NĂNG SUẤT SINH HỌC VÀ NGUỒN LỢI SINH VẬT
III. SỨC SẢN XUẤT SƠ CẤP VÀ QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ SINH THÁI NƯỚC TRỒI
3. Đánh giá nguồn năng lượng cơ sở và những hiệu ứng sinh thái của dòng nước trồi
Có thể coi vùng biển nước trồi mạnh ở Nam Trung Bộ là một hệ sinh thái đặc thù cỡ lớn [11], do đó phải phân tích, xem xét những giá trị năng lượng có tính cơ sở của toàn hệ. Đồng thời cũng phải nêu rõ những hiệu ứng sinh thái của nó, như vai trò xúc tác, thời gian tồn tại dòng nước trồi.
Trạng thái phát triển hệ sinh thái nước trồi
- Hệ số P/B: Tỷ số năng suất với sinh khối. Giá trị dao động trong khoảng 0,03-8,0.
Đây là đặc trưng định lượng chỉ rõ khả năng sản xuất của một đơn vị sinh khối thực vật trong một đơn vị thời gian. Đó chính là hệ số P/B mà ta thường sử dụng. Đối với thực vật nổi ở biển trong điều kiện chiếu sáng đầy đủ, hệ số P/B này có giá trị trong khoảng 0,4 - 4,5. Điều đặc biệt là ở các vùng nước càng giàu muối dinh dưỡng, có số lượng thực vật nổi càng nhiều thì P/B có giá trị càng thấp. Ở vùng nước có lượng thực vật cỡ 109 tb/m3 sinh khối 104 mg/m3, hệ số P/B có giá trị 0,1. Còn ở vùng nghèo số lượng thực vật nổi, số lượng cỡ 2.104 tế bào/m3 với sinh khối 0,2mg/m3, hệ số P/B có giá trị lớn hơn 1.
Nguyên nhân chủ yếu làm cho P/B có giá trị thấp là do mật độ thực vật nổi dày đặc sẽ làm ảnh hưởng đến hàm lượng sắc tố và khả năng sản xuất của thực vật. Để tính hệ số P/B phải xác định được hàm lượng carbon của thực vật.
Qua kết quả phân tích hóa học, ở ven bờ, hàm lượng carbon chiếm 17%
trọng lượng khô các vật chất lơ lửng vớt bằng lưới Juday N0-68. Hàm lượng thực vật nổi chiếm cỡ 50 – 60% vật chất lơ lửng và trọng lượng chiếm 18%
trọng lượng tươi. Như vậy hàm lượng carbon chiếm khoảng 5,45% trọng lượng tươi, xấp xỉ với cách tính ở trên. Kết quả nghiên cứu hàm tương quan carbon của thực vật nổi ở Thái Bình Dương cho thấy hàm lượng carbon thực vật dao động trong khoảng 2 – 10%, trung bình là 6% trọng lượng tươi, có cao hơn chút ít đối với thực tế ở Việt Nam. Sử dụng kết quả, chúng tôi tính hệ số P/B này, nó dao động trong khoảng 0,63 – 2,97, trung bình là 1,40, gần với giá trị đặc trưng cho vùng biển nhiệt đới P/B = 1,50. Tốc độ phát triển cực đại của tảo ở vùng biển ven bờ trong điều kiện thí nghiệm đạt 2,04 lần/ngày, trung bình 1,39 lần/ngày. Ở đây cần lưu ý, đối với một số loài thực vật nổi khi trôi dạt vào vùng biển ven bờ đã ở trạng thái tàn lụi, như loài tảo lam T.erytheraeum có sinh khối cỡ 30g/m3, nhưng sức sản xuất sơ cấp không quá 200 – 300 mgC/m3 ngày, nên hệ số P/B rất nhỏ, khoảng 0,1 – 0,3 (Sorokin, Nguyễn Tác An, 1982). Điều đó còn thấy rõ khi phân tích hàm lượng sắc tố Pheophityll trong vùng tương ứng.
- Hoạt tính quang hợp: Cường độ giải phóng oxy trên một đơn vị trọng lượng trong một đơn vị thời gian: 0,0030-0,0192 mgoxy/mgtươi, giờ. Trung bình là 0,0171mgoxy/mgtươi. giờ. 1mg tươi thực vật phù du giải phóng 0,20mgoxy, ngày. Quá trình quang hợp thải khoảng 154 tỷ tấn oxy/năm oxy trong đại dương khoảng 7480 tỷ tấn (Stepanov V. N.,1982).
