn định .....................................................................................................78 5 BẬC DINH DƯỠNG VÀ CHUỔI/LƯỚI THỨC ĂN .................................................79 5.1 Sinh vật sản xuất (producer) ...........................................................................79 5.2 Sinh vật tiêu thụ (consumer)...........................................................................79 iii
5.3 Sinh vật phân hủy (decomposer) .................................................................... 79 5.4 Chuyển hóa năng lượng................................................................................. 81 5.5 Tháp sinh học................................................................................................ 81 5.6 Hiệu suất quần xã.......................................................................................... 82 5.7 So sánh năng suất sinh học của các hệ sinh thái và loài thực vật khác nhau ...... 83 6 GIÀU DINH DƯỠNG HÓA VÀ NHIỄM BẨN THỦY VỰC ....................................... 84 6.1 Các trạng thái dinh dưỡng.............................................................................. 84 6.2 Tương tác giữa hệ sinh thái trên cạn và dưới nước .......................................... 87 6.3 Ô nhiễm nước ............................................................................................... 88 6.3.1 Nguồn ô nhiễm ............................................................................................ 88 6.3.2 Các dạng ô nhiễm ........................................................................................ 89 6.4 Ô nhiễm hữu cơ và quá trình tự lọc sạch trong thủy vực .................................. 89 6.5 Ảnh hưởng của quá trình giàu dinh dưỡng hóa và ô nhiễm thủy vực ................ 91 CHƯƠNG 6. QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC......................................................93 1 TIÊU CHUẨN CHỌN ĐIỂM, CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ ĐẤT .................................. 93 1.1 Các yếu tố sinh lý học quan trọng trong việc chọn điểm nuôi thủy sản ............ 93 1.1.1 Môi trường sinh học..................................................................................... 93 1.1.2 Các yếu tố về địa điểm ................................................................................. 93 1.1.3 Các yếu tố về đất ......................................................................................... 93 1.1.4 Các yếu tố khí tượng.................................................................................... 94 1.2 Các thông số quan trọng trong việc quản lý chất lượng nước ......................... 94 1.2.1 Các thông số lý học...................................................................................... 94 1.2.2 Các thông số hoá học ................................................................................... 94 1.2.3 Các thông số sinh học .................................................................................. 95 1.3 Tiêu chuẩn về đất và nước để lựa chọn vùng nuôi thích hợp ............................ 96 2 pH thấp và bón vôi ........................................................................................ 98 2.1 Tác dụng của vôi........................................................................................... 98 2.2 Thời gian bón vôi .......................................................................................... 99 2.3 Cơ sở hoá học cho nhu cầu vôi sử dụng.......................................................... 99 2.3.1 Mức độ hiệu quả của vôi .............................................................................. 99 2.3.2 Giá trị trung hoà của vôi..............................................................................100 2.4 Sản xuất vôi và phản ứng của vôi ..................................................................100 2.4.1 Quá trình sản xuất vôi .................................................................................100 2.4.2 Phản ứng của vôi trong ao ...........................................................................101 3 Bón phân .....................................................................................................101 3.1 Mục đích bón phân.......................................................................................101 3.2 Các loại chất dinh dưỡng ..............................................................................101 3.3 Nguồn chất dinh dưỡng ................................................................................101 iv
