Bài giảng Quản lý môi trường nước thủy sản

LỜI GIỚI THIỆU Quản lý chất lượng nước NTTS mơn khoa học chun nghiên cứu thành phần hóa học nước thiên nhiên, nghiên cứu tác nhân ảnh hưởng tới thành phần hóa học trình chuyển hóa hóa học nước Qua để phục vụ cho việc nghiên cứu tác động nước tới vật nuôi Môn học giúp cho sinh viên nắm quy luật biến động số yếu tố môi trường vận dụng quy luật để tìm phương pháp ni thích hợp, sinh viên phân tích nguyên nhân gây nên đột biến nguồn nước làm cho vật nuôi chậm phát triển chết hàng loạt Sinh viên trang bị cách kiểm tra nguồn nước, biết cách xử lý ổn định số yếu tố môi trường quản lý tốt mơi trường q trình ni Đây môn sở quan trọng, sau học xong học sinh có kiến thức cần thiết để tiếp tục tiếp thu kiến thức môn học khác dinh dưỡng thức ăn, kỹ thuật sản xuất giống, kỹ thuật nuôi trương phẩm, bệnh cá nhiều môn chuyên môn khác Mặc dù tác giả có nhiều cố gắng q trình biên soạn, song khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận góp ý bổ sung bạn đọc gần xa để lần sau xuất hoàn thiện Tác giả MỤC LỤC Phần A LÝ THUYẾT Chương I Hoá thổ nhưỡng 1.1 Khái niệm đất 1.2 Thành phần đất 1.2.1 Thành phần chất rắn 1.2.2 Thành phần chất khí nước 1.2.3 Thành phần sinh vật 1.3 Keo đất 1.4 Đất phèn Câu hỏi thảo luận Chương II Nước thiên nhiên 2.1 Cấu tạo nước 2.2 Một số tính chất nước 2.3 Ơ nhiễm mơi trường nước Câu hỏi thảo luận Chương III Các tính chất vật lý nước tự nhiên 3.1 Nhiệt độ 3.2 Màu nước 3.3 Độ đục 3.4 Mùi nước 3.3 Vị nước Câu hỏi thảo luận Chương IV: Các chất khí hồ tan nước 4.1 Oxy hòa tan 4.2 Khí Cacbonic 4.3 Khí Sulfuahidro 4.3 Khí Methane Câu hỏi thảo luận Chương V: Các muối khống hồ tan 5.1 Độ pH 5.2 Độ mặn 5.3 Độ kiềm 5.4 Độ cứng 5.5 Sắt mangan 5.6 Silic Câu hỏi thảo luận Chương VI Chất hữu cơ, nitơ, phốtpho 6.1 Chất hữu 6.2 Các hợp chất nitơ 6.3 Phốt pho.………………………………………………………………… Câu hỏi thảo luận Chương VII: Tiến trình suy thối ao ni yếu tố ảnh hưởng 7.1 Tiến trình suy thối ao ni 7.2 Những yếu tố ảnh hưởng tới tiến trình suy thối ao ni Câu hỏi thảo luận Chương VIII Các phương pháp xử lý nước nuôi thủy sản 8.1 Phương pháp vật lý 8.2 Phương pháp sinh học 8.3 Phương pháp hóa học 8.4 Khả kết hợp phương pháp Câu hỏi thảo luận Chương IX: Giới thiệu số hoá chất chế phẩm sinh học nuôi trồng thủy sản 9.1 Hoá chất 9.2 Chế phẩm sinh học thông dụng Câu hỏi thảo luận Phần B THỰC HÀNH Chương I: Phương pháp thu bảo quản mẫu 1.1 Chuẩn bị thu mẫu 1.2 Cách bảo quản mẫu 1.3 Phương pháp thu mẫu 1.4 Phương pháp ghi chép kết phân tích Câu hỏi thảo luận Chương II: Phương pháp phân tích số tiêu mơi trường 2.1 Đo nhiệt độ 2.2 Đo pH 2.3 Đo độ 2.4 Đo oxy hòa tan 2.5 Phân tích carbon dioxide 2.6 Phân tích độ kiềm tồng cộng 2.7 Phân tích sắt tổng số 2.8 Phân tích PO43- 2.9 Phân tích NH4+ 2.10 Phân tích nitrat 2.11 Xác định nhu cầu ơxy sinh hố - BOD 2.12 Phân tích độ cứng tổng cộng Câu hỏi thảo luận Tài liệu tham khảo PHẦN A – LÝ THUYẾT Chương I HOÁ THỔ NHƯỠNG 1.1 Khái niệm đất Đất hình thành tiến hóa chậm hàng kỷ phong hóa đá phân hủy xác thực vật ảnh hưởng yếu tố môi trường Một số đất hình thành bồi lắng phù sa sơng biển hay gió Đất có chất khác với đá có độ phì nhiêu, tạo sản phẩm trồng Đất cấu thành từ yếu tố khác theo thời gian, khái quát