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

1
Đánh giá quá trình sản xuất sơ cấp và hiệu quả
sinh thái vùng biển Vịnh Bắc Bộ

Nguyễn Ngọc Tiến

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học
Luận văn Thạc sĩ ngành: Hải dương học; Mã số: 60 44 97
Người hướng dẫn: PGS.TS. Đoàn Văn Bộ
Năm bảo vệ: 2012


Abstract. Giới thiệu điều kiện tự nhiên vùng biển nghiên cứu và năng suất sinh học
sơ cấp trong biển. Nghiên cứu, ứng dụng mô hình chu trình chuyển hóa Nitơ cho
vịnh Bắc Bộ. Xác định quá trình sản xuất sơ cấp cho vùng biển vịnh Bắc Bộ trung
bình tháng và các tầng sâu chuẩn. Xác định hiệu quả sinh thái và diễn giải phân tích
chi tiết. Phân tích, đánh giá các kết quả thu được.

Keywords. Hải dương học; Quá trình sản xuất; Sinh thái biển; Vịnh Bắc bộ

Content
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của luận văn
Nghiên cứu năng suất sinh học ở các vực nước ven bờ nhằm giải quyết, một mặt đánh
giá khả năng sản xuất sơ cấp cũng như cường độ vận động và chuyển hoá năng lượng theo
các kênh dinh dưỡng, hai là, tìm hiểu các quá trình sản xuất thứ cấp, đặc biệt là đối với các
đối tượng hải sản có giá trị kinh tế. Đó là những thông số quan trọng phục vụ việc nghiên cứu
đánh giá các nguồn lợi sinh vật, phục vụ việc định hướng quy hoạch khai thác và sử dụng các
vực nước hợp lý và cuối cùng là phục vụ cho công tác đánh giá và quản lý chất lượng môi
trường biển.

Mục đích của luận văn
Xác định được các đặc trưng phân bố và biến động của quá trình sản xuất sơ cấp ở
vịnh Bắc Bộ trung bình tháng từ tháng 1, tháng 4, tháng 7 và tháng 12.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Việc đánh giá quá trình sản xuất sơ cấp và hiệu quả sinh thái ở vùng biển vịnh Bắc Bộ
là quan trọng và có ý nghĩa thực tiễn. Đây là đại lượng đặc trưng cho khả năng sản xuất vật
chất hữu cơ sơ khởi của vùng biển, từ đó các động vật bậc cao có thể sử dụng tiếp lên theo
các kênh dinh dưỡng của hệ sinh thái. Để làm được điều đó phải nghiên cứu mô hình chu
trình chuyển hóa Nitơ trong hệ sinh thái biển làm kết quả đánh giá quá trình sản xuất sơ cấp
và hiệu quả sinh thái nói trên, từ những kết quả đánh giá đó sẽ hiểu biết đầy đủ về các quy
luật phân bố biến động của Năng suất sinh học và hiệu quả sinh thái góp phần thông tin, ý
2
nghĩa to lớn đối với khoa học và thực tiễn, đặc biệt trong việc đánh giá tiềm năng nguồn lợi
thủy hải sản của vùng biển.
Điểm mới của luận văn
Mô hình sử dụng trong tính toán chỉ tính cho một điểm nhất định, vì vậy giới hạn tính
toán của mô hình rất bé. Tác giả đã phát triển viết lại chương trình tính cho 257 điểm của 12
tháng theo từng tầng sâu (tầng mặt, tầng 20 mét và tầng 50 mét nước) trong vùng biển vịnh
Bắc Bộ.
Là công trình khoa học đầu tiên thực hiện đánh giá quá trình sản xuất sơ cấp tại vùng
biển vịnh Bắc Bộ bằng tính toán mô hình toán học.
Đây là những thông số quan trọng phục vụ việc nghiên cứu đánh giá các nguồn lợi sinh
vật, phục vụ việc định hướng quy hoạch khai thác và sử dụng các vực nước hợp lý và cuối
cùng là phục vụ cho công tác đánh giá và quản lý chất lượng môi trường biển.
Chương 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 và đặc điểm hải dương vùng biển nghiên cứu
1.1.1. Vị trí địa lý

Vịnh Bắc Bộ là một trong những vịnh lớn ở Đông Nam Á và Thế giới, vịnh có diện tích
khoảng 126.250 km
2
(36.000 hải lý vuông), chiều ngang nơi rộng nhất khoảng 310 km (176
hải lý), nơi hẹp nhất ở cửa vịnh rộng khoảng 220 km (119 hải lý). Vịnh có hai cửa, eo biển
Quỳnh Châu nằm giữa bán đảo Lôi Châu và đảo Hải Nam với bề rộng khoảng 19 hải lý và

Hình 1: Vùng biển nghiên cứu
3
cửa chính của 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 hòn đảo, đá ven bờ, đặc biệt
có đảo Bạch Long Vĩ nằm cách đất liền Việt Nam khoảng 110 km, cách đảo Hải Nam. Vịnh
Bắc Bộ có vị trí chiến lược quan trọng đối với Việt Nam và Trung Quốc cả về kinh tế lẫn
quốc phòng, an ninh.

