Hiện trạng và dự báo sự biến động một số nhóm sinh vật của hồ Ba Bể, tỉnh Bắc Cạn

Kết quả về khoa học: - Đã thu thập được các dữ liệu về thuỷ lý hoá và chất lượng nước của hồ Ba Bể thông qua các chỉ số về vật lý, hoá học, sinh học - Đã thu thập, điều tra và đánh giá đ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI h ọ c k h o a h ọ c Tự NHIÊN

9|e^e9|es|cs|e9|e4e3|:3|e3|eaỊe3Ịes|c3fe3Ịe

HIỆN TRẠNG VÀ D ự BÁO s ự BIÊN ĐỘNG MỘT s ố NHÓM

MÃ SỐ: QT - 05 - 39

ĐAI HỌC QUỐC GIA hả n ô i I TRUNG tam t h o n g tin thơ viền '

Đ T Ị 5 2 Ầ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

1 BÁO CÁO TÓM TẮT

TÊN ĐỂ TÀI; H iệ n trạ n g và d ự báo s ự biến độn g m ộ t s ố n h ó m sin h vật của hồ

B a B ể, tìn h B ắ c kạn, m ã số: Q T - 0 5 - 3 9

CÁC CÁN BỘ THAM GIA: - GS TS Mai Đình Yên

- NCS Nguyễn Thuỳ Dương

- NCS Ngô Quang Dự

- HVCH Đỗ Kim Anh

- HVCH Trương Tuấn Anh

MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN c ú u

- Điều tra các điều kiện thuỷ lý hoá và chât lượng nước của hồ Ba Bể

- Xác định hiện trạng về một sô' nhóm sinh vật của hồ Ba Bể trong thời gian gần đây

- Dự báo sự biến động của các nhóm sinh vật này cho 10, 20, 50 năm saubằng mô hình toán

CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

1 Kết quả về khoa học:

- Đã thu thập được các dữ liệu về thuỷ lý hoá và chất lượng nước của hồ Ba

Bể thông qua các chỉ số về vật lý, hoá học, sinh học

- Đã thu thập, điều tra và đánh giá được hiện trạng của một số nhóm sinh vật trong hồ Ba Bể như : Thực vật nổi, động vật nổi, sinh vật đáy, nhóm cá ãn thực vật nổi, nhóm cá ăn động vật nổi và nhóm cá ăn sinh vật đáy

- Dùng mô hình toán để dự báo sự biến động của một số nhóm sinh vật của

hồ Ba Bể như nhóm : Thực vật nổi, động vật nổi, nhóm cá ăn thực vật nổi, nhóm cá ăn động vật nổi Đề tài đã áp dụng mô hình hệ sinh thái hồ của Yu

M Svirezhev, V p Krysanova và A A Voinov để phân tích biến động của các nhóm sinh vật trên Sau đó, mô phỏng mô hình bằng phần mềm Stella II

để dự báo sự biến động của các nhóm sinh vật này của hồ trong thời gian

10, 20, 30 50 năm tới Quá trình mô phỏng được tiến hành theo 3 phương án khác nhau:

+ Mô phỏng dựa vào các số liệu điều tra thực tế

+ Mô phỏng dựa vào điều kiện và xu hướng hiện nay của hồ Ba Bể.+ Phương án phát triển tối ưu của Hệ sinh thái hồ và chu kỳ khai thác

cá hợp lý đảm bảo cho sự phát triển bền vững hồ Ba Bể

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng:

o Nhìn chung chất lượng nước hồ Ba Bể còn sạch Giá trị các yếu tố chỉ thị

ô nhiễm hầu hết đều dưới mức cho phép theo tiêu chuẩn chất lượng nước mặt Việt Nam Hồ Ba Bể hiện đang ở mức dinh dưỡng trung bình (Mesotrophic)

o Khu hệ thực vật nổi (Phytoplankton) và động vật nổi (Zooplankton) phong phú về thành phần loài, mật độ của chúng lại khá cao Thành phần khu hệ động vật đáy và khu hệ cá hồ Ba Bể cũng khá đa dạng, mang sắc thái riêng của dạng thủy vực nước ngọt miền núi Sản lượng cá khai thác

ở hồ ngày càng giảm, nhiều loài cá ngon bị mất, cá lớn giảm, cá nhỏ nhiều và có 6 loài được ghi trong sách đỏ Việt Nam

o Dự báo sự phát triển của các nhóm sinh vật trong hồ Ba Bể được tiến hành theo 3 phương án trên kết quả thu được như sau:

■ Phương án 1: hầu hết các nhóm sinh vật đều phát triển quá mạnh

so với thực tế, đặc biệt là Phytoplankton và Zooplankton

■ Phương án 2: cho kết quả hoàn toàn phù hợp với xu hướng phát triển hiện nay của các nhóm sinh vật trong hồ Ba Bể (kể cả Phytoplankton, Zooplankton, nhóm cá ăn sinh vật đáy, nhóm cá

ăn động vật nổi và nhóm cá ăn thực vật nổi)

■ Phương án 3: Đã mô phỏng thành công một phương án phát triển bền vững của hồ Ba Bê cho 100 năm sau Mô hình đã kết hợp được các mối quan hệ giữa các thành phần vô cơ, hữu cơ trong hệ sinh thái hồ Kết quả cho thấy hàm lượng Phytoplankton và Zooplankton tồn tại trong hồ ở mức độ thấp, hồ giữ được sự trong sạch lâu dài và mang lại hiệu quả kinh tế cao bằng việc kết hợp nuôi thả cá với mật độ và khai thác hợp lý

2 Kết quả phục vụ thực tế:

Xác định được hiện trạng của chất lượng nước, hiện trạng của một số nhóm sinh vật của hồ Ba Bể và dự báo sự biến động của các nhóm sinh vật này Thông qua đó đề xuất các biện pháp hợp lý để bảo vệ hồ và phát triển bền vững

3 Kết quả đào tạo: 01 Thạc sỹ (Nguyễn Thùy Dương)

01 bài báo đăng trong tạp chí chuyên ngành

TÌNH HÌNH KINH PHÍ CỦA ĐÊ TÀI

- Trương Tuấn Anh

D OBJECTIVE AND CONTENTS OF STUDY :

- Monitoring, collection of the data of conditions on physics, chemistry, hydrologic and water quality of Ba Be lake

- Determination and assessment the current State of some groups of organism

• 6 groups of organisms in Ba Be lake were selected to predict include

Phytoplanktons, group of fish which feed on Zooplanktons and group of fish which feed on Benthods

MỞ ĐẦU

Hồ là hệ sinh thái tự nhiên điển hình đồng thời là một đơn vị sản xuất cơ bản của sinh quyển [18] Bên cạnh các chức năng là cấp nước, giải trí, thủy điện và phòng

hộ thì hồ còn chứa nhiều nguồn tài nguyên phong phú, đó là một “ngân hàng gen” rất

đa dạng cần được bảo vệ

Đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái hồ là thực vật nổi (sinh vật tự dưỡng), chúng cung cấp nguồn năng lượng sơ cấp cho tất cả các sinh vật trong hồ, đồng thời làm sạch môi trường nước Tiếp theo là sự tồn tại của các nhóm sinh vật dị dưỡng, nhóm động vật ăn thực vật nổi, nhóm ăn thịt (ăn động vật) và nhóm ăn nhiều loại thức

ãn Tất cả tạo nên mạng lưới thức ăn và chu trình tuần hoàn vật chất đảm bảo sự tồn tại

và phát triển của hệ sinh thái hồ

Hồ Ba Bể là hồ nước ngọt tự nhiên nằm trên vùng núi cao phía Bắc nước ta, một danh lam thắng cảnh tuyệt đẹp, chứa đựng trong nó là nguồn động thực vật phong phú,

đa dạng và độc đáo Chính vì thế mà Hội nghị Quốc tế về Hồ nước ngọt tại Mỹ tháng 03/1995 đã đưa hồ Ba Bể là một trong 20 hồ nước ngọt tự nhiên của thế giới cần được bảo vệ và ngày 01/10/1997 theo Quyết định số 41/TTG của Thủ tướng Chính phủ đã có Quyết định công nhận Ba Bể là khu rừng cấm

Cùng với hệ thống sông suối trong vùng, hồ Ba Bể đóng vai trò quan trọng đối với sự giao lưu của người dân địa phương Hồ cũng là nơi cung cấp nguồn thủy sản quan trọng cho nhân dân địa phương và giữ vai trò to lớn trong việc điều tiết lũ sống Năng Như vậy có thể thấy hồ Ba Bể có nhiều chức năng kinh tế và môi trường quan trọng đối với các địa phương trong vùng và các vùng lân cận

Trong vài thập kỷ trở lại đây, do công tác quản lý hồ chưa hợp lý, ý thức bảo vệ tài nguyên thiên nhiên của nhân dân còn chưa đầy đủ, rừng bị khai thác bừa bãi, nên khu vực hồ Ba Bê đã xuất hiện nhiều biến đổi theo chiều hướng suy thoái Do đó, để

góp phần quản lý có hiệu quả hệ sinh thái hồ, chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Hiện

trạng và dự báo sự biến động một sô nhóm sinh vật hồ Ba Bé bằng mỏ hình toán”.

Đề tài gồm các mục đích chính sau:

* Điều tra, đánh giá tình hình chất lượng nước hồ Ba Bể,

* Điều tra hiện trạng một số nhóm sinh vật trong hồ Ba Bế

* Dự báo sự biến động của một sô' nhóm sinh vật trong hồ bằng mỏ hình toán

1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Các quần xã sinh vật sống trong hồ

Thành phần loài và sự phát triển về số lượng và sinh vật lượng của những sinh vật sống trong hồ rất biến đổi, phụ thuộc vào vị trí địa lý, nguồn gốc, đặc tính cấu tạo

và chế độ thủy văn của hồ Theo quy luật, thành phần loài tăng và số lượng cá thể của quần thể giảm theo hướng từ vĩ độ cao xuống vĩ độ thấp Ở những hồ nghèo dinh dưỡng sự phát triển về số lượng và sinh vật lượng của sinh giới kém hơn so với các hồ giàu dinh dưỡng Tuy nhiên điều này còn liên quan đến nhiều yếu tố khác, như nguồn nước cấp, sự phân tầng và xáo trộn của nước của môi trường và các tác động của con người

1.1.1 Thực vật nổi - Phytoplankton

Phytoplankton gồm nhiều đại diện của ngành tảo lục (Chìorophyta), tảo lam

(Cyanophyta), tảo vàng ánh (Chrisophyta), tảo silic (Baciỉlariophyta), tảo mắt

(Euglenophyta) trong đó, tảo lục và tảo lam thường rất đa dạng và chiếm ưu thế.