công thức sau: Đ = f(Đg, Đh, Sv, Kh, Nc, HđN)t Trong đó: * Đg: đá gốc (loại đá hình thành nên đất trình phong hố theo thời gian, loại đá khác thành phần hoá học tạo loại đất khác thành phần hố học có đá) * Đh: Địa hình, Các vùng khác nhau, hình thành đất khác Qui luật vận động tự nhiên trái đất: trôi dạt lục địa, động đất, núi lửa hình thành nên vùng đất có thành phần tính chất khơng giống Vùng núi cao, đá vơi với thành phần can xi magiê, nitơ, phơt pho, ngược lại vùng thấp, ven biển, lại có tích tụ chất hữu qua năm tháng, hình thành nên loại đất chua, nghèo sinh vật Chúng ta có đất đỏ Bazan, đất phèn chua mặn, đất cát trắng, đất mùn phù sa đặc trưng cho vùng với thành phần cấu thành, nên loại đất vùng tương đối ổn định * Sv: Sinh vật, bao gồm (vi sinh vật, động vật, thực vật) Động, thực vật nguồn cung cấp chất hữu cho đất qua chất đào thải xác chết, vi sinh vật làm nhiệm vụ phân huỷ chất hữu có sẵn đất tổng hợp chất hữu Vi sinh vật cố định đạm sống ký sinh họ đậu, số bèo, tảo có khả đồng hố nitơ chuyển thành đạm có lợi cho đất * Kh: Khí hậu, ngun nhên q trình phong hố đất Sự thay đổi khớ hậu mạnh rút ngắn thời gian hình thành biến đổi đất, đó, nhiệt độ xạ nhiệt mặt trời, gió, độ ẩm khơng khí, thúc đẩy q trình phong hố hình thành nên đất Mưa, kéo theo q trình rửa trơi làm biến đổi tính chất đất vùng khác * HđN: Hoạt động người ảnh hưởng gián tiếp tới thành phần đất Con người làm cho đất phì nhiêu người biết nâng niu q trọng đất q trình khai thác đất phục vụ cho đời sống mình, song người làm cho đất bạc mầu, thoái hoá đi, người khai thác đất cách vô cảm * t: Thời gian, tuổi đất tính từ bắt đầu phong hố đá + Tuổi tuyệt đối thời gian dài đủ cho phép trình xảy làm cho đất đạt đến ổn định đó, tính theo số năm + Tuổi tương đối mức độ phát triển đất điều kiện ngoại cảnh khác nhau, khơng tính số năm, ví dụ: Đất bazan hình thành có chỗ bị đá ong hoá, chua nhiều 1.2 Thành phần đất 1.2.1 Thành phần chất rắn Thành phần đất chất rắn, chiếm 50 % thể tích đất, chiếm tới 99% trọng lượng đất Chất rắn bao gồm hai loại chất chất vơ chất hữu Chất vơ hình thành từ phong hố đá gốc, chúng chiếm 38 % thể tích đất 95 % trọng lượng đất Chất hữu đất xác sinh vật phân huỷ tạo thành, chiếm 12 % thể tích đất gần % trọng lượng đất 1.2.2 Thành phần chất khí, nước Giữa hạt keo đất có khe hở, nơi thích hợp cho khơng khí xâm nhập vào đất chứa đựng lượng nước định Khơng khí từ khí xâm nhập vào, từ phân huỷ chất hữu đất sinh ra, bao gồm khí như: oxy, nitơ, hiđro, cacbonic, mêtan, sulfuahiđro v.v Nước chủ yếu từ bên xâm nhập vào, nước hồ tan nhiều chất vơ cơ, hữu đất, nên thực chất gọi dung dịch đất 1.2.3 Thành phần sinh vật Sinh vật đất có nhiều loại như: trùng, nguyên sinh động vật, số loài tảo, số lượng lớn vi sinh vật Trên thành phần loại đất bản, nhiên số loại đất đặc biệt có phối trộn có khác, ví dụ như: đất than bùn, hàm lượng chất hữu lớn tới 70 - 80 % thể tích đất, đất cát chiếm vài phần ngàn Khơng khí nước thay đổi nhiều chúng tồn khe hở đất, khơng phụ thuộc vào độ chặt, độ xốp đất, mà phụ thuộc vào độ ẩm đất, hai thành phần chiếm tới 50 % thể tích đất Dưới biểu đồ mơ tả thành phần cấu thành nên đất với tỉ lệ thể tích tương đối H ữu Vo K.khi Nước Hình 1.1: Tỉ lệ thành phần đất 1.3 Keo đất 1.3.1 