1.1.2. Điều kiện khí tượng
1.1.3. Đặc điểm các trường hải dương học
Hoàn lưu
Trị số pH
Ôxy hoà tan
Phân bố và biến động các muối dinh dưỡng
Phân bố và biến động năng suất sinh học sơ cấp
1.2. Các vấn đề về năng suất sinh học sơ cấp trong biển
1.2.1. Ý nghĩa của việc nghiên cứu năng suất sinh học trong biển
Nghiên cứu năng suất sinh học ở các vực nước ven bờ nhằm giải quyết, một mặt đánh giá khả
năng sản xuất sơ cấp cũng như cường độ vận động và chuyển hoá năng lượng theo các kênh
dinh dưỡng, hai là, tìm hiểu các quá trình sản xuất thứ cấp, đặc biệt là đối với các đối tượng
hải sản có giá trị kinh tế. Đó là những thông số quan trọng phục vụ việc nghiên cứu đánh giá
các nguồn lợi sinh vật, phục vụ việc định hướng quy hoạch khai thác và sử dụng các vực
nước hợp lý và cuối cùng là phục vụ cho công tác đánh giá và quản lý chất lượng môi trường
biển [1].
1.2.2. Tổng quan một số kết quả nghiên cứu năng suất sinh học sơ cấp ở vùng biển
nghiên cứu
Trên cơ sở tập hợp kết quả từ các nghiên cứu hiện có, kể các các nghiên cứu mới nhất của đề
tài KC-09-17 trong năm 2003 - 2004 có thể thấy và so sánh NSSC ở các khu vực khác nhau
trong vịnh Bắc Bộ như bảng 3.

Bảng 4: Giá trị trung bình năng suất sinh học sơ cấp thô (mgC/m
3
/ngày)
tại các khu vực trong vịnh Bắc Bộ (tổng hợp các kết quả nghiên cứu hiện có)


Các khu vực
NSSC thô

(mgC/m3/ngày)

Phương pháp
nghiên cứu

Nguồn, thời
gian nghiên cứu
Mùa
hè
Mùa
đông
Ven bờ tây bắc vịnh
121
Độ lệch biến
Hợp tác Việt-
4
Ven bờ tây nam vịnh
105
trình ngày Ôxy
hoà tan
Trung, Việt-Xô
điều tra VBB
1959-1962
Ven bờ đông vịnh
108
Cửa vịnh
81
Lân cận cửa sông Hồng, mùa hè
120

Mô hình toán
Đề tài KT-03-10
(8/1994)
Khu vực Bạch Long Vĩ (giữa
vịnh), mùa hè
80

Vùng triều cửa sông Hồng, cuối
mùa Hè
150


Hiệu ứng dinh
dưỡng PO
4

Đề tài KT-03-11
(10/1994)
Vịnh Hạ Long, mùa đông

66
Dự án
SIDA/SAREC
(1/1997)
Xung quanh đảo Cô Tô Quảng
Ninh, mùa hè
175

Bình đen trắng
Đề tài KĐL-CIS-
01 (8/2000)
Đông nam đảo Cát Bà, mùa đông

146
Đề tài KĐL-
CIS-01
(12/2001)
Vùng biển ven bờ Quảng Ninh (độ
sâu <10m) mùa hè
228



Mô hình toán
Đề tài KĐL-CIS-
01 (8/2001)
Vùng biển thoáng Quảng Ninh mùa
hè (độ sâu 10-35m)
194

Đề tài KĐL-
CIS-01 (8/2000)
Vùng biển thoáng Quảng Ninh mùa
đông (độ sâu 10-35m)

82
Đề tài KĐL-
CIS-01

(12/2001)
Vịnh Bắc Bộ (Khu vực Hải Phòng)
147
157
Bình đen trắng
Đề tài KC-09-
17 (2003-2004)
Vịnh Bắc Bộ (Khu vực Thanh Hoá)
97
195
Vịnh Bắc Bộ (Khu vực Quảng
Bình)
232
337
Về hiệu suất sinh thái của vùng biển:
Vịnh Bắc Bộ đặc trưng cho vùng biển nhiệt đới ven bờ giàu dinh dưỡng. Khả năng tự dưỡng
của vùng biển luôn lớn hơn 1 (thường đạt trên dưới 2) chứng tỏ vật chất hữu cơ (năng lượng)
ban đầu được tạo ra không những đủ chi dùng cho chính sinh vật sản xuất mà còn được tích
lũy để các sinh vật bậc cao sử dụng theo các kênh dinh dưỡng của hệ sinh thái vùng biển.
1.2.3. Một số phương pháp đo và tính toán năng suất sinh học sơ cấp
Nguyên tắc chung
Sản lượng sinh vật là lượng chất hữu cơ được hình thành bởi quần thể sinh vật trong
một khoảng thời gian nào đó. Một phần của sản lượng được gọi là sinh khối, tức là lượng
chất hữu cơ được hình thành bởi các cá thể tại thời điểm nghiên cứu, không phụ thuộc vào
khoảng thời gian mà các cá thể tồn tại. Sinh khối (sinh vật lượng) chỉ phản ánh khối lượng
tức thời khi lấy mẫu. Giữa sinh khối và sản lượng sinh vật có mối quan hệ với nhau [15]:
P(t
1
-t
2