Tảo là nhóm sinh vật tự dưỡng tạo nên nguồn thức ăn sơ cấp cung cấp cho hệ sinh thái hồ Sự phát triển về số lượng và sinh vật lượng của chúng phụ thuộc vào nguồn muối dinh dưỡng, chế độ chiếu sáng, nhiệt độ nước và sự tiêu thụ của động vật “ăn cỏ” Ví dụ, ở các hồ vùng ôn đới sự phát triển của tảo silic liên quan chặt chẽ với hàm lượng sắt trong nước; khi hàm lượng sắt giảm thì số lượng tảo cũng giảm theo.Sinh vật lượng của các loài tảo trong hệ thống hồ thế giới dao động trong giới hạn từ 0,0003 đến 300g/m3 và nó phụ thuộc vào dạng sinh học của hồ nhiều hơn là vị trí địa lý của hồ

Sự biến động sô' lượng và sinh vật lượng của Phytoplakton trong hồ liên quan chặt chẽ với quá trình sinh sản, mức độ bị tiêu thụ, tỷ lệ chết tự nhiên và sự di nhập mới

1.1.2 Động vật nổi - Zooplankton

Zooplankton là nhóm động vật ãn Phytoplankton, cặn vẩn và vi khuẩn đồng thời tạo nên nguồn thức ăn động vật đầu tiên trong lưới thức ãn của hệ sinh thái hồ

Zooplankton trong hồ gồm chủ yếu là trùng roi không màu, Infuzoria, Rotatoria,

Cìadocera và Copepoda ; bên cạnh đó còn có hàng loạt các đại diện khác như trứng

và ấu trùng của giáp xác, thân mềm, cá

2

Trong các hồ kể cả ở vùng vĩ độ cao và vĩ độ thấp, hai nhóm Rotatoria và

Cladocera luôn chiếm ưu thế trong thành phần Zooplankton [18].

Zooplankton phân bố chủ yếu trong các tầng nước gần mặt, nơi có nguồn thức

ăn giàu có và chế độ chiếu sáng vừa phải

Sự phát triển của Zooplankton đạt được cực đại khi mà nguồn thức ăn là

Phytoplankton phát triển với số lượng lớn Những nhóm Protozoa, Rotatoria phát triển sớm hơn các nhóm Zooplankton khác (Cìadocera, Copepoda) và cũng sớm chấm

dứt vai trò chủ đạo của mình trong đời sống của động vật nổi, nhường cho sự phát triển của Zooplankton có kích thước lớn

1.1.3 Sinh vật đáy - Benthos

Benthos bao gồm Bacteriobenthos (vi sinh vật đáy), Phytobenthos (thực vật đáy)

Ở các hồ nhiệt đới, từ mặt nước xuống dưới sâu theo nển đáy là những cây nửa

nước nửa đất như lau, sậy (Phragmites), niếng lác (Cyperus); sâu hơn là các loài rong mái chèo (Valisneria spirơlis), rong ly (Uptrienỉaria aura, u exolata), sen

(Nelumbium speciosum), song (Nymphaea stellata) ; trên mặt nước là các loài trang (Limnathemum indicum), lục bình (jEichlorinia crassipes) \ ở đáy sâu gồm các loài Enteromorpha, Cladophora, Spirogyra

Bacteriobenthos giàu nhất trong đáy bùn với sinh khối một vài miligam trong 1 gam chất đáy, số lượng này giảm ở đáy cát và đáy đá Trong các loài nấm sống đáy

phần lớn là các loài Nematosporangium, Apodata, Fusarium \ chúng rất giàu trong các nền đáy bị nhiễm bẩn Sô' lượng các đại diện của Actinomyces nhất là

Micromonospira, Streptomyces và Nocardia đạt tới 0,1-0,2 triệu trong lml đáy bùn và

chúng có quan hệ chặt chẽ với mức độ dinh dưỡng của hồ

Sự phàn bố của Zoobenthos tùy thuộc vào cấu tạo của nền đáy và hệ thực vật Noi đáy đá và bị tác động của sóng, động vật đáy thường nghèo, gồm chủ yếu những loài có khả năng bám vào giá thể hoặc đào hang Nơi đáy mềm, động vật đáy tập trung đông và ổn định hơn

Ở vùng ven hồ nơi có sự xuất hiện của các loài rong tảo thì thường gặp ấu trùng

của các loài côn trùng nhất là ấu trùng Chironimidae (Chirononus, Peìopia), giun ít tơ

(.Limnodrileus hoffmeisteri) cũng như các loài thân mềm như ốc (Bithinidae, Viviparida), trai (Unioniaea) Nơi đáy cát, có thể gặp giun ít tơ (Oligochaeta), ấu

trùng muỗi (Bezzia, Culicoides), một số đại diện giun tròn Nơi đáy bùn, ngoài những

loài trên còn xuất hiện thêm những loài giáp xác sống đáy

1.1.4 Động vật tự bơi - Nekton

Nekton trong hồ chủ yếu là cá nước ngọt, chúng thường phân chia các vùng cư trú của mình (các ổ sinh thái) như loài sống nổi, sống đáy, sống khơi, sống ven bờ hay loài ăn nổi, loài ăn đáy, loài ăn tạp Tính đa dạng về mặt sinh thái đó đã tạo nên khả năng sử dụng nguồn thức ăn trong hồ có hiệu quả hơn của động vật Nekton

Sô' lượng các loài cá trong hồ tùy thuộc vào vị trí địa lý, nguồn gốc, lịch sử tạo thành và độ lớn của hồ

Trong hồ có thể gặp những loài động vật có xương sống khác như ba ba, rắn, rái

cá và nhiều loài chim nước Những hồ lớn còn là nơi sinh sống của thú lớn như tulen,

hà mã, cá sấu

Ở hồ Baical đã thống kê được trên 1000 loài động vật và 700 loài thực vật, trong

đó 3/4 động vật giói và gần 1/2 thực vật giới (44%) là những loài đặc hữu Do đó, Baical không chỉ là thắng cảnh mà còn là bảo tàng sống của các họ, giống và loài sinh vật cổ xưa nhất trên hành tinh này [18]

1.2 Các quần xã sinh vật trong một số hồ tự nhiên ở nước ta

1.2.1 H ồ Tây

Hồ Tây thuộc vùng đồng bằng sông Hồng, đây là một hồ tự nhiên được hình thành do sự thay đổi dòng của sông Hồng Hồ chịu ảnh hưởng khí hậu vùng đồng bằng Bắc Bộ, nhiệt độ nước biến đổi trên dưới 25°c

Thực vật thủy sinh trong hồ có 18 loài thực vật lớn mọc xung quanh hồ, có lá nổi hoặc sống trên mặt nước gồm sen, rong mái chèo, trang, bèo tấm và 102 taxon thuộc 44 chi của 5 ngành tảo: tảo Silic có 19 loài, tảo Lam 13 loài, tảo mắt 8 loài, tảo Giáp 4 loài, tảo lục 58 loài [18]

Động vật nổi đã gặp 40 loài, trong đó Rotatoria là 29 loài, Cladocera 6 loài,

Copepoda 3 loài, Chonchotraca 1 loài và 1 loài Oxtracoda.

4

Khu hệ động vật đáy trong hồ đã xác định được 3 loài Oligochaeta, 2 loài

Chironomidae, 3 loài Gastropoda, 1 loài Bivalvia và 2 loài giáp xác sống đáy.

Trong hồ có 33 loài cá thuộc 13 họ, trong đó Cyprinidae chiếm ưu thế (22 loài).

Trước đây, hồ Tây là nơi kiếm ăn và trú đông của nhiều loài chim nước như: cò trắng, cò bợ, sâm cầm, vịt trời, mòng biển Hiện nay, hầu như chúng đã biến mất và

hồ đang được sử dụng để nuôi trồng thủy sản, nghỉ ngơi ngoài trời, du lịch và thể thao dưới nước

1.2.2 H ồ Lák

Hồ Lãk nằm ở tỉnh Đăk lăk thuộc trung phần Tây Nguyên trên độ cao 440m Hồ

có nguồn gốc địa chấn do sự sụt lún của vỏ trái đất ở thung lũng hồ trước đây [6]

Theo kết quả điều tra [9], hồ Lãk có 31 loài thực vật nổi thuộc 3 ngành tảo với mật độ dao động trong khoảng 127.103-215.103 cá thể/lít Trong đó, tảo Silic chiếm ưu thế về số lượng loài, sau đó đến tảo lục Động vật nổi gồm 32 loài với mật độ dao động

từ 30.103 đến 202.103 cá thể/m \ ở đó nhóm chiếm số lượng nhiều nhất là giáp xác râu ngành

v é thực vật đáy, hồ Lăk có độ trong khá cao, nền đáy mềm, ổn định tạo điều kiện thuận lợi cho các loài thực vật đáy phát triển Đặc biệt ở một số vùng nước ven bờ, các loài rong phát triển dày đặc vói sinh khối đạt 2-4 kg/m2 và trải rộng hàng trãm rrr Trong khi đó, động vật đáy tập trung với mật độ 56-146 cá thể/m2 thuộc 11 loài khác

nhau và chiếm ưu thế là loài ốc Pila ampullaria.

