Giáo trình Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - Sự đa dạng của hệ sinh thái thủy vực

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 quyển (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 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 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 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 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 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 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 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 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 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản 2.3.1 Hệ sinh thái đất ngập nước Các hệ sinh thái đất ngập nước bao gồm các đầm lầy và rừng ngập mặn (mangroves)... Có 3 dạng đầm lầy: (i) đầm lầy ngập nước sâu và thực vật bậc cao phát triển (swamp), (ii) đầm lầy ngập nước ít với nhiều loài thực vật bậc thấp kích thước lớn phát triển (marsh), (iii) đầm lầy không ngập nước, nhiều bùn nhão và có nhiều than bùn (bog), loài thực vật phát triển chủ yếu là rêu. Trong các hệ sinh thái này thì nước ít lưu thông và tích tụ nhiều vật chất hữu cơ có nguồn gốc thực vật nên nước có chất lượng kém. Đối với hệ sinh thái rừng ngập mặn thì môi trường nước mang đặc tính của thủy vực nước lợ giàu dinh dưỡng. Định nghĩa về đất ngập nước: Theo Cục nghề Cá và Đời sống hoang dã Hoa Kỳ (Cowarddin et al., 1979), đất ngập nước "Là vùng đất chuyển tiếp giữa hệ thủy sinh và trên cạn nơi mực nước thường ở bề mặt hoặc gần bề mặt của đất được ngập một lớp nước khá cạn" Theo Hội nghị Rasmar (1971), đất ngập nước "Là những đầm lầy, vùng đầm lầy, đất hoặc nước có than bùn tự nhiên hoặc nhân tạo, thường xuyên hoặc tạm thời, với nước ngọt, lợ hoặc mặn tĩnh hoặc chảy, bao gồm cả những vùng nước biển có độ sâu mực nước lúc triều thấp không vượt quá 6m » Hệ sinh thái vùng đất ngập nước chủ yếu - Các thủy vực và hồ nông cạn - Cửa sông - Vùng duyên hải - Vùng đồng bằng ngập nước (Hình 1-2, 1-3) - Đầm lầy (marsh) - Đầm than bùn (bog) - Rừng đầm lầy (swamp) 6 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Sự đa dạng của hệ sinh thái thủy vực Hình 1-2. Chu kỳ tự nhiên của lũ và hạn ở thung lũng sông Senegal. Theo Van Lavieren & Van Wetten (1990). © Euroconsult. Trích dẫn bởi C.K. Lin and Yang Yi (2001) 7 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hình 1-3: Lũ nhỏ và các giai đoạn tiến triển ở vùng đồng bằng ngập lũ do sông theo lý thuyết. 8 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Sự đa dạng của hệ sinh thái thủy vực Chức năng, nguồn lợi và đặc điểm của vùng đất ngập nước Bảng 1-4. Giá trị của vùng đất ngập nước Các hệ sinh thái đất ngập nước Chức năng 1. Nước ngầm tái sử dụng 2. Nước ngầm không sử dụng lại 3. Kiểm soát lũ 4. Ổn định bờ biển/kiểm soát xói mòn 5. Giữ lại cặn lắng/độc chất 6. Giữ lại chất dinh dưỡng 7. Cung cấp sinh khối 8. Ngăn chặn bão, chắn gió 9. Ổn định vùng tiểu khí hậu 10. Vận chuyển nước 11. Giải trí/du lịch Sản phẩm 1. Nguồn lợi cây rừng 2. Nguồn lợi động vật hoang dã 3. Nguồn lợi thủy sản 4. Nguồn lợi thức ăn cho gia súc 5. Nguồn lợi nông nghiệp 6. Cung cấp nước Đặc điểm 1. Đa dạng sinh học 2. Đồng nhất với văn hóa/di sản P O O O O O O O P O O P Q Q O P P Q O P P O O Q P Q O Q O Q O Q O Q O O P O P O Q Q P O O Q O O P P P P P O O O O Q Q Q O O O Q O O Q Q Q Q O Q O Q P P P Q Q Q Q Q Q Q O Q Q Q O O P O P P P P O O O O P O O