Quản lý chất lượng nuôi trồng thủy sản-Chương 5 pptx

Dinh d
ưỡng và các quá trình sinh học
CH
ƯƠ
NG 5

DINH DƯỠNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC

1 THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG TRONG THỰC VẬT Ở BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT
Trong quá trình quang hợp thực vật cần nhiều vật chất dinh dưỡng để tổng hợp chất

hữu cơ và sinh trưởng, trong số các nguyên tố cần thiết cho thực vật thì trong nước chỉ

có vài nguyên tố có thể đáp ứng đủ nhu cầu (oxy và hydro), các nguyên tố còn lại đều

có hàm lượng rất thấp so với nhu cầu của thực vật. Do đó, thực vật thường tăng cường

hấp thu và dự trữ các nguyên tố đó để phục vụ cho quá trình sinh trưởng cũng như

tổng hợp chất hữu cơ.


Bảng 5-1. Tỉ lệ các yếu tố cần thiết cho sinh trưởng trong mô của các thực vật nước

ngọt (nhu cầu), trung bình trong thủy vực trên thế giới (cung cấp) và tỉ lệ

của hàm lượng đòi hỏi so với khả năng đáp ứng.

Nguyên t
ố

Oxy
Hydro
Carbon
Silicon
Nit
ơ
Canxi
Kali
Phospho
Magiê
Sulfur
Chlorin
Natri

Sắt
Boron
Mangan
Kẽm
Đồng
Molybden
Cobalt
Hàm lượng trung
bình chứa trong thực
vật hoặc nhu cầu (%)
80,5
9,7
6,5
1,3
0,7
0,4

0,3
0,08
0,07
0,06
0,06
0,04
0,02
0,001
0,0007
0,0003
0,0001
0,00005
0,000002
Ngu
ồn cung cấp
trung bình trong
các thủy vực (%)
89
11
0,0012
0,00065
0,000023
0,0015
0,00023
0,000001
0,0004
0,0004
0,0008
0,0006
0,00007

0,00001
0,0000015
0,000001
0,000001
0,0000003
0,000000005
Tỉ lệ trung bình chứa
trong thực vật: nguồn
cung cấp
1
1
5.000
2.000
30.000
<1.000
1.300
80.000
<1.000
<1.000
<1.000
<1.000
<1.000
<1.000
<1.000
<1.000
<1.000
<1.000
<1.000
Theo J. R. Vallentyne (1974). Trích dẫn bởi C.K. Lin & Yang Yi (2001)

2 NGUỒN VÀ QUÁ TRÌNH CUNG CẤP DINH DƯỠNG CHO MÔI TRƯỜNG

NƯỚC

Ngu
ồn cung cấp vật chất dinh dưỡng cho thủy vực bao gồm hai nguồn chính đó là

nguồn từ bên ngoài đưa vào và nguồn nội tại của thủy vực. Nguồn bên ngoài như quá

67
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
trình xói lở vật chất dinh dưỡng được nước mưa mang vào thủy vực. Vật chất dinh
dưỡng cũng được đưa vào thủy vực theo con đường cấp nước hoặc lắng tụ từ không
khí và từ quá trình cố định đạm.

Một nguồn cung cấp dinh dưỡng khá quan trọng cho thủy vực khác đó là nguồn nội
tại bao gồm; quá trình phân hủy và khoáng hóa xác chết của sinh vật trong thủy vực
làm tăng dinh dưỡng cho môi trường nước; sự bài tiết của động vật thủy sinh cũng
góp phần cung cấp dinh dưỡng, đặc biệt là các hệ sinh thái nhân tạo như ao nuôi tôm,
cá thâm canh; vật chất dinh dưỡng lắng tụ trong nền đáy bị khuấy động do hiện tượng
đối lưu, do sóng gió, dòng chảy hay hiện tượng nước trồi cũng làm tăng vật chất dinh
dưỡng trong tầng nước.

Vật chất dinh dưỡng trong thủy vực có thể bị mất đi do sự bốc hơi, trao đổi nước, lắng
tụ trong nền đáy hay quá trình hấp thụ sinh học.

B

ả
ng 5
-
2. Ngu
ồ
n và quá trình các y
ế
u t
ố
di
nh d
ư
ỡ
ng
đ
i vào môi tr
ư
ờ
ng n
ư
ớ
c

Nguồn
Ngo
ại lai (Allochthonous)
Địa quyển
Khí quyển
Thủy quyển
Sinh quyển

N
ội tại (Autochthonous)
Detritus
Phù sa
Chất bài tiết
Quá trình

xói lở, phong hóa, chảy tràn
bụi, mưa, cố định đạm
cấp nước
phân hủy, khoáng hóa

Phân hủy
Bị khuấy động
Bài tiết của động vật và sự tiết của thực vật
3 CHU TRÌNH DINH DƯỠNG TRONG THỦY VỰC
Nh
ững chu trình dinh dưỡng chủ yếu gồm: Carbon (Hình 5-1), Nitrogen (Hình 5-2);

Phosphorus (Hình 5-3), chu trình Sulfur (Hình 5-4)


3.1 Chu trình carbon

3.1.1 Quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ trong thủy vực


Bước khởi đầu chu trình Carbon là quá trình quang hợp tổng hợp nên vật chất hữu cơ

trong thủy vực được tiến hành nhờ nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng).

Thực vật ở nước hấp thu nguồn năng lượng này thực hiện quá trình quang hợp theo

phương trình tổng quát sau:

6CO

6H O
2 2

Ánh sáng

Chlorophyll

C
6
H
12
O
6

6O
2

68
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Dinh d
ưỡng và các quá trình sinh học

Thực vật ở nước tham gia vào quá trình này có thành phần rất đa dạng và phân bố
khác nhau trong thủy vực, nhưng nhìn chung phần lớn là thực vật phù du, thực vật bậc
cao chỉ có vai trò ở những vùng gần bờ.

Ngu
ồn chất vô cơ ban đầu được thực vật ở nước sử dụng để tổng hợp nên các hợp

chất hữu cơ là khí CO
2
và H
2
O và các muối khoáng của N, P, K, S, Si, Fe, Mn, Ca,
Mg, Zn, Cu, các chất này luôn luôn được bổ sung vào thủy vực từ các quá trình
phân hủy xác bã sinh vật hay do sự tác động của con người.

Cùng với giới thực vật, các vi khuẩn quang tự dưỡng và hóa tự dưỡng cũng có khả
năng góp phần vào việc tổng hợp các chất hữu cơ trong thủy vực. Tuy nhiên, theo sự
hiểu biết của con người thì sự tham gia của các loại vi khuẩn này vào việc tạo ra chất
hữu cơ là rất nhỏ, bởi vì cả vi khuẩn quang tự dưỡng lẫn hóa tự dưỡng đều chỉ có thể
sinh sản mạnh trong điều kiện mà tương đối ít khi xuất hiện trong các thủy vực. Tất cả
vi khuẩn có khả năng quang hợp không thể phân hủy nước và giống như những cơ thể
y
ếm khí bắt buộc hoặc vi ưa khí, chúng không thể cư trú ở khu vực giàu oxy. Ngoài
ra, chúng cần có đủ ánh sáng và có chất cho hydro thích hợp, đối với vi khuẩn màu
lục và vi khuẩn lưu huỳnh màu tía thì đó là sulfurhydro (H
2
S), còn đối với các vi
khuẩn quang hợp khác thì đó là acid hữu cơ hoặc các chất hữu cơ khác. Trong thủy
vực rất ít khi có tất cả các điều kiện này.

Cơ chế quang hợp ở vi khuẩn quang hợp không hoàn toàn giống với cơ chế quang hợp
ở thực vật hay ở vi khuẩn lam. Vi khuẩn quang hợp tiến hành quang hợp trong điều
kiện yếm khí và không sinh ra oxy, chúng tiến hành oxy hóa một chất cho điện tử
chẳng hạn như hợp chất lưu huỳnh ở dạng khử, hydro phân tử trong các hợp chất hữu
cơ. CO
2
được đồng hóa thông qua chu trình pentosophosphate dạng khử và các phản
ứng kết hợp CO
2
xa hơn. Người ta nhận thấy tất cả các chủng đều có chứa trong tế
bào các enzyme xitocrom, ubiquinon và các protein sắt thuộc loại ferredoxin. Phần
lớn các loài này đều có khả năng cố định nitơ phân tử.

Quá trình quang hợp đã tạo thành những vật chất hữu cơ ở bậc dinh dưỡng thấp nhất,
thực vật thủy sinh, trong đó tảo đơn bào đóng vai trò chủ yếu. Thực vật được coi là
sản phẩm sinh vật sơ cấp, sản phẩm này được động vật sử dụng tạo thành sản phẩm
sinh vật thứ cấp - động vật có giá trị khai thác.

3.1.2 Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong thủy vực

Trong thủy vực, các sinh vật sau khi chết đi không ngừng bị phân hủy bởi vi khuẩn dị
dưỡng và nấm mốc. Các vi sinh vật này cần các hợp chất hữu cơ để làm thức ăn.
Chúng sử dụng các hợp chất hữu cơ để thu nhận các tiền chất cho việc xây dựng nên
các tế bào của mình và thu năng lượng cho các hoạt động sống. Khi ấy, hợp chất hữu
cơ được vi sinh vật biến đổi thành các chất nghèo năng lượng và cuối cùng trong
những điều kiện thích hợp thì chuyển hóa ngược trở lại thành các chất vô cơ ban đầu.

69

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software

For evaluation only.

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
Vô cơ hóa (khoáng hóa) các hợp chất hữu cơ là chức năng chủ yếu của vi khuẩn và
nấm trong việc biến đổi vật chất trong thủy vực. Nhờ thế mà các chất dinh dưỡng có
nguồn gốc từ thực vật luôn được đưa trở lại vòng tuần hoàn vật chất trong thủy vực,
tạo nên sự sinh trưởng mới của thực vật. Sự vô cơ hóa hoàn toàn vật chất hữu cơ nói
chung chỉ diễn ra khi có mặt oxy, tức là trong các thủy vực thoáng khí, còn trong
những điều kiện yếm khí thì sự phân hủy thường diễn ra không hoàn toàn (rượu, acid

hữu cơ, H
2
S, CH
4
). Nhưng các chất bền vững như mỡ, cellulose, lignine vẫn tích
tụ lại và cùng với các sản phẩm phân hủy góp phần tạo thành cái gọi là "chất mùn của
thủy vực ".

Sự phân hủy các chất hữu cơ diễn ra với tốc độ rất khác nhau. Tùy thuộc vào thành
phần của chúng và điều kiện của môi trường, sự phân hủy có thể diễn ra rất nhanh hay
rất chậm. Sự phân hủy vật chất hữu cơ xảy ra rất nhanh trong thủy vực ở những vùng
gần bề mặt nước, nhiệt độ nước mùa hè. Ở các hồ sâu sự phân hủy các hợp chất hữu
cơ bởi các vi sinh vật rất chậm hơn 10-100 lần so với tốc độ phân hủy của chúng
trong phòng thí nghiệm ở cùng nhiệt độ. Nhìn chung, không phụ thuộc vào địa điểm,
thứ tự bị phân hủy là đường và protein, sau đó là tinh bột, chất béo và cuối cùng là
chất cao phân tử như kitin, cellulose, lignine.
CO
2

Hình 5

-
1. Chu trình carbon tr
ong th
ủ
y v
ự
c

70
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Dinh d
ưỡng và các quá trình sinh học
3.2 Chu trình nitrogen

Trong môi trường nước, nitơ có thể tồn tại dưới dạng N
2
, hay dưới dạng hợp chất vô
cơ, hữu cơ hòa tan hay không hòa tan. Các hợp chất vô cơ hòa tan quan trọng của nitơ
là NH , NH , NO , NO .

Dạng N
2
có được chủ yếu là sự khuếch tán từ ngoài không khí vào hay còn có thể
được hình thành trong quá trình phản nitrate hóa. Các dạng hợp chất vô cơ hòa tan có
được là do quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, nitơ lắng đọng dưới dạng hợp chất
Albumine, dưới tác động của vi sinh vật, đạm albumine sẽ biến thành dạng đạm
ammonia (NH ) và ammonia sẽ hòa tan vào nước hình thành ion ammonium (NH ).

NH và mu
ối của nó sẽ biến thành dạng đạm nitrite (NO ) và nitrate (NO ) nhờ hoạt
động của vi khuẩn nitrite và nitrate hóa. Thực vật có thể hấp thu cả 4 dạng đạm nói
trên nhưng hấp thu NH và NO là tốt nhất, mỗi loài thực vật ưa một dạng đạm khác
nhau. Tuy nhiên, một số loài vi khuẩn và tảo cũng có khả năng đồng hóa nitơ phân tử.

3.2.1 Quá trình cố định nitơ phân tử
Nit
ơ phân tử (N ) hòa tan trong nước thiên nhiên khoảng 12 mg/L ở 25 C. Cũng như
ở trong đất, quá trình cố định nitơ trong thủy vực được thực hiện bởi tảo xanh, các
loài vi khuẩn quang hợp, các vi sinh vật dị dưỡng Azotobater, Clostridium,

Các loài vi khuẩn và tảo xanh thực hiện được quá trình này là do trong tế bào chúng
có hệ thống xúc tác enzyme nitrogenase. Enzyme này thường gồm 2 thành phần: một
thành phần gọi là Fe-Protein và một thành phần khác gọi là Mo-Fe-Protein. Mo-Fe-
Protein có chứa 2 nguyên tử Mo, 32 nguyên tử Fe và 25-31 nguyên tử lưu huỳnh.
Loại Fe-Protein có trọng lượng phân tử khoảng 60.000 (Lehninger-1975). Mo-Fe-
Protein có trọng lượng phân tử vào khoảng 220.000 và gồm 2 tiểu phần tử (subunits)
đã được kết tinh tinh khiết.

