Một số kết quả tính toán năng suất sinh học của quần xã Plankton vùng biển khơi Việt Nam

T¹p chÝ Khoa häc ®hqghn, KHTN & CN, T.xxI, Sè 3PT., 2005 mét sè kÕt qu¶ tÝnh to¸n N¨ng suÊt sinh häc cña quÇn x· plankton vïng biÓn kh¬i nam viÖt nam §oµn Bé Khoa KhÝ t−îng-Thuû v¨n vµ H¶i d−¬ng häc Tr−êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn, §HQG Hµ Néi Tãm t¾t: N¨ng suÊt sinh häc cña quÇn x· Plankton vïng biÓn kh¬i nam ViÖt Nam (6-17ON, 107-115OE) ®−îc tÝnh to¸n trªn c¬ së c¸c hÖ sè chuyÓn ho¸ n¨ng l−îng gi÷a c¸c bËc dinh d−ìng. C¸c hÖ sè nµy ®−îc t×m tõ viÖc gi¶i bµi to¸n m« h×nh chu tr×nh chuyÓn ho¸ Nit¬ trong hÖ sinh th¸i vïng biÓn nghiªn cøu. KÕt qu¶ cho thÊy: 1. N¨ng suÊt s¬ cÊp tinh cña vïng biÓn ®¹t cì 38 ®Õn 54 mgC/m3/ngµy trong mïa giã ®«ng b¾c vµ 42-48 mgC/m3/ngµy trong mïa giã t©y nam. Ph©n bè cña n¨ng suÊt s¬ cÊp cã liªn quan mËt thiÕt víi tr−êng nhiÖt cña vïng biÓn trong c¸c mïa. HÖ sè chuyÓn ho¸ n¨ng l−îng tù nhiªn ë vïng biÓn cã gi¸ trÞ 0,08 - 0,1%. 2. N¨ng suÊt thø cÊp cña vïng biÓn biÕn ®æi trong kho¶ng 0,1 ®Õn 0,6 mgC/m3/ngµy, nhá h¬n n¨ng suÊt s¬ cÊp kho¶ng 100 lÇn. N¨ng suÊt thø cÊp trong mïa giã ®«ng b¾c cao h¬n trong mïa giã t©y nam vµ ph©n bè t−¬ng ®èi ®ång ®Òu trªn vïng biÓn. Trong mïa giã t©y nam, khu vùc l©n cËn vïng n−íc tråi cã n¨ng suÊt thø cÊp cao h¬n c¸c khu vùc kÕ cËn. 1. Giíi thiÖu Plankton lµ nguån thøc ¨n quan träng bËc nhÊt ®èi víi ®êi sèng sinh vËt biÓn, chiÕm 70-90% tæng thµnh phÇn thøc ¨n cña nhiÒu loµi c¸ tÇng trªn [2]. Nh÷ng vïng biÓn giµu Plankton còng th−êng lµ nh÷ng n¬i tËp trung c¸ khai th¸c. Thùc chÊt, gi÷a n¨ng suÊt s¬ cÊp, n¨ng suÊt thø cÊp vµ tr÷ l−îng c¸ lu«n tån t¹i mèi t−¬ng quan thuËn trong sù chi phèi chÆt chÏ cña c¸c ®iÒu kiÖn m«i tr−êng. HiÓu biÕt ®Çy ®ñ vÒ quy luËt ph©n bè, biÕn ®éng sè l−îng, sinh khèi vµ n¨ng suÊt cña Plankton biÓn sÏ cã ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiÔn cao, ®Æc biÖt trong viÖc ®¸nh gi¸ tiÒm n¨ng nguån lîi sinh vËt cña vïng biÓn. Bµi b¸o giíi thiÖu mét sè kÕt qu¶ tÝnh to¸n vµ nh÷ng nhËn ®Þnh chñ yÕu vÒ sù ph©n bè vµ biÕn ®æi mïa cña n¨ng suÊt sinh häc s¬ cÊp vµ thø cÊp ë vïng biÓn kh¬i nam ViÖt Nam (6-17ON, 107-115OE). KÕt qu¶ nghiªn cøu nµy ®−îc hoµn thµnh víi sù hç trî kinh phÝ cña Héi ®ång Khoa häc Tù nhiªn giai ®o¹n 2004-2005 (®Ò tµi 740704) vµ nguån tµi liÖu cña ®Ò tµi cÊp Nhµ n−íc KC-09-03 thuéc Ch−¬ng tr×nh BiÓn KC-09 (2001-2004). 