Thạc Sĩ Đánh giá quá trình sản xuất sơ cấp và hiệu quả sinh thái vùng biển vịnh Bắc bộ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Hà Nội - 2012




MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 5
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VÙNG BIỂN NGHIÊN CỨU VÀ CÁC VẤN ĐỀ
VỀ NĂNG SUẤT SINH HỌC SƠ CẤP TRONG BIỂN 7
1.1. Một số điều kiện tự nhiên vùng biển nghiên cứu . 7

1.1.1. Vị trí địa lý .7
1.1.2. Điều kiện khí tượng, hải dương vùng nghiên cứu .8
1.2. Các vấn đề về năng suất sinh học sơ cấp trong biển 11
1.2.1. Ý nghĩa của việc nghiên cứu năng suất sinh học trong biển 11
1.2.2. Tổng quan một số kết quả nghiên cứu năng suất sinh học sơ cấp ở vùng biển nghiên cứu 12
1.2.3. Một số phương pháp đo và tính toán năng suất sinh học sơ cấp 15

CHƯƠNG 2: ÁP DỤNG MÔ HÌNH CHU TRÌNH CHUYỂN HÓA NITƠ TRONG HỆ SINH THÁI BIỂN ĐỂ TÍNH TOÁN NĂNG SUẤT SINH HỌC SƠ CẤP VÀ HIỆU QUẢ SINH THÁI VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ .17
2.1. Sơ đồ chu trình chuyển hóa Nitơ trong hệ sinh thái biển . 17
2.2. Mô phỏng toán học chu trình chuyển hóa Nitơ . 18
2.2.1. Mô phỏng toán học các quá trình chuyển hóa .18
2.2.2. Mô phỏng toán học quá trình sản xuất vật chất hữu cơ 24
2.2.3. Các thông số sử dụng trong mô hình 26
2.3. Phương pháp giải mô hình . 27
2.4. Dữ liệu cho mô hình . 30

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH .37

3.1. Kết quả tính toán sản xuất sơ cấp . 37
3.1.1. Phân bố thực vật phù du 37
3.1.2. Phân bố động vật phù du .46
3.1.3. Phân bố năng suất thô 55
3.1.4. Phân bố năng suất tinh .64
3.1. 5. Phân bố năng suất thứ cấp .73
3.2. Kết quả tính toán hiệu quả sinh thái . 81
KẾT LUẬN 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO 86



MỞ ĐẦU

Ở Việt Nam, việc sử dụng các mô hình toán và các phương pháp số trong nghiên cứu đánh giá quá trình sản xuất sơ cấp và hiệu quả sinh thái trong hệ sinh thái biển ngày càng có nhiều triển vọng. Hướng nghiên cứu này được xây dựng trên cơ sở mô phỏng toán học chu trình chuyển hoá vật chất trong hệ sinh thái biển nhằm giải quyết, một mặt đánh giá khả năng sản xuất sơ cấp cũng như cường độ vận động và chuyển hoá năng lượng theo các kênh dinh dưỡng, hai là, tìm hiểu các quá trình sản xuất thứ cấp, đặc biệt là đối với các đối tượng hải sản có giá trị kinh tế. Đó là những thông số quan trọng phục vụ việc nghiên cứu đánh giá các nguồn lợi sinh vật, phục vụ việc định hướng quy hoạch khai thác và sử dụng các vực nước hợp lý và cuối cùng là phục vụ cho công tác đánh giá và quản lý chất lượng môi trường
biển.

Đề tài “Đánh giá quá trình sản xuất sơ cấp và hiệu quả sinh thái vùng biển vịnh Bắc Bộ” không chỉ nhằm mục đích có được chu trình chuyển hoá Nitơ để đánh giá quá trình sản xuất sơ cấp và hiệu quả sinh thái mà mục tiêu chủ yếu của đề tài là ứng dụng phương pháp mô hình hoá toán học trong nghiên cứu môi trường và hệ sinh thái biển.
Đề tài đặt ra 5 nội dung sau đây:

- Thu thập số liệu, tài liệu, phương pháp, mô hình phục vụ cho tính toán.

- Nghiên cứu, ứng dụng mô hình chu trình chuyển hóa Nitơ cho vịnh Bắc Bộ.

- Xác định quá trình sản xuất sơ cấp cho vùng biển vịnh Bắc Bộ trung bình tháng và các tầng sâu chuẩn.
- Xác định hiệu quả sinh thái và diễn giải phân tích chi tiết.

- Phân tích, đánh giá các kết quả thu được.

Ở nội dung thứ hai, trên cơ sở một mô hình chuyển hoá Nitơ trong hệ sinh thái biển do các nhà khoa học của Phòng nghiên cứu Địa Thuỷ Động lực và Môi trường (GeoHydrodynamics and Environment Research Laboratory-GHER) thuộc Đại học Tổng hợp Liege (Vương quốc Bỉ) xây dựng, PGS.TS Đoàn Văn Bộ đã cải tiến và bổ sung thêm một số quá trình sinh hoá học trong chu trình. Mô hình chu trình Nitơ đơn giản bao gồm bao gồm 5 hợp phần: thực vật phù du (Phytoplankton), động vật phù du (Zooplankton), chất hữu cơ hoà tan (Dissolved Organic Matter), Amoni (Amonium) và Nitrat (Nitrate).
Mô hình toán mô phỏng chu trình chuyển hoá Nitơ là một hệ gồm 5 phương trình vi phân thường, được xây dựng trên cơ sở nguyên lý bảo toàn. Từng quá trình chuyển hoá trong chu trình được mô phỏng và tham số hoá trên cơ sở định luật tối thiểu Liebig và các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của các tác giả trong và ngoài nước. Trong mô hình, 38 thông số sinh thái và môi trường (các hằng số) đã được sử dụng. Phương pháp Runge - Kuta giải hệ 5 phương trình vi phân thường của mô hình cũng đã được tìm hiểu và lập trình bằng ngôn ngữ Fortran.
Các tính toán được thực hiện trên cơ sở nguồn số liệu của ủy ban Đại dương và Khí quyển (NOAA) (website: http://www.nodc.noaa.gov). Từ các dữ liệu này đã trích ra và lưu ra nhiệt độ trung bình 12 tháng trên các tầng chuẩn ở vùng nghiên cứu (từ vĩ độ 160N đến 220N và từ kinh độ 1050E đến 1100E làm đầu vào cho mô hình.