Khái niệm keo đất Keo đất phần tử nhỏ bé, đường kính hạt keo khoảng từ 10-6 đến 10 -4 mm, có nhân keo phần tử mang điện tích xung quanh nhân Có nhiều cách phân loại keo đất khác nhau, dựa vào dấu hiệu điện tích, keo đất chia làm loại: keo âm, keo dương keo lưỡng tính Keo âm: keo có lớp ion tạo điện mang dấu âm, keo có nguồn gốc từ khống sét: keo hữu Keo dương: keo đất có lớp ion tạo điện mang điện dương Keo lưỡng tính: keo có lớp ion bù, đổi dấu từ điện âm sang điện dương ngược lại pH mơi trường thay đổi 1.3.2 Tính chất keo đất * Tính hấp phụ: Bề mặt keo đất ln tiếp xúc với chất khí chất lỏng, qua có lực hút phần tử chất với tâm hạt keo, lực tương tác khác phần tử ion xung quanh chúng, sinh lượng bề mặt, từ làm tăng khả giữ phần tử khí ion bề mặt keo đất Khả tính hấp phụ * Keo đất mang điện tích Keo đất có khả tích điện dương (keo dương) tích điện âm (keo âm), keo đất mang điện tạo cho đất trao đổi ion với ion dung dịch đất cách chọn lọc Ví dụ: hạt keo mang điện tích dương có khả trao đổi cation sau: Keo đất Ca  2+ + + NH4 + SO4 2- Keo đất NH4+ + Ca2+ + 2SO NH4+ Sự hấp phụ, trao đổi cation keo đất tuân theo qui luật bảo toàn điện tích Một cation canxi mang điện tích 2+ (Ca2+) trao đổi với cation amonium mang điện tích 1+ (NH4+), tổng cation, anion trước sau phản ứng Sự hấp phụ, trao đổi cation keo đất mang tính thuận nghịch, nồng độ cation thay đổi, cân thay đổi để đạt trạng thái cân phù hợp với thay đổi nồng độ đó, nên tuỳ theo nồng độ cation thay đổi mà cân chuyển dịch theo chiều thuận hay nghịch Sự hấp phụ, trao đổi cation keo đất xảy nhanh Quá trình hấp thụ, trao đổi cation thể qua hình thành cân ion keo đất dung dịch đất xảy nhanh Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào đặc tính cation, vào tỉ lệ keo đất dung dịch đất, vào nồng độ cation dung dịch đất, phụ thuộc vào nhiệt độ đất Sự hấp phụ, trao đổi cation keo đất phụ thuộc vào nồng độ cation dung dịch đất, nồng độ cation dung dịch đất cao hấp phụ cation keo đất mạnh ngược lại, nồng độ cation dung dịch đất giảm cation từ keo đất khuếch tán nhanh chúng vào dung dịch đất để đạt trạng thái cân cation keo đất dung dịch đất Dựa vào đặc tính mà thay đổi tính chất keo đất theo mục đích sử dụng chúng Ví dụ: Vùng đất chua (keo đất hấp phụ nhiều cation H+ bề mặt), bón vơi (tăng Ca2+ vào dung dịch đất) để làm giảm độ chua cho đất Cân xảy sau: Keo đất H+ + H+ Ca(OH)2  Keo đất Ca2+ + H2O Sau bón, cation H+ bề mặt keo đất vào dung dịch đất, nhường chỗ cho cation Ca2+ hấp thụ bề mặt keo đất Như keo đất khơng cịn tính chua H+ * Tính ngưng tụ tính phân tán Trạng thái keo đất (sol keo) khả chống lại gắn kết phần tử keo lại với ảnh hưởng chất điện phân, phản ứng môi trường Keo chuyển từ trạng thái phân tán (trạng thái sol) sang trạng thái ngưng tụ (trạng thái gel) gọi tượng tụ keo Các hạt keo tích điện trái dấu liên kết với trung hoà điện, ngưng tụ keo tác dụng chất điện phân môi trường xung quanh: (NaCl  Na+ + Cl- ) Keo đất SO42- + + 2Na  Keo đất Na2SO4  Bị ngưng tụ lại Nồng độ cần thiết chất điện phân để keo chuyển từ trạng thái sol sang trạng thái gel gọi ngưỡng đơng tụ, ngưỡng đơng tụ phụ thuộc vào tính chất keo đất, vào độ lớn điện tích vào độ điện li chất điện phân 1.4 Đất phèn Đất phèn hay đất phèn tiềm