Trong môi trường thoáng khí, quá trình cố định nitơ phân tử được thực hiện bởi các
loài vi khuẩn Azotobacter như A. agile và A. chroococcum. Ở sông, hồ thì hầu như
gặp chúng ở mọi nơi. Tại phần lắng đọng yếu khí, quá trình cố định nitơ phân tử được
thực hiện bởi các loài Clostridium như Clostridium pasteurianum. Gần đây, người ta
đã xác định ngoài các loài Azotobacter và Clostridium thì còn có những loài vi khuẩn
khác cũng có khả năng đồng hóa nitơ phân tử bao gồm cả vi khuẩn quang tự dưỡng
lẫn dị dưỡng. Tuy nhiên, ở chúng thì sự liên kết nitơ có hiệu quả thấp hơn do số lượng
của những vi khuẩn này là quá ít để có thể đồng hóa một lượng nitơ đáng kể, chúng
chỉ có vai trò ở những phần lắng đọng yếm khí, còn trong môi trường thoáng khí, quá
trình cố định nitơ phân tử được thực hiện chủ yếu bởi các loài tảo xanh thuộc giống

Anabacna, Nostoc, Phormidium, Calothrix
, bởi vì các gống tảo này thường rất
nhiều trong các thủy vực.
+
-

-

3

3 4 2
+
3

4

-

-

3

2

3

+ -
4

3

o

2

71
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
3.2.2 Quá trình amôn hóa
Quá trình amôn hóa protein (còn gọi quá trình lên men thối) là quá trình phân hủy các
hợp chất hữu cơ chứa nitơ, giải phóng NH
3
do nhiều vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí gây
ra như vi khuẩn, nấm mốc và xạ khuẩn.

Tất cả các loài vi sinh vật amôn hóa đều tiết ra enzyme thủy phân protein ra ngoài môi
trường làm cho protein bị phân cắt thành pepton, polypeptid, dipeptid và acid amin.
Các acid amin được đối tượng biến đổi trong tế bào thông qua con đường trao đổi
năng lượng và trao đổi xây dựng, sản phẩm cuối cùng chủ yếu của quá trình vô cơ hóa
hiếu khí protein là ammonia, carbonic, các muối của acid sulfuric và acid phosphoric.
Trong điều kiện kỵ khí, các acid amin không được vô cơ hóa hoàn toàn, bên cạnh NH
3

và CO
2
còn tích lũy nhiều loại hợp chất hữu cơ khác như acid hữu cơ, rượu, H
2
S và

những dẫn suất của nó như mecaptan, các chất độc như diammine và tomain (độc tố
thịt thối) các sản phẩm bốc mùi rất khó chịu như indol và scatol.

Quá trình amôn hóa protein giữ vai trò quan trọng trong việc khép kín vòng tuần hoàn
nitơ vì nhờ quá trình này mà nitơ chuyển từ dạng khó hấp thu sang dạng muối amôn
dễ dàng được thực vật sử dụng, nhờ quá trình này mà NH
3
luôn luôn được phục hồi,
cung cấp dinh dưỡng cho thực vật thủy sinh. Có nhiều loại vi khuẩn và nấm mốc tham
gia vào quá trình này, chủ yếu là các loài Bacillus như: B. mesentericus, B. mycoide,
B. sustilis
, Số lượng của chúng trong các thủy vực khác nhau thì rất khác nhau,
thường trong các thủy vực nước ngọt số lượng của chúng nhiều hơn các thủy vực
o

nước lợ, mặn. Nhiệt độ tối ưu cho sự amôn hóa là từ 25-30 C. Do đó, vào mùa đông
sự amôn hóa bị làm chậm đáng kể. Tuy nhiên, sự tăng mạnh số lượng vi khuẩn gây
thối trong mùa hạ chỉ xảy ra ở các thủy vực bị nhiễm nước thải và thường không thấy
ở các sông hồ và vùng biển sạch.

NH
3
được hình thành trong quá trình amôn hóa sẽ hòa tan vào trong muối hình thành
ion NH , cho đến khi cân bằng sau đây được thiết lập.
+
4

NH + H O

 NH + OH

3 2 4

+ -

k = 10
- 4,74
Tỉ lệ giữa NH và ion NH trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của môi trường.
Theo Boyd (1990) thì tỉ lệ phần trăm của NH
3
trong dung dịch nước ở những giá trị
của pH và nhiệt độ khác nhau được trình bày ở Bảng 3-4.

3.2.3 Quá trình nitrate hóa và phản nitrate hóa
Nitrate hóa là hóa trình oxy hóa
ammonia và muối ammonium, hình thành acid

nitrous (HNO
2
) và acid nitric (HNO
3
), qua đó vi sinh vật thu năng lượng cần thiết cho
hoạt động sống của mình. Vi sinh vật thực hiện quá trình oxy hóa này kèm theo sự
đồng hóa CO
2
xây dựng các hợp chất hữu cơ của cơ thể chúng, chúng là vi khuẩn hóa


72

3

4

+
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Dinh d
ưỡng và các quá trình sinh học
tự dưỡng và là những cơ thể hiếu khí bắt buộc. Quá trình nitrate hóa trải qua 2 pha do
2 nhóm vi khuẩn gây ra.

Quá trình nitrite hóa: oxy hóa NH
3
thành acid nitrous (hay nitrite)

NH + 3/2 O NO + 2H + H O + 76kcal

Vi khuẩn tham gia quá trình này ở các thủy vực nước ngọt có Nitrosomonas
europara và trong các thủy vực nước lợ, mặn có Nitrosococcus sp.

Quá trình nitrate hóa: oxy hóa acid nitrous thành acid nitric (hay nitrate)

NO + 1/2 O

NO
-
+ 24kcal

Vi khuẩn tham gia vào quá trình này ở các thủy vực nước ngọt có các loài thuộc giống

Nitrobacter
và trong các thủy vực nước lợ, mặn có Nitrospina gracilic và
Nitrosococcus mobilis
. Vi khuẩn nitrate hóa phân bố rất ít trong các thủy vực sạch,
nghèo dinh dưỡng, trong các thủy vực giàu dinh dưỡng số lượng của chúng có nhiều
hơn, nhưng cao nhất cũng chỉ khoảng 10 tế bào/ml nước. Số lượng của chúng trong
thủy vực dao động theo mùa rõ rệt: các cực tiểu thường thấy vào mùa đông hoặc đầu
xuân, còn các cực đại thì trong mùa hè nghĩa là nó biến động hoàn toàn ngược lại với
vi khuẩn amôn hóa. Như phần trên đã nói quá trình nitrate hóa chỉ xảy ra khi có mặt
của oxy (kể cả nồng độ rất thấp), nghĩa là trong môi trường thoáng khí, còn trong môi
trường yếm khí với sự có mặt của các hydrat carbon sẽ xảy ra quá trình ngược lại với
quá trình nitrate hóa đó là quá trình phản nitrate hóa. Quá trình này khử nitrate qua

nitrite thành NO, N
2
O), NH
2
OH, NH
3
và N
2
.
Vi khuẩn tham gia vào quá trình phản nitrate hóa bao gồm các loại kỵ khí không bắt
buộc như: Bacillus, Pseudomonas Trong điều kiện hiếu khí, chúng oxy hóa các chất
hữu cơ bằng oxy của không khí, còn trong điều kiện kỵ khí, chúng tiến hành oxy hóa
các hợp chất hữu cơ bằng con đường khử hydro để chuyển hydro cho nitrate và
nitrite. Quá trình này không có lợi vì nó làm mất nitơ trong thủy vực và tạo thành các
chất độc đối với thủy sinh vật như NH , NO . Trong đa số sinh cảnh, vi sinh vật chỉ
có thể khử nitrate thành nitrite, chứ không có thể khử tiếp thành các dạng hợp chất
khác. Do đó, ở đâu có quá trình phản nitrate hóa xảy ra mạnh thì ở đó có nhiều nitrite.