Khu hệ cá hồ Lăk với gần 50 loài cá thuộc 11 họ [8], kể cả một số loài mới du nhập trong đó có nhiều loài cá kinh tế hiện đang được khai thác với sản lượng khá cao

Họ cá chép phong phú nhất với 28 loài, các họ cá khác có từ 1 đến 2 loài Sản lượng cá

ở hồ Lăk khoảng 45 tấn/năm đạt năng suất 69,2 kg/ha, giảm hơn nhiều so với 10-15 năm trước đây

1.2.3 Biển H ồ

Biển Hồ thuộc tỉnh Gia Lai, ở độ cao 800m so với mặt biển; và là một hồ tự nhiên ở cao nguyên được tạo thành do 3-4 miệng núi lửa đã tắt ở vùng núi lửa của cao nguyên

Thực vật lớn ở đày rất nghèo (chỉ có 2 loài) Thực vật nổi hiện đã thống kẽ được

122 loài 54 loài động vật nổi, 15 loài động vật đáy và 27 loài cá, trong đó có 2 loài đặc

hữu Osteochilus brachynopteroides và Cyclocheilichthys kontumensis Với mật độ

trung bình của các nhóm như sau: thực vật nổi là 150.103-226.103 tế bào/lít; động vật nổi 36-52 (x io 3 con/m3); động vật đáy 20-445 con/m2 (l-5g/m 2); và sản lượng cá khai thác hàng năm là 20 tấn [18]

Nước của hồ được sử dụng cho sinh hoạt của nhân dân địa phương, cung cấp nước tưới, nuôi trồng thủy sản và cải thiện điều kiện môi trường sống trong vùng

1.3 Vườn Quốc gia Ba Bể

1.3.1 Vị trí địa lý vồ điều kiện tự nhiên

Vườn Quốc gia Ba Bể có diện tích 7.610 ha nằm trong các xã Nam Mẫu, Khang Ninh, Cao Thượng, Quảng Khê, Cao Trĩ của huyện Ba Bể, tỉnh Bắc Kạn; phía Bắc giáp

xã Cao Thượng, phía Đông giáp xã Khang Ninh, Cao Trĩ; phía Nam giáp xã Quảng Khê; phía Tây giáp xã Nam Cường, xã Xuân Lạc (huyện Chợ Đồn, Bắc Kạn), xã Đà Vị huyện Nà Hang, tỉnh Tuyên Quang (hình 1); có toạ độ địa lý (theo UTM 1/50.000) là: 105° 36' 00" E và 22" 33' 00" N Toàn bộ khu Vườn hầu hết là núi đá vôi hiểm trở, một phần nhỏ là các thung lũng núi đất xen kẽ và hẹp, có độ cao trung bình so với mặt biển

từ 150-1.098m Về phía Tây Nam có dãy núi Phija Bjoóc có đỉnh cao từ 1.502-1.527m [8] [23]

Trung tâm Vườn là hồ Ba Bể (hình 1, ảnh 1 phụ lục 9), mặt hồ rộng gần 500ha, chiều dài 8km, chiều rộng trung bình là 500m (nơi hẹp nhất là 200m, nơi rộng nhất là 800m) nằm trên độ cao 150m Đây là hồ tự nhiên ở nội địa lớn nhất nước ta

Hồ có cấu tạo khá đặc biệt thắt ở giữa và phình ra ở hai đầu, được chia thành 3 phần nối liền nhau với tên gọi hồ I (Pé Lèng), hồ II (Pé Lù) và hồ III (Pé Lầm); quanh

hồ là những vách đá, có chỗ dựng đứng như một bức tường, có chỗ lại vòng vèo uốn lượn ăn sâu vào các thung lũng làm cho hình dáng mặt hồ rất độc đáo, hoang sơ Sông Tà Han, sông Chợ Lèn và suối Pó Lù là nguồn cung cấp nước chính cho hồ

Ba Bể Hệ thống sông suối này hợp thành hệ thủy phía Nam của Vườn Quốc gia Nước

hồ Ba Bể chảy theo hướng Nam-Bắc đổ ra sông Năng, chảy qua phần phía Bắc của Vườn Quốc gia, sau đó tiếp tục chảy theo hướng Tây gặp sồng Gâm ở phía Đông của tỉnh Tuyên Quang

Về mùa lũ, mực nước hồ có thể dao động lên xuống từ 2,5-3,Om so với mức bình thường Hồ có độ sâu trung bình từ 20-25m, nơi sâu nhất là 35m, nơi nông nhất cũng từ 5-10m Đáy hồ không bằng phảng mà có nhiều núi ngầm, hang động, đó là nơi trú ngụ lý tưởng của các loài thủy sinh

6

Theo Lê Bá Thảo (1977), hồ Ba Bể có nguồn gốc kiến tạo nằm trong vùng Caxtơ Chợ Rã-Ba Bể-Chợ Đồn-Chợ Điền thuộc miền Caxtơ của khối nâng Việt Bắc v ề mặt địa hình, Vườn Quốc gia Ba Bể là một vùng núi dốc mạnh và núi đất cao trung bình kết hợp với sông, suối, hồ Đất ở vùng này chủ yếu là Feralit đỏ vàng có mùn và Feralit đỏ sẫm trên đá vôi, ngoài ra còn có đất phù sa phân bố ở ven sông suối (như sông Năng, sông Chợ Lèn ) và dọc theo các thung lũng nằm xen kẽ giữa núi đồi [4].

Khí hậu vùng Ba Bể chịu tác động mạnh của gió mùa Đông Bắc Tốc độ gió trung bình năm khoảng 1,3 m/giây, ít chịu ảnh hưởng của gió bão Nhiệt độ trung bình năm là 22°c, tháng nóng nhất lên tới 27,5°c, tháng lạnh nhất chỉ đạt 14°c Độ ẩm trung bình nãm là 83%, vào mùa đông giảm xuống còn 79-81% Mưa được chia thành

2 mùa rõ rệt nhưng mùa mưa mang tính chất của vùng núi thấp Việt Bắc, ngắn hơn so với toàn Bắc Bộ Mùa mưa bắt đầu từ tháng 4 và kết thúc vào tháng 9, lượng mưa chiếm từ 75-78% tổng lượng mưa cả nãm Mùa khô kéo dài từ tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau, vào mùa này lượng bốc hơi nước thường gấp 2 lần lượng mưa trung bình [4]

Hồ Ba Bể là phần cuối được mở rộng của sông Chợ Lèn trước khi đổ vào sông Năng Sông Chợ Lèn có chiều dài 26,5 km, bắt nguồn từ đỉnh Pia Khân ở độ cao 675 m thuộc dãy Pia Bioc, chảy qua các xã Quảng Khê, Đồng Phúc, Nam Mẫu Diện tích toàn lưu vực của sông tính đến cửa ra của hồ vào khoảng 454 km2, trong đó có 29,8 km2 là diện tích núi đá quanh hồ Ngoài ra, hồ còn nhận nước từ 2 suối Tà Han và Pó Lù ở phía Tây Nước hồ đổ ra sông Năng qua kênh Pe Cam Hồ Ba Bê góp phần quan trọng trong việc điều tiết lũ cho sông Năng và vùng hạ lưu Mực nước trong hồ cao nhất vào tháng 8, thấp nhất vào tháng 3, biên độ mức nước trung bình vào khoảng 2,8m Chênh lệch mực nước giữa phần đầu và phần cuối hồ vào mùa khô là 1 lcm, nhưng tại đỉnh lũ giảm xuống chỉ còn 1 cm Vận tốc dòng chảy mặt vào thời điểm tháng 8/1996 từ 0,084-0,246m/giây [4] Theo Đặng Ngọc Thanh (1980) nước hồ Ba Bể luôn chảy nhẹ với vận tốc tại mặt nước là 0,5 m/giây Vào mùa lũ nước hồ dâng cao và bị ách tắc ở thác Đầu Đẳng nên gây úng ngập một số diện tích canh tác (khoảng 343ha) của các xã Thượng Giáo, Cao Trí, Khang Ninh, Nam Mẫu Cá biệt có những năm lũ lớn có thể gây úng ngập một phần thị trấn Chợ Rã

Hàng năm hồ nhận được nhiều chất hữu cơ và xác bã động thực vật từ các suối

đổ vào đó là một nguồn thức ăn tốt cho cá Với lượng phù sa tích tụ lâu ngày làm cho đáy hồ có một lớp bùn nhão và một sô' bãi bằng phảng thuận lợi cho việc dùng lưới vét đê’ khai thác cá

1.3.2 Điều kiện kinh t ế x ã hội

Vườn Quốc gia Ba Bể (kể cả vùng đệm) nằm trong địa phận của 7 xã Nam Mẫu,

^ ao Tri, Khang Ninh, Quảng Khê, Hoàng Trĩ và Đồng Phúc Theo sô liệu điểu tra tháng 11/1999 [5], trong vùng có tổng số dân là 18.463 người, mật độ trung bình là 58 người/km2 tương đương với mật độ trung bình của toàn tỉnh Số hộ gia đình là 3.179

hộ, trong đó bình quân mỗi hộ có 5,8 người

Toàn vùng có 5 dân tộc anh em chung sống, trong đó dân tộc Tày chiếm một tỷ

lệ khá lớn (57,7%), dân tộc Dao chiếm 21,2%, dân tộc Mông là 12,6%, người Nùng chiếm 7,1% và người Kinh chỉ chiếm 1,3% Tuy có nhiều dân tộc khác nhau nhưng dân cư ở đây có tính cộng đồng cao Các dân tộc sông đoàn kết song vẫn gìn giữ được bản sắc riêng của dân tộc mình

Các thôn bản có đa phần là người Tày thường sinh sống tập trung tại các vùng thấp, thuận lợi cho việc canh tác nông nghiệp Một sô' bản có vị trí thuận lợi, người dân còn tham gia vào việc kinh doanh dịch vụ du lịch như đưa đón khách chính vì vậy cuộc sống của dân cư trong những thôn bản này tương đối ổn định Các thôn bản thuần nhất dân tộc Mông hay Dao thường sinh sống trên các sườn núi cao hay các thung lũng, gặp khó khăn cho việc canh tác Nhiều bản làng vẫn giữ thói quen sông du canh

du cư nên hiện tượng chặt phá rừng làm nương rẫy vẫn xảy ra

Sống trên địa bàn miền núi, kinh tế của người dân chủ yếu dựa vào nông nghiệp, đất canh tác lại thiếu do đó tình trạng chung của cư dân ở đây là thu nhập thấp và họ ít

có cơ hội để cải thiện về khả năng kinh tế Theo tiêu chí phân loại của Chương trình Quốc gia xóa đói, giảm nghèo đối với vùng rừng núi thì các xã trong vùng đều thuộc diện xã nghèo, 4 xã (Nam Mẫu, Quảng Khê, Đồng Phúc và Hoàng Trĩ) có số hộ nghèo chiếm tới trên 70% tổng số hộ; và tổng số hộ nghèo của cả 7 xã trong Vườn chiếm tới 69,13% [5]

qua xử lý) để sinh hoạt Nhân dân chủ yếu sử dụng nước sông, suối, chỉ một số rất ít sử dụng nước giếng khơi Việc lấy nước từ sông suối về chủ yếu bằng máng tre hoặc gánh Nước được lấy từ nguồn tự nhiên đối với một số hộ gia đình cũng gặp nhiều khó khăn do phải vận chuyển với một đoạn đường tương đối xa (có hộ phải lấy nước từ nguồn cách xa đến lkm đường dốc) Phần lớn các hộ gia đình ờ đây không có hô' xí (59 8%) hoặc chỉ là hố xí tạm (37%); số hộ có hố xí hai ngãn rất ít (3%) và loại hố xí

8

này chỉ có ở hai xã Cao Tíĩ và Khang Ninh Bên cạnh đó, một số yếu tố còn gây ảnh hưởng xấu đến vệ sinh môi trường là chuồng chăn nuôi gia súc gần với nhà ở, việc thu gom rác thải và hệ thống thoát nước thải tại các gia đình hầu như không có, nhận thức của người dân về vệ sinh môi trường cũng còn nhiều hạn chế.

