Giáo trình Sinh thái thuỷ sinh vật cung cấp các nội dung chính như: Các nhóm sinh vật ở nước và môi trường sống của chúng; Sinh thái học cá thể thủy sinh vật; Di cư và phân bố ở thuỷ sinh vật; Quần thể và quần xã thủy sinh vật. Mời các bạn cùng tham khảo!
MÔI TRƯỜNG NƯỚC VÀ CÁC DẠNG THUỶ VỰC TRONG TỰ NHIÊN
Đặc tính môi trường nước thuận lợi cho sự sống
Nước sở hữu nhiều đặc tính lý, hóa và cơ học đặc biệt, tạo điều kiện thuận lợi cho sự sống và phát triển của các sinh vật trong môi trường nước.
1.1.1 Khối lượng riêng cao và độ nhớt thấp
Khối lượng riêng của nước dao động từ 1.01 đến 1.03 g/cm³, trong khi độ nhớt của nước rất thấp so với các chất lỏng khác Hai tính chất này tạo điều kiện thuận lợi cho sự sống của thủy sinh vật, ảnh hưởng đến khả năng di động của chúng trong môi trường nước Khối lượng riêng cao giúp nâng đỡ thủy sinh vật, cho phép chúng dễ dàng sống trôi nổi, trong khi độ nhớt thấp giảm sức cản, giúp chúng di chuyển nhanh chóng và tiết kiệm năng lượng.
1.1.2 Nhiệt lượng riêng cao, độ dẫn nhiệt kém
Nước trong thủy vực có khả năng hấp thu và giữ nhiệt tốt, giúp duy trì nhiệt độ ổn định và ôn hòa, ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của nhiệt độ không khí Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các loài thủy sinh vật, dẫn đến sự phong phú và đa dạng trong hệ sinh thái nước.
1.1.3 Độ tỏa nhiệt và độ thu nhiệt lớn
Nước phát ra nhiệt khi lạnh đi, một đặc tính quan trọng cho môi trường nước lạnh Khi lớp nước bề mặt đóng băng, nó tỏa ra nhiệt lượng lớn, giúp các lớp nước phía dưới không bị đóng băng, từ đó bảo vệ sự sống của thủy sinh vật trong hệ sinh thái nước.
Nước có khả năng hấp thu một lượng nhiệt lớn khi bốc hơi, cụ thể là 1 gram nước cần 97.7 cal để chuyển hóa hoàn toàn thành hơi ở 100 độ C Đặc tính khó bay hơi này giúp các thủy vực ở vùng nóng không bị khô cạn, duy trì nguồn nước ổn định.
1.1.4 Sức căng bề mặt lớn
Nước có sức căng bề mặt lớn hơn hầu hết các chất lỏng khác, chỉ đứng sau thủy ngân Đặc tính này cho phép một số loài thủy sinh vật tồn tại ở bề mặt nước, giúp chúng sống đồng thời trong cả hai môi trường nước và không khí.
1.1.5 Khối nước luôn chuyển động
Nước trong thủy vực luôn chuyển động, ngay cả khi không có sự trao đổi nước Chuyển động này xảy ra dưới dạng sóng và dòng chảy Sóng được tạo ra bởi gió, gây ra sự dao động của nước trên bề mặt Trong khi đó, dòng chảy xuất hiện do sự chênh lệch về nhiệt độ, độ mặn, và nhiều nguyên nhân khác, di chuyển theo một hướng nhất định Dòng chảy có thể được phân loại thành dòng chảy ngang, dòng chảy đứng, hoặc dòng chảy hỗn hợp.
Nước chuyển động đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ sự di chuyển của thủy sinh vật, khuếch tán oxy từ không khí vào thủy vực, và điều hòa nhiệt độ, độ mặn cùng các khí hòa tan Ngoài ra, sự chuyển động của nước còn giúp phân tán sản phẩm bài tiết của thủy sinh vật, ngăn ngừa hiện tượng ô nhiễm và thiếu oxy cục bộ.
Nước là một dung môi hòa tan hiệu quả, cung cấp muối dinh dưỡng và khí cần thiết cho thủy sinh vật Nó cũng giúp phân tán các chất thải từ quá trình hô hấp và trao đổi chất, đảm bảo môi trường sống ổn định cho hệ sinh thái thủy vực.
Do đặc tính thuận lợi đối với đời sống sinh vật của môi trường nước nên:
- Sự sống trên trái đất phát sinh từ môi trường nước
- Trong số 71 lớp động vật đã biết, có đến 53 lớp có đại diện sống trong môi trường nước
Nguồn gốc phát sinh và số lượng các lớp, phân lớp động vật và thực vật từ môi trường nước vượt trội hơn hẳn so với các lớp và phân lớp phát sinh từ môi trường cạn.
Thuỷ vực và sự phân chia các vùng trong thuỷ vực
Trong thiên nhiên, môi trường nước chủ yếu tồn tại dưới dạng các thủy vực, hình thành qua các thời kỳ địa chất khác nhau và vẫn đang tiếp tục phát triển Đây là nơi sinh sống chủ yếu và tập trung của thủy sinh vật Ngoài ra, nước trong thiên nhiên còn có ở dạng băng vĩnh cửu tại hai cực trái đất và nước ngầm trong các lớp đất, nhưng những môi trường này thường nghèo hoặc không có thủy sinh vật.
Trái đất có hai nhóm thuỷ vực chính: hải dương và thuỷ vực nội địa Hai nhóm này khác nhau cơ bản về nhiều khía cạnh.
