Bài giảng Hệ sinh thái thủy vực

Môn học
Cơ sở sinh thái học thuỷ vực

1


Cấu trúc giáo trình
Chương 1. Môi trường nước và các thuỷ vực

Chương 2. Đời sống quần xã thuỷ sinh vật

Chương 3. Hệ sinh thái thuỷ vực

Chương 4. Năng xuất sinh học thuỷ vực

2


CHƯƠNG 1. MÔI TRƯỜNG NƯỚC
VÀ CÁC THUỶ VỰC

I. Đặc tính môi

II. Đặc điểm môi

III. Đặc điểm môi

trường nước

trường sống trong

trường sống ở biển và

thuỷ vực nội địa

đại

3


I. ĐẶC TÍNH MÔI TRƯỜNG NƯỚC
1.Chu trình nước và nguồn nước trong thiên nhiên

Đại dương cung cấp hầu hết lượng nước bốc hơi trong khí quyển. Chỉ có 91% được trở lại đại dương thông qua
mưa,
9% còn lại được chuyển vận tới các vùng khác nhau trên đất liền mà ở đó các yếu tố khí hậu đã tạo thành mưa.
4


Kho chứa nước: khí quyển, đại dương, hồ, sông, đất, sông băng, núi tuyết và nước ngầm. 97% lượng nước là nước mặn trong các đại
dương; 3% là nước ngọt.

5


Nước ngọt

Sông

Đầm lầy

Nước ngầm

Hồ

Nước mặn

Băng & sông băng

9
3
> 10 km

6


SỰ PHÂN PHỐI NƯỚC TRÊN TRÁI ĐẤT

Nước trên trái đất

Nước ngọt

Nước bề mặt
7


Gần 28.300 hộ gia đình tại Tây Nguyên đang không có nước để ăn, uống. Dự đoán thời gian tới, con số này sẽ tăng lên khoảng 59.000 hộ, trong
đó nặng nhất là Đắk Lắk 25.000 hộ, Đắk Nông 10.000 hộ, Lâm Đồng 7.000 hộ. Trong hình, hàng chục vòi nước đang vét nước từ những hồ
nước cạn trơ đáy tại Tây Nguyên.
(Nguồn: danviet.vn)

8


2. Đặc tính thuỷ lý-hoá học của môi trường nước

Ánh sáng dưới nước

 Nguồn sáng: Mặt trời; mặt trăng, sao, một phần phát sáng từ thủy sinh vật.
 Các tia sáng đi vào trong nước không đồng đều, phụ thuộc vào độ dài sóng và độ
trong của nước: Tia sáng ngắn và cực ngắn xuyên sâu hơn.

9


Tác dụng của ánh sáng:

•
•
•
•

Cung cấp nhiệt cho nước, làm nóng khối nước bề mặt.
Ảnh hưởng tới sự di động và phân bố của thuỷ sinh vật theo độ sâu.
Cung cấp năng lượng cho thực vật quang hợp.
Sự phân bố của ánh sáng trong thuỷ vực không đồng đều theo độ sâu đã tạo nên các
vùng thực vật phong phú ứng với những vùng sáng của tầng nước.

•

Sự chiếu sáng ngày đêm có tác động sâu sắc tới hiện tượng di động ngày đêm của

thuỷ sinh vật.

10


Sự truyền ánh sáng tới các độ sâu của thuỷ vực

Vùng sáng

Vùng sáng

Có đủ các tia sáng từ đỏ

Vùng giữa

tới tím. Thực vật nổi

0-200 m

phát triển

Vùng giữa

Vùng tối
(Không còn ánh sáng.

Chỉ có tia sáng

200-500

ngắn, cực ngắn

Không có thực vật)

Nước ngọt
Nhiều chất lơ lửng, độ trong

Vùng tối

Trên 1700 m

thấp

Biển

11


Chế độ nhiệt

Trong hệ sinh thái thủy vực, nhiệt giữ hai chức năng chủ yếu:

 Tạo ra sự phân tầng nhiệt trong thuỷ vực.
 Điều chỉnh tốc độ của các phản ứng hoá học và các quá trình sinh học.

12


Nguồn nhiệt

•

Nguồn nhiệt chủ yếu từ bức xạ mặt trời và do các tia có bước sóng dài: hồng ngoại, đỏ, da cam.
Lớp nước trên mặt hút nhiều nhiệt hơn ở dưới sâu, và các tia sáng này chỉ có ở khối nước tầng
mặt.

•

Chế độ nhiệt ở môi trường nước tương đối ổn định hơn trong không khí do có độ toả nhiệt và thu
nhiệt lớn, các lớp nước ở trên bề mặt và dưới sâu điều hoà nhiệt độ lẫn nhau trong quá trình lạnh
đi và bốc hơi, làm cho nhiệt độ của khối nước ít biến đổi.

