Báo cáo nghiên cứu khoa học " Một số kết quả tính toán Năng suất sinh học của quần xã plankton vùng biển khơi nam việt nam " pdf

Tạp chí Khoa học đhqghn, KHTN & CN, T.xxI, Số 3PT., 2005

một số kết quả tính toán Năng suất sinh học
của quần xã plankton vùng biển khơi nam việt nam
Đoàn Bộ
Khoa Khí tợng-Thuỷ văn và Hải dơng học
Trờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội

Tóm tắt: Năng suất sinh học của quần xã Plankton vùng biển khơi nam Việt
Nam (6-17
O
N, 107-115
O
E) đợc tính toán trên cơ sở các hệ số chuyển hoá năng
lợng giữa các bậc dinh dỡng. Các hệ số này đợc tìm từ việc giải bài toán mô
hình chu trình chuyển hoá Nitơ trong hệ sinh thái vùng biển nghiên cứu. Kết quả
cho thấy:
1. Năng suất sơ cấp tinh của vùng biển đạt cỡ 38 đến 54 mgC/m
3
/ngày trong
mùa gió đông bắc và 42-48 mgC/m
3
/ngày trong mùa gió tây nam. Phân bố của
năng suất sơ cấp có liên quan mật thiết với trờng nhiệt của vùng biển trong các
mùa. Hệ số chuyển hoá năng lợng tự nhiên ở vùng biển có giá trị 0,08 - 0,1%.
2. Năng suất thứ cấp của vùng biển biến đổi trong khoảng 0,1 đến 0,6
mgC/m
3
/ngày, nhỏ hơn năng suất sơ cấp khoảng 100 lần. Năng suất thứ cấp
trong mùa gió đông bắc cao hơn trong mùa gió tây nam và phân bố tơng đối
đồng đều trên vùng biển. Trong mùa gió tây nam, khu vực lân cận vùng nớc trồi

có năng suất thứ cấp cao hơn các khu vực kế cận.


1. Giới thiệu
Plankton là nguồn thức ăn quan trọng bậc nhất đối với đời sống sinh vật biển,
chiếm 70-90% tổng thành phần thức ăn của nhiều loài cá tầng trên [2]. Những vùng
biển giàu Plankton cũng thờng là những nơi tập trung cá khai thác. Thực chất, giữa
năng suất sơ cấp, năng suất thứ cấp và trữ lợng cá luôn tồn tại mối tơng quan thuận
trong sự chi phối chặt chẽ của các điều kiện môi trờng. Hiểu biết đầy đủ về quy luật
phân bố, biến động số lợng, sinh khối và năng suất của Plankton biển sẽ có ý nghĩa
khoa học và thực tiễn cao, đặc biệt trong việc đánh giá tiềm năng nguồn lợi sinh vật của
vùng biển.
Bài báo giới thiệu một số kết quả tính toán và những nhận định chủ yếu về sự
phân bố và biến đổi mùa của năng suất sinh học sơ cấp và thứ cấp ở vùng biển khơi
nam Việt Nam (6-17
O
N, 107-115
O
E). Kết quả nghiên cứu này đợc hoàn thành với sự hỗ
trợ kinh phí của Hội đồng Khoa học Tự nhiên giai đoạn 2004-2005 (đề tài 740704) và
nguồn tài liệu của đề tài cấp Nhà nớc KC-09-03 thuộc Chơng trình Biển KC-09
(2001-2004).
2. Phơng pháp và tài liệu
Việc tính toán năng suất sinh học sơ cấp của thực vật nổi và năng suất sinh học
thứ cấp của động vật nổi dựa vào các hệ số chuyển hoá năng lợng giữa các bậc dinh
dỡng đầu tiên trong chuỗi thức ăn ở biển. Các hệ số này đợc tìm từ việc giải bài toán
1
Đoàn Bộ
2
mô hình chu trình chuyển hoá Nitơ trong hệ sinh thái biển. Cơ sở phơng pháp luận