) = B (t
2
) - B(t
1
) + R
5
Ở đây: P(t
1
-t
2
) – sản lượng sinh vật trong khoảng thời gian t
1
-t
2
; B (t
2
) và B(t
1
) - khối lượng
sinh vật tại thời điểm t
2
và t
1
; R – khối lượng (sản lượng) sinh vật đã bị hao hụt trong
khoảng thời gian t
1
-t
2
:
B(t

2
) = B (t
1
) + P(t
1
-t
2
) - R
Sản lượng sinh vật trên đơn vị thời gian phản ánh cường độ sản xuất chất hữu cơ. Chỉ số
về cường độ sản xuất là hệ số P/B, hay sản lượng riêng là tỷ số của sự gia tăng sinh khối
trong thời gian nghiên cứu so với khối lượng trung bình cũng trong thời gian đó.
NSSH sơ cấp là kết quả của quá trình sinh tổng hợp bậc nhất trong vực nước, gồm quang
hợp và dinh dưỡng khoáng. Để tính năng suất sơ cấp, người ta phải tính đến cường độ quang
hợp của thực vật trong các lớp nước khác nhau của vực nước và khi tổng lại ta có tổng năng
suất tính trên đơn vị 1 m
2
(cột nước từ mặt đến độ sâu tính toán, thiết diện 1m
2
). Đại lượng
này gọi là giá trị tích phân của NSSH sơ cấp.
NSSH sơ cấp được chia thành NSSH sơ cấp thô và NSSH sơ cấp tinh. NSSH sơ cấp tinh
chính là sản phẩm sơ cấp còn lại mà các sinh vật tiêu thụ có thể sử dụng tiếp lên trong chuổi
thức ăn ở vùng biển. Theo nguyên lý bảo toàn ta có [15]:
P
N
= P
G
- P
R

Trong đó: P
N
- là NSSH sơ cấp tinh, P
G
- là NSSH sơ cấp thô, P
R
- là phần chất hữu cơ
được thực vật quang hợp sử dụng trong hô hấp.
Một số phương pháp đo và tính năng suất sinh học sơ cấp
- Phương pháp đồng vị phóng xạ
- Phương pháp xác định hàm lượng sắc tố quang hợp
- Phương pháp bình sáng – tối
- Phương pháp mô hình hóa hệ sinh thái
Chương 2: Áp dụng mô hình chu trình chuyển hóa NiTơ trong hệ sinh thái biển để tính
toán năng suất sinh học sơ cấp và hiệu quả sinh thái vùng biển vịnh Bắc Bộ
2.1. Sơ đồ chu trình chuyển hóa NiTơ trong hệ sinh thái biển
Mô hình chu trình chuyển hoá Nitơ trong hệ sinh thái biển được biểu diễn trên sơ đồ
hình 2








ZOO
4
PHY
DOM

AMO
NIT
3
3b
3a
5
6
7
1
1b
1a
8
9
2
2a
2b

Hình 2: Sơ đồ chu trình chuyển hoá Nitơ
Trong đó:
- Thực vật phù du (Phytoplankton-
sinh khối được ký hiệu là PHY)
- Động vật phù du (Zooplankton -
ZOO)
- Chất hữu cơ hoà tan (Dissolved
Organic Matter - nồng độ được ký
hiệu là DOM)
- Amoni (Amonium - AMO)
- Nitrat (Nitrate – NIT)
-  : Hướng chuyển hoá

6

Các quá trình chuyển hoá vật chất trong chu trình Nitơ (ký hiệu từ số 1 đến 9 trên sơ đồ)
đợc diễn tả nh sau:
Quỏ trỡnh chuyn hoỏ 1: Quang hp ca Phytoplankton.
Quỏ trỡnh chuyn hoỏ 2: Hụ hp ca Phytoplankton.
Qỳa trỡnh chuyn hoỏ 3: Dinh dng ca Zooplankton.
Quỏ trỡnh chuyn hoỏ 4: Hụ hp ca Zooplankton.
Quỏ trỡnh chuyn hoỏ 5 v 6: Cht t nhiờn ca qun th Phytoplankton v Zooplankton.
Quỏ trỡnh chuyn hoỏ 7: Khoỏng hoỏ cht hu c.
Quỏ trỡnh chuyn hoỏ 8 - m hoỏ (Nitrification) v quỏ trỡnh chuyn hoỏ 9 - Phi m hoỏ
(Denitrification).
2.2. Mụ phng toỏn hc chu trỡnh chuyn húa NiT
2.2.1. Mụ phng toỏn hc cỏc quỏ trỡnh chuyn húa
Theo nguyờn lý bo ton, tc ton phn bin i sinh khi hoc nng ca mt
hp phn sinh, hoỏ hc no ú chớnh l tng i s tc cỏc quỏ trỡnh sn sinh lm tng
(ngun-Production) v phõn hu lm suy gim (phõn hu-Destruction) nng hoc sinh
khi ca hp phn ú. Gi C
i
l nng (hoc sinh khi) ca hp phn i, Prod
i
, Dest
i
tng
ng l tc cỏc quỏ trỡnh lm tng v lm gim nng (hoc sinh khi) ca hp phn, ta
cú:

ii
Destod Pr

dt
dC
i
(1)
Vi chu trỡnh Nit, i nhn cỏc giỏ tr 1, 2, 3, 4, 5 tng ng l PHY, ZOO, DOM,
AMO, NIT. Cỏc biu thc mụ phng Prod
i
, Dest
i
ca cỏc hp phn v chi tit cỏc quỏ trỡnh
c din t nh sau:
Cỏc hm Prod v Dest i vi Phytoplankton (PHY):
PHYAMOExp
NITC
NIT
AMOC
AMO
LiLod
N
P
N
A
P
A
PHY
.) (
.
)().(Pr
*

(2)
PHYFZOO
PHYC
PHY
PHYFDest
D
P
P
Z
P
N
P
PHY
.
.
.

(3)
Trong ú:
L(i), L*(

) l nh hng ca cng chiu sỏng v nhit ti quang hp;
P
A
,
P
N
-
tc riờng cc i s dng Amoni v Nitrat trong quang hp; C
A
, C
N
- h s bỏn bóo ho
7
các muối Amoni, Nitrat;  - hệ số biểu thị sự ức chế tác dụng của Nitrat trong quang hợp khi
có Amoni; F
P
N
- tốc độ riêng tiêu hao Nitơ trong quá trình hô hấp của PHY; 
P
Z
- tốc độ riêng
cực đại sử dụng PHY (bắt mồi) của ZOO; C
P

- hệ số bán bão hoà hàm lượng thức ăn; F
P
D
-
tốc độ riêng chết tự nhiên của PHY. Ở đây tốc độ riêng của các quá trình được hiểu là tốc độ
biến đổi của một đơn vị sinh khối (hoặc nồng độ) hợp phần.
Các hàm Prod và Dest đối với Zooplankton (ZOO):
ZOO
PHYC
PHY
Xod
P
Z
P
P
ZOO



)1(Pr
(4)
ZOOFFDest
D
Z
A
Z
ZOO
)( 
(5)
Trong đó X

P
là tỷ lệ của phần thức ăn không được đồng hoá; F
Z
A
- tốc độ riêng bài tiết
Amoni và F
Z
D
- tốc độ riêng chết tự nhiên của ZOO. Các ký hiệu khác đã biết. Công thức (4)
mô phỏng quá trình chuyển hoá 3a, là hiệu của quá trình 3 (100%) và quá trình 3b (X
P
%),
công thức (5) mô phỏng quá trình chuyển hoá 4 (bài tiết) và 6 (chết tự nhiên).
Các hàm Prod và Dest đối với chất hữu cơ hoà tan (DOM):
ZOOFPHYF
PHYC
ZOOPHYX
od
D
Z
D
P
P
Z
PP
DOM

.
Pr 




(6)
DOMFDest
A
D
DOM
.
(7)
Trong đó: F
D
A
là tốc độ riêng phân huỷ chất hữu cơ thành Amoni:
)20(
1
.


T
T
A
D
A
D
KF


ở đây
A
D


là tốc độ riêng của quá trình này tại 20
o
C, K
1T
- hệ số biểu thị ảnh hưởng của
nhiệt độ tới quá trình này.
Các hàm Prod và Dest đối với Amoni (AMO):
PHYFDOMFZOOFod
N
PAMO
A
D
A
Z
AMO

Pr
(8)
AMOFPHY
AMOC
AMO
LiLDest
N
A
A
P
A
AMO






)().(
(9)
Trong đó 
AMO
là

tỷ lệ của Amoni trong phần Nitơ vô cơ của sản phẩm hô hấp của
Phytoplankton, F
A
N
là tốc độ riêng đạm hoá chuyển Amoni thành Nitrat
Các hàm Prod và Dest đối với Nitrat (NIT):
PHYFAMOFod
N
PNIT
N
A
NIT

Pr
(10)
8
NITFPHYAMOExp
NITC
NIT
LiLDest

O
N
N
P
N
NIT


 ) (
.
)().(



(11)
Trong đó Trong đó 
NIT
là

tỷ lệ của Nitrat trong phần Nitơ vô cơ của sản phẩm hô hấp
của Phytoplankton, F
N
O
là tốc độ riêng phi đạm hoá chuyển Nitrat thành Nitơ tự do
2.2.2. Mô phỏng toán học quá trình sản xuất vật chất hữu cơ
Trên cơ sở sơ đồ dạng kênh của Odum về sự chuyển hoá năng lượng qua bậc dinh
dưỡng bất kỳ (hình 2) và nguyên lý bảo toàn năng lượng, năng suất của bậc dinh dưỡng i nào
đó được biểu diễn như sau:
P
i

= A
i
– R
i

trong đó P là năng suất, A - đồng hoá và R - hô hấp.