Phương tiện giao thông chủ yếu trong khu vực là đi ngựa, đi thuyền và đi bộ Mặt bằng dân cư tương đối thấp, đời sống ngưòi dân còn gặp nhiều khó khăn

1.4 Mô hình toán trong nghiên cứu hệ sinh thái

Theo cấu trúc, toán sinh thái là một môn khoa học như khoa học toán lý mà đối tượng nghiên cứu chủ yếu của nó là các hệ sinh thái và phương pháp nghiên cứu là toán học (các mô hình được biểu diễn bằng ngôn ngữ toán học)

Ngành toán sinh thái đã được khẳng định bởi một loạt các công trình nghiên cứu của nhà toán học hiện đại lỗi lạc V Volterra và các nhà toán học đương thời như A Lotka, V A Koxtisun đặt nền tảng “Sự bùng nổ” các công trình nghiên cứu mô hình toán trong sinh thái học đó là vào những năm 70 của thế kỷ XX Từ các mô hình toán học đã giúp cho các nhà sinh thái học thực nghiệm tìm ra những khái niệm, quy luật mới tồn tại trong các quần xã và xây dựng nên những lý thuyết mới trong sinh thái học Nhiều mô hình toán đã chứng minh cụ thể những đặc trưng cơ bản của quần xã, hệ sinh thái

Toán học đã thực sự trở thành phương pháp chặt chẽ nhất trong giải quyết các vấn đề sinh thái Đầu tiên là sinh thái học cá thể với mô hình quan hệ “Thời gian và tốc

độ phát triển cá thể”; tiếp đến là sinh thái học quần thể với hàng loạt các mô hình như

“Mô hình cạnh tranh giữa hai quần thể”, “Mô hình vật ãn thịt và con mồi”, “Mô hình vật ký sinh - vật chủ” [14]

Mô hình toán trong sinh thái học có thể được chia thành hai loại đó là các mô hình giải tích và các mô hình mô phỏng Trong mô hình giải tích, người ta sử dụng phương pháp hình thức toán học để mô tả đối tượng sinh thái và sau đấy sử dụng các

kỹ thuật giải tích toán học để rút ra kết luận đặc thù tính chất chung của chúng Đối với các mô hình mô phỏng thì máy tính điện tử là công cụ nghiên cứu cơ bản và cần thiết

Mô phỏng (simulation) có nghĩa là rập khuôn trên mô hình với sự thay đổi các phần tử và các mối quan hệ của hệ thống mà mô hình đang diễn tả theo một trật tự nhất định, từ đó mà được nghiệm gần đúng thay cho nghiệm giải tích của mô hình này [32]

Thực chất phương pháp mô phỏng là tiến hành giải phương trình bằng cách tích phân

số học

Tuy nhiên, rất khó phân biệt một cách chính xác giữa hai loại mô hình này vì trong các mô hình giải tích người ta cũng thường sử dụng phương pháp thực nghiệm bằng số, trong khi đó với các mô hình mô phỏng lại không thể thiếu được các ước lượng giải tích sơ bộ [20]

Trên thế giới, từ những năm 1925, Streeter và Phelps đã thiết lập mô hình đánh giá hàm lượng DO và BOD trong sông Ohio (Mỹ) và mô hình QUAL I được phát triển đối với dòng chảy trong kênh sông ổn định một chiều Đến năm 1960, công cụ máy tính ra đòi cho phép tính toán và xử lý các vấn đề mà trước đây không thể giải quyết được, hàng loạt các mô hình nền tảng nhằm phát triển mô hình phi tuyến được ra đòi Như mô hình của Thomann và Sobal - 1964, Ravell - 1967 đã tập trung đánh giá những tác động của nguồn điểm tới chất lượng nước; các mô hình đã bước đầu đề cập đến hiệu quả kinh tế trong việc kiểm soát chất lượng nước [22]

Trong giai đoạn 1970-1977, vai trò khả năng tự làm sạch của nguồn nước (khả năng chuyển hóa chất bẩn của động thực vật) đã được các nhà mô hình tập trung nghiên cứu, mở ra một trang mới cho lịch sử phát triển mô hình sinh thái Trong đó, vấn đề phú dưỡng được quan tâm nhiều hơn cả và chiếm vị trí quan trọng trong việc đánh giá và dự báo chất lượng nước, điển hình là các mô hình của Chen (1970), Chen

và Orlob (1975), Ditoro (1971), Canale (1976) Từ năm 1977 trở lại đây, đặc biệt ở thập niên 80, các nhà mô hình tập trung nghiên cứu các vấn đề chuyển hóa các chất độc hại trong nước Các mô hình này đã bao quát được các quá trình sinh, hóa, lý liên quan đến chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái

Cho đến nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu về mô hình hệ sinh thái hồ Đó

là nghiên cứu của Riley; mô hình thủy động học của Steele; mô hình các mối quan hệ

0 giữa thực vật thủy sinh, cá, cặn bã, nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD), chất dinh dưỡng và ôxy của Chen; mô hình của Williams sử dụng dữ liệu từ những nghiên cứu cổ điển của Lindeman; mô hình hệ sinh thái thủy vực của Christine A Shoemaker [32]; mô hình của Sven Erik Jorgensen [27], và đặc biệt là mô hình CLEAN [31] Mô hình CLEAN được coi là một mô hình tổng quát về hệ sinh thái hồ, nó đã đề cập đến tất cả các đối tượng và các quá trình trọng tâm của hệ sinh thái hồ như: thực vật vĩ mô, thực vật nổi,

10

động vật nổi, động vật đáy, cá, quan hệ dinh dưỡng, quá trình phân hủy, mô hình cân bằng nước hồ và quá trình chu chuyển vật chất trong hồ.

Chương trình tính toán các mô hình này được thiết lập dưới dạng phần mềm như

mô hình QUAL 2E thiết lập năm 1987 bởi Brown và Bamvvell trong đó các quá trình phú dưỡng của hồ và hồ chứa được chương trình hóa tính toán trong phần mềm QUAL2E, hay mô hình động lực học của sông, suối, hồ và hồ chứa WQRRSQ do Smith thiết lập nãm 1986 Các phần mềm máy tính sẽ được các nhà mô hình lựa chọn tùy theo yêu cầu của họ Phần mềm đó có thể là các ngôn ngữ lập trình như ngôn ngữ

c, Basic, Fortran, Pascal cho phép các nhà mõ hình hoàn toàn điểu khiển về cấu trúc của mô hình cũng như toàn bộ các chi tiết cụ thể vé nó Một phần mềm khác cũng được sử dụng nhiều trong mô hình hóa đó là các chương trình đồ thị như STELLA, SimuLink, ModelMaker, mà người sử dụng chỉ việc lựa chọn các biểu tượng có sẵn trong “menu” để thiết lập mô hình với các số liệu cụ thể [29]

Ở Việt Nam đã có một sô' tác giả quan tâm tới việc áp dụng toán học trong nghiên cứu hệ sinh thái và bước đầu đã đưa ra một số mô hình trong các công trình nghiên cứu của mình Như trong nghiên cứu về xói mòn đất, đáng chú ý là công trình của Lê Quang Đáng (1976), Chu Đinh Hoàn (1977), Lê Thạc Cán, Nguyễn Quang Mỹ (1978), Đỗ Hưng Thành (1981-1982) Phương pháp mô hình hóa đánh giá tác động môi trường như Đào Thế Tuấn với “Mô hình ruộng lúa có năng suất cao”, Chu Đức với

“Mô hình dự tính xói mòn”, Mai Đình Yên với “Mô hình hệ sinh thái nông nghiệp”,

Vũ Công Hậu với “Mô hình dự tính nãng suất chè”, Trần Vãn Côn với “Mô hình sinh trưởng gỗ" [15]

Bên cạnh đó, các mô hình đánh giá chất lượng nước đã bắt đầu được quan tâm vào những năm cuối của thập niên 90 trong thế kỷ trước Trong đó phải kể đên, Phạm Toàn Thắng (1990) đã ứng dụng mô hình BOD-DO (QUAL I) để tính phân bô BOD,

• DO trong sông Tô Lịch và sông Cầu; Trần Đức Hạ (1991) đã nghiên cứu mô hình quá

trình tự làm sạch trong các chuỗi hồ đô thị; Đỗ Hoài Dương trong đề tài nghiên cứu khoa học thuộc chương trình KT-02 đã có nghiên cứu bước đầu về mô hình BOD và

DO trong sông Năm 1999, TS Nguyễn Hữu Nhân và GS TS Nguyễn Tất Đắc đã hiệu chỉnh và ứng dụng các mô hình WATER QUALITY và HYDROGIS đê tính toán dự báo ô nhiễm nước sông Thị Vải Đặng Xuân Hiển (2000) đã nghiên cứu phân tích, mô phỏng sinh thái-chất lượng nước phục vụ việc sử dụng hợp lý nguồn nước sông [12]

Và mói đây, năm 2004 Nguyễn Dương Tùng đã sử dụng mô hình DELFT 3D để mô phỏng chất lượng nước và đánh giá khả năng chịu tải của hồ Tây dưới tác động của quá trình thủy nhiột động lực và các quá trình lý sinh hóa học liên quan đến trao đổi chất và biến đổi chất lượng nước hồ Tây [21].

