Tài liệu Sinh thái vùng của sông ven biển docx

SINH THÁI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN Estuarine Ecology SINH THÁI NGÀNH KHOA HỌC Cộng đồng sinh vật Các yếu tố lý hóa của môi trường sống Sự trao đổi vật chất, năng lượng và thích ng

SINH THÁI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN

Estuarine Ecology

SINH THÁI

NGÀNH KHOA HỌC

Cộng đồng sinh vật

Các yếu tố lý hóa của môi trường sống

Sự trao đổi vật chất, năng lượng và thích nghi

I/ BIỂN

- Chiếm 70% diện tích bề mặt trái đất

59% nằm trên đáy biển (biển sâu)

11% nằm trên vùng thềm lục địa

- 99% môi trường sống cho sinh vật trên trái đất

VÙNG VEN BIỂN

Vùng gần bờ: mức triều cao nhất đến sâu 30 m Chiếm diện tích không đáng kể, năng suất rất cao Vùng chủ yếu cho việc đánh bắt và nuôi trồng thủy sản

Vùng xa bờ: vùng biền từ sâu từ 30 m - 200 m Chiếm 3% diện tích Đánh bắt qui mô công nghiệp

Đại dương Chiếm 97% Hầu như không có năng suất

Là vùng:

- khoảng cách 10 km tính từ mức triều cao nhất vào trong đất liền

- Từ bờ biển đến độ sâu 200 m (bao gồm vùng gần bờ và vùng biển xa bờ) VÙNG VEN BIỂN BAO GỒM CÁC HỆ SINH THÁI :

* RỪNG NGẬP MẶN

* CỎ VÀ TẢO BIỂN

* RẠN SAN HÔ

* CỬA SÔNG VÀ ĐẦM PHÁ

* BÃI BIỂN CÁT

* BỜ BIỂN ĐÁ

* BÃI BÙN

* SÔNG VÀ HỒ

* RUỘNG LÚA

* NUÔI TRỒNG THỦY SẢN

* CÁC THÀNH PHỐ GẦN BIỂN

1 YÊU CẦU MÔN HỌC

- Hiểu được các đặc điểm:

-Sự hình thành,

-Môi trường,

-Sinh vật, cấu trúc và chức năng

- Có thể ứng dụng các kiến thức cơ bản này trong việc sử dụng và bảo vệ vùng cửa sông, ven biển như :

* Bảo vệ nguồn lợi thủy sản

* Bảo vệ môi trường sinh thái

* Qui hoạch và phát triển nghề nuôi trồng cũng như khai thác thuỷ sản bền vững

2 NỘI DUNG MÔN HỌC

Chương 1 Giới thiệu

Các khái niệm về vùng cửa sông và ven biển (10) Chương 2 Hệ sinh thái cửa sông (3 tiết)

Chương 3 Hệ sinh thái rừng ngập mặn (6 tiết)

Chương 4 Hệ sinh thái cỏ biển, rong biển (5 tiết)

Chương 5 Hệ sinh thái rạn san hô (3 tiết)

Seminar (3 tiết)

A/ SINH THÁI CỬA SÔNG (Estuarine Ecology)

1 CÁC KHÁI NIỆM

Estuary được định nghĩa đơn giản là vùng cửa sông nước lợ (CSNL)

Estuary bắt nguồn từ Latin là aestus mà một trong những nghĩa của nó là thủy triều

Tự điển Oxford: CSNL là cửa con sông lớn có ảnh hưởng của thủy triều, nơi thủy triều gặp dòng chảy của con sông

Sông nhỏ và kênh

Pritchart (1952): CSNL là một thủy vực bán kín, nơi đó có sự tiếp xúc tự do với đại dương, tại đây nước biển được pha loãng với nước ngọt đến từ đất liền

