sinh thái trong quần xã sinh vật nổi biển
Trên cơ sở sơ đồ dạng kênh của Odum (hình 2.5) về sự chuyển hóa năng lượng qua bậc dinh dưỡng bất kỳ và nguyên lý bảo toàn năng lượng, năng suất của bậc dinh dưỡng i nào đó được biểu diễn như sau:
Pi = Ai - Ri
Trong đó, P là năng suất, A – đồng hóa, R – hô hấp. Nếu i là bậc sơ cấp thì nguồn năng lượng nhập vào (Pi-1) chính là năng lượng bức xạ quang hợp, khi đó Ai
được gọi là năng suất thô và Pi là năng suất tinh.
Hình 2.5: Sơ đồ kênh năng lượng qua bậc dinh dưỡng i bất kỳ
(Trong sơ đồ này, Bi – sinh khối, Ai – đồng hóa, Ri – hô hấp, Pi – năng suất,
Pi-1 – năng suất của bậc trước (i-1), NUi-1 – năng lượng thất thoát trước khi vào bậc i,
NUi – năng lượng không được sử dụng )
Ứng d ụng mô hình kênh năng lượng của Odum với các giá tri ̣ F , Z và Ki (i=0..5) đã tìm đươ ̣c từ kết quả giải bài toán cạnh tranh, năng suất sinh ho ̣c của quần xã sinh vật nổi biển được tính như sau:
Đặc trưng của quá trình sản xuất sơ cấp của thực vật nổi
Năng suất sơ cấp thô: Pt = 0,4.K1.F Hô hấp của quần thể TVN : RF = 0,4.K0.F Năng suất sơ cấp tinh: Pn = Pt - RF
Pi-1 Ai NUi NUi-1 Ri Pi Bi
20
Đặc trưng của quá trình sản xuất thứ cấp của động vật nổi
Đồng hóa của quần thể ĐVN: AZ = 0,4.b1.F.b2.K2.Z Hô hấp của quần thể ĐVN: RZ = 0,4.K3.Z
Năng suất thứ cấp của ĐVN: PZ = AZ - RZ
Trong các tính toán trên, sinh khối F và Z tính bằng mg -khô/m3; đồng hóa, năng suất và hô hấp tính bằng mgC/m3
/ngày; các tốc độ riêng có đơn vị là 1/ngày, riêng K2 là m3/mg/ngày. Hệ số 0,4 cho biết lượng C chiếm 40% trọng lượng khô của sinh vật.
Tính toán một số hiệu quả sinh thái cơ bản trong tầng nước quang hợp
Để tính được hiê ̣u quả sinh thái trong tầng quang hợp , cần phải tính giá tri ̣ tích phân các đại lượng trong cột nước thiết diê ̣n 1 m2 có chiều cao từ mă ̣t biển tới biên dưới của lớp quang hợp (ở vùng biển nông là tới đáy biển ). Ví dụ về cách tí nh như sơ đồ hình 2.6 dưới đây cho trường hợp điểm tính có đô ̣ sâu 22m với 3 tầng tính toán 0,5m, 10m và 20m.
Thuyết minh cách tính:
- Giá trị tính được tại tầng 0,5m được coi là trung bình cho lớp 0-0,5m trên cùng.
- Trung bình cộng các giá trị tính được tại tầng 0,5 và 10m được coi là trung bình cho lớp 0,5-10m. - Trung bình cộng các giá trị tính được tại tầng 10 và 20m được coi là trung bình cho lớp 10-20m.
- Giá trị tính được tại tầng 20m được coi là trung bình cho lớp 20m đến đáy.
- Sau khi nhân các giá tr ị trung bình với độ dày lớp tương ứng và cộng dồn ta thu được kết quả.
Hình 2.6: Sơ đồ và phương pháp tính các giá tri ̣ tích phân trong cột nước
Đối với vùng biển nông ven bờ , thường các điểm tính chỉ có 1 tầng. Do vâ ̣y có thể xem đó là giá trị trung bình cho toàn cột nước , và khi nhân giá trị này với độ sâu điểm tính chúng ta cũng có kết quả cần tìm.
