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  25, Số 1S (2009) 21‐27 21 _______ Đặc điểm phân bố và biến động năng suất sinh học sơ cấp ở vùng biển phía Tây vịnh Bắc Bộ Đoàn Bộ* Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN Ngày nhận 02 tháng 01 năm 2009 Tóm tắt. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu hiện có về năng suất sinh học sơ cấp (NSSC) ở vịnh Bắc Bộ cho thấy: 1. Vùng biển phía tây vịnh Bắc Bộ là thuỷ vực nhiệt đới ven bờ có sức sản xuất sơ cấp cao, giá trị trung bình NSSC thô ở trung tâm và cửa vịnh vào cỡ 100±20 mgC/m3/ngày, gần bờ và cửa sông 150±50 mgC/m3/ngày, cá biệt có nơi, có lúc đạt trên 300 mgC/m3/ngày. Giá trị cực tiểu NSSC thô là 40 mgC/m3/ngày tại cửa vịnh vào tháng 10-1959, nhỏ hơn khoảng 10 lần so với giá trị cực đại 412 mgC/m3/ngày tại tây nam đảo Cô Tô vào tháng 8-2000. 2. Phân bố NSSC trong khu vực nghiên cứu có xu thế giảm từ bờ ra khơi, từ bắc vào nam, mùa hè lớn hơn mùa đông. Theo độ sâu, NSSC thường đạt cực đại trong lớp nước 10-20m. 1. Mở đầu∗ Năng suất sinh học sơ cấp (NSSC) là đại lượng đặc trưng cho khả năng sản xuất vật chất hữu cơ sơ khởi của vùng biển, trong đó sức sản xuất sơ cấp của thực vật phù du (Phytoplankton) thường chiếm ưu thế. Đây là nguồn vật chất cơ sở từ đó các động vật bậc cao có thể sử dụng tiếp lên theo các kênh dinh dưỡng của hệ sinh thái vùng biển. Trên thực tế, những vùng biển có NSSC cao cũng thường là những nơi khai thác hải sản cho sản lượng lớn. Hiểu biết đầy đủ về các quy luật phân bố, biến động của NSSC sẽ có ý nghĩa to lớn đối với khoa học và thực tiễn, đặc biệt trong việc đánh giá tiềm năng nguồn lợi hải sản của vùng biển. Ở vịnh Bắc Bộ, các nghiên cứu về NSSC tuy được bắt đầu từ khá sớm (trong Chương trình hợp tác Việt-Trung 1959-1960) song cho đến nay nội dung này còn chưa nhiều, lại tập trung chủ yếu ở một số khu vực biển ven bờ phía tây và hầu như chưa có khu vực nào được nghiên cứu lặp lại. Do vậy khó có thể tìm ra những quy luật chung về phân bố và biến động của NSSC vịnh Bắc Bộ. Ngay việc so sánh các kết quả nghiên cứu cũng có những bất cập bởi sự khác nhau về thời gian, khu vực và nhất là phương pháp. ∗ ĐT: 84-4-35586898. E-mail: bodv@vnu.edu.vn Trên cơ sở tập hợp các nghiên cứu hiện có từ 1960 đến nay về NSSC ở các khu vực khác nhau trong vịnh Bắc Bộ, bài báo đưa ra những đánh giá và nhận định về đặc trưng phân bố và biến động của quá trình sản xuất vật chất hữu cơ sơ khởi của vùng biển, chú trọng nửa phía tây vịnh Bắc Bộ. Nghiên cứu này được hoàn thành với sự hỗ trợ của Hội đồng Khoa học Tự nhiên giai đoạn 2006-2008 trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu cơ bản mang mã số 705206. Đ. Bộ / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 1S (2009) 21‐27 22 2. Tài liệu và phương pháp Tài liệu sử dụng trong nghiên cứu này được tổng hợp từ các nguồn: - Các kết quả tính NSSC theo phương pháp độ lệch biến trình ngày ôxy hoà tan của Chương trình hợp tác Việt-Trung (1959-1960) và hợp tác Việt-Xô (1961-1962) về điều tra khảo sát tổng hợp trên toàn vịnh Bắc Bộ [1]. - Các kết quả tính NSSC theo phương pháp mô hình toán tại vùng biển Ba Lạt-Bạch Long Vĩ của đề tài KT-03-10 (1991-1995) [2]. - Các kết quả tính NSSC theo phương pháp hiệu ứng tiêu hao dinh dưỡng trong quang hợp tại vùng triều cửa sông Hồng của đề tài KT-03- 11 (1991-1995) và tại vịnh Hạ Long của dự án SIDA/SAREC (1996-1997) [3,4]. - Các kết quả tính NSSC theo phương pháp bình đen-trắng và phương pháp mô hình toán tại vùng biển Quảng Ninh của đề tài KĐL-CIS- 01 (1999-2000) [5,6]. - Năm 2003-2004, đề tài KC-09-17 thuộc Chương trình Biển KC.09/01-05 đã tiến hành các chuyến khảo sát tổng hợp vùng biển vịnh Bắc Bộ, phần chủ quyền của Việt Nam, trong đó có việc bố trí thí nghiệm xác định NSSC tại 3 trạm liên tục 1 ngày đêm bằng phương pháp bình đen- trắng. Đây là những tư liệu mới nhất bổ sung cho việc nghiên cứu NSSC ở vịnh Bắc Bộ [7]. 