Dựa trên sự pha trộn giữa nước ngọt và nước mặn

Bỏ qua thủy triều và ảnh hưởng của nó

Fairbridge (1980): CSNL một nhánh biển đi vào lưu vực của con sông đến giới hạn

trên cùng, nơi mà còn tác động của

thủy triều

(a) Vùng cửa sông thấp, tiếp giáp tự

do với biển khơi (b) Vùng giữa, nơi có sự pha trộn nước biển và nước ngọt

(c) Vùng sông, mang đặc tính vùng nước ngọt, phụ thuộc vào hoạt động hằng ngày của thủy triều

Giới hạn giữa các vùng rất biến động lệ thuộc vào biến đổi của dòng chảy sông

2 CỬA SÔNG VÀ SÔNG

CỬA SÔNG

1 Nước chảy 2 chiều

2 Dòng thủy triều chảy qua kênh nhanh

3 Lượng nước chảy của cửa sông phụ thuộc vào kích thước kênh nhánh

SÔNG

1 Nước chảy một chiều

2 Nước chảu tràn sau đó chảy vào dòng sông chính

3 Lưu lượng nước không phụ thuộc vào kích thước kênh nhánh

3 CÁC DẠNG CỬA SÔNG

Cửa sông dạng nêm

a Đặc điểm dòng chảy

Cửa sông ở trong vùng có biên độ triều thấp và lưu lượng nước sông lớn Nước ngọt chảy trên bề mặt, nước mặn chảy ở tầng dưới

Sự pha trộn nước rất ít

b Đặc điểm trầm lắng và nền đáy

trầm tích có kích thước to có nguồn gốc từ sông lắng đọng phía trước đỉnh của khối nước mặn

trầm tích có có nguồn gốc từ biển lắng đọng tại đỉnh của khối nước mặn Kích thước hạt giảm dần theo hướng ngược lên thượng lưu sông

trầm tích có kích thước nhỏ có nguồn gốc từ sông lắng đọng ở vùng cửa sông thấp

Cửa sông bán pha trộn

a Đặc điểm dòng chảy

Cửa sông ở trong vùng có biên độ triều cao và lưu lượng nước sông thấp Chia thành tầng rỏ rệt: tầng nước ngọt, lợ, mặn

Sự pha trộn nước rất nhiều

b Đặc điểm trầm lắng và nền đáy

trầm tích có nguồn gốc từ biển chủ yếu

kích thước giảm dần từ cửa sông vào đất liền

Cửa sông pha trộn hoàn toàn

a Đặc điểm dòng chảy

Cửa sông lớn (0.5 km) trong vùng có biên độ triều lớn và lưu lượng nước sông thấp

Nước ngọt chảy về phía phải, nước mặn chảy về phía trái (tính theo chiều hướng ra biển)

Sự pha trộn nước rất ít theo chiều bên

b Đặc điểm trầm lắng và nền đáy

trầm tích có nguồn gốc từ biển bồi lắng ở bờ trái

trầm tích có nguồn gốc từ sông bồi lắng ở bờ phải

Cửa sông ở các đầm, phá

a Đặc điểm dòng chảy

Cửa sông ở vùng đầm phá có cửa thông ra biển

Nước ở tầng sâu đồng nhất

Nước tầng mặt là nước lợï do sự pha trộn mạnh giữa các khối nước

Ở cửa phá có sự phân tầng rõ rệt về độ mặn

4.HÌNH THÁI CỬA SÔNG NƯỚC LỢ

PHA Ù ĐỒNG BẰNG

(Lagoon) (Delta)

- Năng lượng sóng

- Sự bồi tụ phù sa của sông

Sinh cảnh nhìn từ trên xuống (Top view)

- Bờ cát ven biển

Phong phú và đa dạng những sinh vật nhỏ sống trong nền cát ven biển

Sóng đưa nước chứa O2 và thức ăn và mang đi những sản phẩm thải của sinh vật

- Ở vùng trọng tâm (tidal pass) của triều

Nước vẫn trong và độ mặn cao, hoạt động sóng giảm nhưng dòng chảy vẫn mạnh Ngay lối vào vùng trọng điểm của thủy triều chất trầm lắng cát và được oxy hóa hoàn toàn Tuy nhiên dưới lớp trầm tích chừng vài chục cm, điều kiện khử bắt đầu xuất hiện