3.2.4 Chu trình Nitrogen
Hầu hết đạm sử dụng cho các quá trình sinh học là NO được rửa trôi vào các sông
hồ, ở đó chúng hầu hết được sử dụng bởi tảo cho quá trình sinh trưởng và sau đó bị
lắng tụ trong bùn đáy. Đạm chứa trong tảo bị ăn bởi động vật phù du và ấu trùng côn
trùng (động vật đáy) thì được hoàn trả lại cho tảo vào mùa hè. Hai quá trình yếm khí
của chu trình (cố định đạm và phản nitrate hóa), do tảo lam và vi khuẩn thực hiện,
ngược lại các quá trình còn lại xảy ra trong điều kiện hiếu khí. Hầu hết quá trình cố
định đạm đều xảy ra trong tầng nước, trong khi đó quá trình phản nitrate hầu như xảy
+
-

+
4

2

2

2

-

2
2
3
-

3 2
-

3

73
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
ra trong tầng đáy đặc biệt là ở vùng cửa sông hay đất ngập nước. Các chất đạm hữu cơ
trong hệ sinh thái thủy vực hiện diện trong cơ thể thực vật, động vật và trong xác bã
hữu cơ (dạng lơ lửng hay hòa tan).
Hình 5-2. Chu trình dinh dưỡng trong các hệ sinh thái nước ngọt
3.3 Chu trình phospho

Trong nước thiên nhiên, phosphore có thể tồn tại dưới dạng acid orthophosphoric

(H PO ) hay các sản phẩm phân ly của nó trong môi trường nước như ion H PO ,

-

3
HPO

4

2-

4

2

4

và PO
4
. Tùy thu
ộ
c vào pH c
ủ
a môi tr
ư
ờ
ng mà nó s
ẽ
t
ồ
n t
ạ
i d
ư
ớ
i d
ạ
ng nào là

3-

chủ yếu.

H PO H + H PO

H PO H + HPO
3 4
2
HPO

2

4

-

+


+
4

2-

4
 H + PO
4

+
4


3-

-

2-

k
1


k
2


k
3

= 10


= 10


= 10

-2,13


-7,21


-12,3

74
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Dinh d
ưỡng và các quá trình sinh học
Các dạng phosphorus hữu cơ dễ dàng chuyển hóa lẫn nhau và có thể chuyển thành
dạng muối orthophosphate hòa tan nhờ hoạt động của vi sinh vật. Ví dụ, sau khi thực
vật nổi chết đi, bị các vi sinh vật phân hủy, người ta thấy có tới 20-30% tổng số
phosphorus trong cơ thể chúng được phân giải thành các muối cô cơ hòa tan, 30-40%
dưới dạng hữu cơ hòa tan.

Các muối hòa tan của phosphorus trong nước sẽ được hấp thu bởi thực vật hay lớp
bùn đáy. Lớp bùn đáy chứa nhiều acid hữu cơ hay CaCO
3
dễ hấp thu mạnh các muối
2+

orthophosphate hòa tan trong nước. Nước có pH cao có nhiều ion Ca , các muối

orthophosphate hòa tan có th
ể
b
ị
k
ế
t t
ủ
a d

ư
ớ
i d
ạ
ng Ca
3
(PO
4 2)
(apatit).

Hình 5-3. Chu trình phosphorus trong hồ.

Có nhiều loại vi khuẩn có khả năng hấp thu một lượng nhỏ muối Ca
3
(PO
4 2)
không hòa

tan một cách trực tiếp hay sau khi tạo thành các acid phosphorus hữu cơ hay

ammoniphosphate hòa tan, đưa phosphorus trở lại vòng tuần hoàn vật chất trong thủy

vực

75
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
3.4 Chu trình lưu huỳnh

Trong quá trình thối rữa protein, bên cạnh NH
3
một lượng nhỏ khí H
2
S thoát ra, chủ
y
ếu là quá trình phân hủy các acid amin chứa lưu huỳnh như Cystin, Cystein và
Methionine

Vi sinh vật

Cystin




NH
3
+ H
2
S + CO
2
+ H
2
O
Khí H
2
S không b
ề

n, trong môi tr
ư
ờ
ng thoáng khí d
ễ
b
ị
oxy hóa b
ằ
ng con
đư
ờ
ng hóa

học hay sinh học dưới tác dụng của một số vi khuẩn và nấm mốc. Sự oxy hóa nhờ vi
sinh vật diễn ra thông qua nhiều sản phẩm trung gian rồi thành ion SO
4

cùng bền vững của sự khoáng hóa các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh. Quá trình này
được gọi là quá trình sulfate hóa.

2H
2
S + O
2
 S
2
+ 2H
2
O + 80kcal

S
2
+ 3O
2
+ 2H
2
O 2H
2
SO
4
+ 240kcal

Nhìn ch
ung, sự oxy hóa H
2
S và các hợp chất chứa lưu huỳnh có khả năng oxy hóa
khử như: S , thiosulfate (S O ) và sulfite (SO ) là do một số nhóm vi khuẩn hóa tự
dưỡng, chúng dùng năng lượng thu nhận được để khử CO
2
xây dựng các hợp chất hữu
cơ của cơ thể chúng.
2-

là ch
ấ
t cu
ố
i

2-

2-

2

2

3

3

SO

2-

4

đư
ợ
c hình thành trong quá trình sulfate hóa. Trong môi tr
ư
ờ
ng y
ế
m khí nó s
ẽ
b
ị

vi sinh vật khử trở lại thành H
2
S, quá trình này được gọi là quá trình phản sulfate hóa.

SO + 8H

S + 4H O

2-

+
2-

4

2

khí hoặc bị phân ly thành các ion HS và S

Xác hữu cơ

Khí H
2
S
đư
ợ
c hình thành trong quá trình th
ố
i r

ữ
a c
ủ
a th
ứ
c
ă
n th
ừ
a hay phân h
ủ
y

protein của động thực vật chết, quá trình phản sulfate hóa sẽ hòa tan trong nước. Khí

H
2
S có độ hòa tan rất lớn trong nước, khi hòa tan trong nước H
2
S có thể tồn tại ở dạng
- 2-

Th
ự
c v
ậ
t

Đ
ộ

ng v
ậ
t

H
2
S
Khí quy
ể
n

SO

4
2-

Hình 5-4. Các quá trình hình thành H
2
S trong thủy vực
76
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Dinh d
ưỡng và các quá trình sinh học
4
CHU K
Ỳ
SINH H
Ọ

C VÀ CÁC QUÁ TRÌNH

4.1 Hệ sinh thái (ecosystem)

Hệ sinh thái bao gồm quần xã sinh vật (thực vật, động vật và những sinh vật sống

khác - quần xã sinh vật) và môi trường sống của sinh vật, giữa môi trường và sinh vật

cũng như giữa sinh vật và sinh vật có mối quan hệ lẫn nhau. Mối quan hệ (tương tác)

của các nhóm sinh vật trong môi trường bao gồm loại quan hệ (dinh dưỡng, cộng

sinh, ký sinh ) nhưng mối quan hệ dinh dưỡng là quan trọng, mối quan hệ này thực

hiện chức năng của hệ sinh thái. Chức năng của hệ sinh thái được đề cập đến chính là

quá trình chuyển hóa vật chất năng lượng trong hệ thống, quá trình này bao gồm chu

trình vật chất (chu trình carbon, nitrogen, phosphorus ) năng suất sinh học sơ cấp,

động thái dinh dưỡng và chuỗi thức ăn.