3. Kết quả nghiên cứu Trên cơ sở tập hợp kết quả từ các nghiên cứu hiện có, kể các các nghiên cứu mới nhất của đề tài KC-09-17 trong năm 2003-2004 có thể thấy và so sánh NSSC ở các khu vực khác nhau trong vịnh Bắc Bộ và Biển Đông như bảng 1, 2. Bảng 1. Giá trị trung bình năng suất sinh học sơ cấp thô (mgC/m3/ngày) tại các khu vực trong vịnh Bắc Bộ (tổng hợp các kết quả nghiên cứu hiện có) NSSC thô (mgC/m3/ngày) Các khu vực Mùa hè Mùa đông Phương pháp nghiên cứu Nguồn, thời gian nghiên cứu Ven bờ tây bắc vịnh 121 Ven bờ tây nam vịnh 105 Ven bờ đông vịnh 108 Cửa vịnh 81 Độ lệch biến trình ngày Ôxy hoà tan Hợp tác Việt- Trung, Việt-Xô điều tra VBB 1959-1962 Lân cận cửa sông Hồng, mùa hè 120 Khu vực Bạch Long Vĩ (giữa vịnh), mùa hè 80 Mô hình toán Đề tài KT-03-10 (8/1994) Vùng triều cửa sông Hồng, cuối mùa hè 150 Đề tài KT-03-11 (10/1994) Vịnh Hạ Long, mùa đông 66 Hiệu ứng dinh dưỡng PO4 Dự án SIDA/ SAREC (1/1997) Xung quanh đảo Cô Tô Quảng Ninh, mùa hè 175 Đề tài KĐL-CIS-01 (8/2000) Đông nam đảo Cát Bà, mùa đông 146 Bình đen trắng Đề tài KĐL-CIS-01 (12/2001) Vùng biển ven bờ Quảng Ninh (độ sâu <10m) mùa hè 228 Đề tài KĐL-CIS-01 (8/2001) Vùng biển thoáng Quảng Ninh mùa hè (độ sâu 10-35m) 194 Đề tài KĐL-CIS-01 (8/2000) Vùng biển thoáng Quảng Ninh mùa đông (độ sâu 10-35m) 82 Mô hình toán Đề tài KĐL-CIS-01 (12/2001) Vịnh Bắc Bộ (Khu vực Hải Phòng) 147 157 Đề tài KC-09-17 Đ. Bộ / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 1S (2009) 21‐27 23 Vịnh Bắc Bộ (Khu vực Thanh Hoá) 97 195 Vịnh Bắc Bộ (Khu vực Quảng Bình) 232 337 Bình đen trắng (2003-2004) Bảng 2. Năng suất sinh học sơ cấp thô (mgC/m3/ngày) tại các khu vực khác nhau trong Biển Đông Các khu vực trong Biển Đông NSSC thô (mgC/m3/ngày) Phương pháp nghiên cứu Nguồn, thời gian nghiên cứu Vùng nước trồi Nam Trung Bộ (mùa hè 1993) 60±45 14C và bình đen- trắng Nguyễn Tác An [8] Vùng rạn san hô nam VN 36±25 14C Nguyễn Tác An [8] Thềm lục địa nam VN (<200m) 46±16 14C và bình đen- trắng Nguyễn Tác An [8] Vùng biển khơi miền Trung 45 Mô hình toán Đoàn Bộ [9-11] Vùng biển sâu giữa Biển Đông (xuân-hè 1996) 3±3 Mô hình toán Đoàn Bộ [12] Đầm phá Tam Giang-Cầu Hai (mùa đông 1995) 130 Mô hình toán Đoàn Bộ [11] Trong đợt khảo sát tháng 10, 11 năm 2003 do đề tài KC-09-17 thực hiện, NSSC thô ở các tầng các trạm dao động từ 131 đến 375 mgC/m3/ngày, trung bình cho cả 3 trạm đạt 230 mgC/m3/ngày với xu thế giảm từ bắc vào nam và cực đại không rơi vào lớp nước mặt trừ trạm 22 (hình 1) [7]. Đây là những giá trị khá cao so với các nghiên cứu trước đây, song cũng là những giá trị đã từng gặp ở vùng biển ven bờ phía tây vịnh Bắc Bộ. Hô hấp của thực vật chiếm khoảng trên dưới 50% lượng sản phẩm do chính nó tạo ra, hiệu quả tự dưỡng đạt khoảng 1,8 đến 2,2, chuyển hóa năng lượng tự nhiên đạt khoảng 0,01-0,04. 