của bài toán đã đợc đa ra trong [4, 6], ở đây chỉ trình bày các kết quả nghiên cứu.
Trong chu trình Nitơ, nguyên tố Nitơ đợc chuyển hoá qua 7 hợp phần: thực vật
nổi, động vật nổi, chất hữu cơ lơ lửng, chất hữu cơ hoà tan, amoni, nitrit và nitrat. Các
quá trình chuyển hoá đợc tham số hoá trên cơ sở xem xét các mối quan hệ sinh thái
giữa các hợp phần trong điều kiện có tác động tổng hợp của các yếu tố ngoại cảnh. Từ
đó đã xây dựng hệ 7 phơng trình vi phân thờng mô phỏng sự biến đổi sinh khối và
nồng độ của các hợp phần. Bài toán đợc giải trong điều kiện dừng bằng sơ đồ lặp
Runge-Kutta cho vùng biển khơi nam Việt Nam với các dữ liệu ban đầu bao gồm:
- Trờng nhiệt độ lớp nớc mặt vùng biển nghiên cứu trung bình nhiều năm mùa
gió Đông Bắc và mùa gió Tây Nam đợc tính toán thống kê trên các ô 0,5 độ kinh-vĩ từ
nguồn số liệu WOA phát hành năm 2001 [7].
- Cờng độ bức xạ đợc tính toán theo các điều kiện thiên văn trung bình trên các
vĩ độ địa lý của vùng biển nghiên cứu trong 2 mùa đặc trng.
- Các tham số sinh thái trong mô hình đợc lựa chọn phù hợp với điều kiện biển
nhiệt đới Việt Nam và vùng biển nghiên cứu, đã đợc công bố trong [1, 2, 3, 4, 5].
- Số lợng và sinh khối sinh vật nổi trung bình mùa đợc tổng hợp từ các số liệu
khảo sát từ 1975 đến 2003 tại vùng biển nghiên cứu, tính trên các ô 1 độ kinh-vĩ (nguồn
từ đề tài KC-09-03).
3. Kết quả và thảo luận
3.1 Đặc điểm phân bố và biến đổi mùa của năng suất sinh học sơ cấp
Nét nổi bật của bức tranh phân bố thực vật phù du (TVPD) trong cả 2 mùa gió là
sự tập trung với mật độ cao trong dải nớc biển ven bờ, nhất là khu vực biển phía đông
và nam Bình Thuận (hình 1), với số lợng đạt tới 5.000.000 tb/m
3
, biển đổi trong giới
hạn khá rộng từ 50.000 đến 5.000.000 tb/m
3
. Khu vực biển sâu phía đông kinh tuyến
110
o

E có số lợng TVPD ít hơn, dao động trong khoảng từ dới 50.000 đến trên 500.000
tb/m
3
. Khu vực biển ven bờ Đà Nẵng có mật độ TVPD tơng đối cao, từ trên dới
200.000 tb/m
3
trong mùa gió Tây Nam đến cỡ 1.000.000 tb/m
3
trong mùa gió Đông Bắc.
Đặc điểm này có thể liên quan đến khối nớc giàu dinh dỡng từ phía bắc lan truyền
tới, nhất là trong mùa gió Đông Bắc. Riêng trong mùa gió Tây Nam, TVPD sự tập trung
với mật độ tơng đối cao ở khu vực nớc trồi ngoài khơi Khánh Hoà với số lợng đạt từ
200.000 đến trên 1.000.000 tb/m
3
.