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Tác An, 1980. Sơ bộ nhận xét về năng suất sinh học bậc 1 ở vịnh Bắc Bộ.

Tuyển tập Nghiên cứu biển, tập II, phần 1, Nha Trang, tr. 43-49.

2. Đỗ Trọng Bình, 1997. Kết quả tính toán năng suất sinh học sơ cấp và hiệu quả sinh thái của thực vật nổi vào mùa khô (tháng 1-1997) tại vịnh Hạ Long. Tài nguyên và Môi trường Biển, tập IV, NXB KH & KT Hà Nội, Tr.206-213.
3. Đoàn Văn Bộ, 1996. Giáo trình mô hình toán Hệ sinh thái biển. ĐHKHTN, ĐHQG Hà Nội, lưu hành nội bộ.
4. Đoàn Bộ, Nguyễn Đức Cự, 1996. Nghiên cứu năng suất sinh học sơ cấp của thực vật nổi trong hệ sinh thái vùng triều cửa sông Hồng. Tài nguyên và Môi trường biển, T.3, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, tr.169-176.
5. Đoàn Bộ, 1999. Mô hình sinh thái thuỷ động lực và một số kết quả áp dụng tại biển Việt Nam. Tuyển tập Hội nghị khoa học công nghệ biển toàn quốc lần thứ 4, Tập 1: Khí tượng-Thuỷ văn, Động lực biển . TT KHTN & CNQG, tr .185-191.
6. Đặc điểm phân bố và biến động năng suất sinh học sơ cấp ở vùng biển phía Tây vịnh Bắc Bộ. Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ T25, Số 1S (2009) 21-27
7. Đoàn Bộ, Phùng Đăng Hiếu, 2001. Nghiên cứu năng suất sinh học sơ cấp của thực vật nổi vùng biển ven bờ tây vịnh Bắc Bộ. Tuyển tập Hội nghị khoa học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG HN lần thứ hai, Hà Nội 23-25 tháng 11 năm 2000, Chuyên ngành Khí tượng-Thuỷ văn-Hải dương học, Sở Văn hoá-Thông tin Hà Nội, tr.
3-6.

8. Đoàn Văn Bộ, 2002. Nghiên cứu và thử nghiệm mô hình chu trình chuyển hoá Nitơ trong hệ sinh thái biển. Báo cáo đề tài cấp cơ sở TN 01-25, ĐHKHTN, ĐHQG Hà Nội.
9. Đoàn Bộ – Trịnh Lê Hà. Mô hình chu trình Ni tơ trong hệ sinh thái biển. Tuyển tập các công trình khoa học Hội nghị Khoa học ĐHKHTN: Ngành Khí tượng - Thuỷ văn - Hải dương.
10. Đoàn Bộ. Năng suất sinh học của quần xã Plankton vùng biển khơi nam Việt Nam.

Hội nghị khoa học Tài nguyên và môi trường biển năm 2004



11. Vũ Trung Tạng, 2000. Cơ sở sinh thái học. Nhà xuất bản giáo dục Hà Nội.

12. Vũ Trung Tạng, 2004. Sinh học và sinh thái biển. Nhà xuất bản ĐHQG HN

13. Lê Đức Tố và ctv, 2001. Báo cáo tổng kết đề tài KĐL-CIS-01 “Điều tra nghiên cứu hệ thống đảo ven bờ vịnh Bắc Bộ phục vụ cho việc qui hoạch phát triển kinh tế - xã hội bảo vệ chủ quyền và lợi ích quốc gia trên biển” (1999-2000). Tài liệu lưu trữ tại Trung tâm Thông tin-Tư liệu Quốc gia.
14. Nguyễn Thế Tưởng và ctv, 2005. Báo cáo tổng kết đề tài KC-09-17 “Điều tra tổng hợp điều kiện tự nhiên, tài nguyên thiên nhiên và môi trường vịnh Bắc Bộ” (2003-
2005). Tài liệu lưu trữ tại Trung tâm Thông tin-Tư liệu Quốc gia.

15. Đề tài-KHCN-06-02, 2002. Mô hình 3D sinh thái thủy động lực và môi trường biển Đông và những kết quả triển khai tại vịnh Bắc bộ. Báo cáo chuyên đề 3, tài liệu lưu trữ tại Bộ môn Hải dương học.
16. Đề tài – KHCN – 06 – 02: Các kết quả triển khai mô hình 3D kết hợp Thủy nhiệt động lực và Sinh thái vịnh Bắc Bộ. Báo cáo chuyên đề 4, tài liệu lưu trữ tại bộ môn Hải dương học.
17. Doan Bo, Liana McManus and others, 1997: 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.
18. 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.
19. Walsh J.J. Mc Roy C.P., et al, Carbon and nitrogen cycling within the Bering/Chukchi Sea: source regions for organic matter affecting AOU demands of the Arctic Ocean, Progress Oceanography, 1989, pp. 277-359.
20. World Ocean Atlas (WOA- Database). CD-Rom, NOAA, 2009.