- Về diện tích: diện tích hải dương rất lớn, chiếm 7/10 diện tích trái đất, còn các thủy vực nội địa chỉ chiếm khoảng 1/200 diện tích trái đất
Hải dương đã hình thành từ thời kỳ đầu của lịch sử địa chất, trong khi các thủy vực nội địa chỉ mới xuất hiện từ kỷ đệ tứ Một số thủy vực nhân tạo thậm chí còn trẻ hơn nửa.
Hải dương là các thủy vực nước mặn, trong khi các thủy vực nội địa thường là nước ngọt với nồng độ muối thấp Sự khác biệt về nồng độ muối dẫn đến sự đa dạng sinh học khác nhau giữa hai loại thủy vực này.
Hải Dương ít bị tác động bởi các yếu tố lục địa, trong khi các thủy vực nội địa lại chịu ảnh hưởng trực tiếp từ các quá trình địa chất và khí hậu của khu vực lục địa.
1.2.1 Vài nét về hải dương và biển
Hải dương là một khối nước lớn bao quanh các lục địa, được chia thành bốn khu vực chính: Thái Bình Dương, Đại Tây Dương, Ấn Độ Dương và Bắc Băng Dương.
Biển là những vùng nước tiếp giáp với lục địa hoặc nằm sâu trong lục địa, có sự kết nối rộng rãi với hải dương, như Biển Đông, một phần của Thái Bình Dương Tính chất thủy lý hóa học của biển phụ thuộc vào vị trí địa lý; biển ngoài có tính chất gần gũi với hải dương, trong khi biển sâu nội địa có tính chất hải dương giảm dần và tính chất lục địa gia tăng.
Sự phân chia các vùng hải dương không đồng nhất, phụ thuộc vào thành phần loài và số lượng động thực vật, cũng như đặc tính cấu trúc của quần thể sinh vật sống trong mỗi khu vực.
1.2.2 Vài nét về các thuỷ vực nội địa
Các thủy vực nội địa mặc dù chỉ chiếm một diện tích nhỏ trong môi trường nước, nhưng chúng lại có sự đa dạng phong phú về hình thái cấu tạo, cũng như các đặc tính thủy lý, hóa học và sinh học.
Các thủy vực trên mặt đất được chia thành hai nhóm chính: nước đứng và nước chảy Nước đứng bao gồm các thủy vực như hồ, ao và đầm lầy, trong khi nước chảy bao gồm sông, suối và mạch nước phun Ngoài ra, thủy vực cũng có thể được phân loại thành tự nhiên và nhân tạo Tuy nhiên, sự phân chia này không hoàn toàn tuyệt đối, vì vậy cần xem xét từng loại hình thủy vực cụ thể để hiểu rõ hơn.
- Hồ tự nhiên: là loại thủy vực có dạng trũng sâu lớn trên mặt đất có chứa nước, có thể là nước đứng hay nước chảy chậm
Về hình thái và khối nước:
Hồ khác với đầm về diện tích và độ sâu
Hồ khác sông ở nền vỏ ngắn hơn, tốc độ nước chảy chậm hơn hay thẳng đứng hẳn
Hồ nhân tạo khác hồ tự nhiên ở nguồn gốc hình thành
- Hồ nhân tạo: đây là thủy vực nhân tạo được xây dựng bằng cách đắp đập ngăn dòng chảy của sông hoặc suối
Mặc dù hồ chứa nước nhân tạo có tiềm năng lớn trong việc nuôi trồng thuỷ sản, nhưng việc khai thác và phát triển hiệu quả diện tích mặt nước tại các hồ này vẫn chưa được chú trọng đúng mức.
Hồ Trị An, với diện tích mặt nước hơn 32.000 ha, là một trong những hồ lớn nhất khu vực Nam Bộ, có tiềm năng nuôi trồng thủy sản đáng kể Tuy nhiên, việc quản lý chưa hiệu quả đã dẫn đến tình trạng hơn 700 hộ dân sống bằng nghề đánh bắt thủy sản trong khu vực lòng hồ, nhiều hộ trong số đó tham gia vào hoạt động nuôi và đánh bắt trái phép Đặc biệt, một số người dân còn sử dụng chất nổ và rà điện để đánh bắt cá, làm nguồn cá tự nhiên và nguồn cá giống ngày càng cạn kiệt, khiến sản lượng đánh bắt hàng năm của Trung tâm thủy sản Đồng Nai chỉ đạt khoảng 400 tấn.
Nghề nuôi thủy sản trên hồ Thác Bà đang phát triển mạnh mẽ, góp phần nâng cao đời sống người dân Hồ Thác Bà, một trong ba hồ nước nhân tạo lớn nhất Việt Nam, cung cấp nguồn lợi thủy sản phong phú, giúp người dân thoát nghèo và xây dựng kinh tế gia đình bền vững.
Hình 1.1 Một điểm nuôi cá lồng trên hồ Thác Bà
Ao là loại hình thủy vực nước đứng, nhỏ nông, hình thành do nhiều nguyên nhân là tự nhiên hay nhân tạo
Ao có thể là vùng trũng tự nhiên hoặc được đào, tích tụ nước từ nhiều nguồn như mưa, sông và suối Tại các khu vực miền núi, ao thường hình thành nhờ việc đắp ngăn các trũng sâu để tích lũy nước suối.
Do diện tích ao nhỏ và nông, các vùng phân chia trong ao không rõ ràng Thực vật thủy sinh phát triển chủ yếu ở ven bờ, nhưng đôi khi cũng lan ra tới khu vực giữa ao.