Một số kết quả tính toán năng suất sinh học
3
Trờng Sa
Hoàng Sa
Trờng Sa
Hoàng Sa
1
2

3
4
5
1
2
3
4
5

Ghi chú: (1): <50; (2): 50-200; (3): 200-500; (4): 500-1000; (5):1000-5000 (.10
3
tb/m
3
)
Hình 1. Phân bố số lợng thực vật phù du) trong mùa gió đông bắc (trái) và mùa gió tây nam (phải)
Nhìn chung, số lợng TVPD trong cả 2 mùa gió không có sự khác biệt nhiều,
ngoại trừ khu vực nớc trồi ngoài khơi Khánh Hoà là có sự khác biệt đáng kể: trong
mùa gió Đông Bắc đạt 50.000-200.000 tb/m
3
, trong mùa gió Tây Nam đạt 50.000-
1.000.000 tb/m
3
.
Trong mùa gió Đông Bắc, năng suất sơ cấp tinh của TVPD có giá trị từ 38 đến 54
mgC/m
3
/ngày, phân bố với xu thế tăng dần từ bắc vào nam. Hầu hết toàn vùng biển có
năng suất sơ cấp đạt trên 50 mgC/m
3
/ngày, riêng khu vực biển ven bờ Đà Nẵng có giá

trị thấp hơn, đạt khoảng 40-50 mgC/m
3
/ngày (hình 2). Mặc dù TVPD có thể tập trung
với mật độ tơng đối cao ở khu vực biển ven bờ Đã Nẵng nh đã thấy trên hình 1, song
do nền nhiệt khu vực này trong mùa gió Đông Bắc khá thấp (23-25
o
C) nên tốc độ tổng
hợp chất hữu cơ của TVPD không cao. Tuy nhiên, sự khác biệt này không nhiều và có
thể coi trờng năng suất sơ cấp ở vùng biển nghiên cứu trong mùa gió Đông Bắc là
tơng đối đồng nhất.
107 108 109 110 111 112 113 114 115
107 108 109 110 111 112 113 114 115
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
6
7
8
9
10
11

12
13
14
15
16
17
Đà Nẵng
Nha Trang
Phan Thiết
107 108 109 110 111 112 113 114 115
107 108 109 110 111 112 113 114 115
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
6
7
8
9
10
11
12

13
14
15
16
17
Đà Nẵng
Nha Trang
Phan Thiết
Trờng Sa
Trờng Sa
Hoàng Sa
Hoàng Sa

Hình 2. Giá trị trung bình năng suất sơ cấp tinh (mg-C/m
3
/ngày)
trong mùa gió đông bắc (trái) và mùa gió tây nam (phải)
Đoàn Bộ
4
Trong mùa gió Tây Nam, hầu hết các khu vực của vùng biển nghiên cứu có năng
suất sơ cấp tinh trong khoảng 42-48 mgC/m
3
/ngày, thấp hơn so với mùa gió đông bắc và
cũng đồng nhất hơn. Tuy vậy cũng có thể thấy khu vực biển Khánh Hoà, Phan Thiết và
Trờng Sa có tốc độ tổng hợp chất hữu cơ cao hơn các khu vực khác.
Theo các kết quả nghiên cứu trớc đây, nhiệt độ thích hợp cho quang hợp của
TVPD vùng biển nhiệt đới Việt Nam trong khoảng 26-28
o
C [2, 3]. So sánh nền nhiệt
trung bình mùa ở vùng biển nghiên cứu với giá trị này thấy rằng trong mùa gió đông

bắc toàn khu vực phía nam vĩ tuyến 14
o
N có nhiệt độ nớc tầng mặt đạt 26-27,5
o
C (trừ
dải nớc sát bờ Nha Trang, Phan Thiết), trong khi nền nhiệt trung bình trong mùa gió
tây nam thờng cao hơn 28
o
C. Đây là một trong những nguyên nhân làm cho năng suất
sinh học sơ cấp toàn vùng biển trong mùa gió tây nam thấp hơn trong mùa gió Đông
Bắc.
3.2 Đặc điểm phân bố và biến đổi mùa của năng suất sinh học thứ cấp
Sinh khối động vật phù du (ĐVPD) toàn vùng biển nghiên cứu trong cả 2 mùa gió
có sự khác biệt không nhiều, chủ yếu nằm trong khoảng 50 đến trên 80 mg-tơi/m
3

(hình 3).