4.2 Quần xã sinh vật (community hay biocenosis)

Tập hợp các quần thể sinh vật thuộc các loài khác nhau sống trong một sinh cảnh và

có cấu trúc nhất định, chúng có vai trò và vị trí nhất định trong quá trình chuyển hóa

vật chất và năng lượng trong thủy vực. Mỗi quần xã được đặc trưng bởi thành phần

loài và số lượng của chúng, mối quan hệ giữa các loài với nhau và với nhân tố sinh

thái của môi trường vô sinh.


Trong quần xã bao giờ cũng có một hay vài loài giữ vai trò chủ yếu tạo thành hạt nhân

của quần thể gọi là loài ưu thế. Số lượng cá thể trong quần xã càng lớn thì tính ưu thế

càng cao. Nói cách khác, thành phần loài và số lượng cá thể trong quần xã tương quan

nghịch nhau, khi môi trường thuận lợi (dinh dưỡng cao) một vài loài phát triển ưu thế

làm tăng số lượng cá thể (mật độ) của quần xã và lấn át các loài khác làm thành phần

loài giảm.


Thành phần loài sinh vật trong quần xã thể hiện tính đa dạng sinh học. Trong quần xã

thành phần loài càng cao thì tính đa dạng sinh học càng cao, sự đa dạng sinh học được

thể hiện ở các khía cạnh khác nhau:

- Đa dạng về loài

- Đa dạng về sinh cảnh

- Đa dạng về di truyền (đa dạng gen)

- Đa dạnh về sinh thái

Một quá trình phát triển của một hệ sinh thái các nhóm sinh vật phát triển theo thứ tự

một cách từ từ theo một quy luật, kết quả dẫn đến sự thay đổi cấu trúc quần xã và

năng suất trên một vùng địa lý nhất định được gọi là sự phát triển kế tiếp nhau.


4.3 Vùng chuyển tiếp sinh thái

Vùng chuyển tiếp sinh thái (ecotone) vùng giao nhau giữa hai hệ sinh thái kế cận

nhau, ở đó có sự pha trộn giữa hai quần xã sinh vật của hai hệ sinh thái. Sự thay đổi

77
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
của môi trường vật lý có thể tạo ra một ranh giới, thí dụ như bờ biển hay bìa rừng, nơi
đó một số loài sinh vật sống ở cả hai hệ sinh kề nhau và chúng được xem như là thành
viên của cả hai hệ sinh thái. Núi thường được xem như một vùng chuyển tiếp sinh thái
điều kiện khí hậu đa dạng và núi tạo ranh giới giữa các loài bởi sự cách ly địa lý.

4.4 Sự phân bố của thủy sinh vật
Trong thủy vực do tập tính sống, đặc tính dinh dưỡng mà vùng phân bố của sinh vật
sẽ khác nhau. Có hai hình thức phân bố chính:

4.4.1 Phân bố thẳng đứng
Sự phân bố theo chiều thẳng đứng (theo độ sâu) thường chỉ xảy ra đối với những thủy
vực sâu như đại dương, biển và các hồ lớn. Đối với các thủy vực cạn (nông) như ao,
kênh mương, ruộng lúa thì sự phân bố theo chiều thẳng đứng không rõ ràng. Sự phân
bố theo chiều thẳng đứng bị chi phối bởi một số yếu tố như ánh sáng, nhiệt độ, khí
oxy hòa tan, áp lực và thức ăn. Những loài có khả năng chịu đựng điều kiện oxy thấp,
áp lực cao mới có khả năng phân bố ở đáy các thủy vực lớn.

4.4.2 Phân bố theo chiều ngang

Phân bố của thủy sinh vật theo chiều ngang tuân theo một số quy luật về thành phần
loài cũng như số lượng. Đây cũng là quy luật chung cho sự phân bố của sinh vật trên
trái đất:
-
Tính đa dạng của thành phần loài tăng dần từ vùng cực về xích đạo
-
Số lượng thủy sinh vật giảm dần từ vùng cực về xích đạo
- Kích thước và độ mỡ giảm dần từ vùng cực về xích đạo
- Càng về xích đạo, các thủy sinh vật biển càng dễ đi vào nước ngọt hơn. Nói
cách khác, cường độ di nhập của sinh vật biển vào nước ngọt ở vùng vĩ độ thấp
mạnh hơn so với vùng có vĩ độ cao.
4.5 Sự ổn định
Sự ổn định rất khó định nghĩa cho chính xác, tuy nhiên có thể hiểu theo hai cách sau:
(i) Sự ổn định là trạng thái không có sự thay đổi hay biến mất của các quần thể trong
quần xã, sự ổn định này được đo bằng tính biến động của quần xã. (ii) Sự ổn định
được hiểu theo cách khác là khả năng chống lại sự thay đổi và khả năng phục hồi
nhanh, khi đó hệ sinh thái nhanh chóng trở lại trạng thái cân bằng.

5 BẬC DINH DƯỠNG VÀ CHUỖI/LƯỚI THỨC ĂN

5.1 Sinh vật sản xuất (producer)
Trong hệ sinh thái thủy vực nhóm sinh vật có vai trò quan trọng trong quá trình
chuyển hóa vật chất và năng lượng đó là nhóm sinh vật tự dưỡng hay còn gọi là sinh
vật sản xuất. Nhóm này bao gồm các loài tảo, thực vật bậc cao, vi khuẩn quang tự

78

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Dinh d
ưỡng và các quá trình sinh học
dưỡng và vi khuẩn hóa tự dưỡng, trong đó tảo đóng vai trò quan trọng nhất. Nhóm
sinh vật sản xuất là nhóm duy nhất trên hành tinh có khả năng hấp thụ các vật chất vô
cơ và năng lượng để tổng hợp nên chất hữu cơ, tích lũy năng lượng, đây chính là mắt
xích đầu tiên trong chuỗi thức ăn. Năng lượng tích lũy trong chất hữu cơ do sinh vật
sản xuất tạo ra là nền tảng cho sự sống của các nhóm sinh vật khác trên trái đất.

5.2 Sinh vật tiêu thụ (consumer)
Sinh vật tiêu thụ bao gồm các loài động vật sống nhờ vật chất và năng lượng do nhóm
sinh vật sản xuất tạo nên. Tùy theo đặc tính dinh dưỡng có thể chia sinh vật tiêu thụ
thành các nhóm khác nhau:
- Ăn thực vật (herbivore)
- Ăn động vật (carnivore)
- Ăn tạp (omnivore)
5.3 Sinh vật phân hủy (decomposer)
Sinh vật phân hủy trong thủy vực gồm 2 nhóm đó là vi khuẩn và nấm. Vi khuẩn phân
hủy thường phát triển mạnh trên xác hữu cơ trong môi trường trung tính hay kiềm
y
ếu, trong khi đó nấm phân hủy thường phát triển mạnh trên xác hữu cơ trong môi