3.4 Chất dinh dưỡng cơ bản ...............................................................................102 3.5 Phân bón .....................................................................................................103 3.5.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của phân bón ........................................103 3.5.2 Phân bón vô cơ...........................................................................................104 3.5.3 Phân hữu cơ ...............................................................................................105 3.6 Phương pháp bón phân.................................................................................107 3.6.1 Phương pháp bón phân ...............................................................................107 3.6.2 Tỉ lệ và tần số bón phân ..............................................................................108 3.7 Mùi hôi .......................................................................................................108 3.7.1 Hợp chất hoá học gây ra mùi hôi .................................................................109 3.7.2 Vi sinh vật sản sinh ra các hợp chất có mùi hôi: ...........................................109 3.7.3 Điều kiện ảnh hưởng đến sự phát triển của sinh vật tạo ra mùi hôi ................109 3.7.4 Các biện pháp phòng ngừa vấn đề về mùi hôi:` ............................................110 3.7.5 Loại bỏ mùi hôi khỏi cá: ............................................................................. 110 4 SỤC KHÍ VÀ LUÂN CHUYỀN NƯỚC ................................................................110 4.1 Nguyên lý của quá trình sục khí....................................................................110 4.1.1 Mục đích....................................................................................................110 4.1.2 Cơ chế chủ yếu của quá trình sục khí...........................................................110 4.1.3 Phương pháp kiểm tra máy sục khí cơ học ...................................................110 4.2 Loại và hiệu quả máy sục khí........................................................................113 4.2.1 Sục khí tự chảy...........................................................................................113 4.2.2 Sục khí bề mặt............................................................................................118 4.2.3 Sục khí khuếch tán .....................................................................................120 4.3 Luân chuyển và xáo trộn nước......................................................................122 5 XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG NƯỚC......................................................................125 5.1 Xử lý và tái sử dụng nước.............................................................................125 5.2 Hệ thống tuần hoàn ......................................................................................126 5.2.1 Loại thải chất rắn lơ lửng ............................................................................126 5.2.2 Loại thải chất hữu cơ hoà tan ......................................................................128 5.2.3 Lọc sinh học...............................................................................................131 6 KHỬ TRÙNG .................................................................................................134 6.1 Khử trùng bằng chlorine...............................................................................134 6.2 Khử trùng bằng tia cục tím (UV) ..................................................................137 CHƯƠNG 7. PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG NƯỚC.................................................139 1 ỨNG DỤNG THUYẾT PHÂN TỬ UV–VIS TRONG PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC .............................................................................................139 1.1 Sơ lược lịch sử nghiên cứu về quang phổ ......................................................139 1.2 Đại cương về quang phổ...............................................................................140 1.2.1 Các đại lượng đo bức xạ điện từ ..................................................................141 v