2. Ph−¬ng ph¸p vµ tµi liÖu ViÖc tÝnh to¸n n¨ng suÊt sinh häc s¬ cÊp cña thùc vËt næi vµ n¨ng suÊt sinh häc thø cÊp cña ®éng vËt næi dùa vµo c¸c hÖ sè chuyÓn ho¸ n¨ng l−îng gi÷a c¸c bËc dinh d−ìng ®Çu tiªn trong chuçi thøc ¨n ë biÓn. C¸c hÖ sè nµy ®−îc t×m tõ viÖc gi¶i bµi to¸n 1 §oµn Bé 2 m« h×nh chu tr×nh chuyÓn ho¸ Nit¬ trong hÖ sinh th¸i biÓn. C¬ së ph−¬ng ph¸p luËn cña bµi to¸n ®· ®−îc ®−a ra trong [4, 6], ë ®©y chØ tr×nh bµy c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu. Trong chu tr×nh Nit¬, nguyªn tè Nit¬ ®−îc chuyÓn ho¸ qua 7 hîp phÇn: thùc vËt næi, ®éng vËt næi, chÊt h÷u c¬ l¬ löng, chÊt h÷u c¬ hoµ tan, amoni, nitrit vµ nitrat. C¸c qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ ®−îc tham sè ho¸ trªn c¬ së xem xÐt c¸c mèi quan hÖ sinh th¸i gi÷a c¸c hîp phÇn trong ®iÒu kiÖn cã t¸c ®éng tæng hîp cña c¸c yÕu tè ngo¹i c¶nh. Tõ ®ã ®· x©y dùng hÖ 7 ph−¬ng tr×nh vi ph©n th−êng m« pháng sù biÕn ®æi sinh khèi vµ nång ®é cña c¸c hîp phÇn. Bµi to¸n ®−îc gi¶i trong ®iÒu kiÖn dõng b»ng s¬ ®å lÆp Runge-Kutta cho vïng biÓn kh¬i nam ViÖt Nam víi c¸c d÷ liÖu ban ®Çu bao gåm: - Tr−êng nhiÖt ®é líp n−íc mÆt vïng biÓn nghiªn cøu trung b×nh nhiÒu n¨m mïa giã §«ng B¾c vµ mïa giã T©y Nam ®−îc tÝnh to¸n thèng kª trªn c¸c « 0,5 ®é kinh-vÜ tõ nguån sè liÖu WOA ph¸t hµnh n¨m 2001 [7]. - C−êng ®é bøc x¹ ®−îc tÝnh to¸n theo c¸c ®iÒu kiÖn thiªn v¨n trung b×nh trªn c¸c vÜ ®é ®Þa lý cña vïng biÓn nghiªn cøu trong 2 mïa ®Æc tr−ng. - C¸c tham sè sinh th¸i trong m« h×nh ®−îc lùa chän phï hîp víi ®iÒu kiÖn biÓn nhiÖt ®íi ViÖt Nam vµ vïng biÓn nghiªn cøu, ®· ®−îc c«ng bè trong [1, 2, 3, 4, 5]. - Sè l−îng vµ sinh khèi sinh vËt næi trung b×nh mïa ®−îc tæng hîp tõ c¸c sè liÖu kh¶o s¸t tõ 1975 ®Õn 2003 t¹i vïng biÓn nghiªn cøu, tÝnh trªn c¸c « 1 ®é kinh-vÜ (nguån tõ ®Ò tµi KC-09-03). 3. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 3.1 §Æc ®iÓm ph©n bè vµ biÕn ®æi mïa cña n¨ng suÊt sinh häc s¬ cÊp NÐt næi bËt cña bøc tranh ph©n bè thùc vËt phï du (TVPD) trong c¶ 2 mïa giã lµ sù tËp trung víi mËt ®é cao trong d¶i n−íc biÓn ven bê, nhÊt lµ khu vùc biÓn phÝa ®«ng vµ nam B×nh ThuËn (h×nh 1), víi sè l−îng ®¹t tíi 5.000.000 tb/m3, biÓn ®æi trong giíi h¹n kh¸ réng tõ 50.000 ®Õn 5.000.000 tb/m3. Khu vùc biÓn s©u phÝa ®«ng kinh tuyÕn 110oE cã sè l−îng TVPD Ýt h¬n, dao ®éng trong kho¶ng tõ d−íi 50.000 ®Õn trªn 500.000 tb/m3. Khu vùc biÓn ven bê §µ N½ng cã mËt ®é TVPD t−¬ng ®èi cao, tõ trªn d−íi 200.000 tb/m3 