Đặc tính lý, hoá của môi trường nước
- Nước ngầm: là lớp nước ngầm đọng lại trên lớp đất không thấm đầu tiên tính tù mặt đất
-Nước nén: là lớp nước ngầm bị nén giữa hai lớp đất không thấm nước, chịu áp lực lớn
Nước khoáng là loại nước ngầm có nguồn gốc từ các khe địa chất, nơi nó hòa tan nhiều muối khoáng Đặc điểm sinh học và hình thái của sinh vật trong nước ngầm cũng rất phong phú và đặc trưng.
Việt Nam sở hữu nguồn nước ngầm phong phú nhờ lượng mưa dồi dào, theo báo cáo của Tổng cục Môi trường (Bộ Tài nguyên Môi trường) Hiện tại, tổng trữ lượng khai thác nước ngầm trên toàn quốc đạt gần 20 triệu m³, với tổng công suất của hơn 300 nhà máy khai thác khoảng 1,47 triệu m³/ngày Việc sử dụng và bảo vệ nguồn nước ngầm đang trở thành vấn đề cấp thiết cần được chú trọng.
Nguồn nước dưới đất tại Việt Nam đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm coliform vượt quy chuẩn cho phép từ hàng trăm đến hàng nghìn lần Bên cạnh đó, việc khai thác nước quá mức ở tầng Holocen đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể hàm lượng asen trong nước, vượt mức giới hạn cho phép là 10mg/l.
1.3 Đặc tính lý, hoá của môi trường nước
Các nhân tố vô sinh trong môi trường sống bao gồm các đặc tính lý hóa và cơ học của nước cùng với nền đáy, cũng như quá trình biến đổi của chúng trong hệ sinh thái thủy vực Những yếu tố này không chỉ ảnh hưởng đến đời sống của thủy sinh vật mà còn bị tác động bởi hoạt động sống của chúng, dẫn đến sự thay đổi trong các đặc tính thủy lý hóa và cơ học của môi trường nước và nền đáy.
1.3.1 Đặc tính cơ, lý học của môi trường nước
Do có trọng lượng riêng cao, đặc biệt khi muối hòa tan, áp lực nước trong thủy vực trở nên lớn Tại biển, khi xuống độ sâu 10,3m, và ở thủy vực nước ngọt nội địa là 9,986m (ở 4°C), áp lực nước tăng thêm 1atm.
Mỗi loài thủy sinh vật có khả năng thích ứng khác nhau với áp lực nước, với các loài thích ứng rộng có thể sống trong khoảng biến đổi áp lực lớn và phân bố theo chiều sâu rộng Ngược lại, các loài thích ứng hẹp chỉ tồn tại trong điều kiện áp lực nhất định, dẫn đến phân bố hẹp hơn Trong các thí nghiệm, nhiều thủy sinh vật có khả năng chịu đựng áp lực lên đến 100 – 200 atm, nhưng mỗi loài chỉ hoạt động bình thường trong một khoảng áp lực nhất định Khi vượt quá giới hạn này, chúng có thể trải qua các biến đổi như trạng thái bất động, cơ thể trương phồng hoặc rắn lại, và nếu áp lực kéo dài, sinh vật sẽ chết.
Theo Schlleper (1963), hiện tượng chết khi chịu áp lực cao xảy ra do sự biến đổi của nguyên sinh chất tế bào, dẫn đến mất cân bằng hệ thống sol ↔ gel và tăng độ nhớt Ngược lại, Birstein (1957) cho rằng áp lực cao làm chậm nhịp phân chia tế bào, từ đó biến đổi mối quan hệ giữa quá trình sinh trưởng và phát triển, dẫn đến sự gia tăng kích thước cơ thể.
Áp lực nước có tác động đáng kể đến sự phân bố và hình thành giới tính của một số thủy sinh vật Cụ thể, khi ấu trùng của Tigriopus (Harpacticoida) được nuôi ở áp lực từ 450 đến 700 atm, toàn bộ đều phát triển thành con cái Ngược lại, ở áp lực 1 atm, tỷ lệ con đực chiếm đến 84% (Vacquler).
Sự thay đổi về áp lực nước còn có thể làm biến đổi quang hướng động ở các loài thuỷ sinh vật di chuyển theo chiều thẳng đứngtrong hải dương
- Chuyển động của khối nước
Trong thuỷ vực do nhiều nguyên nhân khối nước luôn chuyển động Nước trong thuỷ vực chuyển động dưới dạng sóng và dòng chảy
Sóng, hình thành từ sự tương tác giữa nước và khí quyển, đóng vai trò quan trọng trong đời sống và sự phân bố của các loài thủy sinh vật, đặc biệt là thủy sinh vật ven bờ và thủy sinh vật trôi nổi.
Dòng chảy là sự di chuyển của nước trong thủy vực, chịu ảnh hưởng từ gió, lực hút của mặt trăng và mặt trời, cũng như sự chênh lệch áp lực không khí và mực nước Đặc tính chuyển động này có tác động lớn đến sự di chuyển, dinh dưỡng và phân bố của thủy sinh vật Tại hải dượng, dòng chảy tạo ra điều kiện thuận lợi về nhiệt độ và thức ăn cho cá, từ đó ảnh hưởng đến sản lượng cá biển Trong các sông, suối, dòng chảy còn tác động đến sự hình thành hệ sinh thái thủy sinh vật đáy thông qua quá trình phá hủy và tạo nền đáy Các dòng chảy thẳng đứng giúp mang muối dinh dưỡng từ sâu lên bề mặt, tham gia vào chu trình vật chất và nâng cao năng suất sinh học Tuy nhiên, dòng chảy từ sông ra biển không chỉ đưa muối dinh dưỡng ra biển mà còn làm giảm nồng độ muối trong nước biển, ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển của sinh vật biển ở vùng ven bờ và các vịnh.
