Báo cáo nghiên cứu khoa học " Một số kết quả tính toán Năng suất sinh học của quần xã plankton vùng biển khơi nam việt nam " pdf

Tạp chí Khoa học đhqghn, KHTN & CN, T.xxI, Số 3PT., 2005 một số kết quả tính toán Năng suất sinh học của quần xã plankton vùng biển khơi nam việt nam Đoàn Bộ Khoa Khí tợng-Thuỷ văn và Hải dơng học Trờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội Tóm tắt: Năng suất sinh học của quần xã Plankton vùng biển khơi nam Việt Nam (6-17 O N, 107-115 O E) đợc tính toán trên cơ sở các hệ số chuyển hoá năng lợng giữa các bậc dinh dỡng. Các hệ số này đợc tìm từ việc giải bài toán mô hình chu trình chuyển hoá Nitơ trong hệ sinh thái vùng biển nghiên cứu. Kết quả cho thấy: 1. Năng suất sơ cấp tinh của vùng biển đạt cỡ 38 đến 54 mgC/m 3 /ngày trong mùa gió đông bắc và 42-48 mgC/m 3 /ngày trong mùa gió tây nam. Phân bố của năng suất sơ cấp có liên quan mật thiết với trờng nhiệt của vùng biển trong các mùa. Hệ số chuyển hoá năng lợng tự nhiên ở vùng biển có giá trị 0,08 - 0,1%. 2. Năng suất thứ cấp của vùng biển biến đổi trong khoảng 0,1 đến 0,6 mgC/m 3 /ngày, nhỏ hơn năng suất sơ cấp khoảng 100 lần. Năng suất thứ cấp trong mùa gió đông bắc cao hơn trong mùa gió tây nam và phân bố tơng đối đồng đều trên vùng biển. Trong mùa gió tây nam, khu vực lân cận vùng nớc trồi có năng suất thứ cấp cao hơn các khu vực kế cận. 1. Giới thiệu Plankton là nguồn thức ăn quan trọng bậc nhất đối với đời sống sinh vật biển, chiếm 70-90% tổng thành phần thức ăn của nhiều loài cá tầng trên [2]. Những vùng biển giàu Plankton cũng thờng là những nơi tập trung cá khai thác. Thực chất, giữa năng suất sơ cấp, năng suất thứ cấp và trữ lợng cá luôn tồn tại mối tơng quan thuận trong sự chi phối chặt chẽ của các điều kiện môi trờng. Hiểu biết đầy đủ về quy luật phân bố, biến động số lợng, sinh khối và năng suất của Plankton biển sẽ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, đặc biệt trong việc đánh giá tiềm năng nguồn lợi sinh vật của vùng biển. Bài báo giới thiệu một số kết quả tính toán và những nhận định chủ yếu về sự phân bố và biến đổi mùa của năng suất sinh học sơ cấp và thứ cấp ở vùng biển khơi nam Việt Nam (6-17 O N, 107-115 O E). Kết quả nghiên cứu này đợc hoàn thành với sự hỗ trợ kinh phí của Hội đồng Khoa học Tự nhiên giai đoạn 2004-2005 (đề tài 740704) và nguồn tài liệu của đề tài cấp Nhà nớc KC-09-03 thuộc Chơng trình Biển KC-09 (2001-2004). 2. Phơng pháp và tài liệu Việc tính toán năng suất sinh học sơ cấp của thực vật nổi và năng suất sinh học thứ cấp của động vật nổi dựa vào các hệ số chuyển hoá năng lợng giữa các bậc dinh dỡng đầu tiên trong chuỗi thức ăn ở biển. Các hệ số này đợc tìm từ việc giải bài toán 1 Đoàn Bộ 2 mô hình chu trình chuyển hoá Nitơ trong hệ sinh thái biển. Cơ sở phơng pháp luận của bài toán đã đợc đa ra trong [4, 6], ở đây chỉ trình bày các kết quả nghiên cứu. Trong chu trình Nitơ, nguyên tố Nitơ đợc chuyển hoá qua 7 hợp phần: thực vật nổi, động vật nổi, chất hữu cơ lơ lửng, chất hữu cơ hoà tan, amoni, nitrit và nitrat. Các quá trình chuyển hoá đợc tham số hoá trên cơ sở xem xét các mối quan hệ sinh thái giữa các hợp phần trong điều kiện có tác động tổng hợp của các yếu tố ngoại cảnh. Từ đó đã xây dựng hệ 7 phơng trình vi phân thờng mô phỏng sự biến đổi sinh khối và nồng độ của các hợp phần. Bài toán đợc giải trong điều kiện dừng bằng sơ đồ lặp Runge-Kutta cho vùng biển khơi nam Việt Nam với các dữ liệu ban đầu bao gồm: - Trờng nhiệt độ lớp nớc mặt vùng biển nghiên cứu trung bình nhiều năm mùa gió Đông Bắc và mùa gió Tây Nam đợc tính toán thống kê trên các ô 0,5 độ kinh-vĩ từ nguồn số liệu WOA phát hành năm 2001 [7]. - Cờng độ bức xạ đợc tính toán theo các điều kiện thiên văn trung bình trên các vĩ độ địa lý của vùng biển nghiên cứu trong 2 mùa đặc trng. - Các tham số sinh thái trong mô hình đợc lựa chọn phù hợp với điều kiện biển nhiệt đới Việt Nam và vùng biển nghiên cứu, đã đợc công bố trong [1, 2, 3, 4, 5]. - Số lợng và sinh khối sinh vật nổi trung bình mùa đợc tổng hợp từ các số liệu khảo sát từ 1975 đến 2003 tại vùng biển nghiên cứu, tính trên các ô 1 độ kinh-vĩ (nguồn từ đề tài KC-09-03). 3. Kết quả và thảo luận 3.1 Đặc điểm phân bố và biến đổi mùa của năng suất sinh học sơ cấp Nét nổi bật của bức tranh phân bố thực vật phù du (TVPD) trong cả 2 mùa gió là sự tập trung với mật độ cao trong dải nớc biển ven bờ, nhất là khu vực biển phía đông và nam Bình Thuận (hình 1), với số lợng đạt tới 5.000.000 tb/m 3 , biển đổi trong giới hạn khá rộng từ 50.000 đến 5.000.000 tb/m 3 . Khu vực biển sâu phía đông kinh tuyến 110 o E có số lợng TVPD ít hơn, dao động trong khoảng từ dới 50.000 đến trên 500.000 tb/m 3 . Khu vực biển ven bờ Đà Nẵng có mật độ TVPD tơng đối cao, từ trên dới 200.000 tb/m 3 trong mùa gió Tây Nam đến cỡ 1.000.000 tb/m 3 trong mùa gió Đông Bắc. Đặc điểm này có thể liên quan đến khối nớc giàu dinh dỡng từ phía bắc lan truyền tới, nhất là trong mùa gió Đông Bắc. Riêng trong mùa gió Tây Nam, TVPD sự tập trung với mật độ tơng đối cao ở khu vực nớc trồi ngoài khơi Khánh Hoà với số lợng đạt từ 200.000 đến trên 1.000.000 tb/m 3 . Một số kết quả tính toán năng suất sinh học 3 Trờng Sa Hoàng Sa Trờng Sa Hoàng Sa 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Ghi chú: (1): <50; (2): 50-200; (3): 200-500; (4): 500-1000; (5):1000-5000 (.10 3 tb/m 3 ) Hình 1. Phân bố số lợng thực vật phù du) trong mùa gió đông bắc (trái) và mùa gió tây nam (phải) Nhìn chung, số lợng TVPD trong cả 2 mùa gió không có sự khác biệt nhiều, ngoại trừ khu vực nớc trồi ngoài khơi Khánh Hoà là có sự khác biệt đáng kể: trong mùa gió Đông Bắc đạt 50.000-200.000 tb/m 3 , trong mùa gió Tây Nam đạt 50.000- 1.000.000 tb/m 3 . Trong mùa gió Đông Bắc, năng suất sơ cấp tinh của TVPD có giá trị từ 38 đến 54 mgC/m 3 /ngày, phân bố với xu thế tăng dần từ bắc