trong mïa giã T©y Nam ®Õn cì 1.000.000 tb/m3 trong mïa giã §«ng B¾c. §Æc ®iÓm nµy cã thÓ liªn quan ®Õn khèi n−íc giµu dinh d−ìng tõ phÝa b¾c lan truyÒn tíi, nhÊt lµ trong mïa giã §«ng B¾c. Riªng trong mïa giã T©y Nam, TVPD sù tËp trung víi mËt ®é t−¬ng ®èi cao ë khu vùc n−íc tråi ngoµi kh¬i Kh¸nh Hoµ víi sè l−îng ®¹t tõ 200.000 ®Õn trªn 1.000.000 tb/m3. Mét sè kÕt qu¶ tÝnh to¸n n¨ng suÊt sinh häc... 3 Tr−êng Sa Hoµng Sa Tr−êng Sa Hoµng Sa 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Ghi chó: (1): <50; (2): 50-200; (3): 200-500; (4): 500-1000; (5):1000-5000 (.103tb/m3) H×nh 1. Ph©n bè sè l−îng thùc vËt phï du) trong mïa giã ®«ng b¾c (tr¸i) vµ mïa giã t©y nam (ph¶i) Nh×n chung, sè l−îng TVPD trong c¶ 2 mïa giã kh«ng cã sù kh¸c biÖt nhiÒu, ngo¹i trõ khu vùc n−íc tråi ngoµi kh¬i Kh¸nh Hoµ lµ cã sù kh¸c biÖt ®¸ng kÓ: trong mïa giã §«ng B¾c ®¹t 50.000-200.000 tb/m3, trong mïa giã T©y Nam ®¹t 50.000- 1.000.000 tb/m3. Trong mïa giã §«ng B¾c, n¨ng suÊt s¬ cÊp tinh cña TVPD cã gi¸ trÞ tõ 38 ®Õn 54 mgC/m3/ngµy, ph©n bè víi xu thÕ t¨ng dÇn tõ b¾c vµo nam. HÇu hÕt toµn vïng biÓn cã n¨ng suÊt s¬ cÊp ®¹t trªn 50 mgC/m3/ngµy, riªng khu vùc biÓn ven bê §µ N½ng cã gi¸ trÞ thÊp h¬n, ®¹t kho¶ng 40-50 mgC/m3/ngµy (h×nh 2). MÆc dï TVPD cã thÓ tËp trung víi mËt ®é t−¬ng ®èi cao ë khu vùc biÓn ven bê §· N½ng nh− ®· thÊy trªn h×nh 1, song do nÒn nhiÖt khu vùc nµy trong mïa giã §«ng B¾c kh¸ thÊp (23-25oC) nªn tèc ®é tæng hîp chÊt h÷u c¬ cña TVPD kh«ng cao. Tuy nhiªn, sù kh¸c biÖt nµy kh«ng nhiÒu vµ cã thÓ coi tr−êng n¨ng suÊt s¬ cÊp ë vïng biÓn nghiªn cøu trong mïa giã §«ng B¾c lµ t−¬ng ®èi ®ång nhÊt. 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 §µ N½ng Nha Trang Phan ThiÕt 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 §µ N½ng Nha Trang Phan ThiÕt Tr−êng Sa Tr−êng Sa Hoµng SaHoµng Sa H×nh 2. Gi¸ trÞ trung b×nh n¨ng suÊt s¬ cÊp tinh (mg-C/m3/ngµy) trong mïa giã ®«ng b¾c (tr¸i) vµ mïa giã t©y nam (ph¶i) §oµn Bé 4 Trong mïa giã T©y Nam, hÇu hÕt c¸c khu vùc cña vïng biÓn nghiªn cøu cã n¨ng suÊt s¬ cÊp tinh trong kho¶ng 42-48 mgC/m3/ngµy, thÊp h¬n so víi mïa giã ®«ng b¾c vµ còng ®ång nhÊt h¬n. Tuy vËy còng cã thÓ thÊy khu vùc biÓn Kh¸nh Hoµ, Phan ThiÕt vµ Tr−êng Sa cã tèc ®é tæng hîp chÊt h÷u c¬ cao h¬n c¸c khu vùc kh¸c. Theo c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu tr−íc ®©y, nhiÖt ®é thÝch hîp cho quang hîp cña TVPD vïng biÓn nhiÖt ®íi ViÖt Nam trong kho¶ng 