21
Đơn vi ̣ biểu diễn kết quả này , ví dụ sinh khối mg -tươi/m2
hoặc năng suất mgC/m2.ngày, cần được hiểu là tổng sinh khối hoă ̣c tổng năng suất trong toàn cô ̣t nước thiết diê ̣n 1 m2 lớ p quang hơ ̣p. Đây là các đa ̣i lươ ̣ng rất có ý nghĩa trong viê ̣c tính toán tổng lượng vật chất của vùng biển (nếu nhân nó với diện tích vùng nghiên cứu). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các hiệu quả sinh thái trong lớp quang hợp được tính như sau:
Đối với bậc sơ cấp:
Hệ số P/B ngày của quần thể thực vật nổi (TVN): H1 = Pn* /(0.06 .F*) Hiệu quả chuyển hóa năng lượng tự nhiên: H2 = 9.375.Pn* /(ISURF.104.60.G) Hiệu quả tự dưỡng: Htd = Pt* / RF*
\Đối với bậc thứ cấp :
Hệ số P/B ngày của quần thể động vật nổi (ĐVN): H3 = PZ* /(0.06 .Z*) Hiệu quả chuyển hóa năng lượng qua 2 bậc TVN-ĐVN: H4 = PZ*/ Pn* Trong các công thức này, các kí hiệu có chỉ số (*) là giá trị tích phân củ a các đa ̣i lươ ̣ng trong cột nước thiết diện 1m2
từ mặt tới biên dưới lớp quang hợp (hoặc độ sâu cần quan tâm), trong đó F*, Z* tính bằng mg-tươi/m2 (theo tỉ lệ chất khô chiếm 15% chất tươi), hệ số 0.06 cho biết lượng C chiếm 6% lượng chất tươi, 9.375 là số calo của 1 mgC có trong sản phẩm, ISURF là bức xạ tự nhiên trên m ặt biển (cal/cm2.phút), G là số giờ nắng trong ngày.
2.2.3. Xác định trữ lượng và khả năng khai thác nguồn lợi cá nổi nhỏ
Nhiều loài cá tầng trên sử du ̣ng sinh vâ ̣t nổi làm thức ăn . Nếu cho rằng t ỷ lệ của các hiệu suất sinh thái đươ ̣c bảo toàn qua các bâ ̣c thì có thể ước tính trữ lượng tiềm năng nguồn lợi cá tầng trên cho vùng biển vịnh Bắc Bô ̣ (ở đây đã coi các động vâ ̣t bâ ̣c cao ở vịnh Bắc Bộ trực tiếp ăn sinh vật nổi là cá nổi nhỏ).
Gọi H5 là hệ số P /B củ a quần xã cá nổi nhỏ và H6 là hiệu suất chuyển hóa năng lươ ̣ng qua 2 bâ ̣c động vật nổi – cá nổi nhỏ, thừa nhâ ̣n quy luâ ̣t bảo toàn v ề tỷ lê ̣ của các hiê ̣u suất sinh thái, nghĩa là:
22
Vậy năng suất sinh học , sinh khối và trữ lượng quần xã cá n ổi nhỏ được xác đi ̣nh như sau:
Năng suất cá nổi nhỏ: PCNN = H6.PZ Sinh khối cá nổi nhỏ: BCNN = PCNN/H5 Trữ lượng cá nổi nhỏ: TLCNN=BCNN+PCNN
Khả năng khai thác đảm bảo duy trì ổ n đi ̣nh sinh khối quần xã cá nổi nhỏ trong khoảng thời gian nào đấy chính bằng lượng sản phẩm mà sinh khối này ta ̣o ra trong khoảng thời đó, nghĩa là bằng chính năng suất sinh ho ̣c (PCNN).
2.3. Các số liệu sử dụng trong nghiên cứu
Trường đô ̣ sâu và trường 3D nhiê ̣t biển trung bình tháng ở vịnh Bắc Bộ với đô ̣ phân giải 0,25 đô ̣ kinh vĩ được lấy từ cơ sở dữ liệu hải dương học , lưu trữ tại bộ môn Hải dương học, trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Trường bức xa ̣ tự nhiên trung bình tháng trên mă ̣t biển được tính toán theo các hằng số thiên văn và vĩ đô ̣ đi ̣a lý đi ̣a phương [P1.3, phụ lục 1]. Các tham số của mô hình sinh thái được lựa cho ̣n trên cơ sở tham khảo các tài liê ̣u đã công bố ở trong và ngoài nước, phù hợp điều kiện biển nhiệt đới vịnh Bắc Bộ [1, 4, 5, 16, 17].