0 100 200 300 400 Tr¹m 8 (Khu vùc H¶I Phßng) Tr¹m 22 (Khu vùc Thanh Ho¸) Tr¹m 34 (Khu vùc Qu¶ng B×nh) mgC/m3/ngµy TÇng mÆt TÇng gi÷a TÇng ®¸y Hình 1. Năng suất sinh học sơ cấp thô (mgC/m3/ngày) tại các trạm liên tục đợt khảo sát tháng 10, 11 năm 2003. Trong đợt khảo sát tháng 8 năm 2004, NSSC thô ở các tầng các trạm dao động từ 78 đến 341 mgC/m3/ngày, trung bình cho cả 3 trạm đạt 159 mgC/m3/ngày, tương đương với các kết Đ. Bộ / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 1S (2009) 21‐27 24 quả nghiên cứu hiện có [7]. Xu thế phân bố năng suất sơ cấp ở phía bắc cao hơn phía nam, thấp nhất ở khu vực giữa miền khảo sát (hình 2). Đặc điểm cực đại năng suất không rơi vào lớp nước mặt được bảo toàn như ở đợt khảo sát tháng 11 năm 2003. Hô hấp của thực vật cũng chiếm khoảng trên dưới 50% lượng sản phẩm do chính nó tạo ra, hiệu quả tự dưỡng đạt khoảng 1,99 đến 2,38 (được coi là tương đương với đợt khảo sát trước), chuyển hóa năng lượng tự nhiên đạt khoảng 0,006-0,012 (nhỏ hơn so với đợt trước do cường độ bức xạ tự nhiên trong tháng 8 dồi dào). 0 100 200 300 Tr¹m 8 (Khu vực Hải Phßng) Tr¹m 19 (Khu vùc Thanh Ho¸) Tr¹m 30 (Khu vùc Qu¶ng B×nh mgC/m3/ngµy TÇng mÆt TÇng gi÷a TÇng ®¸y Hình 2. Năng suất sinh học sơ cấp thô (mgC/m3/ngày) tại các trạm liên tục đợt khảo sát tháng 8 năm 2004. Mặc dù các tư liệu hiện có về NSSC vịnh Bắc Bộ chưa nhiều, song bước đầu cũng có thể đưa ra bức tranh phân bố năng suất sinh học sơ cấp trong vịnh như hình 3, đồng thời rút ra được một số nhận xét cơ bản như sau: Đ. Bộ / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 1S (2009) 21‐27 25 105 106 107 108 109 110 105 106 107 108 109 110 17 18 19 20 21 22 17 18 19 20 21 22 Trung Quèc Lµo Hµ Néi Qu¶ng Ninh Tp.H¶i Phßng Th¸i B×nh Nam §Þnh Thanh Hãa NghÖ An Hµ TÜnh Qu¶ng Binh Qu¶ng TrÞ Thõa Thiªn HuÕ §¶o H¶i Nam §.B¹ch Long VÜ 228 194 145 150 120 121 80 80 108 105 150 140 80 19 4 Hình 3. Sức sản xuất sơ cấp thô (mgC/m3/ngày) tại vịnh Bắc Bộ. Về giá trị và xu thế biến động của NSSC: - So với các khu vực khác trong Biển Đông [8,9,10,11,12], vùng biển phía tây vịnh Bắc Bộ là thuỷ vực nhiệt đới ven bờ có sức sản xuất sơ cấp cao, NSSC thô ở khu vực trung tâm và cửa vịnh (nơi có độ sâu trên 50m) có giá trị trung bình cỡ 100±20 mgC/m3/ngày, gần bờ và cửa sông 150±50 mgC/m3/ngày, cá biệt có nơi, có lúc đạt trên 300 mgC/m3/ngày. - Từ 1959 đến nay, NSSC ở vịnh Bắc Bộ không có biến động nhiều. Theo giá trị trung bình, NSSC lớn nhất và nhỏ nhất ở các khu vực khác nhau chỉ hơn kém nhau độ 2-3 lần, các cực trị đã gặp cũng chỉ hơn kém nhau khoảng 10 lần. Cụ thể: cực tiểu NSSC thô là 40 mgC/m3/ngày tại cửa vịnh tháng 10-1959 (tính toán của Nguyễn Tác An qua độ lệch biến trình ngày DO [1]) nhỏ hơn khoảng 10 lần so với cực đại 412 mgC/m3/ngày tại tây nam đảo Cô Tô tháng 8-2000 (tính toán của đề tài KĐL-CIS-01 theo phương pháp bình đen trắng [6]). Tuy nhiên sự biến động như trên còn qúa nhỏ so với những biến động NSSC tại các vùng biển ôn đới (trên 50 lần) [1]. Về phân bố của NSSC: - Xu thế chung phân bố theo mặt rộng của NSSC ở vùng biển phía tây vịnh Bắc Bộ là giảm từ bờ ra khơi, từ bắc vào nam. Khu vực tây bắc vịnh (Hải Phòng, Quảng Ninh, Nam Định, Thái Bình) có NSSC cao nhất (và cũng được nghiên cứu nhiều nhất), khu vực giữa và cửa vịnh có NSSC nhỏ hơn (hình 3). Theo độ Đ. Bộ / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 1S (2009) 21‐27 26 sâu, NSSC thường đạt cực đại trong lớp nước 10-20m. - NSSC trong mùa hè có giá trị lớn hơn trong mùa đông tuy độ chênh lệch không nhiều. Về hiệu suất sinh thái của vùng biển: Vịnh Bắc Bộ đặc trưng cho vùng biển nhiệt đới ven bờ giàu dinh dưỡng. Khả năng tự dưỡng của vùng biển luôn lớn hơn 1 (thường đạt trên dưới 2) chứng tỏ vật chất hữu cơ (năng lượng) ban đầu được tạo ra không những đủ chi dùng cho chính sinh vật sản xuất mà còn được tích lũy để các sinh vật bậc cao sử dụng theo các kênh dinh dưỡng của hệ sinh thái vùng biển. Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Tác An, 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, 2004. [2] Đoàn Bộ, Phùng Đăng Hiếu, 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, Đại học Quốc gia Hà Nội 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, 2001. [3] Đỗ Trọng Bình, 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 Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1997. [4] Đoàn Bộ, Nguyễn Đức Cự, 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, 1996. [5] Doan Bo, A model for nitrogen transformation cycle in marine ecosystem, Proceedings Extended Abstracts Volume, Theme 1, Session 3: Biogeochemical Cycling and Its Impact on Global Climate Change, 6Th IOC/WESTPAC International Scientific Symposium, 19-23 April 2004, Hangzhou, China, Published by Marine and Atmospheric Laboratory, School of Environmental Earth Science, Hokkaido University, Japan, 2005. [6] Lê Đức Tố và ctv, 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”, Trung tâm Thông tin-Tư liệu Quốc gia, Hà Nội, 2001. [7] Nguyễn Thế Tưởng và ctv, 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”, Trung tâm Thông tin-Tư liệu Quốc gia, Hà Nội, 2005. [8] Nguyễn Tác An, Năng suất sinh học sơ cấp và hiệu ứng sinh thái của dòng nước trồi ở vùng biển Nam Trung Bộ, Các công trình nghiên cứu vùng nước trồi mạnh Nam Trung bộ, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1997. [9] Đoàn Bộ, Mô hình toán học phân bố sinh vật nổi và năng suất sinh học sơ cấp ở vùng nước trồi thềm lục địa Nam Trung Bộ, Tạp chí Sinh học, Tập 19, số 4 (1997) 35. [10] Đoàn Bộ, 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... Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, 1999. [11] Đoàn Bộ, Sử dụng mô hình toán trong nghiên cứu hệ sinh thái biển ở vùng biển Bình Thuận- Ninh Thuận và đầm phá Tam Giang-Cầu Hai, Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, T. XVII, No2 (2000) 7. [12] Doan Bo, Liana Mc Manus, et all, Primary productivity of phytoplankton in study sea area of RP-VN JOMSRE-SCS 1996, Proceedings of Scientific Conference on the Philippines - Vietnam Joint Oceanographic and Marine Scientific Research expedition in the South China Sea 1996, Hanoi, 1997. Đ. Bộ / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ 25, Số 1S (2009) 21‐27 27 Characteristics of distribution and change of primary productivity in the sea area of the West tonkin bay Doan Bo Faculty of Hydro-Meteorology & Oceanography, College of Science, VNU Overview of present study results on primary productivity in Tonkin Bay shows that: 1. The sea area of the west Tonkin Bay is coastal tropical waters with high primary productivity. The mean value of rought primary productivity is about 100±20 mgC/m3/day in the off-shore and open sea, 150±50 mgC/m3/day and sometime over 300 mgC/m3/day in the river mouths and near-shore. The minimum value of primary productivity (40 mgC/m3/day in open sea in the Oct-1959) is about ten times less than its maximum (412 mgC/m3/day in south-west of Coto island in the Aug-2000). 2. The distribution trend of primary productivity in the sea area of west Tonkin Bay decreases from near-shore to off-shore and from north to south. The primary productivity in summer is higher than that in winter, and its maximum occurs in the water layer 10-20m depth.