Tuy nhiên, các mô hình về chất lượng nước trong sông và hồ vẫn còn đang mới

mẻ đối với nước ta Hầu hết các mô hình đều ở dạng đơn giản, chưa bao quát được các quá trình sinh thái diễn ra trong nguồn nước Cho đến nay vẫn chưa có chương trình nào được hoàn thiện và phù hợp để tính toán và dự báo ô nhiễm trong các sông hồ

12

2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu

Đề tài tiến hành điều tra hiện trạng chất lượng nước hồ Ba Bể, hiện trạng về đa dạng sinh học của hồ, sau đó chúng tôi sử dụng mô hình toán để dự báo sự biến động của một số nhóm sinh vật trong hồ như: động vật nổi (Zooplankton), thực vật nổi (Phytoplankton), sinh vật đáy (Benthos), nhóm cá ăn Phytoplankton, nhóm cá ãn Zooplankton và nhóm cá ăn Benthos Tuy nhiên, đây là một hệ sinh thái tự nhiên điển hình nên chúng ta không thể bỏ qua mối quan hệ của các nhóm sinh vật sống trong hồ vói các nhân tố vô sinh (nhiệt độ, ánh sáng, oxy, nitơ, phospho ); chính các mối quan

hệ đó đã tạo nên chu trình vật chất và chuyển hóa năng lượng trong hồ, đảm bảo tính chất của một hệ sinh thái là hệ động lực hở và tự điều chỉnh

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp k ế thừa

Đây là phương pháp thống kê, thu thập các thông tin, sô' liệu từ các tài liệu, bài báo, báo cáo khoa học có liên quan đến đa dạng sinh học, ứng dụng mõ hình toán trong nghiên cứu sinh thái học và hệ sinh thái hồ Ba Bể của các nhà khoa học trong và ngoài nước từ trước tới nay

2.2.2 Phương pháp thông kê, phàn tích, tổng hợp và đánh giá

Các thông tin thu được, chúng tôi tiến hành phân loại, phân tích, tổng hợp và đánh giá để sắp xếp lại các dữ liệu đó rồi áp dụng vào các phần có liên quan như tổng quan, lập mô hình mô phỏng

2.2.3 Phương pháp phán tích tương quan và hồi quy

Sử dụng chương trình "Tools-Data Analysis-Regression" trong phần mềm Excel [16] cùng vói các số liệu điều tra thực tế để thấy được xu hướng phát triển của một sỏ nhóm sinh vật trong những năm gần đây

Có nhiều phần mềm mô phỏng đã được thiết lập, chỉ tính riêng phần mềm chuyên dụng cho hệ sinh thái đại dương, sông, hồ cũng có thể kể đến BLTM, DOTABLES, HSPEXP, SWPROD; DYRESM-WQ (phần mềm về lượng chất dinh dưỡng xâm nhập vào hồ) [36] Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phần mềm STELLA làm công cụ mô phỏng

STELLA 3.0 là công trình hợp tác của một nhóm 7 nhà khoa học người Hà Lan: John Gass, Jeffrey Pease, Marcia Newcomb, Karim Chichakly, Chuck Officer, Kathy Richmond, Barry Richmond Đây là một phần mềm mô hình hóa được thiết lập với các đôi tượng và quan hệ được biểu diễn bằng hình ảnh nên rất dễ hiểu Đồng thời, với cách thể hiện súc tích STELLA cũng rất dễ sử dụng

Mặc dù chương trình hiển thị có vẻ khá đơn giản, thực chất STELLA có cấu trúc khá phức tạp đảm bảo cho phạm vi ứng dụng và thực thi cao Nó có thê đáp ứng từ những yêu cầu mô phỏng đơn giản nhất (một phản ứng hóa học) đến những đòi hỏi

9 khắt khe của một chuyên gia mô hình hóa STELLA cũng cho phép mở rộng mô hình khi cần thiết, đây là một tính năng rất quan trọng trong việc mô phòng Với những ưu điểm đó, STELLA đã được ứng dụng trong nhiều nghiên cứu khoa học

2.2.6 Mô hình hệ sinh thái hồ

Mô hình hệ sinh thái hồ thể hiện cái nhìn khái quát về hệ sinh thái rất đặc trưng này, qua đó, cho phép đánh giá cũng như dự báo về biên động chất lượng nước và tìm phương pháp quản lý tối ưu Đâv cũng là mục đích cơ bản của việc mô hình hóa

14

Đê tai sư dụng mô hìoh hệ sinh thái của Yu M Svirezhev, V p Krysanova và A* A Voinov [35] Mô hình hệ sinh thái đã đề cập đến các thành phần chính như trong hình 2.

Hình 2 Sơ đồ mô phỏng chu trình vật chất trong hồ

Mô hình gồm các biến chủ yếu sau đây: thực vật nổi (F), động vật nổi (Z), sinh vật đáy (B), nhóm cá ăn sinh vật đáy (C), nhóm cá ăn động vật nổi (MH), nhóm cá ăn thực vật nổi (S), và các yếu tố như phôtpho vô cơ hòa tan (P), nitơ hữu cơ hòa tan (N), oxy hòa tan (O), cỏ (A), mảnh vụn hữu cơ kết hợp với vi khuẩn (D) được giữ ở mức tương đối ổn định Ngoài ra mô hình còn có hơn 80 thông số khác (phụ lục 8)

Sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các pha của các biến được mô tả theo sơ đổ chu trình vật chất trong hình 2 Nó được thừa nhận như một sơ đồ phản ánh hoàn toàn các quá trình biến đổi vật chất trong hồ Từ đó, oxy hòa tan (DO) có sự điều khiển, điều

0 hòa dựa vào các quá trình hóa học và sinh thái học khác nhau, nó được điều chỉnh như một biến đặc biệt

Tất cả các biến sô được điều chỉnh bởi nồng độ và đơn vị đo lường là mg/1.Ngoài các hàm sô bắt buộc trong mô hình là các yếu tô khí hậu - nhiệt độ nước

và tổng sô bức xạ mặt trời - còn có các yếu tô điều khiển, như nguồn dinh dưỡng N, p

và ôxy trong nước (DO)

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Hiện trạng chất lượng nước hồ Ba Bể

Nhìn chung, môi trường nước lưu vực hồ Ba Bể có chất lượng tốt, hầu hết các chi tiêu chất lượng nước đều đạt tiêu chuẩn giới hạn cho phép đối với nguồn nước mặt loại A trong tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5942-1995, phụ lục 4) [3]

3.1.1 Nhiệt độ nước

Nhiột độ nước tầng mặt thay đổi không đáng kể Tuy nhiên, nhiệt độ nước biến đổi theo độ sâu của hồ là khá lớn, thể hiện tính phân tầng rõ rệt (hình 3) Đặc tính này một mặt biểu thị chất lượng môi trường nước, mặt khác có những ảnh hưởng nhất định đến sự phân bố các nhóm thủy sinh vật

Đ ộ sâu

Hình 3 Nhiệt độ phân tầng theo chiều thẳng đứng tại hồ Ba Bê’

trong mùa mưa (tháng 08/2000)

(Nguồn: H ồ Tlianh Hái và cs., 2003) [10]

Trong mùa mưa, nhiệt độ nước tầng mặt dao động từ 30,2°c đến 34,4 ’C; nhiệt

độ tầng đáy thấp, khoảng 18-20l’C, không cao hơn nhiều so với nhiệt độ nước tầng đáy trong mùa khô (17°C) Từ đó cho thấy nhiệt độ nước tầng đáy của hồ Ba Bể là tương đối ổn định

3.1.2 Độ trong

Nước hồ Ba Bê rất trong, độ trong trung bình là 109cm Vào mùa lũ, phù sa của sông Chợ Lèn ảnh hưởng khá sâu sắc tới độ trong của hồ, bên cạnh đó còn có sự góp phần của suối Pó Lù Do ảnh hưởng này nên độ trong của hồ I thấp hơn so với 2 phần còn lại của hồ và chỉ đạt khoảng 84cm, độ trong trung bình của hồ I và hồ II là 123 cm

3.1.3 Độ pH

Nước hồ có pH trung tính, giá trị trung bình là 7,26 Cũng như độ trong, pH nươc hô bị anh hưởng của sông Chợ Lèn và suối Bó Lù, song không sâu sắc Hai nguồn nước này có độ pH thấp hơn (pH = 6,2 và 6,8) đã làm pH ở phần đầu của hồ I hơi giảm

đi (pH = 6,9) pH thay đổi không đáng kể theo độ sâu của hồ, chênh lệch giữa tầng mặt

và tầng đáy chỉ là 0,13

3.1.4 Ôxy hòa tan (DO)

Oxy hòa tan (DO) là chỉ tiêu cơ bản, giữ vai trò quan trọng trong hệ sinh thái

hồ Nồng độ DO phụ thuộc vào rất nhiều yếu tô như quá trình khuếch tán ôxy qua bề mặt, quá trình hô hấp, quang hợp của thực vật; quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật

Hàm lượng ôxy hòa tan tại tầng mặt trong nước hồ Ba Bể tương đối cao Giá trị trung bình là 8,6 mg/1 đảm bảo tiêu chuẩn cho phép đối với chất lượng nguồn nước mặt loại A (TCVN 5942-1995) [3] Cũng giống như nhiệt độ nước, ôxy hòa tan trong nước

hồ Ba Bể mang tính phân tầng rất rõ rệt, hàm lượng ôxy hòa tan cao ở tầng mạt và thấp dần ở tầng nước sâu hơn (hình 4)

Trên tầng mặt, lượng ôxy hòa tan trung bình vào mùa khô là 9,33 mg/1, trung bình tầng đáy là 2,13 mg/1 và trung bình tầng giữa là 4,76 mg/1 Trong khi đó vào mùa mưa là 7,41 mg/1 đối với tầng mặt, tầng giữa là 4,34 mg/1 và tầng đáy là 2,62 mg/1 Chênh lệch ôxy hòa tan trong nước hồ Ba Bể giữa tầng mặt và tầng đáy vào mùa khô là 7,20 mg/1 và mùa mưa là 4,79 mg/1