2.3.1. Trường độ sâu
Phần lớn diện tích vịnh Bắc Bộ có độ sâu không vượt quá 100m, ở trung tâm vịnh vào khoảng 50 – 75m. Riêng khu vực phía ngoài cửa vịnh có nơi sâu tới 175m (hình 2.7). Theo tính toán, bức xạ quang hợp ở độ sâu trên 125m có giá trị dưới ngưỡng quang hợp (<0,003 cal/cm2
/phút) nên các tính toán chỉ thực hiện tới độ sâu giới hạn 125m.
23 105 106 107 108 109 110 105 106 107 108 109 110 17 18 19 20 21 22 17 18 19 20 21 22 Trung Quèc Lµo
Hµ Néi Qu¶ng Ninh
Tp.H¶i Phßng Th¸i B×nh Nam §Þnh Thanh Hãa NghÖ An Hµ TÜnh Qu¶ng Binh Qu¶ng TrÞ
Thõa Thiªn HuÕ
§¶o H¶i Nam
§.B¹ch Long VÜ
Hình 2.7:Độ sâu vùng biển nghiên cứu với lưới tính 0.25o
2.3.2. Trường nhiệt độ
Với phạm vi nghiên cứu là toàn vịnh Bắc Bộ, không xét đến ảnh hưởng của vùng cửa sông nên yếu tố sinh thái chủ đạo chi phối sự phát triển của sinh vật nổi chỉ được giới hạn ở nhiệt độ.
Xem xét đặc trưng phân bố trường nhiệt tháng 1 và tháng 7 (đại diện cho 2 mùa) thấy rằng:
Nhiệt độ trung bình tầng mặt tháng 1 vào khoảng 18-24o
C, tăng dần về phía nam, tháng 7 vào khoảng 29-30,5o (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
C, xu thế ngược lại. Trong mùa gió tây nam, khu vực biển ven bờ Quảng Bình, Quảng Trị có nhiệt độ thấp hơn có thể do ảnh hưởng của nước trồi cục bộ (hình 2.8 và 2.9). Sự chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa tầng mặt và tầng đáy khu vực vịnh Bắc Bộ là khoảng 2,8 o
24 105 106 107 108 109 110 105 106 107 108 109 110 17 18 19 20 21 22 17 18 19 20 21 22 Trung Quèc Lµo
Hµ Néi Qu¶ng Ninh
Tp.H¶i Phßng Th¸i B×nh Nam §Þnh Thanh Hãa NghÖ An Hµ TÜnh Qu¶ng Binh Qu¶ng TrÞ Thõa Thiªn HuÕ
§¶o H¶i Nam
§.B¹ch Long VÜ 105 106 107 108 109 110 105 106 107 108 109 110 17 18 19 20 21 22 17 18 19 20 21 22 Trung Quèc Lµo
Hµ Néi Qu¶ng Ninh
Tp.H¶i Phßng Th¸i B×nh Nam §Þnh Thanh Hãa NghÖ An Hµ TÜnh Qu¶ng Binh Qu¶ng TrÞ Thõa Thiªn HuÕ
§¶o H¶i Nam
§.B¹ch Long VÜ
Hình 2.8: Phân bố nhiệt độ trung bình
tháng 1 tại tầng mặt ở vịnh Bắc Bộ Hình 2.9: Phân bố nhiệt độ trung bình tháng 7 tại tầng mặt ở vịnh Bắc Bộ
Tại tầng 10m, nhiệt độ trong tháng 1 không có sự khác biệt đáng kể so với tầng mặt, trong tháng 7 có giá trị thấp hơn tầng mặt khoảng 1O
C, đạt từ 28-29,5 oC, xu thế phân bố tương tự tầng mặt. 105 106 107 108 109 110 105 106 107 108 109 110 17 18 19 20 21 22 17 18 19 20 21 22 Trung Quèc Lµo
Hµ Néi Qu¶ng Ninh
Tp.H¶i Phßng Th¸i B×nh Nam §Þnh Thanh Hãa NghÖ An Hµ TÜnh Qu¶ng Binh Qu¶ng TrÞ Thõa Thiªn HuÕ
§¶o H¶i Nam
§.B¹ch Long VÜ 105 106 107 108 109 110 105 106 107 108 109 110 17 18 19 20 21 22 17 18 19 20 21 22 Trung Quèc Lµo
Hµ Néi Qu¶ng Ninh
Tp.H¶i Phßng Th¸i B×nh Nam §Þnh Thanh Hãa NghÖ An Hµ TÜnh Qu¶ng Binh Qu¶ng TrÞ Thõa Thiªn HuÕ