Năng suất sơ cấp bổ sung
Theo Dugdale và Goering (1967), năng suất sơ cấp bổ sung (New production) là lượng năng suất sinh học sơ cấp trong tầng quang hợp được tổng hợp nhờ thực vật nổi hấp thụ hàm lượng dinh dưỡng Nitrat bổ sung từ ngoài vào tầng quang hợp (từ dưới sâu lên, từ khí quyển, hoặc từ đất liền…).
Theo Eppley, Peterson (1979): Pnew/P total = 0,0025 Ptotal (gC/m2,năm).
Trong quá trình bài tiết, thực vật phù du thải ra 30-40% tổng năng suất sinh học sơ cấp.
Đánh giá trạng thái phát triển của hệ sinh thái nước trồi
Để đánh giá trạng thái phát triển của hệ chúng tôi sử dụng một số tiêu chuẩn sau đây:
1. Hệ số Sredinger
Theo Odum (1975), trong quá trình vận động năng lượng, hệ sinh thái đều có xu hướng tiến tới trạng thái ổn định. Trạng thái ổn định là khái niệm thường được sử dụng khi xem xét hệ sinh thái. Trên cơ sở đó, các nhà nghiên cứu thường sử dụng tỷ số giữa tổng cường độ hô hấp (ΣR) và sinh khối B của hệ phân tích. Tỷ số này phân tích mối quan hệ giữa nguồn năng lượng duy trì sự sống với tổng năng lượng dự trữ trong hệ.
2. Hệ số năng suất và hô hấp
Các kết quả nghiên cứu cho thấy, trong quá trình phát triển của hệ, giá trị năng suất sơ cấp và cường độ hô hấp đều thay đổi. Trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển sức sản xuất sơ cấp thường lớn hơn cường độ hô hấp.
Ngược lại, trong hệ phát triển, cường độ phân hủy thường lớn hơn quá trình sản xuất sơ cấp, toàn bộ hệ phát triển nhờ nguồn năng lượng tích lũy trước đây và nguồn năng lượng được bổ sung từ ngoài
3. Chỉ số phát triển
Các hệ số nêu trên đều biến động mạnh về giá trị tuyệt đối, do đó trong quá trình đánh giá, người ta thường sử dụng logarit của các hệ trên. Hệ số này phản ánh tình trạng phát triển của hệ, thường được gọi là chỉ số phát triển và được xác định theo biểu thức:
θ = Lg D/P (5.9) Ở đây: - θ : chỉ số phát triển
- D: tổng cường độ hô hấp - P: năng suất thô
Bảng 4.8. Trạng thái phát triển của hệ
TT Trạm số Tháng 6 Tháng 10
D/B D/P θ D/B D/P θ
1. 2 0.40 0.31 -0.51 0.70 0.54 -0.27
2. 4 3.15 2.42 0.38 7.34 5.65 0.75
3. 6 1.19 0.92 -0.04 0.62 0.48 -0.31
4. 8 1.30 1 0 0.36 0.28 -0.54
5. 10 0.79 0.61 -0.21 0.94 0.73 -0.14
6. 11 0.44 0.34 -0.47 1.46 1.12 0.05
7. 12 0.34 0.26 -0.59 1.04 0.80 -0.09
8. 15 2.60 2.0 0.30 2.07 1.59 0.20
9. 16 0.90 0.69 -0,16 0.83 0.64 -0.20
Ghi chú: D/B: chỉ số Sredinger
D/P: chỉ số hô hấp – năng suất θ: chỉ số phát triển
Như vậy, trong pha phát triển của hệ, chỉ số có giá trị âm, trong giai đoạn cân bằng giữa sản xuất và phân rã, chỉ số θ có giá trị bằng không và sau đó tăng dần theo cường độ phân hủy trong hệ.
Tại một số trạm ven bờ, chỉ số phát triển dao động từ 0,54 đến 0 chứng tỏ pha tự dưỡng có ưu thế hơn pha dị dưỡng, quần xã đang ở giai đoạn phát triển và cân bằng giữa quá trình sản xuất cùng quá trình phân rã hữu cơ. Những trạng thái cân bằng như vậy quanh năm là rất hiếm đối với vùng biển nhiệt đới. Nét đặc biệt
là trong 2 đợt điều tra (tháng 6 và tháng 10) phần lớn các trạm có tính đồng pha: tại một số trạm, các quần xã thực vật đang phát triển, còn ở các trạm khác các quần xã đang ở giai đoạn chín muồi. Duy chỉ có vài trạm ven bờ, quần xã đang ở giai đoạn phát triển chuyển dần qua giai đoạn tàn lụi. Để có thể đi sâu hơn nữa phân tích các quá trình diễn thế của quần xã, cần có nhiều tư liệu về đặc điểm thành phần loài, về cơ sở dinh dưỡng, về điều kiện sinh thái.