Nguồn ánh sáng chính trong thủy vực đến từ mặt trời và mặt trăng, bên cạnh đó, một số loài thủy sinh vật cũng phát sáng, tạo nên vẻ đẹp độc đáo cho môi trường nước.
Ánh sáng vào nước chủ yếu bị hấp thụ bởi các phân tử nước và vật chất lơ lửng, với hệ số hấp thụ tỷ lệ nghịch với độ trong của nước và thay đổi theo bước sóng Ánh sáng có thể thâm nhập sâu nhất vào nước từ 1500-1700 m, trong đó vùng trên (vùng sáng) chứa đủ các tia sáng từ đỏ đến tím, giúp thủy sinh vật quang hợp phát triển Vùng giữa (vùng mặt sáng) chỉ có tia sáng ngắn và cực ngắn, trong khi vùng dưới (vùng tối) không có tia sáng nào.
Tác dụng của ánh sáng đối với thuỷ vực và thuỷ sinh vật rất quan trọng:
Ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến sự di động và phân bố của thủy sinh vật theo độ sâu Điều này đặc biệt đúng đối với các thực vật quang hợp, khi ánh sáng tạo ra các vùng thực vật phong phú tương ứng với các khu vực sáng trong tầng nước.
Sự thay đổi ánh sáng theo ngày đêm dẫn đến hiện tượng di động theo ngày đêm của thuỷ sinh vật
Giúp sinh vật định hướng di động nhờ tập tính quang hướng động
Thúc đẩy các quá trình sinh hóa trong họat động sống cá thể, đặc biệt là quá trình tạo Vitamin
Quá trình thành thục, sinh sản, lối sinh sản và chu kỳ sinh sản
Biến đổi hình thái, màu sắc và các cơ quan cảm quang
Nguồn nhiệt chủ yếu trong thủy vực đến từ bức xạ mặt trời, chiếm tới 99% Bên cạnh đó, còn có các nguồn nhiệt khác như tia sóng dài, sự tỏa nhiệt từ lòng đất, và quá trình phân hủy các chất hữu cơ.
Nhiệt độ nước trong thủy vực thay đổi theo vĩ độ, mùa vụ và độ sâu, dẫn đến hiện tượng phân tầng nhiệt độ và chu chuyển theo mùa trong các hệ thống nước nội địa cũng như các dòng nước biển Sự biến đổi nhiệt độ này có ảnh hưởng lớn đến đời sống thủy sinh vật, quyết định quá trình trao đổi chất và từ đó ảnh hưởng đến nhịp sinh sản và sự phát triển của chúng.
ĐỜI SỐNG THỦY SINH VẬT
Di động của thuỷ sinh vật
Di động là yếu tố thiết yếu cho sự sống của các sinh vật thủy sinh, giúp chúng thích nghi với các điều kiện môi trường cần thiết cho hoạt động dinh dưỡng và hô hấp, cũng như cho từng giai đoạn phát triển.
Khả năng di động của thủy sinh vật được hình thành qua một quá trình tiến hóa lâu dài, giúp chúng thích nghi với môi trường sống và nâng cao khả năng sinh sản.
2.1.1 Khả năng nhận biết môi trường và định hướng di động ở thủy sinh vật
Khả năng nhận ánh sáng của chúng tương đối kém do môi trường ít ánh sáng, chỉ có thể nhìn thấy các vật thể gần và rất nhỏ Tuy nhiên, chúng vẫn có khả năng phân biệt màu sắc và một số loài còn nhận biết được ánh sáng phân cực, đồng thời di chuyển theo mặt phẳng của ánh sáng này.
Mực ống khổng lồ, theo Bảo tàng Lịch sử Quốc gia Smithsonian, là loài có đôi mắt lớn nhất thế giới với đường kính lên tới 25 cm Đôi mắt này giúp chúng quan sát tốt trong môi trường nước sâu, cho phép phát hiện cá từ khoảng cách 120 m.
Cá escolar, một loài cá lớn sống ở vùng biển sâu, sở hữu khả năng nhìn từ dưới lên trên Chúng tận dụng khả năng này để rình rập và bắt các con mồi bơi qua, tạo nên một chiến lược săn mồi hiệu quả.
Tôm sở hữu hệ thống thị giác phức tạp nhất trong thế giới động vật, cho phép chúng quan sát con mồi một cách tinh vi Nghiên cứu cho thấy một số loài tôm có khả năng nhìn chằm chằm vào con mồi trước khi tấn công, thực hiện cú ra đòn nhanh chóng và có thể làm nóng một vùng nước nhỏ phía trước.
Mực nang, một loài động vật thân mềm, là loài có khả năng tự điều chỉnh lại hoàn toàn hình dạng của mắt theo những thứ mà chúng nhìn
Nguồn http://www.nhatbao.org
Thủy sinh vật có khả năng nhận âm thanh tốt hơn ánh sáng, điều này phù hợp với đặc điểm lan xa của âm thanh trong nước Cơ quan phát âm của chúng thường nằm ở các bộ phận như giáp đầu, ngực, càng, râu, răng hầu, tia vi ngực, khớp sọ, cột sống và hàm Âm thanh được phát ra nhằm mục đích báo động, gọi con, thông báo, bắt mồi và thu hút bạn tình Ngoài ra, chúng còn có khả năng phát ra sóng siêu âm, điển hình như cá mè vinh và cá linh, khi sinh sản thường phát ra tiếng kêu “u u hu hu” để gọi con đực.
Khả năng nhận điện và từ là đặc điểm phổ biến ở hầu hết các loài thủy sinh vật Nhiều loài có khả năng phát ra xung điện để tìm kiếm thức ăn trong môi trường nước đục và định hướng di chuyển trong điều kiện thiếu ánh sáng Nguyên tắc hoạt động dựa trên sự thay đổi của trường điện từ xung quanh.