§¶o H¶i Nam
§.B¹ch Long VÜ
Hình 2.10: Phân bố nhiệt độ trung bình tháng 1 tại tầng 10m ở vịnh Bắc Bộ
Hình 2.11: Phân bố nhiệt độ trung bình tháng 7 tại tầng 10m ở vịnh Bắc Bộ
25
Ở tầng 20m, nhiệt độ vịnh Bắc Bộ trong tháng 1 vào khoảng 19-24 o
C. Tháng 7, nhiệt độ so với tầng mặt giảm nhiều hơn, đạt giá trị từ 25-29 oC.
105 106 107 108 109 110 105 106 107 108 109 110 17 18 19 20 21 22 17 18 19 20 21 22 Trung Quèc Lµo
Hµ Néi Qu¶ng Ninh
Tp.H¶i Phßng Th¸i B×nh Nam §Þnh Thanh Hãa NghÖ An Hµ TÜnh Qu¶ng Binh Qu¶ng TrÞ Thõa Thiªn HuÕ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
§¶o H¶i Nam
§.B¹ch Long VÜ 105 106 107 108 109 110 105 106 107 108 109 110 17 18 19 20 21 22 17 18 19 20 21 22 Trung Quèc Lµo
Hµ Néi Qu¶ng Ninh
Tp.H¶i Phßng Th¸i B×nh Nam §Þnh Thanh Hãa NghÖ An Hµ TÜnh Qu¶ng Binh Qu¶ng TrÞ Thõa Thiªn HuÕ
§¶o H¶i Nam
§.B¹ch Long VÜ
Hình 2.12: Phân bố nhiệt độ trung bình tháng 1 tại tầng 20m ở vịnh Bắc Bộ
Hình 2.13: Phân bố nhiệt độ trung bình tháng 7 tại tầng 20m ở vịnh Bắc Bộ
Ở tầng 30m, nhiệt độ giảm đi, tháng 1 đạt giá trị 19-23 o
C, tháng 7, nhiệt độ đồng nhất hơn, đạt giá trị từ 28-29,5 o
C (hình 2.14, 2.15).
Ở tầng 50m, giá trị nhiệt độ tương đối đồng đều. So với các tầng trên mặt, giá trị trong tháng 1 đạt 21-23 oC, giảm ít và trong tháng 7, đạt khoảng 22-26 o
C giảm nhiều hơn so với tầng mặt (hình 2.16, 2.17). Tức là, phân bố thẳng đứng trong các tháng mùa đông không có sự thay đổi nhiều còn các tháng mùa hè thì nhiệt độ trên mặt và tầng sâu có sự khác nhau rõ rệt.
Sự khác biệt không đáng kể nhiệt độ các tầng trong tháng 1 cho thấy xáo trộn thẳng đứng trong mùa gió đông bắc diễn ra mạnh mẽ. Trong mùa này, nhiệt độ nước mặt biển giảm đi nhanh chóng khiến một số khu vực trung tâm và cửa vịnh có nhiệt độ các tầng sâu thường cao hơn không nhiều so với các tầng nước phía trên.