vào nam. Hầu hết toàn vùng biển có năng suất sơ cấp đạt trên 50 mgC/m 3 /ngày, riêng khu vực biển ven bờ Đà Nẵng có giá trị thấp hơn, đạt khoảng 40-50 mgC/m 3 /ngày (hình 2). Mặc dù TVPD có thể tập trung với mật độ tơng đối cao ở khu vực biển ven bờ Đã Nẵng nh đã thấy trên hình 1, song do nền nhiệt khu vực này trong mùa gió Đông Bắc khá thấp (23-25 o C) nên tốc độ tổng hợp chất hữu cơ của TVPD không cao. Tuy nhiên, sự khác biệt này không nhiều và có thể coi trờng năng suất sơ cấp ở vùng biển nghiên cứu trong mùa gió Đông Bắc là tơng đối đồng nhất. 107 108 109 110 111 112 113 114 115 107 108 109 110 111 112 113 114 115 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Đà Nẵng Nha Trang Phan Thiết 107 108 109 110 111 112 113 114 115 107 108 109 110 111 112 113 114 115 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Đà Nẵng Nha Trang Phan Thiết Trờng Sa Trờng Sa Hoàng Sa Hoàng Sa Hình 2. Giá trị trung bình năng suất sơ cấp tinh (mg-C/m 3 /ngày) trong mùa gió đông bắc (trái) và mùa gió tây nam (phải) Đoàn Bộ 4 Trong mùa gió Tây Nam, hầu hết các khu vực của vùng biển nghiên cứu có năng suất sơ cấp tinh trong khoảng 42-48 mgC/m 3 /ngày, thấp hơn so với mùa gió đông bắc và cũng đồng nhất hơn. Tuy vậy cũng có thể thấy khu vực biển Khánh Hoà, Phan Thiết và Trờng Sa có tốc độ tổng hợp chất hữu cơ cao hơn các khu vực khác. Theo các kết quả nghiên cứu trớc đây, nhiệt độ thích hợp cho quang hợp của TVPD vùng biển nhiệt đới Việt Nam trong khoảng 26-28 o C [2, 3]. So sánh nền nhiệt trung bình mùa ở vùng biển nghiên cứu với giá trị này thấy rằng trong mùa gió đông bắc toàn khu vực phía nam vĩ tuyến 14 o N có nhiệt độ nớc tầng mặt đạt 26-27,5 o C (trừ dải nớc sát bờ Nha Trang, Phan Thiết), trong khi nền nhiệt trung bình trong mùa gió tây nam thờng cao hơn 28 o C. Đây là một trong những nguyên nhân làm cho năng suất sinh học sơ cấp toàn vùng biển trong mùa gió tây nam thấp hơn trong mùa gió Đông Bắc. 3.2 Đặc điểm phân bố và biến đổi mùa của năng suất sinh học thứ cấp Sinh khối động vật phù du (ĐVPD) toàn vùng biển nghiên cứu trong cả 2 mùa gió có sự khác biệt không nhiều, chủ yếu nằm trong khoảng 50 đến trên 80 mg-tơi/m 3 (hình 3). 107 108 109 110 111 112 113 114 115 107 108 109 110 111 112 113 114 115 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Đà Nẵng Nha Trang Phan Thiết 107 108 109 110 111 112 113 114 115 107 108 109 110 111 112 113 114 115 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Đà Nẵng Nha Trang Phan Thiết Trờn g Sa Trờn g Sa Hoàn g Sa Hoàn g Sa Hình 3. Phân bố sinh khối động vật phù du (mg-tơi/m 3 ) trong mùa gió đông bắc (trái) và mùa gió tây nam (phải) Trong mùa gió Đông Bắc, hầu hết toàn vùng biển có sinh khối ĐVPD cao trên 50 đến trên 100 mg/m 3 , một vài nơi tới 160 mg/m 3 . Nơi có sinh khối cao hơn thuộc về các khu vực Hoàng Sa, Trờng Sa, ngoài khơi Khánh Hoà, nam Phan Thiết. Trong mùa gió tây nam, sinh khối