Trong vùng trọng điểm thủy triều, sinh vật cũng đa dạng và phong phú, nhưng trái ngược với bờ cát, ở đây những động vật sống trên nền đáy phong phú hơn

- Càng vào sâu trong CSNL, có sự thay đổi rõ rệt về độ sâu, năng lượng lý học, độ trong của nước, độ mặn, sinh vật, nồng độ các chất hóa học, điều kiện oxy hoá và khử trong tầng sa lắng

- Trong vùng triều và vùng dưới triều, dòng chảy vừa phải, thường có những bãi giun hay bãi nhuyễn thể (sò, nghêu, v.v.) Những sinh vật ăn lọc này phụ thuộc vào dòng nước để trao đổi oxy, cung cấp thức ăn và mang chất thải đi

- Những thủy vực cạn vùng dưới triều, ánh sáng chiếu tới đáy, nơi đây có các bãi rong và cỏ biển Ở đây, độ trong của nước cao và chất lắng đọng mịn hơn Ở vùng nhiệt

đới, những thủy vực cạn này thường có những loại cỏ Turtle (Thalassia testudium) và vùng ôn đới thường có rong Eel (Zostera marina)

-Vùng biên của CSNL, dòng chảy yếu, thường là vùng rừng ngập mặn (ở vùng nhiệt đới) và đầm lầy nước mặn ở vùng ôn đới Ở đây độ trong của nước thấp, chất lắng

đọng rất mịn Tại đây thực vật phát triển mạnh, động vật chủ yếu là động vật ăn các chất lắng đọng

Sinh cảnh thiết diện ngang (cross-section)

- Vùng triều

- Sự chiếu sáng

- Quá trình oxy hóa khử

Vùng triều

Ngập nước và bày khô luân phiên nhau

Bao gồàm các khu hệä như:

Đầm lầày nước mặn hay rừng ngập mặn

Thảûm tảo đáy

Bãi cát hay bùn

Bãi nghêu, hàøu hay vẹm

Các sinh vật trong vùng triều có những đặc tính thích nghi đặc biệt phù hợp với điều kiện môi trường cụ thể

Sự chiếu sáng

Độ trong có khuynh hướng tăng từ trong sông ra biển

Thực vật thủy sinh và thực vật phù du quang hợp tốt hơn ở vùng nước có độ mặn lớn hơn

Những động vật trong vùng không chiếu sáng thì sống nhờ vào nguồn thức ăn chuyển từ nơi khác đến

Quá trình oxy hoá khử

Tầng nước vùng CSNL là vùng OXH,

Lớp sa lắng thường là vùng yếm khí (ở độ sâu chỉ cách bề mặt một lớp mỏng)

Ở những vùng có năng lượng cơ học cao, sóng hay dòng chảy mạnh, lớp sa lắng thường thô nhám làm cho quá trình OXH diễn ra tốt do có nhiều O2 và ngược lại

Các hoạt động sinh học, như việc đào bới giúp cho sự vận chuyển nước và O2 xuyên qua lớp trầm tích Có một vài loại cây trong vùng yếm khí bơm oxy tích cực cho đất và tạo một vùng OXH mỏng quanh bộ rễ của chúng

Sinh cảnh mặt cắt dọc (Longitudinal section)

- Pha trộn của nước mặn và nước ngọt

- Độ trong của nước

Sự pha trộn

Độ mặn tăng dần theo hướng từ sông ra biển và đồng thời theo chiều sâu

Sinh vật biển đi sâu vào trong sông hơn ở tầng đáy, và ngược lại cá nước ngọt đi xa

ra biển hơn ở tầng mặt

Sự chiếu sáng

Độ trong của nước tăng theo hướng từ sông ra biển

Độ trong thấp nhất ở nơi nước có độ mặn 1-5 ppt

Sinh vật trong cột nước bao gồm phytoplankton, zooplankton, tôm cá Động vật đáy gồm giun nhiều tơ (polychaeta worm), lưỡng thê (amphipods) và những động vật nhỏ khác (meiofauna) Đặc biệt các loại nhuyễn thể 2 mảnh vỏ tập trung ở vùng độ mặn thấp (oligohaline)