tàng chiếm 15 triệu vùng nhiệt đới, bao gồm gần triệu Nam Đông Nam Á Chưa tới triệu số 15 triệu sử dụng để trồng trọt khơng thích hợp cho nơng nghiệp Tình trạng phèn gây nhiều vấn đề biết đến ao nuôi cá: cá tăng trưởng chậm số trường hợp chết hàng loạt Những vấn đề tóm lược sau: - Cá chết pH thấp (= độ phèn cao) - Thức ăn tự nhiên – cá tăng trưởng chậm - Phản ứng với phân bón - Ảnh hưởng độc tố sắt nhôm - Nhạy cảm vớ i nước mưa acid Các q trình hóa học sinh đất phèn: 2+ H2S + Fe  FeS + 2H + FeS + S  FeS2 = PYRITE Pyrite khử q trình oxy hố đất không ngập nước giữ ẩm 2FeS2 + 7O2 + 2H2O 2FeSO4 + 2H2SO4 Phản ứng phóng thích axit sulphuric tạo tình trạng pH thấp +2 +3 Dưới điều kiện pH thấp, Fe oxi hoá thành Fe vi +3 khuẩn Thiobacillus ferroxidans Fe tác nhân oxy hoá hữu hiệu oxy khí quyển: 4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 2Fe2(SO4)3 + 2H2O FeS2+ 7Fe2(SO4)3 + 8H2O  12Fe2SO4 + 8H2SO4 Vi khuẩn Thiobacillus oxy hố sulphur thành acid sulphuric: vi khuẩn hoạt hoá pH 2.0-3.5 S + 1,5O2 + H2O  H2SO4 Van Breemen (1980) cho đất phèn thực đất phèn tiềm tàng chiếm triệu Nam Đông Nam Á 3,77 triệu Châu Phi Mặc dù tìm thấy hầu hết vùng khí hậu thường vùng ven biển vùng nhiệt đới Thường gắn kết với đầm phá rừng ngập mặn nhiệt đới ven biển Sulphur and sulphates có từ nước mặn Mặc dù sulphate trơ trình khử vơ dễ dàng khử phương pháp sinh học vi khuẩn Phản ứng đầy đủ dẫn đến hình thành H2S, tóm tắt sau: 2C6H12O6 + SO42 + 2H  2CH3COCOOH + H2S +2H2O Vi khuẩn khử sulfate kỵ khí đặc biệt hoạt hóa pH gần trung tính Vì nước biển thường có pH = 8,2-8,4, pH đất thường khoảng 6,5-7,5, trình khử sulphate xúc tiến nhanh điều kiện có diện vật chất hữu Đất phèn phát triển từ trầm tích cửa sơng biển; trầm tích bền hình thành đất với hàm lượng hữu cao từ rừng ngập mặn Do xâm nhập oxy kém, vi khuẩn sử dụng sulphate gây hình thành sulfide trầm tích Chúng chứa hàm lượng nhôm sắt trao đổi Sự phân hủy hợp chất hữu đất (rễ rừng…) tiếp tục làm thiếu oxy đất hoạt hóa vi khuẩn khử sulfate (những vi khuẩn phân hủy vật chất hữu lúc với lấy sulfate từ nước biển cho hơ hấp- tạo sulfide) Hình thành đất dạng H2S kết hợp vớ i sắt có sẵn để tạo FeS FeS chuyển hoá thành pyrite hợp chất khống cho việc hình thành phèn đất Khi bị ngập nước điều kiện yếm khí, đất gần có pH trung tính tháo khô xây dựng ao, oxy hóa dẫn đến giải phóng acid sulfuric đất làm ẩm ướt trở lại Có nhiều đặc điểm nhân dạng đất phèn tiềm tàng thực trường Tuy nhiên, không đơn giản để biết mức độ phèn đất sử dụng để ni cá Có thể nhân dạng đất phèn cách sau: - pH thấp Có diện vết lốm đốm mầu vàng (jarosite - loại khoáng sulfat sắt bazơ) = KFe3(SO4)2(OH)6 - Trầm tích sắt (mầu đỏ/nâu) 10 ... giới Biển đảo hồ nước lợ Tổng nước biển Nước Các hồ nước Tất sông(mức TB) Nước băng nam cực Nước băng bắc cực Nước mưa Nước sâu cách mặt đất 0.8 km Nước ngầm sâu Tổng nước Tổng tồn nước % tổng thể... Chương II Nước thiên nhiên 2.1 Cấu tạo nước 2.2 Một số tính chất nước 2.3 Ô nhiễm môi trường nước Câu hỏi thảo luận Chương III Các tính chất vật lý nước. .. bốc ánh nắng mặt trời, độ thu nhiệt lớn nước giữ cho nước thủy vực không nóng, ảnh hưởng xấu đến thủy sinh vật 2.2.5 Khối lượng nước luôn chuyển động Nước thủy vực ln ln chuyển động dạng sóng dịng