26-28oC [2, 3]. So s¸nh nÒn nhiÖt trung b×nh mïa ë vïng biÓn nghiªn cøu víi gi¸ trÞ nµy thÊy r»ng trong mïa giã ®«ng b¾c toµn khu vùc phÝa nam vÜ tuyÕn 14oN cã nhiÖt ®é n−íc tÇng mÆt ®¹t 26-27,5oC (trõ d¶i n−íc s¸t bê Nha Trang, Phan ThiÕt), trong khi nÒn nhiÖt trung b×nh trong mïa giã t©y nam th−êng cao h¬n 28oC. §©y lµ mét trong nh÷ng nguyªn nh©n lµm cho n¨ng suÊt sinh häc s¬ cÊp toµn vïng biÓn trong mïa giã t©y nam thÊp h¬n trong mïa giã §«ng B¾c. 3.2 §Æc ®iÓm ph©n bè vµ biÕn ®æi mïa cña n¨ng suÊt sinh häc thø cÊp Sinh khèi ®éng vËt phï du (§VPD) toµn vïng biÓn nghiªn cøu trong c¶ 2 mïa giã cã sù kh¸c biÖt kh«ng nhiÒu, chñ yÕu n»m trong kho¶ng 50 ®Õn trªn 80 mg-t−¬i/m3 (h×nh 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 §µ N½ng Nha Trang Phan ThiÕt 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 §µ N½ng Nha Trang Phan ThiÕt Tr−êng Sa Tr−êng Sa Hoµng Sa Hoµng Sa H×nh 3. Ph©n bè sinh khèi ®éng vËt phï du (mg-t−¬i/m3) trong mïa giã ®«ng b¾c (tr¸i) vµ mïa giã t©y nam (ph¶i) Trong mïa giã §«ng B¾c, hÇu hÕt toµn vïng biÓn cã sinh khèi §VPD cao trªn 50 ®Õn trªn 100 mg/m3, mét vµi n¬i tíi 160 mg/m3. N¬i cã sinh khèi cao h¬n thuéc vÒ c¸c khu vùc Hoµng Sa, Tr−êng Sa, ngoµi kh¬i Kh¸nh Hoµ, nam Phan ThiÕt. Trong mïa giã t©y nam, sinh khèi §VPD cã gi¸ trÞ trong kho¶ng tõ d−íi 25 ®Õn trªn 75 mg/m3, nhá Mét sè kÕt qu¶ tÝnh to¸n n¨ng suÊt sinh häc... 5 h¬n so víi mïa giã §«ng B¾c. N¬i cã sinh khèi cao h¬n thuéc vÒ c¸c khu vùc biÓn kh¬i §µ N½ng, l©n cËn vïng n−íc tråi ngoµi kh¬i Kh¸nh Hoµ vµ Tr−êng Sa. KÕt qu¶ tÝnh to¸n n¨ng suÊt thø cÊp cña §VPD ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 4 cho thÊy ®¹i l−îng nµy cã gi¸ trÞ biÕn ®æi trong kho¶ng 0,1 ®Õn 0,6 mgC/m3/ngµy, nhá h¬n n¨ng suÊt s¬ cÊp gÇn 100 lÇn. Nh− vËy cã thÓ thÊy tû lÖ chuyÕn ho¸ n¨ng l−îng gi÷a 2 bËc dinh d−ìng ®Çu tiªn ë vïng biÓn nghiªn cøu vµo kho¶ng 0,01. N¨ng suÊt thø cÊp trong mïa giã §«ng B¾c cao h¬n trong mïa giã T©y Nam vµ ph©n bè t−¬ng ®èi ®ång ®Òu trªn vïng biÓn nghiªn cøu. Trong mïa nµy hÇu hÕt toµn vïng biÓn cã n¨ng suÊt thø cÊp trong kho¶ng 0,3 ®Õn trªn 0,5 mgC/m3/ngµy, cã n¬i trªn 0,6 mgC/m3/ngµy. VÞ trÝ c¸c khu vùc cã n¨ng suÊt thø cÊp cao trïng hîp t−¬ng ®èi víi c¸c khu vùc cã sinh khèi cao cña §VPD. Trong mïa giã T©y Nam, n¨ng suÊt thø cÊp cã gi¸ trÞ trong kho¶ng 0,1 ®Õn 0,5 mgC/m3/ngµy, chñ yÕu tõ 0,2-0,4 mgC/m3/ngµy. Khu vùc l©n cËn vïng n−íc tråi cã n¨ng suÊt thø cÊp cao h¬n c¸c khu vùc kh¸c. 