ĐVPD có giá trị trong khoảng từ dới 25 đến trên 75 mg/m 3 , nhỏ Một số kết quả tính toán năng suất sinh học 5 hơn so với mùa gió Đông Bắc. Nơi có sinh khối cao hơn thuộc về các khu vực biển khơi Đà Nẵng, lân cận vùng nớc trồi ngoài khơi Khánh Hoà và Trờng Sa. Kết quả tính toán năng suất thứ cấp của ĐVPD đợc thể hiện trên hình 4 cho thấy đại lợng này có giá trị biến đổi trong khoảng 0,1 đến 0,6 mgC/m 3 /ngày, nhỏ hơn năng suất sơ cấp gần 100 lần. Nh vậy có thể thấy tỷ lệ chuyến hoá năng lợng giữa 2 bậc dinh dỡng đầu tiên ở vùng biển nghiên cứu vào khoảng 0,01. Năng suất thứ cấp trong mùa gió Đông Bắc cao hơn trong mùa gió Tây Nam và phân bố tơng đối đồng đều trên vùng biển nghiên cứu. Trong mùa này hầu hết toàn vùng biển có năng suất thứ cấp trong khoảng 0,3 đến trên 0,5 mgC/m 3 /ngày, có nơi trên 0,6 mgC/m 3 /ngày. Vị trí các khu vực có năng suất thứ cấp cao trùng hợp tơng đối với các khu vực có sinh khối cao của ĐVPD. Trong mùa gió Tây Nam, năng suất thứ cấp có giá trị trong khoảng 0,1 đến 0,5 mgC/m 3 /ngày, chủ yếu từ 0,2-0,4 mgC/m 3 /ngày. Khu vực lân cận vùng nớc trồi có năng suất thứ cấp cao hơn các khu vực khác. 107 108 109 110 111 112 113 114 115 107 108 109 110 111 112 113 114 115 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Đà Nẵng Nha Trang Phan Thiết 107 108 109 110 111 112 113 114 115 107 108 109 110 111 112 113 114 115 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Đà Nẵng Nha Trang Phan Thiết Trờn g Sa Trờn g Sa Hoàn g Sa Hoàn g Sa Hình 4. Phân bố năng suất thứ cấp của động vật phù du (mg-C/m 3 /ngày) trong mùa gió đông bắc (trái) và mùa gió tây nam (phải) Mặc dù có sự khác biệt về giá trị năng suất thứ cấp giữa 2 mùa, song sự khác biệt này không nhiều và có thể coi là tơng đối ổn định. Điều này phù hợp với đặc trng của hệ sinh thái biển nhiệt đới nam Việt Nam, nơi mà sự biến đổi năm của các yếu tố sinh thái môi trờng không nhiều nh ở các vùng biển phía bắc [1, 2]. Đoàn Bộ 6 4. Kết luận 1. Năng suất sơ cấp tinh của vùng biển đạt cỡ 38 đến 54 mgC/m 3 /ngày trong mùa gió Đông Bắc và 42-48 mgC/m 3 /ngày trong mùa gió Tây Nam. Phân bố của năng suất sơ cấp có liên quan mật thiết với trờng nhiệt của vùng biển trong các mùa. Hệ số chuyển hoá năng lợng tự nhiên ở vùng biển có giá trị 0,08 - 0,1%. 2. Năng suất thứ cấp của vùng biển biến đổi trong khoảng 0,1 đến 0,6 mgC/m 3 /ngày, nhỏ hơn năng suất sơ cấp khoảng 100 lần. Năng suất thứ cấp trong mùa gió Đông Bắc cao hơn trong mùa gió Tây Nam và phân bố tơng đối đồng đều trên vùng biển. Trong mùa gió tây nam, khu vực lân cận vùng nớc trồi có năng suất thứ cấp cao hơn các khu vực kế cận. Tài liệu tham khảo 1. Nguyễn Tác An, Năng suất sinh học sơ cấp và hiệu ứng sinh thái của dòng nớc trồi ở vùng biển Nam Trung Bộ, Các công trình nghiên cứu vùng nớc trồi mạnh Nam Trung bộ, NXB Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội, 1997, tr. 114-130. 