5 CHUỔI THỨC ĂN

CHUỔI THỨC ĂN VÙNG CSNL

Nhiều sinh vật sản xuất: thực vật quang tổng hợp (tảo, cỏ biển, cây rừng ngập mặn, tảo đáy) và VSV kị khí

Sự ương tác giữa tầng nước và nền đáy cao

Sinh vật tiêu thụ ở bậc cao nhất là sinh vật có phổ thức ăn rộng (generalist feeder)

* NHỮNG ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA VÙNG CSNL

1 Đặc tính hóa học môi trường vùng CSNL

Độ mặn (Salinity, S%o)

- Biến động 0,5 - 35 %o

- Chia làm 3 vùng:

0.4 - 5 %o vùng nước ngọt Trên dưới 15 %o vùng nước lợ 30 - 35 %o vùng nước mặn

- Độ mặn phụ thuộc

địa hình và cấu tạo dòng sông pH:

- pH của nước vùng CSNL trong khoảng từ 7-9

- Nước lợ có hệ thống đệm, pH ít khi < 6.5 hay > 9.5

- pH nước vùng CSNL thường thay đổi theo ngày đêm (do sự quang hợp của thủy sinh thực vật)

CO2 (dạng khí) + H2O CO2 (dạng hòa tan) + H2O

CO2 (dạng hòa tan) + H2O H2 CO3

H2 CO3 HCO3- + H -

HCO3- CO32- + H -

Mole fractions (%) of CO2, HCO-3 and CO=3 at different pH (After Boyd, 1982)

DO (Dissolved Oxygen - Oxygen hoà tan)

- Tương đối cao và đồng đều giữa các tầng nước

- Ở nhiệt độ 280C, 1 atm và 300/00 thì DO khoảng 6,6

- Aûnh hưởng bởi sự lưu chuyển giữa các dòng nước và hoạt động của phiêu sinh thực vật

Sự phân tầng nền đáy vùng CSNL

2 Đặc tính lý học môi trường vùng CSNL

Độ đục

- Nước vùng CSNL thường chứa nhiều vật chất lơ lững

- Vật chất lơ lững gồm các hạt sét, phù sa, các mảnh vụn hữu cơ và thực vật phù du

- Thông thường độ đục do yếu tố chất lơ lững thường mang lại những ảnh hưởng bất lợi đối với việc nuôi trồng thủy sản trong ao cũng như trong lồng, bè

Nhiệt độ

- Nước lợ có sự thay đổi nhiệt độ theo điều kiện bên ngoài tương đối nhanh (do có các ion muối với hàm lượng cao), tức mau nóng và mau lạnh

- Nhiệt độ nước biển ít khi lên đến 39oC do đó ảnh hưởng bất lợi cho tôm cá ít xảy ra

Sự đối lưu dòng nước

- Đối lưu do tác động của trọng lực, do nước ngọt chảy ra từ lục địa

- Đối lưu do thủy triều

- Đối lưu do hoạt động của gió

3 Đặc tính thổ nhưỡng vùng CSNL

Về cơ học

- Đất vùng CSNL do quá trình bồi lắng tạo nên Quá trình bồi lắng sẽ quyết định tính chất cơ học của đất

- Quá trình bồi lắng nhanh thì thành phần sét cao và đất chắc, như vậy rừng sát không được thay thế nhiều lần nên thành phần hữu cơ ít làm cho độ kết

dính cao

- Quá trình bồi lắng chậm thì hạt cát nhiều và chất hữu cơ nhiều nên độ kết dính thấp

- Quá trình bồi lắng nhanh nhưng dưới đất còn một lớp của nhiều loại vỏ nhuyễn thể, nên tuy thành phần hạt sét nhiều nhưng có thể không vững chắc