Khả năng nhận biết áp lực nước ở thủy sinh vật, như bong bóng cá, cho phép chúng xác định độ sâu tối ưu trong môi trường nước Ốc Anh vũ thường sống ở độ sâu từ 150 đến 300 mét, nhưng đôi khi vào ban đêm, chúng có thể xuất hiện ở độ sâu chỉ 20 mét Loài này không thể chịu đựng nhiệt độ cao hơn mức nhất định.
24 0 C và cũng không thích ánh sáng
Cá đuôi chuột, thuộc nhóm Coryphaenoides, sinh sống ở độ sâu khoảng 2.600 mét Loài cá này nổi bật với tính tò mò, giúp chúng dễ dàng tìm kiếm mồi trong môi trường nước tối tăm.
Hình 2.3 Cá đuôi chuột Rất hiếm khi thấy cá đuối Richardson, bởi chúng sống ở tầng nước rất sâu dưới biển
Khả năng nhận biết mùi vị giúp động vật nhận diện đồng loại, tạo thành bầy đàn và phát hiện kẻ thù Để sinh tồn trong tự nhiên, cả nạn nhân và kẻ săn mồi đều tìm cách che giấu mùi đặc trưng của mình Trong khi đó, con người, chủ yếu dựa vào khả năng thị giác, có thể xem cách ngụy trang này là chưa đủ.
Thủy sinh vật có khả năng phân tích đặc điểm môi trường và xác định tư thế cũng như vị trí của chúng trong nước Các lối di động của thủy sinh vật rất đa dạng, cho phép chúng thích nghi với điều kiện sống khác nhau.
Có nhiều hình thức di động thụ động
Di động nhờ gió là một hiện tượng thú vị, đặc biệt ở trứng nghĩ và bào xác của các sinh vật sống trong thủy vực khô cạn Ngoài ra, nhiều sinh vật trưởng thành cũng có thể bị gió cuốn đi Trong tự nhiên, Artemia đẻ trứng bào xác nổi trên mặt nước, và những trứng này thường được sóng gió thổi dạt vào bờ.
Di động nhờ dòng nước là một hình thức di chuyển thụ động quan trọng, không chỉ xuất hiện ở sinh vật nổi mà còn ở sinh vật đáy Chuyển động của nước giúp mang các sinh vật từ nơi này sang nơi khác, bao gồm cả việc di chuyển từ tầng đáy lên tầng mặt Một ví dụ điển hình là ấu trùng tôm càng xanh, chúng được dòng nước đưa từ môi trường nước lợ vào môi trường nước ngọt.
Di động nhờ vật thể khác là hiện tượng mà các thủy sinh vật bám vào các vật thể trôi nổi như tảng băng, gỗ mục hay tàu bè Sự di chuyển này giúp chúng được phân bố rộng rãi hơn, khi con Hà bám vào gỗ hay tàu bè, chúng sẽ được mang đi từ nơi này sang nơi khác, tạo ra sự phân bố mới cho các loài thủy sinh vật.
Dinh dưỡng của thuỷ sinh vật
Dinh dưỡng là quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ vào cơ thể để cung cấp năng lượng và vật chất cần thiết cho các chức năng sống như vận động, sinh trưởng và tái sản xuất.
Hình 2.8 Vi khuẩn tự dưỡng và dị dưỡng
Thực vật, vi sinh vật và nấm có khả năng tạo ra vật chất hữu cơ thông qua quá trình quang hợp và hóa tổng hợp, sử dụng trực tiếp các chất vô cơ và năng lượng từ môi trường bên ngoài.
Dinh dưỡng quang hợp là quá trình quan trọng của thực vật, một số loại vi khuẩn và vi sinh vật, trong đó khả năng hấp thụ ánh sáng và lượng CO2 trong môi trường thủy vực đóng vai trò quyết định.
Vi khuẩn quang hợp Phototrophic bacteria (khuẩn lam, vi khuẩn màu xanh, đỏ tía và nâu) lấy năng lượng từ ánh sáng mặt trời
- Dinh dưỡng hóa tổng hợp được tiến hành nhờ một số nhóm vi khuẩn như vi khuẩn nitơ, vi khuẩn lưu huỳnh,…
Vi khuẩn hóa tự dưỡng vô cơ, như vi khuẩn cố định đạm, vi khuẩn hydro, vi khuẩn lưu huỳnh không màu, vi khuẩn tạo khí CH4 và vi khuẩn oxy hóa sắt, tận dụng năng lượng thông qua quá trình oxy hóa các hợp chất như NH3, NO, H2S và các chất khử khác.
Hình 2.10 Quá trình hóa tự dưỡng vô cơ
Dinh dưỡng dị dưỡng là đặc trưng của các loài động vật và vi sinh vật sống hoại sinh, phụ thuộc vào nguồn thức ăn do vi sinh vật tự dưỡng tổng hợp Các kiểu dinh dưỡng dị dưỡng có thể được phân loại thành nhiều dạng khác nhau.
Sinh vật dị dưỡng chủ yếu có kiểu ăn là tiêu thụ các sinh vật sống hoặc các phân tử hữu cơ đang trong quá trình phân hủy Đây là hình thức dinh dưỡng phổ biến nhất trong nhóm sinh vật này.
Kiểu dinh dưỡng bằng thẩm thấu là quá trình sử dụng các sản phẩm phân hủy và chất trao đổi hòa tan của sinh vật Hình thức này hiếm khi xảy ra do việc hấp thụ qua thành cơ thể bằng thẩm thấu gặp nhiều khó khăn Các chất hữu cơ hòa tan rất khó hấp thu và số lượng của chúng có hạn, thường chỉ xuất hiện khi tế bào bị phân hủy.