2. Đoàn Bộ, Mô hình toán học về sự phân bố sinh vật nổi và năng suất sinh học sơ cấp vùng nớc trồi thềm lực địa Nam Trung bộ, Tạp chí Sinh học, Hà Nội, T.19, No4, 1997, tr. 35-42. 3. Đoàn Bộ, Nguyễn Dơng Thạo, Sinh vật phù du vùng biển phía tây Trờng Sa và mối quan hệ của chúng với các yếu tố môi trờng, Tạp chí Thuỷ Sản, số 6, 2001, tr. 16-18. 4. Đoàn Bộ, Trịnh Lê Hà, Mô hình chu trình Nitơ trong hệ sinh thái biển, Tạp chí Khoa học ĐHQG, Hà Nội, T19, No1, 2003, tr. 10-21. 5. Doan Bo, Liana McManus and others, Primary productivity of phytoplankton in study area of RP-VN JOMSRE-SCS 1996, Proceedings: Conference on the Philippines-Vietnam Joint Oceanographic and Marine Scientific Research Expedition in the South China Sea 1996, Hanoi, 22-23 April 1997, pp 72-86. 6. Gregoire M.,J-M. Beckers, J.C.J. Nihoul, E. Stanev, Coupled hydrodynamic ecosystem model of the Black Sea at the basin scale, Sensitivity to Change: Black Sea, Baltic Sea and North Sea, Ed. by Ozsoy E. and A. Mikaelyan, 1997, pp. 487-499. 7. World Ocean Atlas (WOA- Database), CD-Rom, NOAA, 2001. VNU. JOURNAL OF SCIENCE, Nat., Sci., & Tech., T.xXI, n 0 3AP., 2005 the some results of calculating the Biological production of plankton community in the south Vietnam open sea Doan Bo Department of Hydro-Meteorology & Oceanography College of Science, VNU The biological production of plankton community in the south Vietnam open sea (6-17 O N, 107-115 O E) was calculated basing on the energy transformation coefficients Mét sè kÕt qu¶ tÝnh to¸n n¨ng suÊt sinh häc 7 between nutrient hierarchies. The coefficients were found by solving a model for Nitrogen transformation cycle in marine ecosystems. The results are given bellow. The primary production in the sea was about 38-54 mgC/m 3 /day in the winter and 42-48 mgC/m 3 /day in the summer. The distribution of primary production related to the water temperature field. The natural energy transformation effectiveness in the sea was about 0.08-0.1%. The secondary production (of zooplankton) in the sea varied from 0.1 to 0.6 mgC/m 3 /day and was only equal to about 1/100 of primary one. The secondary production in the winter was higher than one in the summer. This work was supported by the Natural Science Council of Vietnam (Subject 740704, 2004-2005) and data base of Subject KC-09-03 (2001-2004). . Tạp chí Khoa học đhqghn, KHTN & CN, T.xxI, Số 3PT., 2005 một số kết quả tính toán Năng suất sinh học của quần xã plankton vùng biển khơi nam việt nam Đoàn Bộ Khoa Khí tợng-Thuỷ. dơng học Trờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội Tóm tắt: Năng suất sinh học của quần xã Plankton vùng biển khơi nam Việt Nam (6-17 O N, 107-115 O E) đợc tính toán trên cơ sở các hệ số. tiềm năng nguồn lợi sinh vật của vùng biển. Bài báo giới thiệu một số kết quả tính toán và những nhận định chủ yếu về sự phân bố và biến đổi mùa của năng suất sinh học sơ cấp và thứ cấp ở vùng