Nếu i là bậc sơ cấp (thực vật) thì nguồn năng lượng nhập vào (P
i-1
) chính là năng lượng
bức xạ quang hợp, do vậy A
i
được gọi là năng suất thô và P
i
là năng suất tinh (hay năng suất
nguyên).
Quá trình sản xuất sơ cấp của quần thể Phytoplankton
Khối lượng gia tăng của quần thể Phytoplankton trong một đơn vị thời gian thực hiện
quang hợp (thường tính trong 1 ngày) chính là năng suất sinh học sơ cấp thô (Rough primary
productivity).
Năng suất sơ cấp tinh (P
TINH
) của quần thể Phytoplankton được biểu diễn bằng hiệu của
lượng sản phẩm thô và sản phẩm hô hấp của quần thể. Đây là phần vật chất (năng lượng) còn
lại được tích luỹ trong sản phẩm của Phytoplankton để các bậc dinh dưỡng kế tiếp, trước hết
là Zooplankton sử dụng theo các kênh dinh dưỡng trong hệ sinh thái vùng biển.
P

TINH
= P
THÔ
- R
PHY
(14)
Quá trình sản xuất thứ cấp của quần thể Zooplankton
Khối lượng gia tăng của quần thể Zooplankton trong 1 đơn vị thời gian thực hiện quá
trình dinh dưỡng - đồng hoá thức ăn (thường tính trong 1 ngày) chính là lượng sản phẩm
đồng hoá của quần thể.
Năng suất thứ cấp (P
ZOO
) của quần thể Zooplankton được biểu diễn bằng tổng đại số
của sản phẩm đồng hoá và sản phẩm hô hấp của quần thể. Đây là phần vật chất (năng lượng)
còn lại được tích luỹ trong sản phẩm của Zooplankton để các bậc dinh dưỡng kế tiếp (các
động vật bậc cao) sử dụng theo các kênh dinh dưỡng trong hệ sinh thái vùng biển.

A
i
R
i
P
i
Hình 3:
Sơ đồ kênh năng lượng qua bậc dinh
dưỡng i bất kỳ
Ghi chỳ:
B
i
: Sinh khối A

i
: Đồng hoỏ
R
i
: Hô hấp P
i
: Năng suất
NU
i
: Không đồng hoá
P
i-1
:

Năng suất của bậc trước (i-1)
N
i-1
: Thất thoát trước khi vào bậc i
N
i-1
P
i-1
B
i
NU
i


9
P

ZOO
= A
ZOO
- R
ZOO
(17)
Một số hiệu suất sinh thái cơ bản
Đối với bậc tự dưỡng:
- Hệ số P/B của quần thể Phytoplankton: P
TINH
/PHY (18)
- Hiệu suất chuyển hoá năng lượng tự nhiên: P
TINH
/PAR (19)
- Hiệu suất tự dưỡng: P
THÔ
/R
PHY
(20)
Đối với bậc dị dưỡng thứ nhất (Zooplankton):
- Hệ số P/B của quần thể Zooplankton: P
ZOO
/ZOO (21)
- Tỷ lệ chuyển hoá năng lượng qua hai bậc: P
ZOO
/P
TINH
(22)
- Hiệu suất tăng trưởng: A
ZOO

/R
ZOO
(23)
2.2.3. Các thông số sử dụng trong mô hình
Các thông số của mô hình là các giá trị hằng số áp dụng cho vùng biển nghiên cứu,
được xác định trước bằng các phương pháp khác nhau, chủ yếu từ các nghiên cứu thực
nghiệm. Trong phần nghiên cứu này, trên cơ sở các kết quả nghiên cứu và đã công bố của
phó GS.TS Đoàn Văn Bộ, chúng tôi đã đưa vào mô hình các thông số (trừ các hằng số thiên
văn) áp dụng tại vùng biển Vịnh Bắc Bộ.
2.3. Phương pháp giải mô hình
Mô hình toán chu trình chuyển hoá Nitơ được viết lại ở dạng tổng quát sau:
ii
i
Destod
dt
dC
 Pr
(24)
Với i=1…5 tương ứng là 5 hợp phần của chu trình Nitơ. Đây là hệ phương trình vi phân
thường gồm 5 phương trình, có thể giải bằng nhiều phương pháp, ở đây chọn phương pháp
Runger Kuta với điều kiện ban đầu:
C
i
(t=t
0
) = C
i*
(biết trước) (25)
Kết quả của mô hình (24) với điều kiện (25) cho ta biến động theo thời gian của sinh
khối, hàm lượng các hợp phần, cùng năng suất sinh học sơ cấp, thứ cấp và các hiệu quả sinh

thái của vùng biển.
Với mục đích nghiên cứu hiện trạng phân bố các hợp phần trong chu trình Nitơ và các
đặc trưng của các quá trình sản xuất vật chất hữu cơ bậc thấp ở vùng biển tại một thời điểm
nào đấy, bài toán (24) được giải trong điều kiện dừng (dC
i
/dt = 0, i = 1…5) nghĩa là:
Prod
i
- Dest
i
=0, i = 1…5 (26)
2.4. Dữ liệu cho mô hình
Dữ liệu cho mô hình được thu thập trên cơ sở sử dụng nguồn số liệu của ủy ban Đại
dương và Khí quyển (NOAA) trên website: Từ các dữ liệu
10
này đã trích ra và lưu ra đĩa cứng máy tính một tệp dữ liệu về nhiệt độ trung bình 12 tháng
năm 2009 Biển Đông vùng nghiên cứu (từ vĩ độ 16
0
B đến 22
0
B và từ kinh độ 105
0
Đ đến
110
0
Đ). Các điểm lưới tính toán cách nhau 1/4 độ bao gồm có 257 điểm tính.