1.2.2 Các dạng bức xạ .........................................................................................141 1.2.3 Sự tương tác giữa vật chất và bức xạ điện từ ................................................142 1.2.4 Sự hấp thụ bức xạ và màu sắc của các chất...................................................143 1.2.5 Định luật Lambert – Beer............................................................................145 1.2.6 Nguyên lý cấu tạo của máy quang phổ .........................................................148 1.3 Sử dụng phương pháp trắc quang trong định lượng hóa học............................149 1.3.1 Phương pháp so sánh ..................................................................................150 1.3.2 Phương pháp thêm chuẩn ............................................................................150 1.3.3 Phương pháp đường chuẩn..........................................................................152 1.4 Độ chính xác trong phương pháp trắc quang: .................................................153 1.5 Một số ví dụ áp dụng phương pháp định lượng trắc quang..............................154 2 PHƯƠNG PHÁP THU VÀ BẢO QUẢN MẪU........................................................156 2.1 Chuẩn bị thu mẫu .........................................................................................156 2.1.1 Nhận định sự thay đổi chất lượng nước........................................................156 2.1.2 Các điều cần lưu ý khi thu mẫu....................................................................156 2.2 Các bảo quản mẫu........................................................................................156 2.2.1 Mẫu nước...................................................................................................156 2.2.2 Mẫu đất......................................................................................................156 2.3 Phương pháp thu mẫu...................................................................................157 2.3.1 Nguyên tắc chung.......................................................................................157 2.3.2 Dụng cụ thu mẫu và cách thu.......................................................................157 3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MỘT SỐ CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG NƯỚC...................158 3.1 Nhiệt độ.......................................................................................................158 3.2 pH ...............................................................................................................158 3.2.1 Bằng hộp giấy so màu.................................................................................158 3.2.2 Phương pháp điện thế-máy đo pH................................................................158 3.3 Độ trong (Transparency), Độ Đục (Turbidity)................................................159 3.3.1 Đo độ trong bằng đĩa Secchi........................................................................159 3.3.2 Đo độ đục bằng phương pháp Nephelometric ...............................................159 3.4 Tổng chất rắn hòa tan (TDS) và tổng chất rắn lơ lửng (TSS)...........................159 3.4.1 Tổng chất rắn hòa tan TDS (Total Dissolved Solid) ......................................160 3.4.2 Tổng chất rắn lơ lửng - TSS (Total Suspended Solid) ..................................160 3.5 Độ dẫn điện (EC) .........................................................................................161 3.6 Nồng độ muối ..............................................................................................161 3.7 Oxy hòa tan (DO).........................................................................................162 3.7.1 Phương pháp Winkler .................................................................................162 3.7.2 Phương pháp điện cực oxy hòa tan - máy đo oxy..........................................163 3.8 Carbon dioxide (CO2)...................................................................................164 3.8.1 Nguyên tắc.................................................................................................164 vi
3.8.2 Phương pháp thu và bảo quản mẫu ..............................................................165 3.8.3 Chuẩn bị hóa chất.......................................................................................165 3.8.4 Tiến hành...................................................................................................165 3.8.5 Tính kết quả...............................................................................................166 3.9 Tiêu hao oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD) ............................166 3.9.1 Phương pháp oxy hóa bằng KMnO4 trong môi trường kiềm .........................166 3.9.2 Phương pháp Dichromate............................................................................168 