Kiểu dinh dưỡng hoại sinh chủ yếu xuất hiện ở nấm và vi sinh vật dị dưỡng, chúng sinh sống trên xác của sinh vật đã chết Những sinh vật này hấp thu chất hữu cơ và phân hủy chúng nhờ men, từ đó tạo ra các chất vô cơ hòa tan trong nước Một số loài như Rotifera và Copepoda cũng có hình thức sống ký sinh tương tự.
Kiểu dinh dưỡng tự cung tự cấp là hình thức dinh dưỡng dựa vào các chất dự trữ trong cơ thể như noãn hoàng, chất mỡ và chất đường Phương thức này diễn ra trong giai đoạn phôi và hậu phôi khi chưa thể kiếm thức ăn, hoặc trong giai đoạn nghỉ ăn như sống tiềm sinh và nhịn đói Dinh dưỡng tự cung tự cấp chỉ xảy ra ở những giai đoạn cụ thể trong vòng đời của sinh vật.
- Kiểu dinh dưỡng cộng sinh: Tảo cộng sinh với động vật nguyên sinh như Protozoa,… nhờ tảo quang hợp tạo chất hữu cơ cung cấp cho chúng
2.2.2 Dinh dưỡng ở thủy sinh vật
Dinh dưỡng của thủy sinh vật chủ yếu đến từ nguồn thức ăn, bao gồm cơ thể sống hoặc đã chết, các sản phẩm phân hủy, và các chất trao đổi của sinh vật.
Thức ăn của sinh vật cần đầy đủ thành phần hóa học và hệ thống men tiêu hóa phù hợp để tiêu hóa hiệu quả Nhiều thủy sinh vật phải lấy chất dinh dưỡng thiết yếu từ thức ăn bên ngoài hoặc thông qua sự cộng sinh với các loài khác Việc bắt và tiêu thụ thức ăn cũng bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như sự bảo vệ của vỏ cứng, gai góc hoặc chất độc Để đánh giá tình trạng dinh dưỡng của thủy sinh vật trong các vùng nước, cần xem xét nguồn thức ăn, cơ sở dinh dưỡng, mức nuôi dưỡng và sự đảm bảo thức ăn trong khu vực đó.
Nguồn thức ăn trong thủy vực bao gồm các cơ thể sinh vật, sản phẩm phân hủy của chúng và các chất hữu cơ khác mà sinh vật sử dụng làm thức ăn.
Nguồn thức ăn cho sinh vật trong thủy vực gồm: chất vẩn, vi khuẩn, thực vật, động vật
Chất vẩn là một hệ sinh thái phức tạp, bao gồm giá thể động vật, thực vật hoặc chất vô cơ có khả năng hấp thụ chất hữu cơ hòa tan Bề mặt của giá thể hình thành một lớp keo tạo thành màng chất hữu cơ, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi khuẩn Hoạt động của vi khuẩn không chỉ tạo ra bọt khí giúp giá thể lơ lửng trong nước mà còn thu hút sự có mặt của tảo (Phytoplankton), nguyên sinh động vật (Protozoa) và luân trùng (Rotatoria) để tiêu thụ vi khuẩn Giá trị dinh dưỡng của chất vẩn chủ yếu đến từ nhiều loại vi khuẩn sống trên giá thể.
Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong chuỗi thức ăn của nhiều ngành động vật, đặc biệt là ở các sinh vật ăn bùn và chất cát Chúng cũng xuất hiện phổ biến trong ống tiêu hóa của cá con, góp phần vào quá trình tiêu hóa và hấp thụ dinh dưỡng.
- Thực vật nổi (Phytoplankton): là thành phần thức ăn cơ bản của động vật trong thủy vực, có số lượng rất lớn
Thực vật lớn (Macrophyta) là nguồn thức ăn quan trọng cho nhiều nhóm động vật như Gastropoda, cá, rùa và chim Ở khu vực xích đạo, thực vật lớn không chỉ tồn tại quanh năm mà còn có sự đa dạng phong phú về các loài sinh vật ăn thực vật.
Trao đổi nước và muối ở thuỷ sinh vật
2.3.1 Trao đổi muối giữa cơ thể thủy sinh vật với môi trường ngoài
Trong thiên nhiên, nhu cầu muối của thủy sinh vật và sự tương tác giữa nồng độ muối trong cơ thể với môi trường xung quanh rất quan trọng Mỗi loài thủy sinh vật chỉ tồn tại ở những vùng có nồng độ muối phù hợp, do đó, thủy sinh vật nước ngọt và nước mặn không sống chung trong cùng một môi trường.
Nồng độ muối trong các thủy vực không ổn định và có sự biến đổi theo thời gian và vị trí Vào mùa mưa, lớp nước mặt biển thường nhạt hơn, trong khi quá trình bốc hơi có thể làm tăng độ mặn Tại vùng cửa sông, nơi nước mặn và nước ngọt gặp nhau, nồng độ muối không giống như ở sông hay biển Những thay đổi này ảnh hưởng đáng kể đến đời sống của các thủy sinh vật trong môi trường nước.
Trong thiên nhiên, hiện tượng thuỷ sinh vật biển di chuyển vào nước ngọt hoặc từ nước ngọt ra biển diễn ra thường xuyên Điều này đặt ra hai vấn đề quan trọng cần được nghiên cứu và hiểu rõ hơn.
Mối quan hệ giữa cơ thể thủy sinh vật và môi trường nước liên quan đến thành phần và nồng độ muối, được gọi là quan hệ thẩm thấu, là yếu tố thiết yếu để thủy sinh vật có thể sinh sống và phát triển bình thường.