107 108 109 110 111 112 113 114 115
107 108 109 110 111 112 113 114 115
6
7
8
9
10
11
12
13
14

15
16
17
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Đà Nẵng
Nha Trang
Phan Thiết
107 108 109 110 111 112 113 114 115
107 108 109 110 111 112 113 114 115
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

16
17
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Đà Nẵng
Nha Trang
Phan Thiết
Trờn
g
Sa
Trờn
g
Sa
Hoàn
g
Sa Hoàn
g
Sa
Hình 3. Phân bố sinh khối động vật phù du (mg-tơi/m
3

)
trong mùa gió đông bắc (trái) và mùa gió tây nam (phải)
Trong mùa gió Đông Bắc, hầu hết toàn vùng biển có sinh khối ĐVPD cao trên 50
đến trên 100 mg/m
3
, một vài nơi tới 160 mg/m
3
. Nơi có sinh khối cao hơn thuộc về các
khu vực Hoàng Sa, Trờng Sa, ngoài khơi Khánh Hoà, nam Phan Thiết. Trong mùa gió
tây nam, sinh khối ĐVPD có giá trị trong khoảng từ dới 25 đến trên 75 mg/m
3
, nhỏ
Một số kết quả tính toán năng suất sinh học
5
hơn so với mùa gió Đông Bắc. Nơi có sinh khối cao hơn thuộc về các khu vực biển khơi
Đà Nẵng, lân cận vùng nớc trồi ngoài khơi Khánh Hoà và Trờng Sa.
Kết quả tính toán năng suất thứ cấp của ĐVPD đợc thể hiện trên hình 4 cho
thấy đại lợng này có giá trị biến đổi trong khoảng 0,1 đến 0,6 mgC/m
3
/ngày, nhỏ hơn
năng suất sơ cấp gần 100 lần. Nh vậy có thể thấy tỷ lệ chuyến hoá năng lợng giữa 2
bậc dinh dỡng đầu tiên ở vùng biển nghiên cứu vào khoảng 0,01.
Năng suất thứ cấp trong mùa gió Đông Bắc cao hơn trong mùa gió Tây Nam và
phân bố tơng đối đồng đều trên vùng biển nghiên cứu. Trong mùa này hầu hết toàn
vùng biển có năng suất thứ cấp trong khoảng 0,3 đến trên 0,5 mgC/m
3
/ngày, có nơi trên
0,6 mgC/m
3
/ngày. Vị trí các khu vực có năng suất thứ cấp cao trùng hợp tơng đối với

các khu vực có sinh khối cao của ĐVPD. Trong mùa gió Tây Nam, năng suất thứ cấp có
giá trị trong khoảng 0,1 đến 0,5 mgC/m
3
/ngày, chủ yếu từ 0,2-0,4 mgC/m
3
/ngày. Khu
vực lân cận vùng nớc trồi có năng suất thứ cấp cao hơn các khu vực khác.

107 108 109 110 111 112 113 114 115
107 108 109 110 111 112 113 114 115
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
6
7
8
9
10
11
12
13

14
15
16
17
Đà Nẵng
Nha Trang
Phan Thiết
107 108 109 110 111 112 113 114 115
107 108 109 110 111 112 113 114 115
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
6
7
8
9
10
11
12
13
14

15
16
17
Đà Nẵng
Nha Trang
Phan Thiết
Trờn
g
Sa
Trờn
g
Sa
Hoàn
g
Sa
Hoàn
g
Sa
Hình 4. Phân bố năng suất thứ cấp của động vật phù du (mg-C/m
3
/ngày) trong mùa gió đông bắc (trái)
và mùa gió tây nam (phải)
Mặc dù có sự khác biệt về giá trị năng suất thứ cấp giữa 2 mùa, song sự khác biệt
này không nhiều và có thể coi là tơng đối ổn định. Điều này phù hợp với đặc trng của
hệ sinh thái biển nhiệt đới nam Việt Nam, nơi mà sự biến đổi năm của các yếu tố sinh
thái môi trờng không nhiều nh ở các vùng biển phía bắc [1, 2].
Đoàn Bộ
6
4. Kết luận
1. Năng suất sơ cấp tinh của vùng biển đạt cỡ 38 đến 54 mgC/m