3.10 Năng suất sinh học sơ cấp ............................................................................169 3.10.1 Nguyên tắc...............................................................................................169 3.10.2 Dụng cụ và hóa chất .................................................................................169 3.10.3 Tiến hành.................................................................................................170 3.10.4 Tính kết quả .............................................................................................170 3.11 Chlorophyll-a ..............................................................................................170 3.11.1 Nguyên tắc...............................................................................................170 3.11.2 Tiến hành.................................................................................................171 3.12 Hydrogen sulfide (H2S) ...............................................................................171 3.12.1 Phương pháp Iodine..................................................................................171 3.12.2 Phương pháp Methylene blue .................................................................... 173 3.13 Độ cứng tổng cộng ......................................................................................175 3.13.1 Nguyên tắc...............................................................................................175 3.13.2 Thu và bảo quản mẫu................................................................................175 3.13.3 Thuốc thử.................................................................................................175 3.13.4 Tiến hành.................................................................................................176 3.13.5 Tính kết quả .............................................................................................177 3.14 Độ kiềm tồng cộng ......................................................................................177 3.14.1 Độ kiềm carbonate hay độ kiềm phenolphthalein........................................177 3.14.2 Độ kiềm tổng cộng ...................................................................................177 3.15 Độ acid (Acidity).........................................................................................178 3.15.1 Nguyên tắc...............................................................................................179 3.15.2 Dụng cụ và thiết bị ...................................................................................179 3.15.3 Chuẩn bị hóa chất.....................................................................................179 3.15.4 Tiến hành phân tích ..................................................................................179 3.15.5 Tính kết quả .............................................................................................180 3.16 Sắt tổng số (Fe2+ và Fe3+ )............................................................................180 3.16.1 Phương pháp so màu Thiocianate ..............................................................180 3.16.2 Phương pháp o-phenantroline....................................................................182 3.17 Silicate (SiO2) .............................................................................................183 3.17.1 Nguyên tắc...............................................................................................183 3.17.2 Thu mẫu và bảo quản................................................................................183 vii
3.17.3 Chuẩn bị thuốc thử....................................................................................183 3.17.4 Tiến hành .................................................................................................183 3.17.5 Tính kết quả .............................................................................................184 3.18 Ammonia (NH3) và Ammonium (NH4+) .......................................................184 3.18.1 Phương pháp Nessler (American Public Health Association, 1989) .............184 3.18.2 Phương pháp Indophenol Blue...................................................................186 3.19 Nitrite (NO2-)...............................................................................................189 3.19.1 Nguyên tắc ...............................................................................................189 3.19.2 Các bước phân tích ...................................................................................189 3.20 Nitrate (NO3-)..............................................................................................191 3.20.1 Phương pháp khử Cadmium ......................................................................191 3.20.2 Phương pháp phenoldisulfonic acid ...........................................................191 3.20.3 Phương pháp salycilate .............................................................................192 3.21 Orthophosphate (PO43-)................................................................................194 3.21.1 Phương pháp xanh molybden.....................................................................194 3.21.2 Phương pháp Acid ascorbic (4500-P E: Standard methods, 1998)................195 3.22 Tổng đạm (TN) và tổng lân (TP) ..................................................................196 3.22.1 Phương pháp Kjeldahl...............................................................................196 3.22.2 Phương pháp công phá persulfate ..............................................................199 viii
LỜI CẢM ƠN Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban Chủ nhiệm Khoa Thủy sản. Chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Thủy sản, Ban Chủ nhiệm Khoa Nuôi Thủy sản, Dự án NORAD đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và hỗ trợ chúng tôi trong suốt quá trình soạn thảo giáo trình này. Xin chân thành cảm ơn Ts. Vũ Ngọt Út, Bộ môn Thủy sinh học Ứng dụng - Khoa Thủy sản - Đại học Cần Thơ đã giúp đỡ chúng tôi trong việc dịch các tư liệu tiếng Anh. Nguồn tư liệu này đã góp phần làm phong phú nội dung cho giáo trình. Trong thời gian soạn thảo tài liệu này chúng tôi luôn nhận được sự giúp đỡ, động viên của các đồng nghiệp trong Khoa Thủy sản, đặc biệt là các đồng nghiệp trong Bộ môn Thủy sinh học Ứng dụng. Nhân đây chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của tất cả các bạn. Các tác giả ix
S a d ng c a h sinh thái th y v c CH NG 1 S A D NG C A H SINH THÁI TH Y V C 1 CÁC THÀNH PH N C A MÔI TR NG Bao quanh hành tinh trái t g m: - a quy n hay th ch quy n (Lithoshpere): - Th y quy n (Hydrosphere) - Khí quy n (Atmosphere) - Sinh quy n (Bioshphere) B m t trái t g m 30% là l c a và 70% là m t bi n. a quy n (lithosphere): môi tr ng t bao g m v trái t, thành ph n hóa h c c a t nh h ng c b n n cu c s ng c a con ng i và s duy trì i s ng hoang dã. Th y quy n (hydrosphere) là môi tr ng n c bao g m t t c ph n n c trên trái t nh n c i d ng, sông, h , su i, n c ng m, b ng tuy t, h i n c trong t và trong không khí... Th y quy n óng vai trò không th thi u c trong vi c duy trì s s ng c a sinh v t và cân b ng khí h u toàn c u. Khí quy n (atmossphere): là l p không khí bao quanh trái t và óng vai trò quan tr ng trong vi c duy trì s s ng và quy t nh n tính ch t khí h u, th i ti t c a trái t Sinh quy n (biosphere): là các ph n c a môi tr ng v t lý có t n t i s s ng bao g m ph n l n th y quy n, ph n d i c a khí quy n và ph n trên c a a quy n (Hình 1-1 và B ng 1-1). Nh ng y u t môi tr ng c n thi t cho s s ng g m: n ng l ng, n c, khí và ch t khoáng. Hình 1-1. Thành ph n t nhiên c a h th ng 1
Qu n lý ch t l ng n c nuôi tr ng th y s n Hình 1-1. Các thông s môi tr ng và ch c n ng t nhiên 1. Khí quy n 4. Sinh quy n Thành ph n hóa h c, ô nhi m Th c v t: H tb i cao, m t , c u trúc và tính a d ng m (h n t p) L ng m a/b c h i Giai o n sinh tr ng Mây Sinh kh i, Chlorophyl-a B c x m t tr i che ph , ch s di n tích lá Nhi t S thoát h i n c, hi u qu s d ng T n su t và c ng gió n c 2. Th y quy n H th ng r và s d ng dinh d ng Th tích n c b m t và n c ng m H th c, ng v t: Ch t l ng n c Thành ph n loài và tính a d ng N c sông Kích th c qu n th ( l n) Ti m n ng th y n ng l ng Kh n ng t n t i/m t i c a qu n th c i m th y tri u ng thái c a qu n th Sóng S phân tán/di c 3. a quy n Các ch c n ng c tr ng nh giá tr dinh am o d ng, c tính sinh hóa, vai trò ch th a hình sinh h c... Ki u á và c u trúc i s ng qu n xã: Phong hóa, xói l Sinh kh i, quang h p L ng t phù sa Tiêu th và hô h p C u trúc a ch t Phân h y a v t lý Quan h dinh d ng (chu i th c n) sâu t n t Chu trình carbon và dinh d ng h t và c u trúc Bioturbation Thành ph n khoáng ch t 5. Các thông s h sinh thái Thành ph n sinh h c Tính t nhiên, tính toàn v n và giá tr di Thành ph n hóa h c s n V t ch t h u c , hàm l ng mùn, rác Tính khác th ng, tính rõ ràng m Tính a d ng, tính phong phú a ch t Kh n ng tích l y và tính b t n c tính n n móng S ph c h i và thay th Ki n t o a ch t và c tr ng a v t lý Giá tr thông tin, liên quan n t nhiên, a ch n phong c nh và v n hóa c tr ng a ch t 2 H SINH THÁI 2.1 H sinh thái n c ng t Vùng sinh thái n c ng t có gi i h n c a n ng mu i hòa tan nh h n 0,5‰. ây là vùng n c thiên nhiên xa bi n d i các lo i hình th y v c khác nhau nh : sông, su i, h , ao, ru ng lúa... c tính chung là trong n c có ít thành ph n mu i Na+, Cl-, SO42-; nhi u thành ph n mu i Ca2+, HCO3-, CO32-. 2