trường axít. Vi khuẩn có khả năng phân hủy vật chất hữu cơ nhanh hơn nấm.
79
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
Hình 5-5. Chuỗi thức ăn phức tạp tồn tại trong tất cả các thủy vực nước ngọt, cho phép
năng lượng ánh sáng mặt trời chuyển thành qua các giai đoạn từ động và
thực vật nhỏ nhất đến lớn nhất.
Hình 5-6. Các thành phần trong ao nuôi thủy sản
80
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Dinh d
ưỡng và các quá trình sinh học
5.4 Chuyển hóa năng lượng
Chuyển hóa năng lượng là chức năng quan trọng của một hệ sinh thái. Đầu tiên năng
lượng ánh sáng mặt trời truyền vào thủy vực, phần lớn sẽ chuyển sang dạng nhiệt, một
phần nhỏ được nhóm sinh vật sản xuất đồng hóa và tích lũy trong chất hữu cơ. Chất
hữu cơ này một phần được sử dụng trong quá trình hô hấp để cung cấp năng lượng
cho hoạt động sống của thực vật, phần còn lại được tích lũy trong cơ thể thực vật.
Tương tự, chất hữu cơ chứa trong thực vật lại được động vật (loài ăn thực vật) sử
dụng cho quá trình hô hấp cung cấp năng lượng cho hoạt động sống và chuyển hóa
thành chất hữu cơ tích lũy trong động vật. Quá trình này lại được tiếp tục qua các bậc
dinh dưỡng khác trong chuỗi thức ăn. Quá trình chuyển hóa có thể được minh họa qua
sơ đồ sau:
Hình 5-7. Sơ đồ chuyển hóa vật chất và năng lượng trong quần xã thí nghiệm. Tất cả
2

các giá trị được được tính bằng kcal/m trong thời kỳ 74 ngày. Hô hấp của
thực vật chiếm 2/3 và 1/3 còn lại là hô hấp của tất cả các nhóm sinh vật khác
(Davis and Warren, 1965). Trích dẫn bởi C.K. Lin & Yang Yi (2001)
Hiệu suất đồng hóa dinh dưỡng được tính theo công thức sau:

Năng lượng được đồng hoá (calo)

Hiệu suất đồng hóa (%) =

5.5 Tháp sinh học
x 100
Năng lượng được sinh ra (calo)
Trong một hệ sinh thái thủy vực, kích thước quần thể, sinh khối và năng lượng của
các nhóm sinh vật trong chuỗi thức ăn tuân theo quay luật hình tháp. Trong chuỗi thức
ăn khi vật chất và năng lượng được chuyển hóa từ bậc dinh dưỡng này sang bậc dinh
dưỡng kế tiếp thì vật chất và năng lượng bị mất dần, lượng vật chất và năng lượng bị

81

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
mất đi chính là lượng vật chất và năng lượng được sinh vật sử dụng cho quá trình hô
hấp cung cấp năng lượng cho hoạt động sống của chúng. Tỉ lệ vật chất và năng lượng
mất đi tùy thuộc vào từng hệ sinh thái nhất định và được minh họa qua hình sau:
Hình 5-8. So sánh cấu trúc dinh dưỡng tháp sinh học khác nhau trong những hệ sinh
thái khác nhau. Theo C.K. Lin & Yang Yi (2001)
5.6 Hiệu suất quần xã

Trong một hệ sinh thái để xác định hiệu suất của quần xã có thể sử dụng giá trị P/R

(năng suất sinh học sơ cấp/hô hấp của quần xã). Khi năng suất sinh học sơ cấp lớn

hơn hô hấp của quần xã (P/R>1) khi đó trong thủy vực nhóm sinh vật sản xuất phát

triển và lượng chất hữu cơ do nhóm này tạo ra lớn hơn lượng vật chất tiêu hao do quá

trình hô hấp của quần xã. Điều này trong môi trường thường có nhiều muối dinh

dưỡng và nhóm sinh vật tự dưỡng phát triển mạnh hơn nhóm sinh vật dị dưỡng.

Ng
ược lại, năng suất sinh học sơ cấp nhỏ hơn hô hấp của quần xã (P/R<1) khi đó

nhóm sinh vật sản xuất kém phát triển và lượng vật chất hữu cơ do chúng tạo ra nhỏ

hơn lượng vật chất tiêu do quá trình hô hấp của quần xã. Trong trường hợp này chứng

tỏ nhóm sinh vật dị dưỡng phát triển mạnh hơn nhóm sinh vật tự dưỡng, môi trường

có nhiệu vật chất dinh dưỡng ở dạng xác hữu cơ (Hình 3-11).

82
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Dinh d
ưỡng và các quá trình sinh học
Hình 5-9. Hiệu suất trao đổi chất của các hệ sinh thái thủy vực

5.7 So sánh năng suất sinh học của các hệ sinh thái và loài thực vật khác nhau

Vai trò của thực vật trong các hệ sinh thái là rất quan trọng, chúng tổng hợp nên chất

hữu cơ để cung cấp cho các nhóm sinh vật ở bậc dinh dưỡng tiếp theo. Tuy nhiên, tùy

theo loài thực vật trong hệ sinh thái, mức độ dinh dưỡng và tùy theo vùng địa lý mà

khả năng tổng hợp chất hữu cơ của thực vật cũng khác nhau. Các hệ sinh thái thủy

2

vực có năng suất sinh học cao bao gồm hệ sinh thái ao nước thải (5.600 g/m /năm) và

2

hệ sinh thái san hô (4.900 g/m /năm), gần tương đương với hệ sinh thái rừng nhiệt đới

2

(6.000 g/m /năm), một hệ sinh thái có năng suất sinh học cao nhất trên hành tinh

(Hình 3-12).

83
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
CÁC H

Ệ
SINH THÁI T
Ự
NHIÊN

VÙNG ÔN ĐỚI, TRÊN CẠN

RỪNG SỒI (NEW YORK)

RỪNG SỒI (DENMARK)


RỪNG VÂN SAM (GERMANY)


RỪNG THÔNG (ENGLAND)


ĐỒNG CỎ (NEW ZEALAND)


VÙNG NHIỆT ĐỚI


RỪNG NHIỆT ĐỚI


RỪNG CỌ TRỒNG
(CONGO)

RỪNG (BỜ BIỂN NGÀ)


NƯỚC NGỌT


AO NUÔI (DENMARK)


AO NƯỚC THẢI (CALIFORNIA)


ĐẦM CỎ NẾN (MINNESOTA)

NƯỚC MẶN


TẢO (DENMARK)


RONG BIỂN (NOVA SCOTIA)


TẢO TRÊN SAN HÔ

(MARSHALL ISLANDS)


ĐẠI DƯƠNG (TB)

VÙNG VEN BIỂN (TB)


VÙNG N
Ư
Ớ
C TR
Ồ
I (TB)

1.195

1.350
1.450

1.600

3.200

6.000

3.700

1.340

950-1.500

5.600

2.500

260-430

2.000-2.600

4.900

100

200

600

2
Hình 5-10. So sánh năng suất (g/m /năm) các hệ sinh thái tự nhiên (Scientific American

223, 1970). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001)


6 GIÀU DINH DƯỠNG HÓA VÀ NHIỄM BẨN THỦY VỰC

Giàu dinh dưỡng hóa là một quá trình nhờ đó các thủy vực như hồ, cửa sông hay

những thủy vực nước chảy chậm nhận được chất dinh dưỡng dẫn đến sự phát triển

quá mức của thực vật. Chất dinh dưỡng có thể có nguồn gốc từ nhiều nguồn khác

nhau: phân bón trong nông nghiệp, xói mòn từ đất, chất thải

Một thủy vực được xem là nhiễm bẩn khi thành phần hay trạng thái nước trong thủy

vực bị biến đổi do tác động của các họat động của con người tới mức hạn chế việc sử

dụng cho các nhu cầu khác nhau hoặc không thể sử dụng được nữa.


