Đánh giá quá trình sản xuất sơ cấp và hiệu quả sinh thái vùng biển vịnh bắc bộ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Ngọc Tiến ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SƠ CẤP VÀ HIỆU QUẢ SINH THÁI VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ Chuyên ngành: Hải dƣơng học TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS ĐOÀN VĂN BỘ Hà Nội - 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VÙNG BIỂN NGHIÊN CỨU VÀ CÁC VẤN ĐỀ VỀ NĂNG SUẤT SINH HỌC SƠ CẤP TRONG BIỂN 1.1 Một số điều kiện tự nhiên vùng biển nghiên cứu 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Điều kiện khí tượng, hải dương vùng nghiên cứu 1.2 Các vấn đề suất sinh học sơ cấp biển 11 1.2.1 Ý nghĩa việc nghiên cứu suất sinh học biển 11 1.2.2 Tổng quan số kết nghiên cứu suất sinh học sơ cấp vùng biển nghiên cứu 12 1.2.3 Một số phương pháp đo tính tốn suất sinh học sơ cấp 15 CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH CHU TRÌNH CHUYỂN HĨA NITƠ ĐỂ TÍNH TỐN NĂNG SUẤT SINH HỌC SƠ CẤP VÀ HIỆU QUẢ SINH THÁI VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ 17 2.1 Sơ đồ chu trình chuyển hóa Nitơ hệ sinh thái biển 17 2.2 Mơ tốn học chu trình chuyển hóa Nitơ 18 2.2.1 Mơ tốn học q trình chuyển hóa 18 2.2.2 Mơ tốn học q trình sản xuất vật chất hữu 24 2.2.3 Các thơng số sử dụng mơ hình 26 2.3 Phương pháp giải mô hình 27 CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN NĂNG SUẤT SINH HỌC SƠ CẤP VÀ HIỆU QUẢ SINH THÁI VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ 30 3.1 Dữ liệu cho mơ hình 30 3.2 Kết tính tốn sản xuất sơ cấp 37 3.2.1 Phân bố thực vật phù du 37 3.2.2 Phân bố động vật phù du 46 3.2.3 Phân bố suất thô 55 3.2.4 Phân bố suất tinh 64 3.2 Phân bố suất thứ cấp 73 3.3 Kết tính tốn hiệu sinh thái 81 KẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 MỞ ĐẦU Ở Việt Nam, việc sử dụng mơ hình tốn phương pháp số nghiên cứu đánh giá trình sản xuất sơ cấp hiệu sinh thái hệ sinh thái biển ngày có nhiều triển vọng Hướng nghiên cứu xây dựng sở mô tốn học chu trình chuyển hố vật chất hệ sinh thái biển nhằm giải quyết, mặt đánh giá khả sản xuất sơ cấp cường độ vận động chuyển hoá lượng theo kênh dinh dưỡng, hai là, tìm hiểu trình sản xuất thứ cấp, đặc biệt đối tượng hải sản có giá trị kinh tế Đó thông số quan trọng phục vụ việc nghiên cứu đánh giá nguồn lợi sinh vật, phục vụ việc định hướng quy hoạch khai thác sử dụng vực nước hợp lý cuối phục vụ cho công tác đánh giá quản lý chất lượng mơi trường biển Đề tài “Đánh giá q trình sản xuất sơ cấp hiệu sinh thái vùng biển vịnh Bắc Bộ” khơng nhằm mục đích có chu trình chuyển hố Nitơ để đánh giá q trình sản xuất sơ cấp hiệu sinh thái mà mục tiêu chủ yếu đề tài ứng dụng phương pháp mơ hình hố tốn học nghiên cứu môi trường hệ sinh thái biển Đề tài đặt nội dung sau đây: - Thu thập số liệu, tài liệu, phương pháp, mơ hình phục vụ cho tính tốn - Nghiên cứu, ứng dụng mơ hình chu trình chuyển hóa Nitơ cho vịnh Bắc Bộ - Xác định trình sản xuất sơ cấp cho vùng biển vịnh Bắc Bộ trung bình tháng tầng sâu chuẩn - Xác định hiệu sinh thái diễn giải phân tích chi tiết - Phân tích, đánh giá kết thu Ở nội dung thứ hai, sở mơ hình chuyển hố Nitơ hệ sinh thái