S a d ng c a h sinh thái th y v c 2.1.1 S l c thành ph n hóa h c c a n c sông Sông là lo i hình th y v c n c ch y tiêu bi u nên hàm l ng oxy hòa tan trong n c sông th ng cao, nh ng o n ch y si t, hàm l ng oxy hòa tan có th lên n bão hòa. pH t ng i n nh, dao ng trong kho ng 6-8. Nhìn chung hàm l ng các mu i dinh d ng và v t ch t h u c trong n c sông th ng nghèo nàn. Hàm l ng TAN (t ng m amôn) ít khi v t quá 0,1 ppm. Hàm l ng NO2- ít khi v t quá 0,02 ppm có khi ch có l ng v t. Vì hàm l ng oxy cao nên d ng m này d dàng b oxy hóa thành d ng m nitrate (NO3-). Hàm l ng NO3- th ng g p trong kho ng 0,1- 0,5ppm. Hàm l ng d ng này trong n c sông th ng thay i theo mùa: mùa h , th c v t phù du phát tri n m nh - quá trình quang h p c a chúng h p thu nhi u NO3- làm hàm l ng mu i này trong th y v c gi m xu ng áng k có khi b ng 0; vào mùa thu hàm l ng mu i này t ng lên h n và t c c i mùa ông và sang mùa xuân b t u gi m xu ng. Hàm l ng PO43- dao ng trong kho ng 0,03-0,1 ppm và c ng dao ng theo mùa, vào mùa n c l hàm l ng PO43- th ng cao do n c m a mang vào th y v c. Hàm l ng SiO32- dao ng trong kho ng 2-10 mg/L. Hàm l ng mu i s t hòa tan trong n c sông th ng r t th p vì hàm l ng oxy hòa tan cao, các mu i hòa tan c a s t d dàng b oxy hóa thành d ng keo Fe(OH)3 không hòa tan. Tuy nhiên, hàm l ng s t t ng s cao i v i nh ng vùng ch u nh h ng c a t phèn (Vùng ng B ng Sông C u Long). COD c a n c sông th ng r t th p ch dao ng trong kho ng 2-5mg/L. Thành ph n trung bình c a các ion khác trong n c sông c trình bày trong b ng sau: B ng 1-2: Thành ph n trung bình c a các ion chính trong n c sông các l c a khác nhau. Hàm l ng ion (mg/L) L c a Na+ Ca2+ Mg2+ K+ HCO3- SO42- Cl- NO2- Châu Á 5,6 18,4 9,3 2,3 79,0 8,4 8,7 0,7 Châu Phi 3,8 12,5 11,0 - 43,0 13,5 12,1 0,8 B cM 5,0 21,0 9,0 1,4 68,0 20,0 8,0 1,0 Châu Âu 5,6 31,1 5,5 1,7 95,0 24,0 6,9 3,7 Châu Úc 2,7 3,9 2,9 1,4 31,6 2,0 10,0 0,05 L ng oxy hòa tan trong n c l n, CO2 t do ít, v t ch t h u c trong n c sông th p, pH thu c lo i trung bình, dao ng t 6.9 - 7.2. Nhìn chung, thành ph n hóa h c c a n c gi a các khúc trong m t dòng sông thì không hoàn toàn gi ng nhau, nó ph thu c vào v trí a lý c a t ng khúc sông và ngu n b sung. 3
Qu n lý ch t l ng n c nuôi tr ng th y s n 2.1.2 S l c thành ph n c a n c ao Ao là lo i hình th y v c n c ng, nh , nông, c hình thành ch y u là do các nguyên nhân nhân t o. Nhìn chung nh ng tính ch t v t lý, thành ph n hóa h c c a n c trong ao bi n ng l n. M c bi n ng c a các y u t ph thu c vào l n c a th y v c và ph thu c vào ch ch m sóc c a con ng i. - Hàm l ng oxy hòa tan trong n c bi n ng l n theo ngày êm, m c bi n ng tùy theo hàm l ng v t ch t dinh d ng trong ao. - pH dao ng t 6-9,5 tùy theo m t c a t o trong ao - Hàm l ng các mu i dinh d ng th ng phong phú h n n c sông do s ch m sóc bón phân c a con ng i. - Hàm l ng TAN dao ng trong kho ng 0,1-1,0 mg/L; NO3- dao ng trong kho ng 0,7-1,0 ppm, nh ng ao giàu dinh d ng có th lên t i vài mg/L. - COD có th t n 30 mg/L. 2.2 H sinh thái n cl Vùng sinh thái n c l có gi i h n n ng mu i hòa tan t 1-30‰, bao g m các vùng ven c a sông, ven bi n ho c có khi c vùng bi n b n c trong l c a tràn ra làm nh t n ng mu i i. ây là vùng sinh thái có c tính th y lý hóa và th y sinh v t r t ph c t p và c s c. N ng mu i trong các th y v c vùng sinh thái n c l r t không n nh, luôn luôn thay i theo mùa, mùa m a gi m và t ng d n trong mùa khô. Tùy thu c vào n ng mu i hòa tan mà phân chia thành các vùng sinh thái khác nhau: vùng sinh thái n c l nh t có n ng mu i t 1-5‰, vùng sinh thái n c l v a gi i h n n ng mu i t 5-18‰, vùng sinh thái n c l m n có gi i h n n ng mu i t 18-30‰. Nhìn chung, thành ph n hóa h c c a n c trong vùng sinh thái n c l r t ph c t p, v a mang c tính c a vùng sinh thái n c ng t, v a mang c tính c a vùng sinh thái n c m n. 2.3 H sinh thái n cm n Vùng sinh thái n c m n bao g m bi n và i d ng. N c bi n là n c thiên nhiên r t c bi t, có thành ph n hóa h c r t ph c t p. Hi n nay, ã phát hi n có t t c 60 nguyên t hòa tan trong n c bi n và ph n l n t n t i d i d ng ion, nh ng ion này có bi n i theo s khác nhau c a nh ng i u ki n lý, hóa, sinh h c và a ch t c a vùng bi n. Trong n c bi n, ngoài thành ph n hóa h c ph c t p ra còn có sinh v t, nh ng th h u c này r t c n nhi u thành ph n hóa h c s ng và khi sinh v t ch t i s tr l i thành ph n hóa h c trong c th c a chúng vào trong n c bi n. Vì v y n c bi n không ch là thành ph n hóa h c ph c t p mà còn là th t ng h p c a th h u c . Thành ph n hóa h c c a n c bi n có nh ng c tính sau ây: T t c n c bi n u có thành ph n mu i hòa tan phong phú, tr nh ng vùng bi n c bi t, nói chung là có n ng mu i t ng i n nh, kho ng 35‰. 4