6.1 Các trạng thái dinh dưỡng

Trong một hệ sinh thái thủy vực, đặc biệt là các thủy vực lớn trạng thái dinh dưỡng

được xác định thông qua hàm lượng lân tổng số (TP), chlorophyll-a và độ trong. Theo

Wetzel (1983) trạng thái dinh dưỡng của thủy vực được phân chia như sau:

84

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Dinh d
ưỡng và các quá trình sinh học
B
ả
ng 5
-
5. Phân chia tình tr
ạ
ng dinh d

ư
ỡ
n
g c
ủ
a h
ồ


Tình trạng dinh dưỡng

Nghèo dinh d
ưỡng
(Oligotrophic)

Dinh dưỡng trung bình
(Mesotrophic)

Giàu dinh dưỡng
(Eutrophic)
Lân tổng số (

/L)

8,0

Chlorophyll-a (

/L)

1,7

Độ trong (m)

9,90

26,7

4,7

4,20

84,4

14,3

2,45

Theo SEPA (2002) tình trạng dinh dưỡng các thủy vực nước ngọt ở Scotland được
phân chia thành 5 mức độ khác nhau thông qua hàm lượng lân tổng số (TP),
chlorophyll-a và độ trong.

B
ả
ng 5
-
6. Phân chia tình tr
ạ
ng dinh d
ư

ỡ
ng c
ủ
a h
ồ


Tình trạng dinh dưỡng

Rất nghèo dinh dưỡng
(Ultra-oligotrophic)

Nghèo dinh d
ưỡng
(Oligotrophic)

Dinh dưỡng trung bình
(Mesotrophic)

Giàu dinh dưỡng
(Eutrophic)

Rất giàu dinh dưỡng
(Hypertrophic)
Lân tổng số (

/L)

 4

 10
Chlorophyll-a (

/L)

 1

 2,5
Độ trong (m)

 12

 6

35


8


3


100


25


1,5



100


25


1,5

Giữa các thủy vực nghèo dinh dưỡng và giàu dinh dưỡng có những nét đặc trưng
tương phản nhau về những tính chất vật lý, thành phần hóa học của nước và thành
phần thủy sinh vật. Sự khác nhau đó có thể được tóm tắt qua bảng sau:
85
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
B
ả
ng 5
-
7. S
ự
t
ươ
ng ph
ả
n gi
ữ

a th
ủ
y v
ự
c nghèo dinh d
ư
ỡ
ng và giàu dinh d
ư
ỡ
ng

Nghèo dinh dưỡng
Bờ sâu và dốc
Thể tích tầng mặt tương đối nhỏ so với
tầng dưới đáy
nước xanh đậm hoặc xanh đọt chuối; độ
trong lớn
N
ước nghèo thành phần dinh dưỡng về
thực vật và Ca
Lớp bùn đáy ít vật chất hữu cơ
Oxy phong phú khắp tầng nước và mọi
thời điểm
Thực vật ở vùng ven bờ hạn chế, thường
là loại hoa thị
Sinh lượng phiêu sinh thực vật thấp

Không có hiện tượng nở hoa của tảo lam
Hệ sinh vật đáy đa dạng, không có khả

năng chịu đựng điều kiện oxy thấp
Sinh lượng động vật đáy thấp
Động vật đáy thường gặp là dạng ấu
trùng muỗi vằn Tanytarsus; không có
Chaoborus
Các nhóm cá hồi (salmonid) phân bố
tầng sâu
++

Giàu dinh dưỡng
Vùng ven rộng và cạn
Tỉ lệ tầng mặt/dưới đáy lớn hơn

N
ước xanh đọt chuối đến vàng hoặc
xanh hơi nâu; độ trong thấp
N
ước giàu dinh dưỡng về thực vật và
Ca
Bùn đáy giàu phân hữu cơ
Thiếu oxygen vào mùa hè ở tầng đáy

Thực vật vùng ven bờ phong phú

Phiêu sinh thực vật phong phú với sinh
lượng cao
Tảo nở hoa thường xuyên
Sinh vật đáy nghèo về thành phần loài;
sống ở điều kiện oxy thấp
Sinh lượng động vật đáy cao

Động vật đáy thường là ấu trùng muỗi
lắc Chironomus, Chaoborus có xuất
hiện
Không có cá hẹp nhiệt ở tầng nước sâu
++

Hiệu chỉnh bởi Thienemann 1925. Trích dẫn bởi C.K. Lin & Yang Yi (2001)
Tính chất dinh dưỡng của một thủy vực phụ thuộc rất lớn vào vị trí địa lý, ở các vị trí

địa lý khác nhau thì tính chất khí hậu và thời tiết, hình thái thủy vực, thổ nhưỡng và

kể cả tác động của con người rất khác nhau. Sự khác nhau giữa các nguồn tác động

trên thông qua các quá trình địa hóa học dẫn đến sự khác nhau về tình trạng dinh

dưỡng và năng suất sinh học của thủy vực. Các quá trình địa hóa học có thể được mô

tả qua Hình 3-12.

86
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Dinh d
ưỡng và các quá trình sinh học
Tác
đ
ộ
ng c
ủ

a

con người
V
ị
trí
đ
ị
a lý


Thông tin về
địa chất
Đ
ị
a
hình

V
ĩ

đ
ộ
, kinh

độ, cao độ
Ch
ấ
t th
ả

i

nông nghiệp
Nhân t
ố
th
ổ


nhưỡng
Hình thái
thủy vực
Th
ờ
i ti
ế
t,

khí hậu
Mu
ố
i dinh

dưỡng
L
ư
u

vực

Đ
ộ


sâu

Di
ệ
n

tích
M
ặ
t

cắt

M
ư
a

Gió

N
ắ
ng

Phù

sa

T
Đ


ngoài

Đ
ộ


trong

Ánh sáng

xâm nhập
Phân b
ố


nhiệt
Phân

bố O
2

Vùng

triều
Mùa

ST

Tình tr
ạ
ng dinh d
ư
ỡ
ng
-
n
ă
ng su
ấ
t sinh h
ọ
c

TĐ ngoài: Tác động ngoài; Mùa ST: Mùa sinh trưởng

Hình 5-11. Sự tương tác của các yếu tố xác định nên thành phần, phân bố và lượng sinh

vật, tốc độ chất dinh dưỡng được luân chuyển và sức sản xuất chung của hồ.

(Hiệu chỉnh bởi Rawson 1939). Trích dẫn bởi C. K. Lin & Yang Yi (2001)

6.2 Tương tác giữa hệ sinh thái trên cạn và dưới nước

Giữa hệ sinh thái trên cạn và hệ sinh thái thủy vực có mối tương tác trong quá trình

chuyển hóa vật chất và năng lượng. Hệ sinh thái trên cạn và hệ sinh thái đất ngập

nước có vai trò sinh học quan trọng là cung cấp vật chất năng lượng cho hệ sinh thái

thủy vực dưới dạng vật chất hữu cơ. Vật chất hữu cơ được sản sinh ra từ hệ sinh thái

trên cạn được rửa trôi vào các thủy vực cạn (đất ngập nước), tại đây vật chất hữu cơ bị

tích tụ hoặc chuyển hóa, quá trình chuyển hóa vật chất trong hệ sinh thái đất ngập

nước diễn ra rất mạnh nên hệ sinh thái này có năng suất sinh học rất cao so với hệ

sinh thái trên cạn và hệ sinh thái thủy vực. Vật chất hữu cơ trong hệ sinh thái đất ngập

nước được mang tới các thủy vực lớn (hồ, biển và đại dương) qua quá trình trao đổi

nước theo thủy triều, lượng vật chất hữu cơ này góp phần quan trọng trong quá trình

sống của các sinh vật trong hệ sinh thái thủy vực.