Chương 3: Kết quả tính toán mô hình
3.1. Kết quả tính toán sản xuất sơ cấp
3.1.1. Phân bố thực vật phù du

- Phân bố theo mặt rộng của tháng 1, tháng 4 , tháng 7, tháng 10 tại tầng mặt, tầng 20m,
tầng 50m
- Phân bố theo thời gian của 12 tháng tại tầng mặt, tầng 20m, tầng 50m
3.1.2. Phân bố động vật phù du
- Phân bố theo mặt rộng của tháng 1, tháng 4 , tháng 7, tháng 10 tại tầng mặt, tầng 20m,
tầng 50m
- Phân bố theo thời gian của 12 tháng tại tầng mặt, tầng 20m, tầng 50m
3.1.3. Phân bố Năng suất tinh
- Phân bố theo mặt rộng của tháng 1, tháng 4 , tháng 7, tháng 10 tại tầng mặt, tầng 20m,
tầng 50m
- Phân bố theo thời gian của 12 tháng tại tầng mặt, tầng 20m, tầng 50m
3.1. 4. Phân bố Năng suất thô
- Phân bố theo mặt rộng của tháng 1, tháng 4 , tháng 7, tháng 10 tại tầng mặt, tầng 20m,
tầng 50m
- Phân bố theo thời gian của 12 tháng tại tầng mặt, tầng 20m, tầng 50m
3.1.5. Phân bố Năng suất thứ cấp
- Phân bố theo mặt rộng của tháng 1, tháng 4 , tháng 7, tháng 10 tại tầng mặt, tầng 20m,
tầng 50m
- Phân bố theo thời gian của 12 tháng tại tầng mặt, tầng 20m, tầng 50m
3.2. Kết quả tính toán hiệu quả sinh thái
3.2.1. Hệ số P/B của quần thể Phytoplankton
3.2.2. Hiệu suất chuyển hóa năng lượng tự nhiên
3.2.3. Hiệu suất tự dưỡng
3.2.4. Hệ số P/B của quần thể Zooplankton
3.2.5. Tỷ lệ chuyển hóa năng lượng qua hai bậc

Chương 4: Kết luận chung
Mô hình chu trình Nitơ dù còn chưa đầy đủ song đã phản ánh được hầu hết các quá trình
cơ bản, phổ biển diễn ra trong quần thể sinh vật bậc thấp ở biển. Đây là thành công cơ bản
của đề tài, từ đó có thể tiếp tục phát triển mô hình và ứng dụng tại các vùng biển khác của

11
Việt Nam cũng như ứng dụng trong nghiên cứu sinh thái - môi trường biển ở quy mô lớn
hơn: Mô hình Sinh thái - Thuỷ nhiệt động lực biển
Kết quả từ mô hình chu trình Nitơ tại vùng biển nghiên cứu cho thấy đây là vùng nước
nhiệt đới ven bờ có tốc độ tổng hợp vật chất hữu cơ cao, thể hiện một vùng nước giầu dinh
dưỡng. Trong mùa hè, năng suất sơ cấp thô có giá trị cỡ 76 mgC/m
3
/ngày, trong đó sản phẩm
tinh chiếm khoảng 40 - 50%, sức sản xuất thứ cấp của động vật nổi có giá trị cỡ 6.5
mgC/m
3
/ngày. Khả năng tổng hợp vật chất hữu cơ ở khu vực biển phía nam vùng nghiên cứu
cao hơn khu vực biển phía bắc, cho thấy đây là những khu vực có nhiều điều kiện sinh thái
thuận.
Vịnh Bắc Bộ đặc trưng cho vùng biển nhiệt đới ven bờ giàu dinh dưỡng. Khả năng tự
dưỡng của vùng biển luôn lớn hơn 1 chứng tỏ vật chất hữu cơ (năng lượng) ban đầu được tạo
ra không những đủ chi dùng cho chính sinh vật sản xuất mà cũng được tích lũy để các sinh
vật bậc cao sử dụng theo các kênh dinh dưỡng của hệ sinh thái vùng biển.
Mùa gió đông bắc
Trong gió mùa đông, xu hướng phát triển của thực vật nổi tại vịnh Bắc Bộ tăng dần từ
bờ ra khơi, sinh khối của thực vật nổi ở khu vực này đạt khoảng 1055 - 1125 mg-tươi/m
3