Thủy sinh vật có khả năng điều hòa mối quan hệ thẩm thấu, giúp chúng chống lại những biến đổi về nồng độ muối và thành phần muối trong cơ thể, do sự thay đổi nồng độ muối và thành phần muối của môi trường nước xung quanh.
Quan hệ thẩm thấu giữa thủy sinh vật và môi trường nước là một yếu tố quan trọng trong sinh thái học Để hiểu rõ hơn về mối quan hệ này, người ta sử dụng các khái niệm như áp suất thẩm thấu và nồng độ các chất hòa tan Sự cân bằng giữa cơ thể thủy sinh vật và môi trường nước xung quanh quyết định đến sự sống còn và phát triển của chúng Thủy sinh vật phải điều chỉnh nồng độ muối và nước trong cơ thể để thích nghi với điều kiện môi trường, đảm bảo quá trình trao đổi chất diễn ra hiệu quả.
- Quan hệ thẩm thấu tương đương hay đẳng trương khi dịch cơ thể và môi trường nước bên ngoài có áp suất thẩm thấu bằng nhau
- Quan hệ thẩm thấu cao hơn hay ưu trương khi dịch cơ thể có áp suất thẩm thấu cao hơn
- Quan hệ thẩm thấu thấp hơn hay nhược trương khi dịch cơ thể có áp suất thẩm thấu thấp hơn
Dựa vào mối quan hệ biến đổi giữa áp suất thẩm thấu của dịch cơ thể và môi trường, thủy sinh vật có thể được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau.
Biến thẩm thấu xảy ra khi dịch cơ thể có sự tương đương về thẩm thấu với môi trường bên ngoài, dẫn đến sự thay đổi mà không có khả năng tự điều chỉnh thẩm thấu.
Đồng thẩm thấu là hiện tượng khi dịch cơ thể có áp suất thẩm thấu độc lập với môi trường bên ngoài, có thể cao hơn hoặc thấp hơn Hiện tượng này cho thấy khả năng điều hòa áp suất thẩm thấu của dịch cơ thể.
Giả đồng thẩm thấu xảy ra khi sinh vật sống trong môi trường có nồng độ muối ổn định, dẫn đến áp suất thẩm thấu không thay đổi và không có khả năng điều hòa Quá trình điều hòa muối là hoạt động của cơ thể nhằm duy trì nồng độ và thành phần muối trong dịch cơ thể, bảo vệ chống lại biến đổi từ môi trường Thành phần muối trong cơ thể thủy sinh vật không chỉ khác nhau về nồng độ mà còn về thành phần ion, do đó, điều hòa muối cần đảm bảo cả hai khía cạnh: điều hòa nồng độ muối chung và điều hòa thành phần ion Điều hòa muối ở thủy sinh vật có thể diễn ra theo hai hướng khác nhau.
- Điều hòa tăng: nhằm chống lại hiện tượng giảm áp suất thẩm thấu của cơ
- Điều hòa giảm: chống lại hiện tượng tăng áp suất thẩm thấu của cơ thể
Quá trình thẩm thấu diễn ra đồng thời với môi trường bên ngoài, phụ thuộc vào mối quan hệ thẩm thấu của từng loại sinh vật và sự biến đổi của môi trường xung quanh Đối với thủy sinh vật, có trường hợp không thực hiện điều hòa thẩm thấu, mà luôn duy trì mối quan hệ thẩm thấu tương đương với môi trường bên ngoài.
Hình 2.11 Điều hòa áp suất thẩm thấu và cân bằng ion
Hình 2.12 Sơ đồ điều hòa thẩm thấu
I Cá nước ngọt; II Cá nước biển
Một số loài cá cần sự cân bằng để thích nghi với môi trường sống Ví dụ, cá nước ngọt như cá chốt, cá tra bần và tôm càng xanh di cư đến vùng cửa sông để sinh sản, trong khi cá biển như cá ngát và cá bông lau cũng di cư vào khu vực nước ngọt tại ĐBSCL để thực hiện quá trình sinh sản.
Cơ chế điều hòa muối ở thủy sinh vật
Điều hòa thụ động là quá trình di chuyển các chất từ môi trường có nồng độ muối cao sang môi trường có nồng độ muối thấp qua màng tế bào Khả năng thẩm thấu của các chất hòa tan qua màng tế bào phụ thuộc vào kích thước và độ phân cực của phân tử; phân tử nhỏ và ít phân cực sẽ dễ dàng thẩm thấu hơn Các ion muối như N, P, Si và các muối khác xâm nhập vào tế bào tảo thông qua cơ chế thẩm thấu này.
Điều hòa chủ động là quá trình điều chỉnh thành phần hóa học của dịch cơ thể nhờ vào các tế bào đặc biệt trên bề mặt cơ thể hoặc các cơ quan đặc biệt, không cần lực khuếch tán Quá trình này bao gồm việc hấp thụ và bài tiết có chọn lọc các ion cần thiết hoặc không cần thiết, đảm bảo rằng mỗi loài duy trì được thành phần hóa học đặc trưng cho cơ thể của mình.
Khả năng điều hòa muối ở thủy sinh vật là yếu tố quan trọng giúp chúng thích ứng với nồng độ muối thay đổi trong môi trường Khi được huấn luyện dần, khả năng này sẽ gia tăng, cho phép thủy sinh vật duy trì nồng độ muối trong dịch cơ thể ở mức 5 - 8‰, ngưỡng sinh lý cần thiết cho các quá trình sống Khi nồng độ muối bên ngoài vượt quá khả năng điều hòa, sinh vật sẽ chuyển sang trạng thái tiềm sinh và thải ra một lượng nước lớn ra môi trường Thành phần ion trong nước có ý nghĩa sinh học quan trọng, ảnh hưởng đến sự sống và phát triển của thủy sinh vật.
