Microsoft Word 200 Nghiem Tien Lam doc Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN 978 604 82 2981 8 505 TÍCH HỢP MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ MÔ HÌNH SINH HỌC NHUYỄN THỂ HAI MẢNH VỎ PHỤC VỤ B[.]
Trang 1TÍCH HỢP MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC
VÀ MÔ HÌNH SINH HỌC NHUYỄN THỂ HAI MẢNH VỎ PHỤC VỤ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG VÀ NUÔI TRỒNG HẢI SẢN
Nghiêm Tiến Lam
Trường Đại học Thủy lợi, email: lam.n.t@tlu.edu.vn
1 GIỚI THIỆU CHUNG
Ngành nuôi trồng và chế biến nhuyễn thể hai mảnh ở ở Việt Nam đã bắt đầu và phát
triển mạnh mẽ trong vòng khoảng chục năm
gần đây Các loài được nuôi trồng chủ yếu là
hàu, sò, nghêu/ ngao, điệp, tu hài Theo Tổng
Cục Thủy sản (2016), tốc độ tăng trưởng
hàng năm dự kiến cho giai đoạn 2016-2020
là diện tích nuôi trồng tăng 4,4 %/năm, sản
lượng tăng 10,8% năm, năng suất tăng 6,1%
năm và giá trị xuất khẩu tăng 12,%/năm Dự
kiến đến năm 2020, tổng diện tích nuôi trồng
đạt 48.370 ha, năng suất đạt 8,27 tấn/ha, tổng
sản lượng đạt 400.000 tấn, giá trị xuất khẩu
đạt 150 triệu USD, thu hút và giải quyết việc
làm cho khoảng 80.000 người
Ngoài giá trị thực phẩm và dinh dưỡng, một số loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ còn có
vai trò quan trọng cho việc làm sạch môi
trường Newell (1988) tìm ra mối liên hệ
giữa việc suy giảm quần thể hàu với sự suy
giảm chất lượng nước và đề xuất phương
pháp nuôi trồng hàu để cải thiện chất lượng
nước Kể từ những năm 2000, Mỹ đã chi
hàng tỷ USD cho việc khôi phục hàu để làm
sạch các cửa sông Cerno và Noel (2007) cho
thấy việc gia tăng quần thể hàu có thể làm
giảm tảo trong lớp nước bề mặt, qua đó tăng
làm lượng ô-xi hòa tan (DO) và sinh khối
thực vật ở các lớp nước sâu và loại bỏ lượng
lớn các hợp chất ni-tơ thông qua việc cải
thiện quá trình ni-tơ-rát hóa
Sự phát triển của các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ có liên hệ mật thiết với môi trường
và chất lượng nước Do vậy, việc tích hợp
giữa mô hình sinh học cho sự phát triển của chúng với mô hình chất lượng nước sẽ giúp cho việc lựa chọn môi trường phù hợp cho việc nuôi trồng các loài này cũng như vai trò của chúng trong việc làm sạch môi trường một cách hiệu quả
Báo cáo này sẽ trình bày về mô hình tích hợp dùng để mô phỏng sự phát triển của loài nhuyễn thể và tương tác của chúng với môi trường
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mô hình nhuyễn thể hai mảnh vỏ
Mô hình sinh học của nhuyễn thể hai mảnh dựa trên kết quả của Kobayashi et al (1997) bắt đầu với phương trình cân bằng sinh khối cho sự phát triển của cá thể như sau:
dW
NP Pr
Trong đó t là thời gian (ngày), W là trọng lượng khô của cá thể (g C), NP là sản xuất
sinh khối tịnh (g C/ngày) bằng tổng của sản
xuất tế bào cơ thể (Pg) và tuyến sinh dục (Pr) và được coi là bằng với chênh lệch giữa tiêu hóa thức ăn (A) và hô hấp (R)
g r
Các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ ăn bằng việc lọc các hạt rắn trong nước Tốc độ lọc
nước FR (L/giờ) của mỗi cá thể phụ thuộc vào trọng lượng cơ thể (W), nhiệt độ (T), độ muối (S) và hàm lượng chất lơ lửng (TSS)
trong nước
Trang 2Sự phụ thuộc của tốc độ lọc nước vào trọng lượng cơ thể:
0.279 2,51
FR W khi W > 2 g và
0,117 1,05 3, 09 0,133
W
khi W ≤ 2 g
(4)
Sự phụ thuộc của tốc độ lọc vào nhiệt độ
0,59,0,5 7
4, 47, 7
F
f T
Sự phụ thuộc của tốc độ lọc vào độ muối
1,0,1 1, 1020 20
‰
‰
F
S
S
(6)
Sự phụ thuộc của tốc độ lọc vào TSS
1 0,01
0,0418
F
TSS
Tốc độ ăn vào bụng của cá thể 0,024
với f là nồng độ của thức ăn trong nước
0, 088 Chl-a 0,520
với Chl-a là nồng độ chất diệp lục trong nước
Tốc độ tiêu hóa ăn thức ăn
Trong đó α là hiệu quả tiêu hóa thức ăn (α = 0.75)
Tốc độ hô hấp R (μL O /giờ/g C trọng
lượng khô cá thể) phụ thuộc vào trọng lượng
cơ thể (W), nhiệt độ (T) và độ muối (S)
W R
Trong đó ảnh hưởng của trọng lượng cơ thể đến tốc độ hô hấp
W
Với a = 12,6, c = 69,7 và b = 0,75 cho hàu
Mỹ (C virginica) và a = 31, c = -22, b= 0,7
cho hàu Thái Bình Dương (C gigas)
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hô hấp 0,007 2,099, 20 0,0915 1,324, 20
T
R
Ảnh hưởng của độ muối đến hô hấp