S a d ng c a h sinh thái th y v c Thành ph n hóa h c c a t t c n c bi n u gi ng nhau và thành ph n t ng i n nh, trong ó ion Cl- chi m 55,25%, ion Na+ chi m 30,63%, ion SO42- chi m 7,74%, mu i cacbonate chi m 0,3% t ng s các ion hòa tan, các mu i c a N, P, Si và v t ch t h u c chi m kho ng 0,3 %. Thành ph n ion c a t t c n c bi n h u nh không bi n i theo th i gian và không gian. Trong n c bi n có các nguyên t : 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 t u là nh ng nguyên t ch y u trong thành ph n n c bi n và hàm l ng trung bình c a chúng c trình bày b ng sau: B ng 1-3: Thành ph n trung bình c a các ion chính trong n c bi n (khi n ng mu i 35%o) Ion (g/kg) N ng Ion (g/kg) N ng Na+ 10,722 Cl- 19,337 Mg2+ 1,297 SO42- 2,708 Ca2+ 0,408 HCO3- 0,097 K+ 0,382 CO32- 0,006 Sr2+ 0,0138 Br- 0,06 F- 0,011 t ng n c m t c a bi n và i d ng t ng i giàu oxy: do s xáo tr n m nh c a sóng làm oxy khu ch tán t không khí vào n c d dàng. t ng áy các bi n, hàm l ng oxy hòa tan r t th p vì quá trình i l u th ng ng y u không bao quát c toàn b kh i n c, sâu 200-1000m hàm l ng oxy hòa tan g n nh b ng 0. Hàm l ng TAN vùng kh i i d ng t 0,03 mg/L, vùng ven b có th lên t i 0,2 mg/L hay l n h n. Hàm l ng NO3- c ng r t th p. Hàm l ng PO43- ít h n mu i nitrate kho ng 10 l n, t ng n c m t hàm l ng PO43- không v t quá 0.02 ppm. d i sâu hàm l ng các mu i hòa tan c a nit , phosphor nhi u h n trên t ng m t t i hàng ch c hay hàng tr m l n. Do ó, âu có s xáo tr n n c t t ng áy lên m nh thì ó sinh v t s phát tri n m nh m , còn n i không có s xáo tr n n c thì sinh v t n i ó r t nghèo nàn. Hàm l ng các mu i hòa tan c a s t trong n c bi n th ng r t th p, th p h n hàng tr m l n so v i hàm l ng s t trong các th y v c n c ng t. 5
Qu n lý ch t l ng n c nuôi tr ng th y s n 2.3.1 H sinh thái t ng p n c Các h sinh thái t ng p n c bao g m các m l y và r ng ng p m n (mangroves)... Có 3 d ng m l y: (i) m l y ng p n c sâu và th c v t b c cao phát tri n (swamp), (ii) m l y ng p n c ít v i nhi u loài th c v t b c th p kích th c l n phát tri n (marsh), (iii) m l y không ng p n c, nhi u bùn nhão và có nhi u than bùn (bog), loài th c v t phát tri n ch y u là rêu. Trong các h sinh thái này thì n c ít l u thông và tích t nhi u v t ch t h u c có ngu n g c th c v t nên n c có ch t l ng kém. i v i h sinh thái r ng ng p m n thì môi tr ng n c mang c tính c a th y v c n c l giàu dinh d ng. nh ngh a v t ng p n c: Theo C c ngh Cá và i s ng hoang dã Hoa K (Cowarddin et al., 1979), t ng p n c “Là vùng t chuy n ti p gi a h th y sinh và trên c n n i m c n c th ng b m t ho c g n b m t c a t c ng p m t l p n c khá c n” Theo H i ngh Rasmar (1971), t ng p n c “Là nh ng m l y, vùng m l y, t ho c n c có than bùn t nhiên ho c nhân t o, th ng xuyên ho c t m th i, v i n c ng t, l ho c m n t nh ho c ch y, bao g m c nh ng vùng n c bi n có sâu m c » n c lúc tri u th p không v t quá 6m H sinh thái vùng t ng p n c ch y u - Các th y v c và h nông c n - C a sông - Vùng duyên h i - Vùng ng b ng ng p n c (Hình 1-2, 1-3) - m l y (marsh) - m than bùn (bog) - R ng m l y (swamp) 6
S a d ng c a h sinh thái th y v c Hình 1-2. Chu k t nhiên c a l và h n thung l ng sông Senegal. Theo Van Lavieren & Van Wetten (1990). © Euroconsult. Trích d n b i C.K. Lin and Yang Yi (2001) 7
Qu n lý ch t l ng n c nuôi tr ng th y s n Hình 1-3: L nh và các giai o n ti n tri n vùng ng b ng ng p l do sông theo lý thuy t. 8
S a d ng c a h sinh thái th y v c Ch c n ng, ngu n l i và c i m c a vùng t ng p n c B ng 1-4. Giá tr c a vùng t ng p n c c C a sông (không có c ng t ng b ng ng p n Vùng ven bi n m r ng ng p m n) R ng ng p m n Vùng than bùn ml y Các h sinh thái t ng p n c ml yn R ng H Ch c n ng 1. N c ng m tái s d ng 2. N c ng m không s d ng l i 3. Ki m soát l 4. n nh b bi n/ki m soát xói mòn 5. Gi l i c n l ng/ c ch t 6. Gi l i ch t dinh d ng 7. Cung c p sinh kh i 8. Ng n ch n bão, ch n gió 9. n nh vùng ti u khí h u 10. V n chuy n n c 11. Gi i trí/du l ch S n ph m 1. Ngu n l i cây r ng 2. Ngu n l i ng v t hoang dã 3. Ngu n l i th y s n 4. Ngu n l i th c n cho gia súc 5. Ngu n l i nông nghi p 6. Cung c p n c c i m 1. a d ng sinh h c 2. ng nh t v i v n hóa/di s n = không có ho c hi m; = hi n di n; = giá tr chung và quan tr ng c a lo i hình t ng p n c. 9