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 §µ N½ng Nha Trang Phan ThiÕt 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 §µ N½ng Nha Trang Phan ThiÕt Tr−êng Sa Tr−êng Sa Hoµng Sa Hoµng Sa H×nh 4. Ph©n bè n¨ng suÊt thø cÊp cña ®éng vËt phï du (mg-C/m3/ngµy) trong mïa giã ®«ng b¾c (tr¸i) vµ mïa giã t©y nam (ph¶i) MÆc dï cã sù kh¸c biÖt vÒ gi¸ trÞ n¨ng suÊt thø cÊp gi÷a 2 mïa, song sù kh¸c biÖt nµy kh«ng nhiÒu vµ cã thÓ coi lµ t−¬ng ®èi æn ®Þnh. §iÒu nµy phï hîp víi ®Æc tr−ng cña hÖ sinh th¸i biÓn nhiÖt ®íi nam ViÖt Nam, n¬i mµ sù biÕn ®æi n¨m cña c¸c yÕu tè sinh th¸i m«i tr−êng kh«ng nhiÒu nh− ë c¸c vïng biÓn phÝa b¾c [1, 2]. §oµn Bé 6 4. KÕt luËn 1. N¨ng suÊt s¬ cÊp tinh cña vïng biÓn ®¹t cì 38 ®Õn 54 mgC/m3/ngµy trong mïa giã §«ng B¾c vµ 42-48 mgC/m3/ngµy trong mïa giã T©y Nam. Ph©n bè cña n¨ng suÊt s¬ cÊp cã liªn quan mËt thiÕt víi tr−êng nhiÖt cña vïng biÓn trong c¸c mïa. HÖ sè chuyÓn ho¸ n¨ng l−îng tù nhiªn ë vïng biÓn cã gi¸ trÞ 0,08 - 0,1%. 2. N¨ng suÊt thø cÊp cña vïng biÓn biÕn ®æi trong kho¶ng 0,1 ®Õn 0,6 mgC/m3/ngµy, nhá h¬n n¨ng suÊt s¬ cÊp kho¶ng 100 lÇn. N¨ng suÊt thø cÊp trong mïa giã §«ng B¾c cao h¬n trong mïa giã T©y Nam vµ ph©n bè t−¬ng ®èi ®ång ®Òu trªn vïng biÓn. Trong mïa giã t©y nam, khu vùc l©n cËn vïng n−íc tråi cã n¨ng suÊt thø cÊp cao h¬n c¸c khu vùc kÕ cËn. Tµi liÖu tham kh¶o 1. NguyÔn T¸c An, N¨ng suÊt sinh häc s¬ cÊp vµ hiÖu øng sinh th¸i cña dßng n−íc tråi ë vïng biÓn Nam Trung Bé, C¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu vïng n−íc tråi m¹nh Nam Trung bé, NXB Khoa häc & Kü thuËt Hµ Néi, 1997, tr. 114-130. 2. §oµn Bé, M« h×nh to¸n häc vÒ sù ph©n bè sinh vËt næi vµ n¨ng suÊt sinh häc s¬ cÊp vïng n−íc tråi thÒm lùc ®Þa Nam Trung bé, T¹p chÝ Sinh häc, Hµ Néi, T.19, No4, 1997, tr. 35-42. 3. §oµn Bé, NguyÔn D−¬ng Th¹o, Sinh vËt phï du vïng biÓn phÝa t©y Tr−êng Sa vµ mèi quan hÖ cña chóng víi c¸c yÕu tè m«i tr−êng, T¹p chÝ Thuû S¶n, sè 6, 2001, tr. 16-18. 4. §oµn Bé, TrÞnh Lª Hµ, M« h×nh chu tr×nh Nit¬ trong hÖ sinh th¸i biÓn, T¹p chÝ Khoa häc §HQG, Hµ Néi, 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, n03AP., 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 (6-17ON, 107-115OE) 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/m3/day in the winter and 42-48 mgC/m3/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/m3/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).