trung bình 1090 mg-tươi/m
3
(hình 2) đối với lớp nước mặt và 1075 - 1120 mg-tươi/m
3
(hình
4) đối với lớp nước tầng 20m. Vùng nước lạnh ven bờ phía bắc và tây bắc vịnh có nhiệt độ
trong khoảng 18 - 21

o
C không thuận lợi cho quang hợp, tại đây sinh khối chỉ đạt cỡ 1055 -
1090 mg tươi/m
3
.
So với các thời kỳ khác trong năm thì mùa đông không phải là thời kỳ phát triển của
thực vật nổi do nhiệt độ nước giảm thấp, cường độ bức xạ không lớn, lượng dinh dưỡng do
các sông tải ra vịnh cũng không nhiều. Đặc biệt, sự giảm thấp của nhiệt độ nước, với dải
nhiệt tương đối rộng (18-23
o
C), là một nhân tố bất lợi cho sự phát triển của thực vật nổi. Đây
là thời kỳ có sinh khối thực vật nổi thấp nhất trong năm.
Sức sản xuất sơ cấp tinh dao động trong khoảng 5 đến 30 mgC/m
3
/ngày trung bình
khoảng 17 mgC/m
3
/ngày (hình 6) đối với lớp nước mặt và 3 đến 30 mgC/m
3
/ngày (hình 8)
đối với lớp nước 20m. Phân bố sức sản xuất sơ cấp ở vùng biển có đặc điểm là khu vực phía
nam (sản phẩm tinh) cao hơn hẳn khu vực phía bắc (hình 6, 8), trong đó khu vực ngoài cửa
vịnh đạt giá trị cao nhất trên 30 mgC/m
3
/ngày đối với sản phẩm tinh.
Đối với sản phẩm thứ cấp (động vật nổi), nét tương đồng giữa bức tranh phân bố sinh
khối và năng suất của chúng thể hiện khá rõ (hình 10, 12, 14, 16) và rất phù hợp với phân bố
của sức sản xuất sơ cấp của thực vật nổi, nhất là đối với sản phẩm tinh. Đây là sự biểu hiện rõ
nhất và đúng quy luật về quan hệ dinh dưỡng bậc thấp ở vùng biển nghiên cứu. Trong đó sinh
12

khối Động vật nổi tầng mặt và tầng 20m (hình 10, 12) đạt giá trị trong khoảng 130 - 330 mg-
tươi/m
3
, giá trị trung bình 230 mg-tươi/m
3
, sản phẩm năng suất thứ cấp (hình 14, 16) giá trị
trung bình 4,25 mgC/m
3
/ngày và biến đổi trong khoảng 2,5 - 6,0 mgC/m
3
/ngày.
Mùa gió tây nam
Trong gió mùa tây nam, được xem là mùa phát triển của thực vật nổi với sinh khối hầu
khắp vịnh đạt trong khoảng 1184 - 1210 mg-tươi/m
3
(hình 3), giá trị trung bình lớn nhất đặt
1197 mg-tươi/m
3
đối với lớp nước mặt và 1115 - 1165 mg-tươi/m
3
(hình 5) đối với lớp nước
tầng 20m. Xu hướng phát triển của của thực vật nổi ngược lại sơ với tháng mùa đông và
tháng chuyển tiếp, sinh khối tăng dần từ khơi vào bờ. Nguyên nhân là nhiệt độ nước tầng mặt
tương đối cao trên dao động từ 29 - 30
o
C tăng dần từ ngoài khơi vào bờ, lượng dinh dưỡng bổ
sung từ lục địa rất dồi dào được cung cấp bởi các con sông do mưa lũ đặc biệt vùng ven bờ và
cửa sông có sinh khối đạt 1210 mg-tươi/m
3
. Đây là những điều kiện sinh thái thuận lợi cho

quá trình tổng hợp chất hữu cơ của thực vật nỗi trong vùng biển nghiên cứu nhất là khu vực
ven bờ tây vịnh Bắc Bộ.
Phân bố sức sản xuất sơ cấp, lượng sản phẩm tinh dao động trong khoảng 32,32 - 33.60
mgC/m
3
/ngày (hình 7, 9) cả tầng mặt và tầng 20 mét nước và tương đối đồng đều, cao hơn
hẳn so với các tháng mùa đông, dao động trong khoảng nhỏ. Điều này liên quan chặt chẽ tới
các điều kiện sinh thái thuận, trong đó lượng dinh dưỡng ở khu vực cửa sông thường cao do
vào các tháng mùa hè là do mùa lũ lượng dinh dưỡng từ các con sông tải ra rất lớn [1, 2].
Sinh khối động vật nổi (hình 11) dao động trong khoảng 427 - 454 mg-tươi/m
3
đối với tầng
mặt và 333 - mg-tươi/m
3
đối với tầng 20 mét nước, năng suất thứ cấp (hình 15, 17) dao động
trong khoảng 6.46 - 6.58 mgC/m
3
/ngày. Đây là những giá trị đặc trưng cho vùng biển nhiệt
đới ven bờ giầu dinh dưỡng và có sức sản xuất sơ cấp cao.