26 105 106 107 108 109 110 105 106 107 108 109 110 17 18 19 20 21 22 17 18 19 20 21 22 Trung Quèc Lµo
Hµ Néi Qu¶ng Ninh
Tp.H¶i Phßng Th¸i B×nh Nam §Þnh Thanh Hãa NghÖ An Hµ TÜnh Qu¶ng Binh Qu¶ng TrÞ Thõa Thiªn HuÕ
§¶o H¶i Nam
§.B¹ch Long VÜ 105 106 107 108 109 110 105 106 107 108 109 110 17 18 19 20 21 22 17 18 19 20 21 22 Trung Quèc Lµo
Hµ Néi Qu¶ng Ninh
Tp.H¶i Phßng Th¸i B×nh Nam §Þnh Thanh Hãa NghÖ An Hµ TÜnh Qu¶ng Binh Qu¶ng TrÞ Thõa Thiªn HuÕ
§¶o H¶i Nam
§.B¹ch Long VÜ
Hình 2.14: Phân bố nhiệt độ trung bình tháng 1 tại tầng 30m ở vịnh Bắc Bộ
Hình 2.15: Phân bố nhiệt độ trung bình tháng 7 tại tầng 30m ở vịnh Bắc Bộ 105 106 107 108 109 110 105 106 107 108 109 110 17 18 19 20 21 22 17 18 19 20 21 22 Trung Quèc Lµo
Hµ Néi Qu¶ng Ninh
Tp.H¶i Phßng Th¸i B×nh Nam §Þnh Thanh Hãa NghÖ An Hµ TÜnh Qu¶ng Binh Qu¶ng TrÞ Thõa Thiªn HuÕ
§¶o H¶i Nam
§.B¹ch Long VÜ 105 106 107 108 109 110 105 106 107 108 109 110 17 18 19 20 21 22 17 18 19 20 21 22 Trung Quèc Lµo
Hµ Néi Qu¶ng Ninh (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tp.H¶i Phßng Th¸i B×nh Nam §Þnh Thanh Hãa NghÖ An Hµ TÜnh Qu¶ng Binh Qu¶ng TrÞ Thõa Thiªn HuÕ
§¶o H¶i Nam
§.B¹ch Long VÜ
Hình 2.16: Phân bố nhiệt độ trung bình tháng 1 tại tầng 50m ở vịnh Bắc Bộ
Hình 2.17: Phân bố nhiệt độ trung bình tháng 7 tại tầng 50m ở vịnh Bắc Bộ
Phân bố nhiệt độ nước biển trong các tháng còn lại được thể hiện trong phụ lục2, cho thấy tính chất mùa thể hiện rõ nét ở nền nhiệt mùa đông thấp hơn đáng kể so với mùa hè với xu thế phân bố trái ngược nhau.
27
Sự hoạt động của hai loại gió mùa đông bắc và tây nam đã ảnh hưởng trực tiếp không chỉ tới nhiệt độ nước biển mà còn tạo ra các hoàn lưu di chuyển các khối nước có những tính chất nhiệt muối đặc trưng. Mùa đông với ảnh hưởng của hệ thống gió mùa đông bắc lạnh khô thường xuất hiện vào tháng 10, 11, đến tháng 3 năm sau. Mùa hè, hệ thống gió mùa tây nam thống trị, vào vịnh Bắc Bộ chuyển dần sang hướng nam và đông nam, với tính chất nóng, ẩm xuất hiện từ tháng 4, 5 cho đến tháng 9, 10 đã làm thay đổi toàn bộ hệ thống khí hậu tại vùng biển nghiên cứu so với trong mùa đông. Từ tháng 11 năm trước đến tháng 3 năm sau, do sự hoạt động mạnh mẽ của hệ thống gió mùa đông bắc đã đẩy khối nước lạnh ép sát bờ từ phía bắc xuống đã làm xuất hiện khu vực nước lạnh trong vịnh và xu hướng của nhiệt độ tăng từ bắc xuống nam. Mùa gió tây nam, nhiệt độ trung bình của các tầng mặt thường ít thay đổi theo không gian và dao động trong khoảng 29-30,5oC, tầng 20m giảm xuống và dao động trong khoảng 25-28oC đến tầng 50m nhiệt độ giảm mạnh và dao động trong khoảng 20-25oC. Xu thế chung của nhiệt độ nước biển tầng mặt trong thời gian này ở một số vùng gần bờ lại mang tính địa phương điển hình.
2.3.3. Trường bức xạ tự nhiên trung bình tháng trên mặt biển và các tham số sinh thái của mô hình cạnh tranh sinh thái của mô hình cạnh tranh
Cường đô ̣ bức xa ̣ quang hợp trên mă ̣t biển (cal/cm2
/phút) chiếm 41% cườ ng đô ̣ bức xa ̣ tự nhiên . Giá trị này được chương trình tính dựa trên các tham số thiên văn và vĩ đô ̣ đi ̣a lý (xem phần P1.3, phụ lục 1), trong điều kiê ̣n trung bình trời không mây của ngày thứ 15 tháng đó (giữa tháng). Có thể hiểu là nếu giá trị cường độ bức xạ quang hợp là 0.1737 cal/cm2
/phút thì mỗi 1 cm2 diện tích mă ̣t biển trong