Về hoá học

- Đất mới được thành lập, nên hóa học của đất thay đổi theo quá trình bồi lắng

- Quá trình bồi lắng nhanh hay chậm sẽ quyết định tình trạng phèn tiềm tàng nhiều hay ít

- Quá trình hình thành đất nhanh chóng thì sẽ không có phèn tiềm tàng (FeS2)

- Quá trình hình thành đất chậm thì phèn tiềm tàng nhiều

Đất phèn tiềm tàng

- Đất phèn được hình thành trong điều kiện trầm tích thì thành phần hoá học sẽ có nhiều lưu huỳnh dạng sulfur, cơ bản là pyrite, công thức chung là FeS2

- Đất phèn tiềm tàng là loại đất trong đó tinh khoáng FeS2 còn giữ nguyên trạng Trạng thái này được duy trì khi nước luôn luôn ngập trên tầng đất chứa FeS2 Phèn hoạt động

- Loại đất này do đất phèn tiềm tàng chuyển hoá thành Hợp chất sulfur (FeS2) trong phẩu diện đất chuyển thành hợp chất sulfate, chẳng hạn như: FeSO4, H2SO4, KFe(SO4)2(OH)6

Các phản ứng chuyển hoá thành phèn:

FeS2 + 7/2 O2 + H2O -> Fe2+ + 2 SO42- + 2H+

Fe2+ + 1/2 O2 + 2H+ -> Fe3+ + H2O

Fe3+ + 3H2O -> Fe(OH)3 + 3H+

_

FeS2 + 4 O2 + 3H2O -> Fe(OH)3 + 2SO4 + 3H+

4 Đặc tính sinh vật vùng CSNL

Vi sinh vật và mùn bã hữu cơ

- Vi sinh vật trong vùng CSNL gồm Protozoa, nấm, virus, vi khuẩn

- Sự trao đổi chất của VSV giúp cho các vòng tuần hoàn vật chất khép kín Nó cũng hấp thụ những chất hữu cơ hòa tan, có tác dụng ngăn chặn sự mất năng lượng

- Các bệnh gây ra bởi VSV có tác động lớn và điều khiển biến động hầu hết các chủng quần sinh vật cao hơn

- Mùn bả hữu cơ là nguồn thức ăn quan trọng trong CSNL Năng suất thủy vực cao hay thấp, đều có liên quan đến mùn bả hữu cơ, đó cũng là phần lớn nguồn năng lượng trong các CSNL

Phiêu sinh thực vật (Phytoplankton)

- Phiêu sinh thực vật nguồn thức ăn chính và trực tiếp cho nhiều động vật sống trong vùng CSNL

- Nhóm ưu thế là tảo khuê (Dinoflagellate) Những nhóm quan trọng khác gồm tảo giáp (Cryptophyte) và tảo lục (Chlorophyte), tảo vàng ánh (Chrysophyte)

- Thành phần loài PSTV phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như: độ mặn, độ đục, chất dinh dưỡng, sự xáo động dòng nước và độ sâu

- Chia làm 2 nhóm chính dựa vào kích thước

Netplankton hay microplankton (> 20 μm) Nanoplankton (< 20 μm)

Ngoài ra còn có ultraplankton (<2 μm)

- Khi đi từ sông ra biển, PSTV có khuynh hướng càng nhiều tảo nhỏ hơn Thu mẫu nước biển thì chỉ 2 đến 10% tảo khuê giữ lại trên lưới (20μm)

- Những khu vực giàu muối dinh dưỡng, nhất là các cửa sông ven biển và các khu vực nước trồi đều là những nơi PSTV phát triển mạnh

SỰ PHÂN BỐ THỦY SINH:

1 Vĩ tuyến: vùng cực, vùng ôn đới và nhiệt đới (mùa, chiếu sáng, và năng suất sinh học)

2 Độ sâu: (chiếu sáng, t, áp lực nước, pha trộn)