P O P P O O O O O O P P P Q Q Q O O O Q Q Q P O Q Q P P P Q O O O P O O Q O O Q O Q O O O O O O O P = không có hoặc hiếm; O = hiện diện; Q = giá trị chung và quan trọng của loại hình đất ngập nước. 9 c ư ớ n p ậ ng ó c t ọ g n c ư ớ n y ầ l m Đ ầ ở m n ể bi n ve n ặ m p ậ ng n) ặ m p ậ ng y ầ l m đầ bù n (k hô ng n a h t ng ằ b ng ô n g s a ử C ng ừ R ng ừ R n g ừ r ùn g ồ H ù n g V Đ ồ V Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Nguyên nhân làm mất đi đất ngập nước Bảng 1-5. Những nguyên nhân làm mất đi đất ngập nước Tác động bởi con người Trực tiếp Tháo cạn cho mục đích quản lý nông nghiệp, lâm nghiệp và khống chế muỗi Sên vét và đào kênh dẫn nước và phòng chống lũ lụt. San lấp nhằm chôn rác thải rắn, làm đường và phát triển những khu công nghiệp, thương mại và dân cư. Chuyển đổi cho mục đích nuôi trồng thủy hải sản Xây dựng bờ bao, đập ngăn nước, đê điều nhằm kiểm soát lũ lụt, cung cấp nước, tưới tiêu và phòng chống bão lụt. Thải bỏ nông dược, chất dinh dưỡng từ chất thải sinh hoạt, nông nghiệp và cặn lắng. Khai thác khoáng sản vùng ngập nước như chì, than đá, sỏi, phospho và những vật liệu khác. Khai thác nước ngầm Gián tiếp Sự tích tụ của cặn lắng do đê đập, kênh mương sâu và những cấu trúc khác. Sự thay đổi các yếu tố thủy lực học do kênh mương, đường xá và những cấu trúc khác. Mực nước rút dần do khai thác nguồn nước ngầm, dầu khí và những khoáng sản khác. Nguyên nhân tự nhiên Nước rút dần Mực thủy triều tăng Hạn hán Bão tố Xói mòn Các tác động hữu sinh Q Q Q Q P P Q Q Q Q O Q Q O P P P Q O P P Q O O Q Q Q O O P P Q O P P Q Q Q O O O Q Q P P P Q Q Q P P O Q Q Q Q Q Q Q O Q Q P P P Q P P P Q Q P P Q P P P O O P Q Q P Q Q Q Q Q P Q Q O P P Q P O O O P P P Q Q O O O P P O O P P O P Q Q P P Ghi chú: P = Không hiện diện hoặc hiếm; O = hiện diện nhưng không phải là nguyên nhân chính Q = nguyên nhân quan trọng và phổ biến tạo ra sự suy thoái và mất đi đất ngập nước. 10 p ậ ng n ể bi n ve c ư ớ n y ầ l m Đ ầ y ầ l m đầ ôn g s a ử c bù n ng ằ b ng n a h t t Đ ấ t ồ H ng ừ R ng ũ tr ù n g ùn g V V Đ ồ Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Sự đa dạng của hệ sinh thái thủy vực Bảo vệ vùng đất ngập nước - Qui hoạch chung việc sử dụng và quản lý nguồn tài nguyên đất ngập nước - Xây dựng những hướng dẫn về chính sách vùng đất ngập nước - Cải tiến thông tin và nhận thức Hình 1-4: Chu kỳ thủy học ở hệ sinh thái ngập lũ 2.3.2 Các thủy vực lớn của thế giới - Đại dương - Biển nội địa - Hồ - Sông - Khối băng ở Bắc cực - Khối băng Nam cực 11 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Bảng 1-4: Nguồn nước của thế giới Diện tích Thể tích (km x 10 ) (km x 10 ) 106,46 179,68 74,92 361,06 0,70 361,76 0,86 15,54 2,33 512,82 -- -- 531,55 893,31 354,70 723,70 291,90 1370,30 0,10 1370,40 0,13 0,001 27,09 2,08 0,01 4,24 4,17 37,72 1408,12 2 6 3 6 Thủy vực nước mặn Đại tây dương Thái bình dương Ấn độ dương Tổng khối nước ở đại dương trên thế giới Biển nội địa và hồ nước mặn Tổng khối nước thủy vực nước mặn Thủy vực nước ngọt Hồ nước ngọt Sông Khối băng nam cực Khối băng bắc cực và sông băng Nước trong không khí Nước ngầm cách bề mặt 0,8 km Nước ngầm tầng sâu Tổng khối nước ngọt Tổng khối nước % trên tổng thể tích 25,2 51,4 20,7 97,3 -- 97,3 -- -- 1,9 0,1 -- 0,3 0,3 2,6 99,9 Nguồn dữ liệu: Encyclopedia Britannica and Information Please Almanac (1974) và theo Wheaton ,1977. Trích dẫn bởi C.K. Lin and Yang Yi (2001). 12 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.