References

1. Nguyễn Tác An, 1980. Sơ bộ nhận xét về năng suất sinh học bậc 1 ở vịnh Bắc Bộ. Tuyển
tập Nghiên cứu biển, tập II, phần 1, Nha Trang, tr. 43-49.
2. Đỗ Trọng Bình, 1997. Kết quả tính toán năng suất sinh học sơ cấp và hiệu quả sinh thái
của thực vật nổi vào mùa khô (tháng 1-1997) tại vịnh Hạ Long. Tài nguyên và Môi
trường Biển, tập IV, NXB KH & KT Hà Nội, Tr.206-213.
3. Đoàn Văn Bộ, 1996. Giáo trình mô hình toán Hệ sinh thái biển. ĐHKHTN, ĐHQG Hà
Nội, lưu hành nội bộ.
13

4. Đoàn Bộ, Nguyễn Đức Cự, 1996. Nghiên cứu năng suất sinh học sơ cấp của thực vật nổi
trong hệ sinh thái vùng triều cửa sông Hồng. Tài nguyên và Môi trường biển, T.3, NXB
Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, tr.169-176.
5. Đoàn Bộ, 1999. Mô hình sinh thái thuỷ động lực và một số kết quả áp dụng tại biển Việt
Nam. Tuyển tập Hội nghị khoa học công nghệ biển toàn quốc lần thứ 4, Tập 1: Khí tượng-
Thuỷ văn, Động lực biển TT KHTN & CNQG, tr .185-191.
6. Đặc điểm phân bố và biến động năng suất sinh học sơ cấp ở vùng biển phía Tây vịnh Bắc
Bộ. Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ T25,
Số 1S (2009) 21-27
7. Đoàn Bộ, Phùng Đăng Hiếu, 2001. Nghiên cứu năng suất sinh học sơ cấp của thực vật nổi
vùng biển ven bờ tây vịnh Bắc Bộ. Tuyển tập Hội nghị khoa học Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên, ĐHQG HN lần thứ hai, Hà Nội 23-25 tháng 11 năm 2000, Chuyên ngành
Khí tượng-Thuỷ văn-Hải dương học, Sở Văn hoá-Thông tin Hà Nội, tr. 3-6.
8. Đoàn Văn Bộ, 2002. Nghiên cứu và thử nghiệm mô hình chu trình chuyển hoá Nitơ trong
hệ sinh thái biển. Báo cáo đề tài cấp cơ sở TN 01-25, ĐHKHTN, ĐHQG Hà Nội.
9. Đoàn Bộ – Trịnh Lê Hà. Mô hình chu trình Ni tơ trong hệ sinh thái biển. Tuyển tập các
công trình khoa học Hội nghị Khoa học ĐHKHTN: Ngành Khí tượng - Thuỷ văn - Hải
dương.
10. Đoàn Bộ. Năng suất sinh học của quần xã Plankton vùng biển khơi nam Việt Nam. Hội
nghị khoa học Tài nguyên và môi trường biển năm 2004
11. Vũ Trung Tạng, 2000. Cơ sở sinh thái học. Nhà xuất bản giáo dục Hà Nội.
12. Vũ Trung Tạng, 2004. Sinh học và sinh thái biển. Nhà xuất bản ĐHQG HN
13. Lê Đức Tố và ctv, 2001. Báo cáo tổng kết đề tài KĐL-CIS-01 “Điều tra nghiên cứu hệ
thống đảo ven bờ vịnh Bắc Bộ phục vụ cho việc qui hoạch phát triển kinh tế - xã hội bảo
vệ chủ quyền và lợi ích quốc gia trên biển” (1999-2000). Tài liệu lưu trữ tại Trung tâm
Thông tin-Tư liệu Quốc gia.
14. Nguyễn Thế Tưởng và ctv, 2005. Báo cáo tổng kết đề tài KC-09-17 “Điều tra tổng hợp
điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên và môi trường vịnh Bắc Bộ” (2003-2005). Tài
liệu lưu trữ tại Trung tâm Thông tin-Tư liệu Quốc gia.
15. Đề tài-KHCN-06-02, 2002. Mô hình 3D sinh thái thủy động lực và môi trường biển Đông

và những kết quả triển khai tại vịnh Bắc bộ. Báo cáo chuyên đề 3, tài liệu lưu trữ tại Bộ
môn Hải dương học.
14
16. Đề tài – KHCN – 06 – 02: Các kết quả triển khai mô hình 3D kết hợp Thủy nhiệt động
lực và Sinh thái vịnh Bắc Bộ. Báo cáo chuyên đề 4, tài liệu lưu trữ tại bộ môn Hải dương
học.
17. Doan Bo, Liana McManus and others, 1997: 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.
18. 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.
19. Walsh J.J. Mc Roy C.P., et al, Carbon and nitrogen cycling within the Bering/Chukchi
Sea: source regions for organic matter affecting AOU demands of the Arctic Ocean,
Progress Oceanography, 1989, pp. 277-359.
20. World Ocean Atlas (WOA- Database). CD-Rom, NOAA, 2009.