13


Nguồn nhiệt

•

Nguồn nhiệt vào: là quá trình tích nhiệt trong khi nguồn ra biểu thị lượng nhiệt bị mất đi và ra khỏi môi trường
nước. Nguồn nhiệt vào được phân biệt bởi nguồn nhiệt sơ cấp và nguồn nhiệt thứ cấp:

 Nguồn nhiệt sơ cấp: từ bức xạ mặt trời; từ không khí tới nước;
 Nguồn nhiệt vào thứ cấp: từ các quá trình sinh hóa diễn ra trong môi trường nước của đại dương, từ các hoạt
động thuỷ nhiệt và bên trong trái đât, từ ma sát do dòng chảy và từ các hoạt động sóng vô tuyến.

•

Nguồn nhiệt ra: từ bức xạ ngược của sóng dài; nhiệt truyền trực tiếp vào khí quyển; nhiệt thoát ra từ bốc hơi
nước; nhiệt truyền ra theo dòng chảy, hoàn lưu thẳng đứng, các nhiễu loạn.

14


Mây hấp phụ và mây phản xạ, 24%
Tổng lượng bức xạ mặt trời,

Mặt đất hấp phụ và phản
xạ, 4%
Bức xạ sóng dài phát ra

100%

Phát ra từ khí quyển,

từ mặt đất

7%

Nước, bụi, ô zôn hấp
phụ
16%

Bức xạ hồng ngoại phát

Khí quyển, hơi nước và

ra từ mặt đất

bụi hấp phụ

Tỷ lệ các nguồn nhiệt vào và ra khỏi trái đất
15


Tầm quan trọng của nhiệt

 Tác động tới cấu trúc hệ sinh thái hồ và các phản ứng sinh học, hoá học trong hồ.
 Điều chỉnh các phản ứng hoá học và các quá trình sinh học.
 Vào mùa hè, nhiệt độ tăng sẽ thúc đẩy quá trình trao đổi chất; Tăng tốc độ các chu trình chuyển
hoá vật chất hữu cơ và các thành phần khoáng hoá tăng khi nhiệt độ tăng. Các phản ứng hoá học
thông thường và các hoạt động sinh học như quá trình hô hấp sẽ tăng lên gấp đôi khi nhiệt độ
tăng lên 10°C.

 Vào mùa đông, động vật nổi và cá sẽ tốn nhiều năng lượng hơn nhưng sinh trưởng chậm hơn so
với mùa hè.

16


Âm thanh trong môi trường nước

•

Trong môi trường nước: trong khi ánh sáng không thể xuống sâu dưới nước thì âm
thanh lại có thể truyền tới một độ sâu rất lớn.

•

Trong môi trường nước biển, tốc độ âm thanh (c) là hàm số của nhiệt độ (T), độ mặn

(S) và áp xuất (p) và dao động giữa khoảng 1.400 m/s và 1.600 m/s.

17


•

Động vật thuỷ sinh sử dụng âm thanh để truyền tín hiệu thông tin. Đa số các động vật thuỷ sinh
không chỉ có khả năng nghe mà còn có thể phát ra âm thanh với tần số khác nhau. Các cơ quan tạo
âm thanh của cua rất phong phú: càng, giáp đầu, râu I.

•

Động vật thuỷ sinh tạo ra âm thanh với nhiều mục đích: báo động, gọi con cùng bầy, tín hiệu gọi
nhau giữa con cái và con đực trong mùa sinh sản hoặc bảo vệ những nơi phân bố của mình. Cá voi
và cá heo (delphin) có khả năng phát siêu âm để dò nơi tập trung sinh vật nổi hay các đàn cá để
kiếm ăn, hay báo hiệu cấp cứu cho đồng bọn. Sứa có khả năng nhận sóng âm phát ra do chuyển
động của các lớp không khí (8-13%Hz), do đó biết được cơn bão sắp tới mà di chuyển ra xa bờ để
tránh sóng.

18


Muối hoà tan
Ba nhóm chất hoà tan: chất vô cơ hoà tan, chất hữu cơ hoà tan và chất khí hoà tan. Các chất vô cơ hoà tan
trong nước lại gồm ba thành phần:

1. Thành phần muối cơ bản gồm các muối clorit, sunphát, các bô nát, hydro các bô nát của Na, Mg, Ca và K.
2+
+ +

Thành phần này tồn tại trong nước thiên nhiên dưới dạng các ion chủ yếu Cl , SO4 , HCO3 , Na , K ,
2+
2+
Mg và Ca
2. Các nguyên tố tạo sinh (biogen) gồm các hợp chất vô cơ và hữu cơ hoà tan của N, P và Si và có thể như Na,
Ca, K, Mg… gọi chung là các muối dinh dưỡng. Nitơ ở trong nước dưới dạng các ion NH 4+, NO2 và
NO3 . Phốt pho cũng ở dạng vô cơ hoặc hữu cơ hoà tan trong nước. Dạng vô cơ trong nước là H 3PO4. Silíc
trong nước tự nhiên ở dạng hoà tan là H4SiO4.
3 Các nguyên tố vi lượng bao gồm các nguyên tố có hàm lượng rất nhỏ nhưng rất quan trọng đối với đời sống
của thuỷ sinh vật. Các nguyên tố vi lượng phổ biến là các kim loại: Fe, Ni, Pb, Cu, Mn, Co...