87
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
Hình 5-12. Lược đồ về vị trí vùng đất ngập nước liên hệ đến hệ sinh thái dưới nước và
trên cạn và những liên kết địa sinh học giữa các thành phần trong đó. Theo
Mitsch and Gosselink (1986).
6.3 Ô nhiễm nước

6.3.1 Nguồn ô nhiễm

Các thủy vực tự nhiên có thể bị ô nhiễm do một số nguồn vật chất sau:


a) Váng dầu và chất thải sinh hoạt từ cảng


b) Chất thải sinh hoạt từ những vùng dân cư đô thị


c) Kim loại nặng, hoá chất từ các vùng công nghiệp


d) Chất thải sinh hoạt từ các dịch vụ du lịch giải trí dọc bờ biển


e) Vật chất lơ lửng cao từ quá trình khai khoáng (cát, đá, mỏ )


f) Chất dinh dưỡng và chất hữu cơ từ ao nuôi thủy sản


g) Thuốc trừ sâu và chất dinh dưỡng từ nông nghiệp


h) Sự thay đổi chế độ thủy động học vùng ven biển gây ra bởi hồ chứa


i) Chất dinh dưỡng và vật chất hữu cơ từ các ao nuôi cá

j) Chất thải hữu cơ cao và hóa chất từ chăn nuôi


k) Vật chất lơ lửng cao từ nuôi nhuyễn thể


l) V
ậ
t ch
ấ
t l
ơ
l
ử
ng cao và ch
ấ
t dinh d
ư
ỡ
ng t
ừ
l
ồ
ng bè

88
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Dinh d
ưỡng và các quá trình sinh học
Hình 5-13. Các nguồn ô nhiễm khác nhau trong vùng duyên hải (Theo C.K. Lin & Yang
Yi, 2001)
6.3.2 Các dạng ô nhiễm

- Chất rắn hòa tan và thực dưỡng chất

- Vật chất hữu cơ (COD và BOD)

- Độ đục (chất rắn lơ lửng)

- Hợp chất độc và phóng xạ

- Nhiệt lượng

6.4 Ô nhiễm hữu cơ và quá trình tự lọc sạch trong thủy vực

Khi chất thải hữu cơ được thải vào thủy vực, quá trình phân hủy hữu cơ làm chất

lượng nước biến đổi nhanh chóng vượt ngoài phạm vi tự nhiên. Quá trình phân hủy

hữu cơ tiêu thụ nhiều oxy làm cho hàm lượng oxy hòa tan trong nước giảm nhanh

chóng, giai đoạn này là giai đoạn suy thoái của thủy vực. Mức độ giảm hàm lượng

oxy hòa tan phụ thuộc vào lượng chất thải thải vào thủy vực, lượng chất thải càng

nhiều thì tốc độ giảm oxy hòa tan càng nhanh và hàm lượng càng thấp, trường hợp

quá nhiều chất thải hàm lượng oxy hòa tan có thể đạt đến mức bằng 0. Hàm lượng

oxy hòa tan giảm đến mức cực tiểu và duy trì trong một khoảng thời gian, giai đoạn

này gọi là giai đoạn phân hủy tích cực. Sau giai đoạn phân hủy tích cực, hàm lượng

oxy hòa tan tăng dần trở về trạng thái ban đầu, giai đoạn này được gọi là giai đoạn

89
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
phục hồi. Thủy vực nhiễm bẩn trở về trạng thái ban đầu nhờ khà năng tự lọc sạch của
thủy vực (Hình 3-15).
Hình 5-14. Ô nhiễm và quá trình tự lọc sạch ở thủy vực nước chảy
Hiện tượng nước bị nhiễm bẩn dần dần trở về trạng thái ban đầu như trước khi bị

nhiễm bẩn được gọi là khả năng tự lọc sạch của thủy vực, khả năng này rất lớn ở

những thủy vực nước chảy mạnh như sông, suối nhưng rất kém ở thủy vực nước

tĩnh như ao, hồ Khả năng tự lọc sạch của thủy vực có ý nghĩa rất quan trọng trong tự

nhiên nhưng khả năng này có giới hạn, không lọc sạch nổi những thủy vực nhiễm bẩn

nặng và liên tục.


Trong quá trình tự lọc sạch thủy vực, thủy sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng.

Các nhóm sinh vật tham gia vào quá trình lọc sạch thủy vực (vi khuẩn, nấm tảo và các

động vật khác ) thông qua các quá trình sau (Hình 3-16):

-
Khoáng hóa chất hữu cơ: đây là quá trình biến đổi chủ yếu của quá trình tự lọc

sạch thủy vực nhờ hoạt động của các nhóm vi sinh vật phân hủy (vi khuẩn,

nấm). Kết quả của quá trình này là chất hữu cơ bị biến đổi thành các hợp chất

3-

vô cơ (CO
2
, H
2
O, NH
3
, NO
3
-, PO
4
)

-
Tích tụ chất bẩn và chất độc: Nhiều loài thủy sinh vật có khả năng hấp thụ và

tích lũy kim loài nặng, chất phóng xạ trong cơ thể chúng như nhuyễn thể, sứa

Các chất bẩn, chất độc được thủy sinh vật giữ trong cơ thể trong suốt quá trình

sống, khi chúng chết đi sẽ lắng xuống đáy và đất hấp thụ không trở lại môi

trường nước. Do đó, thủy sinh vật có vai trò quan trọng trong việc loại chất bẩn

và chất độc khỏi môi trường nước.

-
Loại bỏ chất lơ lửng ra khỏi tầng nước: Các loài động vật không xương sống

ăn lọc có khả năng lọc sạch vật chất hữu cơ lơ lửng trong tầng nước.


90

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Dinh d
ưỡng và các quá trình sinh học
Hình 5-15. Những thay đổi về chất lượng nước và các yếu tố hữu sinh ở sông bị ô nhiễm
(Theo C.K. Lin & Yang Yi, 2001)
6.5 Ảnh hưởng của quá trình giàu dinh dưỡng hóa và ô nhiễm thủy vực

Quá trình giàu dinh dưỡng hóa và nhiễm bẩn thủy vực gây nên một số biến đổi về

chất lượng nước, thành phần và số lượng thủy sinh vật. Do đó, giàu dinh dưỡng hóa

và nhiễm bẩn có thể ảnh hưởng đến năng suất sinh học của thủy vực và sự ổn định

của quần xã thủy sinh vật.

-
Làm biến đổi chế độ khí hòa tan: Trong nước giàu dinh dưỡng hay nhiễm bẩn

quá trình oxy hóa vật chất diễn ra mạnh làm giảm hàm lượng oxy hòa tan và


làm tăng các chất khí CO
2
, NH
3
, H
2
S, CH
4
các chất khí này có thể gây độc và

ảnh hưởng đến sự tồn tại và phát triển của các nhóm thủy sinh vật.

-
Sự phát triển quá mức của thủy sinh vật: Sự phát triển của thực vật tùy thuộc

vào mức độ dinh dưỡng hòa tan trong nước, tảo thường phát triển quá mức

91
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.