2. Các khí hòa tan
2.1. Động thái của các khí hịa tan trong mơi trường nước
2.1.1. Oxy hịa tan
33
Oxy có trong mơi trường nước chủ yếu do q trình quang hợp của thực vật thủy sinh, hay sự khuếch tán từ khơng khí vào. Đối với thủy vực nước tĩnh, quá trình quang hợp là chủ yếu, cịn thủy vực nước chảy thì nguồn thứ hai là chủ yếu.
Trong mơi trường nước hàm lượng oxy hịa tan có thể mất đi do q trình hơ hấp của thủy sinh vật, tham gia vào q trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong nước và nền đáy thủy vực và ở hàm lượng q bảo hịa nó có thể khuếch tán trở lại khơng khí.
Sự hịa tan của oxy từ khơng khí phụ thuốc vào nhiệt độ, độ mặn, bề mặt của ao, sự chuyển động của nước…
Nhiệt độ: độ hịa tan của oxy từ khơng khí váo nước sẽ giảm khi nhiệt độ tăng.
Độ mặn: độ hòa tan của oxy tỷ lệ nghịch với độ mặn.
Bảng 3.2: Mức bão hòa oxy trong nước (mg/L) ở các nhiệt độ (0C) và độ mặn (0/00) khác nhau Độ mặn (0/00) Nhiệt độ (0C) Nước ngọt 7,5 11 15 36 20 22 24 26 27 28 29 30 9,1 8,8 8,4 8,1 8,0 7,8 7,7 7,6 8,7 8,4 8,1 7,8 7,6 7,5 7,4 7,3 8,5 8,2 7,9 7,6 7,5 7,4 7,2 7,1 8,3 8,0 7,7 7,5 7,3 7,2 7,1 7,0 7,4 7,1 6,9 6,6 6,5 6,4 6,3 6,2
Nguồn : FAO (2002), trích bởi Nguyễn Phú Hịa, 2016
Trong nước tự nhiên hàm lượng oxy thường có biên độ biến động rất lớn, ở các thuỷ vực khác nhau khoảng dao động thường không giống nhau. Biến động của oxy hoà tan trong nước thường tuân theo các quy luật sau:
- Biến động theo chu kỳ ngày đêm
Trong các ao nuôi thủy sản, hàm lượng oxy có sự biến động lớn theo ngày đêm, biên độ biến động phụ thuộc vào mức độ dinh dưỡng và sự phát triển của
34
thực vật trong ao ni. Hàm lượng oxy hịa tan thường biến động từ 2 – 12 mg/L, rất ít khi vượt quá chỉ số này. Hàm lượng oxy hòa tan thường gia tăng vào ban ngày và giảm thấp vào ban đêm. Ở các ao khác nhau, hàm lượng oxy hòa tan tùy thuộc vào thời gian nuôi, chế độ quản lý ao, mùa khí hậu.
Trong một ao nuôi hàm lượng dinh dưỡng và mật độ thực vật phù du có khuynh hướng tăng dần vào cuối vụ ni, do đó sự biến động hàm lượng oxy theo ngày đêm cũng tăng dần. Đầu vụ nuôi, hàm lượng dinh dưỡng và mật độ thực vật phù du thấp nên sự biến động oxy theo ngày thấp. Càng về cuối vụ nuôi, thực vật phù du phát triển quá mức thì hàm lượng oxy hồ tan lúc thấp nhất (sáng sớm) sẽ thấp hơn nhu cầu của vật ni nên cần phải có biện pháp khắc phục
- Biến động theo tầng nước
Ở các thuỷ vực nước tĩnh diện tích rộng và độ sâu lớn, oxy hoà tan biến động rất rõ theo tầng nước. Tầng mặt do tiếp xúc trực tiếp với khơng khí và được cung cấp đầy đủ ánh sáng mặt trời, tảo phù du phát triển mạnh nên hàm lượng oxy thường lớn và biến động mạnh. Ngược lại, tầng đáy có hàm lượng oxy hoà tan thấp và ổn định do tầng đáy có cường độ chiếu sáng yếu, tảo phù du kém phát triển và oxy bị tiêu hao nhiều từ các phản ứng hố học, các q trình phân huỷ chất hữu cơ. Mức độ chênh lệch oxy tầng mặt và tầng đáy phụ thuộc vào mức độ xáo trộn của nước, độ sâu và bùn đáy ao.
Ao sâu, chất hữu cơ lắng tụ ở tầng đáy lớn, độ đục cao và nước ít được xáo trộn thì hàm lượng oxy tầng đáy sẽ rất thấp. Ví dụ về một nghiên cứu về quan hệ giữa độ sâu nước với oxy hoà tan và thực vật phù du:
Bảng 3.3: Mối quan hệ giữa độ sâu và hàm lượng oxy hòa tan
Độ sâu (m) Thực vật phù du (tế bào/l) O2 (mg/l)
1 390.000 7
2 70.000 4
3 5.000 0,5
Nguồn: Nguyễn Phú Hòa, 2016
2.1.2. CO2 hịa tan
Trong mơi trường nước, CO2 được cung cấp từ q trình hơ hấp của thủy sinh vật, quá trình phân hũy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện có oxy, sự xâm nhập từ khơng khí vào hay từ q trình chuyển hóa HCO3-.