Hình 4 Ôxy phân tầng theo chiều thảng đứng tại hồ Ba Bế (tháng 11/1999)

(Nguồn: Hổ Thanh Hải và cs., 2003) [101

OẠI h'OC Q'_"" r 'ỊIA u i ' '

Hàm lượng amon (NH4+) trong hồ Ba Bể thấp (trung bình khoảng 0,04 mg/1) nhưng lượng nitrat (NO? ) lại khá cao (khoảng 1,115 mg/1) Tại tất cả các độ sâu của hồ đều thấy hàm lượng amon nhỏ hơn nitrit và nhỏ hơn nhiều so với nitrat Hiện tượng này chứng tỏ quá trình chuyển hóa từ NH4+ thành NO,' chiếm ưu thế và nitrat được đưa vào

Hàm lượng sắt trung bình trong nước hồ đạt 0,31 mg/1 sắt tập trung nhiều nhất

ở vùng đáy sâu thuộc hồ II và III (trung bình là 0,47 mg/1) Hàm lượng ion Fe2+ và Fe3+

là tương đương nhau ở tầng nước mặt, nhưng tại vùng đáy sâu hàm lượng Fe2+ lớn hơn nhiều Fe3+; hiện tượng này có liên quan tới sự giải phóng sắt từ trầm tích đáy Nguyễn Văn Hảo (1975) đã sử dụng hiện tượng này để giải thích sự ô nhiễm tự nhiên vào mùa đông ở hồ Ba Bể (khi nước hồ đổi màu từ trong xanh sang đục đỏ, có khi nổi thành lớp váng trên mặt làm cho cá ngột ngạt và chết)

3.2 Đa dạng sinh học trong vùng hồ Ba Bể

3.2.1 Đa dạng vé thành phần loài

* Khu hê thưc vât

Theo Hill [25] và các tác giả khác, thì con số thống kê có thế lên tới 603 loài thực vật bậc cao có mạch thuộc 137 họ Trong đó có 10 loài có trong sách đỏ của Việt Nam [1] Cho đến nay, theo báo cáo điều tra tại Hội nghị Khoa học tại Vườn Quốc gia

18

Ba Bể tháng 8/2002, đã bước đầu thống kê được 620 loài, thuộc 300 chi và 138 họ

(bang 1) Các loài chiếm ưu thê ở vùng núi đá vôi chủ yếu là Nghiến Burretiodendron

hsienmu, Mạy Tèo Streblus tonkinensis Loài cây đặc hữu ở Vườn là Trúc dây Sinocalamus mucclure hay Ampelocalamus sp., thường mọc trên các sườn đồi dốc

chạy theo bờ hồ

Bảng 1 Thành phần loài thực vật Vườn quốc gia Ba Bể

(Nguồn: Uỷ ban Nhân dân tỉnh Bắc Kạn, 9/2001) 123]

Thảm rừng ở Vườn Quốc gia Ba Bể có thể chia thành hai kiểu chính: kiểu rừng trên núi đá vôi và rừng thường xanh trên địa hình đất thấp Rừng trên núi đá vôi phân

bổ ở các sườn núi đá vôi dốc với lớp đất mỏng, độ che phủ chiếm tỷ lệ lớn so với diện tích Vườn Rừng thường xanh trên địa hình đất thấp phân bô trên các sườn đồi thấp và

có lớp đất phủ dày hơn Sự đa dạng về thành phần loài của khu hệ thực vật gặp trên nền đất thấp cao hơn nhiều so với rừng trên núi đá vôi [25]

Thảm thực vật rừng của Vườn Quốc gia giữ vai trò phòng hộ đầu nguồn cho hồ

Ba Bể Mất rừng, hồ sẽ mất khả năng dự trữ nước vào mùa lũ do lòng hồ nông dần bới

sự lắng đọng và sẽ gây nên nạn lũ lụt hàng năm, gây hậu quả nghiêm trọng đe dọa các

» cộng đồng dân cư sinh sống ở vùng hạ lưu sông Nãng

* Khu hê dông vât

Theo các báo cáo tại Hội thảo khoa học tháng 8/2002, tại Vườn quốc gia Ba Bế

đã bước đầu thống kê được từ 4 nhóm động vật (bảng 2) có 412 loài thuộc 86 họ và 28 bô; trong đó có 55 loài được ghi trong Sách đỏ Việt Nam [22], đặc biệt nhóm thú có đến 22 loài (chiếm 41,5%)

Bảng 2. Thành phần loài động vật Vườn Quốc gia Ba Bể

(Nguồn: Uỷ ban Nhân dân tỉnh Bắc Kạn, 9/2001) [23]

Tại Vườn Quốc gia Ba Bể khu hệ thú có ý nghĩa đặc biệt quan trọng với sự có

mặt của loài Voọc đen má trắng (Semnopithecus ỷrancoisi ỷrancoisi) và Cầy vằn bắc

{Hemigalus owstoni) Loài Voọc này đã được phát hiện vào năm 1995 tại bờ hồ 2 và

mới đây (năm 2001) đã tìm thấy lại ở dãy núi đá gần trạm Đầu Đẳng Rất ít khả năng

loài Voọc mũi hếch (Rhinopithecus avunculus) vẫn còn lại ở vùng lõi của Vườn Ngoài

(Salamandridae/Paramesotnton deloustali) phân bô ở khu vực phía Nam của Vườn.

Khu hệ động vật Vườn Quốc gia Ba Bể hiện chưa được biết đến một cách đầy

đủ do việc điều tra nghiên cứu còn hạn chế Riêng khu hệ bướm, qua các đợt khảo sát trong hai nãm (1997 và 1998), tại đây đã cho ghi nhận 332 loài, trong đó có 20 loài mới được tìm thấy lần đầu cho khu hệ bướm Việt Nam [30]

Vườn Quốc gia Ba Bể là một trong các khu bảo vệ có ý nghĩa về bảo tồn sự đa dang các sinh cảnh vùng đất ngập nước, hồ nội địa lớn nhất trong cả nước Điêu này có liên quan đến sự đa dạng của các loài cá nước ngọt sinh sống trong hô Ba Bê, hiện đã

• thống kê được 87 loài, chiếm khoảng 1/3 khu hệ cá nước ngọt ở miền Bắc Việt Nam, trong đó có 11 loài quý hiếm được ghi trong Sách đỏ Việt Nam [24]

3.2.2 Đa dạng các sinh cảnh thủy vực

Hồ Ba Bể và phụ cận có các thủy vực đặc trưng: suối (suối Chợ Lèn, Tà Han, Pắc Ngòi Pó Lù), sông Năng và hồ Ba Bể Mỗi loại hình thúy vực có điều kiện tự nhiên khác nhau như chê độ thủy vãn, nên đáy Do đó, môi loại hình thuy vực hình thành cấu trúc hệ thủy sinh vật đặc trưng của mình

20

Trong hồ Ba Bể, có thể phân biệt các sinh cảnh khác nhau: sinh cảnh cửa suối

vào hồ, sinh cảnh đuôi hồ trước khi vào sông Năng, sinh cảnh vùng nước ven bờ, sinh

canh vùng nước tầng mặt (bao gồm sinh cảnh vùng nước giữa hồ) và sinh cảnh vùng nước tầng đáy Mỗi sinh cảnh đều có những đặc trưng riêng về điều kiện tự nhiên, chất lượng nước và hệ thủy sinh vật [10]

Sinh cảnh cửa suôi vào hồ được đặc trưng bởi nhóm ấu trùng côn trùng, giáp xác

như cua suối họ Potamidae, các loài thân mềm.

Sinh cảnh đuôi hồ trước khi vào sông Năng có nền đáy mềm (đáy bùn, bùn-cát) Khu vực này hệ rong tảo rất phát triển thành thảm rông hàng trãm m2 Ở đây, nhóm

động vật đáy phong phú cả về thành phần và sô' lượng như tôm càng họ Palaemonidae, trai Sinanodonta, ốc vặn họ Viviparidae.

3.3 Hiện trạng một số nhóm sinh vật được nghiên cứu trong hồ Ba Bể

23 loài (phụ lục 1) Tỷ lệ thành phần loài của các ngành tảo được trình bày trên hình 5

Mật độ thực vật nổi tầng 0-5m trong mùa mưa dao động từ 3.400 đến 76.800 tế bao/lit Nhìn chung mật độ thực vật nổi trong mùa mưa thấp hơn so với trong mùa khô (từ trên 4.000 đến trên 161.000 tế bào/lít) Thành phẩn tảo sông Nãng, tảo Silic chiếm

ưu thế về mặt số lượng Mật độ thực vật nổi tại các cửa suối vào hồ và sông Năng thấp hơn so với hồ, dao động từ trên 15.000 đến trên 26.000 tế bào/lít Xét về mật độ, nhìn

chung tảo lam (các loài thuộc chi Oscillatoria, Lyngbyà) chiếm ưu thế về số lượng, đặc

biệt là ở khối nước tầng mặt Tuy nhiên ở tầng nước sâu hơn tại khu vực giữa và cuối

hồ, loài tảo vàng Dinobryon divergen lại chiếm ưu thế Số lượng cá thể phân bố không

đồng đều trong toàn hồ mà có sự thay đổi theo độ sâu và chiều dọc hồ [10] (hình 5 và hình 6). _

Vi trí thu mẫu

(Nguồn: Hồ Thanh Hải và cs., 2003) [10]

Hình 7 Phân bô sô lượng sinh vật nổi hồ Ba Bé theo chiều thảng đứng (8/2000)

(Nguồn: Hổ Thanh Hải và cs., 2003) í 10]

Từ đó ta thấy, mật độ thực vật nổi vùng đầu hồ thấp nhất, sau đó có xu hướng tăng lên và đạt cao nhất tại vùng giữa hồ, rồi lại có hướng giảm dần về cuối hồ Do ánh sáng mặt trời là năng lượng cần thiết ban đầu cho sự quang hợp nên ở tầng nước mặt mật độ thực vật nôi là cao nhất, và giảm dần theo độ sâu (theo sự tắt dần của ánh sáng trong nước).