biển nhà khoa học Phịng nghiên cứu Địa Thuỷ Động lực Mơi trường (GeoHydrodynamics and Environment Research Laboratory-GHER) thuộc Đại học Tổng hợp Liege (Vương quốc Bỉ) xây dựng, PGS.TS Đoàn Văn Bộ cải tiến bổ sung thêm số q trình sinh hố học chu trình Mơ hình chu trình Nitơ đơn giản bao gồm bao gồm hợp phần: thực vật phù du (Phytoplankton), động vật phù du (Zooplankton), chất hữu hoà tan (Dissolved Organic Matter), Amoni (Amonium) Nitrat (Nitrate) Mơ hình tốn mơ chu trình chuyển hố Nitơ hệ gồm phương trình vi phân thường, xây dựng sở ngun lý bảo tồn Từng q trình chuyển hố chu trình mơ tham số hoá sở định luật tối thiểu Liebig nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm tác giả ngồi nước Trong mơ hình, 38 thông số sinh thái môi trường (các số) sử dụng Phương pháp Runge - Kuta giải hệ phương trình vi phân thường mơ hình tìm hiểu lập trình ngơn ngữ Fortran Các tính tốn thực sở nguồn số liệu ủy ban Đại dương Khí (NOAA) (website: http://www.nodc.noaa.gov) Từ liệu trích lưu nhiệt độ trung bình 12 tháng tầng chuẩn vùng nghiên cứu (từ vĩ độ 160N đến 220N từ kinh độ 1050E đến 1100E làm đầu vào cho mơ hình CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VÙNG BIỂN NGHIÊN CỨU VÀ CÁC VẤN ĐỀ VỀ NĂNG SUẤT SINH HỌC SƠ CẤP TRONG BIỂN 1.1 Một số điều kiện tự nhiên vùng biển nghiên cứu 1.1.1 Vị trí địa lý Hình 1: Vùng biển nghiên cứu Vịnh Bắc Bộ vịnh lớn Đơng Nam Á Thế giới có diện tích khoảng 126.250 km2 (36.000 hải lý vng), chiều ngang nơi rộng khoảng 310 km (176 hải lý), nơi hẹp cửa vịnh rộng khoảng 220 km (119 hải lý) Vịnh có hai cửa, eo biển Quỳnh Châu nằm bán đảo Lôi Châu đảo Hải Nam với bề rộng khoảng 19 hải lý cửa vịnh từ đảo cồn cỏ (Việt Nam) tới mũi Oanh Ca (đảo Hải Nam, Trung Quốc) rộng khoảng 112 hải lý Chiều dài bờ biển phía Việt Nam khoảng 763 km, phía Trung quốc khoảng 695 km Phần vịnh phía Việt Nam có khoảng 2.300 hịn đảo, đá ven bờ, có đảo Bạch Long Vĩ nằm cách đất liền Việt Nam khoảng 110 km, cách đảo Hải Nam 130 km Vịnh Bắc Bộ có vị trí chiến lược quan trọng Việt Nam Trung Quốc kinh tế lẫn quốc phòng, an ninh Vịnh nơi chứa tài nguyên thiên nhiên biển, đặc biệt hải sản dầu khí Về hải sản, đại phận ngư trường nằm gần bờ biển Việt Nam Tây Nam đảo Bạch Long Vĩ Vịnh Bắc Bộ ngư trường nguồn cung cấp hải sản quan trọng cho hai nước Việt Nam Trung Quốc Khu vực vịnh cửa vịnh có bồn trũng Sơng Hồng có khả chứa dầu khí Vịnh Bắc Bộ cửa ngõ giao lưu lớn lâu đời Việt Nam giới, có Trung Quốc, có tầm quan trọng đặc biệt với phát triển kinh tế, thương mại quốc tế bảo vệ an ninh, quốc phòng nước ta [13, 14] 1.1.2 Điều kiện khí tượng, hải dương vùng nghiên cứu Khí hậu Khí hậu vịnh Bắc Bộ chia thành mùa: mùa đông lạnh tháng 11 đến tháng năm sau, nhiệt độ khơng khí trung bình 13,9-20,30C, gió hướng bắc đông - bắc thống trị, mạnh tháng 12, 1, 2; Mùa hè nóng từ tháng đến tháng với nhiệt độ khơng khí trung bình năm dao động khoảng 260C-30, 40C gió hướng nam đông - nam chiếm ưu Mùa mưa vịnh Bắc Bộ thường trùng với mùa hè, tập trung chủ yếu tháng 7, 8, chiếm 55% lượng mưa năm Lượng mưa trung bình vịnh đạt 1500mm, phía bờ tây mưa nhiều phía bờ đơng, lớn phía tây bắc vịnh, nhỏ bờ tây đảo Hải Nam [14] Biến động nhiệt độ khơng khí theo thời gian Chênh lệch nhiệt độ khơng khí vịnh Bắc Bộ tháng năm vào khoảng – 11oC Nhiệt độ cao thường xảy vào tháng 8, đạt khoảng 30 – 32oC thấp thường xảy vào tháng 2, đạt khoảng 20 – 21oC Biến động nhiệt độ không khí theo mùa trình bày bảng Bảng 1: Biến động nhiệt độ khơng khí theo mùa (oC) [14] Nhiệt độ khơng khí Mùa Cao Xn 26.3 Hạ 30.4 Thu 27.6 Đơng 20.3 Trung bình 22.6 28.8 25.6 18.7 Thấp 18.4 26.0 21.7 13.9 Hoàn lƣu biển Hệ thống hoàn lưu khối nước vịnh Bắc Bộ có đặc trưng riêng liên quan đến điều kiện tự nhiên đặc thù vịnh Khối nước lạnh ven bờ tây hình thành vùng tây bắc vịnh từ đầu mùa đông tồn thời gian -4 tháng Do dòng chảy mùa đông chi phối nên khối nước xâm nhập xuống phía nam Trong q trình dịch chuyển, nhiệt độ tăng lên, độ muối giảm ảnh hưởng nước cửa sông Khối nước mặt ngồi khơi nam Biển Đơng chiếm hầu hết nửa phía đơng vịnh mùa đơng phần lớn vịnh mùa hè.Trong mùa đông, khối nước bị biến tính tác động gió mùa đơng bắc Khối nước nhạt - lợ ven bờ mùa hè hình thành từ khu vực cửa sơng (đáng kể sông Hồng sông Lam), lan rộng đến độ sâu 20 30m Đây khối nước có độ muối thấp, nhiệt độ cao, giầu dinh dưỡng có khả bị nhiễm yếu tố từ lục địa tải Những điều kiện tự nhiên vịnh Bắc Bộ kể chi phối trực tiếp gián tiếp với mức độ quy mô khác đến phân bố biến động yếu tố hố học mơi trường biển vịnh Bắc Bộ Trị số pH Nước biển khơi vịnh Bắc Bộ mang đặc trưng kiềm yếu, có trị số pH ổn định khoảng 8,00 đến 8,40 Đây kết luận chương trình khảo sát hợp tác Việt - Trung, Việt - Xô Trong đợt khảo sát sau này, tính chất mơi trường kiềm yếu nước biển vịnh Bắc Bộ không thay đổi Tuy nhiên, nửa phía tây vịnh, khu vực cửa sơng lân cận, tính chất kiềm yếu bảo toàn song trị số pH nước biển có dao động lớn hơn, với giá trị thường biến đổi khoảng 7,2 đến 8,3 Đặc điểm có liên quan chặt chẽ với quy mơ cường độ q trình tương tác biển – lục địa, theo khối nước lợ có pH thấp từ cửa sông đổ lan tràn hầu khắp vùng biển ven bờ Cũng với nguyên nhân làm pH nước biển ven bờ phía bắc vịnh thường nhỏ khu vực phía nam Theo độ sâu, xu pH giảm thể hầu hết khu vực khác vịnh Tuy nhiên đặc trưng xáo trộn thẳng đứng theo mùa vùng biển nông mà mùa đông phân tầng pH thể không rõ Biến đổi mùa pH nước biển khơi vịnh Bắc Bộ thể quy luật mùa hè cao, mùa đông thấp tùy thuộc vào thay đổi nhiệt độ nước mùa Tuy nhiên, nhiều q trình chi phối nên có nhiều nơi, khu vực biển ven bờ đặc điểm thể khơng rõ dẫn đến năm pH có nhiều cực trị Ơxy hồ tan Theo kết phân tích từ Cơ sở liệu Hải dương học 1960 - 1994 (Trung tâm Động lực Môi trường Biển) át lát đại dương giới (WOA - Database), nồng độ Oxy hòa tan (DO) nước tầng mặt vịnh Bắc Bộ thường dao động khoảng - 6mg/l biến đổi với xu giảm dần từ mùa đông sang mùa hè, thấp vào tháng - Kết khảo sát hợp tác Việt - Xô năm 1961 1962 cho thấy điều Biển động DO chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt, muối khác mùa, theo hịa tan khí Oxy từ khí vào nước biển khác Theo độ sâu, DO thể rõ quy luật giảm từ mặt đến đáy Nét đặc trưng biến đổi vùng biển khơi xuất cực đại DO lớp nước 20 - 30m, rõ mùa hè Đặc điểm có liên quan đến hoạt động quang hợp thực vật thường xảy mạnh lớp nước mặt Ở khu vực biển có độ sâu