35
CO2 được tiêu thụ trong quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh, quá trình tổng hợp của các vi khuẩn hóa tự dưỡng trong nước và ở nền đáy thủy vực hay tham gia phản ứng với Ca(OH)2, và ở hàm lượng cao có thể khuếch tán trở lại khơng khí.
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + CO2 + H2O
Hàm lượng CO2 hòa tan trong nước tự nhiên ở các thủy vực thường gia tăng vào ban đêm và giảm thấp vào ban ngày.
Biên độ dao động phụ thuộc vào cường độ hoạt động của các q trình quang hợp và hơ hấp. Ao giàu dinh dưỡng tảo phát triển mạnh và cường độ chiếu sáng lớn thì sự dao động khí CO2 theo ngày mạnh và ngược lại. Nồng độ CO2 trong nước ao ni thơng thường có phạm vi biến đổi rộng từ 0 mg/l vào buổi chiều đến 5 – 10 mg/L hoặc lớn hơn vào lúc rạng sáng.
Vào những ngày thời tiết nhiều mây kéo dài, tốc độ quang hợp của tảo giảm thì nồng độ CO2 vẫn có thể tiếp tục tăng lên từ lúc rạng sáng. Hàm lượng khí CO2 cao nhất trong ao ni xảy ra khi tảo chết đột ngột (tảo chết đột ngột sau các quá trình nở hoa hoặc do ảnh hưởng của các hố chất diệt cỏ hay các hóa chất diệt tảo khác- khi dùng khơng đúng liều lượng). Lúc này hàm lượng khí CO2 tăng cao do hoạt động quang hợp diễn ra thấp và 1 phần lớn khí CO2 được tạo ra từ các q trình phân huỷ xác tảo. Hàm lượng khí CO2 có thể vượt quá 20 mg/L trong một vài ngày sau khi tảo tàn. Mùa hè có cường độ ánh sáng lớn, nhiệt độ cao, lượng các chất dinh dưỡng hòa tan lớn... đây là các điều kiện thuận lợi cho sinh vật thủy sinh phát triển mạnh, làm các q trình quang hợp và hơ hấp diễn ra mạnh. Do đó, tại các thuỷ vực tự nhiên vào mùa hè thì sự biến động khí CO2 trong ngày lớn hơn các mùa cịn lại.
Nước ở tầng đáy có hàm lượng khí CO2 cao hơn tầng mặt do CO2 được tạo ra nhiều từ các quá trình phân huỷ chất hữu cơ ở lớp bùn đáy và do thiếu ánh sáng nên sự quang hợp làm tiêu hao CO2 xảy ra yếu ớt. Ao càng sâu và bùn càng dày thì hàm lượng khí CO2 ở tầng đáy càng cao và ngược lại.
Khi hòa tan trong nước, một phần nhỏ CO2 sẽ liên kết với nước hình thành H2CO3, phần lớn bị phân ly thành ion HCO3- và CO32- hình thành một hệ thống cân bằng động: CO2 trong khơng khí, CO2 trong nước, H2CO3, Ca(HCO3)2, CaCO3 hòa tan trong nước và CaCO3 kết tủa.
36
Hệ cân bằng này dễ bị phá vỡ trong ao nuôi do quang hợp, hô hấp và phân hũy các chất hữu cơ. Tương quan hàm lượng giữa CO2, HCO3- và CO32- ở một nhiệt độ nhất định phụ thuộc vào pH nước.
Khi pH nhỏ hơn 5,5 CO2 tự do chiếm tỷ lệ cao nhất trong nước, pH nằm trong khoảng 5.5 – 8.3 tỷ lệ bicarbonate sẽ tăng theo sự gia tăng của pH và đạt giá trị cao nhất khi pH = 8.3, khi pH trong nước > 8.3 trong môi trường nước sẽ xuất hiện cacbonate và gia tăng đáng kể khi pH tăng còn hàm lượng của bicacbonate thì giảm dần và trong nước khơng tồn tại dạng CO2 tự do.
2.1.3. Động thái của H2S trong mơi trường nước
Khí H2S (hydrogen sulfide) tích tụ dưới nền đáy các thủy vực chủ yếu do quá trình phân hũy các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh hay q trình phản sulfat hóa với sự tham gia của vi khuẩn yếm khí. Trường hợp thứ nhất thường gặp ở các thủy vực nước ngọt, trường hợp thứ hai thường gặp ở các thủy vực nước lợ mặn nơi có nhiều ion SO42-.
Trong nước H2S được hình thành trong điều kiện nhiệt độ cao và trong thủy vực có nhiều hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh. Đặc tính của H2S là làm mơi trường có mùi trứng thối.