Thành phẩn loài và mật độ thực vật nổi ở hồ Ba Bể vừa có đặc điểm của quần xã thực vật nổi sống trong thủy vực nghèo dinh dưỡng vừa mang tính chất của quần xã thực vật nổi có ở thủy vực giàu dinh dưỡng Ở đây có hiện tượng chiếm ưu thế của một

số taxon như pandorina morum, Eudorina unicocca, Pediastrum simpìex var

duodenarium, Lyngbya circumcreta là những loài phổ biến trong thủy vực giàu dinh

dưỡng; và sự biến mất của Batrachospermum moniỉiýorme Roth là một loài tảo đặc

trưng cho thủy vực nghèo dinh dưỡng

3.3.2 Động vật nổi (Zooplankton)

Theo Hồ Thanh Hải và cs [10], mức độ đa dạng về thành phần loài động vật nổi trong hồ Ba Bể là không lớn (35 loài) nhưng mức độ đa dạng giống lại khá cao (28 giống) (bảng 3)

Bảng 3 Tỷ lệ số lượng các taxon động vật nổi đã xác định được trong hồ Ba Bê

với tổng số đã xác định ở vùng phân bô' tự nhiên Đông Bắc

(Nguồn: Hồ Thanh Hái&Lê Hùng Anh, 2003) /2]

Trong thành phần loài, chủ yếu là các loài nhiệt đới, nhóm giáp xác râu ngành

có sô' loài phong phú nhất chiếm 48,57%, nhóm Copepoda-Calanoida chiếm 43%, nhóm Copepoda-Cyclopoida chiêm 20% và 17% là nhóm Rotatoria Danh lục thành

phần loài động vật nổi khu vực hồ Ba Bê’ được trình bày ở phụ lục 2 So với số lương các taxon động vật nổi đã được xác định trong vùng Đông Băc thì sô lượng taxon của

nhom giáp xác chân chèo Copepoda trong hồ Ba Bể khá phong phú: Caìanioida có 4/4 giống và 4/4 loài; Cycỉopoida có 6/7 giống và 8/9 loài.

Mật độ động vật nổi hồ Ba Bể trong mùa khô dao động từ trên 6.000 đến trên 43.000 con/m3; và trong mùa mưa chúng có sự dao động từ 9.388 đến trên 54.000 con/m [10] Theo chu kỳ dinh dưỡng tự nhiên thì thực vật nổi luôn phát triển trước động vật nổi Trong kiểu hồ mở như hồ Ba Bể ngoài trường hợp tuân theo quy luật trên còn có thêm đặc trưng phát triển lệch pha theo chiều dọc hồ giữa thực vât nổi và động vật nôi (hình 6) Động vật nổi bên cạnh tính hướng quang (tập trung nhiều ở nơi có ánh sáng) thì ở những vùng có nhiều thực vật nổi mật độ của chúng cũng tăng đáng kể (hình 7)

3.3.3 Động vật đáy (Benthos)

Thành phần khu hệ động vật đáy hồ Ba Bể phong phú, đa dạng, mang sắc thái

riêng của vực nước ngọt miền núi là rất giàu Moỉlusca và Crustacea Trong hồ đã xác định được 47 loài (phụ lục 3) trong đó Insecta có 23 loài, Molìusca có 10 loài,

Crustacea có 8 loài và Oỉigochaeta có 6 loài [13].

Động vật đáy trong hồ có sự phân bố không đồng đều do tính chất cấu tạo không đều của đáy hồ và độ sâu chênh lệch lớn giữa các vùng Mật độ phân bố của chúng tập trung phần lớn ở các vùng nước nông ven bờ có điều kiện tự nhiên và môi trường tương đối thuận lợi như vùng bãi cấy lúa gần cửa suối chảy vào hồ, nơi có độ sâu vừa phải (l-3m ) và giàu thức ăn

Mật độ động vật đáy ở hồ Ba Bể trung bình ỉà 114 cá thể/m2 (0,186 g/m2), trong mùa khô mật độ của chúng (0,213 cá thể/m2) là lớn hơn trong mùa mưa (0,152 g/m2)

Từ sau kết quả nghiên cứu của Trần Hòa Hiệp và cs [13], khu hệ động vật đáy ở

hồ Ba Bể ít được đề cập tới và gần đây nhất là kết quả của Hồ Thanh Hải (1995) cũng chưa có những bổ sung đáng kể

3.3.4 Khu hệ cá

Các kết quả nghiên cứu từ trước cho tới nay tại vùng hồ Ba Bể đã xác định được

87 loài và phân loài cá thuộc 61 giống, 17 họ và 5 bộ (phụ lục 4) Trong đó, bộ cá Chép

có sô lượng loài nhiều nhất chiếm 67,82% (59 loài); bộ cá Vược chiêm 18,39% (16 loài); bộ cá Nheo chiếm 11,49% (10 loài); bộ mang liền và bộ cá Kìm, mỗi bộ có 1 loài chiếm 1,15%

24

Trong giai đoạn từ năm 1998-2001, Nguyễn Hữu Dực và cs [7] cho biết hiện nay ở hồ Ba Bể có mặt 67 loài và phân loài cá nằm trong 4 bộ, 16 họ Tuy nhiên thì bộ

cá Chép vẫn là bộ có sô' lượng loài chiếm ưu thế với 43 loài

Cho đến nay khu hệ cá hồ Ba Bể đã có 3 loài mới được phát hiện và công bố, đó

là cá Lợ (Cyprinus muỉtitaeniatus Pellegrin&Chevey, 1936), cá Xảm bao (Paraiacco

babeensis Hảo&Đại, 2000), và cá Xảm lài (Parazacco vinhi Hảo&Đại, 2000).

Sự biến động thành phần các loài cá trong vùng hồ qua nhiều năm nghiên cứu được thể hiện trong bảng 4, rất khác nhau

Bảng 4 Biến động thành phần các loài cá ở vùng hồ Ba Bể qua các nâm

(Nguồn: Nguyễn Hữu Dực và cs., 2003) [7]

So với thành phần các loài cá được xác định ở giai đoạn từ năm 1975 về trước, thì hiện nay đã xác định thêm được 31 loài trong 22 giống và 9 họ Trong đó, họ cá chép là 19 loài; các họ cá chạch, cá chạch vây bằng, cá chiên và cá bống trắng mỗi họ thu thêm được 2 loài; các họ còn lại mỗi họ thu thêm được 1 loài

* Bên cạnh đó thì có tới 20 loài mà trong những năm 1975 trở về trước đã đượcxác định mà nay không thu được mẫu (bảng 5) Các loài này giảm với mức độ nghiêm trọng, đó là các loài cá phàn bố trong hồ (8 loài), các loài phân bô' chủ yếu ớ sông Năng (6 loài) và các loài phân bố chủ yếu ở các suối xung quanh hồ (6 loài) Đạc biệt

đã có 4 loài cá đã và đang bị tiêu diệt là cá Lợ (Cyprinus multitaeniatus), cá Phao

(Varicorhinus (Scapỉesthes) lepturus), cá Chuối hoa (Channa maculata) và cá Bò {Pelteobagrus / ulvidraco).

Các loài cá kinh tế tự nhiên trong hồ Ba Bể có 16 loài: cá Trôi, cá Bống, cá sình,

cá Nheo, cá Chép, cá Diếc, cá Chầy đất, cá Hỏa, cá Quả, cá Mương, cá Chiên Hiện

nay đã có 8 loài cá được nuôi trong hồ, trong đó có 3 loài cá nội địa (Chép, Mè trắng, Trôi) và 5 loài nhập nội (Mè hoa, Trắm cỏ, Rô hu, Mrigan và Rô phi đen) Ngoài ra, tại

hô Ba Bể còn có một sô loài cá có thể làm cảnh như, cá Bướm, cá Thè be, cá Bám đá,

cá Rô cờ và một sô loài có khả năng trở thành đôi tượng được nuôi trong tương lai (cá Bống, cá Chiên, cá Quả, Lươn )

(Nguồn: Nguyễn Hữu Dực và cs., 2003) [7]

Theo các tác giả đã từng nghiên cứu khu hệ cá hồ Ba Bê (Đào Văn Tiến, 1962; Nguyễn Văn Hảo, 1964, 1975; Mai Đình Yên, 1969 ) đều xác nhận nguồn lợi cá ở đây rất phong phú, cụ thể đạt 38 tấn/năm (1961-1962) và 15 tấn/năm (1975) Tuy nhiên, cho đến nay sản lượng cá khai thác nãm 2000 ước tính chi đạt 6-7 tấn/năm (15 kg/ha)

Nguyên nhân chính dẫn đến sự biến đổi nguồn lợi cá trong hồ Ba Bê’ là do tình trạng khai thác cá với cường độ cao, các ngư cụ khai thác ngày càng được cải tiến để đánh bắt triệt để hơn như việc sử dụng chất nổ, xung điện, chất độc và việc khai thác

cá vào mùa sinh sản ở các bãi cá đẻ

3.4 Mô hình mô phỏng một sỏ nhóm sinh vật trong hồ Ba Bê

3.4.1 Phân tích mô hình

3.4.1.1 Quá trình thực vật nổi hấp thu chất dinh dưỡng

Thực vật nổi phát triển là một quá trình quan trọng, điều đó dựa vào sự có mặt của chất dinh dưỡng trong nước cũng như các nhân tố bên ngoài như: nhiệt độ (T) và sự chiếu sáng (L) Chất đinh dưỡng giới hạn sự phát triển của sinh vật nổi trong hồ có thể

là nitơ hoặc phospho Chu trình của các nguyên tố này có quan hệ chặt chẽ trong hệ sinh thái Tỷ lệ hấp thụ hai nguyên tố đó có thể được xem như đồng bộ theo tỷ lệ nhất định, tức là tỷ lệ N/P trong chất hữu cơ sống là một số tương đối ổn định Có một số sự đánh giá khác nhau về tỷ lệ này, nó có thể từ 15/1 đến 5/1 Do đó, chúng ta có thể biểu thị tốc độ sinh trưởng của thực vật nổi như sau:

Kpf: hằng số nửa bão hòa cho sự hấp thu phosphoKnf: hằng số nửa bão hòa cho sự hấp thu nitơm: tỷ lệ nồng độ N/P

[P]: nồng độ phospho[N]: nồng độ nitoF: sinh khối PhytoplanktonFT: hàm sổ giới hạn củ a nhiêt đ ộ dối với sụ phát triển củ a Phytoplankton

FF: hàm số giới hạn của ánh sáng đối với sự phát triển cúa Phytoplankton

FT

Mối quan hệ giữa tốc độ sinh trưởng của thực vật nổi và nhiệt độ được mỏ tả bởi hàm số Lehman [26] (hình 8)

FT( 1) = ' ;

\ 4"\ ’

T > TO{ 1)

T < TO( 1)

Trong đó, TO( 1): là nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của thực vật nổi

0 (1 ) = T'op, - Tlm : là sự chênh lệch giưa nhiệt độ tối ưu và tối thiểu

Q2(l) = 7^ax - T ]pí: là sự chênh lệch giữa nhiệt đội tối đa và tối ưu.