20
‰
‰ 5
T
S S
(14)
Sự sinh sản của xảy ra khi trọng lượng cá thể vượt ngưỡng thích hợp và phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường
r eff
Trong đó R eff là hiệu quả sinh sản
0, 2 4,6, 23 27
eff
(16)
Giả thiết quá trình sinh sản làm tiêu hao toàn bộ các mô mềm của tuyến sinh sản
2.2 Tích hợp mô hình nhuyễn thể hai mảnh vỏ với mô hình chất lượng nước EFDC
Mô hình EFDC là mô hình mã nguồn mở dùng cho việc tính toán thủy động lực học và môi trường nước trong các sông, hồ và các khu vực cửa sông, vùng nước ven biển và đại dương Mô hình có các mô-đun mô phỏng các quá trình thủy động lực học, vận chuyển bùn cát, lan truyền các chất độc hại và chất lượng nước cho các bài toán 1 chiều, 2 chiều
và 3 chiều
Mô-đun chất lượng nước trong EFDC mô phỏng sự thay đổi của chất lượng nước với
21 biến trạng thái quan hệ giữa sự phát triển của tảo với các chất phú dưỡng (ni-tơ, phốt-pho), nồng độ ô-xi hòa tan, nhiệt độ, độ muối, hàm lượng bùn cát lơ lửng, và quá trình tạo thành bùn cát đáy
Khi tích hợp mô hình sinh học của nhuyễn thể hai mảnh vỏ vào mô hình chất lượng nước EFDC, các biến trạng thái của môi trường nước như nhiệt độ, độ muối, hàm lượng chất lơ lửng, nồng độ ô-xi hòa tan và hàm lượng chất diệp lục của tảo sẽ cung cấp các giá trị môi trường đầu vào cho mô hình sinh học của nhuyễn thể hai mảnh vỏ Mô hình sinh học của nhuyễn thể hai mảnh vỏ cũng có sự tương tác ngược lại mô hình chất lượng nước thông qua việc thay đổi nồng độ của tảo khi lọc nước và ăn vào, qua đó ảnh hưởng đến nồng độ của các chất phú dưỡng Trong quá trình phát triển, nhuyễn thể hai mảnh vỏ cũng ảnh hưởng đến hàm lượng của các chất như ni-tơ, phốt-pho và các-bon hữu
Trang 3cơ trong nước và trong bùn cát đáy thông qua
các quá trình bài tiết, chết, thải ra phân và giả
phân (Hình 1)
Cột nước
Lớp bùn cát hoạt động bề mặt Các lớp bùn cát dưới sâu
Nhuyễn thể hai mảnh vỏ
Hình 1 Trao đổi các-bon giữa nhuyễn thể
hai mảnh vỏ với cột nước và bùn cát
3 KẾT QUẢ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH
Mô hình tích hợp được kiểm định cho loài
hàu Thái Bình Dương (C gigas) sử dụng số
liệu của Kobayashi et al (1997)
Hình 2 Số liệu quá trình biến đổi
của môi trường nước
Hình 2 là quá trình biến đổi của các số liệu môi trường bao gồm nhiệt độ, độ muối và
nồng độ diệp lục
Hình 3 so sánh giữa kết quả tính toán và số liệu thực đo về trọng lượng khô trong quá trình
phát triển của hàu Từ Hình 3 cho thấy kết quả
tính toán từ mô hình khá phù hợp với số liệu
thực đo Từ hình này cũng cho thấy rằng, từ
ngày 108 đến ngày 172 do điều kiện về thức
ăn, nhiệt độ và độ muối thích hợp, hàu đã sinh
sản 5 lần, thể hiện bằng các bước giảm trọng
lượng Từ sau ngày 200 trở đi, do nhiệt độ môi
trường hạ thấp, quá trình sinh sản không xảy ra
và trọng lượng cơ thể của hàu tăng lên
Hình 3 Quá trình sinh trưởng của hàu
4 KẾT LUẬN
Bài báo đã trình bày một mô hình tích hợp giữa mô hình chất lượng nước EFDC và mô hình sinh học cho sự phát triển của loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ Mô hình được kiểm định với các số liệu thực đo Mô hình có thể ứng dụng trong việc qui hoạch lựa chọn địa điểm và môi trường thích hợp cho việc nuôi trồng hải sản hoặc nghiên cứu phát triển các quần thể nhuyễn thể cho việc làm sạch các khu vực cửa sông ven biển
5 TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Cerco, C.F and M.R Noel (2007) Can Oyster Restoration Reverse Cultural Eutrophication in Chesapeake Bay? Estuaries and Coasts Vol 30, No 2, p 331–343
[2] Kobayashi, M., E.E Hofmann, E.N Powell, J.M.Klinck, K Kusaka (1997) A population dynamics model for the Japanese oyster, Crassostrea gigas Aquaculture Vol 149, Iss 3–4, p 285-321 [3] Newell, R.I.E (1988) Ecological changes
in Chesapeake Bay: Are they the result of overharvesting the American oyster (Crassostrea virginica)? Publication 129, Chesapeake Research Consortium, Baltimore p.536–546
[4] Tổng Cục Thủy sản (2016), Nhuyễn thể hai mảnh vỏ Việt Nam: hướng tới xuất khẩu trên 6.500 tấn từ năm 2020
https://tongcucthuysan.gov.vn/en- us/Aquaculture/Aquaculture/doc-tin/005709/2016-08-11/Banner008