19


Muối hoà tan

•

Hàm lượng các muối vô cơ gốc nitơ, phốt pho và silíc trong nước biểu thị
mức độ dinh dưỡng và năng xuất sinh học của thuỷ vực.

•

Nếu hàm lượng các muối dinh dưỡng quá cao sẽ gây sự phú dưỡng, phì
dưỡng của thuỷ vực, gây nở rộ thực vật nổi (Algal bloom).

20


Chế độ khí

Trong môi trường nước các chất khí thường gặp và có khi có hàm lượng cao là : O 2, CO2, N2, CH4, H2S, NH3.
Nguồn gốc của các chất khí này là:

•
•
•
•

Từ không khí đi vào nước (O2, CO2, N2 ).
Do các quá trình sống và quá trình chuyển hoá vật chất (CO 2, CH4, H2S, NH3, H2).
Do quá trình phân giải khí và chuyển hoá ở lớp đất sâu (CO 2, H2S, NH3).
Ô xy: từ không khí và từ hoạt động quang hợp của thực vật. Ôxy hoà tan trong nước có vai trò quan trọng
trong trao đổi chất. Hàm lượng ô xy hoà tan trong nước còn phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và áp xuất môi
trường. Trong thuỷ vực, mức tiêu thụ ô xy trong nước thông qua các quá trình sinh hoá, hoá học biểu thị các
mức độ ô nhiễm của môi trường nước qua các chỉ số BOD (nhu cầu ô xy sinh hoá) và COD (nhu cầu ô xy hoá
học).

21


Chế độ khí

•

Cacbonic (CO2): từ hoạt động hô hấp của thuỷ sinh vật và từ các quá trình phân huỷ hợp chất
hữu cơ vào nước. Khí CO 2 có một vai trò quan trọng trong môi trường sống ở nước. CO 2 hoà
tan trong nước được tiêu thụ trong quá trình quang hợp.

•

Dihydro sulphua (H2S) trong thuỷ vực được hình thành do hoạt động của vi khuẩn thối rữa
phân huỷ chất hữu cơ và vi khuẩn lưu huỳnh khử sunfat trong nước. Khối lượng H 2S sinh ra
trong thuỷ vực nhiều khi rất lớn, làm nhiễm độc một diện tích rất rộng trong thuỷ vực. H 2S là
khí độc, trực tiếp hay gián tiếp gây tác hại cho thuỷ sinh vật.

•

Mê tan (CH4) hình thành do quá trình phân huỷ chất xenlulo ở đáy hồ, ao, đầm lầy, rất ít khi
có ở biển và thường có dạng các bọt khí nhỏ từ đáy nổi lên mặt nước. CH 4 cũng là khí độc đối
với thuỷ sinh vật.

22


Độ pH và ô xy hoá khử

•
•
•

Độ pH của nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố và được coi là căn cứ để xác định chất lượng nước.
Yếu tố quyết định độ pH của nước là sự phân ly H2CO3.
Độ pH còn được điều chỉnh bởi các phản ứng sinh học: trong thuỷ vực có sự phát triển mạnh của tảo, hàm lượng CO 2
trong nước bị tảo huy động trong quá trình quang hợp, dẫn tới gia tăng độ pH.

•

Độ pH thay đổi từ 0-14 nhưng pH của thuỷ vực tự nhiên thường chỉ ở khoảng 6,5-8,5. Độ pH của nước biển và đại
dương thường ngả về tính kiềm, dao động 8,1-8,4. Ở các thuỷ vực nội địa, độ pH dao động nhiều hơn: từ thuỷ vực có
tính a xít (pH 3,4-6,95), trung tính (pH dao động 6,95-7,3), có tính kiềm (pH dao động từ 7,3-10, thậm chí trên 10 như

một số hồ phú dưỡng ở nội thành Hà Nội).

•

Độ pH trong một thuỷ vực có thể biến đổi theo ngày đêm, theo độ sâu, càng xuống sâu càng giảm; theo mùa do biến đổi
các quá trình phân huỷ chất hữu cơ, liên quan tới hàm lượng CO 2 trong nước.

23


Độ pH và ô xy hoá khử

•

Hiệu thế ô xy hoá khử của nước trong thuỷ vực (Eh), xác định quan hệ giữa hàm lượng các
thành phần có đặc tính ô xy hoá và các thành phần có đặc tính khử trong môi trường nước.
Đặc điểm này là quan trọng đối với hoạt động sống của thuỷ sinh vật, đặc biệt là vi sinh vật.

•

Nước biển và các thuỷ vực nước ngọt có Eh dương, trong khoảng 300-350 mV, là môi
trường ô xy hoá. Ở các tầng nước sâu, hàm lượng ô xy giảm đi, Eh trở thành âm, môi trường
giảm tính chất ô xy hoá, thậm chí chuyển sang tính khử.

24


Dãy pH liên quan tới chất lượng nước

25