Theo Steele [33], hàm số giới hạn của ánh sáng cho sự phát triển của thực vật nổi như sau (hình 9)

Trong đó, L = L0 exp(- k x h ) là cường độ chiếu sáng tại độ sâu h được tính toán

bởi Bur-Lambert từ công thức trong điều kiện tổng số bức xạ mặt trời L(, và hệ số tắt sáng, k Cuối cùng, dựa vào mật độ của thực vật nổi và mảnh vụn hữu cơ trong nước:

Trong đó: KW: hệ sô' tát dần của ánh sáng trong nước

KF: hệ số che sáng của thực vật nổi KD: hệ số che sáng của mảnh vụn hữu cơ KPD: tỷ lệ các mảnh vụn hữu cơ lơ lửng trong nước [D]: sinh khối mảnh vụn hữu cơ lơ lửng trong nước (Detrit)

FF

Hình 9 Hàm sô giới hạn của ánh sáng đối vói sự sinh trưởng của thực vật nổi

k = KW + KFx[F] + KDx[D]xKPD

28

Hàm số hấp thụ chất dinh dưỡng của thực vật nổi có dạng hình chữ s như sau (hình 10):

Kn + [ x ]

Trong đó: [X]: là nồng độ chất dinh dưỡng

n: la một tham biến không có thứ nguyên, mô tả độ dốc của hàm (hình 10)

V

Hình 10 Hàm số hấp thụ chất dinh dưỡng của thực vật nổi

Trong mô hình của chúng ta, n = 2 Trong trường hợp này hàm số triệt tiêu tại đạo hàm bằng 0, điều này rất quan trọng cho sự ổn định khi tính toán mô hình Chú ý rằng, số liệu thực nghiệm không thể cung cấp một tiêu chuẩn khách quan cho sự lựa chọn n«0 hàm số có hình chữ s với n = 1, 2, hoặc 3 gần đúng với các kết quả thực nghiệm vói độ chính xác như với thực tiễn

3.4.1.2 Sự hấp thu chất dinh dưỡng của các sinh vật tiêu thụ

Sự hấp thụ các chất dinh dưỡng của các sinh vật ở mức dinh dưỡng cao hơn dựa trên các sinh vật ở các mức thấp hơn, ví dụ: động vật nổi ăn thực vật nổi được mô tả bởi phương trình sau đây:

qn = FT(2)x FO(2)x v ( ụ™ , K r / ,[f ] ) x [z]

Trong đó, FO: hàm số giới hạn của oxy trong nước đối với sự phát triển của

ZooplantkonKp^: hằng số nửa bão hòa của Zooplankton tiêu thụ Phytoplankton

[F]: nồng độ sinh khối Phytoplankton [Z]: nồng độ sinh khối Zooplankton Hàm nhiệt độ FT(2) tương tự như hàm FT(1) Hàm FO(2) thuộc loại hàm logictic (hình 11) giải thích mối quan hệ giữa sự phát triển của Zooplantkton và sự có mặt của DO trong nước:

Tại giá trị [0] = 0, FO(2) = 1/2 X à(2) là tham số đặc trung độ dốc của đường

cong Hàm dinh dưỡng được xác định bởi một đường cong hình chữ S:

v ị p ĩ ? , K F2,[FỈỊ=ỉif

Trong đó: : tốc độ sinh trưởng lớn nhất của động vật nổi khi ăn thực vật nổi

Kị^: hằng sô nửa bão hòa mà động vật nổi hấp thụ thực vật nổi n = 2Theo một vài tài liệu cho rằng mỗi loài cá lựa chọn một loại thức ăn thích hợp Tuy nhiên, trong một sô trường hợp tính lựa chọn đó có thê bị thay đổi Ví dụ, cá chép thích ăn các sinh vật đáy nhưng trong trường hợp thiếu sinh vật đáy nó có thể thay đổi thức ăn sang ăn động vật nổi

Trong mô hình, hàm số biểu thị sự thay đổi thức ăn của nhóm cá ăn sinh vật đáy

có dạng hình chữ s đảo ngược:

30

1 + exp(- ([5] - mB))

Trong đó: À,B và mB: là các tham số có ý nghĩa như nhau với hàm số dạng s

của ôxy

[B]: nồng độ sinh khối sinh vật đáy (Benthos)

Sự thay đôi thức ăn của nhóm cá ăn sinh vật đáy trong điều kiện thiếu thức ăn được biểu diễn bởi hàm số:

qzc = FT( 4) X FO( 4) X min , K bc ,B cr ) - v ( ụ- , K bc ,[s])Ị x[c]

Trong đó, FT(4): là một hàm số nhiệt độ ảnh hưởng tới sự sinh trưởng của nhóm

cá ãn sinh vật đáyFO(4): là một hàm số của DO trong nước ảnh hưởng tới sự sinh

trưởng của nhóm cá ăn sinh vật đáy

: tốc độ tiêu thụ thức ăn (benthos) lớn nhất của nhóm cá ãn sinhvật đáy

Kbc: hằng số nửa bão hòa cho sự tiêu thụ sinh thức ăn (benthos) của nhóm cá ăn sinh vật đáy

Bc r: giá trị tới hạn của mật độ sinh vật đáy [B]: sinh khối của sinh vật đáy

//™x: tốc độ tiêu thụ thức ăn thay thế (động vật nổi) lớn nhất của nhóm cá ăn sinh vật đáy

Kzc: hằng số nửa bão hòa cho sự tiêu thụ động vật nổi của nhóm cá

ăn sinh vật đáy [Z]: sinh khối của động vật nổi (Zooplankton)Các hàm số FT(4) và FO(4) có dạng tương tự với các hàm số của thực vật nổi và động vật nổi, Bcr là giá trị rất quan trọng biểu thị mật độ của sinh vật đáy khi mà nhóm

cá ăn sinh vật đáy đổi thức ăn sang ăn động vật nổi

Hàm số biểu thị sự tiêu thụ nguồn thức ăn chính của nhóm cá ăn sinh vật đáy códạng:

qBC = FT{4) X f 0(4) X , K BC. [fi])x [c]

Tương tự, chúng ta có thể miêu tả sự thay đổi thức ăn của nhóm cá ăn động vật nổi, hay nguồn thức ăn chính nhóm này là động vật nổi Thực vật nổi là thức ăn thay thế và mảnh vụn hữu cơ là thức ăn “cưỡng ép”.

Trong đó, MBZ: là tham số trao đổi chất của động vật nổi

qFZ: là hàm số hấp thụ thực vật nổi của động vật nổi qDZ: là hàm số của mảnh vụn hữu cơ hấp thụ bởi động vật nổi (qFz + qDZ): là phần ăn của động vật nổi

Năng lượng mất đi được đưa vào nguồn dự trữ bởi dòng ra:

Quá trình phân hủy chất hữu cơ chết, sản phẩm là các chất dinh dưỡng cơ bản (pbospho và nitơ) dựa vào các điều kiện nóng ấm và sự có mặt của DO trong nước Do

đó, sự hình thành phospho vô cơ là kết quả của sự phân hủy các mảnh vụn hữu cơ và sự phân hủy có thể được thể hiện theo cách sau:

Trong đó, tốc độ phân hủy phụ thuộc vào nhiệt độ được đưa ra bởi hàm số của Vant-Hoff:

COP: là độ dốc của đường cong ôxy

M: là ngưỡng giữa điều kiện hiếu khí và kỵ khí

Do đó, trong điều kiện thiếu ôxy (kỵ khí), phospho vô cơ bắt đầu lưu thông với cường độ lớn từ trầm tích trong nước Trong điều kiện hiếu khí, chi dòng vào của phosphat từ các mảnh vụn hữu cơ, phân hủy trong nước, là giá trị cần xem xét; phần chủ yếu là quá trình phân hủy phosphat thành các dạng không hòa tan và lắng đọng xuống đáy

qDP = UDP X E\(T) X £2([o])x [D]

UDP: hệ sô' phân hủy phospho

£1(7) = 2<r' 20)/l°

Hàm số của ôxy cho phương trình này là (hình 12):

qPD = S £ Z )/> x £ 3 ([ o M p ]SEDP: hệ số lắng đọng của phospho

Hình 12 Hàm số của ôxy đối với quá trình phân hủy các mảnh vụn hữu cơ

3.4.1.6 Các dòng ôxy

Lượng ôxy trong nước hồ phụ thuộc vào sự làm giàu thêm ôxy trong nước và tốc

độ tiêu thụ của nó Dòng vào của ôxy nhờ quang hợp là tỷ lệ sự sản sinh của thực vật nổi và có thể được biểu thị bởi hàm số:

qh0 = PHOT X ụ

Trong đó: PHOT: là hệ sô' sử dụng ôxy

Các quá trình trao đổi với ôxy khí quyển được mô phỏng bởi công thức:

R = R E x ( O s - [oD

RE: là hệ số chống lại sự thông khí, nó thường phụ thuộc vào tốc độ gió

Os: là nồng độ điểm bão hòa ôxy

Theo Wang và cs [31]:

o , = 14,61996 - 0,40420 X T + 0,00842 X T 1 - 0,00009 X T '

Sự tiêu thụ ôxy trong hô hấp của các sinh vật ở nước và thực vật là tỷ lệ sinh khối của chúng, ví dụ:

q ì7 = RESPZ X [z] đối với thực vật nổi

RESPZ: hệ số tiêu thụ ôxy trong hô hấp của động vật nổi

3.4.2 Các phương trình sử dụng trong đánh giá và d ụ báo