Bảng 4.9. Các chỉ số phát triển của hệ tại các vùng biển khác nhau
Mức độ dinh
dưỡng Năng suất sinh học
(mgC/m2.ngày) Chỉ số phát
triển θ Trạng thái phát triển của hệ Siêu dinh dưỡng 7.700 (3.000 ÷15.000) - 0,7 ÷ 0.2 Còn non
Giàu dinh dưỡng 2.700 (1.500 ÷ 6.500) -0,2 ÷ 0,2 Cân bằng Dinh dưỡng 800 (200 ÷ 2.500) 0.2 ÷ 1 Đã phát triển Nghèo dinh
dưỡng
50 (< 200) > 1,0 Già cỗi Vùng biển ven bờ 1.150 (400 ÷ 2.300) - 0,95 ÷ 0,75 30% còn non
50% cân bằng 20% đã phát triển Cơ sở năng lượng của hệ sinh thái nước trồi
Các báo cáo [3, 4, 5] đã xem xét khả năng cân bằng năng lượng của hệ sinh thái nước trồi tại vùng biển Nam Trung Bộ. Ở đây chỉ đi sâu phân tích các giá trị năng lượng có tính cơ sở của toàn hệ.
Căn cứ vào cấu trúc phân bố của năng suất sinh học sơ cấp theo độ sâu, ta tính được giá trị sức sản xuất tích phân của cột nước có diện tích là 1m2 là 1.98 ± 1.96gC/m2, ngày, dao động trong khoảng 0.28 – 8.70gC/m2, ngày (biểu 2, 3), tương đương dòng năng lượng 20kcal/m2, ngày (3 – 90Kcal/m2, ngày).
Như vậy so với các khu vực khác, năng lượng cơ sở vùng nước trồi Nam Trung Bộ có giá trị cao hơn gấp 2.5 lần so với vùng thềm lục địa (8kcal/m2, ngày), cao gấp 6 lần vùng rạn san hô (3.2Kcal/m2, ngày), cao hơn 7.3 lần so với vùng biển khơi nhiệt đới (2.8kcal/m2, ngày) [1, 2].
Với diện tích ước tính 4700km2 của vùng nước trồi Nam Trung Bộ, chỉ chiếm khoảng 1% diện tích của vùng thềm lục địa, hàng năm có thể sản xuất vào khoảng 5.8 triệu tấn carbon, tương đương dòng năng lượng cơ sở: 58 triệu kcal/năm. Đó là nguồn tài năng lượng tương đối lớn, chiếm đến 5.5% tổng số năng lượng cơ sở của vùng thềm lục địa Việt Nam.
Chuyển hóa năng lượng là đặc trưng quan trọng của hệ sinh thái nhất là môi trường thủy sinh vật biển. Nhiều nỗ lực nghiên cứu sự chuyển năng lượng trong hệ sinh thái nhằm xác định trường cá đánh bắt và các yếu tố ảnh hưởng đến trường cá.
4. Vai trò xúc tác của trồi
Các báo cáo đề tài [3, 4] đã phân tích đến vai trò của dòng nước trồi trong quá trình vận chuyển các chất mùn, các chất hữu cơ từ các lớp nước tầng sâu lên tầng mặt và dưới tác dụng của các tia bức xạ, đặc biệt là tia cực tím, các chất đó có thể phân rã tạo thành các chất có hoạt tính mạnh như hyđro peroxid. Sự hiện diện của hyđro peroxid ở vùng nước trồi mạnh Nam Trung Bộ được phát hiện qua các phép đo gián tiếp đặc biệt là quá trình tạo thành Oxy trong các bình đen. Cường độ tạo thành Oxy trong các bình đen do quá trình phân rã hyđro peroxid ít nhất cũng có giá trị 0.25mlO2/l, ngày [3, 4]. Sự hiện diện của hyđro peroxid trong vùng nước trồi có những ý nghĩa sinh thái quan trọng. Thứ nhất, khi hàm lượng hyđro peroxid lớn (cỡ 5mM (ppm)) có khả năng gây độc cho sinh vật [2], nhưng ngược lại khi hàm lượng nhỏ 0.1 – 1mM, đặc biệt ở giá trị 0.25 mM thì hyđro peroxid có ý nghĩa xúc tác mạnh như đối với các quá trình sinh sản của thân mềm. Thứ hai, trong điều kiện cụ thể của vùng trồi mạnh ở Nam Trung Bộ, do các điều kiện động lực, địa hóa và chất đáy cũng như nguồn lợi thân mềm, đặc biệt là Điệp, phát triển mạnh thì khả năng dòng trồi lưu chuyển các chất có hoạt tính có ý nghĩa xúc tác như hyđro peroxid, NaEDTA… là hết sức có ý nghĩa về mặt sinh thái các nguồn lợi hải sản.