Tầng mặt (0-200 m), tầng giữa (200-1000 m) tầng đáy (> 1000 m)

Tầng chiếu sáng (50 m ở vùng duyên hảøi, 250 m vùng biển khơi)

Động vật phù du (Zooplankton)

- Chu trình sống Zooplankton được chia thành 2 nhóm:

Holoplankton toàn bộ đời sống ở hình thức phiêu sinh sinh trưởng nhanh, có sức chịu đựng về mặt sinh lý rộng phép chúng tồn tại trong môi trường luôn biến đổi

Meroplankton chỉ có một phần đời sống ở dạng phiêu sinh Chúng thường xuất hiện khi năng xuất sinh học của thủy vực cao và điều kiện môi trường tốt cho sự tồn tại và phát triển

- Kích thước Zooplankton được chia thành hai nhóm:

Netzooplankton (> 0,2 mm) Tại vùng CSNL thì nhóm chân chèo (Copepoda) chiếm số lượng nhiều, những nhóm còn lại có giáp xác (Crustacea) và hàm tơ

(Chaetognatha)

Microzooplankton (lọc qua lưới chuẩn 0,2 mm) Nhóm này phong phú hơn nhóm netplankton Chúng có thể là những dạng ấu trùng Metazoa rất nhỏ, chẳng hạn

Acarta hay có thể là một số các Protozoa của flagellate dị dưỡng

- Sự phân bố giống loài PSĐV thay đổi theo độ mặn của môi trường Độ mặn

tăng, chiếm đa số là giống Calanus, Podon và Evadne Nước bị ngọt thì có hai nhóm: 1) Cladocera nước ngọt, chẳng hạn Bosmina, Daphnia và Holapedium và 2) Copepod nước ngọt như Cyclop và Diaptomus Hai nhóm này là SV chỉ thị cho môi trường

CSNL khi độ mặn của vùng có sự biến động lớn (trong khoảng dao động của nước lợ)

- Sự phong phú của phiêu sinh động vật cũng biến đổi theo mùa, do

phytoplankton biến đổi theo mùa, chúng lại là thức ăn cho zooplankton, do đó

zooplankton cũng có khuynh hướng biến động theo

- Sự biến động theo ngày đêm theo chiều thẳng đứng, những PSĐV như

Copepoda, Cladocera, Chaetognatha

Động vật đáy vùng CSNL

- Rất đa dạng bao gồm nhiều nhóm sinh vật khác nhau như nhuyễn thể, giác xác, VSV, giun

- Động vật đáy liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp đến hầu hết các quá trình lý hoá xảy ra ở CSNL

Độ đục của nước

Tính chất cơ học nền đáy

Tính chất hoá học của nền đáy

- Động vật đáy đóng vai trò quan trọng trong việc đóng góp thức ăn và tranh giành thức ăn Hấp thụ chất độc và VSV gây bệnh

- Phân bố và tính ăn của động vật đáy thay đổi theo điều kiện đáy Đáy bùn pha cát nước cạn hay những vùng có bùn với lưu tốc nước mạnh, thường chiếm ưu thế là những động vật ăn chất lơ lững Ở tầng lắng đọng mịn hơn tại những vùng được che chắn nhiều hơn, có những động vật ăn chất lắng đọng

Các loại thủy sản (Cá, tôm)

Vùng CSNL dồi dào các loại thủy sản như tôm, cá, cua, mực và các loại thú

Những loại cá nước ngọt thỉnh thoảng vào vùng nướùc lợ

Những loại thủy sản nước lợ thực sựï

Những loài sống ở biển và ngọt, trãi qua một thời gian ở nước lợ như những bãi sinh trưởng, bãi đẻ

Những loài sống ở biển đi vào nước lợ kiếm ăn theo mùa trong giai đoạn trưởng thành

Những loài đi qua vùng nước lợ trong quá trình di cư xuôi dòng và ngược dòng

Những con xuất hiện ở nước lợ không theo qui luật