Trao đổi khí ở thuỷ sinh vật
Trao đổi khí ở thủy sinh vật diễn ra trong quá trình quang hợp và hô hấp, phụ thuộc vào đặc điểm thích ứng của chúng và chế độ khí trong môi trường nước Nhiều thủy sinh vật có khả năng sống tiềm sinh trong điều kiện thiếu oxy và sẽ trở lại hoạt động hô hấp khi có đủ oxy.
2.4.1 Tính thích ứng của thủy sinh vật với điều kiện hô hấp trong nước
Hô hấp của thủy sinh vật trong nước là nhờ qui luật khuếch tán của oxy và
CO2 trong cơ thể và môi trường nước có những đặc điểm khác biệt Hệ số khuếch tán của oxy trong nước thấp hơn 320 lần so với không khí, khiến cho thủy sinh vật gặp khó khăn hơn trong việc lấy oxy Ngược lại, việc thải CO2 trong nước dễ dàng hơn nhiều so với trên cạn, nhờ vào hệ số khuếch tán cao của CO2, gấp 25 lần so với oxy, cùng với sự hiện diện của muối carbonate giúp trung hòa nhanh chóng CO2 thải ra.
CO 2 H 2 CO 3 Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 hòa tan CaCO 3 lắng đọng
Trao đổi khí của thủy sinh vật phụ thuộc vào các yếu tố môi trường nước như hàm lượng khí, nhiệt độ, độ mặn và chuyển động của nước, cùng với cấu trúc cơ thể thích ứng của chúng.
Do đặc điểm của môi trường nước ảnh hưởng đến quá trình trao đổi khí, các thủy sinh vật thứ sinh duy trì cách hấp thụ oxy giống như sinh vật trên cạn (qua phổi), nhưng lại có xu hướng thải CO2 qua bề mặt cơ thể như các sinh vật sống trong nước.
* Thích ứng về mặt cấu tạo cơ thể ở thủy sinh vật
Thủy sinh vật phát triển theo hai hướng chính: mở rộng diện tích cơ thể để tăng cường diện tích tiếp xúc và làm mỏng thành cơ thể để khí dễ dàng khuếch tán Những sinh vật này thường có kích thước nhỏ và không có cơ quan hô hấp chuyên hóa, như động vật nguyên sinh, luân trùng và giáp xác nhỏ, giúp chúng có diện tích bề mặt tương đối lớn để tối ưu hóa quá trình trao đổi khí.
Trong môi trường nước, thủy sinh vật thực hiện quá trình trao đổi khí hiệu quả bằng nhiều phương pháp, như di chuyển đến vùng nước có nồng độ oxy cao và tạo dòng nước chảy qua cơ thể để mang oxy và phân tán khí carbonic Đặc biệt, nhóm cá Trắng như cá Mè vinh, cá linh và cá he rất thích nghi với việc trao đổi khí trong môi trường nước chảy.
Nhiều thực vật và động vật, đặc biệt là các loài sống ở vùng ven bờ và trôi nổi trên mặt nước, có khả năng phối hợp giữa hô hấp ở cạn và hô hấp dưới nước Ví dụ, cá Thòi lòi và cá lon mây Thái Bình Dương (Alticus arnoldorum) đều có khả năng hô hấp cả trong nước lẫn trên cạn, cho thấy sự thích ứng linh hoạt của chúng với môi trường sống.
2.4.2 Cường độ trao đổi khí ở thủy sinh vật
Cường độ trao đổi khí được định nghĩa là lượng oxy mà sinh vật sử dụng trong một khoảng thời gian nhất định, tính theo đơn vị mgOxy trên mỗi gram trọng lượng cơ thể trong một giờ.
Khi đốt cháy cùng một lượng Protid, Glucid và Lipid, cần sử dụng các lượng oxy khác nhau và năng lượng tỏa ra cũng khác nhau cho từng loại chất Tuy nhiên, tỷ lệ giữa lượng oxy tiêu thụ và năng lượng sinh ra đều tương đương nhau.
Hệ số K/O, hay còn gọi là hệ số Oxycalo, đo lượng calo tỏa ra khi đốt 1 g vật chất và lượng oxy cần thiết cho quá trình đốt cháy Nghiên cứu của Ivơlev (1939) chỉ ra rằng hệ số này đối với thủy sinh vật trung bình là 3.38 cal/mgO2 và không phụ thuộc vào điều kiện môi trường sống Hệ số CO2/O2, được gọi là hệ số hô hấp, thường nhỏ hơn 1 trong trường hợp hô hấp hiếu khí (CO2 < O2), nhưng có thể lớn hơn 1 trong trường hợp hô hấp kỵ khí một phần do phân hủy khi thiếu oxy (CO2 > O2) Hệ số hô hấp có thể thay đổi theo nhiều yếu tố của môi trường xung quanh.
1 Phân tích sự di động của cá thể non (ấu trùng, cá bột) và cá thể trưởng thành ở một số đối tượng thủy sản?
2 Thủy sinh vật có những hình thức di động nào?
3 Các dạng dinh dưỡng ở thủy sinh vật?
4 Phân tích tính ăn và cho thí dụ thuyết minh ở các nhóm thủy sinh vật?
5 Khả năng tiêu hóa thức ăn của các nhóm thủy sinh vật như thế nào?
6 Quá trình trao đổi muối-nước giữa cơ thể thủy sinh vật với môi trường ngoài?
7 Phân tích quá trình trao đổi khí ở các nhóm thủy sinh vật?