3
/ngày trong mùa
gió Đông Bắc và 42-48 mgC/m
3
/ngày trong mùa gió Tây Nam. Phân bố của năng suất sơ
cấp có liên quan mật thiết với trờng nhiệt của vùng biển trong các mùa. Hệ số chuyển
hoá năng lợng tự nhiên ở vùng biển có giá trị 0,08 - 0,1%.
2. Năng suất thứ cấp của vùng biển biến đổi trong khoảng 0,1 đến 0,6
mgC/m
3
/ngày, nhỏ hơn năng suất sơ cấp khoảng 100 lần. Năng suất thứ cấp trong mùa
gió Đông Bắc cao hơn trong mùa gió Tây Nam và phân bố tơng đối đồng đều trên vùng
biển. Trong mùa gió tây nam, khu vực lân cận vùng nớc trồi có năng suất thứ cấp cao
hơn các khu vực kế cận.
Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Tác An, Năng suất sinh học sơ cấp và hiệu ứng sinh thái của dòng nớc trồi ở vùng
biển Nam Trung Bộ, Các công trình nghiên cứu vùng nớc trồi mạnh Nam Trung bộ, NXB
Khoa học & Kỹ thuật Hà Nội, 1997, tr. 114-130.
2. Đoàn Bộ, Mô hình toán học về sự phân bố sinh vật nổi và năng suất sinh học sơ cấp vùng
nớc trồi thềm lực địa Nam Trung bộ, Tạp chí Sinh học, Hà Nội, T.19, No4, 1997, tr. 35-42.
3. Đoàn Bộ, Nguyễn Dơng Thạo, Sinh vật phù du vùng biển phía tây Trờng Sa và mối quan
hệ của chúng với các yếu tố môi trờng, Tạp chí Thuỷ Sản, số 6, 2001, tr. 16-18.
4. Đoàn Bộ, Trịnh Lê Hà, Mô hình chu trình Nitơ trong hệ sinh thái biển, Tạp chí Khoa học
ĐHQG, Hà Nội, T19, No1, 2003, tr. 10-21.
5. Doan Bo, Liana McManus and others, 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.
6. 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.
7. World Ocean Atlas (WOA- Database), CD-Rom, NOAA, 2001.

VNU. JOURNAL OF SCIENCE, Nat., Sci., & Tech., T.xXI, n
0
3AP., 2005

the some results of calculating the Biological
production of plankton community in the
south Vietnam open sea
Doan Bo
Department of Hydro-Meteorology & Oceanography
College of Science, VNU
The biological production of plankton community in the south Vietnam open sea
(6-17
O
N, 107-115
O
E) was calculated basing on the energy transformation coefficients
Mét sè kÕt qu¶ tÝnh to¸n n¨ng suÊt sinh häc
7
between nutrient hierarchies. The coefficients were found by solving a model for
Nitrogen transformation cycle in marine ecosystems. The results are given bellow.
The primary production in the sea was about 38-54 mgC/m
3
/day in the winter
and 42-48 mgC/m
3
/day in the summer. The distribution of primary production related
to the water temperature field. The natural energy transformation effectiveness in the

sea was about 0.08-0.1%.
The secondary production (of zooplankton) in the sea varied from 0.1 to 0.6
mgC/m
3
/day and was only equal to about 1/100 of primary one. The secondary
production in the winter was higher than one in the summer.
This work was supported by the Natural Science Council of Vietnam (Subject
740704, 2004-2005) and data base of Subject KC-09-03 (2001-2004).