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

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
6
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.

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